KR101253929B1 - 아크 용접을 위한 아크 용접 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 아크 용접 방법으로서, 전극 조립체(100)는 전기 아크를 통해 용접 풀(weld pool; 12)을 생성하기 위해 공작물(10)에 작용하는 적어도 2개의 가용성 연속 전극(110, 112, 114, 116, 118)을 포함하고, 상기 적어도 2개의 가용성 연속 전극(110, 112, 114, 116, 118)은 용접 방향에 대해 순차적인 순서로 배치되며 서로에 대해 측방향으로 분리되어 있고, 전극 조립체(100)의 각각의 전극(110, 112, 114, 116, 118)에 대해 적어도 하나의 안정성 파라메타(Stab_par)를 모니터링하는 단계, 전극 조립체(100)의 하나의 전극(116)이 안정성 기준(Crit)에 위배되는지를 결정하는 단계, 하나의 전극(116)의 안정성 기준(Crit) 위배가 탐지될 때 하나 이상의 이웃한 전극(110, 112, 114, 118)으로부터 안정성 기준(Crit)에 위배되는 하나의 전극(116)을 적어도 일시적으로 분리하는 단계로 이루어진 단계들이 행해지는 방법에 관한 것이다.

Description

아크 용접을 위한 아크 용접 방법 및 장치{ARC WELDING METHOD AND APPARATUS FOR ARC WELDING}

본 발명은 아크 용접을 위한 아크 용접 방법 및 장치에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 다수의 전극을 구비하는 전극 조립체를 포함하는 잠수 아크 용접(submerged arc welding)을 위한 아크 용접 방법 및 장치에 관한 것이다.

잠수 아크 용접은 충분히 기계화된 용접 방법으로서 높은 생산성 및 품질을 특징으로 하며 두꺼운 재료의 긴 용점 시임(welding seams)을 위해 종종 사용된다. 잠수 아크 용접 중에 아크에서 하나 이상의 순차적으로 배치된 용접 전극이 용융된다.

용접점, 특히 용융된 재료 및 아크는 분쇄된 플럭스의 층 아래에서 보호된다. 플럭스는 이러한 과정 중에 부분적으로 용융되며, 이에 따라 용접 풀(weld pool)에 슬래그의 보호 층을 생성한다. 이러한 과정에서 사용되는 전류는 비교적 높고, 보통 전극 당 300 내지 1500 암페어에 속한다. 잠수 아크 용접에 사용되는 전극은 보통 직경이 2.5 내지 6 mm이다.

잠수 아크 용접에 사용되는 플럭스는 망간, 실리콘, 티타늄, 알루미늄, 칼슘, 지르코늄, 마그네슘 및 플루오르화 칼슘과 같은 다른 화합물을 전형적으로 포함하는 가용성 과립형 광물이다. 플럭스와 와이어의 조합이 원하는 기계적인 특성을 얻을 수 있도록 하기 위해, 플럭스는 특히 주어진 전극 와이어 유형과 호환 가능하게 되도록 조제된다. 모든 플럭스는 용접 풀과 함께 반응하여 용접 금속 화학 조성물 및 기계적인 특성을 형성한다. 플럭스가 용접점에 망간 및 실리콘을 추가하는 경우 플럭스를 "액티브(active)"하다고 부르는 것이 보편적인 관례이며, 추가되는 망간 및 실리콘의 양은 아크 전압 및 용접 전류 레벨에 의해 영향을 받는다.

한 가지 결과로서 경쟁력의 향상을 수반하면서 잠수 아크 용접을 이용하여 가능한 최대의 생산성을 획득하기 위해, 시간 및 전극 당 용접 속도의 향상 및 가능한 최대의 증착율, 즉 용융된 용접 소모물 또는 실제로 생성되는 접합 재료를 달성하기 위해 노력한다.

다수의 순차적인 전극과는 달리 단일 전극을 이용하여 용접할 때, 종종 상한에 도달하게 되며, 이로 인해 단지 용접 데이터를 변경함에 의해서는 용접 생산성을 추가적으로 개선하는 것이 불가능하게 된다. 예를 들면, 용접 전류를 증가시킬 때, 최종적으로 아크는 용접 풀을 밀어내어 허용 불가능한 용접점을 초래할 정도로 충분히 강력해진다.

당업계에 공지된 이에 대한 한 가지 해법은, 용접 시임의 방향으로 순차적으로 위치설정되는 다수의 전극을 이용하는 것이다. 보통 2 내지 3개의 전극이 사용되지만, 최대 6개의 전극을 사용하는 것이 공지되어 있다.

불행하게도, 개별 아크는 소위 "자기적 아크 송풍 효과(magnetic arc blow effect)"를 통해 서로 영향을 주기 때문에, 다수의 전극 셋업은 문제가 없지 않다. 이러한 효과는, 이웃한 전극을 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장에 의해 유발된다. "자기적 아크 송풍 효과"는 이웃한 아크에 영향을 주며, 이로 인해 이웃한 아크가 보통의 원하는 방향으로부터 이탈하거나 편향되도록 하는데, 상기 방향은 대부분의 경우 재료에 대해 수직이며 전극과 정렬된다. 이러한 이탈은 아크가 용접 풀을 바람직하지 않은 방식으로 밀어내도록 할 수 있으며, 파형 용접점 및 허용 불가능한 전체적인 결과를 초래한다.

더욱이, 용접 풀에서 용융된 재료는, 용접 풀에서 파동의 패턴에 영향을 주는 감응 시스템(sensitive system)을 형성하는 아크로부터의 힘에 의해 영향을 받는다. 전체 용접 풀이 n-1개의 용접 풀(n은 아크들의 개수)의 연결된 시스템으로 간주될 수 있도록 하기 위해, 유체 재료는 아크들 사이에서 압착된다.

이러한 현상을 방지하기 위해, 한 가지 공지된 해법은 프라이머 전극(primer electrode)에 DC 전류로 동력을 공급하는 반면 후속하는 전극에는 AC 전류로 동력을 공급하는 것이다. 이러한 상황에서 AC 전류를 사용하는 것은, 여러 이유로 유용하다는 것이 입증되었다. 예를 들면, 이동 자기장(shifting magnetic field)은 베이스 재료에서의 와동이 자기장의 분산을 방해하기 때문에, 특히 예컨대 깊은 용접 접합에서, 동일한 수준으로 아크에 도달하지 못하며, 또한 방향성있게 변동하는 자기장이 존재하는 상태에서 아크 편향은 더 이상 단방향성이 아니고, 결과적으로 용접 풀에 영향을 덜 주게 된다. 후속하는 전극에 AC 전류를 사용하면 추가적인 이익으로서 증착률이 증가하게 된다.

전술한 해법은 용접 속도 및 증착률을 증가시키지만, 용접 결과의 품질 저하 없이 극복하기가 곤란한 상한이 나타나게 된다.

이러한 상한을 넘어 밀어내는 것은 이후의 전극에서의 용접 과정에서 불안정을 유발할 수 있다. 이는, 아크로부터 용접 풀에 대한 밀어내기 효과(push effect)와 함께 리딩 전극(leading electrode)으로부터의 용융된 소모물에 의해 유발되며 이러한 위치에서 발견되는 비교적 큰 용접 풀에 따라 좌우될 것으로 예상된다. 후속하는 전극에 동력을 공급하기 위해 사용되는 용접 전류를 순차적으로 낮춤으로써 이러한 효과를 작게나마 줄일 수 있지만, 이러한 조치를 통해 전술한 문제를 완전히 해소할 수는 없다.

본 발명의 목적은, 용접 속도를 개선해주는 전극 조립체를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 만족스러운 용접 품질과 함께 용접 속도를 개선하는 방법을 제공하는 것이다. 다른 목적은 이러한 방법을 행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 다른 청구항 및 상세한 설명은 본 발명의 유리한 실시예를 개시하고 있다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 전기 아크 용접을 위한 전극 조립체가 제안되는데, 상기 전극 조립체는 공작물에서 전기 아크를 통해 용접 풀을 생성하기 위해 적어도 3개의 가용성 연속 공급 전극(fusible continuously-fed electrodes)을 포함하며, 용접 헤드 조우(weld head jaws)는 적어도 3개의 전극 각각에 배치되고, 전극 조립체가 작동 모드일 때 적어도 3개의 전극은 용접 방향(30)에 대해 순차적인 순서로 배치되며, 상기 전극 조립체는 트레일링 전극들(trailing electrodes) 중 적어도 하나가 리딩 전극의 하나 이상의 선행 전극(foregoing electrode)에 비해 측방향으로 및/또는 횡방향으로 그 리딩 전극으로부터 기하학적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 한다.

통상적인 전극 조립체에 있어서, 용접 헤드 조우 및 결과적인 전극은 등간격 방식으로 거리를 두고 있으며 용접 동안 용접 시임과 동일선상이 되도록 구성되는 라인을 따라 배치된다. 유리하게는, 아크들 사이의 상기 거리를 통해 다수의 아크들 사이에서 압착되는 유체 재료의 시스템을 조작함으로써, 상기 시스템은 이러한 변화를 고려하여 상이한 용접 헤드 거리를 통해 또한 나타나는 아크 송풍 효과를 유리한 방식으로 변화시킨다. 전극 조립체에서 전극을 재배치함으로써, 용접 속도는 아크 송풍 효과의 해로운 영향 없이 개선될 수 있다.

유리하게는, 그 리딩 전극으로부터 분리되는 전극은 모델링에 의해 또는 시험에 의해 전극 조립체의 설계 단계에서 선택될 수 있으며, 결과적으로 전극 조립체의 고정된 레이아웃을 형성한다. 반면, 용접 동안 전극을 모니터링하고 용접 동안 온라인으로 각각 전극 및 용접 헤드 조우를 재배치하는 것이 가능하다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 트레일링 전극은 리딩 전극과 그 선행 전극 사이의 거리보다 먼 거리만큼 그 리딩 전극으로부터 분리될 수 있다. 전극 조립체는 여전히 의도된 용접 시임과 정렬될 수 있다. 구체적으로, 상기 거리는 1.5 이상의 비율로, 바람직하게는 2 내지 10의 비율로, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 5의 비율로 증가될 수 있다. 증가된 간격으로 인해 빠른 용접 속도에서 아크 송풍 효과가 현저하게 감소하는 결과를 얻는다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 전극을 분리하는 것은 전극들 사이의 각도를 조정하는 것에 의해 달성될 수 있다. 하나 이상의 전극을 틸팅(tilting)함으로써, 분리될 전극과 그 리딩 전극 사이의 증가된 거리는 용이하게 형성될 수 있다. 바람직하게는, 분리된 전극에 대해 트레일링 전극이 마찬가지로 틸팅될 수 있다.

추가적으로 또는 대안으로, 본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 트레일링 전극은 리딩 전극과 그 선행 전극을 연결하는 가상선으로부터의 오프셋에 의해 그 리딩 전극으로부터 분리될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 분리된 전극은 용접 시임에 대해 다른 전극으로부터 오프셋된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 분리된 전극은 용접 과정 동안의 불안정성 평가에 기초하여 선택될 수 있다. 편의상, 이러한 평가는 전극 조립체의 설계 동안 모델 단계에서 또는 전극 조립체에서의 각각의 전극에 대한 용접 파라메타의 측정에 의해 행해질 수 있다. 조정 가능한 전극 조립체에 있어서, 이러한 분리는 용접 과정 동안 행해질 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 용접 동안 전극을 분리하기 위한 액추에이터가 마련될 수 있다. 이는, 불안정성이 관측되거나 예측될 때 하나 이상의 전극을 분리하도록 해준다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 5개의 전극으로 된 전극 조립체에 있어서, 4번째 전극은 다른 후속 전극들 사이의 등간격 방식으로 이격된 거리보다 먼 거리만큼 3번째 전극으로부터 분리될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기 아크 용접 방법이 제안되는데, 여기서 전극 조립체는 전기 아크를 통해 용접 풀을 생성하기 위해 공작물에 작용하는 적어도 2개의 가용성 연속 전극을 포함하며, 상기 적어도 2개의 가용성 연속 전극은 용접 방향에 대해 순차적인 순서로 배치되며 서로에 대해 소정 간격만큼 측방향으로 분리된다. 전극 조립체의 각각의 전극에 대한 적어도 하나의 안정성 파라메타가 모니터링된다. 전극 조립체의 하나의 전극이 안정성 기준에 위배되는지를 결정하며, 안정성 기준에 위배되는 하나의 전극은 이 하나의 전극의 안정성 기준 위배가 탐지되면 적어도 일시적으로 하나 이상의 이웃한 전극으로부터 분리된다.

아크들 사이의 거리를 통해 다수의 아크들 사이에서 압착되는 액체 재료의 시스템을 조작함으로써, 상기 시스템은 이러한 변화를 고려하여 상이한 용접 헤드 거리를 통해 또한 나타나는 아크 송풍 효과를 유리한 방식으로 변화시킨다. 유리하게는, 안정성 기준에 위배되는 전극의 해로운 영향은 감소될 수 있으며, 만족스러운 용접 품질이 유지될 수 있다.

전극 조립체의 각각의 전극의 적어도 하나의 안정성 파라메타를 모니터링하는 것은, 전극 조립체의 설계 단계에서 행해질 수 있어서 이에 따라 고정된 전극 조립체 구성을 제공하거나, 또는 용접 작업 동안 행해질 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 하나의 전극을 분리하는 것은 안정성 기준에 위배되는 하나의 전극과 그 선행 전극 사이의 거리를 증가시키는 것에 의해 행해질 수 있다. 편의상, 불안정성이 최초로 나타난 전극은 그 리딩 전극으로부터 분리된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 측방향으로의 거리가 증가될 수 있다. 구체적으로, 상기 거리는 1.5 이상의 비율로, 바람직하게는 2 내지 10의 비율로, 특히 2.5 내지 5의 비율로 증가될 수 있다. 용접 속도는 용접 품질을 저하시키지 않으면서 증가될 수 있는데, 이는 불안정성을 나타내는 전극과 리딩 전극 사이의 거리를 증가시킴으로써 해로운 아크 송풍 효과를 처리할 수 있기 때문이다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 횡방향으로 하나 이상의 전극을 이동시킴으로써 분리를 행할 수 있다. 특히, 전극들 사이의 적어도 측방향 거리 정도에 의해 하나 이상의 전극이 이동될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 전극들은 용접 방향을 따라 더 이상 정렬되지 않지만, 하나 이상의 전극이 용접 시임에 대해 오프셋된 상태로 배치될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 이러한 하나의 전극을 분리하는 것은 전극들 사이의 각도를 조정하는 것에 의해 행해질 수 있다. 유리하게는, 그 리딩 전극에 대해 안정성 기준에 위배되는 하나의 전극의 거리는 용이하게 조정될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 이러한 하나의 전극을 분리하는 것은 전극들을 유지하는 용접 헤드 조우들을 분리함으로써 달성될 수 있다. 하나의 전극의 분리는 용이하게 달성될 수 있다. 유리하게는, 용접 헤드 조우는 고도의 정확도로 액추에이터에 의해 이동될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 전극을 통한 전류가 안정성 파라메타로서 모니터링될 수 있다. 각각의 전극을 통한 전류 및/또는 전력은 고도의 정확도로 용이하게 액세스될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 아크 전압이 안정성 파라메타로서 모니터링될 수 있다. 각각의 전극과 관련된 아크 전압은 고도의 정확도로 용이하게 액세스될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 안정성 기준의 위배는 하나 이상의 전극의 안정성 파라메타가 하나 이상의 이웃한 전극의 안정성 파라메타에 대해 5 % 넘게, 바람직하게는 10 % 넘게 변할 때 탐지된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 안정성 기준의 위배는 하나 이상의 전극의 안정성 파라메타가 선행 전극에 비해 트레일링 전극의 안정성 파라메타에 대해 5 % 넘게, 바람직하게는 10 % 넘게 변할 때 탐지된다. 유리하게는, 불안정성이 최초로 나타나는 전극은 그 리딩 전극으로부터 분리되며, 용접 과정의 안정성은 재확립될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 이러한 하나의 전극을 분리하는 것은 전극을 통해 전류 흐름이 진행되는 동안 행해질 수 있다. 유리하게는, 용접 과정은 중단되지 않으며 빠른 용접 속도가 유지될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기 아크 용접 방법을 행하기 위한 장치가 제안되는데, 여기서 전극 조립체는 전기 아크를 통해 용접 풀을 생성하기 위해 공작물에 작용하는 적어도 2개의 가용성 연속 전극을 포함하며, 상기 적어도 2개의 가용성 연속 전극은 용접 방향에 대해 순차적인 순서로 배치되고 서로에 대해 소정 거리만큼 측방향으로 분리되며, 전극조립체의 각각의 전극에 대해 적어도 하나의 안정성 파라메타를 모니터링하기 위한 모니터링 장치가 마련되고, 전극 조립체의 하나의 전극이 안정성 기준에 위배되는지를 결정하기 위한 유닛이 마련되며, 전극 조립체는 하나의 전극의 안정성 기준 위배가 탐지될 때 하나 이상의 이웃한 전극으로부터 안정성 기준에 위배되는 하나의 전극을 적어도 일시적으로 분리하도록 되어 있다. 상기 장치는 통상의 용접 작업을 위해 사용될 수 있는데, 상기 용접 작업에서 전극 조립에 있는 전극들은 용접 동안 재배치될 수 있거나, 또는 전극 조립체에 있는 전극들의 고정된 배치를 제공하는 전극 조립체의 시험을 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 전극 조립체는 공작물의 표면 위에서 개별 전극의 위치를 측방향으로 및/또는 횡방향으로 조정하기 위한 조정 가능한 용접 헤드 조우를 포함할 수 있다. 편의상, 전극 및/또는 용접 헤드 조우는 하나 이상의 액추에이터를 통해 위치설정될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 전극 조립체는 조정 가능한 각도로 피봇 가능한 용접 헤드 조우를 포함할 수 있다. 전극들 사이의 거리는 용이하게 조정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 용접 속도를 개선해주는 전극 조립체, 만족스러운 용접 품질과 함께 용접 속도를 개선하는 방법, 및 이러한 방법을 행하기 위한 장치를 얻을 수 있다.

전술한 목적 및 다른 목적과 장점과 함께 본 발명은 실시예에 대한 후술하는 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있지만, 본 발명은 실시예로 한정되는 것은 아니며, 실시예는 개략적으로 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 예시적인 실시예이다.
도 2는 본 발명에 따른 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는, 5개의 전극을 포함하는 전극 조립체(도 3a) 및 하나의 전극의 안정성 기준 위배로 인해 전극들이 멀리 분리된 전극 조립체(도 3b)의 예시적인 실시예이다.

도면에서, 동일하거나 대등한 요소는 동일한 도면부호로 표시된다. 도면은 단지 개략적으로 나타낸 것으로서 본 발명의 특정 파라메타를 표현하려는 의도가 아니다. 더욱이, 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예를 도시하려는 의도이며, 이에 따라 본 발명의 범위를 한정하려는 것으로 간주되어서는 안 된다.

도 1은 공작물(10)의 용접을 위한 전극 조립체(100)를 포함하는, 잠수 아크 용접을 위한 용접 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 전극 조립체(100)는, 각각 용접 헤드 조우(140, 142, 144)에 유지되는 3개의 전극(110, 112, 114)을 포함한다. 전극들(110, 112, 114)은 용접 시임(도시되지 않음)에 순차적인 순서로 정렬되며 등간격 방식으로 서로 간격을 두고 있다.

MIG 용접과 유사하게, 잠수 아크 용접(SAW; Submerged Arc Welding)은, 전극 조립체(100)가 용접 방향(30)으로 이동하는 동안 연속적으로 공급되는 나선(bare wire) 전극(110, 112, 114)과 공작물(10) 사이에서의 아크 형성을 포함한다. 전극(110, 112, 114)은 코일(120, 122, 124)로부터 공급될 수 있고 와이어 가이드(130, 132, 134)에 의해 안내될 수 있다. 각각의 전극(110, 112, 114)에는 별도의 전력원(40, 42, 44)에 의해 전력이 공급된다.

이러한 과정은, 보호 가스 및 슬래그를 발생시키기 위해 그리고 용접 풀(12)에 합금 원소를 추가하기 위해 플럭스를 이용한다. 추가적인 차폐 가스는 요구되지 않는다. 용접에 앞서, 플럭스 분말의 얇은 층(20)이 공작물 표면(16)에 배치된다. 아크는 용접 방향(30)으로 접합 라인을 따라 이동하며, 이렇게 함으로써 플럭스는 플럭스 공급 호퍼(50)에 의해 용접 영역에 공급된다. 아크는 플럭스 층(20)에 의해 완전하게 덮이기 때문에, 열 손실은 극히 작다. 이로 인해 수동 금속 아크에 대한 열효율인 25 %에 비해 60 %의 높은 열효율을 얻게 된다. 가시적인 아크 광선이 없으며, 용접은 실질적으로 스패터(spatter)가 없고, 훈연 추출(fume extraction)이 필요 없다.

잠수 아크 용접은 완전히 기계화되거나 자동화된 과정으로서 작업이 수행될 수 있지만, 선택적으로 반자동일 수 있다. 전형적인 용접 파라메타는, 전류, 아크 전압 및 행정 거리이며, 이들 모두는 비드 형상, 침투 깊이 및 증착된 용접 금속의 화학적 조성에 모두 영향을 줄 수 있다.

각각의 전극(110, 112, 114)에는 하나 이상의 센서 유닛(60, 62, 64)이 제공되며, 이들 센서 유닛은 전류 및/또는 아크 전압과 같은 하나 이상의 용접 파라메타를 모니터링한다. 모니터링된 파라메타는, 각각의 전극(110, 112, 114)에서의 용접 과정이 안정적인지 또는 하나 이상의 전극(110, 112, 114)에서 불안정이 발생하는지를 결정하기 위한 안정성 파라메타로서 사용될 수 있다.

센서 유닛(60, 62, 64)은 모니터링 장치(70)에 결합되며, 모니터링 장치는 전극들 중 하나에 의해 안정성 기준이 위배되는지를 결정하기 위한 유닛(72)을 포함한다.

도 2는 전극 조립체의 n개의 전극의 안정성을 모니터링하기 위한 과정의 흐름도를 도시한 것이며, 예컨대 도 1은 3개의 전극(110, 112, 114)에 대한 것으로 n=3이다.

단계 200에서, 각각의 전극에 대해 하나 이상의 안정성 파라메타(Stab_par)가 모니터링된다. 단계 202에서, 하나 이상의 안정성 파라메타(Stab_par)가 사전에 결정된 안정성 기준(Crit) 이하인지를 점검한다. 예를 들면, 하나 이상의 전극의 안정성 파라메타(Stab_par)가 하나 이상의 이웃한 전극의 안정성 파라메타에 비해, 특히 트레일링 전극에 대한 리딩 전극의 안정성 파라메타에 비해, 5 % 넘게 변하면, 바람직하게는 10 % 넘게 변하면, 안정성 기준(Crit)의 위배가 탐지된다.

하나 이상의 안정성 파라메타(Stab_par)가 허용된 범위에 속하면(흐름도에서 "예"이면), 루틴은 모니터링 단계 200으로 되돌아간다. 하나 이상의 안정성 파라메타(Stab_par)의 위배가 탐지되면(흐름도에서 "아니오"이면), 불안정이 최초로 나타난 전극을 하나 이상의 이웃한 전극들로부터 적어도 일시적으로 분리하고, 특히 안정성 기준을 위배하는 전극은 그 리딩 전극으로부터 분리된다.

도 3a 및 도 3b는 5개의 전극(110, 112, 114, 116, 118)을 포함하는 전극 조립체(100)의 예를 도시한 것이다. 전극(110, 112, 114, 116, 118)은 거리(d0)만큼 등간격으로 되어 있으며, 각도 α만큼 서로에 대해 기울어져 있고, 여기서 거리(d0)는 용접 헤드 조우(140, 142, 144, 146, 148)의 단부들 사이의 거리로서 표시되어 있다. 와이어 전극(110, 112, 114, 116, 118)은 용접 헤드 조우(140, 142, 144, 146, 148)의 종방향 연장부와 동일직선상에 있다. 용접 헤드 조우(140, 142, 144, 146, 148)는 그 하위 단부에서 측방향 거리(150)에 걸쳐 연장된다.

전극(116)에서 안정성 기준(Crit)의 위배가 탐지되면, 도 3a에 도시된 전극(110, 112, 114, 116, 118)의 등간격의 순차적 순서가 변경되며, 용접 헤드 조우(144)로부터 측방향으로 멀리 용접 헤드 조우(146)를 이동시켜 이에 따라 거리(d0)를 더 긴 거리(d1)로 증가시킴으로써 제1 실시예에 따라 그 리딩 전극(114)으로부터 전극(116)을 분리시킨다.

다른 실시예(도시되지 않음)에 따르면, 용접 헤드 조우(146)를 틸팅(tilting)하고 후속하여 다른 트레일링 전극(118)의 용접 헤드 조우(148)를 틸팅하여 이에 따라 거리(d0)를 더 긴 거리(d1)로 증가시킴으로써 그 리딩 전극(114)으로부터 전극(116)을 분리시킨다. 후속하여 용접 헤드 조우(140, 142, 144, 146, 148)의 하위 단부의 측방향 거리(150)가 증가된다.

다른 실시예(도시되지 않음)에 따르면, 용접 헤드 조우(146)를 횡방향으로 이동시켜 이에 따라 더 이상 모든 전극이 용접 시임을 따라 정렬되지 않도록 하는 구성을 형성함으로써 그 리딩 전극(114)으로부터 전극(116)을 분리시킬 수 있다.

거리(d0)는 바람직하게는 1.5 이상의 비율로, 더욱 바람직하게는 2 내지 10의 비율로, 특히 2.5 내지 5의 비율로 증가될 수 있다.

예를 들면, 거리는 20 mm의 시작 거리(d0)로부터 50 내지 100 mm의 거리(d1)로 증가된다.

도 3b에 도시된 전극 조립체는 또한 고정된 전극 배치일 수 있으며, 여기서 안정성 기준(Crit)에 위배되는 전극(116)은 용접 과정 이전의 시험 및/또는 모델링에 의해 결정된다. 이러한 전극 조립체(100)가 사실상 일정한 요건으로 관례적인 용접 과정을 위해 사용된다면, 예컨대 다수의 동일한 파이프의 용접을 위해 사용된다면, 이는 유리하다.

이러한 변경을 통해, 이전에 달성되지 못한 용접 속도에서 요구되는 용접 품질을 달성하는 용접이 이루어질 수 있다. 특정한 경우에 있어서, 5개 전극으로 된 시스템에서 전극들(114 및 115) 사이의 100 mm 만큼인 증가된 거리는 원하는 결과를 제공하는 것으로 제시되어 있다. 물론, 이러한 숫자는 실제 시스템 및 기하학적 형상에 따라 좌우되며 단지 효과를 나타내기 위해 제시된 것이다. 이러한 숫자는 다른 장치에서는 상이할 수 있다.

Crit : 안정성 기준
Stab_par : 안정성 파라메타
12 : 용접 풀(weld pool)
100 : 전극 조립체
110, 112, 114, 116, 118 : 가용성 연속 (공급) 전극

Claims (23)

1. 전기 아크 용접을 위한 전극 조립체(100)로서, 상기 전극 조립체는 공작물(10)에서 전기 아크를 통해 용접 풀(weld pool; 12)을 생성하기 위해 3개 이상의 가용성 연속 공급 전극(fusible continuously-fed electrode; 110, 112, 114, 116, 118)을 포함하며, 용접 헤드 조우(weld head jaw; 140, 142, 144, 146, 148)는 3개 이상의 가용성 연속 공급 전극(110, 112, 114, 116, 118) 각각을 위해 배치되고, 전극 조립체(100)가 작업 모드일 때 3개 이상의 전극(110, 112, 114, 116, 118)은 용접 방향(30)에 대해 순차적인 순서로 배치되며, 트레일링 전극들(trailing electrodes; 116) 중 하나 이상은 그 리딩 전극(leading electrode; 114)의 하나 이상의 선행 전극(foregoing electrodes; 110, 112)에 비해 측방향으로, 횡방향으로, 또는 측방향 및 횡방향으로 그 리딩 전극(114)으로부터 기하학적으로 분리되는 것인 전극 조립체에 있어서,
   전극 조립체(100)의 전극들 중 하나의 모니터링된 안정성 파라메타(Stab_par)의 불안정이 관측되거나 예측될 때 하나 이상의 트레일링 전극(116)과 그 리딩 전극(114) 사이의 거리를 증가시킴으로써 용접 동안 그 리딩 전극(114)으로부터 하나 이상의 트레일링 전극(116)을 분리하기 위한 액추에이터가 마련되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 트레일링 전극(116)은 그 선행 전극(112)으로부터 리딩 전극(114)까지의 거리보다 먼 거리(d1)만큼 그 리딩 전극(114)으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
3. 제2항에 있어서, 거리(d0)는 1.5 이상의 비율로 증가되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 전극들(110, 112, 114, 116, 118) 사이의 각도(α)를 조정함으로써 전극(116)을 분리하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 트레일링 전극(116)은 리딩 전극(114)과 그 선행 전극(112)을 연결하는 가상선으로부터의 오프셋에 의해 그 리딩 전극(114)으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분리되는 전극(116)은 용접 과정 동안의 불안정성 평가에 기초하여 선택되는 것인 전극 조립체.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 5개의 전극(110, 112, 114, 116, 118)으로 되어 있으며, 4번째 전극(116)은 다른 후속 전극들(110, 112, 114, 118) 사이의 등간격(d0)으로 이격된 거리보다 먼 거리(d1)만큼 3번째 전극(114)으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
8. 전기 아크 용접 방법으로서, 전극 조립체(100)는 전기 아크를 통해 용접 풀(12)을 생성하기 위해 공작물(10)에 작용하는 3개 이상의 가용성 연속 공급 전극(110, 112, 114, 116, 118)을 포함하며, 상기 3개 이상의 가용성 연속 공급 전극(110, 112, 114, 116, 118)은 용접 방향(30)에 대해 순차적인 순서로 배치되며 서로에 대해 측방향으로 분리되어 있고, 상기 전기 아크 용접 방법은,
   - 전극 조립체(100)의 각각의 전극(110, 112, 114, 116, 118)에 대해 하나 이상의 안정성 파라메타(Stab_par)를 모니터링하는 단계,
   - 전극 조립체(100)의 하나의 전극(116)의 안정성 파라메타(Stab_par)가 안정성 기준(Crit)에 위배되는지를 결정하는 단계,
   - 하나의 전극(116)의 안정성 기준(Crit) 위배가 탐지될 때, 안정성 기준(Crit)에 위배되는 하나의 전극(116)과 그 선행 전극(114) 사이의 거리(d0)를 증가시킴으로써, 하나 이상의 이웃한 전극(110, 112, 114, 118)으로부터 안정성 기준(Crit)에 위배되는 하나의 전극(116)을 일시적으로 또는 영구적으로 분리하는 단계
   를 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
9. 제8항에 있어서, 측방향으로 거리(d0)를 증가시킴으로써 하나의 전극(116)을 분리하는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 거리(d0)는 1.5 이상의 비율로 증가되는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 하나의 전극(116)을 분리하는 것은 용접 방향(30)에 대해 횡방향으로 하나 이상의 전극(110, 112, 114, 116, 118)을 배치함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
12. 제8항 또는 제9항에 있어서, 전극들(110, 112, 114, 116, 118) 사이의 각도(α)를 조정함으로써 하나의 전극(116)을 분리하는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
13. 제8항 또는 제9항에 있어서, 전극들(110, 112, 114, 116, 118)을 유지하는 용접 헤드 조우들(140, 142, 144, 146, 148)을 분리함으로써 하나의 전극(116)을 분리하는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
14. 제8항 또는 제9항에 있어서, 전극(110, 112, 114, 116, 118)을 통한 전류를 안정성 파라메타(Stab_par)로서 모니터링하는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
15. 제8항 또는 제9항에 있어서, 전극(110, 112, 114, 116, 118)과 관련된 아크 전압을 안정성 파라메타(Stab_par)로서 모니터링하는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
16. 제8항 또는 제9항에 있어서, 안정성 기준의 위배는, 하나 이상의 전극(110, 112, 114, 116, 118)의 안정성 파라메타(Stab_par)가 하나 이상의 이웃한 전극(110, 112, 114, 116, 118)의 안정성 파라메타(Stab_par)에 대해 5 % 넘게 변할 때 탐지되는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
17. 제8항 또는 제9항에 있어서, 안정성 기준의 위배는, 하나 이상의 전극(110, 112, 114, 116, 118)의 안정성 파라메타(Stab_par)가 그 선행 전극(110, 112, 114, 116, 118)에 비해 트레일링 전극(110, 112, 114, 116, 118)의 안정성 파라메타(Stab_par)에 대해 5 % 넘게 변할 때 탐지되는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
18. 제8항 또는 제9항에 있어서, 하나의 전극(116)의 분리는 전극들(110, 112, 114, 116, 118)을 통해 전류 흐름이 진행되는 동안 행해지는 것을 특징으로 하는 전기 아크 용접 방법.
19. 전기 아크 용접 방법을 행하기 위한 장치로서, 전극 조립체(100)는 전기 아크를 통해 용접 풀(12)을 생성하기 위해 공작물(10)에 작용하는 3개 이상의 가용성 연속 공급 전극(110, 112, 114, 116, 118)을 포함하며, 상기 3개 이상의 가용성 연속 공급 전극(110, 112, 114, 116, 118)은 용접 방향(30)에 대해 순차적인 순서로 배치되며 서로에 대해 측방향으로 분리되는 것인 장치에 있어서,
    - 전극 조립체(100)의 각각의 전극(110, 112, 114, 116, 118)에 대해 하나 이상의 안정성 파라메타(Stab_par)를 모니터링하기 위한 모니터링 장치(70), 및
    - 전극 조립체(100)의 하나의 전극(116)의 안정성 파라메타(Stab_par)가 안정성 기준(Crit)에 위배되는지를 결정하기 위한 유닛
    을 포함하며, 상기 전극 조립체(100)는 하나의 전극(116)의 안정성 기준(Crit) 위배가 탐지될 때, 안정성 기준(Crit)에 위배되는 하나의 전극(116)과 그 선행 전극(114) 사이의 거리(d0)를 증가시킴으로써, 하나 이상의 이웃한 전극(110, 112, 114, 118)으로부터 안정성 기준(Crit)에 위배되는 하나의 전극(116)을 일시적으로 또는 영구적으로 분리하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제19항에 있어서, 전극 조립체(100)는 공작물(10)의 표면(16) 위에서 개별 전극(110, 112, 114, 116, 118)의 위치를 측방향으로, 횡방향으로, 또는 측방향 및 횡방향으로 조정하기 위한 조정 가능한 용접 헤드 조우(140, 142, 144, 146, 148)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 전극 조립체(100)는 조정 가능한 각도(α)로 피봇 가능한 용접 헤드 조우(140, 142, 144, 146, 148)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 삭제
23. 삭제

Images