KR100643847B1 - 극성변경이 가능한 2전극 일렉트로가스 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극성변경이 가능한 2전극 일렉트로가스 용접(EGW;Electro Gas Welding)장치에 관한 것으로, 이 일렉트로가스 용접장치는 2개의 용접토치와, 용접전원에서 용접토치에 공급되는 전력의 극성과 전류 및 전압을 감지하는 션트부(shunt) 및, 용접시 필요로 하는 전력을 일정하게 공급할 수 있는 다수의 전원으로 이루어지는바, 특히 션트부는 입력될 신호를 정극 또는 역극에 구별없이 모두 수용할 수 있어 각각의 용접토치는 다양한 극성을 구현시킬 수 있다. 구체적으로 말하자면, 각 용접토치는 용접환경에 따라서 정극성 혹은 역극성을 적절하게 취하도록 되어 있는바, 션트부를 지나 각 용접토치와 모재로 흘러가는 전류의 극성에 관계없이 받아들여 양 전극은 각각 정극성+정극성, 역극성+정극성, 정극성+역극성, 역극성+역극성으로 다양하게 전원을 연결하여 용접가능하도록 한다. 이와 더불어서, 다양한 극성설정방식을 취하는 2개의 용접토치는 작업자의 선택 또는 숙련도에 따라서 용접시작시에 양 토치를 동시사용하거나 시차를 두어 순차적으로 아크 스타트(arc start)를 개시할 수 있도록 조정가능하다.

Description

극성변경이 가능한 2전극 일렉트로가스 용접장치 {Two-electrode electro gas welding apparatus for changing polarity}

도 1은 본 발명에 따른 2전극 일렉트로가스 용접장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 2전극을 취하는 용접토치의 배치상태를 도시한 상세도이다.

도 3은 본 발명에 따른 2개의 용접토치의 상이한 아크 스타트 설정상태를 순차적으로 도시한 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 2전극 일렉트로가스 용접장치의 작동순서를 보여주는 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 ---- EGW장치, 10 ----- 제1용접토치,

20 ----- 제2용접토치, 50 ----- 백킹재(backing material),

60 ----- 모재, 70 ----- 습동판,

110 ----- 제어반, 111,112 ----- 션트부,

210,220 ----- 전원.

본 발명은 다양한 극성간의 조합으로 더욱 효과적인 용접효과를 창출하기 위해서 2개의 용접토치를 구비한 2전극 일렉트로가스 용접(이하 EGW)장치에 관한 것이다. 특히 모재의 재질과 두께뿐만 아니라 용접재료의 종류와 특성에 따라 양 용접토치에 정극성과 역극성으로 이루어진 다양한 극성조합으로 실현할 수 있다.

2003년 10월 30일자로 가부시키가이샤 고베 세이코쇼가 출원한 대한민국 특허출원 제2003-0076505호는 "2전극 일렉트로 가스 아크 용접용 플럭스 충전 와이어, 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 방법 및 2전극 일렉트로 가스 아크 용접 장치"로 양 전극을 취할 수 있도록 2개의 용접토치를 구비한 일렉트로 가스 아크 용접에 대해 기재하고 있다. 특히, 모재의 판 두께방향으로 2개의 용접토치를 배열하되, 모재의 표면측이 이면측보다 광폭으로 상호로 연결되어 있다. 표면측 용접와이어와 이면측 와이어의 극성은 서로 반대되게 설정하도록 되어 있다. 특히, 표면측 용접와이어의 극성은 음극성(역극성)을 띄게 하는 동시에 이면측 용접와이어는 양극성(정극성)을 취하고 있으며, 표면측 용접와이어는 판 두께 방향으로 진동시키도록 하는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이, 종래기술에 따른 2전극 일렉트로 가스 용접 장치는 아크간섭을 줄이기 위해 표면측 용접와이어와 이면측 용접와이어가 서로 일정한 거리를 두고 격리시켜 배치하도록 되어 있을 뿐만 아니라 추가적으로 각각 양극성과 음극성을 취하여 아크안정성을 확보할 수 있도록 되어 있다. 구체적으로, 종래기술에 따른 2전극 일렉트로가스 용접장치는 용접재와 피용접강판의 두께 등과 같은 기계적 및 물리적 조건들을 고려하지 않고서 2개의 용접토치를 적당하게 이격시킨 후에, 단순하게 이면측 용접와이어와 표면측 용접와이어에 한정될 극성을 서로 역으로 취하게만 장비의 설정이 고정되어 있다. 이에 반해서 최근 대형 컨테이너에 적용되는 피용접강판은 충분히 두꺼워져, 용접하기 위해 배치되는 2개의 용접토치의 거리를 충분히 떨어뜨리는 것으로 용접토치에 가해지는 극성들 사이의 아크간섭을 피할 수 있다.

이와 같은 문제점들을 극복하기 위해서, 본 발명에 따른 극성변경이 가능한 2전극 EGW장치가 제시된다. 특히 EGW장치는 수직 맞대기 이음용접방식에 적용가능한 용접기법으로서, 특히 두께가 두꺼운 용접부분에 단일패스(single pass)용접이 가능한 고용착, 대입열용접에 관한 것이다. 전술되지 않았으나 종래에 많이 사용되었던 1전극 일렉트로가스 용접장치의 경우에는 판두께가 65mmt 이하를 갖는 강재에서만 용접이 가능하였으나 그 이상의 두께를 갖는 모재에 단일패스용접을 실시하기에는 많은 어려움을 갖게 되어 2전극 일렉트로가스 용접방식이 대두되고 있는 게 현실이다. 이와 같은 2전극 일렉트로가스 용접방식은 2개의 전극을 동시에 사용하여 용접작업을 수행하게 되어 판두께가 65mmt 이상인 강재의 용접에도 단일패스용접기법을 도입할 수 있게 되었다.

본 발명의 EGW장치는 2개의 용접토치를 구비하도록 한다. 특히, 본 발명에 따른 2전극 EGW장치는 2개의 용접토치와 각 용접토치에 연결될 극성에 무관하게 정상작동하는 션트부(shunt) 및 용접시 필요로 하는 전력을 일정하게 공급할 수 있는 2개 이상의 전원으로 이루어지는바, 특히 션트부와 상호연통되어 있는 각각의 용접토치는 다양한 극성으로 구현될 수 있다. 구체적으로 말하자면, 각 용접토치는 용접환경에 따라서 정극성 혹은 역극성을 적절하게 취하도록 되어 있는바, 2개로 이루어진 용접토치는 각각 정극성+정극성, 역극성+정극성, 정극성+역극성, 역극성+역극성으로 다양하게 설정되어 실시가능하도록 한다. 직류(DC)전원을 사용하는 경우 용접봉을 음극에, 모재를 양극에 연결한 경우를 직류정극성(直流正極性;direct current straight polarity(DCSP))이라 칭하고, 이와 반대로 용접봉을 양극에 모재를 음극에 연결한 경우를 직류역극성(直流逆極性;direct current reverse polarity(DCRP))이라 한다. 특히, 직류정극성의 경우에는 용접봉의 용융이 늦고 모재의 용입(penetration)이 깊어지는 반면에, 직류역극성의 경우에는 용접봉이 전자의 충격이 더 세게 작용하므로써 용접봉의 용융속도가 빠르고 모재의 용입이 얕아지게 된다.

이와 더불어서, 다양한 극성설정방식을 수행하기 위해 갖춰진 2개의 용접토치는 작업자의 선택 또는 숙련도에 따라서 용접시작시에 양 토치를 동시사용하거나 시차를 두어 순차적으로 아크 스타트(arc start)를 개시할 수 있도록 조정가능하다.

이제, 첨부도면을 참조로 하여 본 고안에 따른 극성변경이 가능한 2전극 EGW장치에 대한 상세한 설명을 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 2전극 EGW장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 2전극 EGW장치의 특성에 대해 더욱 명확하게 이해 및 설명하기 위해서 불필요한 구성부재들에 대한 구체적인 기술은 피한다. 당해분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있듯이, 최초 용접부를 따라 설치된 주행레일 위로 자동용접장치를 장착한 후에 장비전원과 냉각수 공급부, 와이어피더 송급부 등이 추가로 부착되어야만 한다. 이와 더불어서 용접토치의 원활한 이동을 위해 상하방향, 좌우방향, 전후방향뿐만 아니라 진입각을 조정하는 각각의 슬라이더와 습동판의 좌우방향과 전후방향으로 이동을 돕는 각각의 슬라이더들은 도시하지 않는다. 덧붙여서, 전원에서 각 용접토치로 전기연결되는 전기배선을 제외한 다른 전기배선은 본 발명에 대한 모호성을 배제하기 위해 구체적인 배선의 표기 및 설명을 피한다.

본 발명에 따른 2전극 EGW장치(1)에서, 별도의 극성을 각각 취할 수 있도록 제1용접토치(10)와 제2용접토치(20), 션트부(111,112) 및, 전원(210,220)을 구비한다. 특히, EGW장치는 기본적으로 350~400A, 많게는 450A로 용접을 실시하기 때문에, 각각의 전극에 공급될 전력은 충분해야만 한다. 도시되었듯이, 각 전극에 전력을 공급하는 전원이 각각 구비하는 것이 바람직하다. 각 전극에 가해질 극성은 각 전극으로 급전하는 각 전원(210,220)으로 제어된다.

션트부(111,112)는 각 전원(210,220)으로부터 공급될 전류와 전압을 개별적인 제1용접토치(10)와 제2용접토치(20)로 상호전기연결시키는데, 더욱 특별하기로 각 션트부(111,112)에 연결되는 전원(210,220)의 극성에 관계없이 전체적으로 정상작동할 수 있다. 예를 들자면, 직류전원일 경우 션트부(111)에 정극성으로 전원(210)을 연결한다면 션트부(111)는 실제 용접전류흐름을 방해하지 않는 최소한의 저항만을 가진 소자로 다양한 용접정보를 측정할 수 있으며, 이는 장비의 주행제어, 디스플레이 정보로 활용한다. 반대로, 션트부(111)에 역극성의 전원(210)을 연결하여도 정극성의 경우와 동일하게 전체적인 용접장치가 정상작동한다. 이와 더불어서 션트부(111)의 극성설정과는 상관없이 션트부(112)에 전원(220)이 정극성 또는 역극성으로 연결하여도 정상용접이 가능하다.

기술된 바와 같이, 모재의 특성(예를 들자면, 재질 혹은 두께)과 용접재의 특성에 따라 각 션트부(111,112)에 연결될 전원(210,220)의 극성을 정극성 혹은 역극성 중 양자택일하여 각 용접토치를 통해 다양한 극성을 취할 수 있도록 한다. 상기와 같이 션트부(111,112)를 통해 2개의 용접토치로 구현될 수 있는 극성의 구성양상은 정극성+정극성, 역극성+정극성, 정극성+역극성, 역극성+역극성 등으로 자유롭게 사용할 수 있다. 본 발명에 의해 2전극에서 서로의 극성을 역(逆)으로 하여 양극간의 아크간섭을 방지할 수 있어서 양호한 작성성과를 성취할 수 있는 반면에, 모재의 두께가 두껍게 되어 2개의 용접토치의 배치간격이 멀어져 동일한 극성을 갖더라도 양극간에 아크간섭에 영향을 미치지 않게 될 때에는 2전극에 동일한 극성을 제공하여서 용접부에 더욱 효과적이면서 동일한 용접상태를 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 2전극을 취하는 토치의 배치상태를 도시한 상세도이다.

도시된 바와 같이, 2전극 EGW장치는 서로 이격되어 나란하게 배열되어 있는 2개의 모재(60)와 이 모재(60)의 배후면에 이격틈새를 밀폐하는 백킹재(50;backing material) 및 전면부에는 습동판(70)을 배치한다. 특히, 습동판(70)은 대기가스가 용접부와의 접촉을 방지하기 위한 차폐가스(예컨대, CO₂(g))를 공급관으로부터 공급받아 분출하면서 냉각기에서 냉각수가 경유하도록 한다. 습동판(70)의 내부로 냉각수를 관통시키는데, 습동판(70)의 내부를 관통하여 지속적인 냉각수 공급을 통해 습동판을 냉각시킨다. 습동판의 냉각은 아크열에 의한 습동판의 용융방지와 용융금속의 열을 소산시켜 이 용융금속을 응고시키는 데에 목적을 두고 있다. 통상적으로, 습동판의 상부에서 아래방향으로 차폐가스를 공급하되, 이는 공급될 차폐가스를 용융지(melting pool)로 공급하여 외기로부터 용융금속을 보호함으로써 금속의 변질을 방지한다.

일련의 모재(60) 사이로 형성될 용접부에 서로 위치를 달리하여 제1용접토치(10)와 제2용접토치(20)가 배치된다. 통상적으로, 나란하게 배열되어 있는 일련의 모재(60) 사이는 사다리꼴형상의 용접부를 이루는데, 구체적으로 백킹재(50)를 덧대어 마감하는 모재(60)의 배후면에 형성된 틈새가 습동판(70)으로 마감될 모재(60)의 전방면에 형성된 틈새보다 작게 되어 있다. 모재(60)의 두께를 고려하여 제1용접토치(10)와 제2용접토치(20)의 배치간격을 조절한다. 그런 다음에, 2개의 용 접토치(10,20)는 전후방향으로 위빙시키면서 이음부를 용접한다.

도 3은 본 발명에 따른 2개의 용접토치의 아크 스타트 설정상태를 순차적으로 도시한 개략도이다. 아크 스타트(arc start)는 용접봉 또는 전극와이어의 선단을 모재에 가볍게 부딪치는 태핑법 또는 긁어서 구현하는 스트라이킹법 등으로 아크를 발생시키는 것이다.

도 3a는 본 발명에 따른 2전극 EGW장치에서 각 용접토치의 아크 스타트가 개별적으로 개시되도록 한 일례를 도해한 것이다.

본 발명에 따른 2전극 EGW장치(1;도 1참조)는 전술된 바와 같이 2개의 전극에서 동시에 아크를 발생시켜 용접을 진행하도록 하는데, 최초 아크 스타트시 한 전극의 아크상태가 불안정하게 되면 다른 전극의 안정화를 방해하여 아크 스타트 이후의 용접조건설정에 어려움을 초래하게 된다. 그러므로, 불안정한 아크상태는 실제로 용접전류 또는 용접전압의 값에도 영향을 미쳐 작업자가 적정한 용접조건을 찾기 어렵게 된다. 이에, 용접토치에서 개별적으로 아크발생되게 한다. 다시 말하자면, 전방면에 위치된 제1용접토치(10)가 우선적으로 아크발생하고 충분히 안정화된 후에, 제2용접토치(20)가 아크 스타트할 수 있도록 한다. 경우에 따라서는, 제2용접토치(20)가 먼저 아크 스타트를 한 후에, 추후에 제1용접토치(10)를 구동하게 할 수도 있다.

도 3b는 본 발명에 따른 2전극 EGW장치에서 각 용접토치의 아크 스타트가 동시에 개시되는 다른 일례를 도해한 것이다. 2전극 일렉트로 가스 용접장치는 전술된 바와 같이 2개의 전극에서 아크 스타트를 수행하기 이전에 전극길이, 용접전류, 용전전압 또는 전극간극 등 다양한 초기설정을 최적에 가깝게 조절할 수 있는 충분한 작업노하우를 갖춘 당해분야의 숙련자들이 2개의 전극에서 동시에 아크 스타트를 실시하여 짧은 시간 안에 아크안정화를 꾀할 수 있도록 한다.

도시되었듯이, 2개의 용접토치(10,20)가 개별적으로 아크 스타트를 실시할지, 동시에 아크 스타트를 실시할지는 작업자가 제어반(110;도 1참조)을 매개로 설정가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 2전극 EGW장치의 작동순서를 보여주는 순서도이다.

작업자는 자신의 역량과 모재뿐만 아니라 용접봉 등과 같은 작업요소들의 조건에 따라서 본 발명의 2전극 EGW장치에 구비된 2개의 용접토치의 아크 스타트를 선택할 수 있다(단계(a)). 개별모드는 제1용접토치와 제2용접토치의 최초 아크 스타트 시간을 서로 달리하여 아크상태를 최적화시킬 수 있는 작업모드인 반면에, 연동모드는 제1용접토치와 제2용접토치의 최초 아크 스타트를 동시에 발생시켜 최대한 빠른 시간내에 아크상태를 안정화시키게 한다.

전극의 아크 스타트 모드를 설정한 다음에, 제1용접토치와 제2용접토치의 극성을 결정한다(단계(b)). 앞서 기술한 바와 같이, 다양한 용접조건(모재 또는 용접봉의 특성)에 따라 션트부에 공급되는 전원의 선택극성이 각각 전기연결되어 있는 용접토치와 모재에 제공하도록 한다.

상기와 같은 과정(단계(a)와 단계(b))은 순서에 상관없이 설정가능하며 최초 용접조건을 충분히 설정한 후에는 본 발명에 따른 2전극 EGW장치가 가동되어 효과적이면서 능률적으로 용접을 실시한다(단계(c)).

이상의 본 발명의 설명에 의하면, 2전극 EGW장치는 2개의 용접토치와 2개의 전원을 통해 개별적인 극성을 제공할 뿐만 아니라 2개의 용접토치의 최초 아크발생속도를 조절하여 용접상태를 최대한 최적화시키도록 제공된다.

특히, 2개의 용접토치와 모재 사이에서 구현될 2전극에 개별적인 극성을 제공할 수 있는바, 단순히 전원에서 전류방향을 제어조정하여 2전극에 정극성+정극성, 정극성+역극성, 역극성+정극성, 역극성+역극성으로 다양한 극성의 조합을 실시하도록 한다. 이와 같이 다양한 극성을 제공함으로써 모재의 특성뿐만 아니라 용접봉의 특성 및 가변적인 다양한 작업환경조건에 맞춰 각 전극에 극성을 적절하게 설정하여 작업의 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 양 용접토치의 아크 스타트를 제어함으로써 용접상태의 안정화를 충분히 꾀할 수 있으며 작업자의 작업역량에 따라서 용접장치를 구동할 수 있는 특징을 갖도록 되어 있다.

Claims (3)

1. 서로 이격되어 나란하게 배열되어 있는 일련의 모재(60)와, 이 모재(60)의 배후면에 이격틈새를 밀폐하는 백킹재(50;backing material)와 전면부에는 습동판(70)을 배치시키고, 상기 일련의 모재(60) 사이로 배치되어 있는 2개의 용접토치(10,20)를 갖춘 일렉트로가스 용접장치에 있어서,

   상기 2개의 용접토치(10,20)와 모재(60)간의 2전극에 대한 극성설정을 정극성+정극성, 정극성+역극성, 역극성+정극성 뿐만 아니라 역극성+역극성으로 다양한 극성의 조합을 설정하면서 전력을 공급할 수 있는 2개 이상의 전원(210,220)과;

   상기 전원과 용접토치(10,20) 사이로 위치되고, 공급될 양극과 음극의 전류 흐름을 상기 각 용접토치(10,20)와 모재에 각각 제공하여 전극의 극성을 다변화되게 연결하여도 정상작동하는 2개의 션트부(111,112); 및

   상기 2개의 용접토치(10,20)의 최초 아크 스타트를 한정하는 제어반(110);으로 이루어진 것을 특징으로 하는 극성변경이 가능한 2전극 일렉트로가스 용접장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 제1용접토치(10)와 제2용접토치(20)의 아크 스타트 발생속도를 서로 달리하는 개별모드와, 제1용접토치(10)와 제2용접토치(20)의 아크 스타트 발생속도를 동일하게 하는 연동모드로 설정되는 것을 특징으로 하는 극성변경이 가능한 2전극 일렉트로가스 용접장치.

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