KR101075159B1 - 대입열 횡향 용접을 위한 위빙 제어방법 및 자동용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체 외판의 수평 용접 제어에 있어서, 용융풀에 의한 용접 불량을 방지할 수 있도록 하는 삼각 위빙 제어방법 및 자동 용접장치를 제공하기 위한 것으로서, 자동용접장치의 이송모듈에 Y슬라이드부를 설치하고, Y슬라이드부 단부에 틸트시켜 고정가능하게 구성되는 틸트부를 통해 위빙 모듈을 설치하고, 위빙 모듈 내부에 X,Z방향 슬라이드를 설치하여 용접 콘트롤러에 의해 자동제어할 수 있도록 자동용접장치를 구성하고, 상기 용접 콘트롤러는, 위빙을 위한 3지점의 위빙 포인트를 설정하는 제1단계와; 수평방향으로 용접장치를 주행시킴과 아울러 상기 제1단계에서 설정된 3지점의 위빙 포인트로 용접토치를 슬라이드시키면서 용접하는 제2단계와; 각 위빙 포인트 별로 용접토치 출력전류의 변화량을 검출하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 검출된 용접토치 출력전류의 변화량에 의거하여 다음 포인트로의 이동속도를 가변시켜 위빙을 제어하는 제4단계를 포함하되, 각 위빙 포인트에서 소정의 멈춤시간을 설정하여 멈춤 후 이동하는 방식으로 삼각 위빙 또는 V자형 위빙을 제어함에 특징이 있다.

대입열, 횡향, 용접, 아크 센싱, 위빙, 삼각 위빙, 용융풀

Description

대입열 횡향 용접을 위한 위빙 제어방법 및 자동용접 장치{Torch triangle weaving method and apparatus for welding on horizontal position}

본 발명은 수평 용접 제어에 있어서, 용접 토치의 위빙 방식을 삼각 위빙 방식으로 제어하되, 각 위빙 포인트에서의 전류 변화량에 의거하여 다음 위빙 포인트로의 이동속도를 가변시킴으로써, 용융풀의 기울기나 쌓이는 변화량에 대응해서 용접 제어가 가능해지므로 용접 불량을 방지할 수 있도록 한 대입열 횡향 용접을 위한 삼각 위빙 제어방법 및 자동 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박 건조 공정은 여러 형상의 선체블록들을 독립적으로 제작한 다음 이들 블록들을 도크(Dock)에서 서로 합하는 방식으로 이루어진다. 대형 선박 1척을 건조하는데 250∼400개의 선체블록들이 만들어지며, 선체블록 내부에는 용접셀이 약 200개(셀마다 수직 용접부 2개 존재) 정도가 존재하므로 1척의 선박을 건조하기 위해서는 무수히 많은 수직교차부들을 용접해야 한다.

용접장치의 대체적인 적용분야는 선박의 제조공정에서 수직용접과 경사부의 용접이 실시되는 경우가 많다. 용접은 두개의 용접부재(철판)을 맞대어 용접하는 용접장치의 기본 구조는 용접부위로부터 용접토치를 통해 아크발생과 동시에 용접재료가 되는 와이어를 용융시켜 전면비드와 용접부재의 갭(GAP)차이로 인한 백비드를 형성하는 것이다.

상기와 같은 용접은 CO2용접을 실시하는 경우인데, 용접부재(철판)가 두꺼운 경우에는 용융금속이 채워져야 하는 깊이가 깊어지고, 이에 따라 용접사는 일차적으로 형성한 비드 상에 수회의 용접을 반복 실시하는 방식을 통해 용접을 완성하게된다.

그러나 수작업에 의한 반복 용접은 용접시간이 오래 걸리고, 용접사의 숙련도 정도에 따라 결함 발생률이 높고, 다층패스 용접으로 비드의 흘러내림 현상과 고전류의 사용에는 한계가 있다.

종래의 수직 일렉트로 가스용접(EGW)의 경우 도 1a의 (a)에 도시된 바와 같이 용융풀이 거의 실정하게 쌓여서 올라오게 되므로 아크 센싱 방법 및 시점을 평균값 또는 실시간 등의 일반적인 방법을 적용하여도 용접 품질에 문제가 없으나, 도 1a의 (b)에 도시된 바와 같이 수평 일렉트로가스용접(EGW)의 경우 용융풀이 기울어져 쌓일 뿐만 아니라 쌓이는 기울기가 일정하지 않으므로 위빙 포인트별로 아크 길이(토치 높이)가 달라져 수직 일렉트로 가스 용접 방식으로 아크 센싱을 하게 되면 아크 길이의 편차가 심해져서 융합 결함, 언더컷 등의 용접 결함을 일으킬 가능성이 매우 높다.

종래의 수평용접에서 위빙 방식은 2점을 위빙시키는 방식으로 제어되는 되는데, 상기에서 설명한 바와 같이 용융풀이 기울어져서 쌓이고, 쌓이는 기울기 및 높 이 등이 일정하지 않기 때문에 위치마다 토치 높이가 달라져서 아크 편차로 인하여 도 1b와 같은 용접 불량이 발생 되는 것이다.

이와 같이 수직 용접부는 일렉트로 가스 용접(EGW) 방법 및 장치를 이용하여 자동 용접을 행하고 있으나, 수평 용접부는 EGW 기법의 적용이 어려워 FCAW 기법을 적용하고 있다.

도 1c는 일반적인 FCAW 기법을 이용한 수평 용접 예시도이다. 이에 도시된 바와 같이, FCAW 기법의 경우 EGW와 같이 대입열 용접이 불가능하므로 한번에 용접을 끝내기 어렵고 이로 인해 여러 차례 반복 용접을 행해야 하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 의하여 수평 용접방식으로 용접하되, 용접토치를 삼각 위빙으로 제어하여 용융풀에 의한 용접 방해를 방지할 수 있도록 한 대입열 횡향 용접을 위한 위빙 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은, 각 위빙 포인트에서 출력전류의 변화량을 검출하고, 각 전류 변화량에 의거하여 각각의 포인트에서 아크 길이를 독립적으로 제어하도록 한 대입열 횡향 용접을 위한 삼각 위빙 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 삼각 위빙 또는 V자형 위빙 제어를 위하여 자동용접장치에서 위빙 모듈을 구비하고 위빙 모듈을 제어하여 3점 포인트를 자동이동시키면서 위빙 제어를 할 수 있도록 하는 대입열 횡향 자동 용접장치를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적은,

선체 외판 용접을 위한 위빙 제어 방법에 있어서,

상부 부재와 하부 부재의 용접 면에 대해서 삼각 위빙을 위한 3지점의 위빙 포인트를 설정하는 제1단계와;

수평방향으로 용접장치를 주행시킴과 아울러 상기 제1단계에서 설정된 3지점의 위빙 포인트로 용접토치를 슬라이드시키면서 용접하는 제2단계와;

각 위빙 포인트 별로 용접토치 출력전류의 변화량을 검출하는 제3단계와;

상기 제3단계에서 검출된 용접토치 출력전류의 변화량에 의거하여 다음 포인트로의 이동속도를 가변시켜 위빙을 제어하되, 각 위빙 포인트에서 미리 정해둔 일시 멈춤 시간 동안 멈춤 후 이동시키는 제4단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 제3단계에서 3지점의 위빙 포인트별 전류 변화량은, 3지점을 위빙 할 때 이전 위빙 사이클에서의 각 포인트의 출력전류와 현재 위빙 사이클에서 각 포인트의 출력전류를 비교하여 각 포인트별로 출력 전류 변화량을 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 제3단계의 다른 방식으로는, 각 위빙 포인트와 포인트 사이의 구간 평균 출력전류를 검출하고, 이전 위빙 사이클에서의 해당 포인트와 포인트 사이의 구간 평균 출력전류와 비교하여 변화량을 검출하고, 구간 평균 출력전류 변화량에 의해 다음 위빙 포인트로의 이동속도를 가변시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 삼각 위빙 포인트를 설정하여 각 위빙 포인트의 출력전류 변화량에 의거하여 V자형 위빙과 삼각 위빙을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 각 위빙 포인트중 꼭대기 지점(상부 개선면)에서는 용접 아크를 단속 제어하여 입열량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위빙 포인트의 용접토치 전류 변화량에 의거하여 임의의 전류 변화량을 넘는 위빙 포인트에서 다음 위빙 포인트로 이동하는 구간에서는 용접 아크를 단속 제어하여 입열량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 각 위빙 포인트에 대해 설정한 멈춤 시간은 용입량을 채우기 위한 것으로서, 용접 토치 전류 변화량에 의거하여 기준 멈춤 시간을 가변시켜 멈춤 제어를 하도록 함에 특징이 있다.

본 발명의 자동용접 장치는,

복수의 마그네트장치에 의해 용접위치의 철판에 부착되는 이송레일과; 이송레일(10)을 타고 주행가능하도록 설치되는 이송모듈과; 상기 이송모듈에 설치되어 Y방향으로 슬라이드시키는 토치 Y슬라이드부와; 상기 토치 Y슬라이드부에 연결 설치되어 토치를 틸팅시키기 위한 틸팅 각도를 세팅시키는 토치 틸트부와; 상기 토치 틸트부에 회동힌지가 결합되어 틸팅 각도가 세팅되고, 내부에 X,Z 슬라이드 수단이 설치되어 X,Z 슬라이드가 자동 제어되는 위빙브라켓이 외측면으로 돌출 설치되는 위빙 모듈과; 상기 위빙모듈의 위빙 브라켓에 고정 설치되어 토치를 Z 방향으로 슬라이드 시켜 초기 위치를 세팅하기 위한 토치 Z방향 슬라이드부와; 상기 토치 Z방향 슬라이드부에 결합되어 토치를 X방향으로 슬라이드시켜 초기 위치를 세팅하기 위한 토치 X방향 슬라이드부와; 상기 토치 X방향 슬라이드부에 결합 설치되어 토치의 각도를 세팅하기 위한 토치 각도 슬라이드부와; 상기 토치 각도 슬라이드부에 연결 설치되어 용접토치를 고정설치하는 토치 클램프부와; 상기 토치 Y슬라이드부와, 상기 위빙 모듈의 내부 X,Z슬라이드를 제어하여 용접 토치의 용접 포인트가 삼각형을 이루도록 3점의 위빙 포인트를 설정한 후, 용접 전류 검출부를 통해 용접 토치의 출력전류를 검출하여 출력 전류 변화량에 의거하여 위빙 포인트를 가변시키 면서 삼각 위빙으로 용접 제어를 하는 용접 콘트롤러를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은, Y슬라이드부와, 위빙 모듈의 내부에 X,Z슬라이드를 구비하여 용접 콘트롤러에 의해 삼각 위빙 제어를 수행할 수 있도록 구성함에 특징이 있다. 또한, 위빙 모듈에 회전 힌지를 구비하고, 상기 Y슬라이드부에 토치 틸트부를 구비하여 위빙 모듈을 틸트시켜 용융풀의 기울기에 대응하여 삼각 위빙 또는 V위빙 패턴의 기울기를 조절하는 것이다.

본 발명은 수평용접 제어에 있어서, 용접 토치의 위빙 방식을 삼각 위빙 방식으로 제어하되, 각 위빙 포인트에서의 전류 변화량에 의거하여 다음 위빙 포인트로의 이동속도를 가변시킴으로써, 용융풀의 기울기나 쌓이는 변화량에 대응해서 용접 제어가 가능해지므로 용접 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동 용접 장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동 용접장치의 위빙 모듈 사진 도면이며, 도 4는 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동 용접장치 사진 도면이고, 도 5는 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동 용접장치의 위빙 제어를 위한 제어 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이,

복수의 마그네트장치(20)에 의해 용접위치의 철판에 부착되는 이송레일(10)과; 이송레일(10)을 타고 주행가능하도록 설치되는 이송모듈(30)과; 상기 이송모듈(30)에 설치되어 Y방향으로 슬라이드시키는 토치 Y슬라이드부(31)와; 상기 토치 Y슬라이드부(31)에 연결 설치되어 토치를 틸팅시키기 위한 틸팅 각도를 세팅시키는 토치 틸트부(32)와; 상기 토치 틸트부(32)에 회동힌지(41)가 결합되어 틸팅 각도가 세팅되고, 내부에 X,Z 슬라이드 수단이 설치되어 X,Z 슬라이드가 자동 제어되는 위빙브라켓(42)이 외측면으로 돌출 설치되는 위빙 모듈(40)과; 상기 위빙모듈(40)의 위빙 브라켓(42)에 고정 설치되어 토치를 Z 방향으로 슬라이드 시켜 초기 위치를 세팅하기 위한 토치 Z방향 슬라이드부(50)와; 상기 토치 Z방향 슬라이드부(50)에 결합되어 토치를 X방향으로 슬라이드시켜 초기 위치를 세팅하기 위한 토치 X방향 슬라이드부(60)와; 상기 토치 X방향 슬라이드부(60)에 결합 설치되어 토치의 각도를 세팅하기 위한 토치 각도 슬라이드부(70)와; 상기 토치 각도 슬라이드부(70)에 연결 설치되어 용접토치(90)를 고정설치하는 토치 클램프부(80)와; 상기 토치 Y슬라이드부(31)와, 상기 위빙 모듈(40)의 내부 X,Z슬라이드(43)(44)를 제어하여 용접 토치(90)의 용접 포인트가 삼각형을 이루도록 3점의 위빙 포인트를 설정한 후, 용접 전류 검출부(110)를 통해 용접 토치(90)의 출력전류를 검출하여 출력 전류 변화량에 의거하여 위빙 포인트의 이동시간을 가변시키면서 삼각 위빙 또는 V자형 위빙으로 용접 제어를 하는 용접 콘트롤러(100)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 이송레일(10)에는 복수의 마그네트 장치(20)가 설치되어 있으며, 마그네트 장치(20)는, 온/오프 스위치를 이용하여 자력에 의해 선체의 철판에 부착 또는 탈착이 가능하도록 이루어진다. 이에 따라 이송레일(10)을 용접 대상 위치에 정렬시키고, 마드네트 장치(20)를 온시켜서 철판에 부착설치한다.

용접토치(90)를 클램프부(80)에 결합 설치하고, Y슬라이드부(31), Z슬라이드부(50), X슬라이드부(60)를 조절하여 용접토치(90)를 용접 위치에 정렬시키되, 틸트부(41)를 이용하여 용접 토치(90)의 틸트 각도를 조절함과 아울러 토치 각도 슬라이드부(70)를 조절하여 토치의 각도를 조정한다. 상기 Z, X슬라이드부(50)(60), 틸트부(41), 토치각도 슬라이드부(70)는 수동 조작에 의해 용접토치(90)를 초기 기준 위치로 맞추게 된다.

상기와 같이 용접장치를 용접 위치에 설치하고, 용접 토치(90)를 초기 위치에 세팅한 후, 용접 콘트롤러(100)에 의해 삼각 위빙 또는 V자형 제어 방식으로 횡향 용접 제어를 하게 된다. 특히 본 발명에서는 각 위빙 포인트에서 용입량을 채우기 위한 멈춤시간을 설정하여 위빙 제어시 각 위빙 포인트별로 멈춤 제어후 이동하게 하며, 용접토치의 출력 전류 변화량에 의거하여 위빙 포인트간의 이동을 제어하게 한다.

또한, 삼각 위빙시 꼭대기 지점 즉, 3포인트 중 바닥면에 대해 가장 높은 위치에 있는 꼭대기 지점의 위빙 포인트에서 다음 위빙 포인트로 이동하는 구간에서는 용접토치의 아크를 단속제어하여 입열량을 조절한다. 아크 단속 방법은, 꼭대기 지점에서 다음 위빙 포인트로 이동하는 구간에서는 아크발생을 하지 않고 통과하는 방식과 이동 구간 동안 소정 타이밍으로 온/오프를 반복하는 방식으로 제어할 수도 있다.

본 발명의 실시예에서는 꼭대기 지점에서 다음 위빙 포인트로 이동하는 동안에는 아크를 발생하지 않고 통과하는 단속방법을 예로 한다. 또한 반드시 꼭대기 지점 뿐 아니라 특정한 각도나 상황에 의해 용융풀의 쌓이는 문제와 기울기등의 문제로 인해 용접 토치의 전류 변화량이 임의로 정해둔 한계치를 넘어가는 위빙 포인트에서는 다음 위빙 포인트로 넘어 갈때 아크를 단속하여 통과시키는 제어를 할 수 있다. 그리고 꼭대기 지점이 아닌 임의의 위빙 포인트에서 다음 위빙 포인트로 이동할때 아크를 단속한 경우 다음 위빙 싸이클에서는 출력 전류 변화량에 의거하여 단속제어를 계속 할 것인지 단속제어를 하지 않을 것인지를 결정하여 위빙 제어를 한다.

본 발명의 장치적 특징은, 이송모듈(30)에 Y슬라이드부(31)를 구비하여 위빙 모듈(40)을 Y방향으로 자동제어할 수 있도록 하고, 상기 위빙 모듈(40)의 내부에 X,Z슬라이드(43)(44)를 구비하여 X,Z방향 슬라이드를 자동제어하게 하여 용접 콘트롤러(100)에 의해 삼각 위빙 제어를 수행할 수 있도록 구성함에 특징이 있다. 또한, 위빙 모듈(40)에 회전 힌지(41)를 구비하고, 상기 Y슬라이드부(31)에 토치 틸트부(32)를 구비하여 위빙 모듈(40)을 틸트시켜 토치 틸트부(32)을 이용하여 틸트 각도를 고정시켜 준다. 토치 틸트부(32)는, 용융풀의 기울기에 대응하여 삼각 위빙 또는 V위빙 패턴의 기울기를 조절하는 것이다.

도 5는 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동용접 장치의 위빙 제어 블록도이고, 도 6은 본 발명에 의한 대입열 횡향 위빙 제어 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이,

상기 용접 콘트롤러(100)는, Y슬라이드부(31), 위빙 모듈(40)내의 X, Z슬라이드(43)(44)를 제어하여, 상부 부재와 하부 부재의 용접 면에 초기 위빙 포인트를 설정하되, 위빙 포인트는 삼각형을 이루는 3점 위빙 포인트(a, b, c)를 설정하는 제1단계(S10)와;

이송모듈(30)을 제어하여 주행제어를 하고, 상기 제1단계(S10)에서 설정된 3지점의 위빙 포인트로 용접토치(90)를 위빙시키면서 횡향 용접을 제어하는 제2단계(S20)와;

각 위빙 포인트의 용접토치 출력전류 변화량을 검출하는 제3단계(S30)와;

상기 제3단계(S30)에서 검출된 용접토치 출력전류의 변화량에 의거하여 다음 위빙 포인트로의 이동속도를 가변시켜 위빙을 제어하되, 미리 정해둔 멈춤 시간동안 상기 각 위빙 포인트에서 일시 멈춤 후에 다음 위빙 포인트로 이동시키는 제4단계(S40)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 제3단계(S30)는, 각 위빙 포인트별로 이전 출력 전류값과 현재 출력 전류값을 비교하여 그 변화량에 의거하여 다음 위빙 포인트로의 이송시 이동 속도를 가변시키도록 한다.

또한, 상기 제3단계(S30)는 각 위빙 포인트와 포인트 사이의 평균 출력전류를 검출하고, 이전값과 현재값을 비교하여 그 변화량을 검출하고, 변화량에 의해 다음 위빙 포인트로의 이동 속도를 가변시키도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 위빙 포인트에서 일시 멈춤 시간동안 멈춤 제어를 한 후 다음 위빙 포인트로 이동을 시킴으로써 멈춤 시간이란 이동을 멈추고 아크를 발생시키는 용접 동작을 의미하며 용입량을 채울 수 있도록 하는 것이다. 이때 멈춤 시간은 미리 실험적으로 구해서 시간을 설정하여 두고 멈춤제어를 한다. 또한, 출력 전류 변화량에 의거하여 기준 멈춤 시간을 가변시켜 제어할 수도 있다.

또한, 각 위빙 포인트중 꼭대기 지점(상부 개선면)에서는 용접 아크를 단속 제어하여 입열량을 저감시킬 수 있게 된다. 이는 꼭대기 지점에서 다음 위빙 포인트로 이동하는 구간동안 아크발생을 중지하고 이동시키는 것으로서 입열량을 조절하기 위한 것이다. 이에 따라 실질 적으로는 V자형 위빙 용접 제어가 이루어진다.

따라서, 위빙 포인트의 출력전류 변화량에 의거하여 다음 위빙 포인트로의 이동속도를 가변하게 되면, 이송 모듈(30)에 의해 주행되는 과정중에 위빙 포인트의 이동 속도가 가변 되므로, 각 위빙 포인트의 절대 좌표치는 계속 가변되면서 주행방향으로 이동되면서 위빙 제어가 이루어진다.

한편, 위빙 제어방법으로는 3점 위빙 포인트를 삼각 위빙 방식으로 위빙 제어를 할 수도 있고, V 위빙 방식으로도 위빙 제어를 할 수가 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 삼각 위빙 제어 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

상부부재(21)의 하면은 경사면으로 형성되고, 하부부재(22)의 상면은 수평면으로 형성되며, 용접장치를 수평 주행으로 횡향 용접을 수행한다. 기존에는 2점 위 빙 방식으로 용접을 하였으나, 본 발명에서는 3점의 위빙포인트(a, b, c)를 이동하는 삼각 위빙 방식으로 수평용접을 처리한다.

여기서, 위빙 포인트 a, b, c는 본 발명에 의해 삼각 위빙 제어에 의해 이동되는 위빙 포인트를 나타낸 것이고, a', b'는 종래 2점 위빙 제어방식의 2점 위빙 포인트를 표시한 것이다. 즉, 종래에는 a' - b'의 위빙 포인트로 용접토치를 위빙시키면서 주행방향으로 용접을 진행하는 것으로서, 이 경우 용융풀(23)이 흘러내려 쌓일 때, 기울기나 높이가 달라져서 정상적인 용접이 어렵고, 융합불량, 용입불량, 언더컷, 언더필 등의 용접 불량이 발생될 우려가 많았다.

이에 따라 본 발명은 a-b-c 3점의 위빙 포인트로 이동되는 삼각위빙 방식으로 제어를 하되, 각 위빙 포인트에서의 토치 출력전류를 센싱하여 위빙포인트 간의 이동속도를 조절하여 융융풀에 의한 용접 불량을 방지하도록 한 것이다.

상부 부재와 하부 부재의 용접 면에 대해서 삼각 위빙을 위한 3지점의 위빙 포인트를 설정하는 제1단계(S10)를 수행하는데, 사용자가 3점의 위빙 포인트(a, b, c)에 대해서 시편의 두께, 그루브의 각도에 맞추어서 콘트롤 판넬에서 미리 입력하게 되고, 용접장치의 콘트롤러가 토치의 위빙 포인트로서 설정하게 된다.

이후, 수평방향으로 용접장치를 주행시킴과 아울러 상기 제1단계(S10)에서 설정된 3지점의 위빙 포인트로 용접토치를 슬라이드시키면서 삼각 위빙으로 용접하는 제2단계(S20)를 수행한다.

용접진행에 의해 3점의 위빙 포인트는, 용접 진행방향(View C)과, 후행방향(View A)에서는 위빙 포인트 a-b-c는 높이가 다른 직선형으로 보이고, 상부방 향(View B)에서는 삼각형으로 위빙이 제어되게 하는 것이다.

위와 같이 삼각 위빙방식으로 용접 진행을 할 때에 용융풀(23)의 쌓이는 각도와 양이 변할 수 있고, 각 위빙 포인트에서의 토치와 용융풀 사이의 간격이 달라져 토치 출력전류가 달라질 수 있다.

따라서, 각 위빙 포인트 별로 용접토치 출력전류의 변화량을 검출하는 제3단계(S30)를 수행한다. 이는 3지점을 위빙 할 때 이전 위빙 사이클에서의 각 포인트에서의 용접토치 출력전류와 현재 위빙 사이클에서 각 포인트에서의 용접토치 출력전류를 비교하여 각 포인트별로 출력 전류 변화량을 검출한다.

용접장치에서 전류를 동일하게 설정하더라도 토치의 높이가 변하게 되면 출력전류가 변한다. 즉, 토치와 용융풀 사이의 간격에 의해 토치 출력 전류량이 변하게 되므로 본 발명은 토치의 출력전류 변화량을 센싱하여 캐리지를 용접방향으로 자동 이송하는 방식으로 삼각 위빙제어를 한다.

상기와 같이 각 위빙 포인트에서 용접 토치 전류량을 측정하여 용접토치 출력전류의 변화량에 의거하여 다음 포인트로의 이동속도를 가변시켜 위빙을 제어하는 제4단계(S40)를 수행한다.

위빙 포인트를 가변시키는 방식은, 상기와 같이 각 위빙 포인트(a, b, c)에서의 용접 토치 출력 전류를 검출하고, 각 포인트에서의 변화량에 비례하여 용접 토치의 이송 속도를 가변시키도록 한다. 이송속도가 가변 되면 위빙 포인트의 위치가 가변되면서 용접 진행이 이루어진다. 출력전류를 센싱하여 출력전류의 변화량이 적으면 상대적으로 늦은 속도로 이동하게 하고, 변화량이 크면 상대적으로 빠른 속 도로 이동되게 위빙제어를 하는 것이다.

예를 들어, 용융풀(23)의 기울기가 낮아져 토치의 출력 전류 변화량이 발생되면, 도 7의 1번축과 2번축의 이송속도를 변화시킨다. 즉, 2번 축의 이동속도 대비 1번축의 이동속도를 증가시킴으로써, 위빙 포인트 B는 B'의 위치로 변하게 되는 것이다. 여기서 1번축과, 2번축은 용접토치의 위빙 제어에 의해 이송시키는 벡터방향을 축이라 표현한 것이고, 그 스칼라량은 초기 위빙 포인트 설정에 의해 절대치로서 고정되어 있으므로, 각 이동 축의 이동속도를 가변하여 융융풀의 기울기나 쌓이는 양에 대응함으로써, 용접불량을 방지하는 것이다.

한편, 본 발명은, 상기 제3단계(S30)에서 각 위빙 포인트와 포인트 사이의 평균 출력전류를 검출하여 그 변화량을 검출하고, 변화량에 의거하여 각 포인트 사이의 이동속도를 가변제어하도록 할 수 있다. 즉, 각 위빙 포인트와 포인트 사이의 구간에서 용접토치의 평균 출력전류를 검출하고, 이전 위빙 사이클에서의 해당 포인트와 포인트 사이의 구간에서의 용접토치 평균 출력전류와 비교하여 포인트와 포인트 사이의 구간별로 평균 출력전류의 변화량을 검출하고, 구간 평균 출력전류 변화량에 의거하여 다음 위빙 포인트로의 이동 속도를 가변시키도록 한다.

또한, 본 발명의 다른 예로서, 임의의 위빙 포인트의 용접토치 출력전류와 다음 위빙 포인트의 용접 토치 출력전류 차를 검출하고, 다음 위빙 사이클에서 상기 임의의 위빙 포인트에서 다음 위빙 포인트로 위빙 이동시 상기 출력전류 차에 의거하여 위빙 이동 속도를 가변시키도록 할 수도 있다.

또한, 상기 제2단계는, 각 위빙 포인트의 출력전류 변화량에 의거하여 V자형 위빙 또는 삼각 위빙을 선택적으로 제어할 수도 있다. 이는 삼각 위빙만으로 효과적인 용융풀에 대응하기 어려운 경우에 브이자형 형태로 위빙을 제어하도록 할 수 있으며, 이는 전류 변화량이 일정한 한계치 이상의 차이가 발생되는 경우에 브이자형 위빙으로 제어하고, 다시 전류 변화량이 한계치 이내가 되면 삼각 위빙 방식으로 제어하도록 함으로써 융융풀이 불규칙하게 흐르거나 뭉쳐서 쌓일때 대응할 수 있게 한다.

또한, 본 발명에서는 위빙 제어시 각 위빙 포인트에서 멈춤 시간을 설정하고, 멈춤 시간 동안 일시 멈춤 후 다음 위빙 포인트로 이동되게 제어함으로써, 용융풀의 쌓이는 속도나 기울기에 대응할 수 있으며, 각 위빙 포인트중 꼭대기 지점(상부 개선면)에서는 용접 아크를 단속 제어하여 입열량을 저감 시킬 수 있게 된다.

도 1a는 종래 기술에 의한 수직용접과 수평용접의 설명도.

도 1b는 종래 기술에 의한 수평용접의 위빙과 정상용접 및 용접불량 설명도.

도 1c는 일반적인 FCAW 기법을 이용한 수평 용접 예시도.

도 2는 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동 용접 장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동 용접장치의 위빙 모듈 사진 도면.

도 4는 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동 용접장치 사진 도면.

도 5는 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동 용접장치의 위빙 제어를 위한 제어 블록도.

도 6은 본 발명에 의한 대입열 횡향 자동 용접장치의 위빙 제어방법을 보인 흐름도.

도 7은 본 발명에 의한 삼각위빙 포인트 설명도.

도 8은 본 발명에 의한 삼각 위빙 제어 설명도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 이송레일 20 : 마그네트 장치

30 : 이송모듈 31 : Y슬라이드부

32 : 토치 틸트부 40 : 위빙 모듈

41 : 회전 힌지 42 : 위빙 브라켓

43 : X 슬라이드 44 : Z 슬라이드

50 : Z 슬라이드부 60 : X 슬라이드부

70 : 토치 각도 슬라이드부 80 : 토치 클램프부

90 : 토치 100 : 용접 콘트롤러

110 : 용접 전류 검출부

Claims (7)

1. 용접 토치를 Y방향으로 슬라이드 시키는 수단과, X,Z방향으로 슬라이드 시키는 수단을 구비하고, 용접 콘트롤러가 주행방향으로 주행시키면서 상기 슬라이드 수단을 자동 제어하여 용접토치의 위빙을 제어하여 자동용접을 수행하는 대입열 횡향 용접을 위한 위빙 제어방법에 있어서,

   용접토치의 이동 포인트로서 3지점의 위빙 포인트를 설정하는 제1단계와;

   상기 제1단계에서 설정된 위빙 포인트에 대해서 용접 토치를 이동시켜 위빙을 제어하면서 용접을 제어하는 제2단계와;

   상기 위빙 제어와 함께 이전 위빙 싸이클과 현재 위빙 싸이클에서 용접 토치의 출력전류 변화량을 검출하는 제3단계와;

   상기 제3단계의 용접토치 출력 전류 변화량에 의거하여 다음 위빙 포인트로 용접토치를 이동시키는 속도를 가변시켜 위빙 제어를 함과 아울러 각 위빙 포인트에서 미리 정해둔 멈춤 시간 동안 이동을 멈춘 후 다음 위빙 포인트로 이동시켜 위빙을 제어하는 제4단계를 포함하되,

   각 위빙 포인트의 출력전류 변화량에 의거하여 V자형 위빙 또는 삼각 위빙을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 대입열 횡향 용접을 위한 위빙 제어방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제4단계는,

   각 위빙 포인트에서 미리 정해둔 멈춤 시간동안 일시 멈추되, 멈춤 시간은 미리 설정된 기본 멈춤 시간에 상기 제3단계에서 검출된 용접 토치 전류변화량에 의거하여 멈춤시간을 가변시켜 위빙 제어하는 것을 특징으로 하는 대입열 횡향 용접을 위한 위빙 제어방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제4단계는,

   상기 위빙 포인트 중 꼭대기 지점에서 다음 위빙 포인트로 이동하는 구간에서는 용접 아크를 단속 제어하여 입열량을 조절하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 대입열 횡향 용접을 위한 위빙 제어방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제4단계는,

   상기 위빙 포인트의 용접토치 전류 변화량에 의거하여 임의의 전류 변화량을 넘는 위빙 포인트에서 다음 위빙 포인트로 이동하는 구간에서는 용접 아크를 단속 제어하여 입열량을 조절하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 대입열 횡향 용접을 위한 위빙 제어방법.
6. 삭제
7. 삭제

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