KR100756417B1

KR100756417B1 - External type device for controlling the output current waveform of the gma welding power source

Info

Publication number: KR100756417B1
Application number: KR1020070030879A
Authority: KR
Inventors: 유회수; 김희진; 김남훈
Original assignee: 한국생산기술연구원; 김남훈
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-09-07

Abstract

An external type current waveform control system for GMA(gas metal arc) welding which can simultaneously reduce spatter and beautify welding beads by improving the performance of an ordinary welding power source, and improves the productivity and minimizes the danger of a fire generated due to the spatter by reducing the consumption of a welding wire and the finishing process is provided. In a system for controlling a welding current waveform of a welding power source, an external type current waveform control system(1) for GMA welding comprises: a terminal part(10) having an input terminal(12a) and an output terminal(12b) mounted on a positive terminal wire of the welding power source; a welding voltage detecting part(20) connected to a terminal of the welding power source to detect a welding voltage; a welding current detecting part(50) including a DC type hole sensor(52) connected to the terminal of the welding power source to detect a welding current; an input part(40) inputting a short circuit for controlling a waveform of the welding power source, a level for judging an arc regenerating time point, and control variables; an output part(60) displaying waveform control variables inputted in the input part and outputting control circumstances; and a control part(30) having a switching means(70) in which a program is embedded to judge an arc short circuit and an arc regenerating time point through the voltage detected through the welding voltage detecting part and output a welding current value and a current maintenance time suitable for the judged arc short circuit and arc regenerating time point, and which controls the welding current of the welding power source linearly.

Description

External Type Device for Controlling the Output Current Waveform of the GMA Welding Power Source}

도 1은 일반적인 용접전원에서 용접 전류 및 용접 이행에 따른 스패터 발생량을 도시한 그래프도;1 is a graph showing a spatter generation amount according to welding current and welding transition in a general welding power source;

도 2는 일반적인 용접전원에서 스패터 저감을 위한 기본 전류파형 제어기법을 도시한 그래프로서, a)도는 제어 전, b)도는 제어 후;2 is a graph showing a basic current waveform control method for reducing spatter in a general welding power supply, a) before the control, b) after the control;

도 3은 종래의 기술에 따른 용접 파형의 제어를 도시한 그래프로서,3 is a graph showing the control of the welding waveform according to the prior art,

a)도는 링컨(STT 제어) 사의 제어 방식, b)도는 SENSARC 사의 제어 방식; a) is a control method of Lincoln (STT control), b) is a control method of SENSARC;

도 4는 본 발명에 따른 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 전체적으로 도시한 구성도;Figure 4 is a schematic diagram showing the overall configuration of the current waveform control device for GMA welding according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치에 구비된 입력 부의 구조도;5 is a structural diagram of an input unit provided in an external GMA welding current waveform control apparatus according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치에서 전압 레벨에 의한 단락/아크 판별 및 파형 제어 변수를 도시한 그래프도;FIG. 6 is a graph showing short circuit / arc discrimination and waveform control parameters by voltage levels in an external GMA welding current waveform control apparatus according to the present invention; FIG.

도 7은 본 발명에 따른 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치에서 이루어지는 제어 프로그램을 도시한 플로우 챠트;7 is a flow chart showing a control program made in the external GMA welding current waveform control apparatus according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치에서 이루어지는 미분에 의한 아크 판단 방법을 도시한 그래프도;8 is a graph showing a method for determining arc by differentiation in the current waveform control apparatus for exterior GMA welding according to the present invention;

도 9는 종래의 기술에 따라서 용접전원의 무 제어시 이루어지는 전압/전류 파형을 도시한 그래프도;9 is a graph showing a voltage / current waveform formed when no welding power source is controlled in accordance with the prior art;

도 10은 본 발명에 따른 파형 제어 후, 전압 전류 파형을 도시한 그래프도;10 is a graph showing a voltage current waveform after waveform control according to the present invention;

도 11은 종래 기술의 전류 제어 전과, 본 발명의 전류 제어 후의 스패터 측정 결과를 도시한 그래프도이다.Fig. 11 is a graph showing the result of spatter measurement before current control in the prior art and after current control in the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

1..... 본 발명에 따른 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치1 ..... Current waveform control device for external GMA welding according to the present invention

10.... 단자 부 12a.... 입력단자10 .... Terminal section 12a .... Input terminal

12b... 출력단자 20.... 용접 전압 검출 부12b ... Output terminal 20 .... Welding voltage detection part

22.... 증폭기 30.... 제어 부22 .... amplifier 30 .... control section

32.... AD 변환기 38.... DA 변환기32 .... AD Converter 38 .... DA Converter

40.... 입력 부 50.... 용접 전류 검출 부40 .... Input part 50 .... Welding current detection part

52.... 직류형 홀 센서 54.... 전류 필터52 .... DC Hall Sensors 54 .... Current Filters

56.... 증폭기 60.... 출력 부56 .... Amplifier 60 .... Output

70.... 스위칭 수단 72.... MOSFET 게이트 드라이버 70 .... Switching means 72 .... MOSFET gate driver

74.... MOSFET 어레이 76.... 스너버 저항 74 .... MOSFET array 76 .... Snubber resistor

100.... 용접전원 200... 용접 토치 100 .... welding power 200 ... welding torch

본 발명은 일반 용접전원의 출력단자에 외장 형으로 부착하여 용접 전류 파형을 제어하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 일반 용접전원의 성능을 향상시켜 스패터(spatter)를 저감시킴과 동시에 용접 비드를 미려하게 할 수 있으며, 용접 와이어의 소모를 저감시키고 사상공정의 저감을 통하여 생산성 증대 및 스패터로 인한 화재 발생의 위험을 최소화시킬 수 있는 외장 형 GMA(Gas Metal Arc) 용접용 전류 파형 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for controlling the welding current waveform by attaching to the output terminal of the general welding power supply in an external manner, and more specifically, to improve the performance of the general welding power supply to reduce the spatter and at the same time the welding bead It can be beautiful, and it can reduce the consumption of welding wire and reduce the finishing process to increase the productivity and minimize the risk of fire caused by spatter. It is about.

일반적으로 소모성 전극을 이용한 아크 용접에서 발생하는 스패터는 용접 와이어의 접합효율을 저하시키고, 모재에 부착되는 스패터를 제거하기 위한 사상공정이 추가적으로 소요되어 용접생산성 향상에 있어서 큰 장애요인이 되어 왔다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 용접 재료뿐만 아니라 용접전원의 개발이 시도되어 왔는데, 특히 용접전원 측면에서는 용접 전류의 파형 제어 기술이 지속적으로 개발되어 커다란 효과를 가져왔다. In general, spatter generated in arc welding using consumable electrodes has been a major obstacle in improving welding productivity due to the additional finishing process for reducing the welding efficiency of the welding wire and removing the spatter attached to the base material. In order to solve this problem, the development of a welding power source as well as a welding material has been attempted. In particular, the waveform control technology of the welding current has been continuously developed in terms of the welding power source, which has a great effect.

용접 작업에서 스패터 발생량은 금속 이행 모드와 직접적인 관계가 있는데, 특히 보호가스로서 CO₂를 사용하는 용접에서 금속 이행 모드는 사용전류에 따라 저 전류 영역에서의 단락이행(short circuit transfer), 중 전류 영역에서의 천이 이행(transient transfer), 고 전류 영역에서의 입상 용적 이행(globular transfer)모드로 구분되며, 도 1에 보인 바와 같이 천이 이행 조건에서 스패터가 가장 많이 발생한다. The amount of spatter generated in the welding operation is directly related to the metal transition mode. Especially, in the case of welding using CO2 as a protective gas, the metal transition mode has a short circuit transfer in the low current region and a medium current region depending on the current used. In the transitional transition (transient transfer) at, and the globular transfer mode in the high current region, as shown in FIG. 1, spatter occurs most in the transition transition condition.

단락이행 모드에서의 금속 이행은 와이어 선단에 형성된 용적(molten drop)이 용융 풀(molten pool)과 물리적으로 접촉된 다음, 중력과 전자기력에 의한 쪼임효과(pinch effect)로 인하여 용융금속이 와이어와 분리되어 용융 풀로 이행하는 것이다. 단락이행 과정에서 스패터가 발생하는 형태는 여러 가지가 있지만 특히 발생량 및 발생 빈도 수가 많은 스패터는 두 가지로 구분할 수 있다. Metal transition in short-circuit mode means that the molten drop at the wire tip is in physical contact with the molten pool and then the molten metal separates from the wire due to the pinch effect of gravity and electromagnetic forces. And transfer to the molten pool. There are many forms of spattering in the process of short-circuit implementation, but in particular, spatters with a large amount and frequency of occurrence can be classified into two types.

그 중 한 가지는 아크가 재생되는 순간에 발생하는 스패터이다. 이 순간에는 전류가 최고치에 도달한 상태이기 때문에 용적의 목 부위가 터지면서(휴즈가 터지는 형상처럼) 스패터화 하는 것이며, 이 과정에서 발생하는 스패터는 주로 소립의 스패터이다. One of them is spatter, which occurs when the arc is regenerated. At this moment, the current reaches its peak, so the volume of the neck bursts (like a fuse bursting), and the spatter generated in this process is mainly small spatter.

다른 한 가지는 순간 단락에 의해 발생하는 스패터이다. 이는 충분히 성장된 용적이 용융지와 접촉하게 되면 전류가 급격히 상승하게 되는데, 이때 접촉부가 충분하지 못하면 국부적으로 과열되어 바로 재 아크가 발생되어 정상 단락이 이루어지지 못하게 된다. 이때 용적 하단부에서 발생한 재 아크는 높은 아크 힘으로 상부의 용적을 파괴하면서 대립의 스패터를 발생시킨다. The other is the spatter generated by a short circuit. This means that if the sufficiently grown volume comes into contact with the molten pool, the current rises sharply, but if the contact is not sufficient, it is locally overheated and a re-arc is generated immediately, thereby preventing a normal short circuit. At this time, the ash arc generated at the bottom of the volume breaks up the volume of the upper portion with a high arc force, thereby generating a spatter of confrontation.

이러한 순간 단락은 천이 이행 영역에서 많이 발생하기 때문에, 도 1에 보인 바와 같이 천이영역에서 다량의 스패터가 발생하게 되는 것이다. 즉 주요 스패터 발생 빈도는 순간 단락의 빈도 수에 큰 영향을 받는다. Since such a short circuit occurs a lot in the transition transition region, a large amount of spatter is generated in the transition region as shown in FIG. 1. That is, the frequency of major spatters is greatly affected by the frequency of short circuits.

위와 같은 스패터 발생현상을 억제하기 위한 기본 전류 파형 제어 개념은 Pinchuk(참고문헌: Svar. Proiz., 1976, pp. 52(-)54; 1980, pp. 9(-)10)에 의하여 제안되어 있으며, 도 2에 순간 단락 억제 제어와 재 아크 제어를 나타내고 있다. 도 2(b)의 (I) 부분 제어는 단락순간에 전류를 급격히 저하시켜 일정 시간 동안 낮은 전류가 유지되도록 하여 용적과 용융 풀의 접촉면적을 증가시켜 순간 단락을 정상 단락화시키는 것이다. 즉 순간 단락이 정상 단락화되면 대립의 스패터는 발생하지 않게 된다. 도 2(b)의 (II) 부분 제어는 아크 재생 직전의 순간을 감지하고, 감지된 순간에 용접 전류를 급격히 저하시켜 아크가 저 전류 상태에서 재생되도록 한 다음, 아크 재생이 감지되면 본 전류로 회복시키는 것이다. 이렇게 함으로써 아크 재생시점에서의 폭발력을 최소화시킨다. The basic current waveform control concept to suppress such spatter generation is proposed by Pinchuk (Svar. Proiz., 1976, pp. 52 (-) 54; 1980, pp. 9 (-) 10). 2 shows instantaneous short-circuit suppression control and re-arc control. Part (I) of FIG. 2 (b) is to abruptly short-circuit the current to maintain a low current for a certain time, increase the contact area between the volume and the molten pool, and short-circuit the normal short circuit. In other words, if the short-circuit is normally short-circuited, no opposing spatter will occur. Part II (b) of FIG. 2 (b) detects the moment immediately before arc regeneration, and rapidly decreases the welding current at the detected moment to allow the arc to be regenerated at a low current state and then returns to the current when arc regeneration is detected. To recover. This minimizes the explosive force at the arc regeneration time.

상기한 파형 제어 기법을 적용한 종래의 기술들이 상품화되어 있다. 이들 두 회사 제품의 파형은 도 3에 도시된 바와 같다. 이들은 도 2에 보인 두 가지 제어기법(Ⅰ)(Ⅱ)을 모두 채용하고 있는데, 단락 기간 동안에 나타나는 전류 파형에 있어서는 다소의 차이를 보여 주고 있다. 도 3a)에 도시된 바와 같은 링컨(STT 제어방식) 사 제어 방식의 전류 파형에서는 전류상승 속도를 2단계로 제어하고 있다. 반면에, 도 3b)에 도시된 바와 같은 SENSARC 사 제어 방식의 전류 파형에서는 전류가 일정수준에서 유지되도록 제어하고 있다. 이러한 차이는 아크 재생 직전의 순간을 감지하는 방법의 차이에서 기인한다. 도 3a)에 도시된 바와 같은 전류 파형에서는 전류상승 속도를 일정하게 하여 아크 재생 직전에 나타나는 전압 순간변화율(dV/dt)을 감지하도록 하였으며, 도 3b)에 도시된 바와 같은 전류 파형에서는 전류가 일정하게 유지되도록 하여 아크 재생 직전에 나타나는 전압 상승치(ΔV)를 감지토록 한 것이다.Conventional techniques using the above-described waveform control technique have been commercialized. The waveforms of these two company products are as shown in FIG. They employ both control methods (I) and (II) shown in Fig. 2, but show some differences in the current waveforms appearing during the short-circuit period. In the current waveform of the Lincoln (STT control method) control method as shown in Fig. 3A), the current rising speed is controlled in two stages. On the other hand, in the current waveform of the SENSARC company control method as shown in Figure 3b) is controlled so that the current is maintained at a constant level. This difference is due to the difference in the way of detecting the moment just before arc regeneration. In the current waveform as shown in Fig. 3a), the current rising speed was made constant so as to detect the voltage instantaneous rate of change (dV / dt) immediately before the arc regeneration. The current was constant in the current waveform as shown in Fig. 3b). The voltage rise (ΔV) just before the arc regeneration is detected.

또한 아크 재 발생 직후에는 와이어와 용융 풀이 근접되어 있어 용융 풀 유동에 의해서 양자가 접촉하기 쉽고 이로 인하여 순간 단락이 발생하고 결과적으로 스패터가 발생할 위험성이 있다. 이를 방지하기 위하여 상기한 두 가지 종래기술 모두 아크 재생 직후에는 펄스 전류를 가함으로써 강한 아크 힘으로 용융 풀을 밀어내도록 하여 와이어와 용융 풀의 간격을 크게 하고, 불필요한 순간 단락으로 스패터가 발생하는 것을 억제하고자 하는 것이었다. 그렇지만 상기의 인버터 용접 전원은 스위칭 주파수가 15~20kHz 이기 때문에, 도 2의 (I),(II) 부분에서와 같이 급격히 전류를 낮추는 것은 불가능하다. In addition, immediately after the arc ash is generated, the wire and the molten pool are in close proximity to each other by the melt pool flow, which causes a short circuit, resulting in the risk of spatter. In order to prevent this, both of the above prior arts push the molten pool with a strong arc force by applying a pulse current immediately after the arc regeneration, thereby increasing the distance between the wire and the molten pool, and preventing spatter from being generated by unnecessary short circuits. It was to be suppressed. However, since the inverter welding power supply has a switching frequency of 15 to 20 kHz, it is impossible to rapidly lower the current as in parts (I) and (II) of FIG. 2.

종래의 기술로서 미국 특허 4544826호와 미국 특허 4717807호가 제시되어 있다. 이와 같은 종래의 기술들은 내부 인버터 스위칭 소자와 전력 트랜지스터와 저항을 조합하여 전류를 제어하고 있다. 즉 미국 특허 4544826호에 의하면 넥킹 시작부터 아크가 재 발생할 때까지의 시간 동안 출력을 줄여도 전류 감소 효과가 적다. 즉 넥킹 시작 전류가 400A이라면 아크 재생시에는 327A가 된다. 따라서 도 2의 (II) 부분 제어는 아크 재 발생시 베이스 전류를 150A이하로 낮추어야 스패터 저감 효과가 있기 때문에 단순히 스위칭 제어로 불가능하므로 전력 트랜지스터의 OFF를 통하여 이를 해결하고 있다. 따라서 이러한 스패터 저감형 파형 제어 용접전원는 가격이 고가이고, 교체 시 사용하던 용접전원를 처분해야 하기 때문에 장비구입이 어려운 문제점이 있다. As a prior art, US Patent 4544826 and US Patent 4717807 are shown. Such conventional techniques control the current by combining an internal inverter switching element, a power transistor, and a resistor. That is, according to US Pat. No. 4,44,826, reducing the power during the time from the start of the necking until the arc reoccurs has little effect of reducing the current. In other words, if the necking start current is 400A, it becomes 327A during arc regeneration. Therefore, in part (II) of FIG. 2, since the base current should be lowered to 150 A or less during arc regeneration, since the spatter reduction effect is impossible, simply switching control is not possible. Therefore, such spatter reduction type waveform control welding power source is expensive, and there is a problem that it is difficult to purchase equipment because the welding power source used at the time of replacement is to be disposed of.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 교체 비용을 절감할 수 있으면서 다양한 전류 파형 제어가 가능하며 저 전류뿐만 아니라 고 전류 영역에서도 스패터를 저감시킴과 동시에 용접 비드를 미려하게 할 수 있는 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, the purpose is to reduce the replacement cost while controlling a variety of current waveforms, while reducing the spatter in the high current region as well as low current welding beads It is to provide a current waveform control device for external GMA welding that can be beautiful.

그리고 본 발명은 다른 목적으로서 용접 와이어의 소모 저감과 사상공정 저감을 통하여 GMA(Gas Metal Arc) 용접작업의 생산성 증대 및 스패터로 인한 화재 발생의 위험을 최소화시킬 수 있는 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 제공함에 있다.In another aspect, the present invention is the current waveform for the external type GMA welding that can minimize the risk of fire caused by spatter and increase the productivity of the GMA (Gas Metal Arc) welding work by reducing the consumption of welding wire and reducing the finishing process In providing a control device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 용접전원의 용접 전류 파형을 제어하는 장치에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention, in the apparatus for controlling the welding current waveform of the welding power source,

상기 용접전원의 (+) 단자 선에 입력단자와 출력단자가 장착되는 단자 부;A terminal unit to which an input terminal and an output terminal are mounted on a positive terminal line of the welding power source;

상기 용접전원의 단자에 연결되어 용접 전압을 검출하는 용접 전압 검출 부;A welding voltage detection unit connected to a terminal of the welding power source to detect a welding voltage;

상기 용접전원의 단자에 연결된 직류형 홀 센서를 포함하여 용접 전류를 검출하는 용접 전류 검출 부;A welding current detector for detecting a welding current including a DC-type hall sensor connected to the terminal of the welding power source;

상기 용접 전원의 파형 제어를 위한 단락 및 아크 재생시점판단 레벨과 제어변수 등을 입력하는 입력 부;An input unit for inputting a short circuit and arc regeneration time determination level and control variables for controlling the waveform of the welding power supply;

상기 입력 부에서 입력된 파형 제어 변수를 보여주며, 제어 상황을 출력하는 출력 부; 및An output unit for displaying a waveform control variable input from the input unit and outputting a control situation; And

상기 용접전압 검출 부를 통하여 검출된 전압을 통하여 아크 단락과 아크 재생시점을 판단하고, 판단된 아크 단락과 아크 재생시점에 적합한 용접전류 값과 전류 유지시간을 출력하도록 된 프로그램을 내장하며, 상기 출력 값을 이용하여 상기 용접전원의 용접 전류를 리니어하게 조절하는 스위칭 수단을 구비한 제어 부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 제공한다.An arc short and arc regeneration time are determined based on the voltage detected by the welding voltage detection unit, and a program is configured to output a welding current value and a current holding time suitable for the determined arc short and arc regeneration time; A control unit having a switching means for linearly adjusting a welding current of the welding power source by using the control unit; It provides an external GMA welding current waveform control device comprising a.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 제어 부는 상기 용접전원의 (+) 단자 선에 연결되는 스위칭 수단으로서 MOSFET 게이트 드라이버와 이에 연결된 MOSFET 어레이 및 스너버 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 제공한다.In addition, the present invention preferably the control unit is a switching means connected to the (+) terminal line of the welding power source for the external type GMA welding, characterized in that it comprises a MOSFET gate driver, a MOSFET array and a snubber resistor connected thereto. Provide a waveform control device.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 용접 전압 검출 부는 용접전원의 고주 파 노이즈를 차단하기 위한 절연회로와 필터회로를 포함하고, 용접 전압을 변환하는 증폭기를 통하여 마이크로프로세서의 AD 변환기에 연결된 것임을 특징으로 하는 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 제공한다.Preferably, the welding voltage detection unit includes an insulation circuit and a filter circuit for blocking high frequency noise of a welding power source, and is connected to an AD converter of a microprocessor through an amplifier for converting a welding voltage. Provides current waveform control device for external GMA welding.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 용접 전류 검출 부는 (-)단자에서 전류를 검출하는 직류형 홀 센서를 포함하고, 검출된 전류의 노이즈 제거를 위한 필터를 포함하며, 검출 전류를 변환하는 증폭기를 통하여 마이크로프로세서의 AD 변환기에 연결된 것임을 특징으로 하는 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 제공한다.In another aspect, the present invention preferably comprises a DC-type Hall sensor for detecting a current at the (-) terminal, a filter for removing the noise of the detected current, through an amplifier for converting the detected current It provides a current waveform control device for external GMA welding, which is connected to the AD converter of the microprocessor.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 용접 전압 검출 부는 상기 용접전원의 (+) 단자와 용접 모재의 (-) 단자에 연결되어 용접 전압을 검출하는 것임을 특징으로 하는 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 제공한다.And preferably the welding voltage detection unit is connected to the (+) terminal of the welding power supply and the (-) terminal of the welding base material to detect the welding voltage of the external type GMA welding, characterized in that to provide.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 용접 전류 검출 부는 상기 용접전원의 (-) 단자에 직류형 홀 센서가 연결되어 용접 전류를 검출하는 것임을 특징으로 하는 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 제공한다.In another aspect, the present invention preferably provides a current waveform control device for an external type GMA welding, characterized in that the welding current detection unit detects a welding current by connecting a DC-type Hall sensor to the (-) terminal of the welding power source.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명에 따른 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치(1)는 단락상태와 아크상태가 반복적으로 발생되는 단락이행을 수반하는 용접에서 용접 전류를 리니어하게 외부에서 제어하여 스패터를 저감하는 장치이다.External current waveform control device for welding GMA according to the present invention (1) is a device for reducing the spatter by linearly externally controlling the welding current in welding involving a short-circuit transition that is repeatedly generated short-circuit state and arc state .

본 발명에 따른 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치(1)는 도 4에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다. Exterior GMA welding current waveform control device 1 according to the present invention has a configuration as shown in FIG.

먼저 GMA 용접전원(100)에 연결되는 단자 부(10)를 갖는바, 이는 상기 용접전원(100)의 (+) 단자 선에 입력단자(12a)와 출력단자(12b)가 연결된다.First, it has a terminal part 10 connected to the GMA welding power supply 100, which is connected to the input terminal 12a and the output terminal 12b to the positive terminal line of the welding power supply 100.

그리고 현재 용접 작업 중인 용접 전압을 검출하기 위한 용접 전압 검출 부(20)를 구비하며, 이는 본 발명의 전류 파형 제어장치(1) 내부에서 용접전원의 (+)단자에 전기적으로 연결되고, 용접 모재서 (-)단자에 전기적으로 연결되며, 검출된 전압은 용접전원의 고주파 노이즈를 차단하기 위하여 내장된 절연회로와 필터회로를 거쳐 용접 전압 0~100V를 0~5V로 변환하는 증폭기(22)를 통하여 이후에 설명되는 제어 부(30)에 구비된 AD 변환기(32)로 입력된다.And a welding voltage detection unit 20 for detecting a welding voltage currently being welded, which is electrically connected to a positive terminal of a welding power source in the current waveform control device 1 of the present invention, and a welding base material. The amplifier 22 is electrically connected to the negative terminal, and the detected voltage converts the welding voltage from 0 to 100V into 0 to 5V through the built-in insulation circuit and filter circuit to block the high frequency noise of the welding power supply. It is input to the AD converter 32 provided in the control unit 30 to be described later.

상기 AD 변환기(32)로 입력된 전압은 제어 부(30)에 내장된 프로그램을 통하여 용접전원의 단락과 아크 재생시점을 판단하는데 사용된다. 만일 검출된 용접 전압이 10~15V 이하가 되면 제어 부(30)에서는 단락으로 판단한다. The voltage input to the AD converter 32 is used to determine a short circuit of the welding power supply and an arc regeneration time through a program embedded in the control unit 30. If the detected welding voltage is 10 to 15 V or less, the control unit 30 determines that a short circuit.

한편 용접전원(100)의 전원 출력 선과 용접 토치(200)의 연결선의 길이가 길수록 전압강하가 생기므로, 입력 부(40)에 구비된 입력키로 용접전원 단락판단의 전압레벨을 상황에 맞게 조절 가능하도록 프로그램 되어 있다. 또한 용접전원의 단락 판단 후에는 전압을 미분하여 설정 값 이상이 되었을 경우 용접전원의 아크 재생시점을 판단하도록 하고 있다.On the other hand, since the voltage drop occurs as the length of the power output line of the welding power supply 100 and the connection line of the welding torch 200 increases, the voltage level of the welding power supply short circuit judging can be adjusted according to the situation using the input key provided in the input unit 40. It is programmed to After the short circuit judgment of the welding power supply, the voltage is differentiated to determine the arc regeneration time of the welding power supply when it exceeds the set value.

또한 본 발명은 현재 용접 작업 중인 용접 전류를 검출하기 위한 용접 전류 검출 부(50)를 구비한다. 상기 용접 전류 검출 부(50)는 직류형 홀 센서(52)를 용접전원(100) 전원의 (-)단자에 연결하여 검출하고, 검출된 전류는 노이즈 제거를 위하여 전류 필터(54)를 거쳐 증폭기(56)에서 0~500A를 0~5V로 변환하여 제어 부(30)의 AD 변환기(32)로 입력한다. In addition, the present invention includes a welding current detection unit 50 for detecting a welding current in the current welding operation. The welding current detector 50 detects the DC-type Hall sensor 52 by connecting to the negative terminal of the power source of the welding power source 100 and detects the current through the current filter 54 to remove noise. In step 56, 0 to 500A is converted to 0 to 5V and input to the AD converter 32 of the control unit 30.

그리고 본 발명은 상기 용접전원의 파형 제어를 위한 단락 및 아크 재생시점판단 레벨과 제어변수 등을 입력하는 입력 부(40)를 구비하는바, 상기 입력 부(40)는 입력키를 통하여 파형 제어를 위한 단락 및 아크 재생시점판단 레벨과 제어변수 등을 입력하며, 입력된 값은 제어 부(30)의 EEPROM에 저장된다. In addition, the present invention includes an input unit 40 for inputting a short-circuit and arc regeneration time determination level and a control variable for controlling the waveform of the welding power source. The input unit 40 controls the waveform through an input key. Inputs a short circuit and a judgment point at the time of arc regeneration and a control variable, and the input value is stored in the EEPROM of the control unit 30.

한편 입력 부(40)는 입력키를 통하여 단락 및 아크 재생시점판단 레벨과 제어변수 등을 입력할 수 있지만, 이와는 다르게 도 5에 도시된 바와 같이, 볼륨(volume)식으로 입력 값을 조절할 수 있다. 이는 버튼 방식의 입력키 방식보다 노프(knob) 회전 방식의 볼륨 조절 식이 작업자가 용접하면서 조건을 맞추기 쉽기 때문이다. 또한 볼륨을 단락 레벨용과 아크 레벨용의 2개로 하여 각각 조정할 수도 있으며, 경우에 따라서는 단락레벨 조정과 아크레벨 조정용으로 1개를 설치할 수 있다. 만일 1개로 사용할 경우 단락과 아크 레벨이 동시에 연동되도록 하면 사용자가 간편하게 조절할 수 있으며, 즉 단락레벨을 올리면 아크 레벨도 동시에 올라가도록 하여도 무방하다. On the other hand, the input unit 40 may input a short circuit and arc reproduction time determination level and control variables through an input key. Alternatively, as illustrated in FIG. 5, the input unit 40 may adjust an input value in a volume manner. . This is because the volume control type of knob rotation type is easier for the operator to match the condition than the button type input key method. In addition, the volume can be adjusted to two for short-circuit level and one for arc level, and in some cases, one volume can be provided for short-circuit level adjustment and arc level adjustment. If it is used as one, the user can easily adjust the short circuit and arc level at the same time. That is, if the short circuit level is raised, the arc level may be raised at the same time.

그리고 도 6에는 입력 부(40)에서 입력되는 제어 변수의 예가 그래프로 도시되어 있다. 도 6에서 Is는 단락 시 제어 전류, Ts는 단락전류 유지 시간, Ia는 아크 시 제어 전류, Ta는 아크전류 유지 시간이다. 이에 대한 입력은 도 5에 도시된 바와 같은 입력 부(40)의 입력키 4개로 조정이 가능하다. 6 illustrates an example of a control variable input from the input unit 40 in a graph. In FIG. 6, Is is a control current during a short circuit, Ts is a short circuit current holding time, Ia is a control current during arcing, and Ta is an arc current holding time. Input to this can be adjusted by four input keys of the input unit 40 as shown in FIG.

예를 들면 현재 모드(mode)가 단락전류일 경우, 아크 전류(Ia)를 변경하고 싶으면, 모드(mode) 3번 키(key)를 누르면 LCD 창에 Ia 가 깜박이고, 이때 현재 값을 증가시키려면 1번 업(Up) 키를 누르면 되고, 값을 감소시키려면 2번 다운(Down) 키를 누를 때마다 입력 값이 감소된다. 예를 들면 현재 Ia 값이 150A일때 100A로 설정하길 원하면 모드 3번 키로 Ia가 깜박일 때, 2번 다운(Down) 키를 눌러서 100A를 설정하면 된다. 그리고 최종적으로 4번 저장(save) 키를 누르면 현재 변수들이 제어 부(30)의 EEPROM에 저장되며, 전원을 끄더라도 그 변수 값이 남아 있으며, 전원을 다시 키면 EEPROM에서 변수를 불러오게 된다. For example, if the current mode is short-circuit current, and you want to change the arc current Ia, press Mode key 3 and Ia flashes on the LCD window, increasing the current value. Press the Up key once to decrease the value. To decrease the value, press the Down key twice to decrease the input value. For example, if you want to set 100A when the current Ia value is 150A, you can set 100A by pressing Down key 2 when Ia is blinking with Mode 3 key. Finally, when the save key is pressed four times, the current variables are stored in the EEPROM of the control unit 30. The variable values remain even after the power is turned off, and when the power is turned on again, the variables are loaded from the EEPROM.

그리고 모드 3번 키로 제어중지 상태로 설정하면 전류 파형제어는 중지되고 용접전원의 전류를 그대로 용접토치에 전달시킨다. 즉 전류제어를 원하지 않을 경우 제어중지 상태 모드로 설정하면 GMA 용접전원과 분리하지 않아도 된다. If the mode 3 is set to stop control, the current waveform control is stopped and the current of the welding power source is transferred to the welding torch. In other words, if the current control is not desired, the control stop mode does not need to be separated from the GMA welding power supply.

또한 상기 입력 부(40)에서 입력된 파형 제어 변수를 보여주며, 제어 상황을 출력하는 출력 부(60)를 구비하는바, 상기 출력 부(60)는 예를 들면 용접 이행이 단락 상태일 때 LED에서 ON 상태로 표시하고, 아크 상태일 때 LED를 OFF 하면 자동으로 깜박이게 되어 현재 외장형 전류제어 장치의 상태를 알 수 있도록 하였다. Also provided with an output unit 60 that shows the waveform control variable input from the input unit 40, and outputs the control situation, the output unit 60, for example, when the welding transition is a short circuit state LED In the arc state, the LED is turned off when the arc is off, and the current state of the external current control device is indicated.

그리고 본 발명은 상기 용접 전압 검출 부(20)를 통하여 검출된 전압을 통하여 아크 단락과 아크 재생시점을 판단하고, 판단된 아크 단락과 아크 재생시점에 적합한 용접전류 값과 전류 유지시간을 출력하도록 된 프로그램을 내장한 제어 부(30)를 포함한다.And the present invention is to determine the arc short and arc regeneration time through the voltage detected by the welding voltage detection unit 20, and to output the welding current value and the current holding time suitable for the determined arc short and arc regeneration time And a control unit 30 incorporating a program.

상기 제어 부(30)는 마이크로프로세서로 이루어지며 내부에 상기 입력 부(40)로부터 입력된 값이 저장되는 EEPROM을 내장하며, 상기 프로그램의 출력 값을 이용하여 상기 용접전원(100)의 용접 전류를 리니어하게 조절하는 스위칭 수단(70)을 구비한다.The control unit 30 is made of a microprocessor and has a built-in EEPROM that stores the value input from the input unit 40 therein, and uses the output value of the program to measure the welding current of the welding power supply 100. And a switching means 70 that adjusts linearly.

상기 제어 부(30)의 스위칭 수단(70)은 상기 제어 부(30)에 연결된 MOSFET 게이트 드라이버(72)와 이에 연결된 MOSFET 어레이(74) 및 스너버 저항(76)을 포함하고, 상기 MOSFET 어레이(74) 및 스너버 저항(76)은 단자 부(10)의 입력단자(12a)와 출력단자(12b)의 사이에서 연결된다.The switching means 70 of the control unit 30 includes a MOSFET gate driver 72 connected to the control unit 30, a MOSFET array 74 and a snubber resistor 76 connected thereto, and the MOSFET array ( 74 and the snubber resistor 76 are connected between the input terminal 12a and the output terminal 12b of the terminal portion 10.

따라서 상기 스위칭 수단(70)은 제어 부(30)와 상기 용접전원(100)의 (+) 단자 선을 연결하여 상기 용접전원(100)의 용접 전원을 리니어하게 제어한다.Therefore, the switching means 70 controls the welding power supply of the welding power supply 100 linearly by connecting the control unit 30 and the (+) terminal line of the welding power supply 100.

상기에서 MOSFET 어레이(74)는 평상시 게이트에 최대로 20V로 설정되어 있어 용접전원의 전류값 그대로 용접 토치(200)로 전달되며, 단락 또는 아크 재생시점에서 설정 전류와 설정 시간만큼 전류를 제어한다. In the above-described MOSFET array 74 is normally set to a maximum of 20V to the gate is transmitted to the welding torch 200 as the current value of the welding power supply, and controls the current by the set current and the set time at the time of short circuit or arc regeneration.

상기 제어 부(30)에서의 전류제어는 상기 입력 부(40)에서 입력된 설정전류로부터 상기 용접 전류 검출 부(50)로부터 검출되어 AD 변환기(32)로 입력된 전류 값을 뺀 오차 값을 제어기에 내장된 PI 제어기(미 도시)를 통하여 제어 출력 값을 계산하고, 그 값을 DA 변환기(38)로 출력한 다음, 상기 출력된 0~5V 범위의 값을 고출력 OPAMP를 통하여 0~20V로 변환하여 MOSFET 게이트 드라이버(72)에 공급하여 MOSFET의 전류를 리니어하게 제어한다. The current control in the control unit 30 is a controller of the error value obtained by subtracting the current value detected by the welding current detection unit 50 from the set current input from the input unit 40 and input to the AD converter 32 Calculate the control output value through the built-in PI controller (not shown), output the value to the DA converter 38, and then convert the value of the output 0 to 5V range to 0 to 20V through the high output OPAMP. By supplying it to the MOSFET gate driver 72 to linearly control the current of the MOSFET.

상기 MOSFET 게이트 드라이버(72)에서 게이트 전압이 20V일 경우 최대의 전류를 통전하며, 0V일 경우 전류를 완전 차단한다. In the MOSFET gate driver 72, when the gate voltage is 20V, the maximum current is supplied, and when the gate voltage is 0V, the current is completely blocked.

한편 제어 부(30)에서는 도 7에 도시된 바와 같은 제어 프로그램을 내장하고 있다. 먼저 단계(110)에서 용접 제어 전류 및 유지시간을 제어 부(30)에서 설정한다.On the other hand, the control unit 30 incorporates a control program as shown in FIG. First, in step 110, the welding control current and the holding time are set in the control unit 30.

이는 전원이 켜지면 EEPROM에 저장된 값, 즉 Is는 단락 시 제어 전류, Ts는 단락전류 유지 시간, Ia는 아크 시 제어 전류, Ta는 아크전류 유지 시간 등을 불러오며, 입력 부(40)의 입력키를 이용하여 변수를 설정하거나 또는 저장하게 된다. When the power is turned on, the value stored in the EEPROM is called, Is is a control current during a short circuit, Ts is a short circuit current holding time, Ia is a control current during an arc, Ta is an arc current holding time, and the like. Use the key to set or save the variable.

그 다음 단계(112)에서 용접 전압 검출 부(20)를 통하여 용접 전압을 검출한 다음, 용접 아크 상태/단락 상태를 판단한다.Next, in step 112, the welding voltage is detected through the welding voltage detection unit 20, and then the welding arc state / short state is determined.

이와 같은 경우 단계(114)에서는 용접 전압 검출 부(20)를 통하여 검출된 용 접전압이 입력 부(40)를 통하여 입력된 단락레벨 값보다 작으면 단락으로 판별하고 단락레벨보다 크면 아크로 판단한다. 이와 관련된 단락/아크 판단 레벨 값은 도 6에 도시된 바와 같다.In this case, in step 114, if the welding voltage detected through the welding voltage detector 20 is smaller than the short circuit level value input through the input unit 40, it is determined as a short circuit, and if it is larger than the short circuit level, the arc is determined. A related short / ark determination level value is shown in FIG. 6.

그리고 아크 판단은 전압레벨로 판단도 가능하지만 아크 발생순간의 전압 변동이 발생함으로 전압 미분 값으로 판단하는 것이 더 정확하다. 이는 검출된 용접전압을 미분하여 판단하며, 예를 들면 아크 판단기준은 도 8에 도시된 바와 같이, 미분 값이 약 8V/msec이상일 경우 아크 상태로 판단한다. The arc can be judged by the voltage level, but it is more accurate to determine the voltage differential value because the voltage fluctuation occurs at the moment of arc generation. This is determined by differentiating the detected welding voltage. For example, the arc criterion is determined as an arc state when the derivative value is about 8 V / msec or more, as shown in FIG. 8.

따라서 단계에서는 검출된 용접전압이 단락판별 레벨보다 작으면 ArcState=0 으로, 그 이상이면 ArcState=1 로 변수 값을 셋팅한다.Therefore, in the step, the variable value is set to ArcState = 0 if the detected welding voltage is less than the short circuit discrimination level, and ArcState = 1 to above.

또한 다음 단계(116)에서는 단락 시점/아크 시점을 판별하는 과정이 이루어진다. 만일 단락 시점 변수를 ShortControl, 아크 시점 변수를 ArcControl로 하면, 단락 검출 방법은 아크 상태에서 단락으로 변하는 시점을 검출해야 하기 때문에 단순히 단락판별 레벨로는 검출이 불가능하다. In the next step 116, a process of determining a short time / arc time is performed. If the short time variable is set to ShortControl and the arc time variable is ArcControl, the short circuit detection method must detect the point of change from the arc state to the short circuit, so it cannot be detected simply at the short circuit discrimination level.

따라서 상태변수를 이용하여 ArcState=1(이전 상태가 아크임) 이고, 용접전압<단락레벨(현재 단락 상태)인 조건이 만족되면 ArcState=0(단락상태), ShortControl=1, ArcControl=0 로 셋팅한다. Therefore, ArcState = 1 (short state), ShortControl = 1, ArcControl = 0 are set when ArcState = 1 (previous state is arc) and welding voltage <short level (current short state) is met by using state variables. do.

한편, 아크 검출 방법은 단락 상태에서 아크 상태로 변하는 시점을 검출해야 하기 때문에 단순히 단락판별 레벨로는 검출이 불가능하다. 따라서 상태변수를 이 용하여 ArcState=0(이전 상태가 단락임) 이고, 용접전압>=단락레벨(현재 아크 상태)인 조건이 만족하면 ArcState=1(아크상태), ShortControl=0, ArcControl=1로 셋팅한다. On the other hand, the arc detection method cannot detect at the short-circuit discrimination level simply because it is necessary to detect the time point when the arc state changes from the short state to the arc state. Therefore, if ArcState = 0 (previous state is short) and welding voltage> = short level (current arc state) is satisfied using state variables, ArcState = 1 (arc state), ShortControl = 0, ArcControl = 1. Set it.

만약 단락 시점이 ShortControl=1 이라면, 다음 단계(116)에서 단락 제어를 출력하고, 다음 단계(118)에서 AD 변환기(32)를 통하여 용접전류를 입력한다. 즉 AD 변환기(32)에서 용접전류 값을 읽어서 변수 Ic에 입력한다.If the short time is ShortControl = 1, then in step 116 the short control is output and in the next step 118 the welding current is input through the AD converter 32. That is, the welding current value is read from the AD converter 32 and input into the variable Ic.

그리고 다음 단계(120)에서 단락 전류에 대한 PI(Proportional-Integral: 비례-적분)제어가 이루어진다. 예를 들면 다음의 수식으로 제어를 하며, ｕ_ｎ은 n번째 DA로 전류 제어 출력을 내보내는 값이다. In the next step 120, PI (Proportional-Integral) control is performed on the short circuit current. For example, the following equation is used, and u _n is the value to send the current control output to the nth DA.

ｕ_ｎ=ｕ_ｎ-1+(Ｋ_ｐ+Ｋ_ｉㅇｔ_ｓ)ㅇｅ_ｎ - Ｋ_ｐㅇｅ_ｎ-1 ｕ _ｎ = ｕ _ｎ-1 + (Ｋ _ｐ + Ｋ _ｉ ㅇ ｔ _ｓ ) ㅇ ｅ _ｎ -Ｋ _ｐ ㅇ ｅ _ｎ-1

ｕ_ｎ: n번째 전류 제어 출력 값u _n : nth current control output value

ｕ_ｎ-1: n번째 이전 전류 제어 출력 값u _nn-1 : nth previous current control output value

ｅ_ｎ= Ｉ_ｓ-Ｉ_ｃ: (전류 명령값 - n 번째 용접전류 값): n 번째 오차 값ｅ _ｎ = I _s -I _c : (current command value-nth welding current value): nth error value

ｅ_ｎ-1: n 번째 이전 오차 값 ｅ _ｎ-1 : nth previous error value

Ｋ_ｐ: P제어기의 비례 이득 값 Ｋ _ｐ : Proportional gain of P controller

Ｋ_ｉ: I제어기의 적분 이득 값Ｉ _ｉ : Integral gain value of I controller

ｔ_ｓ: PI제어기의 샘플링 시간(적분시간) _ｓ : Sampling time (Integral time) of PI controller

상기에서 샘플링 시간은 도 7의 다음 단계에서 루프가 한 번 수행하는데 걸리는 시간이고, 예를 들면 루프가 20usec라면 샘플링 시간은 20usec이다. In the above, the sampling time is the time taken for the loop to perform once in the next step of FIG. 7, for example, if the loop is 20usec, the sampling time is 20usec.

그리고 다음 단계(122)에서는 샘플링 시간이 유지시간을 만족하였는지를 판별한다. 만일 단계(122)에서 루프가 20usec 이고 유지시간이 700us이면 35번의 루프가 반복된다.In the next step 122, it is determined whether the sampling time satisfies the holding time. If in step 122 the loop is 20usec and the hold time is 700us, then 35 loops are repeated.

만일 유지시간을 충족하였다면, 그 다음 단계(124)에서 DA 변환기(38)로 최대 값을 출력하는 과정이 이루어진다. 상기 DA 변환기(38)로 최대 20V값을 출력하면 MOSFET 어레이(74)는 100% 열려 있어 용접전원(100)의 용접전류를 그대로 내보낸다. 그리고 ShortControl=0, ArcControl=0으로 셋팅한다. If the holding time has been met, then the process of outputting the maximum value to the DA converter 38 in step 124. When the maximum value of 20V is outputted to the DA converter 38, the MOSFET array 74 is 100% open, so that the welding current of the welding power supply 100 is output as it is. Set ShortControl = 0 and ArcControl = 0.

만약 단계(116)에서 아크 시점이 ArcControl=1 이라면, 단계(126)에서 AD 변환기(32)를 통하여 용접전류를 입력하고, 다음 단계(128)에서 아크 전류에 대한 PI(Proportional-Integral: 비례-적분)제어가 이루어진다. 이는 상기 단계(120)에서 이루어진 수식과 동일한 방식을 통하여 아크 전류에 대한 제어가 이루어지므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다. If the arc time point at step 116 is ArcControl = 1, then the welding current is input through the AD converter 32 at step 126, and the PI (Proportional-Integral) for the arc current at the next step 128. Integral) control is performed. This is because the control for the arc current is made in the same manner as the formula made in step 120, a more detailed description thereof will be omitted.

그리고 다음 단계(130)에서는 샘플링 시간이 유지시간을 만족하였는지를 판 별한다. 만일 유지시간을 충족하였다면, 그 다음 단계(124)에서 DA 변환기(38)로 최대 값을 출력하는 과정이 이루어진다.In the next step 130, it is determined whether the sampling time satisfies the holding time. If the holding time has been met, then the process of outputting the maximum value to the DA converter 38 in step 124.

이와 같은 과정은 상기 용접전압 검출 부(20)를 통하여 검출된 전압을 통하여 아크 단락과 아크 재생시점을 판단하고, 판단된 아크 단락과 아크 재생시점에 적합한 용접전류 값과 전류 유지시간을 제어 부(30)가 출력하여 용접전원(100)의 용접 전류를 리니어하게 조절하는 것이다.In this process, the arc short and the arc regeneration time are determined based on the voltage detected by the welding voltage detector 20, and the welding current value and the current holding time suitable for the determined arc short and arc regeneration time are controlled by the control unit ( 30) to output the welding current of the welding power supply 100 to linearly adjust.

이하, 본 발명의 작용 효과를 구체적으로 파악하기 위하여 일련의 실험을 실시하였다Hereinafter, a series of experiments were conducted to specifically grasp the effect of the present invention.

[실시예]EXAMPLE

시험재료는 1.2φ의 CO₂용접봉 와이어로서 AWS ER70(-)G 규격의 제품을 사용하였으며, 실험에 사용된 용접 전원은 500A급 인버터 용접전원에 본 발명에 따른 외장 형 GMA 용접용 전류 파형 제어장치를 부착하였다. 용접조건은 와이어 송급속도(WFR=6m/min), 모재와 팁 사이의 거리(CTWD)는 14mm 이었으며, 용접속도는 250mm/min, 보호가스 유량은 20㎖/min 이었다. The test material was a product of AWS ER70 (-) G standard as 1.2φ CO₂ welding rod wire, and the welding power source used in the experiment was a 500A class inverter welding power source. Attached. The welding conditions were wire feeding speed (WFR = 6m / min), distance between base material and tip (CTWD) was 14mm, welding speed was 250mm / min, protective gas flow rate was 20ml / min.

종래의 기술에 따라서 무 제어시 파형 측정 결과를 도 9에 나타내었으며, 평균 용접전압과 전류는 각각 179A, 23.7V이었으며, 순간 단락이 29회/초, 정상단락 이 24.8회/초(총 53.8회/초 단락)이었다. 스패터가 다량 발생하는 순간 단락비(=순간 단락 수/총 단락 수*100)는 54%이었다.According to the conventional technique, the waveform measurement results at the time of no control are shown in FIG. 9, and the average welding voltage and current were 179 A and 23.7 V, respectively, and the instantaneous short circuit was 29 times / sec and the normal short circuit was 24.8 times / sec (total 53.8 times). / Second short). When a large amount of spatter occurred, the short-circuit ratio (= number of instantaneous paragraphs / total number of paragraphs * 100) was 54%.

그리고 본 발명에 따라 파형 제어를 실시하였다. 본 발명에 따른 전류 파형 제어 조건은 단락 판단전압은 14V, 단락 제어전류는 50A, 그리고 유지시간은 0.7ms이었다. 또한 단락해소 후 재 아크 직전의 전류를 100A로 0.1ms 유지하도록 설정하였다. 전류 파형 제어 시험에 사용한 제어 프로그램의 순서도는 도 7에 도시된 것과 같은 것이었다. And waveform control was performed according to the present invention. In the current waveform control condition according to the present invention, the short circuit determination voltage was 14V, the short circuit control current was 50A, and the holding time was 0.7ms. In addition, after short-circuit cancellation, the current just before re-arc was set to maintain 0.1 ms at 100A. The flowchart of the control program used for the current waveform control test was as shown in FIG.

도 10에는 본 발명에 따른 파형 제어 결과가 도시되어 있다. 본 발명을 통하여 제어한 결과, 평균 용접전압과 전류는 각각 176A, 22V이었으며, 순간 단락이 초당 2.9회/초, 정상 단락이 30.3회/초(총 33.2회/초 단락)이었다. 스패터가 다량 발생하는 순간 단락 비는 9.6%이었으며, 전류 및 전압 파형이 주기적으로 발생하였다. 이 결과 대립의 스패터가 발생하지 않았으며, 미세한 스패터 만이 소량 발생하였다. 10 shows a waveform control result according to the present invention. As a result of the control through the present invention, the average welding voltage and current were 176A and 22V, respectively, and the instantaneous short circuit was 2.9 times / second and the normal short circuit was 30.3 times / second (33.2 times / second short circuit). When a large amount of spatter occurred, the short-circuit ratio was 9.6%, and current and voltage waveforms occurred periodically. As a result, no opposing spatters occurred, and only a small amount of fine spatters occurred.

도 11에는 종래의 기술에 따른 무 제어와 본 발명에 따른 파형 제어 결과 얻어진 스패터를 측정하여 도시하였다. 도 11에서 스패터 발생율(SGR%: spatter generation rate)이란 용접 와이어를 100g 투입했을 때, 스패터로 발생하는 양을 나타낸 것이다. FIG. 11 shows measured and spatters obtained as a result of the conventional control and the waveform control according to the present invention. In FIG. 11, the spatter generation rate (SGR%) indicates the amount of spatter generated when 100 g of a welding wire is added.

상기에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 파형 제어 결과 대립의 스패 터가 발생하지 않고, 미세한 스패터 만이 소량 발생하여 양호한 품질의 용접 비드를 얻을 수 있었다. As can be seen from the above, as a result of the waveform control according to the present invention, no spatters of opposition were generated, and only a small amount of fine spatters were generated, thereby obtaining weld beads of good quality.

본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 수정 또는 변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.Although the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such a specific structure. Those skilled in the art may variously modify or change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. Nevertheless, it is intended that such simple modifications or variations are all clearly within the scope of the present invention.

상기에서와 같이 본 발명에 의하면 다양한 전류 파형의 제어가 가능하며, 저 전류뿐만 아니라, 고 전류영역에서도 용접 전류의 파형 제어가 용이하다. As described above, according to the present invention, it is possible to control various current waveforms, and it is easy to control the waveform of the welding current in the high current region as well as the low current.

이와 같이 본 발명은 용접 전류의 파형 제어를 통하여 스패터를 저감시킴과 동시에 용접 비드를 미려하게 할 수 있고, 그에 따른 용접 와이어의 소모 저감과 사상공정의 저감을 통하여 용접 작업의 생산성 증대를 이룰 수 있고, 스패터로 인한 화재 발생의 위험을 최소화시킬 수 있다.As described above, the present invention can reduce the spatter through the control of the waveform of the welding current and at the same time make the welding bead beautiful, thereby increasing the productivity of the welding operation by reducing the consumption of the welding wire and the reduction of the finishing process. It is possible to minimize the risk of fire caused by spatter.

뿐만 아니라, 본 발명에 의하면 종래의 용접전원에 외장 형으로 추가로 부착하면 되므로 장치 교체비용을 절감할 수 있는 장점이 얻어진다. In addition, according to the present invention, since it is additionally attached to the conventional welding power source as an external type, an advantage of reducing the device replacement cost is obtained.

Claims

In the apparatus for controlling the welding current waveform of the welding power source,

A terminal unit to which an input terminal and an output terminal are mounted on a positive terminal line of the welding power source;

A welding voltage detection unit connected to a terminal of the welding power source to detect a welding voltage;

A welding current detector for detecting a welding current including a DC-type hall sensor connected to the terminal of the welding power source;

An input unit for inputting a short circuit and arc regeneration time determination level and control variables for controlling the waveform of the welding power supply;

An output unit for displaying a waveform control variable input from the input unit and outputting a control situation; And

An arc short and arc regeneration time are determined based on the voltage detected by the welding voltage detection unit, and a program is configured to output a welding current value and a current holding time suitable for the determined arc short and arc regeneration time; And a control unit having a switching means for linearly adjusting the welding current of the welding power source by using the external GMA welding current waveform control device.

The current waveform of claim 1, wherein the control unit includes a MOSFET gate driver, a MOSFET array connected to the positive terminal line of the welding power supply, and a snubber resistor connected thereto. Control unit.

The external type of claim 1, wherein the welding voltage detection unit includes an insulation circuit and a filter circuit to block high frequency noise of the welding power supply, and is connected to an AD converter of the microprocessor through an amplifier for converting the welding voltage. Current waveform control for GMA welding.

The method of claim 1, wherein the welding current detection unit comprises a DC-type Hall sensor for detecting a current at the (-) terminal, a filter for removing the noise of the detected current, the micro through an amplifier for converting the detection current External waveform control device for external GMA welding, characterized in that it is connected to the AD converter of the processor.

The apparatus of claim 3, wherein the welding voltage detection unit is connected to a (+) terminal of the welding power source and a (-) terminal near a welding base material to detect a welding voltage. 5.

The apparatus of claim 4, wherein the welding current detection unit detects a welding current by connecting a DC-type Hall sensor to a negative terminal of the welding power source.