KR101523115B1 - 용접 장치용 차폐 가스 유동 제어기 - Google Patents

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알렉산더 빈첼 슈바이쯔텍크닉 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

전기 아크 용접 장치의 차폐 가스 공급원(200)과 차폐 가스 밸브(800) 사이의 차폐 가스 공급 라인 내로의 삽입을 위한 전기 아크 용접 장치의 차폐 가스 유동 제어기(100)로서, 차폐 가스 유동 제어기는, 차폐 가스 입력(200) 및 차폐 가스 출력(600), 차폐 가스 입력 및 차폐 가스 출력 사이로 연결되고 제어 입력(170)을 가지는 제어가능한 가스 밸브(110), 및 용접 작업 동안 용접 장치의 전기 용접 아크 전류(900)를 나타내는 용접 신호를 수용하기 위한 제 1 입력(400) 및 용접 신호의 함수(function)가 되고 목표(desired) 차폐 가스 유동을 나타내는 유동 설정 출력을 발생하도록 이루어진 가스 유동 설정 제어 수단(300)을 가지는 제어기 수단을 포함한다. 차폐 가스 유동 제어기는, 차폐 가스 입력으로 연결되고 차폐 가스 입력 압력 측정값(150)을 제 2 제어기 수단 입력으로 제공하도록 설치된 입력 압력 센서(120), 차폐 가스 출력으로 연결되고 차폐 가스 출력 압력 측정값을 제 3 제어기 수단 입력(160)으로 제공하도록 설치된 출력 압력 센서(140), 및 용접 작업 동안 실질적으로 차폐 가스 입력 및 차폐 가스 출력 각각에서의 실제 차폐 가스 입력 및 출력 압력들과 관계없이 유동 설정 출력에 대응하여 용접 장치로의 차폐 가스 공급 라인에서 실질적으로 일정한 차폐 가스 유동을 유지하기 위해, 차폐 가스 입력 및 차폐 가스 출력 측정값들, 용접 신호, 및 제어가능한 가스 밸브의 특성을 기초로 하여, 가스 유동 설정 제어 수단의 유동 설정 출력을, 제어가능한 가스 밸브의 제어 입력으로의 입력을 위한 제어 신호(170)로 변조하도록 이루어진 유동 설정 출력 변조 수단을 더 포함한다.

Description

용접 장치용 차폐 가스 유동 제어기{SHIELDING GAS FLOW CONTROLLER FOR A WELDING APPARATUS}
본 발명은 차폐 가스(shielding gas) 또는 활성 가스(active gas)로도 지칭되는, 보호 가스(blanket gas)를 전기 용접 장치에서 용접 지점으로 제공하는 분야에 관한 것으로, 특히 용접 작업의 다양한 단계에서 보호 가스, 차폐 가스, 활성 가스 유동을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 분야는 또한 절단 가스(1차 가스), 보호 가스(2차 가스) 또는 이들 모두의 유동이 본 발명에 의해 제공된 기술적 해결책을 이용함으로써 제어되는 플라즈마 절단기에 대한 가스 조절에 관한 것이다.
용접 지점에 불활성 보호 가스의 보호가 제공되어야 하는 전기 용접 작업에 대해, 집중된(centralized) 보호 가스 공급 설비로부터, 또는 용접 장치의 용접기 유닛의 근처에 위치되는 가스 실린더로부터 보호 가스를 제공하는 것이 통상적이다. 공급 설비 또는 가스 실린더에 의해 제공된 보호 가스에는 통상적으로 보호 가스가 용접 장치의 보호 가스 제어 수단에 의해 제어될 수 있는 압력을 초과하는 조절된 가스 압력이 제공된다. 압력을 가스가 편리하게 용접 장치로 전달될 수 있고 보호 가스의 유동(flow)을 스위치 온(on) 및 오프(off)하는 용접 장치 내의 제어 밸브에 의해 제어될 수 있는 수준(level)으로 압력을 감소시키기 위해, 가스 실린더 또는 가스 공급 설비 근방의 위치의 보호 가스 공급 라인(gas supply line)에 감압 장치가 삽입된다. 따라서, 가스가 가스 공급 설비 또는 가스 실린더에서보다 낮은 가스 압력으로 제공되는 가스 공급 라인의 섹션은 감압 장치와 용접 기계 자체 사이에 존재한다. 통상적으로, 공급 라인의 이러한 " 저압 " 섹션은 용접 기계 유닛의 실제적인 이용을 허용하도록 상당한 길이를 가지는데, 이 용접 기계 자체는 종종 용접 작업이 수행되어야 하는 다른 위치 영역에 도달하도록 용이하게 재배치가능하게 될 것이 요구된다. 전기 용접 장치용 저압 공급 라인 및 보호 가스 공급의 제어의 양태에 관한 추가적인 상세한 설명이 본 출원의 출원인의 노르웨이 특허 출원 제 20021557호에 제공되며, 대응하는 출원은 상술된 출원을 우선권으로 청구한다. 상기 제 20021557호에서, 용접 와이어 공급 속도(feed rate)에 의해 제어되는 펄스 폭 변조 신호 구동 밸브(Pulse Width Modulated(PWM) signal driven valve)가 전기 아크 용접 장치에서 종래의 차폐 가스 공급 밸브를 대신한다.
본원의 출원인의 동시 계류중인 노르웨이 특허 출원 제 NO20070472호는 가스 유동을 제어하기 위한 펄스 폭 변조 PWM 밸브의 이용을 설명한다.
가스 유동이 용접 전류에 따라 그리고 선택된 용접 작업에 따라 조절되는 전기 용접 작업에 대해, 가스 유동이 고 품질의 용접을 유지하기 위한 최소 수준 위로 유지되는 것이 중요하다. 가스 공급 체인에서 유동에 영향을 미치게 되는 양태는 대체로 초기 가스 압력 및 조절기 자체에 의해 수행되는 가스 유동 조절이다. 게다가 가스 유동에 영향을 미치게 되는 가변형 또는 상수형 매개변수들이 있을 수 있으며, 이 매개 변수들은 주로 조절된 가스 공급원으로부터 조절기로의 공급 라인에서의 압력 강하 및 또한 조절기로부터 가스 유출구의 지점으로의 라인 내에서의 압력 강하이다. 실제 가스 유동을 측정하기 위해 유동 센서를 부가하여 총 압력 강하를 보충하는 것이 가능하다. 단점은 유동 센서가 최종 제품에 도입하기에는 고가이고 또한 이용가능한 유동 센서의 정밀도는 유동 센서가 가스 유동 라인에 배치되는 장소에 따라 가변적이고 예측불가하다는 것이다. 정밀도의 이러한 변화는 공지된 유동 측정 기구와 간섭되는 펄스형 가스 유동에 관련된다.
본 발명은 위에서 언급된 압력 강하와 관련된 문제점을 해결하는 가스 유동 제어를 얻기 위한 방법을 설명한다. 플라즈마 절단 작업에서 가스 유동을 제어하는 동일한 문제점이 또한 동일한 조절 기술을 이용하여 해결될 것이다.
본 발명은 첨부된 독립 특허 청구항 1에서 열거된 구성들(features)을 보여주는 용접 장치용 가스 유동 제어기를 제공한다.
본 발명의 가스 유동 제어기의 추가의 유용한 구성들은 첨부된 종속 특허 청구항 1 내지 청구항 5에 열거되어 있다.
전기 아크 용접 장치에 대한 본 발명에 따른 차폐 가스 유동 제어기(shielding gas flow controller) 는 전기 아크 용접 장치의 차폐 가스 밸브와 차폐 가스 소스(source) 사이의 차폐 가스 공급 라인 내에 삽입되도록 되어 있다. 본 유동 제어기는, 차폐 가스 입력(shield gas input) 및 차폐 가스 출력(shield gas output)과, 차폐 가스 입력 및 차폐 가스 출력 사이에 연결되고 제어 입력(control input)을 가지는 제어가능한 가스 밸브(controllable gas valve)와, 용접 작업 동안 용접 장치의 전기 용접 아크 전류를 나타내는 용접 신호(welding signal)를 수용하기 위한 제 1 입력 및 용접 신호의 함수(function)가 되고 목표(desired) 차폐 가스 유동을 나타내는 유동 설정 출력(flow setting output)을 생성하도록 이루어진 가스 유동 설정 제어 수단(flow setting control means)을 가지는 제어기 수단(contoller means)을 갖는다. 본 차폐 가스 유동 제어기는, 차폐 가스 입력으로 연결되고 차폐 가스 입력 압력 측정값을 제 2 제어기 수단 입력으로 제공하기 위해 배치되는 입력 압력 센서, 및 차폐 가스 출력으로 연결되고 제 3 제어기 수단 입력으로 차폐 가스 출력 압력 측정값을 제공하기 위해 배치되는 출력 압력 센서, 및 유동 설정 출력 변조 수단을 더 포함한다. 상기 유동 설정 출력 변조 수단은, 용접 작업 동안 차폐 가스 입력 및 출력 각각에서의 실제 차폐 가스 입력 및 출력 압력들과 실질적으로 관계없이 유동 설정 출력에 대응하여 용접 장치로의 차폐 가스 공급 라인 내에 차폐 가스 유동을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해, 차폐 가스 입력 및 출력 가스 측정값들, 용접 신호 및 제어가능한 밸브의 특성을 기초로 하여, 제어가능한 가스 밸브의 제어 입력으로의 입력을 위한 제어 신호로 가스 유동 설정 제어 수단의 유동 설정 출력을 변조하도록 배치된다.
유용하게는, 차폐 가스 유동 제어기는 또한, 용접 신호를 기초로 하여, 용접 작업이 수행되지 않는 시간을 결정하도록 이루어진 수단을 포함하며, 제어기 수단은, 실질적으로 용접 작업이 수행되지 않는 시간 동안, 예정된 무효(idle) 압력 수준으로 출력 압력을 유지하기 위해, 제어가능한 가스 밸브에 무효 제어 신호를 출력하도록 되어 있다.
유용하게는, 본 발명의 차폐 가스 유동 제어기의 일 실시예에서, 용접 작업이 수행되지 않는 기간 동안 작동되도록 이루어지고, 용접 신호를 기초로 하여 또는 용접 신호를 모니터링하는 또 다른 장치의 출력을 기초로 하여 기간을 결정하도록 이루어지는 가스 누출 감지기 수단이 포함된다. 가스 누출 감지기 수단은 차폐 가스 입력 압력 측정값으로부터 차폐 가스 출력 압력 측정값을 공제(subtract)하여 압력 차이값 출력을 제공하도록 배치되는 공제기 수단(subtractor means)을 포함한다. 압력 차이 비교기(pressure difference comparator)는 비교기 출력을 가지며, 압력 차이값 출력 및 예정된 압력 차이 기준값을 각각을 제 1 및 제 2 비교기 출력 상에 제각기 수용하도록 배치된다. 비교기는, 압력 차이 값이 실질적으로 예정된 압력 차이 기준값이거나 예정된 압력 차이 기준값 보다 클 때 누출 확인을 비교기 출력에 제공하도록 이루어진다.
본 발명의 차폐 가스 유동 제어기의 다른 실시예에서, 차폐 가스 입력 압력 측정값을 수용하고, 차폐 가스 입력 압력 측정값이 예정된 차폐 가스 입력 압력 최소 수준이 되거나 이보다 작은 가스 압력을 나타낼 때, 가스 밸브를 폐쇄하도록 밸브 폐쇄 신호를 제어가능한 가스 밸브에 제공하도록 되어 있는 압력 수준 감지기(pressure level detector)가 포함된다.
도 1은 용접 작업에서 본 발명의 가스 유동 조절기(100)를 도시하는 전체 블록도이며,
도 2는 도 1에 도시된 용접 작업에서 본 발명의 가스 유동 제어기(100)를 개략적으로 도시하는 세부 블록도이며,
도 3은 본 발명의 가스 유동 조절기(100)의 전형적인 일 실시예를 개략적으로 도시하는 세부 블록도이며,
도 4는 하드웨어 솔루션(Hardware solution)을 기초로 하는 본 발명의 가스 유동 제어기(100)의 제어 유닛의 전형적인 일 실시예를 개략적으로 도시하는 세부 블록도이며,
도 5는 압력 센서, 밸브 오리피스 및 유동 방향으로 물리적 구성을 도시하며,
도 6은 시간 축선 상에 기간(T)에 대한 PMW 신호를 도시한 그래프로서, 여기서 Ton은 밸브의 ON-기간을 나타내며,
도 7은 본 발명에 의해 채용되는 테이블 룩-업(table look-up)을 개략적으로 도시하는 블록도이며,
도 8은 본 발명의 유동 조절기의 전형적인 일 실시예를 통한 유동을 보여주는 그래프로서, 밸브가 고정 PWM 값 및 2 내지 6 바아의 입력 압력의 변화로 작동되는, 그래프이며,
도 9는 압력 센서의 값에 따른 PWM의 조절이 포함되는 본 발명의 전형적인 일 실시예의 가스 조절기의 밸브를 통한 가스 유동을 도시하는 그래프이며,
도 10은 두 개의 조절된 가스 유동 라인을 가지는 플라즈마 절단기로 실시된, 본 발명의 가스 조절 시스템을 보여주는 개략적인 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 밸브가 개방되어 있는 평균 시간을 자동적으로 제어하여, 조절기(100)로부터 먼 거리에 배치되는 공급 지점(200)으로부터 가스가 공급되는 종래 기술의 용접 가스 공급 설비에서 통상적으로 경험될 수 있는 유동 변화를 감소시킴으로써, 가스 유동 안정성의 개선을 제공한다. 이 같은 종래 기술 설비에서, 조절기(100)가 가스 최종 유출 지점(1100)으로부터 상당히 먼 거리에 배치되는 것이 통상적이다. 이러한 거리는 보통 설비에 따라 달라지고, 또한 공급 호스, 튜브, 파이프, 어댑터 및 커넥터의 치수도 변화하며, 그 결과로 가스 유동 수준은 도 8에서 수행된 측정에 의해 도시된 바와 같이 영향을 받게 된다. 따라서 유동 수준을 수용가능한 허용오차 내에 유지하기 위하여, 압력 변화에 따라 유동을 조절하는 것이 필요하다.
본 발명의 가스 유동 제어기는 " PWM 제어 가스 유동 제어기 "(100)의 입력(120) 및 출력(140) 각각에서 압력 센서를 포함한다. 여기에서 PMW는 동시 계류중인 노르웨이 특허 출원 제 NO20070472호에서 공개되는 것에 대응하는 "변조된 펄스 폭(Pulse Width Modulated)"의 머리글자이다.
본 발명에 의해 부분적으로 채용되는, 위에서 언급된 펄스 폭 제어 가스 유동 제어기는 펄스 트레인 발생기 및 통상적으로 솔레노이드를 포함하는 펄스 트레인 구동 밸브를 포함한다. 펄스 트레인은 도 6에 설명된 바와 같이 두 개의 상태, ON 상태(Ton) 및 OFF 상태를 가진다. 상술된 상태의 지속 기간(duration)(Ton, Toff), 즉 기간(period)은 펄스 트레인 발생기로의 하나 또는 둘 이상의 입력에 의해 변화될 수 있다. 밸브는 상술된 상태에 반응하여, 밸브가 펄스 트레인의 ON 상태 부분에 의해 구동될 때 실질적으로 충분히 개방된 상태 및 펄스 트레인의 OFF 상태 부분에 의해 구동될 때 실질적으로 충분히 폐쇄된 상태를 취한다. 펄스 트레인의 펄스 반복 주기의 적절한 선택에 의해, 밸브 내에서 소산된 구동력은 최소가 되어 조절기 성능을 개선한다.
첨부된 도면을 포함하여, 본 명세서에서 제공된 본 발명의 공개에서, 펄스 트레인 구동 밸브는 도면번호 "110"으로 인용되고, 펄스 트레인 발생기는 도면번호 130에 의해 본 명세서에서 인용되는 밸브 제어기 배열체의 부분으로서 포함된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 가스 유동 제어기의 소정의 작동 양태가 아래에서 설명된다.
본 발명의 가스 유동 제어기를 작동시키기 위하여, 목표로 하는 또는 요구되는 가스 유동 수준(Q)의 초기 설정은 조작자(operator) 또는 제어 장치로부터 기준 입력(300)에 의하거나 가스 유동 요구조건을 결정하는 또 다른 공정으로부터 측정된 피드백 값(400)일 수 있다.
밸브 입력(120)에서 가스 압력(150)에서 P1의 입력 압력 측정은 일정한 가스 유동(600)을 얻기 위하여 PWM 제어 밸브(110)의 ON-기간(170)을 조절하기 위해 밸브 제어 배열체(133)로 공급된다.
밸브 출력(140)에서 가스 압력의 출력 압력 P2의 측정값(160)은, 통상적으로 호스, 파이프, 및 연결부(600, 700, 800)들로 구성되는 가스 유동 라인의 단면 또는 길이 등의 형상에 있어서 일정하거나 가변적인 변화에 의해 일어날 수 있는 가스 유동의 감소에 대한 보상을 제공하기 위해 사용된다. 출력 압력 P2의 크기(값)가 무시가능한 경우(즉, P2의 값이 매우 낮아서 PWM 출력 변화가 수용가능한 한계 내에 있는 경우), 이 측정값은, P2의 값을 0 atm(또는 절대 압력치가 이용되는 경우는 1 atm)으로 셋팅함으로써 조절에 있어서 제외될 수 있으며, P2의 값의 변화가 수용가능한 한계 내에 있는 경우, 식에서 P2의 측정값은 고정값으로 대체될 수 있다. 일 예로 출력 압력(P2)이 예컨대 1.2 bar 로 측정된 경우, 식은 △P = P1 - 1.2가 될 수 있다. 측정 지점의 개수를 감소시키는 것이 장점이며, 이로써 제품 가격 및 복잡성이 감소된다.
입력 압력 측정(150)으로부터 출력 압력 측정(160)을 공제기(131)에서 공제함으로써 압력 차이 값으로서 얻어진, 밸브의 입력(120)과 출력(140) 사이의 가스 압력의 차이 △P = P1-P2는 밸브 제어기 배열체(133)의 압력 차이 입력(132)으로 공급되어, 밸브가 개방될 때 밸브(110)를 통한 가스 유동을 계산하기 위하여 사용된다. 가스 유동의 조절은,
a) 요구된 펄스 폭에 대한 룩-업 테이블
b) 펄스 폭을 계산하는 함수 공식, 다항식
c) 전자 하드웨어와 같은 밸브 제어기 배열체(133)에서 상이한 방법에 따라 수행될 수 있으며, 이는 도 8에 도시된 제어되지 않은 유동에 비해 유동 제어의 상당한 개선을 보여주는 도 9에 도시된 개선된 유동 제어를 초래한다.
아래에서, 밸브 제어 신호를 결정하기 위해 하나 또는 둘 이상의 룩-업 테이블의 이용을 포함하는 본 발명의 일 실시예는 도 7을 참조하여 설명된다.
룩 업 테이블, 한 세트의 값을 적용하는 본 발명의 실시예는 이용되는 실제 유체 및 성분에 대해 수행된 이전의 측정에서 수집되었다. P1 및 P2의 상이한 압력 수준에 대해 테이블에 대한 값을 수집하기 위하여, 유동이 측정되고 결과적인 값이 수 개의 룩-업 테이블 내부에 배치된다. 공정 매개변수(Y) 및/또는 이용자 입력(X)을 나타내는 블록(134)의 상관관계는 이용자/공정 특성, 및 △P = P1-P2이다.
△P의 값은 이용되어야 하는 테이블을 나타내고, 공정 매개변수(Y) 및/또는 이용자 입력(X)은 테이블 내에서 PWM 출력 값(170)을 선택하기 위하여 이용된다. 통상적인 용접 분야에 대해 △P는 1 내지 6 bar 사이로 변화되고, 플라즈마-절단 분야에 대해 △P는 최고 12 bar일 수 있다. 이용되는 테이블의 개수는 정밀도에 대한 요구조건에 따라 변화되지만, 통상적으로 하나의 테이블 압력이 0.5 내지 1 bar일 수 있다. 계산에 의해 이용가능한 테이블 내의 값들 사이에 있는 △P의 값에 대한 PWM 출력이 주어지는 테이블들 사이에 보간법을 도입함으로써 더 적은 테이블을 이용하는 것으로 충분하다.
아래에서, 밸브 제어 신호를 결정하기 위한 계산의 이용을 포함하는 본 발명의 일 실시예가 도 5를 참조하여 설명된다.
도 3의 총 블록(130)은, 적절한 소프트웨어에 의해 프로세서에서 수행되는 계산에 의해 대체될 수 있다. 도 5를 참조하면, 밸브의 개구부 직경(Do)에 의해 표시되는 오리피스 수축부를 통과하는 유체는, 이 오리피스를 거치면서 압력의 강하를 겪게 된다. 이러한 압력 강하는 밸브가 개방 상태에 있을 때 유체의 유량을 측정하기 위해 이용된다. 밸브의 오리피스를 통과하는 가스의 유량의 계산은 통상적으로, 도 6에 도시된 바와 같은 총 스위칭 기간(T)에 대한 ON-기간(Ton)과 조합된, 베르누이 방정식을 기초로 한다.
베루누이 방정식은 컴퓨터에서 계산을 용이하게 하도록 변형될 수 있으며, 유동 계수 C(f)를 도입함으로써 변형되며, 이는 아래와 같다.
Figure 112010021190480-pct00001
여기서, Q(최대) = 최대 용적 유량(밸브 계속 개방)
Ao = π*(Do/2)2 = 밸브 개방 면적(개방 스테이지에서)
△P = P1-P2
ρ= 유체 밀도
유동 계수 C(f)는 실험에 의한 또는 밸브의 실제 오리피스에 대한 데이터 시트에 있는 것이다. 밸브 자체의 물리적 특성 상의 Q(최대) 및 Ao의 측정을 기초로 하는 대신, 개별 오리피스 장치는 개별 오리피스 장치가 밸브 조립체의 Q(최대) 및 Ao 특성의 설정에 관한 주요 요소가 되는 방식으로 밸브의 가스 입력 또는 가스 출력에 직접 적절하게 위치될 수 있다.
특정 분야에 대해, 목표 가스 유동에 상응하는 필요한 유동 수준(Q)을 기초로 하여, PWM 변조 밸브에 대한 ON-기간(Ton)은 아래 식에 의해 계산된다.
Figure 112010021190480-pct00002
Figure 112010021190480-pct00003
PWM 출력(170)의 펄스 속도는 용도에 대한 유동 요구조건을 기초로 하여 선택된다. 선택된 펄스 속도의 결과로서 용접 분야에서의 보호 가스로서 또는 플라즈마 절단기에서의 보호 및/또는 절단 가스로서 유출구(1100)에서 공급되는 가스의 파동은 수용가능한 한계 내에 있어야 한다. 즉, 용접 또는 절단 공정의 품질에 영향을 미치는 유출구(1100)에서의 가스의 공급에서의 변화가 있지 않아야 한다.
또한 분야 특정 매개변수 X(300) 및 Y(400)는 이용자 특정 설정(X) 및/또는 공정 피드백 매개변수(들)(Y)를 기초로 하는 계산에 포함될 수 있다.
아래에서, 밸브 제어 신호를 결정하기 위한 하드웨어 조절의 이용을 포함하는 본 발명의 일 실시예는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된다.
하드웨어 솔루션에서, △P(132) 신호는 블록(133)으로 공급되어, 램프(ramp) 발생기(134)로부터의 출력 신호와 비교된다. 램프 발생기(134)로부터의 출력 신호의 크기는 분야 특정 매개변수(X 및/또는 Y)에 의해 영향을 받는다. 램프 발생기는 개별 하드웨어 솔루션에 의해 또는 555 타이머 회로와 같은 타이머 회로에 의해 실현될 수 있다. 램프 발생기(134)로부터의 램프형 출력 신호의 크기 및/또는 오프셋은 오프셋 값 또는 게인(gain) 중 어느 하나로서 X 및/또는 Y에 의해 영향을 받게 된다. 이는 통상적으로 이용자 특정 설정이지만, 결과적인 효과는 더 높은 값의 공정 특정 피드백 값(Y)을 초래하는, 더 높은 전류(900)가 더 높은 수준의 가스 유동을 요구하게 된다는 것이다. 이용자 특정 값(X)의 영향은 상이한 용접 또는 절단 작업이 상이한 수준의 가스 유동을 요구하게 된다는 것이다. X 값의 이용자 설정에 영향을 미치게 되는 매개변수는 통상적으로 용접 또는 절단되는 재료, 재료의 두께, 용접 또는 절단되는 속도 및 이용되는 가스 타입이다. 공정 매개변수(Y) 및/또는 이용자 입력(X)을 나타내는 블록(134)의 상관관계는 램프형 출력 전압의 결과를 구비한, 이용자/공정 특성이다. 137의 음의 입력에서 램프 전압이 △P 보다 낮을 때, PWM 출력(170)이 높다(오프). 램프 전압이 △P 보다 높을 때, 출력은 낮다(온).
가스 누출 감지:
본 발명의 유동 제어기의 밸브(110)로부터 용접 장치의 출력 밸브(800)로의 가스 유동 라인의 가스 누출 감지.
두 개의 밸브(110 및 800)가 폐쇄되면, 통상적으로 본 발명의 유동 제어기의 출력에서 일정한 압력이 압력 센서(140)에 의해 감지되어야 한다. 두 개의 밸브(110 및 800)가 폐쇄된 상태에서 이 압력이 줄어들게 되면, 이는, 본 발명의 유동 제어기의 밸브와 용접 장치의 출력 밸브(800) 사이의 공급 라인에서 가스가 누출되고 있다는 표시이다.
무효(idle) 가스 압력 유지:
새로운 용접 또는 절단 작업이 시작할 때 가스 유출구(1100)로의 가스 공급의 신속한 시작을 하도록 최소 압력으로 가스 유동 라인(600)의 충전.
이는 통상적으로, 전류(900)가 오프되고 밸브(800)가 폐쇄된 상황에서 효과적이다. 새로운 용접 또는 절단 작업이 시작되는 경우, 전류(900)가 흐르기 시작하면 가스 유출구(1100)에서 가스가 이용가능하여야 한다. 그렇지 않은 경우, 이는, 수행될 작업의 실패나 품질의 불량을 가져올 수 있다.

Claims (6)

  1. 전기 아크 용접 장치의 차폐 가스 공급원(shielding gas source)(200)과 차폐 가스 밸브(800) 사이의 차폐 가스 공급 라인 내에 삽입되는, 전기 아크 용접 장치의 차폐 가스 유동 제어기(shielding gas flow controller)(100)로서, 상기 차폐 가스 유동 제어기는,
    차폐 가스 입력(shielding gas input)(200) 및 차폐 가스 출력(shielding gas output)(600);
    상기 차폐 가스 입력 및 차폐 가스 출력 사이로 연결되고, 제어 입력(control input)(170)을 가지는 제어가능한 가스 밸브(controllable gas valve)(110); 및
    용접 작업 동안 상기 용접 장치의 전기 용접 아크 전류(900)를 나타내는 용접 신호(400)를 수용하기 위한 제 1 입력 및, 용접 신호의 함수(function)가 되고 목표 차폐 가스 유동(desired shielding gas flow)을 나타내는 유동 설정 출력(flow setting output)을 발생하도록 이루어진 가스 유동 설정 제어 수단(gas flow setting control means)을 갖는 제어기 수단(controller means);을 포함하며,
    상기 차폐 가스 유동 제어기는,
    상기 차폐 가스 입력으로 연결되고 차폐 가스 입력 압력 측정값(150)을 제 2 제어기 수단 입력으로 제공하도록 배치되는 입력 압력 센서(120);
    상기 차폐 가스 출력으로 연결되고 차폐 가스 출력 압력 측정값(160)을 제 3 제어기 수단 입력으로 제공하도록 배치되는 출력 압력 센서(140); 및
    용접 작업 동안 각각 상기 차폐 가스 입력 및 상기 차폐 가스 출력에서 실질적으로 실제 차폐 가스 입력 및 출력 압력들과 관계없이 상기 유동 설정 출력에 대응하여 상기 용접 장치로의 차폐 가스 공급 라인 내에 실질적으로 일정한 차폐 가스 유동을 유지하도록, 차폐 가스 입력 및 차폐 가스 출력 압력 측정값들, 용접 신호, 및 상기 제어가능한 가스 밸브의 특성을 기초로 하여, 상기 가스 유동 설정 제어 수단의 유동 설정 출력을 상기 제어가능한 가스 밸브의 제어 입력으로의 입력을 위한 제어 신호로 변조하도록 이루어진 유동 설정 출력 변조 수단;을 더 포함하는,
    차폐 가스 유동 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 신호(400)를 기초로 하여, 용접 작업이 수행되지 않는 시간을 결정하도록 이루어진 수단을 포함하며,
    상기 제어기 수단은, 실질적으로 용접 작업이 수행되지 않는 시간 동안 출력 압력(600)이 예정된 무효(idle) 압력 수준으로 유지되도록, 무효 제어 신호를 상기 제어가능한 가스 밸브에 출력하도록 되어 있는,
    차폐 가스 유동 제어기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    용접 신호를 기초로 하여 결정되는, 용접 작업이 수행되지 않는 기간 동안 작동되도록 이루어진 가스 누출 감지기 수단(gas leak detector)을 포함하며,
    상기 가스 누출 감지기 수단은, 차폐 가스 입력 압력 측정값으로부터 차폐 가스 출력 압력 측정값을 공제하여 압력 차이값 출력(pressure difference value output)을 제공하도록 설치된 공제기 수단(subtractor means)과, 비교기(comparator) 출력을 가지면서 압력 차이값 출력 및 예정된 압력 차이 기준값(predetermined pressure difference reference value)을 제각기 제 1 및 제 2 비교기 입력들(first and second comparator inputs)에 수용하도록 설치된 압력 차이 비교기(pressure difference comparator)를 포함하며,
    상기 압력 차이값이 실질적으로 상기 예정된 압력 차이 기준값이거나 이보다 클 때 누출 표시를 제공하는,
    차폐 가스 유동 제어기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    용접 신호(400)를 기초로 하여 결정되는, 용접 작업이 수행되지 않는 기간 동안 작동되도록 이루어진 가스 누출 감지기 수단을 포함하며,
    상기 가스 누출 감지기 수단은, 청구항 제 2 항의 예정된 무효 압력 수준이 되는 기준값을 포함하고, 측정된 출력 압력 수준은 상기 기준값과 계속적으로 비교되며, 상기 가스 누출 감지기 수단은, 주어진 시간 동안 압력 차이값 변화가 실질적으로 예정된 압력 차이 기준값이거나 이보다 클 때 누출 표시를 제공하는 비교기 출력을 포함하며,
    이로써 가스 유동 라인의 섹션(600)이 이러한 가스 누출 검사 방법에 의해 검사되는,
    차폐 가스 유동 제어기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차폐 가스 입력 압력 측정값을 수용하고, 상기 차폐 가스 입력 압력 측정값이 예정된 차폐 가스 입력 압력 최소 수준이거나 이보다 작은 가스 압력을 표시할 때 상기 제어가능한 가스 밸브를 폐쇄하도록 상기 제어가능한 가스 밸브로 밸브 폐쇄 신호를 제공하도록 이루어진 압력 수준 감지기를 더 포함하는,
    차폐 가스 유동 제어기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    용접 작업 동안, 상기 제어가능한 가스 밸브(110)의 출력(140)에서 가스 출력 압력을 측정하도록 이루어지고, 측정된 가스 출력 압력이 예정된 가스 출력 압력 한계치 아래로 떨어지는 경우 가스 유동 라인(600, 700 및 800)에서의 누출을 표시하도록 이루어진, 상기 가스 유동 라인(600, 700 및 800)에서의 가스 누출을 감지하기 위한 가스 누출 감지 수단을 더 포함하는,
    차폐 가스 유동 제어기.
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