KR101533178B1 - 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치 - Google Patents

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마사히로 혼마
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

탕 고임의 불안정화에 의한 용접 결함의 발생을 방지하는 동시에, 가스 실드 아크 용접의 자동화에 적합한 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 중간 전극(5)과 피용접 재료(1) 사이의 전압을 검지하는 전압 검지 수단(18)과, 상기 전압 검지 수단(18)에 의해 검지한 전압이 입력되어, 단락인지의 여부를 판정하는 단락 판정 수단(19)과, 전류값 신호가 외부로부터 입력되는 동시에, 상기 단락 판정 수단(19)이 단락이라고 판정했을 경우는, 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 상기 중간 전극용 직류 전원(M)으로 출력하고, 상기 단락 판정 수단(19)이 단락이 아니라고 판정했을 경우는, 상기 제 1 전류값(I1) 보다 작은 제 2 전류값(I2)을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 상기 중간 전극용 직류 전원(M)으로 출력하는 중간 전극용 전류 설정 수단(20)과, 속도 제어 수단(32)과, 전극 송급 수단(27)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치{AUTOMATIC MULTI-ELECTRODE GAS SHIELDED ARC WELDING DEVICE}
본 발명은 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 관한 것이며, 특히, 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 후행 가스 실드 아크 용접 전극 및 중간 전극을 구비하는 동시에, 용접 결함의 발생을 방지할 수 있는 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 관한 것이다.
종래부터, 조선, 교량 등의 분야에서 사용되는 수평 필릿 용접의 고효율화를 도모하기 위해서, 용접 속도가 빠른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치가 제안되어 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 3전극 아크 용접 제어 방법이 개시되어 있다. 이러한 기술은, 3개의 전극을 용접선 상에 직렬로 배치하여, 선행 전극과 후행 전극의 아크에 의해 발생하는 탕 고임을 중간 전극의 아크에 의해서 제어하는 것이다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술은, 선행 전극, 후행 전극, 및, 중간 전극을 전부 전원의 정극에 접속하고 있으므로, 3개의 동일한 방향으로 흐르는 전류에 의해, 용접 개소에 있어서 아크 블로우 등의 평행 전류에 기인하는 자장 간섭이 다발할 우려가 있었다.
또한, 특허문헌 1에 개시된 기술은, 선행 전극 및 후행 전극의 아크 뿐만이 아니라, 해당 중간 전극의 아크도 상기의 자장 간섭의 영향을 받게되므로, 당연히, 중간 전극의 아크에 의해 제어되는 탕 고임이 불안정해질 확률은 높으며, 그 결과, 용접 결함을 일으킬 가능성이 높았다.
상기와 같은 문제를 해소하기 위해서, 특허문헌 2에는, 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 방법으로서, 선행 전극과 후행 전극을 전원의 정극, 중간 전극을 전원의 부극에 접속한 용접 방법이 개시되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 선행 전극 및 후행 전극의 아크에 의한 자장 간섭을, 중간 전극을 흐르는 전류(선행 전극 및 후행 전극을 흐르는 전류와는 역 방향의 전류)에 의해 경감할 수 있었다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 기술은, 중간 전극을 아크에 의해 용융시키고 있는 것이 아니라, 안정된 줄 열에 의해 용융시키고 있기 때문에, 특허문헌 1에 개시된 기술과 비교하여, 탕 고임을 안정되게 제어할 수 있었다.
일본 특허 공개 제 2002-219571 호 공보 일본 특허 공개 제 2004-261839 호 공보
그렇지만, 특허문헌 2에 개시된 기술에서는, 중간 전극의 송급 저항의 변동에 기인하여, 순간적으로 중간 전극의 송급 속도가 저속 혹은 정지함으로써, 줄 열에 의한 중간 전극의 용융량이 중간 전극의 송급량에 대하여 과대해져 버리는 경우가 있다. 또한, 아크 블로우에 의한 아크 편향 등 어떤 외란에 의해 탕 고임의 형상이 변화하여 중간 전극과의 상대 위치 관계가 정상시와 달라져 버리는 경우도 있다.
상기와 같은 경우는, 중간 전극의 선단이 용융지로부터 이격하여, 중간 전극의 선단과 용융지 사이에 아크가 발생하여 버린다. 그리고, 해당 아크에 의해 탕 고임이 불안정하게 되며, 그 결과, 양호한 용접부가 얻어지지 않는다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 기술은, 중간 전극의 용융지로의 돌입 결함을 회피하기 위해서, 중간 전극의 송급량을 줄 열에 의한 중간 전극의 용융량보다 약간 적어지도록 제어할 필요가 있다. 그러나, 이와 같은 제어를 실행하면, 당연, 중간 전극의 선단이 용융지로부터 이격하여 버릴 가능성이 높아져, 상기 경우와 같이, 중간 전극의 선단과 용융지 사이에 발생하는 아크에 의해, 탕 고임이 불안정하게 되어, 양호한 용접부가 얻어지지 않게 되어 버린다.
또한, 중간 전극의 송급 속도를 변화시켜, 중간 전극의 선단이 탕 고임 내에 삽입된 단락 상태가 유지되도록 제어함으로써, 탕 고임의 불안정화의 문제를 회피하는 수단도 고려할 수 있다. 그러나, 이러한 수단에 의하면, 고속으로 송급하고 있는 세경의 중간 전극을 제어하기 위해서, 정역 회전 제어 가능한 관성(관성)이 작은 송급 장치를 중간 전극의 선단 근방에 배치할 필요가 있다. 이 때문에, 비용이 비싸지는 동시에, 무엇보다 협애한 개소에 3전극을 배치하는 장치 설계상의 자유도를 약화시킨다고 하는 결점이 있어서, 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 적용하는 수단으로서는 적합하지 않다.
결과로서, 중간 전극의 송급 속도를 일정 속도로 하는 동시에, 중간 전극에는 직류 전원으로부터 일정값의 전류를 공급한다고 하는 방법이 채용되어 있기 때문에, 상기 탕 고임의 불안정화에 의한 용접 결함의 발생의 가능성이 그대로 존재했었다. 그 때문에, 적절히, 용접 상황을 사람이 확인하여 안정적인 용접을 계속할 수 있는 중간 전극 송급 속도로 조정할 필요가 있었다. 따라서, 종래의 기술은, 가스 실드 아크 용접의 자동화에 충분히 적합한 기술이라고는 말할 수 없었다.
본 발명은 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 과제는, 탕 고임의 불안정화에 의한 용접 결함의 발생을 방지하는 동시에, 가스 실드 아크 용접의 자동화에 적합한 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 구비하고, 또한 해당 선행 가스 실드 아크 용접 전극과 해당 후행 가스 실드 아크 용접 전극 사이에 중간 전극을 구비하는 동시에, 해당 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 해당 후행 가스 실드 아크 용접 전극 및 해당 중간 전극이, 소모 전극인 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치로서, 각각 일정한 속도로 송급되는 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극이, 각각 정극에 접속되고, 피용접 재료가 부극에 접속되는 동시에, 정전압 특성을 갖는 2개의 직류 전원과, 상기 피용접 재료가 정극에 접속되며, 상기 중간 전극이 부극에 접속되는 동시에, 정전류 특성을 갖는 중간 전극용 직류 전원과, 상기 중간 전극과 상기 피용접 재료 사이의 전압을 검지하는 전압 검지 수단과, 상기 전압 검지 수단에 의해 검지한 전압이 입력되어, 단락인지의 여부를 판정하는 단락 판정 수단과, 전류값 신호가 외부로부터 입력되는 동시에, 상기 단락 판정 수단이 단락이라고 판정했을 경우는, 제 1 전류값을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 상기 중간 전극용 직류 전원으로 출력하고, 상기 단락 판정 수단이 단락이 아니라고 판정했을 경우는, 상기 제 1 전류값보다 작은 제 2 전류값을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 상기 중간 전극용 직류 전원으로 출력하는 중간 전극용 전류 설정 수단과, 상기 중간 전극의 송급 속도를 일정한 속도로 하는 속도 제어 수단과, 상기 중간 전극을 상기 피용접 재료를 향하여 송급하는 전극 송급 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 중간 전극이 단락하고 있는 상태였던 경우, 단락 판정 수단은, 전압 검지 수단에 의해 검지·입력된 전압값으로부터 중간 전극이 단락하고 있다고 판단하고, 그 결과, 중간 전극용 전류 설정 수단에 의해 제 1 전류값을 나타내는 전류값 신호가 선택되며, 중간 전극용 직류 전원이 제 1 전류값의 전류를 중간 전극에 공급하도록 제어한다.
한편, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 중간 전극이 단락하고 있지 않은 상태였던 경우, 단락 판정 수단이, 전압 검지 수단에 의해 검지 입력된 전압값으로부터 중간 전극이 단락하고 있지 않다고 판단하고, 그 결과, 중간 전극용 전류 설정 수단에 의해 제 2 전류값을 나타내는 전류값 신호가 선택되며, 중간 전극용 직류 전원이 제 2 전류값의 전류를 중간 전극에 공급하도록 제어한다.
따라서, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 중간 전극이 단락하지 않고 아크가 발생하고 있는 상태가 되었을 경우에, 중간 전극에 대하여, 통상의 전류값(제 1 전류값)보다 작은 제 2 전류값의 전류를 공급 할 수 있기 때문에, 중간 전극의 용융량을 단락 시의 용융량에 비해 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 의하면, 중간 전극이 단락하지 않고 아크가 발생하고 있는 상태가 되었다고 하여도, 순간적으로 중간 전극을 단락시킬 수 있다.
그리고, 일반적으로, 소모 전극이 정전류 특성을 갖는 직류 전원에 접속되는 경우는, 일정한 전압이 유지되도록 전압을 검지하여 소모 전극의 송급 속도를 변속 제어하는 방법이 채용되어 있다. 그러나, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치의 중간 전극은, 정전류 특성을 갖는 직류 전원에 접속되어 있음에도 불구하고, 상기와 같이 중간 전극에 공급되는 전류를 제어함으로써 단락 상태를 유지할 수 있기 때문에, 중간 전극을 일정한 속도로 공급할 수 있다. 따라서, 종래의 정전류 특성을 갖는 직류 전원에 접속되는 소모 전극과 같이, 송급 속도를 변속 제어할 필요가 없기 때문에, 송급 속도를 제어하는 복잡한 제어 수단을 마련할 필요가 없으며, 그 결과, 장치 전체의 비용을 억제할 수 있다. 부가하여, 협애한 개소에 복수의 전극을 설치해야만 하는 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 있어서, 송급 장치를 중간 전극의 선단 근방에 마련할 필요가 없어지기 때문에, 장치 설계상의 자유도를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 상기 중간 전극용 직류 전원에 병렬로 접속되는 동시에, 상기 피용접 재료가 정극에 접속되고, 상기 중간 전극이 부극에 접속되어 있으며, 고 임피던스 특성을 갖는 중간 전극용 보조 직류 전원을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 중간 전극이 단락하지 않으며 아크가 발생하고 있는 상태가 되었을 경우에, 중간 전극에 대해, 제 2 전류값의 전류로 하기 때문에, 실질적으로 출력이 정지했을 경우, 또는 출력을 정지했을 경우라도, 전압 검지 수단은 중간 전극용 보조 직류 전원이 나타내는 높은 전압을 검지한다. 그 결과, 단락 판정 수단은, 단락인지의 여부를 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 중간 전극이 단락하고 있지 않은 상태가 되었을 경우에, 중간 전극에 대해, 통상의 전류값(제 1 전류값)보다 작은 제 2 전류값의 전류로 하기 때문에 실질적으로 출력이 정지했을 경우 또는 출력을 정지했을 경우라도, 중간 전극의 용융량을 중간 전극의 송급량에 대해 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치의 상기 중간 전극용 보조 직류 전원은, 단락 전류가 1A 이하인 출력 특성을 갖는 것이 바람직하다.
중간 전극용 보조 직류 전원이 상기의 출력 특성을 갖는 것에 의해, 실질적으로는, 중간 전극용 보조 직류 전원으로부터 중간 전극에 거의 전류가 공급 되지 않는다. 따라서, 중간 전극용 전류 설정 수단에 의해 적절히 제어된 중간 전극용 직류 전원으로부터 중간 전극에 전류가 공급된다. 즉, 중간 전극에 공급되는 전류를 적절히 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 상기 전압 검지 수단과, 상기 단락 판정 수단과, 상기 중간 전극용 전류 설정 수단과, 상기 속도 제어 수단과, 상기 중간 전극용 직류 전원을 한데 모아 하나의 하우징에 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 전압 검지 수단, 단락 판정 수단, 중간 전극용 전류 설정 수단, 속도 제어 수단, 각각의 장치를 별도로 마련할 필요가 없기 때문에, 장치 전체의 비용을 억제할 수 있는 동시에, 장치의 설치에 필요 공간도 작게 할 수 있다.
또한, 전압 검지 수단, 단락 판정 수단, 중간 전극용 전류 설정 수단, 속도 제어 수단이 중간 전극용 용접 전원과 함께 하우징 내에 있기 때문에, 노이즈에 대한 내성이 높아져, 장치의 신뢰성이 향상한다.
또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 수평 필릿 용접에 적용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치를 수평 필릿 용접에 적용함으로써, 발명의 효과를 보다 적절하게 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 의하면, 중간 전극이 단락하지 않고 아크가 발생하고 있는 상태가 되었을 경우에, 중간 전극에 대해, 통상의 전류값(제 1 전류값)보다 작은 제 2 전류값의 전류를 공급할 수 있기 때문에, 중간 전극이 단락하지 않고 아크가 발생하고 있는 상태가 되었다고 하여도, 순간적으로 중간 전극을 단락시킬 수 있다. 그 결과, 단락한 중간 전극에 의해 탕 고임을 안정화시킬 수 있어서, 양호한 용접부를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 의하면, 중간 전극이 단락하고 있지 않는 상태가 되었을 경우에, 중간 전극에 대해, 통상의 전류값(제 1 전류값)보다 작은 제 2 전류값의 전류로 하기 위해서 실질적으로 출력이 정지했을 경우, 또는 출력을 정지했을 경우라도 단락인지의 여부를 판정할 수 있기 때문에, 중간 전극이 단락하고 있지 않은 상태가 되었다고 하여도, 순간적으로 중간 전극을 단락시킬 수 있다. 그 결과, 단락한 중간 전극에 의해 탕 고임을 안정화시킬 수 있어서, 양호한 용접부를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 의하면, 종래의 정전류 특성을 갖는 직류 전원에 접속되는 소모 전극과 같은 송급 속도를 제어하는 복잡한 제어 수단을 마련할 필요가 없으며, 그 결과, 장치 전체의 비용을 억제할 수 있다. 부가하여, 협애한 개소에 복수의 전극을 설치해야만 하는 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 있어서, 송급 장치를 중간 전극의 선단 근방에 마련할 필요가 없어지기 때문에, 장치 설계상의 자유도를 확보할 수 있다.
부가하여, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 의하면, 전압 검지 수단, 단락 판정 수단, 중간 전극용 전류 설정 수단, 속도 제어 수단 각각의 장치를 별도로 마련할 필요가 없기 때문에, 장치 전체의 비용을 억제할 수 있는 동시에, 장치의 설치에 필요 공간도 작게 할 수 있어서, 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 대전류 용접이나 고속 용접을 실행하는 경우는, 외란이 크고, 중간 전극이 단락하지 않는 상태가 되기 쉽지만, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 의하면, 중간 전극이 단락하고 있지 않는 상태가 되었다고 하여도 순간적으로 중간 전극을 단락시킬 수 있기 때문에, 대전류 용접이나 고속 용접에도 매우 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치는, 중간 전극을 단락한 상태가 되도록 자동으로 제어할 수 있기 때문에, 가스 실드 아크 자동 용접에 매우 적합하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치의 개략을 도시하는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 의해 용접을 실행했을 경우의 피용접 재료 상태를 도시하는 개략도,
도 3은 제 1 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치의 중간 전극용 직류 전원 장치의 구성을 도시하는 블록도,
도 4는 제 2 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치의 중간 전극용 직류 전원 장치의 구성을 도시하는 블록도,
도 5는 제 3 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치의 중간 전극용 직류 전원 장치의 구성을 도시하는 블록도.
이하, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치를 실시하기 위한 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태에 대하여, 적절히 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
≪제 1 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치≫
다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)는, 가스로 용접 개소를 공기로부터 차단하면서 복수의 전극을 이용하여 용접을 실행하는 장치이다
또한, 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 수평 필릿 용접에 매우 적합하게 적용된다. 상세하게는, 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)는, 피용접 재료인 하판(1)과 입판(2)의 코너부(용접 개소)를 따르도록 하고, 선행 전극(3), 후행 전극(4), 및 중간 전극(5)의 3개의 전극이 일조로 하여 배치되며, 도 1의 화살표 방향으로 이동하면서 용접을 실행한다.
또한, 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)는, 하판(1)과 입판(2)의 양측의 코너부를 동시에 용접할 수 있도록, 입판(2)을 사이에 두고 2조의 선행 전극(3, 3), 후행 전극(4, 4), 중간 전극(5, 5),을 대향하도록 배치하고, 2조의 전극이 동시에 이동하는 구성이어도 좋다. 또한, 하판(1)과 복수의 입판(2, 2)을 동시에 용접할 수 있도록, 각각의 입판(2)에 대하여, 2조의 선행 전극(3, 3), 후행 전극(4, 4), 중간 전극(5, 5),을 배치하고, 2조 이상의 전극이 동시에 이동하는 구성이어도 좋다.
또한, 가스에 대해서는 특별히 한정되지 않으며, 가스 실드 아크 용접에 이용되는 공지의 가스, 예를 들면, 이산화탄소나, 이것과 불활성 가스의 혼합 가스 등을 이용하면 좋다.
그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)는, 선행 가스 실드 아크 용접 전극(3)[이하, 적절히, 선행 전극(3)이라 함]과, 후행 가스 실드 아크 용접 전극(4)[이하, 적절히, 후행 전극(4)이라 함]과, 중간 전극(5)과, 선행 전극(3)에 접속된 직류 전원(L)과 후행 전극(4)에 접속된 직류 전원(T)과, 중간 전극(5)에 접속된 중간 전극용 직류 전원(M)을 구비한다.
＜선행 전극, 후행 전극, 중간 전극＞
선행 전극(3), 및 후행 전극(4)은, 각 전극의 선단에 아크를 발생시켜, 피용접 재료인 하판(1)과 입판(2)의 용접 개소에 용융 금속(8)[용융지(8)]을 형성시키는 것이다(도 2 참조). 한편, 중간 전극(5)은, 용융 금속(8)의 탕 고임 (10)에 삽입되며, 아크 블로우 등의 자장 간섭의 발생을 방지하여, 해당 탕 고임(10)을 안정시키는 것이다(도 2 참조).
또한, 선행 전극(3), 및 후행 전극(4)에 의해 발생한 용융 금속(8)이, 응고하는 것에 의해 용접 금속(7)이 되며, 해당 용접 금속(7)이 하판(1)과 입판(2)을 용접하게 된다. 그리고, 용접 슬래그(9)는, 용접 금속(7)의 표면에 형성된다.
선행 전극(3), 후행 전극(4), 및 중간 전극(5)은, 소모 전극이며, 플럭스 코어드 와이어에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 플럭스 코어드 와이어를 이용함으로써, 플럭스가 아크를 안정화시키므로, 양호한 용접부를 얻을 수 있다.
또한, 각 전극을 구성하는 플럭스 코어드 와이어의 성분, 직경, 각 전극의 극간 거리, 설치 각도 등은 특별히 한정되지 않으며, 일본 특허 공개 제 2004-261839 호 공보에 개시되어 있는 조건으로 실행하면 좋다.
또한, 선행 전극(3), 후행 전극(4), 및 중간 전극(5)은, 송급 속도가 일정 속도로 제어되며 용접 개소에 공급된다.
＜선행 전극에 접속된 직류 전원, 후행 전극에 접속된 직류 전원＞
직류 전원(L, T)은, 선행 전극(3), 또는 후행 전극(4)에 전류를 공급하는 전원이다.
직류 전원(L)은, 정극에 선행 전극(3)이 접속되며, 부극에 피용접 재료[하판(1) 또는 입판(2)]가 접속된다. 그리고, 직류 전원(T)은, 정극에 후행 전극(4)이 접속되며, 부극에 피용접 재료[하판(1) 또는 입판(2)]가 접속된다. 그리고, 직류 전원(L), 및 직류 전원(T)은, 정전압 특성을 갖는다. 또한, 정전압 특성의 전원이란, 일정 속도로 제어되며 송급되어 있는 소모 전극의 송급 속도가, 어떠한 외란에 의해서 송급 속도의 변화가 발생하고, 아크 전압이 변화했을 경우라도, 항상 일정한 전압으로 제어하도록 자동적으로 전류값을 증감하여 안정적인 아크 용접을 지속할 수 있도록 제어하는 전원인 것이다.
직류 전원(L), 및 직류 전원(T)으로부터, 선행 전극(3), 및 후행 전극(4)에 공급되는 전류의 값에 대해서는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 선행 전극(3)에 공급되는 전류를 250A 이상, 후행 전극(4)에 공급되는 전류를 200A 이상으로 하면 좋다.
＜중간 전극용 직류 전원＞
중간 전극용 직류 전원(M)은, 정극에 피용접 재료[하판(1) 또는 입판(2)]가 접속되며, 부극에 중간 전극(5)이 접속되는 동시에, 정전류 특성을 갖는 전원이다. 또한, 정전류 특성이란, 전류를 의도적으로 제어하는 경우를 제외하고, 부하 전압이 증대하여도, 전류가 거의 변화하지 않는 특성이다. 그리고, 중간 전극용 직류 전원(M)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 삼상 교류 전원(11)으로부터 전력이 입력되며, 정류기(12)와, 평활 콘덴서(13)와, 인버터(14)와, 트랜스(15)와, 정류기(16)와, 리액터(17)와, 전류 검지 수단(24)과, 오차 증폭기(25)와, 출력 제어 회로(26)를 구비한다.
삼상 교류 전원(11)은, 삼상 교류를 공급하는 것이다. 그리고, 정류기(12)는, 삼상 교류 전원(11)으로부터 공급된 삼상 교류를 직류로 정류(변환) 하는 것이다.
평활 콘덴서(13)는, 정류기(12)가 정류한 직류를 평활화, 즉, 이 직류에 포함되는 리플(물결)을 평평하게 하는 것이다.
전류 검지 수단(24)은, 중간 전극(5)과 피용접 재료[하판(1) 또는 입판(2)]에 흐르는 전류를 검지하고, 해당 전류의 검지값을 나타내는 전류 검지 신호를 오차 증폭기(25)로 출력한다.
오차 증폭기(25)는, 전류 검지 수단(24)으로부터 입력된 전류 검지 신호와, 중간 전극용 전류 설정 수단(20)으로부터 입력된 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 설정 신호, 또는, 제 2 전류값(I2)을 나타내는 전류값 설정 신호와의 오차를 증폭하여, 전류 오차 증폭 신호로서 출력 제어 회로(26)로 출력하는 것이다.
출력 제어 회로(26)는, 오차 증폭기(25)로부터 입력된 전류 오차 증폭 신호에 따라 인버터(14)에 구동 신호를 출력하는 회로이다.
인버터(14)는, 평활 콘덴서(13)가 평활화된 직류를 교류로 변환하는 동시에, 출력 제어 회로(26)로부터의 구동 신호를 따라서, 중간 전극(5)에 공급하는 전류를 변동시키는 것이다.
트랜스(15)는, 인버터(14)로부터 출력된 교류를 변압하는 것이다. 그리고, 정류기(16)는, 트랜스(15)가 변압한 교류를 재차 직류로 정류(변환)하는 것이다.
리액터(17)는, 정류기(16)가 정류한 직류를 평활화, 즉, 이 직류에 포함되는 리플을 평탄하게 하는 것이다. 그리고, 리액터(17)에서 평활화된 전류가 중간 전극(5)에 공급된다.
＜전압 검지 수단＞
전압 검지 수단(18)은, 중간 전극(5)과 피용접 재료[하판(1) 또는 입판(2)] 사이의 전압을 검지하는 수단이다. 그리고, 전압 검지 수단(18)은, 검지한 전압 신호를 단락 판정 수단(19)으로 출력한다.
＜단락 판정 수단＞
단락 판정 수단(19)은, 전압 검지 수단(18)으로부터 입력된 전압 신호가 소정값을 초과하는지의 여부를 판정하는 수단이다. 그리고, 단락 판정 수단(19)은, 그 결과를 중간 전극용 전류 설정 수단(20)[전류 설정 선택 회로(23)]으로 출력한다.
여기서, 소정값이란, 중간 전극(5)이 단락하고 있는 상태의 전압값과 중간 전극(5)이 단락하지 않고 아크가 발생하고 있는 상태 또는 무부하의 전압값을 구별하기 위한 문턱값이다. 그리고, 소정값은, 중간 전극(5)이 단락하고 있는 상태의 전압값[중간 전극(5)과 피용접 재료 사이의 전압값]과, 중간 전극(5)이 단락하지 않고 아크가 발생하고 있는 상태 또는 무부하의 전압값[중간 전극(5)과 피용접 재료 사이의 전압값]을 구별할 수 있도록, 상기 2개의 전압값의 사이의 값이며, 예를 들면, 10V~15V로 하는 것이 바람직하다. 또한, 단락 판정 수단(19)은, 소정값을 외부로부터 입력할 수 있도록 하여도 좋다.
그 이외, 기존의 단락 판정 방법을 갖는 단락 판정 수단이면 좋다.
예를 들면, 하나의 문턱값으로 했을 경우, 문턱값 근방의 전압에서는, 단락의 판정과 단락이 아닌 판정이 짧은 주기로 반복된다. 소정값은, 단락이 아닌 상태로부터 단락으로 하는 문턱값과 단락인 상태로부터 단락이 아닌 것으로 하는 문턱값의 2개의 문턱값을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 중간 전극(5)이 단락하고 있는 상태의 전압값은, 중간 전극에 흐르는 전류에서도 변화하므로, 문턱값은, 흐르고 있는 전류에 의해 변화시켜도 좋다.
또한, 전압 검지 수단(18)으로부터 입력된 전압 신호를 컷 오프 주파수가 다른 복수의 필터 회로를 통과시켜 노이즈 성분을 제거한 복수의 전압 신호와 복수의 소정값과 비교하는 로직을 조합함으로써, 단락 판정 수단(19)과 전극간 거리가 길게 노이즈에 의해 단락인지의 여부가 구별이 어려운 경우라도 바로 판정할 수 있다.
＜중간 전극용 전류 설정 수단＞
중간 전극용 전류 설정 수단(20)은, 단락 판정 수단(19)으로부터 입력된 결과에 근거하여, 중간 전극용 직류 전원(M)으로부터 중간 전극(5)에 공급하는 전류를 설정하는 수단이다. 그리고, 중간 전극용 전류 설정 수단(20)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 전류 설정 회로(21)와, 제 2 전류 설정 회로(22)와, 전류 설정 선택 회로(23)를 구비한다.
제 1 전류 설정 회로(21)는, 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 신호가 설정된 회로이다. 또한, 제 2 전류 설정 회로(22)는, 제 2 전류값(I2)을 나타내는 전류값 신호가 설정된 회로이다.
제 1 전류 설정 회로(21), 및 제 2 전류 설정 회로(22)는, 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 신호, 또는 제 2 전류값(I2)을 나타내는 전류값 신호를 전류 설정 선택 회로(23)로 출력한다. 또한, 제 1 전류 설정 회로(21)는, 제 1 전류값(I1)을 외부로부터 입력할 수 있도록 되어 있어도 좋다. 한편, 제 2 전류 설정 회로(22)는, 제 2 전류값(I2)을 외부로부터 입력할 수 있도록 되어 있어도 좋다.
제 1 전류값(I1)은, 줄 열에 의한 중간 전극(5)의 용융량과 중간 전극(5)의 송급량이 동량(용융 속도와 송급 속도가 동일한 속도)이 되는 값, 또는, 중간 전극(5)의 용융지(8)로의 돌입 결함을 회피하기 위해서 중간 전극(5)의 송급량이 줄 열에 의한 중간 전극(5)의 용융량보다 약간 적어지는 값이다. 따라서, 제 1 전류값(I1)은, 중간 전극(5)의 성분, 직경, 송급량(또는 송급 속도) 등으로 산출하거나, 사전의 실험에 의해 구하면 된다. 예를 들면, 제 1 전류값(I1)은, 50A~150A이다.
제 2 전류값(I2)은, 제 1 전류값(I1)보다 작은 전류값이다. 예를 들면, 15A 이하의 전류값이 바람직하다.
전류 설정 선택 회로(23)는, 단락 판정 수단(19)으로부터 입력된 결과에 근거하여, 제 1 전류 설정 회로(21)로부터 입력된 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 신호, 또는, 제 2 전류 설정 회로(22)로부터 입력된 제 2 전류값(I2)을 나타내는 전류값 신호 중 어느 하나를, 전류값 설정 신호로서 중간 전극용 직류 전원(M)의 오차 증폭기(25)로 출력하는 회로이다.
상세하게는, 단락 판정 수단(19)으로부터 입력된 결과가, 중간 전극(5)이 단락하고 있는 상태라고 하는 결과였던 경우, 전류 설정 선택 회로(23)는, 제 1 전류 설정 회로(21)로부터 입력된 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 오차 증폭기(25)로 출력한다.
한편, 단락 판정 수단(19)으로부터 입력된 결과가, 중간 전극(5)이 단락하지 않고 아크가 발생하고 있는 상태라고 하는 결과였을 경우, 전류 설정 선택 회로(23)는, 제 2 전류 설정 회로(22)로부터 입력된 제 2 전류값(I2)을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 오차 증폭기(25)로 출력한다.
또한, 제 1 전류값(I1), 및 제 2 전류값(I2)을 외부로부터 직접, 전류 설정 선택 회로(23)에 입력하는 구성이어도 좋다. 이 경우는, 제 1 전류 설정 회로(21), 및 제 2 전류 설정 회로(22)는 필요없다.
＜전극 송급 수단＞
전극 송급 수단(27)은, 중간 전극(5)을 일정한 속도에 의해 용접 개소에 송급하는 수단이다. 그리고, 전극 송급 수단(27)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전극 송급 모터(30)와, 전극 송급 롤러(31)를 구비하고 있다.
전극 송급 모터(30)는, 전극 송급 롤러(31)를 거쳐서 중간 전극(5)을 피용접 재료의 표면의 소정 위치에 송급한다. 이 전극 송급 롤러(31)는, 예를 들면, 중간 전극(5)을 사이에 두도록 배치된 2개의 롤러로 구성되어 있는 것을 이용하면 좋다.
＜속도 제어 수단＞
속도 제어 수단(32)은, 중간 전극(5)을 일정한 속도로 제어하는 수단이다. 그리고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전극 송급 속도 설정기(28)와, 전극 송급 모터 제어 회로(29)를 구비하고 있다.
전극 송급 속도 설정기(28)는, 미리 설정된 전극의 송급 속도를 나타내는 송급 속도 신호를 전극 송급 모터 제어 회로(29)로 출력하는 것이다. 또한, 전극 송급 속도 설정기(28)는, 송급 속도를 외부로부터 입력할 수 있다.
전극 송급 모터 제어 회로(29)는, 전극 송급 속도 설정기(28)로부터 입력된 송급 속도 신호에 근거하여 전극 송급 모터(30)를 제어하는 회로이다.
또한, 전극의 송급 속도에 대해서는, 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는, 1m/min~3m/min이다.
≪제 2 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치≫
제 2 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 중간 전극용 직류 전원(M)에 병렬로 접속되는 동시에, 피용접 재료[하판(1) 또는 입판(2)]가 정극에 접속되고, 중간 전극(5)이 부극에 접속되어 있으며, 고 임피던스 특성을 갖는 중간 전극용 보조 직류 전원(33)을, 추가로 구비하는 구성이어도 좋다.
또한, 고 임피던스 특성을 갖는 중간 전극용 보조 직류 전원(33)이란, 중간 전극(5)과 피용접 재료[하판(1) 또는 입판(2)] 사이의 전압을 검지하는 목적으로 마련하는 전원이며, 실질적으로는 중간 전극(5)을 용융하도록 하는 전류를 공급하지 않는 극미소인 전류 공급 능력을 갖는 전원이다. 또한, 고 임피던스 특성이란, 출력 회로가 단락되었을 경우라도 극히 미소한 전류밖에 흐르지 않는 높은 임피던스를 갖는다고 하는 특성이다.
그리고, 이 중간 전극용 보조 직류 전원(33)은, 단락 전류가 1A 이하가 되는 출력 특성을 갖는 것이 바람직하다. 중간 전극용 보조 직류 전원(33)으로부터 중간 전극(5)에 거의 전류가 공급되지 않기 때문에, 중간 전극용 직류 전원(M)으로만 중간 전극(5)에 전류가 공급되게 된다. 즉, 중간 전극(5)에 공급 되는 전류를 적절히 제어할 수 있기 때문이다.
고 임피던스의 중간 전극용 보조 직류 전원(33)을 구비하는 것에 의해, 중간 전극(5)이 단락하지 않으며 아크가 발생하고 있는 상태가 되었을 때에, 중간 전극(5)에 대해, 제 2 전류값의 전류로 하기 위해서 아크를 유지하지 못하고 아크 절단이 발생하여 실질적으로 중간 전극용 직류 전원(M)의 출력이 정지했을 경우, 또는 출력을 정지했을 경우라도, 전압 검지 수단(18)은 해당 중간 전극용 보조 직류 전원(33)이 나타나는 높은 전압을 검지하게 된다. 그 결과, 단락 판정 수단(19)이, 상기 상태가 발생했을 경우의 전압을, 중간 전극이 단락하지 않으며 아크가 발생하고 있는 상태 또는 무부하 전압이 발생하고 있는 경우와 마찬가지로 단락하고 있지 않다고 판단한다.
따라서, 중간 전극용 보조 직류 전원(33)의 전압은, 중간 전극(5)이 단락하고 있는 상태의 전압값[중간 전극(5)과 피용접 재료 사이의 전압값]을 초과하는 값이며, 예를 들면 15V 이상으로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 전류 설정 선택 회로(23)는, 단락 판정 수단(19)으로부터 입력된 결과에 근거하여, 제 1 전류 설정 회로(21)로부터 입력된 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 신호, 또는, 제 2 전류 설정 회로(22)로부터 입력된 제 2 전류값(I2)을 나타내는 전류값 신호를, 전류값 설정 신호로서 오차 증폭기(25)로 출력한다.
상세하게는, 단락 판정 수단(19)으로부터 입력된 결과가, 중간 전극(5)이 단락하고 있는 상태라고 하는 결과였을 경우, 전류 설정 선택 회로(23)는, 제 1 전류 설정 회로(21)로부터 입력된 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 오차 증폭기(25)로 출력한다.
한편, 단락 판정 수단(19)으로부터 입력된 결과가, 중간 전극(5)이 단락하고 있지 않은 상태라고 하는 결과였을 경우, 전류 설정 선택 회로(23)는, 제 2 전류 설정 회로(22)로부터 입력된 제 2 전류값(I2)을 도시하는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 오차 증폭기(25)로 출력한다.
또한, 제 2 전류값(I2)에 대해서는, 제 1 실시형태에 따른 제 2 전류값과 동일한 값이어도 좋지만, 0A라도 좋다. 즉, 중간 전극(5)에 대하여 중간 전극용 직류 전원(M)으로부터의 전류의 공급을 정지하여도 좋다. 제 2 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)는, 중간 전극용 보조 직류 전원(33)을 구비하고 있기 때문에, 중간 전극(5)에 대하여 중간 전극용 직류 전원(M)으로부터의 전류의 공급을 정지하여도, 중간 전극용 보조 직류 전원(33)으로부터 중간 전극(5)에 대하여 검지용의 전압이 공급되기 때문이다.
그 이외의 구성에 대해서는, 제 1 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
≪제 3 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치≫
제 3 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 중간 전극용 직류 전원 장치(m)는, 중간 전극(5)과 피용접 재료 사이의 전압을 검지하는 전압 검지 수단(18)과, 전압 검지 수단(18)에 의해 검지된 전압이 입력되어, 단락인지의 여부를 판정하는 단락 판정 수단(19)과, 단락 판정 수단(19)이 단락이라고 판정했을 경우는, 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 신호를 선택하고, 단락 판정 수단(19)이 단락이 아니라고 판정했을 경우는, 제 1 전류값(I1)보다 작은 제 2 전류값(I2)을 나타내는 전류값 신호를 선택하는 중간 전극용 전류 설정 수단(20)과, 중간 전극(5)의 송급을 일정한 속도로 하는 속도 제어 수단(32)과, 정전류 특성을 갖는 중간 전극용 직류 전원(M)을 하나의 하우징에 한데 모은 구성이어도 좋다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제 1 실시형태에 따른 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치(100)와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
≪중간 전극의 전류 제어의 동작≫
이하, 중간 전극의 전류 제어의 동작에 대하여 설명한다(적절히, 도 3 참조).
우선, 전압 검지 수단(18)이, 피용접 재료[하판(1) 또는 입판(2)]와 중간 전극(5)의 전압을 검지하여, 검지한 전압 신호를 단락 판정 수단(19)으로 출력한다.
그리고, 단락 판정 수단(19)이, 전압 검지 수단(18)에 의해 검지·입력된 전압 신호로부터 단락인지의 여부를 판정하여, 그 판정 결과를 중간 전극용 전류 설정 수단(20)으로 출력한다.
다음에, 단락 판정 수단(19)이 단락하고 있다고 판단한 결과가 입력되었을 경우는, 중간 전극용 전류 설정 수단(20)으로부터, 제 1 전류값(I1)을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 중간 전극용 직류 전원(M)으로 출력한다. 한편, 단락 판정 수단(19)이 단락하고 있지 않다고 판단한 결과가 입력되었을 경우는, 중간 전극용 전류 설정 수단(20)으로부터, 제 2 전류값(I2)을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 중간 전극용 직류 전원(M)으로 출력한다.
중간 전극용 전류 설정 수단(20)으로부터 출력된 전류값 설정 신호의 전류가, 중간 전극(5)에 공급되도록, 중간 전극용 직류 전원(M)을 제어한다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 특허 청구의 범위에 기재한 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 설계 변경 가능하다.
1 : 하판(피용접 재료) 2 : 입판(피용접 재료)
3 : 선행 가스 실드 아크 용접 전극(선행 전극)
4 : 후행 가스 실드 아크 용접 전극(후행 전극)
5 : 중간 전극 6 : 배전반
7 : 용접 금속 8 : 용융 금속(용융지)
9 : 용접 슬래그 10 : 탕 고임
11 : 삼상 교류 전원 12 : 정류기
13 : 평활 콘덴서 14 : 인버터
15 : 트랜스 16 : 정류기
17 : 리액터 18 : 전압 검지 수단
19 : 단락 판정 수단 20 : 중간 전극용 전류 설정 수단
21 : 제 1 전류 설정 회로 22 : 제 2 전류 설정 회로
23 : 전류 설정 선택 회로 24 : 전류 검지 수단
25 : 오차 증폭기 26 : 출력 제어 회로
27 : 전극 송급 수단 28 : 전극 송급 속도 설정기
29 : 전극 송급 모터 제어 회로 30 : 전극 송급 모터
31 : 전극 송급 롤러 32 : 속도 제어 수단
33 : 중간 전극용 보조 직류 전원
L : 직류 전원(선행 전극에 접속된 직류 전원)
T : 직류 전원(후행 전극에 접속된 직류 전원)
M : 중간 전극용 직류 전원 m : 중간 전극용 직류 전원 장치
I1 : 제 1 전류값 I2 : 제 2 전류값

Claims (5)

  1. 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 구비하며, 또한 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극과 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극 사이에 중간 전극을 구비하는 동시에, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극 및 상기 중간 전극이 소모 전극인 다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치에 있어서,
    각각 일정한 속도로 송급되는 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극이, 각각 정극에 접속되며, 피용접 재료가 부극에 접속되는 동시에, 정전압 특성을 갖는 2개의 직류 전원과,
    상기 피용접 재료가 정극에 접속되며, 상기 중간 전극이 부극에 접속되는 동시에, 정전류 특성을 갖는 중간 전극용 직류 전원과,
    상기 중간 전극과 상기 피용접 재료 사이의 전압을 검지하는 전압 검지 수단과,
    상기 전압 검지 수단에 의해 검지한 전압이 입력되며, 단락인지의 여부를 판정하는 단락 판정 수단과,
    전류값 신호가 외부로부터 입력되는 동시에, 상기 단락 판정 수단이 단락이라고 판정했을 경우는, 제 1 전류값을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 상기 중간 전극용 직류 전원으로 출력하고, 상기 단락 판정 수단이 단락이 아니라고 판정했을 경우는, 상기 제 1 전류값보다 작은 제 2 전류값을 나타내는 전류값 신호를 전류값 설정 신호로서 상기 중간 전극용 직류 전원으로 출력하는 중간 전극용 전류 설정 수단과,
    상기 중간 전극의 송급 속도를 일정한 속도로 하는 속도 제어 수단과,
    상기 중간 전극을 상기 피용접 재료를 향하여 송급하는 전극 송급 수단과,
    상기 중간 전극용 직류 전원에 병렬로 접속되는 동시에, 상기 피용접 재료가 정극에 접속되며, 상기 중간 전극이 부극에 접속되어 있으며, 고 임피던스 특성을 갖는 중간 전극용 보조 직류 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는
    다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 전극용 보조 직류 전원은 단락 전류가 1A 이하라고 하는 출력 특성을 갖는 것을 특징으로 하는
    다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전압 검지 수단과, 상기 단락 판정 수단과, 상기 중간 전극용 전류 설정 수단과, 상기 속도 제어 수단과, 상기 중간 전극용 직류 전원을 한데 모아 하나의 하우징에 구비하는 것을 특징으로 하는
    다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    수평 필릿 용접에 적용되는 것을 특징으로 하는
    다전극 가스 실드 아크 자동 용접 장치.
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