KR102107247B1 - 아크 용접용 전원 장치 및 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법 - Google Patents

아크 용접용 전원 장치 및 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

용접 와이어의 송급 속도를 적절하게 제어하고, 아크 용접을 양호하게 행할 수 있는 아크 용접용 전원 장치(제어 방법)를 제공한다. 용접 와이어(12)의 송급 제어로서, 용접 와이어(12)의 정송중이면서 또한 송급 속도(Vft)가 변화 곡선의 감속 영역에서 단락 기간으로 전환되도록 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 주기적으로 변화시키고 있고, 그 감속 영역에서 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 조정을 행한다. 그리고, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느리다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 일단 가속을 포함하는 가속 제어를 실시하고, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빠르다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 더욱 감속시키는 감속 제어를 실시한다.

Description

아크 용접용 전원 장치 및 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법{POWER SUPPLY DEVICE FOR ARC-WELDING AND CONTROL METHOD OF POWER SUPPLY DEVICE FOR ARC-WELDING}
본 발명은, 소모 전극식의 아크 용접용 전원 장치 및 소모 전극식의 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
소모 전극식의 아크 용접에서는, 용접 와이어를 방전 전극으로 한 그 전극 선단으로부터 아크를 발생시켜 피용접물(모재)의 용접이 행해지지만, 그때, 용접 와이어는 아크에 의해 소모되기 때문에, 그 소모에 따라 용접 와이어의 송급을 행하면서 용접이 행해지고 있다. 또한, 이 소모 전극식의 아크 용접에서는, 용접 와이어가 피용접물에 접촉하는 단락 기간과, 용접 와이어가 피용접물로부터 이격해서 아크를 발생시키는 아크 기간이 교대로 발생하도록 하고 있지만, 아크 용접을 적절하게 행하기 위해서 각 기간에 따라, 용접 와이어의 전진(정송)과 후퇴(역송)가 반복되고 있다 (예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 특허 출원 제4807474호 공보
그런데, 용접 시에 있어서는, 예를 들어 용접 토치의 변위나 피용접물의 표면 상태 등, 용접 토치와 피용접물의 거리는 상대적으로 변화한다. 즉, 용접 와이어로의 급전을 행하는 용접 토치의 급전 칩과 피용접물 사이의 거리, 소위 칩 모재 사이 거리가 변화하는 경우가 있기 때문에, 이에 맞춰 용접 와이어의 정송·역송의 송급 속도를 변화시킬 필요가 있다.
예를 들어, 칩 모재 사이 거리가 줄어든 상황에 있어서 용접 와이어의 정송 속도가 빠르면, 용접 와이어가 피용접물과 접촉한 후에 가일층의 정송 동작이 행해져 용접 와이어가 버클링될 우려가 있다. 칩 모재 사이 거리가 늘어나는 상황에 있어서 용접 와이어의 정송 속도가 느리면, 용접 와이어의 선단과 피용접물이 이격해서 아크 끊김이 발생할 우려가 있다. 이렇게 칩 모재 사이 거리 변화에 대응해서 용접 와이어의 송급 속도를 적절하게 조정하지 않으면, 용접 성능이 저하되거나, 경우에 따라서는 용접의 계속에 지장을 초래하거나 할 우려가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 용접 와이어의 송급 속도를 적절하게 제어하여, 아크 용접을 양호하게 행할 수 있는 아크 용접용 전원 장치 및 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하는 아크 용접용 전원 장치는, 용접 와이어를 방전 전극으로 한 그 전극 선단에서 아크를 발생시켜 피용접물의 아크 용접을 행하기 위해, 아크 용접에 걸리는 단락 기간과 아크 기간의 각 기간에 적합한 출력 전력으로 조정하는 출력 제어부와, 상기 용접 와이어의 아크에 의한 소모에 더하여 아크 용접에 걸리는 단락 기간과 아크 기간의 주기적 변화를 발생시키기 위해 상기 용접 와이어의 정역송을 포함하는 그 송급 속도를 주기적으로 변화시키는 송급 제어부를 구비한 아크 용접용 전원 장치이며, 상기 각 기간에 대한 상기 용접 와이어의 송급 속도 동기 어긋남을 판정하는 동기 어긋남 판정부를 더 구비하고, 상기 송급 제어부는, 상기 용접 와이어의 정송중이면서 또한 송급 속도가 감속 영역에서 상기 단락 기간으로 전환되기 위해 상기 용접 와이어의 송급 속도를 주기적으로 변화시키고 있고, 그 감속 영역에서 상기 용접 와이어의 송급 속도의 조정을 행하는 것이며, 상기 동기 어긋남 판정부에서 상기 용접 와이어의 송급 속도가 느리다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 일단 가속을 포함하는 가속 제어를 실시하고, 상기 동기 어긋남 판정부에서 상기 용접 와이어의 송급 속도가 빠르다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 더욱 감속시키는 감속 제어를 실시한다.
이 구성에 의하면, 용접 와이어의 송급 제어로서, 용접 와이어의 정송중이면서 또한 송급 속도가 감속 영역에서 단락 기간으로 전환되도록 용접 와이어의 송급 속도를 주기적으로 변화시키고 있고, 그 감속 영역에서 용접 와이어의 송급 속도의 조정이 행해진다. 그리고, 용접 와이어의 송급 속도가 느리다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 일단 가속을 포함하는 가속 제어가 실시되고, 용접 와이어의 송급 속도가 빠르다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 더욱 감속시키는 감속 제어가 실시된다. 즉, 용접 토치의 급전 칩과 피용접물 사이의 거리, 소위 칩 모재 사이 거리가 변화하는 등의 용접 환경 변화가 발생하고, 용접 와이어의 송급 속도가 느린 상황이 되었을 때에는 가속 제어로서 용접 와이어의 송급 속도가 감속으로부터 일단 가속으로 바뀌고, 용접 와이어의 송급 속도가 빠른 상황이 되었을 때에는 감속 제어로서 용접 와이어의 송급 속도가 감속 영역의 더욱 감속 측으로 바뀌기 때문에, 각각의 상황에 있어서 빨리 원하는 속도로 근사시키는 것이 가능하게 된다.
또한 상기의 아크 용접용 전원 장치에 있어서, 상기 동기 어긋남 판정부는, 상기 단락 기간으로 전환되어야 할 본래의 시각과 실제의 시각의 어긋남이 허용 범위를 초과하는 경우, 상기 용접 와이어의 송급 속도 동기 어긋남이 발생하고 있다고 판정하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 용접 와이어의 송급 속도 동기 어긋남이 발생하고 있는지에 대한 판정이, 단락 기간으로 전환되어야 할 본래의 시각과 실제의 시각의 어긋남에 기초해서 행해진다. 즉, 용접 와이어의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 시간 계시에 의해 용이하게 행해진다.
또한 상기의 아크 용접용 전원 장치에 있어서, 상기 송급 제어부는, 상기 용접 와이어의 송급 속도를 주기적인 변화 곡선을 따라 변화시키는 것으로, 상기 가속 제어 시에는 상기 변화 곡선상의 가속 영역의 동일 속도가 될 때까지 상기 변화 곡선의 위상을 조정하여 그 가속 영역의 변화 곡선을 사용하는 제어를 실시하고, 상기 감속 제어 시에는 상기 변화 곡선상의 감속 영역의 더욱 감속 측으로 되도록 상기 변화 곡선의 위상을 조정하여 더욱 감속 측의 변화 곡선을 사용하는 제어를 실시하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 용접 와이어의 송급 속도를 주기적인 변화 곡선을 따라 변화시키는 송급 제어가 행해지고, 용접 와이어의 송급 속도가 느린 상황에서의 가속 제어 시에는, 그 변화 곡선상의 가속 영역의 동일 속도가 될 때까지 변화 곡선의 위상이 조정되어 그 가속 영역의 변화 곡선이 사용된다. 또한 용접 와이어의 송급 속도가 빠른 상황에서의 감속 제어 시에는, 그 변화 곡선상의 감속 영역의 더욱 감속 측으로 되도록 변화 곡선의 위상이 조정되어 더욱 감속 측의 변화 곡선이 사용된다. 즉, 용접 와이어의 송급 속도를 그때마다 설정하기 위한 주기적인 변화 곡선의 위상 조정에 의한 제어이기 때문에, 용접 와이어의 송급 제어의 간략화에 공헌한다.
또한 상기의 아크 용접용 전원 장치에 있어서, 상기 송급 제어부는, 상기 용접 와이어의 송급 속도를 주기적인 변화 곡선을 따라 변화시키는 것이며, 상기 가속 제어 시에는 일단 가속시킨 후에 상기 변화 곡선의 진폭을 크게 하여 그 진폭대의 변화 곡선을 사용하는 제어를 실시하고, 상기 감속 제어 시에는 상기 변화 곡선의 진폭을 작게 하여 그 진폭소의 변화 곡선을 사용하는 제어를 실시하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 용접 와이어의 송급 속도를 주기적인 변화 곡선을 따라 변화시키는 송급 제어가 행해지고, 용접 와이어의 송급 속도가 느린 상황에서의 가속 제어 시에는, 일단 가속시킨 후에 그 변화 곡선의 진폭이 커져 그 진폭대의 변화 곡선이 사용된다. 또한 용접 와이어의 송급 속도가 빠른 상황에서의 감속 제어 시에는, 그 변화 곡선의 진폭이 작아져 그 진폭소의 변화 곡선이 사용된다. 즉, 용접 와이어의 송급 속도를 그때마다 설정하기 위한 주기적인 변화 곡선의 진폭 조정에 의한 제어이기 때문에, 용접 와이어의 송급 제어의 간략화에 공헌한다.
또한 상기 과제를 해결하는 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법은, 용접 와이어를 방전 전극으로 한 그 전극 선단에서 아크를 발생시켜 피용접물의 아크 용접을 행하기 위해, 아크 용접에 걸리는 단락 기간과 아크 기간의 각 기간에 적합한 출력 전력으로 조정하는 출력 제어와, 상기 용접 와이어의 아크에 의한 소모에 더해 아크 용접에 걸리는 단락 기간과 아크 기간의 주기적 변화를 발생시키기 위해 상기 용접 와이어의 정역송을 포함하는 그 송급 속도를 주기적으로 변화시키는 송급 제어를 실시하는 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법으로, 상기 용접 와이어의 정송중이면서 또한 송급 속도가 감속 영역에서 상기 단락 기간으로 전환되기 위해 상기 용접 와이어의 송급 속도를 주기적으로 변화시키고 있고, 그 감속 영역에서 상기 용접 와이어의 송급 속도의 조정을 행하는 것이며, 상기 각 기간에 대한 상기 용접 와이어의 송급 속도 동기 어긋남을 판정하는 동기 어긋남 판정을 행하고, 상기 용접 와이어의 송급 속도가 느리다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 일단 가속을 포함하는 가속 제어를 실시하고, 상기 용접 와이어의 송급 속도가 빠르다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 더욱 감속시키는 감속 제어를 실시한다.
이 구성에 있어서도 상기와 마찬가지로, 용접 토치의 급전 칩과 피용접물 사이의 거리, 소위 칩 모재 사이 거리가 변화하는 등의 용접 환경 변화가 발생하고, 용접 와이어의 송급 속도가 느린 상황이 되었을 때에는 가속 제어로서 용접 와이어의 송급 속도가 감속으로부터 일단 가속으로 바뀌고, 용접 와이어의 송급 속도가 빠른 상황이 되었을 때에는 감속 제어로서 용접 와이어의 송급 속도가 감속 영역의 더욱 감속 측으로 바뀌기 때문에, 각각의 상황에 있어서 빨리 원하는 속도로 근사시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 아크 용접용 전원 장치 및 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법에 의하면, 용접 와이어의 송급 속도를 적절하게 제어하여, 아크 용접을 양호하게 행할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 있어서의 아크 용접기(아크 용접용 전원 장치)의 구성도이다.
도 2는 제1 실시 형태의 제어 형태를 설명하기 위한 파형도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 제어 형태를 설명하기 위한 파형도이다.
도 4는 제2 실시 형태의 제어 형태를 설명하기 위한 파형도이다.
도 5는 제2 실시 형태의 제어 형태를 설명하기 위한 파형도이다.
(제1 실시 형태)
이하, 아크 용접용 전원 장치 및 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법의 제1 실시 형태를 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 아크 용접기(10)로서는, 아크 용접에 적합한 출력 전력을 생성하는 아크 용접용 전원 장치(11)와 함께, 아크를 발생시키는 방전 전극으로서의 용접 와이어(12)로의 급전 및 그 보유 지지를 행하는 용접 토치(13)와, 용접 와이어(12)의 송급을 행하는 송급 장치(14)와, 용접 와이어(12)가 권장되는 와이어 스탠드(15)를 구비하고 있다.
용접 토치(13)는, 전원 장치(11)와 파워 케이블(16)을 통해 접속되고, 전원 장치(11)로부터 전력 공급을 받는다. 용접 토치(13)는, 용접 와이어(12)로의 급전을 행하는 급전 칩(13a)을 구비하고 있다. 급전 칩(13a)은, 용접 와이어(12)의 송급 동작을 허용하면서, 전원 장치(11)에서 생성된 출력 전력을 용접 와이어(12)에 공급하기 위해 전기적으로 접촉하고 있다. 이러한 용접 토치(13)는, 용접 와이어(12)[급전 칩(13a)] 측이 피용접물(모재)(M)에 대향하도록 배치되어 사용된다.
송급 장치(14)는, 구동원으로서 모터(14a)를 구비하고, 용접 와이어(12)의 와이어 스탠드(15)로부터의 인출 및 용접 토치(13)로의 송출을 그 모터(14a)의 구동에 의해 행하고 있다. 방전 전극인 용접 와이어(12)는 아크의 발생에 따라 소모되기 때문에, 송급 장치(14)는 용접 와이어(12)의 소모를 보충하기 위해 용접 와이어(12)의 송급을 행하고 있다. 또한, 이 용접 와이어(12)의 송급에 있어서는, 단순한 일방향·일정 속도의 송급 형태가 아니고, 전진(정송)이나 후퇴(역송), 나아가 그때마다의 송급 속도(Vft)도 변경하여 행해지고 있다. 이러한 송급 장치(14)[ 모터(14a)]는, 전원 장치(11) 내의 제어 회로(20)에 의해 제어되고, 용접 와이어(12)의 송급 동작에 있어서의 정송과 역송의 전환[모터(14a)의 정역 회전]이나, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)[모터(14a)의 회전 속도] 등이 제어된다.
아크 용접용 전원 장치(11)는, CPU를 포함하여 구성되는 제어 회로(20)를 구비하고 있다. 제어 회로(20)는, 아크 용접을 위한 출력 전력을 생성하는 출력 제어부(20a), 단락·아크 기간(Ts, Ta)을 검출하는 기간 검출부(20b), 용접 와이어(12)의 송급 동작을 제어하는 송급 제어부(20c) 및 용접 와이어(12)의 송급 속도 동기 어긋남이 발생했는지를 판정하는 동기 어긋남 판정부(20d) 등을 구비하고, 이들에 의해 아크 용접을 적절하게 행하기 위한 제어를 행하고 있다.
여기서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시 형태와 같은 소모 전극식의 아크 용접기(10)에서는, 용접 와이어(12)가 피용접물(M)에 접촉하는 단락 기간(Ts)과, 용접 와이어(12)가 피용접물(M)로부터 이격해서 아크를 발생시키는 아크 기간(Ta)을 교대로 발생시키고 있다. 제어 회로(20)는, 단락 기간(Ts)과 아크 기간(Ta)이 적절하게 발생하도록, 출력 제어부(20a)에 의한 출력 전력[출력 전압(Vw), 출력 전류(Iw)]의 조정이나, 송급 제어부(20c)에 의한 용접 와이어(12)의 송급 방향 및 송급 속도(Vft)의 조정을 행하고 있다. 그때, 제어 회로(20)는, 기간 검출부(20b)에 의한 전원 장치(11)의 출력 전압(Vw)의 검출에 기초하여 단락 기간(Ts)과 아크 기간(Ta)을 검출하고 있다.
그런데, 용접 토치(13)의 급전 칩(13a)과 피용접물(M) 사이의 상대적 거리, 소위 칩 모재 사이 거리 L 등, 용접 환경은 변화한다. 이 경우, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 그 거리 L에 따라 변경하지 않으면, 아크 용접에 있어서의 단락 기간(Ts)과 아크 기간(Ta)의 주기적인 발생에 악영향을 주어, 아크 용접을 적절하게 행할 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 제어 회로(20)는, 출력 전력의 조정과 함께, 용접 와이어(12)의 송급 방향 및 송급 속도(Vft)의 조정을 그때마다 행하고 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 칩 모재 사이 거리 L에 변화가 발생하기 전(시각 A1, A2 이전)의 상황에서는, 출력 전압(아크 전압)(Vw)이나 출력 전류(용접 전류)(Iw)로부터 알 수 있는 단락 기간(Ts)과 아크 기간(Ta)의 변화에 대하여, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)는 정부(정역송)도 포함시킨 정현파 형상의 변화 곡선(Xa)상에서 변화시키고 있다. 환언하면, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 정현파 형상의 변화 곡선(Xa) 상에서 변화시켜, 단락 기간(Ts)과 아크 기간(Ta)을 주기적으로 발생시키고 있다.
용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)는, 일정한 정의 송급 속도(Vf1)에 송급 속도의 주파수 성분 Va가 중첩되어 설정되어 있다. 송급 속도(Vft)가 제로보다 커지는 정의 영역에서는, 용접 와이어(12)를 전진시키는 정송이며, 송급 속도(Vft)가 제로보다 작아지는 부의 영역에서는, 용접 와이어(12)를 후퇴시키는 역송이다. 아크 기간(Ta)의 중기로부터 단락 기간(Ts)의 후기에 걸쳐서는 용접 와이어(12)의 정송의 송급이 이루어지고, 단락 기간(Ts)의 후기로부터 아크 기간(Ta)의 중기에 걸쳐서는 용접 와이어(12)의 역송의 송급이 이루어진다.
칩 모재 사이 거리 L의 변화 등이 발생하고 있지 않은 정상 시에서는, 다른 용접 환경이 변화하지 않으면 단락 기간(Ts)으로 전환되는 시각 t1, t2…은 대략 동일한 시간 간격이다. 또한 이 정상 시에서는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 정송중의 가속으로부터 약간 감속으로 바뀐 소정 속도(Vfa)(주파수 성분은 Va1)가 되는 시각 t1, t2…에서 단락 기간(Ts)으로 전환되는 것이 바람직하다.
이에 대해, 예를 들어 칩 모재 사이 거리 L에 변화가 발생한 경우, 도 2와 같이 단락 기간(Ts)으로 전환되어야 할 본래의 시각(t3)보다도 늦은 시각(t3a)에서 단락으로 전환되거나, 도 3과 같이 본래의 시각(t3)보다도 빠른 시각(t3b)에서 단락으로 전환되거나 한다.
예를 들어 도 2와 같이, 칩 모재 사이 거리 L이 거리 L0으로부터 거리 Lh까지 늘어났을 경우에 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 정상 시의 설정 상태이면, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 본래의 시각(t3)이 되었을 때에 아직 단락이 발생하고 있지 않은 상황이 된다. 즉, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 실제의 시각(t3a)이 본래의 시각(t3)보다도 늦어지기 때문에, 실제로 단락 기간(Ts)으로 전환되는 시각(t3a)에서는 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느려지는 경향이 있다. 이 경우에서는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 가속시킬 필요가 있다.
또한 예를 들어 도 3과 같이, 칩 모재 사이 거리 L이 거리 L0으로부터 거리 Ll까지 줄어들었을 경우에 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 정상 시의 설정 상태 이면, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 본래의 시각(t3)이 되기 전에 단락이 발생하는 상황이 된다. 즉, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 실제의 시각(t3b)이 본래의 시각(t3)보다도 빨라지기 때문에, 실제로 단락 기간(Ts)으로 전환되는 시각(t3b)에서는 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빨라지는 경향이 있다. 이 경우에서는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 감속시킬 필요가 있다.
이것을 근거로 하여, 본 실시 형태의 제어 회로(20)는, 우선, 아크 기간(Ta)으로부터 단락 기간(Ts)으로 전환되는 실제의 시각(t3a, t3b)을 인식하여, 단락 기간(Ts)으로 전환되어야 할 본래의 시각(t3)과의 어긋남이 허용 범위 내인지를 판정한다. 이 본래의 시각(t3)은, 미리 정한 것이어도, 앞의 단락 기간(Ts)의 전환 등으로부터 그때마다 설정하는 것이어도 된다.
이어서, 본 실시 형태의 동작(작용)에 대해서 설명한다.
「칩 모재 사이 거리 L에 변화 없음」
단락 기간(Ts)이 전환되는 실제의 시각(t1,t2)의 어긋남이 허용 범위 내인 경우, 제어 회로(20)의 동기 어긋남 판정부(20d)는 칩 모재 사이 거리 L의 변화가 거의 발생하고 있지 않아 현상의 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 적절(동기하고 있다)하다고 판정하고, 송급 제어부(20c)는 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 변화 형태[변화 곡선(Xa)]를 유지한다.
「칩 모재 사이 거리 L이 늘어났을 경우」
도 2에 나타내는 바와 같이, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 실제의 시각(t3a)와 본래의 시각(t3)의 어긋남이 허용 범위를 초과하고, 실제의 시각(t3a)이 본래의 시각(t3)보다도 느린 경우, 동기 어긋남 판정부(20d)는 칩 모재 사이 거리 L이 늘어나 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느리다고 판정하고, 송급 제어부(20c)는 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 변화 곡선(Xa)의 위상을 α1만큼 느리게 한다. 그때, 정상 시의 본래의 시각(t3)에서는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 정송중의 감속 영역(X2)의 소정 속도(Vfa)가 되기 때문에, 정송중의 가속 영역(X1)에서의 동일한 속도(Vfa)가 되는 변화 곡선(Xa) 상까지 위상이 α1만큼 느려진다. 따라서, 칩 모재 사이 거리 L이 늘어나면 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느려지는 경향이 되지만, 시각(t3) 이후는 그 속도 저하가 억제되고, 오히려 본 실시 형태에서는 속도가 일단 상승되기 때문에, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vfa)가 빨리 원하는 속도에 근사하도록 되어 있다 (가속 제어).
계속해서, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 실제의 시각(t3a)이 되면, 송급 제어부(20c)는, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 정규의 속도, 즉 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 정송중의 감속 영역(X2)의 소정 속도(Vfa)가 되는 변화 곡선(Xa) 상까지 위상이 α2만큼 진행된다. 또한, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 변화 곡선(Xa)을 위상 α1만큼 느리게 하고, 다시 감속 영역(X2)의 속도(Vfa)에 도달해도 여전히 단락 기간(Ts)으로 전환되지 않는(실제의 시각(t3a)이 도래하지 않는) 경우, 송급 제어부(20c)는 그 1군데에서 다시 변화 곡선(Xa)의 위상을 α1만큼 느리게 한다.
또한, 송급 제어부(20c)는, 칩 모재 사이 거리 L의 변화 직후의 1군데에 있어서 상기의 위상 조정을 행하는 것만으로, 이후에 있어서 거리 L의 변화가 없으면 위상 조정을 행하지 않는다. 또한, 위상 조정 후에 거리 L이 다시 변화된 경우에서는, 그 변화 직후에 상기의 위상 조정이 행해진다. 즉, 1도의 거리 L의 변화에 대하여 직후 1군데에서 위상 조정이 행해진다.
이렇게 칩 모재 사이 거리 L이 늘어나는 상황에서는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 상기 위상 조정에 의해, 결과적으로 용접 와이어(12)의 급전 칩(13a)으로부터의 돌출 길이가 거리 L의 늘어난 부분만큼 길어져, 와이어(12)의 선단과 피용접물(모재)(M)의 간격이 대략 유지되도록 조정하고 있다.
「칩 모재 사이 거리 L이 줄어들었을 경우」
도 3에 나타내는 바와 같이, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 실제의 시각(t3b)과 본래의 시각(t3)의 어긋남이 허용 범위를 초과하여, 실제의 시각(t3b)이 본래의 시각(t3)보다도 빠를 경우, 동기 어긋남 판정부(20d)는 칩 모재 사이 거리 L이 줄어들어 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빠르다고 판정하고, 송급 제어부(20c)는 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 변화 곡선(Xa)의 위상을 α3만큼 빠르게 한다. 즉, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 정규 속도, 즉 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 정송중의 감속 영역(X2)의 소정의 속도(Vfa)가 되는 변화 곡선(Xa) 상까지 위상이 α3만큼 진행된다. 따라서, 칩 모재 사이 거리 L이 줄어들면 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빨라지는 경향이 되지만, 시각(t3b) 이후는 그 속도 저하가 더욱 진행되어, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vfa)가 빨리 원하는 속도에 근사하도록 되어 있다 (감속 제어).
또한, 송급 제어부(20c)는, 칩 모재 사이 거리 L이 늘어났을 때와 마찬가지로, 거리 L의 변화 직후의 1군데에 있어서 상기의 위상 조정을 행하는 것만으로, 이후에 있어서 거리 L의 변화가 없으면 위상 조정을 행하지 않는다. 즉, 이 칩 모재 사이 거리 L이 줄어든 경우에 있어서도, 1도의 거리 L의 변화에 대하여 직후에 1군데에서 위상 조정이 행해진다.
이렇게 칩 모재 사이 거리 L이 줄어드는 상황에 있어서도, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 상기 위상 조정에 의해, 결과적으로 용접 와이어(12)의 급전 칩(13a)으로부터의 돌출 길이가 거리 L이 줄어든 부분만큼 짧아져, 와이어(12)의 선단과 피용접물(모재)(M)의 간격이 대략 유지되도록 조정하고 있다.
이어서, 본 실시 형태의 특징적인 효과를 기재한다.
(1) 용접 와이어(12)의 송급 제어로서, 용접 와이어(12)의 정송중이면서 또한 송급 속도(Vft)가 변화 곡선(Xa)의 감속 영역(X2)에서 단락 기간(Ts)으로 전환되도록 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 주기적으로 변화시키고 있고, 그 감속 영역(X2)에서 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 조정이 행해진다. 그리고, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느리다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 일단 가속을 포함하는 가속 제어가 실시되고(도 2), 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빠르다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 더욱 감속시키는 감속 제어가 실시된다(도 3). 즉, 용접 토치(13)의 급전 칩(13a)과 피용접물(M) 사이의 거리(칩 모재 사이 거리 L)가 변화하는 등의 용접 환경 변화가 발생하고, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느린 상황이 되었을 때에는 가속 제어로서 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 감속으로부터 일단 가속으로 바뀌고, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빠른 상황이 되었을 때에는 감속 제어로서 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 감속 영역(X2)의 더욱 감속 측으로 바뀌기 때문에, 각각의 상황에 있어서 빨리 원하는 속도로 근사시킬 수 있어, 아크 용접을 양호하게 행할 수 있다.
또한, 칩 모재 사이 거리 L의 변화에 대한 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 조정을 중심으로 설명했지만, 칩 모재 사이 거리 L 이외의 용접 환경 변화에 대한 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 조정도 행해진다.
(2) 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 동기 어긋남이 발생하고 있는지에 대한 판정이, 단락 기간(Ts)으로 전환되어야 할 본래의 시각(t3)과 실제의 시각(t3a, t3b)의 어긋남에 기초해서 행해진다. 즉, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 동기 어긋남의 판정을 시간 계시에 의해 용이하게 행할 수 있다.
(3) 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 주기적인 변화 곡선(Xa)을 따라 변화시키는 송급 제어가 행해지고, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느린 상황에서의 가속 제어 시에는, 그 변화 곡선(Xa) 상의 가속 영역(X1)의 동일 속도(Vfa)가 될 때까지 변화 곡선(Xa)의 위상이 조정되어 그 가속 영역(X1)의 변화 곡선(Xa)이 사용된다. 또한 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빠른 상황에서의 감속 제어 시에는, 그 변화 곡선(Xa) 상의 감속 영역(X2)의 더욱 감속 측으로 되도록 변화 곡선(Xa)의 위상이 조정되어 더욱 감속 측의 변화 곡선(Xa)이 사용된다. 즉, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 그때마다 설정하기 위한 주기적인 변화 곡선(Xa)의 위상 조정에 의한 제어이기 때문에, 용접 와이어(12)의 송급 제어의 간략화에 공헌한다. (제2 실시 형태)
이하, 아크 용접용 전원 장치 및 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법의 제2 실시 형태를 설명한다.
본 실시 형태에서는, 제어 회로(20)의 송급 제어부(20c)에서의 제어 형태가 앞의 제1 실시 형태와 상이하다. 제1 실시 형태에서는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 변화 곡선(Xa)의 위상 조정(진폭 고정)을 행한 것에 대해, 본 실시 형태에서는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 변화 곡선(Xa)의 진폭 조정(위상 고정)을 행하는 제어 형태로 되어 있다.
「칩 모재 사이 거리 L이 늘어났을 경우」
도 4에 나타내는 바와 같이, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 실제의 시각(t3a)와 본래의 시각(t3)의 어긋남이 허용 범위를 초과하고, 실제의 시각(t3a)이 본래의 시각(t3)보다도 느린 경우, 동기 어긋남 판정부(20d)는 칩 모재 사이 거리 L이 늘어나 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느리다고 판정하고, 송급 제어부(20c)는 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 변화 곡선(Xa)의 진폭을 크게 한 변화 곡선(Xb) 상에서 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 변화시킨다. 그때, 정상 시의 본래의 시각(t3)에서는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 정송중의 감속 영역(X2)의 소정 속도(Vfa)가 되기 때문에, 정송중의 가속 영역(X1)에서의 동일한 속도(Vfa)가 되는 변화 곡선(Xb) 상에서 다시 변화시킨다. 따라서, 칩 모재 사이 거리 L이 늘어나면 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느려지는 경향이 되지만, 본 실시 형태에 있어서도 시각(t3) 이후는 그 속도 저하가 억제되고, 오히려 본 실시 형태에서도 속도가 일단 상승하기 때문에, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vfa)가 빨리 원하는 속도에 근사하도록 되고 있다 (가속 제어).
계속해서, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 실제의 시각(t3a)이 되면, 송급 제어부(20c)는 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 예를 들어 송급 속도(Vf1)까지 진폭이 큰 변화 곡선(Xb) 상에서 변화시키고, 그 이후에는 통상의 변화 곡선(Xa) 상에서 변화시킨다. 즉, 이 진폭 조정에 있어서도, 1도의 거리 L의 변화에 대하여 직후 1군데에서 진폭 조정이 행해진다.
이렇게 칩 모재 사이 거리 L이 연장되는 상황에서는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 상기 진폭 조정에 의해, 결과적으로 용접 와이어(12)의 급전 칩(13a)으로부터의 돌출 길이가 거리 L의 늘어난 부분만큼 길어져, 와이어(12)의 선단과 피용접물(모재)(M)의 간격이 대략 유지되는 조정으로 되어 있다.
「칩 모재 사이 거리 L이 줄어들었을 경우」
도 5에 나타내는 바와 같이, 단락 기간(Ts)으로 전환되는 실제의 시각(t3b)과 본래의 시각(t3)의 어긋남이 허용 범위를 초과하고, 실제의 시각(t3b)이 본래의 시각(t3)보다도 빠른 경우, 동기 어긋남 판정부(20d)는 칩 모재 사이 거리 L이 줄어들어 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빠르다고 판정하고, 송급 제어부(20c)는 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 변화 곡선(Xa)의 진폭을 작게 한 변화 곡선(Xc) 상에서 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 변화시킨다. 따라서, 칩 모재 사이 거리 L이 줄어들면 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빨라지는 경향이 되지만, 시각(t3b) 이후는 그 속도 저하가 더욱 진행되어, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vfa)가 빨리 원하는 속도에 근사하도록 되어 있다 (감속 제어).
그리고, 송급 제어부(20c)는, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 예를 들어 송급 속도(Vf1)까지 진폭이 작은 변화 곡선(Xc) 상에서 변화시키고, 그 이후에는 통상의 변화 곡선(Xa) 상에서 변화시킨다. 즉, 이 거리 L이 줄어들었을 때의 진폭 조정에 있어서도, 1도의 거리 L의 변화에 대하여 직후 1군데에서 진폭 조정이 행해진다.
이렇게 칩 모재 사이 거리 L이 줄어드는 상황에 있어서도, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 상기 진폭 조정에 의해, 결과적으로 용접 와이어(12)의 급전 칩(13a)으로부터의 돌출 길이가 거리 L의 줄어든 부분만큼 짧아져, 와이어(12)의 선단과 피용접물(모재)(M)의 간격이 대략 유지되는 조정으로 되어 있다.
이어서, 본 실시 형태의 특징적인 효과를 기재한다.
(1) (2) 이 제2 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태의 효과 (1) (2)와 동일한 효과가 얻어진다.
(3) 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느린 상황에서의 가속 제어 시에는, 일단 가속시킨 후에 그 변화 곡선(Xa)의 진폭이 커져 그 진폭대의 변화 곡선(Xb)이 사용된다. 또한 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 빠른 상황에서의 감속 제어 시에는, 그 변화 곡선(Xa)의 진폭이 작아져 그 진폭소의 변화 곡선(Xc)이 사용된다. 즉, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)를 그때마다 설정하기 위한 주기적인 변화 곡선(Xa)의 진폭 조정에 의한 제어이기 때문에, 용접 와이어의 송급 제어의 간략화에 공헌한다.
또한, 상기 실시 형태는, 이하와 같이 변경해도 된다.
· 단락 기간(Ts)으로 전환되어야 할 본래 시각과 실제 시각의 비교에서 칩 모재 사이 거리 L의 변화 등의 용접 환경 변화에 기인하는 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 동기 어긋남 판정을 행했지만, 출력 전압(Vw)이나 출력 전류(Iw)의 변화, 측거 장치에 의한 직접적인 칩 모재 사이 거리 L의 계측 등, 다른 파라미터를 1개 또는 복수 사용하여, 송급 속도 동기 어긋남의 판정을 행해도 된다.
· 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)가 느린 상황에서의 가속 제어 시에 있어서, 그 변화 곡선(Xa) 상의 가속 영역(X1)의 일부를 사용했지만, 이것 이외의 변화 곡선이나 변화 직선을 별도 준비해서 사용해도 된다.
· 그 밖에, 아크 용접기(10), 아크 용접용 전원 장치(11) 및 제어 회로(20)의 구성을 적절히 변경해도 된다.
· 그 밖에, 용접 와이어(12)의 송급 속도(Vft)의 제어 등, 아크 용접에 가하는 각종 제어를 적절히 변경해도 된다.
이어서, 상기 실시 형태 및 별도의 예에서 파악할 수 있는 기술적 사상을 이하에 추기한다.
(가) 용접 와이어로의 급전 및 그 보유 지지를 행하는 용접 토치와, 상기 용접 와이어의 송급을 행하여 그 송급 동작이 제어되는 송급 장치와, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 아크 용접용 전원 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 아크 용접기.
이 구성에 의하면, 용접 와이어의 송급 속도를 적절하게 제어하고, 아크 용접을 양호하게 행하는 아크 용접기로서 제공할 수 있다.
11 : 아크 용접용 전원 장치
12 : 용접 와이어
20a : 출력 제어부
20c : 송급 제어부
20d : 동기 어긋남 판정부
M : 피용접물
Ts : 단락 기간
Ta : 아크 기간
Iw : 출력 전류(출력 전력)
Vw : 출력 전압(출력 전력)
Vft : 송급 속도
t1, t2, t3 : 시각
t3a, t3b : 시각
Xa, Xb, Xc : 변화 곡선
X1 : 가속 영역
X2 : 감속 영역
α1 내지 α3 : 위상

Claims (5)

  1. 용접 와이어를 방전 전극으로 한 그 전극 선단에서 아크를 발생시키고 피용접물의 아크 용접을 행하기 위해, 아크 용접에 걸리는 단락 기간과 아크 기간의 각 기간별로 출력 전력을 조정하는 출력 제어부와, 상기 용접 와이어의 아크에 의한 소모에 더하여 아크 용접에 걸리는 단락 기간과 아크 기간의 주기적 변화를 발생시키기 위해 상기 용접 와이어의 정역송을 포함하는 그 송급 속도를 주기적으로 변화시키는 송급 제어부를 구비한 아크 용접용 전원 장치이며,
    상기 각 기간에 대한 상기 용접 와이어의 송급 속도 동기 어긋남을 판정하는 동기 어긋남 판정부를 더 구비하고,
    상기 송급 제어부는, 상기 용접 와이어의 정송중이면서 또한 송급 속도가 감속 영역에서 상기 단락 기간으로 전환되기 위해 상기 용접 와이어의 송급 속도를 주기적으로 변화시키고 있고, 그 감속 영역에서 상기 용접 와이어의 송급 속도의 조정을 행하는 것이며, 상기 동기 어긋남 판정부에서 상기 용접 와이어의 송급 속도가 느리다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 일단 가속을 포함하는 가속 제어를 실시하고, 상기 동기 어긋남 판정부에서 상기 용접 와이어의 송급 속도가 빠르다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 더욱 감속시키는 감속 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 아크 용접용 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동기 어긋남 판정부는, 상기 단락 기간으로 전환되어야 할 본래의 시각과 실제의 시각의 어긋남이 허용 범위를 초과하는 경우, 상기 용접 와이어의 송급 속도 동기 어긋남이 발생하고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는, 아크 용접용 전원 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 송급 제어부는, 상기 용접 와이어의 송급 속도를 주기적인 변화 곡선을 따라 변화시키는 것이며, 상기 가속 제어 시에는 상기 변화 곡선상의 가속 영역의 동일 속도가 될 때까지 상기 변화 곡선의 위상을 조정하여 그 가속 영역의 변화 곡선을 사용하는 제어를 실시하고, 상기 감속 제어 시에는 상기 변화 곡선상의 감속 영역의 더욱 감속 측으로 되도록 상기 변화 곡선의 위상을 조정하여 더욱 감속 측의 변화 곡선을 사용하는 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는, 아크 용접용 전원 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 송급 제어부는, 상기 용접 와이어의 송급 속도를 주기적인 변화 곡선을 따라 변화시키는 것이며, 상기 가속 제어 시에는 일단 가속시킨 후에 상기 변화 곡선의 진폭을 크게 하여 그 진폭대의 변화 곡선을 사용하는 제어를 실시하고, 상기 감속 제어 시에는 상기 변화 곡선의 진폭을 작게 하여 그 진폭소의 변화 곡선을 사용하는 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는, 아크 용접용 전원 장치.
  5. 용접 와이어를 방전 전극으로 한 그 전극 선단에서 아크를 발생시켜 피용접물의 아크 용접을 행하기 위해, 아크 용접에 걸리는 단락 기간과 아크 기간의 각 기간별로 출력 전력을 조정하는 출력 제어와, 상기 용접 와이어의 아크에 의한 소모에 더하여 아크 용접에 걸리는 단락 기간과 아크 기간의 주기적 변화를 발생시키기 위해 상기 용접 와이어의 정역송을 포함하는 그 송급 속도를 주기적으로 변화시키는 송급 제어를 실시하는 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법이며,
    상기 용접 와이어의 정송중이면서 또한 송급 속도가 감속 영역에서 상기 단락 기간으로 전환되어야 할 상기 용접 와이어의 송급 속도를 주기적으로 변화시키고 있고, 그 감속 영역에서 상기 용접 와이어의 송급 속도의 조정을 행하는 것이며,
    상기 각 기간에 대한 상기 용접 와이어의 송급 속도 동기 어긋남을 판정하는 동기 어긋남 판정을 행하고, 상기 용접 와이어의 송급 속도가 느리다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 일단 가속을 포함하는 가속 제어를 실시하고, 상기 용접 와이어의 송급 속도가 빠르다고 하는 취지의 송급 속도 동기 어긋남의 판정이 이루어지면 더욱 감속시키는 감속 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는, 아크 용접용 전원 장치의 제어 방법.
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