KR102053464B1

KR102053464B1 - 용접 장치의 보호 제어 방법

Info

Publication number: KR102053464B1
Application number: KR1020130108327A
Authority: KR
Inventors: 쫑지에 리우; 도시아키 나카마타
Original assignee: 가부시키가이샤 다이헨
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2019-12-06
Also published as: KR20140035833A; CN103658947A; CN103658947B; JP2014054665A

Abstract

소손 방지를 위해 온도 센서(HD)를 용접 토치(WT)의 내부에 설치하였을 때에, 용접 전원(PS)과 용접 토치(WT)를 접속하는 배선수를 증가시키지 않는 것이다. 기동 스위치(SW)가 폐쇄 상태로 되면 용접 전류(Iw)를 통전하고, 수냉식의 용접 토치(WT) 내부의 복수(62)의 온도를 온도 센서(HD)에 의해 검출하고, 이 복수(62)의 온도가 온도 기준값 이상으로 되면 온도 센서(HD)의 접점(HR)이 개방 상태로 변화되어 용접 전류(Iw)의 통전을 정지한다. 온도 센서(HD)의 접점(HR)을 기동 스위치(SW)와 직렬로 접속하고, 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)과의 직렬 회로의 저항값의 변화에 기초하여 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)의 개폐 상태를 판별한다. 이에 의해, 토치 케이블의 배선수는 증가하지 않으므로, 용접 토치(WT)가 고가로 되는 것을 억제할 수 있다.

Description

용접 장치의 보호 제어 방법{PROTECTION CONTROL METHOD OF WELDING APPARATUS}

본 발명은, 수냉식의 용접 토치의 복수(復水)의 온도를 온도 센서에 의해 검출하고, 이 복수의 온도가 온도 기준값에 도달하였을 때에는 용접 전류의 통전을 정지하는 용접 장치의 보호 제어 방법에 관한 것이다.

플라즈마 용접, TIG 용접, 탄산 가스 아크 용접, MAG 용접, MIG 용접 등의 아크 용접에 사용되는 용접 토치에는 수냉식의 것이 있다. 이 수냉식의 용접 토치는 물 등의 냉각 유체(이하, 냉각수라고 함)를 토치 내부에 유입하고, 순환시킨 후에 유출시켜 토치 보디, 노즐 등을 냉각하고 있다. 이 냉각수의 순환에는 냉각수 순환기를 설치하여 행하는 경우가 많다. 이 경우에는, 냉각수 순환기에 의해 냉각된 냉각수가 용접 토치에 송수되고, 용접 토치 내부를 순환할 때에 따뜻해진 복수가 냉각수 순환기로 복귀된다.

사용률의 초과, 주위 온도의 상승, 냉각수의 유량 부족 등에 의해 용접 토치가 온도 초과로 되면, 용접 토치가 소손되어 사용 불가가 되는 경우가 발생한다. 이와 같은 상태로 되는 것을 방지하기 위해, 용접 토치의 복수의 온도를 온도 센서에 의해 검출하고, 이 복수의 온도가 미리 정한 온도 기준값에 도달하였을 때에는 용접 전류의 통전을 정지하는 용접 장치의 보호 제어 방법이 종래부터 행해져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 이 보호 제어 방법에 의해, 용접 토치의 온도 상승과 상관되는 복수 온도가 용접 토치가 소손되지 않는 온도 기준값에 도달한 시점에서 용접이 강제적으로 정지되므로, 용접 토치의 소손을 방지할 수 있다.

일본 특허 출원 공개 제2008-229644호 공보

용접 토치는 용접 전원과 토치 케이블에 의해 접속되어 있고, 이 토치 케이블 내에 송수 및 복수 호스도 포함되어 있다. 또한, 용접 전원과 냉각수 순환기는 송수 및 복수 호스에 의해 접속되어 있다. 따라서, 송수는 냉각수 순환기→용접 전원→용접 토치의 순서대로 흐르고, 복수는 용접 토치→용접 전원→냉각수 순환기의 순서대로 복귀된다.

용접 토치의 온도 상승을 정확하게 검출하기 위해서는, 온도 센서는 용접 토치 내부의 복수의 온도를 검출할 필요가 있다. 이것은, 복수의 온도를 용접 전원 또는 냉각수 순환기의 내부에서 검출하면, 복수가 복귀되는 동안에 온도가 저하되어, 용접 토치의 온도 상승을 정확하게 검출할 수 없게 되기 때문이다. 그러나, 온도 센서를 용접 토치의 내부에 설치하면, 온도 센서의 상태(복수의 온도가 온도 기준값 이상인지 여부)를 용접 전원에 통지하기 위해, 용접 전원과 온도 센서를 접속하는 2개의 제어 케이블을 토치 케이블에 추가할 필요가 있다. 제어 케이블의 수가 증가하면, 토치 케이블의 비용이 높아진다고 하는 문제가 발생한다. 나아가서는, 제어 케이블의 수가 증가하면, 가이드 등에 의한 절단 사고도 발생하기 쉬워진다.

따라서, 본 발명에서는, 온도 센서를 용접 토치의 내부에 설치해도, 용접 전원과 용접 토치를 접속하는 토치 케이블의 배선수를 증가시키는 일 없이 온도 센서의 상태를 용접 전원에 통지할 수 있는 용접 장치의 보호 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 수냉식의 용접 토치를 사용하는 아크 용접에 있어서, 상기 용접 토치에 설치된 기동 스위치가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 변화되면 용접 전류의 통전을 개시하고, 상기 용접 토치의 복수의 온도를 온도 센서에 의해 검출하고, 이 복수의 온도가 미리 정한 온도 기준값 이상으로 되면 상기 온도 센서의 접점이 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 변화되어 상기 용접 전류의 통전을 정지하는 용접 장치의 보호 제어 방법에 있어서, 상기 온도 센서를 용접 토치 내부의 상기 복수의 온도를 검출하는 위치에 설치하고, 또한, 상기 온도 센서의 접점을 상기 기동 스위치와 직렬로 접속하고, 상기 기동 스위치 및 상기 온도 센서의 접점과의 직렬 회로의 저항값의 변화에 기초하여 상기 기동 스위치 및 상기 온도 센서의 접점의 개폐 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 용접 장치의 보호 제어 방법이다.

청구항 2의 발명은, 상기 온도 센서의 접점에 병렬로 저항기를 설치하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 용접 장치의 보호 제어 방법이다.

본 발명에 따르면, 온도 센서를 용접 토치의 내부에 설치해도, 용접 전원과 용접 토치를 접속하는 토치 케이블의 배선수를 증가시키는 일 없이 온도 센서의 상태를 용접 전원에 통지할 수 있다. 이로 인해, 용접 토치의 비용이 높아지는 것을 억제할 수 있고, 또한, 배선의 절단 사고의 발생 확률이 높아지는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 보호 제어 방법을 실시하기 위한 플라즈마 용접 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)과의 직렬 회로의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 보호 제어 방법을 실시하기 위한 플라즈마 용접 장치의 구성도이다.
도 4는 도 3에 있어서의 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)과의 직렬 회로의 등가 회로도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

이하의 설명에 있어서는, 용접 토치의 소손이 특히 발생하기 쉬운 플라즈마 용접 장치를 예로 한다. 즉, 플라즈마 용접에서는 아크를 플라즈마 노즐에 의해 구속시켜 고밀도 에너지화하고 있기 때문에, 용접 토치의 냉각 작용이 저하되면, 즉시 용접 토치의 소손에 이를 우려가 있다. 이로 인해, 충분한 보호 제어를 행할 필요가 있다.

<제1 실시 형태>

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 보호 제어 방법을 실시하기 위한 플라즈마 용접 장치의 구성도이다. 도 1에 있어서, 플라즈마 가스 및 실드 가스의 배관에 대해서는 본 발명과는 직접 관계가 없으므로, 도면을 이해하기 쉽게 하기 위해 생략하고 있다. 이하, 도 1을 참조하여 각 구성물에 대해서 설명한다.

파선으로 둘러싸인 용접 토치(WT)는, 전극(1), 그것을 둘러싸는 플라즈마 노즐(4) 및 그것을 둘러싸는 실드 노즐(5)로 이루어진다. 전극(1)은 비소모 전극이며, 텅스텐 전극이 사용되는 경우가 많다. 플라즈마 노즐(4) 내를 플라즈마 가스(도시는 생략)가 흐른다. 또한, 실드 노즐(5) 내를 실드 가스(도시는 생략)가 흐른다. 플라즈마 가스 및 실드 가스에는 아르곤 가스가 사용되는 경우가 많다. 플라즈마 아크(3)는 플라즈마 노즐(4)에 의해 구속되어 조여져, 전극(1)과 모재(2) 사이에 발생한다. 플라즈마 노즐(4)은 동제이고, 내부에는 냉각수(6)가 흐르는 유로가 설치되어 있다. 또한, 용접 토치(WT)에는 기동 스위치(SW)가 설치되어 있다. 이 기동 스위치(SW)는 상시 개방된 접점이고, 용접 작업자가 수동으로 온으로 하면 폐쇄 상태가 된다. 또한, 플라즈마 노즐(4)로부터 유출되는 복수(62)의 온도를 검출하기 위해 온도 센서(HD)가 용접 토치(WT)의 내부에 설치되어 있다. 이 온도 센서(HD)는 상시 폐쇄된 접점(HR)을 내장하고 있고, 복수의 온도가 미리 정한 온도 기준값(Ht) 이상으로 되면 접점(HR)이 개방 상태로 된다. 이 온도 센서(HD)에는 서모스탯, 서멀 가드 등이 사용된다. 온도 기준값(Ht)은 사용률의 초과, 주위 온도의 상승, 냉각수의 유량 부족 등에 의해 용접 토치(WT)가 온도 초과에 의해 소손되지 않는 값 미만으로 설정된다. 온도 기준값(Ht)은, 설치하는 온도 센서(HD)에 고유의 값이다. 온도 센서(HD)는 히스테리시스를 갖고 있으므로, 일단 개방 상태로 변화된 접점(HR)은, 복수의 온도가 온도 기준값(Ht)보다도 소정값만큼 저하되었을 때에 폐쇄 상태로 복귀된다.

냉각수 순환기(WC)는 송수(61)를 흘리는 송수 호스(71)를 용접 전원(PS)과 접속하고, 복수(62)를 흘리는 복수 호스(72)를 용접 전원(PS)과 접속한다. 이 냉각수 순환기(WC)는 온도가 상승한 복수(62)를 내부에 설치된 송풍기에 의해 냉각시켜 다시 송수(61)로서 순환시킨다. 순환하는 냉각수(6)는 송수(61) 및 복수(62)로 구별된다.

용접 전원(PS)은 정전류 특성 또는 수직 하강 특성을 갖는 전원이고, 마이너스 출력이 전력용 케이블(83)을 통해서 용접 토치(WT)의 전극(1)과 접속되고, 플러스 출력이 용접용 케이블(9)을 통해서 모재(2)와 접속되어 있고, 용접 전류(Iw) 및 용접 전압(Vw)을 출력해서 플라즈마 아크(3)를 발생시킨다. 또한, 용접 전원(PS)으로부터 송수 호스(81)를 통해서 송수(61)가 플라즈마 노즐(4)의 유로에 유입되고, 플라즈마 노즐(4)의 유로로부터 유출되는 복수(62)가 복수 호스(82)를 통해서 용접 전원(PS)으로 복귀된다. 따라서, 송수(61)는 냉각수 순환기(WC)→용접 전원(PS)→플라즈마 노즐(4)의 순서대로 흐르고, 복수(62)는 플라즈마 노즐(4)→용접 전원(PS)→냉각수 순환기(WC)의 순서대로 복귀된다.

용접 전원(PS)과 용접 토치(WT)에 설치된 기동 스위치(SW) 사이는 제어 케이블(84)로 접속되고, 기동 스위치(SW)의 타단부가 온도 센서(HD)의 접점(HR)과 직렬로 접속되고, 온도 센서(HD)의 접점(HR)의 타단부가 제어 케이블(85)에 의해 용접 전원(PS)과 접속되어 있다. 즉, 기동 스위치(SW)와 온도 센서(HD)의 접점(HR)이 직렬로 접속되어 있다. 상술한 바와 같이, 기동 스위치(SW)는 상시 개방된 접점이고, 온이 되면 폐쇄 상태로 된다. 온도 센서(HD)의 접점(HR)은, 상시 폐쇄된 접점이고, 복수 온도가 온도 기준값(Ht) 이상으로 되면 개방 상태가 되는 접점이다. 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)과의 직렬 회로의 저항값의 변화에 기초하여, 이하와 같이 용접 전원(PS)의 출력이 제어되게 된다.

1) 용접을 개시하기 위해, 용접 작업자가 기동 스위치(SW)를 온으로 하면, 기동 스위치(SW)는 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 변화된다. 이때에, 복수 온도는 온도 기준값(Ht) 미만이므로, 온도 센서(HD)의 접점(HR)은 폐쇄 상태 그대로이다. 따라서, 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)에 의한 직렬 회로의 저항값은 대략 0Ω이 된다. 저항값이 대략 0Ω으로 된 것으로, 기동 스위치(SW)에 제어 전류가 흐른다. 용접 전원(PS)은, 이를 판별하여 출력을 개시하고, 용접 전류(Iw)의 통전을 개시한다(설명을 간략하게 하기 위해, 아크 스타트시의 파일럿 아크에 대해서는 생략하고 있음).

2) 기동 스위치(SW)가 온 상태이므로 용접이 계속되고 있을 때에, 복수 온도가 온도 기준값(Ht) 이상으로 되면, 온도 센서(HD)의 접점(HR)이 개방 상태로 변화된다. 이로 인해, 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)에 의한 직렬 회로의 저항값은 무한대가 된다. 따라서, 기동 스위치(SW)에는 제어 전류가 통전하지 않게 된다. 용접 전원(PS)은 이를 판별하여, 출력을 정지하고 용접 전류(Iw)의 통전을 정지한다. 이에 의해, 플라즈마 노즐(4)이 온도 초과에 의해 용융되어 용접 토치(WT)가 소손되는 것을 보호하고 있다.

3) 복수 온도가 온도 기준값(Ht)보다도 소정값 낮은 온도까지 저하될 때까지는, 온도 센서(HD)의 접점(HR)은 개방 상태 그대로이므로, 기동 스위치(SW)를 온으로 해도 용접 전류(Iw)는 통전하지 않는다. 복수 온도가 저하되어 온도 센서(HD)의 접점(HR)이 폐쇄 상태로 복귀된 후에, 기동 스위치(SW)가 온이 되면, 용접 전류(Iw)가 통전한다.

용접 전원(PS)과 용접 토치(WT)를 접속하는 토치 케이블은, 송수 호스(81), 복수 호스(82), 전력용 케이블(83), 제어 케이블(84, 85)을 포함하고 있다.

도 2는, 상술한 도 1에 있어서의 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)과의 직렬 회로의 등가 회로도이다. 정전압의 제어 전원(예를 들어 24V)은 제1 저항기(R1)(예를 들어 10㏀)와 접속되어 있다. 제1 저항기(R1)의 타단부는 기동 스위치(SW)의 일단부와 접속되어 있다. 기동 스위치(SW)의 타단부는 온도 센서(HD)의 상시 폐쇄된 접점(HR)의 일단부와 접속되어 있다. 접점(HR)의 타단부는 접지되어 있다. 제1 저항기(R1)와 기동 스위치(SW) 사이를 검출점이라고 한다. 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)과의 직렬 회로의 저항값을 직렬 회로 저항값이라고 부르는 것으로 한다. 검출점의 전압을 검출 전압값이라고 부르고, 검출점을 흐르는 전류값을 검출 전류값이라고 부르는 것으로 한다. 제어 전원, 제1 저항기(R1) 및 설치 위치는 용접 전원(PS)의 내부에 설치되어 있다.

기동 스위치(SW)가 오프 상태일 때에는 개방 상태로 되므로, 온도 센서(HD)의 접점(HR) 상태와는 관계없이, 직렬 회로 저항값은 무한대가 되고, 검출 전압값은 24V가 되고, 검출 전류값은 0A가 된다. 이 상태일 때에는, 용접 전원(PS)의 출력은 정지한다. 복수 온도가 온도 기준값(Ht) 미만일 때에는 온도 센서(HD)의 접점(HR)은 폐쇄 상태에 있으므로, 이 상태에서 기동 스위치(SW)가 온이 되어 폐쇄 상태로 되면, 직렬 회로 저항값은 대략 0Ω이 되고, 검출 전압값은 0V가 되고, 검출 전류값은 2.4㎃가 된다. 이 상태일 때에는, 용접 전원(PS)은 출력 개시가 된다. 기동 스위치(SW)가 온이 되어 있으므로 폐쇄 상태에 있을 때에, 복수 온도가 온도 기준값(Ht) 이상이 되고 온도 센서(HD)의 접점(HR)이 개방 상태로 되면, 직렬 회로 저항값은 무한대가 되고, 검출 전압값은 24V가 되고, 검출 전류값은 0A가 된다. 이 상태일 때에는, 용접 전원(PS)의 출력은 정지한다. 따라서, 용접 전원(PS)은 직렬 회로 저항값의 변화에 기초하는 검출 전압값 또는 검출 전류값에 의해 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR) 상태를 판별할 수 있다. 용접 전원(PS)은, 이 판별 결과에 기초하여 출력의 정지 또는 개시를 제어할 수 있다.

<제2 실시 형태>

도 3은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 보호 제어 방법을 실시하기 위한 플라즈마 용접 장치의 구성도이다. 도 3은 도 1과 대응하고 있다. 도 3은, 도 1에 있어서, 온도 센서(HD)의 접점(HR)에 병렬로 제2 저항기(R2)를 추가한 것이다. 이 이외는, 도 1과 동일하므로, 설명은 생략한다.

도 4는, 상술한 도 3에 있어서의 기동 스위치(SW) 및 온도 센서(HD)의 접점(HR)과의 직렬 회로의 등가 회로도이다. 도 4는 도 2와 대응하고 있다. 도 4는, 도 2에 있어서, 접점(HR)에 병렬로 제2 저항기(예를 들어 10㏀)를 추가한 것이며, 그 이외는 도 2와 동일하다.

기동 스위치(SW)가 오프 상태일 때에는 개방 상태로 되므로, 온도 센서(HD)의 접점(HR) 상태와는 관계없이, 직렬 회로 저항값은 무한대가 되고, 검출 전압값은 24V가 되고, 검출 전류값은 0A가 된다. 이 상태일 때에는, 용접 전원(PS)의 출력은 정지한다. 복수 온도가 온도 기준값(Ht) 미만일 때에는 온도 센서(HD)의 접점(HR)은 폐쇄 상태에 있으므로, 이 상태에서 기동 스위치(SW)가 온이 되어 폐쇄 상태로 되면, 직렬 회로 저항값은 대략 0Ω이 되고, 검출 전압값은 0V가 되고, 검출 전류값은 2.4㎃가 된다. 이 상태일 때에는, 용접 전원(PS)은 출력 개시가 된다. 기동 스위치(SW)가 온이 되어 있으므로 폐쇄 상태에 있을 때에, 복수 온도가 온도 기준값(Ht) 이상이 되고 온도 센서(HD)의 접점(HR)이 개방 상태로 되면, 도 2일 때와는 달리, 직렬 회로 저항값은 10㏀이 되고, 검출 전압값은 12V가 되고, 검출 전류값은 1.2㎃가 된다. 이 상태일 때에는, 온도 보호가 동작되었기 때문에 용접 전원(PS)의 출력은 정지한다. 이와 같이, 도 4의 경우에는, 도 2의 경우와는 달리, 온도 보호가 동작된 것을 용접 전원(PS)을 판별할 수 있다. 이로 인해, 용접 전원(PS)은 출력의 정지 또는 개시의 제어에 추가하여, 온도 보호가 동작된 것을 이상 표시등의 점등, 음성에 의한 경보 등에 의해 통지할 수 있다.

본 실시 형태에 따르면, 온도 센서를 용접 토치 내부의 상기 복수의 온도를 검출하는 위치에 설치하고, 또한, 상기 온도 센서의 접점을 기동 스위치와 직렬로 접속하고, 기동 스위치 및 온도 센서의 접점과의 직렬 회로의 저항값의 변화에 기초하여 기동 스위치 및 온도 센서의 접점의 개폐 상태를 판별한다. 이에 의해, 용접 전원은 토치 케이블의 배선수를 증가시키는 일 없이, 기동 스위치 및 온도 센서의 접점의 상태를 판별할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 온도 센서를 용접 토치의 내부에 설치해도, 용접 전원과 용접 토치를 접속하는 토치 케이블의 배선수를 증가시키는 일 없이 온도 센서의 상태를 용접 전원에 통지할 수 있다. 이로 인해, 용접 토치의 비용이 높아지는 것을 억제할 수 있고, 배선의 절단 사고의 발생 확률이 높아지는 것을 억제할 수 있다.

상술한 실시 형태에서는, 아크 용접이 비소모 전극 아크 용접인 플라즈마 용접의 경우를 설명하였지만, 본 발명은 수냉식의 용접 토치를 사용하는 그 밖의 비소모 전극 아크 용접, 소모 전극 아크 용접에도 적용할 수 있다.

1 : 전극
2 : 모재
3 : 플라즈마 아크
4 : 플라즈마 노즐
5 : 실드 노즐
6 : 냉각수
9 : 용접용 케이블
61 : 송수
62 : 복수
71 : 송수 호스
72 : 복수 호스
81 : 송수 호스
82 : 복수 호스
83 : 전력용 케이블
84, 85 : 제어 케이블
HD : 온도 센서
HR : 온도 센서의 접점
Ht : 온도 기준값
Iw : 용접 전류
PS : 용접 전원
R1 : 제1 저항기
R2 : 제2 저항기
SW : 기동 스위치
Vw : 용접 전압
WC : 냉각수 순환기
WT : 용접 토치

Claims

수냉식의 용접 토치를 사용하는 아크 용접에 있어서, 상기 용접 토치에 설치된 기동 스위치가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 변화되면 용접 전류의 통전을 개시하고, 상기 용접 토치의 복수의 온도를 온도 센서에 의해 검출하고, 이 복수의 온도가 미리 정한 온도 기준값 이상으로 되면 상기 온도 센서의 접점이 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 변화되어 상기 용접 전류의 통전을 정지하는 용접 장치의 보호 제어 방법에 있어서,
상기 온도 센서를 용접 토치 내부의 상기 복수의 온도를 검출하는 위치에 설치하고, 또한, 상기 온도 센서의 접점을 상기 기동 스위치와 직렬로 접속하고, 상기 기동 스위치 및 상기 온도 센서의 접점과의 직렬 회로의 저항값의 변화에 기초하여 상기 기동 스위치 및 상기 온도 센서의 접점의 개폐 상태를 판별하고,
상기 온도 센서의 접점에 병렬로 저항기를 설치하는 것을 특징으로 하는 용접 장치의 보호 제어 방법.
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