KR101487680B1 - 자동 티그 용접 방법 - Google Patents

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Abstract

자동 티그 용접 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 자동 티그 용접 방법은 피크 전류 구간과 베이스 전류 구간으로 이루어진 1 펄스 전류 패턴에 따라 용접봉의 송급속도를 가변시켜 용접을 수행하는 자동 티그 용접 방법에 있어서, 피크 전류 구간에서는, 티그 토치에 공급되는 용접전류를 상기 베이스 전류에서 피크 전류로 증가시킨 후 미리 설정된 시간이 경과할 때까지 유지시키고, 미리 설정된 시간에 도달한 이후에 티그 토치와 모재 사이의 용접영역에 용접봉이 송급되도록 용접봉의 송급속도를 제어하고, 베이스 전류 구간에서는, 용접영역에 용접봉이 송급되지 않도록 용접봉의 송급속도를 제어한 후 티그 토치에 공급된 피크 전류를 베이스 전류로 감소시키는 것을 포함한다.

Description

자동 티그 용접 방법{method of auto TIG welding of pipes}
본 발명은 자동 티그 용접 방법에 관한 것으로, 펄스전류 패턴에 따라 용접봉의 송급속도를 가변시켜 용접을 수행하는 자동 티그 용접 방법에 관한 것이다.
일반적으로 티그(TIG;Tungsten Inert Gas) 용접은 텅스텐 전극봉과 모재와의 사이에서 발생하는 아크에 용접봉을 송급하여 아크의 열을 이용하여 용접봉을 용융시켜 두 부재를 연결하는 용접 방법이다.
자동 티그 용접 방법은 티그토치 내부의 텅스텐 전극봉과 모재에 용접 전원을 접속하고 텅스텐 전극봉과 모재 사이에 용접 아크를 형성하고 와이어 형태의 용접봉을 아크부에 송급하여 아크 열로 녹여 용접이 된다.
최근에는 자동 티그 용접 방법은 모든 자세에 사용할 수 있어 선박 건조, 교량 제조 등과 같은 대형의 파이프를 맞대어 잇는 파이프 원주 용접에 사용되고 있다. 이러한 경우, 용접될 파이프의 주위에 설치된 레일을 따라 캐리지가 회전하면서 용접이 이루어진다.
일반적으로 자동 티그 용접은 전류를 펄스화 시켜 피크 전류와 베이스 전류로 나누어 제어한다. 이와 같이 용접을 수행하면 용융지가 피크 전류 시간 동안 형성 되고, 베이스 전류 시간 동안에는 응고가 이루어지는 과정을 거치면서 용접 비드가 형성되도록 되어 각 용접 자세에서 용융지가 중력의 영향을 적게 받을 수 있는 장점이 있다.
기존에는 펄스 전류와 베이스 전류의 파형 신호에 용접봉 공급 속도를 동기 시켜 피크 전류 때 전류를 고속으로 공급하고 베이스 전류 때는 용접봉 공급 속도를 저속으로 공급한다.
그러나, 기존의 자동 티그 용접 방식은 피크 전류의 상승시점과 용접봉의 공급 시점이 같기 때문에 피크전류가 형성되고 아크가 안정적으로 형성되기 전에 용접봉이 고속 공급됨으로 인해 용접 불량의 발생 우려가 있다.
본 발명의 실시예는 용접봉의 송급속도를 제어하여 피크 전류가 형성되고 아크가 안정적으로 형성될 경우에만 용접봉이 공급되게 하는 자동 티그 용접방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 피크 전류 구간과 베이스 전류 구간으로 이루어진 1 펄스 전류 패턴에 따라 용접봉의 송급속도를 가변시켜 용접을 수행하는 자동 티그 용접 방법에 있어서, 상기 피크 전류 구간에서는, 티그 토치에 공급되는 용접전류를 상기 베이스 전류에서 상기 피크 전류로 증가시킨 후 미리 설정된 시간이 경과할 때까지 유지시키고, 상기 미리 설정된 시간에 도달한 이후에 상기 티그 토치와 모재 사이의 용접영역에 상기 용접봉이 송급되도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고, 상기 베이스 전류 구간에서는, 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어한 후 상기 티그 토치에 공급된 피크 전류를 상기 베이스 전류로 감소시키고, 상기 피크 전류 구간에서는, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고, 상기 미리 설정된 시간에 도달한 후 소정시간이 경과할 때까지는 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하며, 상기 소정시간이 경과한 후에는 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하는 자동 티그 용접 방법이 제공될 수 있다.
삭제
또한, 상기 피크 전류 구간에서는, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 용접봉의 송급을 정지시키거나 미리 설정된 속도에 도달할 때까지 단계적으로 가속시키고, 상기 미리 설정된 시간에 도달한 후 소정시간이 경과할 때까지는 상기 용접봉을 상기 미리 설정된 속도로 유지시키고, 상기 소정시간이 경과한 후에는 상기 용접봉의 송급을 정지시키거나 상기 미리 설정된 속도보다 낮게 설정된 속도에 도달할 때까지 단계적으로 감속시키는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 피크 전류 구간에서는, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 피그 토치에 공급되는 용접전압이 피크 전압에 단계적으로 증가하도록 상기 용접전압을 제어하고, 상기 미리 설정된 시간에 도달한 후에는 상기 피크 전압을 유지하도록 상기 용접전압을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 피크 전류 공급 시간과 베이스 전류 공급시간으로 이루어진 1 펄스 전류 패턴에 따라 용접봉의 송급속도를 가변시켜 용접을 수행하는 자동 티그 용접 방법에 있어서, 상기 1 펄스 전류 패턴의 1 펄스 전류 구간을 시간 경과에 따라 피크 전류 시작 구간, 피크 전류 중간 구간, 피크 전류 마지막 구간 및 베이스 전류 구간으로 구분하고, 상기 피크 전류 시작 구간에서는 티그 토치에 공급되는 용접전류를 상기 베이스 전류에서 상기 피크 전류로 증가시킨 후 미리 설정된 시간이 경과할 때까지 유지시키고, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 티그 토치와 모재 사이의 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고, 상기 피크 전류 중간 구간에서는 상기 피크 전류를 유지시키고, 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고, 상기 피크 전류 마지막 구간에서는 상기 피크 전류를 유지시키고, 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고, 상기 베이스 전류 구간에서는 상기 티그 토치에 공급된 피크 전류를 상기 베이스 전류로 감소시킨 후 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 피크 전류 시작 구간에서는, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 용접봉의 송급을 정지시키거나 미리 설정된 속도에 도달할 때까지 단계적으로 가속시키고, 상기 피크 전류 중간 구간에서는, 상기 용접봉을 상기 미리 설정된 속도로 유지시키고, 상기 피크 전류 마지막 구간에서는, 상기 용접봉의 송급을 정지시키거나 상기 미리 설정된 속도보다 낮게 설정된 속도에 도달할 때까지 단계적으로 감속시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 피크 전류가 형성되고 아크가 안정적으로 형성될 경우에만 용접봉이 공급되도록 용접봉의 송급속도를 제어함으로써 원주 회전 용접을 수행할 때 아래보기 용접 자세, 수직 하향 용접 자세, 위보기 용접 자세, 수직 상향 용접 자세, 등 각각의 용접 위치에서 동일한 용접 조건(동일 용접 속도, 동일 용접 전류, 동일 용접 전압)으로 용접 작업이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예는 원주 회전 용접시 연속적으로 바뀌는 용접자세를 검출하기 위한 센서(예를 들면 각도 센서 등)가 불필요하고, 연속 용접임에도 불구 하고 용접 자세 마다 용접 조건이 다름으로 인하여 용접부에 불연속 비드 형성 등을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 동일한 용접 조건으로 용접 작업이 가능하기 때문에 아크 전압의 세기 신호를 검출하여 아크의 높이를 일정하게 유지하기 위한 제어를 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 한번 셋팅한 값으로 원주 회전 용접에서 용접 시작점이 임의의 위치(예를 들면, 12시, 09시, 06시, 03시 등)에서 아크를 발생 시켜도 일정한 용접 비드를 형성시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 각 자세별 용접을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 정전류 용접 전원의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 용입 깊이에 따른 아크 길이 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 티그 토치의 펄스 전류 구간별 용접봉 송급속도를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 펄스 전류 구간별 용접봉 송급속도를 설명하기 위한 타이밍도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 자동 티그 용접 장치는 티그 토치(10), 용접봉(20), 용접봉송급부(21), 자동티그 용접 장치의 전반적인 제어를 수행하는 제어부(30), 전류감지부(40), 전압감지부(41), 속도감지부(42) 및 위치조절부(50)를 포함할 수 있다.
티그 토치(10)는 티그 용접 전원이 공급되는 케이블에 의해 전류와 전압을 공급받는다.
티그 토치(10)는 티그토치 노즐(11)과 이 티그토치 노즐(11) 내에 파이프 등의 모재(P) 상의 아크 용접을 실시하는 텅스텐 전극봉(12)을 포함할 수 있다.
용접봉 송급부(21)는 용접봉(20)을 송급 한다. 예를 들면, 용접봉 송급부(21)는 용접봉(20)이 코일 형태로 감겨진 롤러와, 이 롤러에 감겨진 용접봉을 회전축을 회전하는 모터를 포함할 수 있다. 이 모터의 정회전 또는 역회전에 따라 용접봉(20)이 롤러에서 풀리면서 공급되게 된다.
전류감지부(40)는 티그 토치(10)에 공급되는 전류값을 감지한다.
전압감지부(41)는 티그 토치(10)에 공급되는 전압값을 감지한다.
속도감지부(42)는 용접봉 송급부(21)에 의해 송급되는 용접봉(20)의 송급속도를 감지한다.
위치조절부(50)는 티그 토치(10)의 위치를 조절한다. 예를 들면, 모재를 기준으로 티그 토치(10)의 위치를 변경시켜 티그 토치(10)와 모재간의 거리를 조절한다.
제어부(30)는 티그 토치(10)에 전원을 공급하고, 용접봉 송급부(21)에서 송급되는 용접봉(20)의 속도를 조절하며, 모재와 티그 토치(10)의 거리를 조절하는 등 자동 티그 용접 장치의 전반적인 제어를 수행한다. 제어부(150)는 용접봉 송급부(21)의 모터(125)의 회전속도를 조절함으로써 용접봉(20)의 송급 속도를 조절할 수 있다.
이하에서는 제어부(30)의 작동을 보다 상세히 설명한다.
자동 티크 용접 중 모재 특히 파이프의 원주 용접은 평판 용접과 달리 하나의 용접 이음부에서 모든 용접자세가 이용되는 용접 방법이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 각 자세별 용접을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 12시 방향에서는 아래보기 용접, 09시 방향에서는 수직 하향 용접, 06시 방향에서는 위보기 용접, 03시 방향에서는 수직 상향 용접 등이 이루어진다. 수동 용접사는 각 용접 자세에서 용접 전류를 제어하지 못하기 때문에 용접 속도와 용접봉의 투입량을 다년간의 경험에 의해 조절하면서 용접한다.
위치에 따라 용접이 이루어지기 때문에 연속적인 작업이 되지 못하고 중간에 용접 작업을 멈추고, 용접이 끝난 곳(아크 크레이터)에서 다시 비드를 연결하면서 용접을 수행하기 때문에 용접 비드의 외관에 아크 중단 흔적이 곳곳에서 발견된다. 용접 크레이터는 용접 결함(용접 크랙, 기공)을 발생하기 쉬운 곳으로 고기량자 일수록 용접 멈춤 작업의 횟수가 적다.
파이프의 자동 원주 용접 방법을 적용하면 위와 같은 이상적으로는 용접 크레이터가 1회 용접시 1회만 형성되기 때문에 고객의 측면에서는 자동 원주 용접 방법을 선호하게 된다.
파이프의 원주 용접을 자동으로 수행하기 위해서는 수동 용접작업을 그대로 모방한 시스템을 구성하는 방법 즉, 용접 전류를 일정하게 지속적으로 발생시키고, 용접 속도와 용접봉의 투입 속도를 각각의 용접 자세에서 제어하는 방법과 용접 전류도 위치에 따라 제어하는 방법이 있을 수 있다.
그러나 이와 같은 용접방법으로는 09시 위치에서 용융지(molten weld pool; MWP)가 선행하는 현상 때문에 아크가 불안정 하고, 06시와 03시 방향에서는 용융지(MWP)가 중력에 의해 아래로 흘러 내리려는 경향으로 비드가 볼록하게 형성된다.
이와 같은 용접 방법의 문제로 자동 티크 용접 중 자동 원주 용접은 전류를 펄스화 시켜 피크 전류와 베이스 전류로 나누어 제어한다. 이와 같이 용접을 수행하면 용융지가 피크 전류 시간 동안 형성되고, 베이스 전류 시간 동안에는 응고가 이루어지는 과정을 거치면서 용접 비드가 형성되어 수직 하향, 위 보기, 수직 상향 자세에서 용융지가 중력의 영향을 적게 받을 수 있는 장점이 있다.
그러나 이러한 용접방법도 펄스 주파수가 예를 들어 1Hz 이하일 때는 각 자세에서 용접 피크 전류, 베이스 전류, 듀티비(Duty ratio)(피크 전류 시간/ 베이스 전류 시간), 드웰 시간(Dwell time)(위빙시 양쪽 끝에 머무르는 시간), 용접 속도, 용접봉 송급속도 등의 용접 변수와 상관관계에 있기 때문에 자세별 용접 조건을 시행 착오(Trial and Error)에 의한 탐색법을 통해 찾지 않으면 안 된다.
안정적인 용접 변수를 찾았다고 하더라도 각 자세에서 연속적으로 용접 변수를 바꾸어 주어야 하기 때문에 바뀌는 변곡점에서 불연속 비드가 형성되지 않도록 대책이 필요하다. 이 변곡점에서의 처리가 서투르면 불연속 비드 뿐만 아니라 융합 불량과 용입 불량이 발생하는 위험성도 내재하고 있다. 즉 가장 좋은 용접 방법은 각 자세에서 하나의 용접 조건에서 연속적으로 용접을 수행하는 것이다.
펄스 전류를 사용하는 용접 방법에서 용접봉 공급 속도가 중요한 용접 공정 변수 중의 하나가 된다. 전류는 피크 전류와 베이스 전류가 교차하면서 아크를 형성 시키면서 용접봉이 도 2와 같이 연속적으로 공급하게 되면 베이스 전류 구간에서 공급되는 용접봉이 완전히 용융되지 못하여 응고 중의 용융지에 파고 들어 비드 외관의 불량이 형성되거나 융합불량과 용입 불량 등의 용접 불량이 발생하기 쉽다.
이와 같은 문제를 해결 하기 위해 기존에는 펄스 전류와 베이스 전류의 파형 신호에 용접봉 공급 속도를 동기시켜 피크 전류 때 전류를 고속으로 공급하고 베이스 전류 때는 용접봉 공급 속도를 저속으로 공급함으로써 상기와 같은 문제를 해결하고 있다.
한편, 자세에 따른 용접 조건의 변화, 즉 피크 전류와 베이스 전류의 변화는 용접전압의 변화를 초래하고 이것은 아크 길이의 변화를 초래한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 정전류 용접 전원의 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 용입 깊이에 따른 아크 길이 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 정전류 특성을 가지는 티그 용접에서는 아크의 길이 변화에 대해 용접 전류의 변화가 아주 적다(도 3 참조). 예를 들면 용접전류가 처음보다 작아지면 도 4와 같이 용융 깊이가 얕아지기 때문에 아크 길이가 작아진다(Arc_L2 -> Arc_L1). 도 4의 (a)는 저전류 및 고속 용접 조건으로 용접한 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 4의 (b)는 고전류 및 저속 용접 조건으로 용접한 경우를 설명하기 위한 도면이다. 이때, 용입 깊이는 용융 접합된 부분의 가장 깊은 곳에서부터 모재 표면까지의 깊이이다.
그러나 정전류 특성을 가지는 티그 용접기는 아크의 변화를 인지하지 못하기 때문에 전압 변화의 신호를 검출할 수가 없다. 신호를 검출할 수 없으면 제어도 불가능하다. 용접봉을 투입하는 티그 용접은, 특히 파이프와 같은 원주 회전 자동 용접에서는 아크 길이를 일정하게 유지 여부가 용접 품질을 좌우한다.
그러나 이와 같은 용접 펄스 전류와 용접봉(20)의 동기 제어 방법에서의 문제점은 피크 전류의 상승시점과 용접봉의 공급 시점이 같다는 것이다. 즉, 피크 전류가 형성되고 아크가 안정적으로 형성 되기 전에 용접봉(20)이 공급됨으로 인해 융합 불량 등의 발생 우려가 커진다.
동일한 문제가 피크 전류가 종료되는 시점과 용접봉(20)이 저속 구간으로 감속하는 동안의 용접봉 공급으로 융합불량이 발생할 수 있다. 특히 박판 용접에서와 같이 저전류(예를 들면, 100A 이하) 영역에서는 용접봉(20)이 적정 양을 넘으면 융합 불량이 발생할 확률이 높아진다. 이러한 펄스 제어 방법은 완전한 동기가 이루어지지 않으면 용접 불량 발생의 위험을 항상 내포하고 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 용접봉(20)의 송급 속도를 제어하여 티그 토치(10)에 피크 전류가 형성되고 텅스텐 전극(12)과 모재(P) 사이에 아크가 안정적으로 형성될 경우에만 용접봉(20)이 공급되게 함으로써 원주 회전 용접을 수행할 때 아래보기 용접 자세, 수직 하향 용접 자세, 위보기 용접 자세, 수직 상향 용접 자세 등 각각의 용접 위치에서 동일한 용접 조건으로 용접 작업이 가능하여 용접 불량을 대폭 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 용접 펄스 전류를 예를 들면 2 Hz 이상으로 하되 짝수로 펄스 주파수를 제어할 수 있고 직선(String) 비드 기법 또는 위빙을 하더라도 위빙 폭을 예를 들면 1.5 mm 이내로 할 수 있으며, 위빙시 양쪽 끝에 머무르는 시간(Dwell time)이 피크 전류 시간(tp)(도 5 참조) 이하로 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 티그 토치의 펄스 전류 구간별 용접봉 송급속도를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5를 참조하면, 펄스 전류 패턴 변화에 따라 전체 펄스 전류 구간을 피크 전류 시작 구간(a), 피크 전류 중간 구간(b), 피크 전류 마지막 구간(c-d) 및 베이스 전류 구간(e)의 4구간으로 구분할 수 있다.
피크 전류 시작 구간(a)은 t1-t2 구간으로서, 용접전류가 베이스 전류(Ib)에서 피크 전류(Ip)로 상승하여 피크 전류(Ip)를 유지하는 구간이다. 이 피크 전류 시작 구간(a)는 용접전류가 베이스 전류(Ib)에서 피크 전류(Ip)로 상승한 후 미리 설정된 시간이 경과하기 전인 구간이다. 피크 전류 시작 구간(a) 동안에는 용접전류가 피크 전류에 도달한지 얼마 경과하지 않은 시점이므로 아크가 안정적으로 형성되지 않을 수 있다.
피크 전류 시작 구간(a)에서 용접전압은 베이스 전압(Vb)에서 피크 전압(Vp)으로 증가한다. 이때, 용접전압을 검출하고, 검출된 전압값과 미리 설정된 피크 전압(Vp)을 비교하여 검출된 전압값이 미리 설정된 피크 전압(Vp)보다 적으면 위치조절부(50)를 통해 모재(P)로부터 티그 토치(10)가 이격되도록 이동시키고, 검출된 전압값이 미리 설정된 피크 전압(Vp)보다 크면 위치조절부(50)를 통해 모재(P)에 티그 토치(10)가 가까워지도록 이동시키며, 검출된 전압값과 미리 설정된 피크 전압(Vp)이 일치하면 티그 토치(10)의 위치를 현재 위치로 유지한다.
피크 전류 시작 구간(a)에서 용접봉 송급속도는 상대적으로 저속인 베이스 전류 시간 동안의 용접봉 송급 속도인 제1 송급속도(vfb)에서 상대적으로 고속인 피크 전류 시간 동안의 용접봉 송급 속도인 제2 송급속도(vfp)까지 단계적으로 증가한다. 즉, 용접봉(20)이 서서히 가속되기 시작한다.
따라서, 피크 전류 시작 구간(a) 동안에는 용접봉(20)이 아직 아크가 안정적으로 형성되지 않을 수 있는 티그 토치(10)과 모재(P) 사이의 용접영역에 송급되지 않기 때문에 융합 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제1 송급속도(vfb)는 lfb÷tb이고, 제2 송급속도(vfp)는 lfp÷tp일 수 있다. 여기서, lfp는 피크 전류 시간 동안의 용접봉 송급량(mm)이고, lfb는 베이스 전류 시간 동안의 용접봉 송급량(mm)이며, tp는 피크 전류 시간(s)이며, tb는 베이스 전류 시간(s)이다. 미리 피크 전류 시간 및 베이스 전류 시간 동안 티그 토치(10)과 모재(P) 사이의 용접영역에 공급될 용접봉의 양을 미리 각각 설정함으로써 상기 용접영역에서 융합 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
피크 전류 중간 구간(b)은 t2-t3 구간으로서, 용접전류가 피크 전류(Ip)를 유지하는 구간이다. 이 피크 전류 중간 구간(b)은 용접전류가 피크 전류(Ip)에 도달한 이후 소정시간이 경과한 이후이므로 용접영역에 아크가 안정적으로 형성될 수 있는 구간이다.
피크 전류 중간 구간(b)에서 용접전압은 피크 전압(Vp)을 유지한다.
피크 전류 중간 구간((b)에서 용접봉 송급속도는 제2 송급속도(vfp)를 유지한다. 이 피크 전류 중간 구간(b) 동안 용접봉(20)이 본격적으로 용융하여 용접봉의 선단에 용적이 맺힌다.
따라서, 피크 전류 시작 구간(b) 동안에는 용접영역에 아크가 안정적으로 형성된 상태에서 용접봉(20)이 송급되기 때문에 융합 불량 없이 용접이 가능하다.
피크 전류 마지막 구간(c-d)은 용접봉 송급을 단계적으로 정지시키기 위한 제1 피크 전류 마지막 구간(c)와 용접봉 송급을 정지시키는 제2 피크 전류 마지막 구간(d)로 구분할 수 있다.
제1 피크 전류 마지막 구간(c)은 t3-t4 구간으로서, 용접전류가 피크 전류를 유지하는 구간이다. 이 제1 피크 전류 마지막 구간(c)에서 용접전압은 피크 전압(Vp)을 유지한다.
제1 피크 전류 마지막 구간(c)에서 용접봉 송급속도는 제2 송급속도(vfp)에서 0까지 하강한다.
제2 피크 전류 마지막 구간(d)는 t4-t5 구간으로서, 용접전류가 피크 전류(Ip)를 유지하고, 용접전압은 피크 전압(Vp)을 유지하는 구간이다.
제2 피크 전류 마지막 구간(d)에서 용접봉(20)은 송급이 중단되고 피크 전류에 의해 아크만 발생된다.
이와 같이, 피크 전류 마지막 구간(c-d)에서 용접봉(20)이 서서히 감속하기 시작하여 완전히 정지되어 용접봉 송급이 중단된다.
따라서, 용접영역에 아크가 안정적으로 형성되지 않을 수 있는 피크 전류 마지막 구간(c-d) 동안에는 용접봉(20)이 용접영역에 송급되지 않기 때문에 융합 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 용접전류가 피크 전류(Ip)인 구간 tp 중에서 아크가 안정적으로 형성될 수 있는 피크 전류 중간 구간(b) 동안에만 용접영역에 용접봉 송급이 이루어지기 때문에 융합 불량 등의 용접 불량을 대폭 줄일 수 있다.
베이스 전류 구간(e)는 t5-t6 구간으로서, 용접전류가 피크 전류(Ip)에서 베이스 전류(Ib)까지 감소하고, 용접전압은 피크 전압(Vp)에서 베이스 전압(Vb)까지 감소한 후 유지하는 구간이다.
베이스 전류 구간(e)에서 용접봉 송급속도는 0에서 제1 송급속도(vfb)로 상승하여 유지한다. 즉, 베이스 전류 구간(e)에서 용접봉(20)은 서서히 가속되면서 제1 송급속도(vfb)에 도달하면 속도를 유지한다.
이상과 같은 각 전류 구간에서의 작동은 펄스 전류 주기(tp/tb)별로 반복해서 수행된다.
도 5에서 피크 전류 시작 구간(a)에서 용접봉(20)을 서서히 가속시키는 대신에 제1 송급속도(vfb)로 유지하고, 피크 전류 마지막 구간(c-d) 중에서 제1 피크 전류 마지막 구간(c)에서 용접봉(20)을 서서히 감속시키는 대신에 곧바로 0으로 변경하는 것도 가능하다.
이하에서는 도 5의 변형된 실시예를 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 티그 용접 장치에서 펄스 전류 구간별 용접봉 송급속도를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6을 살펴보면, 펄스 전류 패턴 변화에 따라 전체 펄스 전류 구간을 피크 전류 시작 구간(a), 피크 전류 중간 구간(b), 피크 전류 마지막 구간(c) 및 베이스 전류 구간(d)의 4구간으로 구분할 수 있다. 전류 구간 e는 다음 피크 전류 시작 구간이다.
피크 전류 시작 구간(a)은 t1-t2 구간으로서, 용접전류가 베이스 전류(Ib)에서 피크 전류(Ip)로 상승하여 피크 전류(Ip)를 유지하는 구간이다. 이 피크 전류 시작 구간(a)는 용접전류가 베이스 전류(Ib)에서 피크 전류(Ip)로 상승한 후 미리 설정된 시간이 경과하기 전인 구간이다. 피크 전류 시작 구간(a) 동안에는 용접전류가 피크 전류에 도달한지 얼마 경과하지 않은 시점이므로 아크가 안정적으로 형성되지 않을 수 있다.
피크 전류 시작 구간(a)에서 용접봉 송급속도는 제1 송급속도(vfb)로 유지한다.
따라서, 피크 전류 시작 구간(a) 동안에는 용접봉(20)이 아직 아크가 안정적으로 형성되지 않을 수 있는 티그 토치(10)과 모재(P) 사이의 용접영역에 송급되지 않기 때문에 융합 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
피크 전류 중간 구간(b)은 t2-t3 구간으로서, 용접전류가 피크 전류(Ip)를 유지하는 구간이다. 이 피크 전류 중간 구간(b)은 용접전류가 피크 전류(Ip)에 도달한 이후 소정시간이 경과한 이후이므로 용접영역에 아크가 안정적으로 형성될 수 있는 구간이다.
피크 전류 중간 구간(b)에서 용접봉 송급속도는 제2 송급속도(vfp)를 유지한다. 이 피크 전류 중간 구간(b) 동안 용접봉(20)이 본격적으로 용융하여 용접봉의 선단에 용적이 맺힌다.
따라서, 피크 전류 시작 구간(b) 동안에는 용접영역에 아크가 안정적으로 형성된 상태에서 용접봉(20)이 송급되기 때문에 융합 불량 없이 용접이 가능하다.
피크 전류 마지막 구간(c)은 t3-t4 구간으로서, 용접전류가 피크 전류를 유지하는 구간이다. 이 제1 피크 전류 마지막 구간(c)에서 용접전압은 피크 전압(Vp)을 유지한다.
피크 전류 마지막 구간(c)에서 용접봉 송급속도는 0으로 변경하여 용접봉 송급을 정지시킨다.
이와 같이, 피크 전류 마지막 구간(c)에서 용접봉 송급이 중단된다.
따라서, 용접영역에 아크가 안정적으로 형성되지 않을 수 있는 피크 전류 마지막 구간(c) 동안에는 용접봉(20)이 용접영역에 송급되지 않기 때문에 융합 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
베이스 전류 구간(d)는 t4-t5 구간으로서, 용접전류가 피크 전류(Ip)에서 베이스 전류(Ib)까지 감소하고, 용접전압은 피크 전압(Vp)에서 베이스 전압(Vb)까지 감소한 후 유지하는 구간이다.
베이스 전류 구간(d)에서 용접봉 송급속도는 0에서 제1 송급속도(vfb)로 상승하여 유지한다. 즉, 베이스 전류 구간(d)에서 용접봉(20)은 제1 송급속도(vfb)에 도달하여 속도를 유지한다.
이상과 같은 각 전류 구간에서의 작동은 펄스 전류 주기(tp/tb)별로 반복해서 수행된다.
10 : 티그 토치 11 : 티그토치 노즐
12 : 텅스텐 전극봉 20 : 용접봉
21 : 용접봉 송급부 30 : 제어부

Claims (6)

  1. 피크 전류 구간과 베이스 전류 구간으로 이루어진 1 펄스 전류 패턴에 따라 용접봉의 송급속도를 가변시켜 용접을 수행하는 자동 티그 용접 방법에 있어서,
    상기 피크 전류 구간에서는, 티그 토치에 공급되는 용접전류를 상기 베이스 전류에서 상기 피크 전류로 증가시킨 후 미리 설정된 시간이 경과할 때까지 유지시키고, 상기 미리 설정된 시간에 도달한 이후에 상기 티그 토치와 모재 사이의 용접영역에 상기 용접봉이 송급되도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고,
    상기 베이스 전류 구간에서는, 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어한 후 상기 티그 토치에 공급된 피크 전류를 상기 베이스 전류로 감소시키고,
    상기 피크 전류 구간에서는, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고, 상기 미리 설정된 시간에 도달한 후 소정시간이 경과할 때까지는 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하며, 상기 소정시간이 경과한 후에는 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하는 자동 티그 용접 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피크 전류 구간에서는, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 용접봉의 송급을 정지시키거나 미리 설정된 속도에 도달할 때까지 단계적으로 가속시키고, 상기 미리 설정된 시간에 도달한 후 소정시간이 경과할 때까지는 상기 용접봉을 상기 미리 설정된 속도로 유지시키고, 상기 소정시간이 경과한 후에는 상기 용접봉의 송급을 정지시키거나 상기 미리 설정된 속도보다 낮게 설정된 속도에 도달할 때까지 단계적으로 감속시키는 것을 포함하는 자동 티그 용접 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피크 전류 구간에서는, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 티그 토치에 공급되는 용접전압이 피크 전압까지 단계적으로 증가하도록 상기 용접전압을 제어하고,
    상기 미리 설정된 시간에 도달한 후에는 상기 피크 전압을 유지하도록 상기 용접전압을 제어하는 것을 포함하는 자동 티그 용접 방법.
  5. 피크 전류 공급 시간과 베이스 전류 공급시간으로 이루어진 1 펄스 전류 패턴에 따라 용접봉의 송급속도를 가변시켜 용접을 수행하는 자동 티그 용접 방법에 있어서,
    상기 1 펄스 전류 패턴의 1 펄스 전류 구간을 시간 경과에 따라 피크 전류 시작 구간, 피크 전류 중간 구간, 피크 전류 마지막 구간 및 베이스 전류 구간으로 구분하고,
    상기 피크 전류 시작 구간에서는 티그 토치에 공급되는 용접전류를 상기 베이스 전류에서 상기 피크 전류로 증가시킨 후 미리 설정된 시간이 경과할 때까지 유지시키고, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 티그 토치와 모재 사이의 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고,
    상기 피크 전류 중간 구간에서는 상기 피크 전류를 유지시키고, 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고,
    상기 피크 전류 마지막 구간에서는 상기 피크 전류를 유지시키고, 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하고,
    상기 베이스 전류 구간에서는 상기 티그 토치에 공급된 피크 전류를 상기 베이스 전류로 감소시킨 후 상기 용접영역에 상기 용접봉이 송급되지 않도록 상기 용접봉의 송급속도를 제어하는 것을 포함하는 자동 티그 용접 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피크 전류 시작 구간에서는, 상기 미리 설정된 시간에 도달하기 전에는 상기 용접봉의 송급을 정지시키거나 미리 설정된 속도에 도달할 때까지 단계적으로 가속시키고,
    상기 피크 전류 중간 구간에서는, 상기 용접봉을 상기 미리 설정된 속도로 유지시키고,
    상기 피크 전류 마지막 구간에서는, 상기 용접봉의 송급을 정지시키거나 상기 미리 설정된 속도보다 낮게 설정된 속도에 도달할 때까지 단계적으로 감속시키는 것을 포함하는 자동 티그 용접 방법.
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