KR102105720B1

KR102105720B1 - 용접 전원의 수축 검출 제어 방법

Info

Publication number: KR102105720B1
Application number: KR1020140061508A
Authority: KR
Inventors: 아끼히로 이데
Original assignee: 가부시키가이샤 다이헨
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2020-04-28
Also published as: JP2014231088A; JP6112605B2; CN104209630A; KR20140141458A; CN104209630B

Abstract

복수의 용접 전원을 동시에 사용하는 경우에 있어서, 수축 검출 제어의 오동작을 방지한다.
복수의 용접 전원 PS1, PS2에 의해 공통의 워크(2)에 각각 아크(31, 32)를 발생시켜서 용접하고, 용접 전원 중 적어도 1대 PS1은 수축 검출 제어에 의해 용접을 행하는 용접 전원의 수축 검출 제어 방법에 있어서, 용접 전압 검출값 Vd1에는, 합산한 용접 전류 Ig가 통전하는 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압값(노이즈)을 포함하고 있고, 합산한 용접 전류 Ig를 검출하고, 용접 전압 수정값 Vf1=Vd1-L·dIg/dt를 산출하고, 수축의 검출을 이 용접 전압 수정값 Vf1을 사용하여 행한다. 이에 의해, 수축을 검출하기 위한 전압에 중첩하는 노이즈를 제거할 수 있으므로, 수축 검출 제어의 오동작을 방지할 수 있다.

Description

용접 전원의 수축 검출 제어 방법{CONSTRICTION DETECTION CONTROL METHOD OF WELDING POWER SUPPLY}

본 발명은 복수의 용접 전원에 의해 공통의 워크에 각각 아크를 발생시켜서 용접하고, 이들 용접 전원 중 적어도 1대는, 단락 상태로부터 아크가 재발생하는 전조 현상인 용적의 수축을 검출하고, 이 수축을 검출하면 단락 부하에 통전하는 용접 전류를 감소시켜서 아크를 재발생시키는 용접 전원의 수축 검출 제어 방법에 관한 것이다.

특허문헌 1의 발명에서는, 용접 와이어와 워크 사이에서 아크 발생 상태와 단락 상태를 반복하는 소모 전극 아크 용접에 있어서, 단락 상태로부터 아크가 재발생하는 전조 현상인 용적의 수축을 용접 와이어와 워크 사이의 전압값 또는 저항값의 변화가 수축 검출 기준값에 도달함으로써 검출하고, 이 수축을 검출하면 단락 부하에 통전하는 용접 전류를 급감시켜서 소 전류값의 상태에서 아크가 재발생하도록 출력 제어(수축 검출 제어)하고 있다. 이와 같이 하면, 아크 재발생 시의 전류값을 작게 할 수 있으므로, 스퍼터 발생량을 저감할 수 있다.

그런데, 복수의 용접 개소를 갖는 워크에 대하여 복수의 용접 전원을 사용하여 동시에 용접을 행하는 경우가 있다. 이하, 이러한 경우에서의 수축 검출 제어에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 7은 2대의 용접 전원을 사용해서 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도이다. 2대의 용접 전원은 모두 수축 검출 제어 기능을 내장하고 있다. 이하, 도 7을 참조하여 각 구성물에 대하여 설명한다.

제1 용접 전원 PS1은, 제1 용접 전압 Vw1 및 제1 용접 전류 Iw1을 출력함과 함께, 제1 송급기 FD1에 제1 송급 제어 신호 Fc1을 출력한다. 제1 송급기 FD1은, 이 제1 송급 제어 신호 Fc1을 입력으로 하여, 제1 용접 와이어(11)를 제1 용접 토치(41) 내를 통과하여 송급한다. 제1 용접 와이어(11)와 워크(2) 사이에는 제1 아크(31)가 발생한다. 제1 용접 와이어(11)와 워크(2) 사이에서는, 단락 상태와 아크 상태가 교대로 반복되어 용접이 행해진다. 제1 용접 토치(41)는 로봇(도시 생략)에 파지되어 있다. 워크(2)는 지그(5)에 설치되어 있다.

제1 용접 전원 PS1의 플러스 단자와 제1 용접 토치(41) 내의 제1 급전 칩(61)은, 케이블을 통해서 접속되어 있다. 또한, 제1 용접 전원 PS1의 마이너스 단자와 지그(5)는, 케이블을 통해서 접속되어 있다. 제1 용접 전압 Vw1은, 제1 급전 칩(61)과 워크(2)의 표면 사이에 인가되는 전압이다. 제1 급전 칩(61)에 전압 검출선을 접속하는 것은 용이하지만, 워크(2)의 표면에 전압 검출선을 접속하는 것은 어렵기 때문에, 지그(5)에 접속하게 된다. 이 때문에, 제1 용접 전압 검출 회로 VD1은, 제1 급전 칩(61)과 지그(5) 사이의 전압을 검출하고, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1을 출력한다. 이 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전원 PS1에 입력된다. 이 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1을 사용하여 제1 용접 와이어(11)의 용적에 형성되는 수축을 검출한다.

제2 용접 전원 PS2는, 제2 용접 전압 Vw2 및 제2 용접 전류 Iw2를 출력함과 함께, 제2 송급기 FD2에 제2 송급 제어 신호 Fc2를 출력한다. 제2 송급기 FD2는, 이 제2 송급 제어 신호 Fc2를 입력으로 하여, 제2 용접 와이어(12)를 제2 용접 토치(42) 내를 통과하여 송급한다. 제2 용접 와이어(12)와 워크(2) 사이에는 제2 아크(32)가 발생한다. 제2 용접 와이어(12)와 워크(2) 사이에서는, 단락 상태와 아크 상태가 교대로 반복되어 용접이 행해진다. 제2 용접 토치(42)는 로봇(도시 생략)에 파지되어 있다.

제2 용접 전원 PS2의 플러스 단자와 제2 용접 토치(42) 내의 제2 급전 칩(62)은, 케이블을 통해서 접속되어 있다. 또한, 제2 용접 전원 PS2의 마이너스 단자와 지그(5)는, 케이블을 통해서 접속되어 있다. 제2 용접 전압 Vw2는, 제2 급전 칩(62)과 워크(2)의 표면 사이에 인가되는 전압이다. 제2 급전 칩(62)에 전압 검출선을 접속하는 것은 용이하지만, 워크(2)의 표면에 전압 검출선을 접속하는 것은 어렵기 때문에, 지그(5)에 접속하게 된다. 이 때문에, 제2 용접 전압 검출 회로 VD2는, 제2 급전 칩(62)과 지그(5) 사이의 전압을 검출하고, 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2를 출력한다. 이 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2는, 제2 용접 전원 PS2에 입력된다. 이 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2를 사용하여 제2 용접 와이어(12)의 용적에 형성되는 수축을 검출한다.

제1 용접 전류 Iw1은, 제1 용접 전원 PS1의 플러스 단자 → 제1 급전 칩(61) → 제1 용접 와이어(11) → 워크(2) → 지그(5) → 제1 용접 전원 PS1의 마이너스 단자 경로로 통전한다. 제2 용접 전류 Iw2는, 제2 용접 전원 PS2의 플러스 단자 → 제2 급전 칩(62) → 제2 용접 와이어(12) → 워크(2) → 지그(5) → 제2 용접 전원 PS2의 마이너스 단자 경로로 통전한다. 따라서, 워크(2) 및 지그(5) 내를 제1 용접 전류 Iw1 및 제2 용접 전류 Iw2가 통전한다. 이들 제1 용접 전류 Iw1과 제2 용접 전류 Iw2를 합산한 전류를, 이하 합산 용접 전류 Ig라 칭하기로 한다. 그리고, 이 합산 용접 전류 Ig가 통전하는 워크(2) 및 지그(5)를 공통 통전로라 칭하기로 한다. 이 공통 통전로는, 저항값 및 인덕턴스값 L(μH)을 갖고 있다. 일반적으로 저항값은 작은 값이므로, 무시할 수 있다. 이 때문에, 공통 통전로는, 인덕턴스값 L만을 갖고 있게 된다.

상기 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1 및 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2는, 하기 식과 같이 나타낼 수 있다.

... (11)식

... (12)식

따라서, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전압 Vw1에 합산 용접 전류 Ig의 변화에 의해 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 발생하는 전압이 중첩한 값으로 된다. 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2에 대해서도 마찬가지다.

도 8은 도 7의 용접 장치에 있어서, 수축 검출 제어가 정상적으로 동작했을 때의 파형도이다. 도 8의 (A)는 제1 용접 전류 Iw1의 파형을 나타내고, 도 8의 (B)는 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 파형을 나타내고, 도 8의 (C)는 제2 용접 전류 Iw2의 파형을 나타내고, 도 8의 (D)는 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2의 파형을 나타낸다. 도 8은, 제1 용접 와이어(11)와 워크(2)가 단락 상태에 있는 시각 t1 내지 t3의 기간과, 제2 용접 와이어(12)와 워크(2)가 단락 상태에 있는 시각 t5 내지 t6의 기간이 겹치지 않은 경우다. 이러한 상태이기 때문에, 이유는 후술하지만, 수축 검출 제어는 오동작하지 않고 정상적으로 동작하고 있다. 이하, 도 8을 참조하여 설명한다.

제1 용접 와이어(11)와 워크(2)가 단락 상태에 있는 시각 t1 내지 t3의 기간 중에는, 제2 용접 와이어(12)와 워크(2) 사이는 아크 상태에 있다. 이 때문에, 도 8의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는, 아크 기간 중이므로 단락 기간 중보다도 전류 변화의 속도는 완만하다.

(1) 시각 t1의 제1 용접 와이어(11)의 단락 발생으로부터 시각 t2의 수축 검출 시점까지의 동작

시각 t1에 있어서 제1 용접 와이어(11)가 워크(2)와 접촉하면 단락 상태가 되어, 도 8의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은 수V 정도의 단락 전압값으로 급감한다. 도 8의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t1에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 감소하고, 시각 t1 내지 t11의 미리 정한 초기 기간 중에는 미리 정한 초기 전류값으로 되고, 시각 t11 내지 t12의 기간 중에는 미리 정한 단락 시 경사로 상승하고, 시각 t12 내지 t2의 기간 중에는 미리 정한 피크값으로 된다. 도 8의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전류 Iw1이 피크값으로 되는 시각 t12 부근으로부터 상승한다. 이것은, 용적에 수축이 점차적으로 형성되기 때문이다. 시각 t12로부터의 기간이 수축을 검출하는 기간으로 된다. 이 수축을 검출하는 기간에 있어서는, 도 8의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 피크값으로 대략 일정값이다. 또한, 도 8의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 아크 기간 중이므로 급속한 변화는 없다. 이 결과, 상술한 (11)식에 있어서, L·dIg/dt는 작은 값으로 되어, 무시할 수 있다. 따라서, Vd1=Vw1이 되므로, 용적의 수축을 오동작하지 않고, 정상적으로 검출할 수 있다. 상기 초기 기간은 1㎳ 정도로 설정되고, 상기 초기 전류값은 50A 정도로 설정되고, 상기 단락 시 경사는 100 내지 300A/ms 정도로 설정되고, 상기 피크값은 300 내지 400A 정도로 설정된다.

(2) 시각 t2의 수축 검출 시점으로부터 시각 t3의 아크 재발생 시점까지의 동작

시각 t2에 있어서, 도 8의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1이 급상승하여 초기 기간 중 전압값으로부터의 전압 상승값 ΔV가 미리 정한 수축 검출 기준값 Vtn과 똑같아지는 것에 의해 수축을 검출한다. 수축을 검출하면, 도 8의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 피크값으로부터 미리 정한 저레벨 전류값 Il로 급감하고, 시각 t3의 아크 재발생까지는 그 값을 유지한다. 이 전류 급감 속도는, 3000A/ms 정도로 매우 빠른 값이다. 도 8의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전류 Iw1이 저레벨 전류값 Il이 되므로 시각 t2로부터 일단 감소한 후에 급상승한다. 상기 저레벨 전류값 Il은 30A 정도로 설정된다.

(3) 시각 t3의 아크 재발생 시점으로부터 시각 t4의 지연 기간 Td의 종료 시점까지의 동작

시각 t3에 있어서 아크가 재발생하면, 도 8의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 값은 단락/아크 판별값 Vta 이상으로 된다. 도 8의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t3으로부터 미리 정한 아크 시 경사로 상승하고, 미리 정한 고레벨 전류값에 도달하면 그 값을 시각 t4까지 유지한다. 도 8의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 시각 t3 내지 t4의 미리 정한 지연 기간 Td 중은 고레벨 전압값의 상태에 있다. 이 지연 기간 Td는 2㎳ 정도로 설정된다.

(4) 시각 t4의 지연 기간 Td 종료 시점으로부터 시각 t5의 다음 단락 발생까지의 아크 기간의 동작

시각 t4에 있어서, 도 8의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 고레벨 전류값으로부터 점차적으로 감소한다. 마찬가지로, 도 8의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은 고레벨 전압값으로부터 점차적으로 감소한다.

(5) 시각 t5의 제2 용접 와이어(12)의 단락 발생으로부터 시각 t6의 아크 재발생까지의 동작

도 8의 (C)에 나타내는 제2 용접 전류 Iw2 및 도 8의 (D)에 나타내는 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2의 파형은, 상기 (1) 내지 (2)의 파형과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.

상술한 바와 같이, 서로의 단락 기간이 겹치지 않은 경우에는, 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압값이 작기 때문에 무시할 수 있으므로, 수축을 정확하게 검출할 수 있다.

도 9는 도 7의 용접 장치에 있어서, 수축 검출 제어가 오동작했을 때의 파형도이다. 도 9의 (A)는 제1 용접 전류 Iw1의 파형을 나타내고, 도 9의 (B)는 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 파형을 나타내고, 도 9의 (C)는 제2 용접 전류 Iw2의 파형을 나타내고, 도 9의 (D)는 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2의 파형을 나타낸다. 도 9는, 제1 용접 와이어(11)와 워크(2)가 단락 상태에 있는 시각 t1 내지 t3의 기간과, 제2 용접 와이어(12)와 워크(2)가 단락 상태에 있는 시각 t0 내지 t14의 기간이 일부 겹쳐져 있는 경우다. 이러한 상태이기 때문에, 이유는 후술하지만, 수축 검출 제어가 오동작하고 있다. 도 9는, 상술한 도 8과 대응하고 있고, 동일한 동작에 대해서는 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 9를 참조하여 설명한다.

제1 용접 와이어(11)와 워크(2)가 단락 상태에 있는 시각 t1 내지 t3의 기간 중에는, 제2 용접 와이어(12)와 워크(2) 사이도 단락 상태에 있다. 이 때문에, 도 9의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 급격한 변화를 하고 있다.

(1) 시각 t0의 제2 용접 와이어(12)의 단락 발생으로부터 시각 t13의 제2 용접 와이어(12)의 수축 검출 시점까지의 동작

시각 t0에 있어서 제2 용접 와이어(12)가 워크(2)와 접촉하면 단락 상태가 되어, 도 9의 (D)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2는 수V 정도의 단락 전압값으로 급감한다. 도 9의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는, 시각 t0에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 감소하고, 초기 기간 중에는 초기 전류값으로 되고, 단락 시 경사로 상승하고, 그 후는 피크값으로 된다. 도 9의 (D)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2는, 초기 기간 중 전압값으로부터의 전압 상승값이 시각 t13에 있어서 수축 검출 기준값에 도달한다. 이에 의해, 수축을 검출한다. 수축을 검출하면, 도 9의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 피크값으로부터 저레벨 전류값으로 급감한다.

한편, 시각 t1에 있어서 제1 용접 와이어(11)가 워크(2)와 접촉하면 단락 상태가 되어, 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은 수V 정도의 단락 전압값으로 급감한다. 도 9의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t1에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 감소하고, 시각 t1 내지 t11의 초기 기간 중에는 초기 전류값으로 되고, 시각 t11 내지 t12의 기간 중에는 단락 시 경사로 상승하고, 시각 t12로부터의 기간 중에는 피크값으로 된다. 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전류 Iw1이 피크값으로 되는 시각 t12 부근으로부터 상승한다. 이것은, 용적에 수축이 점차적으로 형성되기 때문이다. 시각 t12로부터의 기간이 수축을 검출하는 기간으로 된다. 이 수축을 검출하는 기간에 있어서는, 도 9의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 피크값으로 대략 일정값이다. 그러나, 도 9의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 상술한 바와 같이 시각 t13에 있어서 수축이 검출되었기 때문에 전류는 급감하고 있다. 이 결과, 상술한 (11)식에 있어서, L·dIg/dt=dIw1/dt+dIw2/dt에 대해서는, dIw1/dt는 작은 값이며, dIw2/dt는 마이너스의 큰 값으로 된다. 이 때문에, 이 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 수축의 형성에 수반하여 시각 t12로부터 점차적으로 상승하고, 이 상승이 수축 검출 기준값 Vtn에 도달하기 전의 시각 t13에 있어서 제2 용접 전류 Iw2의 급감에 수반하여 반대로 감소하게 되어, 수축의 검출에 실패하게 된다.

(2) 시각 t13의 수축의 오검출 시점으로부터 시각 t3의 아크 재발생 시점까지의 동작

시각 t13에 있어서, 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1이 감소하여 수축 검출 기준값 Vtn에 도달하지 않으므로, 도 9의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 피크값을 시각 t3의 제1 아크(31)가 재발생할 때까지 유지한다. 한편, 시각 t3보다도 전인 시각 t14에 있어서, 제2 아크(32)가 발생하므로, 도 9의 (D)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2는 아크 전압값으로 상승한다. 도 9의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는, 시각 t14의 저레벨 전류값으로부터 고레벨 전류값까지 아크 시 경사로 상승한다.

시각 t3에 있어서 아크가 재발생하면, 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 값은 단락/아크 판별값 Vta 이상으로 된다. 도 9의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t3의 피크값으로부터 아크 시 경사로 상승하고, 고레벨 전류값에 도달하면 그 값을 시각 t4까지 유지한다. 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 시각 t3 내지 t4의 지연 기간 Td 중에는 고레벨 전압값의 상태에 있다.

시각 t4에 있어서, 도 9의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 고레벨 전류값으로부터 점차적으로 감소한다. 마찬가지로, 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은 고레벨 전압값으로부터 점차적으로 감소한다.

상술한 바와 같이, 서로의 단락 기간이 겹쳐져 있는 경우에는, 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압값이 커지므로, 수축을 오검출할 가능성이 높아진다. 도 9에서는, 제1 용접 와이어(11)의 수축을 검출하는 기간에 있어서, 제2 용접 전류 Iw2가 급감했기 때문에 발생한 수축의 오검출에 대하여 설명했지만, 단락 시 경사로 상승하고 있는 경우에도 오검출이 발생할 우려가 있다. 더 나아가, 아크 기간 중에 용융지로부터의 가스의 분출 등에 의해 아크 길이가 급변하고, 이에 수반하여 제2 용접 전류 Iw2가 급속하게 변화하는 경우가 있다. 이러한 경우에도, 수축의 오검출이 발생할 우려가 있다.

특허문헌 2의 발명에서는, 제2 용접 전원 PS2가 수축을 검출하여 제2 용접 전류 Iw2가 변화하고 있을 때는 제1 용접 전원 PS1의 수축의 검출을 금지하는 것이다. 이에 의해, 수축의 오검출을 방지하고 있다. 그러나, 수축 검출을 금지하고 있으므로, 당연히 수축을 정상적으로 검출할 수는 없다.

일본 특허 공개 제2006-281219호 공보 일본 특허 제4,815,966호 공보

따라서, 본 발명에서는, 복수의 용접 전원에 의해 공통의 워크에 각각 아크를 발생시켜서 용접하고, 이들 용접 전원 중 적어도 1대는 수축 검출 제어 기능을 갖고 있으며, 공통 통전로에 통전하는 합산 용접 전류가 변화하더라도 수축 검출이 오동작하지 않고 정상적으로 동작할 수 있는 용접 전원의 수축 검출 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 청구항 1의 발명은, 복수의 용접 전원에 의해 공통의 워크에 각각 아크를 발생시켜서 용접하고,

상기 용접 전원 중 적어도 1대는, 단락 상태로부터 아크가 재발생하는 전조 현상인 용적의 수축을 용접 전압 검출값 Vd를 사용하여 검출하고, 이 수축을 검출하면 단락 부하에 통전하는 용접 전류를 감소시켜서 아크를 재발생시키는, 용접 전원의 수축 검출 제어 방법으로서,

상기 용접 전압 검출값 Vd에는, 합산한 용접 전류 Ig가 통전하는 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압값을 포함하고 있고,

상기 합산한 용접 전류 Ig를 검출하고, 용접 전압 수정값 Vf=Vd-L·dIg/dt를 산출하고, 상기 수축의 검출을 상기 용접 전압 검출값 Vd에 대신해서 이 용접 전압 수정값 Vf를 사용하여 행하는

것을 특징으로 하는 용접 전원의 수축 검출 제어 방법이다.

청구항 2의 발명은, n을 2 이상의 정수로 하여, 상기 용접 전원에 통전하는 각 용접 전류 Iw(1)…Iw(n)을 검출하고, 상기 합산한 용접 전류 Ig를 Ig=Iw(1)+…+Iw(n)에 의해 산출하는

것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 용접 전원의 수축 검출 제어 방법이다.

청구항 3의 발명은, m을 1 이상의 정수로 하여, 다른 상기 용접 전원에 통전하는 각 용접 전류 Iw(1)…Iw(m)을 검출하고, 상기 합산한 용접 전류 Ig를 Ig=Iw(1)+…+Iw(m)에 의해 산출하는

청구항 4의 발명은, 상기 공통 통전로의 인덕턴스값 L을, 용접을 시공하기 전에 측정하여 설정하는

것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 용접 전원의 수축 검출 제어 방법이다.

본 발명에 따르면, 용접 전압 수정값 Vf는, 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 통전하는 합산 용접 전류 Ig의 변화에 의해 발생하는 전압값을 캔슬할 수 있으므로, 진정한 용접 전압을 검출할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에서는, 복수의 용접 전원에 의해 공통의 워크에 각각 아크를 발생시켜서 용접하고, 이들 용접 전원 중 적어도 1대는 수축 검출 제어 기능을 갖고 있으며, 공통 통전로에 통전하는 합산 용접 전류가 변화해도 수축 검출이 오동작하지 않고 정상적으로 동작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 2대의 용접 전원을 사용해서 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 용접 장치를 구성하는 제1 용접 전원 PS1의 상세 블록도.
도 3은 도 2의 제1 용접 전원 PS1에서의 각 신호의 타이밍차트.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 2대의 용접 전원을 사용해서 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도.
도 5는 도 4의 용접 장치를 구성하는 제1 용접 전원 PS1의 상세 블록도.
도 6은 실시 형태 3에 따른 제1 용접 전원 PS1의 상세 블록도.
도 7은 종래 기술에 있어서, 2대의 용접 전원을 사용해서 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도.
도 8은 도 7의 용접 장치에 있어서, 수축 검출 제어가 정상적으로 동작했을 때의 파형도.
도 9는 도 7의 용접 장치에 있어서, 수축 검출 제어가 오동작했을 때의 파형도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

[실시 형태 1]

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 2대의 용접 전원을 사용해서 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도이다. 2대의 용접 전원은 모두 수축 검출 제어 기능을 내장하고 있다. 도 1은 상술한 도 7과 대응하고 있으며, 동일한 구성물에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 그들 설명은 반복하지 않는다. 도 1은, 도 7에 합산 용접 전류 검출 회로 IGD, 제1 용접 전압 수정 회로 VF1 및 제2 용접 전압 수정 회로 VF2를 추가한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 이들 구성물에 대하여 설명한다.

합산 용접 전류 검출 회로 IGD는, 공통 통전로에 통전하는 합산 용접 전류 Ig를 검출하고, 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 출력한다.

제1 용접 전압 수정 회로 VF1은, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1 및 상기 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 입력으로 하여, 후술하는 (21)식에 기초하여 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1=Vd1-L·dIgd/dt를 연산하고, 제1 용접 전원 PS1에 출력한다. 이 연산식의 의미에 대해서는, 후술한다.

제2 용접 전압 수정 회로 VF2는, 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2 및 상기 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 입력으로 하여, 후술하는 (22)식에 기초하여 제2 용접 전압 수정 신호 Vf2=Vd2-L·dIgd/dt를 연산하고, 제2 용접 전원 PS2에 출력한다. 이 연산식의 의미에 대해서는, 후술한다.

(11)식에서 상술한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전압 Vw1에 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압이 정상이 된 값으로 되어 있다. 원래 측정하고 싶은 것은 제1 급전 칩(61)과 워크(2)의 표면의 전압인 제1 용접 전압 Vw1이다. 이 때문에, (11)식을, 제1 용접 전압 Vw1에 의해 정리하면 하기 수학식으로 된다.

여기서, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1=Vw1로 하면, 하기 (21)식으로 된다.

... (21)식

이 식이 상기 제1 용접 전압 수정 회로 VF1에서 사용되는 연산식이다.

마찬가지로, 제2 용접 전압 수정 회로 VF2에서 사용되는 연산식은, 하기 식으로 된다.

... (22)식

공통 통전로의 인덕턴스값 L은, 용접 장치를 현장에 설치하여 사용 상태로 한 상태에서, 용접 시공 전에 측정하여 설정한다. 측정 방법의 예로서는, 시판되고 있는 LCR 미터 등의 측정기를 사용하여 행할 수 있다. 또한, 하기와 같은 수순에 의해서도 측정할 수 있다.

1) 제1 급전 칩(61)을 워크(2)와 접촉 상태로 한다.

2) 제1 용접 전원 PS1로부터 일정한 전류 Ip를 통전한다.

3) 이때의 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 값을 Vp라 한다.

4) 전류 Ip의 통전을 정지시키고, 그 감소 파형으로부터 시상수를 측정한다. 정지시킨 시각 T0으로부터 계시를 개시하여, 시상수에 해당하는 전류 감소량으로 되는 전류값 ΔIp(=Ip×36.8％)에 도달한 시각을 T1로서 계시한다. 그리고, 시각 T0 내지 T1 사이의 시간을 시상수 τ로서 산출한다.

5) L=Ve·τ/Ip로 인덕턴스값을 연산한다.

도 2는 도 1의 용접 장치를 구성하는 제1 용접 전원 PS1의 상세 블록도이다. 이하, 도 2를 참조하여 각 블록에 대하여 설명한다.

전원 주회로 PM은, 3상 200V 등의 상용 전원(도시 생략)을 입력으로 하여, 후술하는 오차 증폭 신호 Ea에 따라서 인버터 제어 등의 출력 제어를 행하고, 제1 용접 전압 Vw1 및 제1 용접 전류 Iw1을 출력한다. 이 전원 주회로 PM은, 도시는 생략하지만, 상용 전원을 정류하는 1차 정류기, 정류된 직류를 평활하는 평활 콘덴서, 평활된 직류를 고주파 교류로 변환하는 인버터 회로, 고주파 교류를 용접에 적합한 전압값으로 강압하는 고주파 변압기, 강압된 고주파 교류를 직류로 정류하는 2차 정류기, 정류된 직류를 평활하는 리액터, 오차 증폭 신호 Ea를 입력으로 하여 펄스폭 변조 제어를 행하는 변조 회로, 펄스폭 변조 제어 신호를 입력으로 하여 인버터 회로의 스위칭 소자를 구동하는 인버터 구동 회로를 구비하고 있다.

감류 저항기 R은, 상기 전원 주회로 PM과 제1 용접 토치(41) 사이에 삽입된다. 이 감류 저항기 R의 값은, 단락 부하(0.01 내지 0.03Ω 정도)의 10배 이상 큰 값(0.5 내지 3Ω 정도)으로 설정된다. 이 때문에, 수축 검출 제어에 의해 감류 저항기 R이 통전로에 삽입되면, 용접 전원 내의 직류 리액터 및 외부 케이블의 리액터에 축적된 에너지가 급방전된다. 트랜지스터 TR은, 감류 저항기 R과 병렬로 접속되어, 후술하는 구동 신호 Dr에 따라서 온 또는 오프 제어된다.

제1 용접 와이어(11)는 제1 송급기 FD1에 의해 제1 용접 토치(41) 내를 송급받아, 워크(2) 사이에 제1 아크(31)가 발생한다. 워크(2)는 지그(5) 위에 설치되어 있다. 제1 용접 토치(41) 내의 제1 급전 칩(도시 생략)과 워크(2)의 표면 사이에는 제1 용접 전압 Vw1이 인가하고, 제1 용접 전류 Iw1이 통전한다. 그리고, 워크(2) 및 지그(5) 등의 공통 통전로를 합산 용접 전류 Ig가 통전한다.

제1 용접 전류 검출 회로 ID1은, 상기 제1 용접 전류 Iw1을 검출하고, 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 출력한다. 도 1에서 상술한 바와 같이, 외부에 설치된 합산 용접 전류 검출 회로 IGD는, 상기 합산 용접 전류 Ig를 검출하고, 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 출력한다. 도 1에서 상술한 바와 같이, 외부에 설치된 제1 용접 전압 검출 회로 VD1은, 제1 용접 토치(41) 내의 제1 급전 칩과 지그(5) 사이의 전압을 검출하고, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1을 출력한다. 도 1에서 상술한 바와 같이, 외부에 설치된 제1 용접 전압 수정 회로 VF1은, 이 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1 및 상기 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 입력으로 하여, 상술한 (21)식에 기초하여 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1=Vd1-L·dIgd/dt를 연산하여 출력한다. 상기 제1 용접 전압 검출 회로 VD1 및 상기 제1 용접 전압 수정 회로 VF1을 내부에 설치할 수도 있다.

단락 판별 회로 SD는, 상기 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1을 입력으로 하여, 그 값이 미리 정한 단락/아크 판별값 미만일 때는 단락 상태에 있다고 판별하여 High 레벨이 되고, 이상일 때는 아크 발생 상태에 있다고 판별하여 Low 레벨이 되는 단락 판별 신호 Sd를 출력한다.

수축 검출 기준값 설정 회로 VTN은, 미리 정한 수축 검출 기준값 신호 Vtn을 출력한다. 용접법, 송급 속도, 제1 용접 와이어(11)의 재질, 직경 등의 용접 조건에 따라서, 이 수축 검출 기준값 신호 Vtn의 값은 적정값으로 설정된다. 수축 검출 회로 ND는, 이 수축 검출 기준값 신호 Vtn, 상기 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1 및 상기 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 입력으로 하여, 단락 기간 중 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1의 전압 상승값이 수축 검출 기준값 신호 Vtn의 값에 도달한 시점에서 수축이 형성되었다고 판별하여 High 레벨로 되고, 아크가 재발생하여 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1의 값이 상기 단락/아크 판별값 이상이 된 시점에서 Low 레벨이 되는 수축 검출 신호 Nd를 출력한다. 또한, 단락 기간 중 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1의 미분값이 그에 대응한 수축 검출 기준값 신호 Vtn의 값에 도달한 시점에서 수축 검출 신호 Nd를 High 레벨로 변화시키도록 해도 된다. 또한, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1의 값을 제1 용접 전류 검출 신호 Id1의 값으로 제산하여 용적의 저항값을 산출하고, 이 저항값의 미분값이 그에 대응하는 수축 검출 기준값 신호 Vtn의 값에 도달한 시점에서 수축 검출 신호 Nd를 High 레벨로 변화시키도록 해도 된다.

저레벨 전류 설정 회로 ILR은, 미리 정한 저레벨 전류 설정 신호 Ilr을 출력한다. 전류 비교 회로 CM은, 이 저레벨 전류 설정 신호 Ilr 및 상기 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 입력으로 하여, Id1＜Ilr일 때는 High 레벨이 되고, Id1≥Ilr일 때는 Low 레벨이 되는 전류 비교 신호 Cm을 출력한다. 구동 회로 DR은, 이 전류 비교 신호 Cm 및 상기 수축 검출 신호 Nd를 입력으로 하여, 수축 검출 신호 Nd가 High 레벨로 변화하면 Low 레벨로 변화하고, 그 후에 전류 비교 신호 Cm이 High 레벨로 변화하면 High 레벨로 변화하는 구동 신호 Dr을 상기 트랜지스터 TR의 베이스 단자에 출력한다. 따라서, 이 구동 신호 Dr은 수축이 검출되면 Low 레벨이 되고, 트랜지스터 TR이 오프 상태가 되어 통전로에 감류 저항기 R이 삽입되므로, 단락 부하를 통전하는 제1 용접 전류 Iw1은 급감한다. 그리고, 급감한 제1 용접 전류 Iw1의 값이 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값까지 감소하면, 구동 신호 Dr은 High 레벨이 되어, 트랜지스터 TR이 온 상태가 되므로, 감류 저항기 R은 단락되어 통상의 상태로 되돌아간다.

전류 제어 설정 회로 ICR은, 상기 단락 판별 신호 Sd, 상기 저레벨 전류 설정 신호 Ilr 및 상기 수축 검출 신호 Nd를 입력으로 하여, 이하의 처리를 행하고, 전류 제어 설정 신호 Icr을 출력한다.

1) 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락)로 변화한 시점으로부터 미리 정한 초기 기간 중에는, 미리 정한 초기 전류 설정값을 전류 제어 설정 신호 Icr로서 출력한다.

2) 그 후에는 전류 제어 설정 신호 Icr의 값을, 상기 초기 전류 설정값으로부터 미리 정한 단락 시 경사로 미리 정한 피크 설정값까지 상승시키고, 그 값을 유지한다.

3) 수축 검출 신호 Nd가 High 레벨(수축 검출)로 변화하면, 전류 제어 설정 신호 Icr의 값을 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값으로 전환하여 유지한다.

4) 단락 판별 신호 Sd가 Low 레벨(아크)로 변화하면, 전류 제어 설정 신호 Icr을, 미리 정한 아크 시 경사로 미리 정한 고레벨 전류 설정값까지 상승시키고, 그 값을 유지한다.

오프 딜레이 회로 TDS는, 상기 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 하여, 이 신호가 High 레벨로부터 Low 레벨로 변화하는 시점을 미리 정한 지연 시간만큼 오프 딜레이시켜서 지연 신호 Tds를 출력한다. 따라서, 이 지연 신호 Tds는, 단락 기간이 되면 High 레벨로 되고, 아크가 재발생하고 나서 지연 시간만큼 오프 딜레이하여 Low 레벨이 되는 신호이다. 전압 설정 회로 VR은, 아크 기간 중 용접 전압을 설정하기 위한 미리 정한 전압 설정 신호 Vr을 출력한다. 전류 오차 증폭 회로 EI는, 상기 전류 제어 설정 신호 Icr(+)와 상기 제1 용접 전류 검출 신호 Id1(-)의 오차를 증폭하여, 전류 오차 증폭 신호 Ei를 출력한다. 전압 오차 증폭 회로 EV는, 상기 전압 설정 신호 Vr(+)와 상기 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1(-)의 오차를 증폭하여, 전압 오차 증폭 신호 Ev를 출력한다. 제어 전환 회로 SW는, 상기 전류 오차 증폭 신호 Ei, 상기 전압 오차 증폭 신호 Ev 및 상기 지연 신호 Tds를 입력으로 하여, 지연 신호 Tds가 High 레벨(단락 개시로부터 아크가 재발생하여 지연 시간이 경과할 때까지의 기간)일 때는 전류 오차 증폭 신호 Ei를 오차 증폭 신호 Ea로서 출력하고, Low 레벨(아크)일 때는 전압 오차 증폭 신호 Ev를 오차 증폭 신호 Ea로서 출력한다. 이 회로에 의해, 단락 기간+지연 기간 중에는 정전류 제어로 되고, 그 이외의 아크 기간 중에는 정전압 제어로 된다.

송급 속도 설정 회로 FR은, 미리 정한 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다. 제1 송급 제어 회로 FC1은, 이 송급 속도 설정 신호 Fr을 입력으로 하여, 이 설정값에 상당하는 송급 속도로 제1 용접 와이어(11)를 송급하기 위한 제1 송급 제어 신호 Fc1을 상기 제1 송급기 FD1에 출력한다.

도 3은 도 2의 제1 용접 전원 PS1에서의 각 신호의 타이밍차트이다. 도 3의 (A)는 제1 용접 전류 Iw1의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (B)는 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (C)는 수축 검출 신호 Nd의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (D)는 구동 신호 Dr의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (E)는 지연 신호 Tds의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (F)는 전류 제어 설정 신호 Icr의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (G)는 제2 용접 전류 Iw2의 시간 변화를 나타낸다. 도 3은 상술한 도 9와 대응하고 있고, 제1 용접 와이어(11)의 단락 기간과 제2 용접 와이어(12)의 단락 기간이 겹쳐져 있는 경우다. 도 3의 (G)에 나타내는 제2 용접 전류 Iw2의 파형은, 도 9의 (C)에 나타내는 파형과 동일하다. 즉, 제1 용접 와이어(11)가 단락 상태에 있고, 수축을 플러스로 검출하고자 하는 기간에 있어서, 제2 용접 전류 Iw2가 급감한 경우다. 이하, 도 3을 참조하여 설명한다.

(1) 시각 t1의 단락 발생으로부터 시각 t2의 수축 검출 시점까지의 동작

시각 t1에 있어서 제1 용접 와이어(11)가 워크(2)와 접촉하면 단락 상태가 되어, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1은 수V 정도의 단락 전압값으로 급감한다. 이 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1이 단락/아크 판별값 Vta 미만이 된 것을 판별하여, 도 3의 (E)에 도시한 바와 같이, 지연 신호 Tds는 Low 레벨로부터 High 레벨로 변화한다. 이에 따라서, 도 3의 (F)에 도시한 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr은 시각 t1에 있어서 미리 정한 고레벨 전류 설정값으로부터 작은 값인 미리 정한 초기 전류 설정값으로 변화한다. 시각 t1 내지 t11의 미리 정한 초기 기간 중에는 상기 초기 전류 설정값으로 되고, 시각 t11 내지 t12의 기간 중에는 미리 정한 단락 시 경사로 상승하고, 시각 t12 내지 t2의 기간 중에는 미리 정한 피크 설정값으로 된다. 단락 기간 중에는 상술한 바와 같이 정전류 제어되고 있으므로 제1 용접 전류 Iw1은 전류 제어 설정 신호 Icr에 상당하는 값으로 제어된다. 이 때문에, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t1에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 급감하고, 시각 t1 내지 t11의 초기 기간 중에는 초기 전류값으로 되고, 시각 t11 내지 t12의 기간 중에는 단락 시 경사로 상승하고, 시각 t12 내지 t2의 기간 중에는 피크값으로 된다. 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이, 수축 검출 신호 Nd는, 후술하는 시각 t2 내지 t3의 기간은 High 레벨로 되고, 그 이외의 기간은 Low 레벨로 된다. 도 3의 (D)에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Dr은, 후술하는 시각 t2 내지 t21의 기간은 Low 레벨로 되고, 그 이외의 기간은 High 레벨로 된다. 따라서, 도 3에 있어서 시각 t2 이전의 기간 중에는, 구동 신호 Dr은 High 레벨로 되고, 도 2의 트랜지스터 TR이 온 상태로 되므로, 감류 저항기 R은 단락되어 통상의 소모 전극 아크 용접 전원과 동일한 상태로 된다.

도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1은, 제1 용접 전류 Iw1이 피크값으로 되는 시각 t12 부근으로부터 상승한다. 이것은, 용적에 수축이 점차적으로 형성되기 때문이다. 시각 t12로부터의 기간이 수축을 검출하는 기간으로 된다. 이 수축을 검출하는 기간에 있어서는, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 피크값으로 대략 일정값이다. 그러나, 도 3의 (G)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 시각 t13에 있어서 수축이 검출되었기 때문에 전류는 급감하고 있다. 이 결과, 상술한 (11)식에 있어서, L·dIg/dt=dIw1/dt+dIw2/dt에 대해서는, dIw1/dt는 작은 값이며, dIw2/dt는 마이너스의 큰 값으로 된다. 여기서, 상술한 (21)식에 의해, Vf1=Vd1-L·dIg/dt=(Vw1+L·dIg/dt)-dIg/dt=Vw2로 되어, 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압을 캔슬할 수 있다. 이 때문에, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1은, 수축의 형성에 따라 시각 t12로부터 점차적으로 상승하고, 시각 t13에 있어서 제2 용접 전류 Iw2의 급감에 수반하여 발생한 전압은 캔슬되므로 상승을 계속하게 된다.

시각 t2에 있어서, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1이 급상승하여 초기 기간 중 전압값으로부터의 전압 상승값 ΔV가 미리 정한 수축 검출 기준값 Vtn과 똑같아지는 것에 의해 수축을 검출하면, 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이, 수축 검출 신호 Nd는 High 레벨로 변화한다. 이에 따라서, 도 3의 (D)에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Dr은 Low 레벨이 되므로, 도 2의 트랜지스터 TR은 오프 상태로 되어 감류 저항기 R이 통전로에 삽입된다. 동시에, 도 3의 (F)에 도시한 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr은 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값으로 작아진다. 이 때문에, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 피크값으로부터 저레벨 전류값 Il로 급감한다. 그리고, 시각 t21에 있어서 제1 용접 전류 Iw1이 저레벨 전류값 Il까지 감소하면, 도 3의 (D)에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Dr은 High 레벨로 되돌아가므로, 도 2의 트랜지스터 TR은 온 상태로 되어 감류 저항기 R은 단락된다. 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 전류 제어 설정 신호 Icr이 저레벨 전류 설정 신호 Ilr인 상태 그대로이므로, 시각 t3의 아크 재발생까지는 저레벨 전류값 Il을 유지한다. 따라서, 트랜지스터 TR은, 시각 t2에 수축이 검출되고 나서 시각 t21에 제1 용접 전류 Iw1이 저레벨 전류값 Il로 감소할 때까지의 기간만 오프 상태로 된다. 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1은, 제1 용접 전류 Iw1이 작아지므로 시각 t2로부터 일단 감소한 후에 급상승한다.

시각 t3에 있어서 제1 아크(31)가 재발생하면, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1의 값은 단락/아크 판별값 Vta 이상으로 된다. 이에 따라서, 도 3의 (F)에 도시한 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr의 값은, 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값으로부터 미리 정한 아크 시 경사로 상승하고, 상기 고레벨 전류 설정값에 도달하면 그 값을 유지한다. 도 3의 (E)에 도시한 바와 같이, 지연 신호 Tds는, 시각 t3에 아크가 재발생하고 나서 미리 정한 지연 기간 Td가 경과하는 시각 t4까지 High 레벨인 상태 그대로이다. 따라서, 용접 전원은 시각 t4까지 정전류 제어되고 있으므로, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t3으로부터 아크 시 경사로 상승하고, 고레벨 전류값에 도달하면 그 값을 시각 t4까지 유지한다. 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1은, 시각 t3 내지 t4의 지연 기간 Td 중에는 고레벨 전압값의 상태에 있다. 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이, 수축 검출 신호 Nd는, 시각 t3에 아크가 재발생하므로, Low 레벨로 변화한다.

도 3의 (E)에 도시한 바와 같이, 지연 신호 Tds가 Low 레벨로 변화한다. 이 결과, 용접 전원은 정전류 제어로부터 정전압 제어로 전환된다. 이 때문에, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 고레벨 전류값으로부터 점차적으로 감소한다. 마찬가지로, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1은 고레벨 전압값으로부터 점차적으로 감소한다.

이와 같이, 수축 검출 제어에서는, 시각 t2에 수축을 검출하면 통전로에 감류 저항기를 삽입함으로써 제1 용접 전류 Iw1을 급감시켜서, 시각 t3에 제1 아크(31)가 재발생한 시점에서의 전류값을 작은 값으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 스퍼터 발생량을 대폭 저감할 수 있다.

상술한 실시 형태 1에 의하면, 용접 전압 검출값 Vd에는, 합산한 용접 전류 Ig가 통전하는 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압값을 포함하고 있고, 합산한 용접 전류 Ig를 검출하고, 용접 전압 수정값 Vf=Vd-L·dIg/dt를 산출하고, 수축의 검출을 용접 전압 검출값 Vd에 대신해서 이 용접 전압 수정값 Vf를 사용하여 행한다. 이 용접 전압 수정값 Vf는, 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 통전하는 합산 용접 전류 Ig의 변화에 의해 발생하는 전압값을 캔슬할 수 있으므로, 진정한 용접 전압을 검출할 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 복수의 용접 전원에 의해 공통의 워크에 각각 아크를 발생시켜서 용접하고, 이들 용접 전원 중 적어도 1대는 수축 검출 제어 기능을 갖고 있으며, 공통 통전로에 통전하는 합산 용접 전류 Ig가 변화해도 수축 검출이 오동작하지 않고 정상적으로 동작할 수 있다. 이 결과, 스퍼터 발생량이 적은 고품질의 용접을 행할 수 있다.

[실시 형태 2]

실시 형태 2의 발명은, n을 2 이상의 정수로 하고, 용접 전원에 통전하는 각 용접 전류 Iw(1)…Iw(n)을 검출하고, 실시 형태 1에서의 합산한 용접 전류 Ig를 Ig=Iw(1)+…+Iw(n)에 의해 산출하는 것이다. 즉, 실시 형태 1에서의 합산 용접 전류 Ig를, 모든 용접 전원의 각 용접 전류를 검출하고, 그 합산값으로 하여 산출하는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 2대의 용접 전원을 사용해서 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도이다. 2대의 용접 전원은 모두 수축 검출 제어 기능을 내장하고 있다. 도 4는 상술한 도 1과 대응하고 있고, 동일한 구성물에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 그들 설명은 반복하지 않는다. 도 4는, 도 1의 합산 용접 전류 검출 회로 IGD, 제1 용접 전압 수정 회로 VF1, 제2 용접 전압 수정 회로 VF2, 제1 용접 전압 검출 회로 VD1 및 제2 용접 전압 검출 회로 VD2를 삭제한 것이다. 이하, 도 4를 참조하여 다른 점에 대하여 설명한다.

제1 급전 칩(61)과 지그(5) 사이의 전압을 제1 용접 전원 PS1에 입력하고, 제2 급전 칩(62)과 지그(5) 사이의 전압을 제2 용접 전원 PS2에 입력한다. 제2 용접 전원 PS2로부터의 제2 용접 전류 검출 신호 Id2가 제1 용접 전원 PS1에 입력된다. 또한, 제1 용접 전원 PS1로부터의 제1 용접 전류 검출 신호 Id1이 제2 용접 전원 PS2에 입력된다.

도 5는 도 4의 용접 장치를 구성하는 제1 용접 전원 PS1의 상세 블록도이다. 도 5는 상술한 도 2와 대응하고 있고, 동일한 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들 설명은 반복하지 않는다. 도 5는, 도 2의 제1 용접 전류 검출 회로 ID1로부터의 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 제2 용접 전원 PS2에 출력하도록 하고, 도 2의 제1 용접 전압 검출 회로 VD1을 신제1 용접 전압 검출 회로 VND1로 치환하고, 도 2의 제1 용접 전압 수정 회로 VF1을 신제1 용접 전압 수정 회로 VNF1로 치환하고, 용접 전류 합산 회로 AD를 추가한 것이다. 이하, 도 5를 참조하여 이들 블록에 대하여 설명한다.

제1 용접 전류 검출 회로 ID1은, 제1 용접 전류 Iw1을 검출하고, 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 출력한다. 이 제1 용접 전류 검출 신호 Id1은, 도 4에서 상술한 바와 같이, 제2 용접 전원 PS2에도 출력된다. 도 1과는 달리 내부에 설치된 신제1 용접 전압 검출 회로 VND1은, 제1 용접 토치(41) 내의 제1 급전 칩과 지그(5) 사이의 전압을 검출하고, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1을 출력한다.

용접 전류 합산 회로 AD는, 도 4의 제2 용접 전원 PS2로부터의 제2 용접 전류 검출 신호 Id2 및 상기 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 입력으로 하여, 이들 신호를 합산하고, 합산 용접 전류 검출 신호 Igd=Id1+Id2를 출력한다.

도 5는 용접 전원이 2대인 경우이지만, n(2 이상의 정수)대인 경우에는, 이하와 같이 하면 된다. n대의 용접 전원에 통전하는 각 용접 전류 Id(1)…Id(n)을 검출하고, 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 Igd=Id(1)+…+Id(n)에 의해 산출한다.

도 1과는 달리 내부에 설치된 신제1 용접 전압 수정 회로 VNF1은, 상기 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1 및 상기 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 입력으로 하여, 상술한 (21)식에 기초하여 제1 용접 전압 수정 신호 Vf1=Vd1-L·dIgd/dt를 연산하여 출력한다.

도 5의 제1 용접 전원 PS1에서의 각 신호의 타이밍차트는, 도 3과 마찬가지이므로, 설명은 반복하지 않는다.

상술한 실시 형태 2에서는, 실시 형태 1과는 달리 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 산출하기 때문에, 공통 통전로에 합산 용접 전류 검출 회로 IGD를 설치할 필요가 없다. 이 때문에, 설치 공정수를 저감할 수 있다. 각 용접 전원에는 원래 출력을 제어하기 위하여 용접 전류 검출 회로를 내장하고 있다. 따라서, 실시 형태 2에서는, 이 내장된 용접 전류 검출 회로를 유효하게 활용하고 있다. 이에 의해, 실시 형태 2는 실시 형태 1과 마찬가지 효과를 발휘한다.

[실시 형태 3]

실시 형태 3의 발명은, m을 1 이상의 정수로 하고, 다른 용접 전원에 통전하는 각 용접 전류 Iw(1)…Iw(m)을 검출하고, 실시 형태 1에서의 합산한 용접 전류 Ig를 Ig=Iw(1)+…+Iw(m)에 의해 산출하는 것이다. 즉, 실시 형태 1에서의 합산 용접 전류 Ig를, 다른 용접 전원의 각 용접 전류를 검출하고, 그 합산값으로 하여 산출하는 것이다. 실시 형태 2에서는 모든 용접 전원의 용접 전류를 합산하고 있었지만, 실시 형태 3에서는 자기 자신을 제외한 다른 용접 전원의 용접 전류를 합산하고 있는 점이 다르다.

실시 형태 3에 따른 용접 장치의 구성은, 상술한 도 4와 동일하므로, 설명은 반복하지 않는다.

도 6은 실시 형태 3에 따른 제1 용접 전원 PS1의 상세 블록도이다. 도 6은 상술한 도 5와 대응하고 있고, 동일한 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들 설명은 반복하지 않는다. 도 6은, 도 5의 용접 전류 합산 회로 AD를 신용접 전류 합산 회로 NAD로 치환한 것이다. 이하, 도 6을 참조하여 이 블록에 대하여 설명한다.

신용접 전류 합산 회로 NAD는, 제2 용접 전원 PS2로부터의 제2 용접 전류 검출 신호 Id2를 입력으로 하여, 합산 용접 전류 검출 신호 Igd=Id2를 출력한다.

도 6은 용접 전원이 2대인 경우(다른 용접 전원이 1대인 경우, m=1인 경우)이지만, 다른 용접 전원이 m(1 이상의 정수)대인 경우에는, 이하와 같이 하면 된다. 다른 용접 전원 m대에 통전하는 각 용접 전류 Id(1)…Id(m)을 검출하고, 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 Igd=Id(1)+…+Id(m)에 의해 산출한다.

도 6의 제1 용접 전원 PS1에서의 각 신호의 타이밍차트는, 도 3과 마찬가지이므로, 설명은 반복하지 않는다.

상술한 실시 형태 3에서는, 실시 형태 2와는 달리 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 산출하기 때문에, 자기 자신의 용접 전류를 제외한 다른 용접 전원을 통전하는 용접 전류를 합산하고 있다. 이에 의해, 용접 전류 합산 회로의 입력 신호를 적게 할 수 있으므로, 회로가 심플해진다. 수축을 검출하는 기간에 있어서는, 자기 자신의 용접 전류는 피크값으로 일정한 경우가 많으므로, 이 용접 전류를 제외하더라도 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압값을 캔슬하는 효과에는 큰 차는 없다. 따라서, 실시 형태 3은 실시 형태 2와 마찬가지 효과를 발휘한다.

상술한 실시 형태 1 내지 3에 있어서는, 용접 전원이 2대인 경우를 예시했지만, 3대 이상이어도 마찬가지다. 또한, 실시 형태 1 내지 3에 있어서, 2대의 용접 전원이 모두 수축 검출 제어 기능을 갖고 있는 경우를 예시했지만, 복수의 용접 전원 중 적어도 1대가 수축 검출 제어 기능을 갖고 있으면, 수축 검출 제어 기능을 갖는 용접 전원에 대하여 본 발명을 적용할 수 있다.

11 : 제1 용접 와이어
12 : 제2 용접 와이어
2 : 워크
31 : 제1 아크
32 : 제2 아크
41 : 제1 용접 토치
42 : 제2 용접 토치
5 : 지그
61 : 제1 급전 칩
62 : 제2 급전 칩
AD : 용접 전류 합산 회로
CM : 전류 비교 회로
Cm : 전류 비교 신호
DR : 구동 회로
Dr : 구동 신호
Ea : 오차 증폭 신호
EI : 전류 오차 증폭 회로
Ei : 전류 오차 증폭 신호
EV : 전압 오차 증폭 회로
Ev : 전압 오차 증폭 신호
FC1 : 제1 송급 제어 회로
Fc1 : 제1 송급 제어 신호
Fc2 : 제2 송급 제어 신호
FD1 : 제1 송급기
FD2 : 제2 송급기
FR : 송급 속도 설정 회로
Fr : 송급 속도 설정 신호
ICR : 전류 제어 설정 회로
Icr : 전류 제어 설정 신호
ID1 : 제1 용접 전류 검출 회로
Id1 : 제1 용접 전류 검출 신호
Id2 : 제2 용접 전류 검출 신호
Ig : 합산 용접 전류
IGD : 합산 용접 전류 검출 회로
Igd : 합산 용접 전류 검출 신호
Il : 저레벨 전류값
ILR : 저레벨 전류 설정 회로
Ilr : 저레벨 전류 설정 신호
Ip : 일정한 전류
Iw1 : 제1 용접 전류
Iw2 : 제2 용접 전류
L : 공통 통전로의 인덕턴스값
m, n : 정수
NAD : 신용접 전류 합산 회로
ND : 수축 검출 회로
Nd : 수축 검출 신호
PM : 전원 주회로
PS1 : 제1 용접 전원
PS2 : 제2 용접 전원
R : 감류 저항기
SD : 단락 판별 회로
Sd : 단락 판별 신호
SW : 제어 전환 회로
Td : 지연 기간
TDS : 오프 딜레이 회로
Tds : 지연 신호
TR : 트랜지스터
Vd : 용접 전압 검출값
VD1 : 제1 용접 전압 검출 회로
Vd1 : 제1 용접 전압 검출 신호
VD2 : 제2 용접 전압 검출 회로
Vd2 : 제2 용접 전압 검출 신호
Vf : 용접 전압 수정값
VF1 : 제1 용접 전압 수정 회로
Vf1 : 제1 용접 전압 수정 신호
VF2 : 제2 용접 전압 수정 회로
Vf2 : 제2 용접 전압 수정 신호
VND1 : 신제1 용접 전압 검출 회로
VNF1 : 신제1 용접 전압 수정 회로
Vp : 일정한 전류를 통전했을 때의 전압값
VR : 전압 설정 회로
Vr : 전압 설정 신호
Vta : 단락/아크 판별값
VTN : 수축 검출 기준값 설정 회로
Vtn : 수축 검출 기준(값/신호)
Vw1 : 제1 용접 전압
Vw2 : 제2 용접 전압
ΔIp : 시상수에 해당하는 전류 감소량으로 되는 전류값
ΔV : 전압 상승값
τ : 시상수

Claims

복수의 용접 전원에 의해 공통의 워크에 각각 아크를 발생시켜서 용접하고,
상기 용접 전원 중 적어도 1대는, 단락 상태로부터 아크가 재발생하는 전조 현상인 용적의 수축을 용접 전압 검출값 Vd를 사용하여 검출하고, 이 수축을 검출하면 단락 부하에 통전하는 용접 전류를 감소시켜서 아크를 재발생시키는, 용접 전원의 수축 검출 제어 방법으로서,
상기 용접 전압 검출값 Vd에는, 합산한 용접 전류 Ig가 통전하는 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압값을 포함하고 있고,
상기 합산한 용접 전류 Ig를 검출하고, 용접 전압 수정값 Vf=Vd-L·dIg/dt를 산출하고, 상기 수축의 검출을 상기 용접 전압 검출값 Vd에 대신해서 이 용접 전압 수정값 Vf를 사용하여 행하는
것을 특징으로 하는 용접 전원의 수축 검출 제어 방법.
제1항에 있어서,
n을 2 이상의 정수로 하여, 상기 용접 전원에 통전하는 각 용접 전류 Iw(1)…Iw(n)을 검출하고, 상기 합산한 용접 전류 Ig를 Ig=Iw(1)+…+Iw(n)에 의해 산출하는
것을 특징으로 하는 용접 전원의 수축 검출 제어 방법.
제1항에 있어서,
m을 1 이상의 정수로 하여, 다른 상기 용접 전원에 통전하는 각 용접 전류 Iw(1)…Iw(m)을 검출하고, 상기 합산한 용접 전류 Ig를 Ig=Iw(1)+…+Iw(m)에 의해 산출하는
것을 특징으로 하는 용접 전원의 수축 검출 제어 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공통 통전로의 인덕턴스값 L을, 용접을 시공하기 전에 측정하여 설정하는
것을 특징으로 하는 용접 전원의 수축 검출 제어 방법.