KR100972153B1 - 자동용접장치를 이용한 티그용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동용접장치를 이용한 티그용접방법에 관한 것으로서, 자동용접장치의 초기 구동에서 일정 시간동안 초기 용접 전류를 발생시키는 단계와, 발생된 초기 용접 전류와 용접캐리지의 회전 속도를 일정 시간동안 서서히 상승시키는 단계와, 상승된 용접 전류가 안정화되면 용접캐리지를 일정 속도로 회전시키고 용접캐리지측으로 용접와이어가 공급되어 용접이 이루어지는 단계와, 용접 단계의 완료시점인 종단부에서 일정 시간동안 설정 용접 전류에 비해 높은 용접 전류를 형성시키는 단계와, 높은 용접 전류 형성 단계 이후에 설정 전류값으로 용접 전류를 일정 시간동안 복귀시키는 단계와, 설정 전류값으로 복귀된 용접 전류를 서서히 오프시키는 단계를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면, 용접 시작부와 종단부에서 자동용접장치의 제어 방법을 통하여 건전한 비드 형성이 가능하며, 또한 300A 이상 고전류의 티그 용접에서 아르곤에 수소를 혼합하여 사용함으로써, 동일 용접 조건하에서 안정한 키홀의 형성과 용입이 깊은 단면을 얻을 수 있다. 더욱이 자동용접장치에서 용접캐리지의 토치 각도를 각도센서를 이용하여 항상 일정 각도로 유지시켜서 표면이 평탄한 비드를 얻을 수 있는 효과를 가진다.

티그용접, 자동용접장치, 용접 전류, 용접캐리지, 각도, 속도

Description

자동용접장치를 이용한 티그용접방법{TIG WELDING METHOD USING AUTO WELDING APPARATUS}

본 발명은 자동용접장치를 이용한 티그용접방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전류의 티그용접에서 아크가 불안정한 현상과 키홀 용접법에 있어서 둔덕과 용락 및 기공이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 자동용접장치를 이용한 티그용접방법에 관한 것이다.

티그 (TIG:tungsten inert gas)용접이란, 텅스텐 불활성 가스 용접의 약자로 현장에서는 아르곤 용접이라 한다. 이는 용융점이 가장 높은 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 일으키고 용접 중 산화, 질화를 방지하기 위해 아르곤(Ar) 가스로 용접부를 보호하는 용접을 의미하는 것이다.

일반적으로 티그 용접은 실딩 가스로서 순수 아르곤의 단일종 가스를 사용하며, 열전도 용접법을 이용하여 모재를 용융시키는 방법이기 때문에 주로 3mm이하의 박판 용접에 사용되거나 후판을 용접할 경우에는 대체적으로 다층 용접법을 이용하고 있다.

한편, 이러한 종래의 티그 용접 중 선박 건조, 교량 제조 등과 같은 대형의 파이프를 맞대어 잇는 파이프 맞대기 이음 티그 용접은, 근래 들어 자동용접장치로 하여 전자세(모든 자세)에 사용할 수 있는 장비들이 개발되어 사용되고 있다.

도 1은 종래의 자동용접장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 파이프 맞대기 이음 티그 용접은, 용접이 요구되는 파이프(1)가 거치되어 임의의 일방향으로 회전이 이루어지도록 터닝 롤러(10)가 설치되며, 파이프(1) 상에는 레일(20)이 설치되고, 이 레일(20)을 따라 회전되되 파이프(1)와 반대 방향으로 회전하면서 용접부위에 대하여 토치(32)로 용접이 실시되는 용접캐리지(30)를 포함한다.

그러나, 종래의 티그용접에서 다층 용접법을 수행하기 위해서는 두 이음부를 사전에 Y자 또는 V자로 홈을 내는 개선 가공을 해야하며, 개선 가공된 Y자 또는 V자로 홈을 메우기 위해 많은 양의 용가재가 필요로 하게 된다. 특히 3mm 이상의 두께를 완전 용입시키기 위해서는 용접전류와 속도만을 제어하여 안정한 키홀을 형성시키기는 어려움이 있었다. 더욱이 300A 이상의 티그용접에서는 실딩가스로 고가의 아르곤 가스만을 주입하게 되어 비소모식 전극봉의 산화 때문에 아크가 불안정해지는 현상이 종종 나타나고 있다.

또한, 자동용접장치를 이용한 파이프 맞대기 이음 티그 용접에서는 토치(32) 진행각으로 인하여 불건전 표면 비드를 형성하는 문제점이 있었다.

즉, 아래보기 용접시 도 2에서와 같이 토치(32a, 32b)의 위치 각도가 용접 진행방향에 대해 직각 또는 전진각일 경우 비드의 형상이 도 3a와 같이 중앙이 볼록하고 양쪽이 오목하여 불건전하며, 토치(32c)의 큰 각도에서는 도 3b와 같이 중앙이 오목하고 양쪽이 볼록한 불건전한 비드를 형성하게 된다. 이는 표면 비드가 과대하게 넓어져 외관상 좋지 않으며, 이러한 현상은 곡률이 작은 파이프 용접일수록 더욱 두드러지게 나타나는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 자동용접장치에서는 변화하는 각 파이프의 크기에 대응하도록 토치 각도의 거리값을 매번 수동으로 확인하고 수정해야 하는 불편함이 있었다. 즉, 터닝 롤러(10)와 용접캐리지(30)의 이송속도를 동일하게 하여 용접이 이루어지 지만 일정 시간이 경과함에 따라 용접캐리지(30)와 터닝 롤러(10)간에 속도 오차가 발생하고, 이로 인하여 각도가 변경된 토치(32)로 하여 불건전한 비드의 형성이 나타나는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 자동용접장치를 통하여 두께가 6mm 이상의 파이프를 1회에 용접하기 위해서는 400A 이상의 고전류가 사용되나 이로 인하여 자동용접장치의 용접 처음 시작부에서는 용접캐리지(30)가 정지된 상태에서 400A 이상의 아크가 발생하고, 이어서 용접캐리지(30)가 이동할 경우 지나치게 볼록한 비드를 피할 수 없으며, 용접 결함의 일종인 용락이 용접부 후면에 발생하는 경우도 있었다.

이와 같이 용접 종단부에서도 용접 시작부를 일순하고 나면 용접 시작부로 다시 돌아와서 시작부를 재용접하면서 용접 종단부를 처리해야 하나, 이때 처음에 지정한 용접전류가 그대로 유지되어 용접 시작부와 종단부를 같이 처리하면 아크의 불안정으로 용접 금속내의 기공이 발생되어 불건전한 비드의 형성으로 이어지게 된다.

따라서 본 발명에서는 용접 시작부와 종단부에서 건전한 비드 형성을 위하여 자동용접장치의 제어 방법을 제시한 티그용접방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 자동용접장치에서 용접캐리지의 토치 각도를 각도센서를 이용하여 항상 일정 각도로 유지시킴으로써, 표면이 평탄한 비드를 얻을 수 있는 자동용접장치를 이용한 티그용접방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 300A 이상 고전류의 티그 용접에서 아르곤에 수 소를 혼합하여 사용함으로써, 동일 용접 조건하에서 안정한 키홀의 형성과 용입이 깊은 단면을 얻을 수 있는 자동용접장치를 이용한 티그용접방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자동용접장치를 이용한 티그용접방법에 있어서, 자동용접장치의 초기 구동에서 일정 시간동안 초기 용접 전류를 발생시키는 단계와, 발생된 초기 용접 전류와 용접캐리지의 회전 속도를 일정 시간동안 서서히 상승시키는 단계와, 상승된 용접 전류가 안정화되면 용접캐리지를 일정 속도로 회전시키고 용접캐리지측으로 용접와이어가 공급되어 용접이 이루어지는 단계와, 용접 단계의 완료시점인 종단부에서 일정 시간동안 설정 용접 전류에 비해 높은 용접 전류를 형성시키는 단계와, 높은 용접 전류 형성 단계 이후에 설정 전류값으로 용접 전류를 일정 시간동안 복귀시키는 단계와, 설정 전류값으로 복귀된 용접 전류를 서서히 오프시키는 단계를 포함하는 자동용접장치를 이용한 티그용접방법을 제공한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 자동용접장치를 이용한 티그용접방법에 따르면, 용접 시작부와 종단부에서 자동용접장치의 제어 방법을 통하여 건전한 비드 형성이 가능하며, 또한 300A 이상 고전류 티그 용접에서 아르곤에 수소를 혼합하여 사용함으로써, 동일 용접 조건하에서 안정한 키홀의 형성과 용입이 깊은 단면을 얻을 수 있다. 더욱이 자동용접장치에서 용접캐리지의 토치 각도를 각도센서를 이용 하여 항상 일정 각도로 유지시켜서 표면이 평탄한 비드를 얻을 수 있는 효과를 가진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동용접장치를 이용한 티그용접방법의 순서도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동용접장치를 이용한 티그용접방법을 도시한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동용접장치의 구성도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 아르곤과 수소의 혼합가스를 통한 용접 상태를 보여주는 사진이다.

도 4에 도시된 것과 같이 자동용접장치를 이용한 티그용접방법은, 자동용접장치의 초기 구동에서 일정 시간동안 초기 용접 전류를 발생시키는 단계(100)와, 발생된 초기 용접 전류와 용접캐리지의 회전 속도를 일정 시간동안 서서히 상승시키는 단계(110)와, 상승된 용접 전류가 안정화되면 용접캐리지를 일정 속도로 회전시키고 용접캐리지측으로 용접와이어가 공급되어 용접이 이루어지는 단계(120)와, 용접 단계의 완료시점인 종단부에서 일정 시간동안 설정 용접 전류에 비해 높은 용접 전류를 형성시키는 단계(130)와, 높은 용접 전류 형성 단계 이후에 설정 전류값으로 용접 전류를 일정 시간동안 복귀시키는 단계(140)와, 설정 전류값으로 복귀된 용접 전류를 서서히 오프시키는 단계(150)를 포함한다.

여기서 파이프 맞대기 이음 티그 용접에 사용되는 자동용접장치(200)는 도 6에서와 같이, 용접이 요구되는 파이프(1)가 거치되어 임의의 일방향으로 회전이 이루어지도록 하는 터닝 롤러(210)가 바닥면에 설치되며, 파이프(1)의 외주면을 따라서는 파이프(1)를 내부에 포함하도록 레일(220)이 설치되고, 이 레일(220)을 따라 회전되되 파이프(1)와 반대 방향으로 회전하면서 용접부위에 대하여 토치(232)로 용접이 실시되는 용접캐리지(230)로 구성된다.

도 5와 다시 도 6을 참고하여 각 단계를 설명하면 먼저, 단계(100)에서는 키홀 용접이 실시되는 용접 시작부 시점에서 일정 시간동안 초기 용접 전류를 서서히 발생시키게 된다. 그리고 이때 용접캐리지(230)는 구동이 정지된 상태를 유지한다.

그리고 단계(110)에서는 정지되어 있던 용접캐리지(230)의 회전 속도를 일정 시간동안 서서히 상승시킴과 같이, 초기 발생되어 상승된 용접 전류도 일정 시간 동안 서서히 더 상승시키게 된다. 이때, 용접 전류는 초기 발생시의 용접 전류 상승 속도보다는 낮은 속도로 상승된다. 또한, 상승하고 있는 용접캐리지(230)의 회전 속도는 용접 전류의 상승 속도보다는 낮은 것이 바람직하다.

단계(120)는 일정 시간 동안 용접 전류가 상승되어 설정된 전류값에 도달함과 같이 용접캐리지(230)의 회전 속도도 일정 설정값에 도달하면, 비로서 용접와이 어(240)가 토치(232) 단부측으로 공급되어 용접이 이루어지게 된다.

용접은 터닝 롤러(210)로 하여 파이프(1)가 일방향으로 회전하게 되며, 동시에 레일(220)을 따라 파이프(1)와 반대방향으로 용접캐리지(230)가 동일 속도로 회전하면서 파이프(1)의 용접 원주면을 따라 용접이 실시된다.

한편, 파이프(1)의 용접이 시작부에서 출발하여 용접캐리지(230)가 1회전이 완료되는 종단부에서는 단계(130)가 적용된다.

단계(130)에서는, 일정 시간동안 용접이 실시되었던 설정 용접 전류에 비해 높은 용접 전류를 형성시키게 된다.

일정 시간동안 높은 용접 전류를 유지시키는 이유는, 용접캐리지(230)를 통하여 용접 시작부를 일단 가용접한 다음, 일순하여 시작부를 재용접하면서 용접 종단부를 마무리져야 한다. 이때 설정된 용접전류 값이 그대로 사용되면 아크의 불안정으로 비드에 기공이 발생하고, 비드가 필요이상으로 커지는 문제점이 있기에, 용접 종단부에서는 높은 용접 전류를 통하여 불안정한 아크를 해소하게 된다.

그리고 이어지는 단계(140)는, 높은 용접 전류 형성 단계(130) 이후에, 설정 전류값으로 용접 전류를 일정 시간동안 복귀시키게 된다.

이는 계속하여 설정값보다 높은 용접 전류의 사용시 파이프(1)의 용접부의 후면으로 볼록하여 과하게 튀어나오는 용락이 발생할 수 있기 때문이다.

이때, 용접캐리지(230)는 정지된 상태이다.

그리고 단계(150)는 설정 전류값으로 복귀된 용접 전류를 서서히 오프시킴과 같이, 정지된 용접캐리지(230)측으로 용접와이어(240)가 일정 설정 속도에 비해 일 정 시간동안 증가된 속도로 공급된다.

여기서 용접와이어(240)를 공급 속도를 증가시키는 이유는, 3mm 두께 이상의 피용접물에 대해 키홀 용접을 할 경우, 고밀도의 아크가 모재를 관통하고 용융시켜 관통된 키홀이 더욱 커질 수 있으므로 증가된 속도의 용접와이어(240)의 공급으로 메우게 된다.

한편, 300A 이상의 고전류 티그 용접에서 자동용접장치(200)에 공급되는 가스는 아르곤에 수소가 혼합되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 아르곤에 혼합되는 수소의 혼합비는 3％∼ 7％인 것이다.

도시된 도 7을 참고하면, 예시된 사진에서 순수 아르곤으로 이루어진 비드 상태와 아르곤에 질소 또는 아르곤에 산소를 혼합한 비드의 상태보다 아르곤에 수고를 혼합한 비드의 상태가 미려한 표면을 가지는 것을 알 수 있다.

또한, 자동용접장치(200)에 설치되는 토치(232)는 용접진행 방향에 대하여 5°∼15°각도를 가지고서 각 단계에 적용되어 실시됨으로써, 건전한 표면 비드를 얻을 수 있으며, 더욱이 토치(232)의 바람직한 5°∼15°각도 유지를 위하여 용접캐리지(230)에는 각도센서(234)가 부착 설치되며, 각도센서(234)를 통하여 각도에 대한 단 1회의 정보를 측정하여 파이프(1)의 크기, 대차 속도, 터닝 롤러(210)의 속도와는 독립적으로 항상 토치(232)의 설정 각도를 유지할 수 있다.

그리고 각도센서(234)에서 측정된 토치(232)의 각도는 용접캐리지(230)의 구동 매커니즘을 통하여 수시로 각도 보정이 가능하다.

따라서 본 발명의 자동용접장치를 이용한 티그용접방법에서는, 일정시간 동 안 용접 전류와 용접캐리지의 속도 제어 그리고 용접와이어의 공급 속도의 제어를 통하여 키홀 용접시 용접 시작부와 용접 종단부에서 용접의 결함으로 발생하는 둔덕과 용락 및 기공 현상을 방지할 수 있게 되었으며, 또한, 아르곤에 수소를 혼합한 혼합가스와 토치의 일정각도 유지를 통하여 건전한 표면 비드를 형성할 수 있게 되었다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 자동용접장치를 이용한 티그용접방법은 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래의 자동용접장치를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 2는 도 1에서 자동용접장치의 토치 각도를 보여주는 개략도이고,

도 3a 내지 도 3b는 도 2의 토치 각도에 따라 비드의 형성을 보여주는 단면도이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동용접장치를 이용한 티그용접방법의 순서도이고,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동용접장치를 이용한 티그용접방법을 도시한 그래프이고,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동용접장치의 구성도이고,

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 아르곤과 수소의 혼합가스를 통한 용접 상태를 보여주는 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200 : 자동용접장치 210 : 터닝 롤러

220 : 레일 230 : 용접캐리지

232 : 토치 234 : 각도센서

240 : 용접와이어

Claims (9)

1. 자동용접장치를 이용한 티그용접방법에 있어서,

   상기 자동용접장치의 초기 구동에서 일정 시간동안 초기 용접 전류를 발생시키는 단계와,

   상기 발생된 초기 용접 전류와 용접캐리지의 회전 속도를 일정 시간동안 서서히 상승시키는 단계와,

   상기 상승된 용접 전류가 안정화되면 상기 용접캐리지에 설치되는 각도센서를 통하여 상기 자동용접장치의 토치 각도가 일정하게 유지되는 상태에서 상기 용접캐리지를 일정 속도로 회전시키고 상기 용접캐리지측으로 용접와이어가 공급되어 용접이 이루어지는 단계와,

   상기 용접 단계의 완료시점인 종단부에서 일정 시간동안 설정 용접 전류에 비해 높은 용접 전류를 형성시키는 단계와,

   상기 높은 용접 전류 형성 단계 이후에, 설정 전류값으로 용접 전류를 일정 시간동안 복귀시키는 단계와,

   상기 설정 전류값으로 복귀된 용접 전류를 서서히 오프시키는 단계

   를 포함하는 자동용접장치를 이용한 티그용접방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 발생된 초기 용접 전류와 상기 용접캐리지의 회전 속도를 일정 시간동안 서서히 상승시키는 단계에서,

   상기 용접캐리지의 회전 속도는 상기 용접 전류의 상승 속도 보다는 낮은 것을 특징으로 하는 자동용접장치를 이용한 티그용접방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 높은 용접 전류 형성 단계 이후에, 설정 전류값으로 용접 전류를 일정 시간동안 복귀시키는 단계에서,

   상기 용접캐리지는 정지되는 것을 특징으로 하는 자동용접장치를 이용한 티그용접방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 설정 전류값으로 복귀된 용접 전류를 서서히 오프시키는 단계에서,

   정지된 상기 용접캐리지측으로 용접와이어는 일정 설정 속도에 비해 일정 시간동안 증가된 속도로 공급되는 것을 특징으로 하는 자동용접장치를 이용한 티그용접방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 고전류 티그 용접에서 상기 자동용접장치에 공급되는 가스는 아르곤에 수소가 혼합되어 사용되며, 상기 아르곤에 혼합되는 수소의 혼합비는 3％∼ 7％인 자동용접장치를 이용한 티그용접방법.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 자동용접장치에 설치되는 토치는 용접진행 방향에 대하여 5°∼15°각도를 가지고서 상기 각 단계에 적용되어 실시되는 것을 특징으로 하는 자동용접장치를 이용한 티그용접방법.
9. 삭제

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