KR101120231B1 - Method for arc start and apparatus for arc start stabilization - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용접기의 아크 스타트 방법 및 그 아크 스타트 안정화장치에 관한 것이다. 본 발명에는 용접기의 와이어 송급장치에 아크 스타트를 안정화시기키 위한 아크 스타트 안정화 장치(150)가 장착된다. 상기 아크 스타트 안정화장치(150)는 용접 시작신호가 발생하면 와이어를 공급하고 있는 용접전류를 감지하는 전류 감지부(152)를 구비한다. 그리고, 상기 용접전류가 감지되면 상기 공급된 와이어와 모재(140)가 완전하게 단락되게 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하고, 또 상기 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값 이하로 감소하면, 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하여 아크가 안정되게 발생하도록 제어하는 제어부(154)가 구비된다. 상기 제어부(154)는 실질적으로 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하는 용접전압제어부(156) 및 용접전류제어부(158)의 동작을 제어한다. 상기 아크 스타트 안정화 장치(150)는 하드웨어 또는 소프트웨어 방식으로 구현이 가능하다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 아크가 안정적으로 발생하게 되어 스패터의 발생을 억제할 수 있고 용접 작업 후의 별도의 후가공이 필요하지 않아 작업 공정이 개선되는 이점이 있다.The present invention relates to an arc start method of a welder and an arc start stabilization apparatus thereof. In the present invention, the arc start stabilization device 150 for stabilizing the arc start to the wire feeder of the welding machine is mounted. The arc start stabilization device 150 includes a current detector 152 that detects a welding current supplying a wire when a welding start signal is generated. When the welding current is sensed, the output of the welding voltage and the welding current is controlled so that the supplied wire and the base material 140 are completely shorted, and the welding current is lower than or equal to a threshold set to prevent an unstable arc start. When reduced, the controller 154 is provided to control the output of the welding voltage and the welding current so that the arc is generated stably. The controller 154 controls the operations of the welding voltage controller 156 and the welding current controller 158 which substantially control the output of the welding voltage and the welding current. The arc start stabilization device 150 may be implemented in a hardware or software manner. According to the present invention as described above, the arc is stably generated to suppress the generation of spatters, and there is an advantage in that the work process is improved because no separate post-processing after the welding operation is required.
용접기, 아크 스타트, 용접전류, 용접전압 Welding machine, arc start, welding current, welding voltage
Description
본 발명은 용접기의 아크 스타트 방법에 관한 것으로, 특히 용접 스타트시에 불완전하게 발생하는 아크 스타트를 억제하기 위한 용접기의 아크 스타트 방법 및 그의 아크 스타트 안정화장치에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an arc start method of a welder, and more particularly, to an arc start method of a welder and an arc start stabilizing apparatus thereof for suppressing arc start occurring incompletely at the time of a weld start.
본 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 이산화탄소가스 용접기를 예를 들어 설명하기로 한다. In this embodiment, for convenience of description, a carbon dioxide gas welding machine will be described as an example.
이산화탄소가스 용접기는 용접용 케이블을 길게 연장하면 장비를 이동시키지 않고서도 지상으로부터 높은 곳의 구조물이나 건축물 또는 선박건조 장소 등의 작업장에서 용접 작업이 가능하다. 그래서 근래에 그 사용이 급증하고 있는 실정이다. The carbon dioxide gas welding machine can be welded at a place such as a structure, a building, or a ship construction site that is high above the ground without moving equipment by extending the welding cable. So the use is increasing rapidly in recent years.
도 1에는 일반적인 이산화탄소가스 용접기의 구성도가 도시되어 있다.1 is a block diagram of a general carbon dioxide gas welding machine.
도 1을 살펴보면, 이산화탄소가스 용접기는 용접동작을 전체적으로 제어하는 용접기 본체(1), 용접 와이어를 송급하는 와이어 송급장치(2), 그리고 용접하고자 하는 모재(4)에 대해 용접을 직접 수행하는 용접 토치(3)로 구성된다. 또 상기 용 접기 본체(1)와 상기 와이어 송급장치(2) 사이에는 전원선 및 각종 제어신호를 전달하기 위한 제어선이 구비된 케이블(5)이 연결된다. 또 상기 와이어 송급장치(2)에는 미도시하고 있지만 용접 와이어를 송급하기 위한 피딩모터를 제어하기 위한 제어부 등이 포함되어 구성된다.1, a carbon dioxide gas welder is a welding torch that directly performs welding on a welder
이러한 구성의 용접기에서는 먼저 용접 개시신호가 발생하면, 와이어 송급장치(2)와 용접기 본체(1)는 통신을 수행하여 용접 토치(3)에 용접용 전원이 공급되게 하고 상기 제어부는 상기 피딩모터를 구동시켜 와이어가 모재(4)측으로 공급되게 하여 용접이 수행되게 하는 것이다.In the welding machine having such a configuration, when a welding start signal is generated first, the
이때, 용접이 처음 이루어지기 위해서는 용접 토치(3)와 모재(4) 사이의 절연을 파괴하기 위해 상당히 높은 고압 고주파의 전압이 걸어지게 된다. 이를 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. At this time, in order for welding to be made for the first time, a voltage of a very high high-frequency high frequency is applied to break the insulation between the
도 2는 용접시 일반적인 용접전압과 용접전류의 출력 파형도를 나타내고 있다. 도 2의 (a)는 용접전압 파형도, (b)는 용접전류 파형도이다. 이를 보면, 처음 와이어 송급장치(2)에 의해 용접 시작 신호가 발생하면('ㄱ'시점), 무부하 전압과 소정 속도로 와이어가 공급되면서 용접이 시작된다. 즉 용접토치(3)가 온 된 후, 아크 발생전('ㄴ'시점)까지 용접전압은 무부하 상태이고, 그리고 피딩모터는 와이어 슬로우 다운 스피드로 천천히 돌면서 와이어를 공급하게 된다. 그러다가 용접 토치(3)와 모재(4)가 단락이 되어 아크가 발생하면, 용접조건이 설정된 전압이 출력됨과 동시에 와이어 송급전류에 의해 와이어가 정상 공급되어 용접이 이루어진다('ㄴ'시점 이후). 2 shows an output waveform diagram of a general welding voltage and a welding current during welding. (A) is a welding voltage waveform diagram, (b) is a welding current waveform diagram. When the welding start signal is first generated by the wire feeding device 2 ('a'), the welding is started while the wire is supplied at a no load voltage and a predetermined speed. That is, after the
그런데 도 2에서와 같이 종래 아크 스타트 방법은 용접이 시작되면 용접전압이 무부하 상태로서 전압은 높고 반면 와이어는 천천히 공급되기 때문에, 용접토치(3)와 모재(4)가 단락시 전류가 급격하게 상승하게 된다. 일반적으로 용접기에서는 용접성 뿐만 아니라 아크 스타트 특성이 매우 중요하게 생각되고 있지만, 그와 같이 되면 초기 높은 전압에 의한 과도한 전류 증가로 인하여 와이어가 녹는 것이 아니라 끊어지게 되어 아크 불완전 스타트가 발생하게 된다.However, in the conventional arc start method as shown in FIG. 2, when the welding starts, the welding voltage is unloaded and the voltage is high while the wire is supplied slowly, so that the current rapidly increases when the
이는 대량의 스패터(spatter)를 발생시키고, 결국 용접 비드(welding bead)가 매끄럽게 형성되지 못하는 문제를 초래한다. 따라서 용접 작업후에 불량부분을 손질해야 하는 번거로움이 발생한다. This generates a large amount of spatters, which in turn leads to a problem in that welding beads are not formed smoothly. Therefore, the trouble of having to fix the defective part after welding work occurs.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접 시작시에 용접 전압과 용접 전류의 출력을 제어하여 용접시 초기 아크 스타트가 안정적으로 발생할 수 있도록 하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and to control the output of the welding voltage and the welding current at the start of welding so that the initial arc start can be stably generated during welding.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 용접 시작신호에 따라 와이어가 공급되면 용접전류를 검출하는 단계; 상기 공급된 와이어가 모재와 완전하게 단락되게 하는 단계; 상기 와이어와 모재가 완전 단락되면, 상기 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값이 되는지 판단하는 단계; 상기 판단결과, 상기 용접전류가 상기 임계값 이하가 되면, 용접전류와 용접전압의 출력을 제어하여 아크를 발생시키는 단계; 그리고, 상기 아크가 발생하면 용접이 실제 진행되도록 용접조건에 맞게 상기 용접전압과 용접전류의 출력을 일정하게 제어하는 단계;를 포함하여 구성된다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, detecting a welding current when the wire is supplied in accordance with the welding start signal; Causing the supplied wire to be completely shorted with the base material; When the wire and the base material are completely shorted, determining whether the welding current becomes a threshold set to prevent an unsafe arc start; As a result of the determination, when the welding current falls below the threshold, generating an arc by controlling output of the welding current and the welding voltage; And controlling the output of the welding voltage and the welding current in accordance with a welding condition so that welding actually proceeds when the arc occurs.
여기서, 초기 용접전압보다 용접전압은 감소시키고 초기 용접전류보다 용접전류는 크게 증가시켜 상기 와이어와 모재가 완전하게 단락되게 한다. Here, the welding voltage is reduced than the initial welding voltage and the welding current is significantly increased than the initial welding current so that the wire and the base material are completely shorted.
상기 와어어와 모재의 완전 단락시에 공급되었던 용접전압보다는 증가시키고, 용접전류는 감소시켜서 상기 아크를 발생하게 한다.The welding current is increased rather than the welding voltage supplied at the time of complete shorting of the wire and the base material, and the welding current is reduced to generate the arc.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 용접 시작신호가 발생하면 와이어를 공급하고 있는 용접전류를 감지하는 전류 감지부; 그리고, 상기 용접전류가 감지되면 상 기 공급된 와이어가 모재와 완전하게 단락되게 하고, 상기 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값 이하로 감소하면 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하여 아크가 안정되게 발생하도록 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다. According to another feature of the invention, the current detection unit for detecting a welding current for supplying a wire when a welding start signal occurs; When the welding current is sensed, the supplied wire is completely shorted to the base metal, and when the welding current decreases below a threshold set to prevent an unstable arc start, the welding voltage and the output of the welding current are controlled. And a controller for controlling the arc to be generated stably.
상기 제어부는 상기 아크가 발생한 후에는 실제 용접을 위한 용접전류와 용접전압이 일정하게 출력되도록 제어한다. The controller controls the welding current and the welding voltage to be constantly output for the actual welding after the arc occurs.
본 발명에서는, 용접시작 신호가 발생하여 와이어가 공급되기 시작하면 우선 용접전압과 용접전류를 제어하여 와이어와 모재를 완전하게 단락되게 한 다음, 그 상태에서 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값 이하로 되는 경우 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하여 아크가 안정적으로 발생하도록 유도하고 있기 때문에, 종래 불완전한 아크 스타트로 인해 스패터가 대량으로 발생하여 용접 비드가 매끄럽지 못한 문제점을 해결할 수 있고, 이에 용접작업 후 별도의 후가공이 필요하지 않아 작업 효율이 개선되는 효과가 있다.In the present invention, when a welding start signal is generated and the wire starts to be supplied, first, the welding voltage and the welding current are controlled to completely short the wire and the base material, and then in order to prevent an unstable arc start of the welding current. Since the arc is generated stably by controlling the output of the welding voltage and the welding current when the threshold value is set below the threshold value, a large amount of spatter is generated due to the conventional incomplete arc start, and thus, the welding bead is not smooth. And, this does not require a separate post-processing after the welding operation has the effect of improving the work efficiency.
이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 용접기의 아크 스타트 방법 및 그 장치의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the arc start method and the apparatus of the welding machine according to the present invention as described above will be described in detail.
도 3에는 본 발명의 실시 예에 따른 용접기의 아크 스타트를 안정적으로 실행하기 위한 장치를 포함하는 용접기 전체 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 아크 스타트 안정화 장치의 구성도가 도시되어 있다. FIG. 3 is a schematic view of a welder including an apparatus for stably executing an arc start of a welder according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram of the arc start stabilization apparatus of FIG. 3. .
도 3을 살펴보면, 용접기는, 용접기 본체(100)와, 용접와이어를 송급하는 와이어 송급장치(120)와, 그리고 용접하고자 하는 모재(140)에 대해 용접을 직접 수행하는 용접 토치(130)로 구성된다. 상기 용접기 본체(100)와 와이어 송급장치(120) 사이는 전원선 및 제어선이 구비된 케이블(110)이 연결된다. 상기한 용접기 본체(100), 와이어 송급장치(120), 용접토치(130)의 구성은 종래기술에서 설명한 구성과 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 3, the welder includes a welder
다만, 본 발명 실시 예의 아크 스타트 안정화 장치(150)가 상기 용접기 본체(100)에 포함되어 구성된다. 그러나, 상기 아크 스타트 안정화 장치(150)가 반드시 용접기 본체(100)에만 포함되어 구성되지는 않아도 되고, 작업자와 인접하여 위치하는 와이어 송급장치(120)에 포함되어 구성될 수도 있다. 또 본 실시 예에서 아크 스타트 안정화 장치(150)가 용접기 본체(100)에 장치 구성으로 설명하고 있지만, 후술하는 제어부(154) 또는 용접기 동작을 전체적으로 제어하는 미도시하고 있는 마이컴 등에 프로그램적으로 제공되어 아크 스타트의 안정화 기능을 수행하게 할 수도 있다. However, the arc
도 4를 보면, 상기 아크 스타트 안정화 장치(120)에는 우선 용접출력전류를 센싱하는 전류 감지부(152)가 구비된다. 상기 전류 감지부(152)는 상기 와이어 송급장치(120)에 설치된 토치 스위치의 조작에 따라 용접 시작 신호가 발생한 시점, 구체적으로 피딩모터에 공급되는 전류를 감지하게 된다. Referring to FIG. 4, the arc
상기 전류 감지부(152)에 의해 감지된 전류 값을 전달받고, 아래에서 설명할 용접전압제어부 및 용접전류제어부의 동작을 제어하는 제어부(154)가 구비된다. 이 는 용접 시작 신호가 입력되면 아크가 안정적으로 발생할 수 있도록 용접전압과 용접전류를 제어하는 것을 말한다. 그리고 상기 제어부(154)에는 모재(140)와 와이어가 단락된 후 발생한 아크가 끊어지는 것을 방지하기 위한 임계값이 설정되어 있다. 상기 임계값은 용접 특성에 따라 다르게 설정 가능하다.The
상기 용접전압제어부(156)와 용접전류제어부(158)는, 용접 시작신호가 발생하면 아크 스타트가 안정되게 일어나도록 용접전압과 용접전류를 단계적으로 제어하는 역할을 수행한다. 즉 용접 시작신호의 발생 시점부터 아크 발생이 안정적으로 유도되는 시점까지 용접전압과 용접전류를 각각 증가 또는 감소시켜, 와이어가 녹는 속도와 와이어를 공급하는 속도를 조정하는 것이다.The welding voltage controller 156 and the welding current controller 158 serve to control the welding voltage and the welding current in stages so that an arc start occurs stably when a welding start signal is generated. That is, the welding voltage and the welding current are increased or decreased, respectively, from the time when the welding start signal is generated to the time when the arc generation is stably induced, thereby adjusting the speed at which the wire melts and the speed at which the wire is supplied.
이어 본 발명 실시 예에 따라 아크 스타트의 안정화 방법을 상세하게 설명한다. 이는 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접전압(a)과 용접전류(b)의 출력 파형도가 도시되어 있다. Next, the method of stabilizing the arc start according to the embodiment of the present invention will be described in detail. This will be described with reference to FIG. 5. 5 is a waveform diagram of the output of the welding voltage (a) and the welding current (b) according to a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 토치 오프상태에서 용접 시작을 위해 와이어 송급장치(120)에 구비된 토치 스위치가 작업자에 의해 조작된다. 이 상태는 아직 용접토치(130)가 구동되기 전을 말한다. First, the torch switch provided in the
그러면 상기 와이어 송급장치(120)는 용접 시작신호를 용접기 본체(100)로 전달하고, 상기 와이어 송급장치(120)와 용접기 본체(100)는 상호간 통신을 수행한다. 그리고 상기 와이어 송급장치(120)는 상기 용접기 본체(100)로부터 전달되는 각종 조건 값에 따라 용접토치(130)와 모재(140) 사이에 용접전원이 공급되게 하고, 피딩모터를 구동시켜 와이어를 용접부위에 공급하기 시작한다. 이때 용접전 압은 실제 용접시 용접 조건으로 설정된 용접전압보다 상대적으로 낮은 전압(V-1)이 공급되고, 또 실제 용접시 용접 조건으로 설정된 와이어 공급속도보다 상대적으로 느린 속도로 공급될 수 있도록 전류(I-1)가 공급된다. Then, the
그런 상태에서, 상기 전류 감지부(152)는 용접출력전류를 검출하면 이를 상기 제어부(154)로 전달한다. 그러면 상기 제어부(154)는 용접전압 제어부(156)를 제어하여 전압을 상대적으로 'V-1' 전압보다 크게 감소시키고(즉, 전압 V-2 상태), 또 용접전류 제어부(158)를 제어하여 'I-1' 전류보다 크게 증가시켜(즉, 전류 I-2 상태) 피딩모터의 속도를 증가시켜서 모재(140)와 와이어가 완전하게 단락되게 한다. In such a state, when the
그와 같이 모재(140)와 와이어가 완전 단락 상태가 되면 낮은 전압(V-2)으로 인하여 전류(I-2)는 더 이상 상승하지 못하고 하강하기 시작한다. As such, when the
이때, 상기 전류(I-2)가 미리 설정된 임계값보다 낮아지게 되면 아크 스타트가 안정적으로 발생하지 못하게 된다. 이에 따라 상기 제어부(154)는 용접전류가 상기 임계값 이하가 되면 상기 용접전압제어부(156)를 제어하여 용접전압을 상기 'V-2' 전압보다 크게 상승시키고(V-3), 상기 용접전류제어부(158)를 제어하여 용접전류를 상기 임계값 이상이 되게 유지하여(I-3), 아크가 발생하게 한다.At this time, when the current I-2 is lower than a preset threshold value, the arc start may not be stably generated. Accordingly, when the welding current is less than the threshold value, the
이후, 아크 발생이 안정적으로 스타트하게 되면, 상기 제어부(154)는 용접전압제어부(156)와 용접전류제어부(158)를 제어하여 용접이 이상적으로 진행될 수 있는 용접전압(V-4)과 용접전류(I-4)가 공급되게 한다. Subsequently, when the arc generation starts stably, the
그와 같이 하면, 종래 용접 시작신호가 발생하면 용접전압보다 상대적으로 큰 무부하 전압이 출력되고 반면 와이어 공급속도는 느려 아크 스타트가 불안하게 시작되는 것을 방지할 수 있다. In this way, when the conventional welding start signal is generated, a no-load voltage relatively larger than the welding voltage is output, while the wire supply speed is slow, thereby preventing the arc start from starting unstable.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but is defined by the claims, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the claims. It is self evident.
즉 본 실시 예에서는 아크 스타트 안정화장치가 아크 스타트를 수행하기 위해 장치 구성으로 제공하여 설명하고 있지만, 용접전압 및 용접전류를 소프트웨어적으로 제어하여 아크 스타트를 실질적으로 안정화시킬 수 있는 방법도 본 발명에 적용할 수 있다. In other words, in the present embodiment, the arc start stabilization device is provided as an apparatus configuration for performing arc start, but the method for substantially stabilizing the arc start by software control of the welding voltage and the welding current is also described in the present invention. Applicable
도 1은 일반적인 이산화탄소가스 용접기의 구성도1 is a configuration diagram of a general carbon dioxide gas welding machine
도 2는 용접시 일반적인 용접전압과 용접전류의 출력 파형도2 is an output waveform diagram of a general welding voltage and welding current during welding
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용접기의 아크 스타트를 안정적으로 실행하기 위한 장치를 포함하는 용접기 전체 구성도3 is an overall configuration diagram of a welder including an apparatus for stably executing the arc start of the welder according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 아크 스타트 안정화 장치의 구성도4 is a configuration diagram of the arc start stabilization device of FIG.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접전압(a)과 용접전류(b)의 출력 파형도5 is an output waveform diagram of a welding voltage (a) and a welding current (b) according to a preferred embodiment of the present invention
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 용접기 본체 120 : 와이어 송급장치100: welding machine body 120: wire feeder
130 : 용접토치 140 : 모재130: welding torch 140: the base material
150 : 아크 스타트 안정화장치 152 : 전류감지부150: arc start stabilization device 152: current detection unit
154 : 제어부 156 : 용접전압제어부154 control unit 156 welding voltage control unit
158 : 용접전류제어부158: welding current control unit
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