KR100979165B1 - 스터드 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모재에 고전압 소전류 및 저전압 대전류가 단계적으로 공급되도록 하여, 통전성이 좋지 않은 모재에 대해서도 스터드 용접 작업이 원할하게 진행될 수 있도록 하는 스터드 용접장치에 관한 것으로, 작업자의 조작에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 스위치를 구비한 용접암을 포함하는 스터디 용접장치에 있어서, 고전원인 용접원을 공급하는 고전원 공급부; 저전원을 공급하는 저전원 공급부; 외부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 상기 고전원 공급부에서 출력되는 용접원 차단 또는 공급하고, 용접원 공급 시 고전압의 저전류로 출력하는 고전압용 방전회로부; 외부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 상기 저전원 공급부에서 출력되는 저전원을 차단 또는 공급하고, 저전원 공급 시 저전압의 대전류로 상기 용접원 공급부로 출력하는 저전압용 방전회로부; 및 상기 대전압의 소전류 및 저전압의 대전류를 입력받고 스터드 핀을 모재에 용접하기 위한 상기 대전압 소전류 또는 저잔압 대전류에 따른 상기 용접원을 모재에 공급하는 용접원 공급부; 상기 트리거 스위치로부터 트리거 신호가 입력되는 경우 상기 고전압용 방전회로부에 의해 생성되는 고전압 소전류를 상기 용접원 공급부로 공급되도록 한 후, 상기 저전압용 방전회로부에 의해 생성되는 저전압 대전류가 상기 용접원 공급부로 공급되도록 하는 상기 고전압용 방전회로부 및 저전압용 방전회로부로 절환신호를 출력하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

스터드(STUD) 용접장치, 콘덴서, 시간제어회로

Description

스터드 용접장치{.}

본 발명은 스터드(STUD) 용접장치에 관한 것이다.

본 발명은 모재에 고전압 소전류 및 저전압 대전류가 단계적으로 공급되도록 하여, 통전성이 좋지 않은 모재에 대해서 스터드 용접 작업이 원할하게 진행될 수 있도록 하는 스터드 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 방청도장이 입혀진 철골재나 철파 등의 철강재로 구축되는 건물이나 공조 덕트 등의 구축물(이하, '모재'라 통칭함)에 대하여 그 표면이 보온재나 내화 단열재로 피폭되어 고정되어 있으며, 상기 피폭제 등의 고정수단으로 널리 사용되고 있는 것이 스터드 용접기이다. 즉, 스터드 용접기는 볼트를 용접하는 데 사용되는 용접기로써 순간적인 고전압을 방출하여 용접건에 포함된 볼트를 모재에 용접시키는 용접기이다.

상기 스터드 용접기는 도 1에 도시된 바와 같이, 상용전원(4)의 전류를 증대시키는 트랜스부(5)와, 이 트랜스부(5)의 양 단자에 SCR과 다이오드가 한 쌍씩 병 렬로 연결된 파형정류부(6)와, 파형정류부(6)의 SCR의 게이트단자에 적절한 파형이 정류될 수 있도록 점호각신호를 인가하는 제어부(15)와, 상기 파형정류부(6)의 다음단에 구비되어 정류된 전류를 인가받아 전류를 충전하도록 고용량콘덴서들로 이루어진 충전콘덴서부(9)와, 이 충전콘덴서부(9)의 충전전류를 방출시키도록 방출신호를 인가하는 토치스위치(3)가 구비된 용접건으로 이루어져서, 충전콘덴서부(9)에서 충전이 완료되면 상기 토치스위치(3)를 눌러서 고전압이 한꺼번에 방전되게 하여 모재에 볼트를 용접시키게 된다. 한편, 상기 토치스위치(3)는 제어부(15)에 용접신호를 인가하며, 제어부(15)는 모재와 연결되는 마이너스단에 직렬로 연결된 용접용SCR소자(12)의 게이트단자에 점호 각신호를 인가하도록 구성되어 토치스위치(3)를 동작시키면 모재와 볼트 양단에 걸린 충전전압이 일시에 도통되므로 모재와 볼트의 접점부위가 순간적으로 용융되면서 볼트가 모재에 용접된다. 이 때, 모재와 볼트사이에 흐르는 전류의 양은 순간적으로 약 1200A의 높은 대전류가 흐르게 된다. 이러한 구성의 스터드 용접기는 보통 작업자가 직접 들고 다니면서 용접할 수 있도록 휴대용으로 만들어진다.

그런데, 상기 트랜스부(5)는 전술한 것처럼, 대전류를 방출시키기 위해 상기 충전콘덴서부(9)를 충분히 충전할 수 있는 세기로 전류를 증폭시켜야 하므로 충전콘덴서부(9)에 흐르는 전류의 양을 증가시키기 위해선 트랜스부(5)의 크기 및 부피 역시 상대적으로 커져야만 한다. 이처럼, 트랜스부(5)의 크기에 비례해서 전류를 증폭시킬 수 있으므로 트랜스부(5)의 크기를 매우 크게 하여 전류량을 증폭시킬 수 도 있지만, 이렇게 할 경우 스터드 용접기의 전체무게가 무거워져 용접기를 휴대하기가 매우 불편해지는 문제점이 생긴다.

한편, 한번 용접작업을 하면 상기 충전콘덴서부(9)가 다시 충전될 때까지 소정의 시간을 기다려야만 하는데, 트랜스부(5)의 크기를 크게 하여 전류의 양을 크게 증폭시킬 수 록 충전콘덴서부(9)를 충전할 수 있는 시간이 짧아 지게 되어 시간당 용접횟수가 증가하게 되지만, 역시 트랜스부(5)의 크기를 무한정 크게 하는 것은 작업자가 휴대하기에 불편을 초래함으로 휴대에 불편을 주지않는 적정수준까지 트랜스부(5)의 크기를 작게 제작할 수밖에 없게 된다. 이에 따라, 충전콘덴서부(9)를 충전하는 전류의 용량은 상대적으로 작아지게 되어 작업자가 시간당 용접할 수 있는 용접횟수는 더 줄어들게 되고, 작업능률이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

그에 더해, 상기 트랜스부(5)를 거쳐서 증폭되는 전류는 상기 파형정류부(6)의 SCR이 점호각신호에 의해 전류를 도통시켜 파형을 정류함으로 파형의 변화가 불규칙한 특성을 갖게 됨에 따라, 미세한 노이즈신호가 같이 실려 용접의 품질을 저하시키거나, 기기에 안 좋은 영향을 주는 문제점이 있다.

한편, 종래의 스터드 용접기는 용접작업을 진행시킨 후, 상기 충전콘덴서부(9)에 잔류된 전류에 의해 작업자가 감전되는 사고를 방지하기 위해 충전콘덴서부(9)가 끝까지 소진되도록 구성된다. 이를 위해, 상기 충전콘덴서부(9)와 병렬로 연결되는 방전용SCR소자(11)가 더 구비되는데, 용접작업직후, 이 방전용SCR소자(11)에 도통신호가 가해지면, 충전콘덴서부(9)가 모두 방전될 때까지 온 상태를 유지하게 되어 충전전류를 방출시킨다. 또한, 상기 충전콘덴서부(9)의 충전용량을 조정할 수 있는 가변저항기(10)가 제어부(15)에 더 연결되어 용접강도를 조절할 수 있게 된다.

그런데, 이 방전용SCR소자(11)는 SCR소자의 특성상 직류에서 자기유지기능을 갖고 있으므로 한번 온상태가 되면 상기 충전콘덴서부(9)의 충전전류가 다 빠져나갈 때까지 계속해서 온 상태를 유지하게 된다. 따라서, 종래의 스터드용접기는 상기 가변저항기(10)를 조정하여 충전전류용량을 낮출 필요가 있을 경우, 낮추고자하는 수치만큼으로 곧바로 맞출 수 없고, 상기 방전용 SCR소자(11)를 통해 충전콘덴서부(9)에 충전되어 있던 충전전류를 모두 소진시킬 때까지 기다렸다가 충전전류가 완전히 방전된 후에서야 다시 새로 충전하여 원하는 충전용량으로 맞추어야만 한다. 이와 같은 과정으로 인해, 사용자에게 불편함으로 초래함은 물론, 불필요하게 전력이 소비되고, 용접속도가 매우 느려지는 단점이 있다.

또한, 모재가 연결된 플러스단과 상기 제어부(15) 사이에는 전압검출기(13)가 접속되어 상기 제어부(15)는 전압 검출기(13)로부터 현재 부하에서 소비되는 전압을 피드백 받아 정전압 제어를 함으로 상기 충전콘덴서부(9)에 충전되는 용량이 정확해지도록 제어하는데, 전압검출기와 제어부는 상호 절연된 상태로 그 전압치를 인가받지 않음으로 노이즈가 섞여 정전압제어가 불확실해지며, 상기 방전용 SCR소자(11) 및 충전용SCR소자(12)가 고장나거나, 상기 파형정류부(6)가 파손되어 갑작스럽게 회로의 전류가 증가하면, 이러한 전류의 증가를 막을 수 있는 방법은 없으므로 상기 트랜스부(5)가 과전류로 인해 고열로 파손되어 버리는 경우가 발생한다.

즉, 종래의 스터드 용접장치의 시스템은 전술한 바와 같이 직류전원으로 콘덴서에 충전된 전하(電荷)가 SCR을 통해서 방전된다. 이 방전은 트리거 스위치의 조작에 의하여 SCR의 게이트로 전압/전류가 인가됨으로써, 이루어진다. 또한 방전 개시 후 더욱더 스터드를 스프링의 힘으로 가압되도록 하는 것으로서 스터드 핀의 뾰족한 부위가 모재면에 삽입, 고정되도록 눌러 용접하는 방법이다.

그런데 종래 형의 스터드 용접장치는 저 전압의 전압/전류를 SCR의 게이트로 인가하는 방법으로 이외에 다른 방식이 채용되고 있지 않고 있다. 이 결과 절연물에 덮혀져 있어 절연 저항의 광범위한 큰 모재에 대하여는 용접능력이 결여된다는 문제가 있었다. 즉 종래의 스터드 용접 장치에서는 절연 저항이 큰 곳에서의 모제에 대한 작업성이 좋지 않아 안정된 용접이 불가능하다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 모재에 고전압 소전류 및 저전압 대전류가 단계적으로 공급되도록 하여, 방청 도장되어 통전성이 좋지 않은 모재에 대하여 먼저 통전이 양호해지도록 하고, 이후에 모재에 스터드 핀이 용접되도록 하는 스터드 용접장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 작업자의 조작에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 스위치를 구비한 용접암을 포함하는 스터디 용접장치에 있어서, 고전원인 용접원을 공급하는 고전원 공급부; 저전원을 공급하는 저전원 공급부; 외부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 상기 고전원 공급부에서 출력되는 용접원 차단 또는 공급하고, 용접원 공급 시 고전압의 저전류로 출력하는 고전압용 방전회로부; 외부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 상기 저전원 공급부에서 출력되는 저전원을 차단 또는 공급하고, 저전원 공급 시 저전압의 대전류로 상기 용접원 공급부로 출력하는 저전압용 방전회로부; 및 상기 대전압의 소전류 및 저전압의 대전류를 입력받고 스터드 핀을 모재에 용접하기 위한 상기 대전압 소전류 또는 저잔압 대전류에 따른 상기 용접원을 모재에 공급하는 용접원 공급부; 상기 트리거 스위치로부터 트리거 신호가 입력되는 경우 상기 고전압용 방전회로부에 의해 생성되는 고전압 소전류를 상기 용접원 공급부로 공급되도록 한 후, 상기 저전압용 방전회로부에 의해 생성되는 저전압 대전류가 상기 용접원 공급부로 공급되도록 하는 상기 고전압용 방전회로부 및 저전압용 방전회로부로 절환신호를 출력하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 스터드 핀에 용접원을 공급하는 SCR의 게이트에 고전압의 소전류와 저전압의 대전류를 짧은 간격인 초단위로 상기 SCR의 게이트에 공급되도록 함으로써, 먼저 스터드 핀 첨단에 흐르는 고 전압의 소 전류가 모재표면을 덮은 도장이나 산화피막의 절연물을 파괴하고 통전성이 나쁜 모재에 대하여 통전을 양호하게 만든 후 다시 저 전압의 대 전류가 SCR의 게이트로 공급되도록 하여 모재에 스터드 핀이 확실하고 안정되게 용접되도록 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 스터드 용접장치에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 스터드 용접장치의 구성을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 스터드 용접장치는 고전원인 용접원을 공급하는 고전원 공급부(31)와, 저전원을 공급하는 저전원 공급부(32)와, 외부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 상기 고전원 공급부에서 출력되는 용접원을 공급 또는 차단하고, 공급 시 상기 용접원을 고전압 저전류로 출력하는 고전압용 방전회로부(40)와, 외부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 상기 저전원 공급부에서 출력되는 저전원을 공급 또는 차단하고, 공급 시 상기 저전원을 저전압의 대전류로 상기 용접원 공급부로 출력하는 저전압용 방전회로부(50)와, 상기 대전압의 소전류 및 저전압의 대전류를 입력받고 스터드 핀을 모재에 용접하기 위한 상기 대전압 소전류 또는 저잔압 대전류에 따른 상기 용접원을 모재에 공급하는 용접원 공급부(5)와, 작업자의 조작에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 스위치로부터 트리거 신호가 입력되는 경우 상기 고전압용 방전회로부(40)에 의해 생성되는 고전압 소전류를 상기 용접원 공급부(5)로 공급되도록 한 후, 상기 저전압용 방전회로부(50)에 의해 생성되는 저전압 대전류가 상기 용접원 공급부(5)로 공급되도록 하는 상기 고전압용 방전회로부(40) 및 저전압용 방전회로부(50)로 절환신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

상기 고전압용 방전회로부(40)는 상기 제어부(65)로부터 입력되는 절환신호에 응하여 절환되는 스위칭수단(41)과, 상기 스위칭수단(41)의 절환에 따라 상기 고전원 공급부(31)로부터 공급되는 고전원을 인가받아 충전하거나 방전하는 충방전수단(42)과, 상기 충방전수단(42)과 병렬로 연결되어 상기 용접원 공급부(5)로 공급되는 고전압 및 소전류를 결정하는 전압/전류 결정수단(43)으로 구성된다.

상기 저전압용 방전회로부(50)는 상기 제어부(65)로부터 입력되는 절환신호에 응하여 절환되는 스위칭수단(51)과, 상기 스위칭수단(51)의 절환에 따라 상기 저전원 공급부(32)로부터 공급되는 저전원을 인가받아 충전하거나 방전하는 충방전수단(52)과, 상기 충방전수단(52)과 병렬로 연결되어 상기 용접원 공급부(5)로 공급되는 저전압 대전류를 결정하는 전압/전류 결정수단(53)으로 구성된다.

상기 충방전수단(42)(52)은 콘덴서이고, 상기 전압/전류 결정수단(43)(53)은 상기 콘덴서와 함께 충방정 시정수를 결정하는 저항(이하 "시정수 저항"이라 함)이다.

상기 용접원 공급부(5)는 SCR 소자로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 스터드 용접장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 적용된 스터드 용접장치는 초기시 고전압용 방전회로부(40) 및 저전압용 방전회로부(50)에 구비된 스위치(41)(51)가 (a)접점으로 절환되어 있기 때문에 상기 고전압용 방전회로부(40) 및 저전압용 방전회로부(50)에 구비된 콘덴서(42)(52)가 각각 충전된다.

이때, 작업자가 도 2의 용접암(90)에 구비된 트리거 스위치(95)를 누르게 되면, 제어부(65)는 상기 트리거 신호를 입력받아 고전압용 방전회로부(40)의 스위치(41)가 (a)단자에서 (b)단자로 절환되도록 한다. 그리고 콘덴서(42)는 방전하기 시작하고, 방전되는 고전압의 소전류는 다이오드(D2)를 거쳐 용접원 공급원(5)의 SCR 게이트로 공급되어 방전된다. 그러므로 방전되는 고전압의 소전류에 따른 용접원은 모재(70)로 공급되어, 모재(70)의 표면을 덮은 도장이나 산화피막의 절연물을 파괴하여 통전성이 나쁜 모재(70)에 대해 통전을 양하게 만든다.

이렇게 모재(70)의 통전성을 향상시킨 후 제어부(65)는 스위치(41)가 (a)접점으로 절환되도록 제어한 후 저전압용 방전회로부(50)의 스위치(51)가 (a) 접점에서 (b)접점으로 절환되도록 한다. 그러면 콘덴서(C2)는 충전모드에서 방전모드로 전환되고, 콘덴서(C2)로부터 방전되는 저전압 대전류는 다이오드(D1)를 거쳐 용접원 공급원(5)의 SCR 게이트로 공급되도록 함으로써 스터디 핀이 모재(70)에 확실하고 안정적으로 용접되도록 한다.

이때, 제어부(65)는 2개의 스위치(41)(51)가 1~3초 간격으로 절환되도록 하며, 상기 고전압의 소전류는 100V의 300mA, 저 전압의 대 전류는 12V의 1A의 근방범위로 설정하는 것이 바람직하며, 상기 고전압 소전류의 인가조건은 콘덴서(42)와 시정수용 저항(43)에 의해 결정되고, 상기 저전압 대전류의 인가조건은 콘덴서(52)와 시정수용 저항(53)에 의해 결정된다.

31 : 고전원 공급부 32 : 저전원 공급부

40 : 고 전압용 방전회로부 41 : 스위칭수단

42 : 충방전수단 43 : 전압/전류 결정수단

50 : 전압용 방전회로부 51 : 스위칭수단

52 : 충방전수단 53 : 전압/전류 결정수단

60 : 용접원 공급부 65 : 제어부

C1 : 고 전압용 콘덴서 C2 : 저 전압용 콘덴서

5 : SCR G : 게이트

70 : 모재 80 : 스터드 핀

90 : 용접 암 95 : 트리거 스위치

D1 : 고 전압용 다이오드 D2 : 저 전압용 다이오드

Claims (5)

1. 작업자의 조작에 따라 트리거 신호를 출력하는 트리거 스위치를 구비한 용접암을 포함하는 스터디 용접장치에 있어서,

   고전원인 용접원을 공급하는 고전원 공급부;

   저전원을 공급하는 저전원 공급부;

   외부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 상기 고전원 공급부에서 출력되는 용접원 차단 또는 공급하고, 용접원 공급 시 고전압의 저전류로 출력하는 고전압용 방전회로부;

   외부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 상기 저전원 공급부에서 출력되는 저전원을 차단 또는 공급하고, 저전원 공급 시 저전압의 대전류로 상기 용접원 공급부로 출력하는 저전압용 방전회로부; 및

   상기 대전압의 소전류 및 저전압의 대전류를 입력받고 스터드 핀을 모재에 용접하기 위한 상기 대전압 소전류 또는 저잔압 대전류에 따른 상기 용접원을 모재에 공급하는 용접원 공급부;

   상기 트리거 스위치로부터 트리거 신호가 입력되는 경우 상기 고전압용 방전회로부에 의해 생성되는 고전압 소전류를 상기 용접원 공급부로 공급되도록 한 후, 상기 저전압용 방전회로부에 의해 생성되는 저전압 대전류가 상기 용접원 공급부로 공급되도록 하는 상기 고전압용 방전회로부 및 저전압용 방전회로부로 절환신호를 출력하는 제어부;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스터드 용접장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고전압용 방전회로부는,

   상기 제어부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 절환되는 스위칭수단과,

   상기 스위칭수단의 절환에 따라 상기 고전원 공급부로부터 공급되는 용접원을 인가받아 충전하거나 방전하는 충방전수단과,

   상기 충방전수단과 병렬로 연결되어 상기 용접원 공급부로 대전압 및 소전류가 공급되도록 결정하는 전압/전류 결정수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스터드 용접장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 저전압용 방전회로부는,

   상기 제어부로부터 입력되는 절환신호에 응하여 절환되는 스위칭수단과,

   상기 스위칭수단의 절환에 따라 상기 저전원 공급부로부터 공급되는 저전원을 인가받아 충전하거나 방전하는 충방전수단과,

   상기 충방전수단과 병렬로 연결되어 상기 용접원 공급부로 소전압 및 대전류가 공급되도록 결정하는 전압/전류 결정수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스터드 용접장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 충방전수단은 콘덴서이고,

   상기 전압/전류 결정수단은 상기 콘덴서와 충방전 시정수를 결정하고 상기 용접원 공급부로 소전류를 공급할지 대전류를 공급할지를 결정하는 저항인 것을 특징으로 하는 스터드 용접장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 용접원 공급부는, SCR의 애노드로 상기 용접원을 입력받고, 게이트로 상기 대전압 소전류 및 소전압 대전류를 인가받아 상기 용접원을 캐소드로 출력하는 SCR인 것을 특징으로 하는 스터드 용접장치.

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