KR102117720B1 - 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법 - Google Patents

Abstract

잘록부 검출 제어를 행하는 복수의 용접 전원을 동시에 사용하는 경우에 있어서, 잘록부 검출 감도 Vtn의 자동 설정 제어가 헌팅되는 것을 방지한다.
용접 전원은 용적의 잘록부의 형성 상태가 잘록부 검출 기준값 Vtn에 달한 것을 검출하면 단락 부하에 통전하는 용접 전류 Iw1을 감소시켜 아크를 재발생시켜, 잘록부 검출 시점부터 아크 재발생 시점까지의 잘록부 검출 시간에 기초하여 잘록부 검출 기준값 Vtn을 자동 설정 제어하는 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법에 있어서, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있을 때(Cd=H 레벨)는 통전하고 있지 않을 때보다도 자동 설정 제어의 게인(Δd, Δu)을 작게 한다. 이에 의해, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하는 경우에는, 자동 설정 제어의 게인이 작아지므로, 헌팅을 방지할 수 있다.

Description

용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법{INDENTATION DETECTION CONTROL METHOD OF WELDING SOURCE}

본 발명은, 다른 용접 전원과 동시에 사용하여 공통된 워크에 각각 아크를 발생시켜 용접하는 용접 전원이며, 이 용접 전원은 용적의 잘록부의 형성 상태가 잘록부 검출 기준값에 달하였음을 판별하면 단락 부하에 통전하는 용접 전류를 감소시켜 아크를 재발생시키고, 상기한 판별 시점부터 아크 재발생 시점까지의 잘록부 검출 시간에 기초하여 잘록부 검출 기준값을 자동 설정 제어하는 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법에 관한 것이다.

특허문헌 1 및 2의 발명에서는, 용접 와이어와 워크 사이에서 아크 발생 상태와 단락 상태를 반복하는 소모 전극 아크 용접에 있어서, 단락 상태로부터 아크가 재발생하는 전조 현상인 용적의 잘록부를 용접 와이어와 워크 사이의 전압값 또는 저항값의 변화가 잘록부 검출 기준값에 달한 것에 의해 검출하고, 이 잘록부를 검출하면 단락 부하에 통전하는 용접 전류를 급감시켜 소전류값의 상태에서 아크가 재발생하도록 출력 제어(잘록부 검출 제어)하고 있다. 이렇게 하면, 아크 재발생 시의 전류값을 작게 할 수 있으므로, 스패터 발생량을 저감시킬 수 있다.

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

도 4는 2대의 용접 전원을 사용하여 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도이다. 2대의 용접 전원은 모두 잘록부 검출 제어 기능을 내장하고 있다. 이하, 도 4를 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 통하여 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(도시는 생략)에 의해 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 통하여 접속되어 있다. 또한, 제1 용접 전원 PS1의 마이너스 단자와 지그(5)는 케이블을 통하여 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 검출하여, 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 잘록부를 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 통하여 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(도시는 생략)에 의해 파지되어 있다.

제2 용접 전원 PS2의 플러스 단자와 제2 용접 토치(42) 내의 제2 급전 칩(62)은 케이블을 통하여 접속되어 있다. 또한, 제2 용접 전원 PS2의 마이너스 단자와 지그(5)는 케이블을 통하여 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 검출하여, 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 잘록부를 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) 사이를 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 Ig라고 칭하기로 한다. 그리고, 이 합산 용접 전류 Ig가 통전하는 워크(2) 및 지그(5)를 공통 통전로라고 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.

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

Vd1=Vw1+L·dIg/dt ...식 (11)

Vd2=Vw2+L·dIg/dt ...식 (12)

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 마찬가지이다.

도 5는 도 4의 용접 장치에 있어서, 제1 용접 전류 Iw1은 통전하고, 제2 용접 전류 Iw2는 통전하고 있지 않을 때의 파형도이다. 도 5의 (A)는 제1 용접 전류 Iw1의 파형을 나타내고, 도 5의 (B)는 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 파형을 나타내고, 도 5의 (C)는 제2 용접 전류 Iw2의 파형을 나타내고, 도 5의 (D)는 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2의 파형을 나타낸다. 도 5에서는, 제1 용접 전원 PS1에 의한 용접이 행하여지고 있기 때문에 제1 용접 전류 Iw1은 통전하고 있으며, 제2 용접 전원 PS2에 의한 용접은 행하여지지 않기 때문에 제2 용접 전류 Iw2는 통전하고 있지 않다. 따라서, 도 5의 (C)에 도시한 제2 용접 전류 Iw2는 0A인 상태이며, 도 5의 (D)에 도시한 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2는 0V인 상태이다. 이 경우에는, 잘록부 검출 제어는 오동작하지 않고 정상적으로 동작하고 있다. 이하, 도 5를 참조하여 설명한다.

(1) 시각 t1의 제1 용접 와이어(11)의 단락 발생부터 시각 t2의 잘록부 검출 시점까지의 동작

시각 t1에 있어서 제1 용접 와이어(11)가 워크(2)와 접촉하면 단락 상태로 되어, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은 수V 정도의 단락 전압값으로 급감된다. 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t1에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 감소하여, 시각 t1~t11의 미리 정한 초기 기간 중에는 미리 정한 초기 전류값으로 되고, 시각 t11~t12의 기간 중에는 미리 정한 단락 시 경사로 상승하다가, 시각 t12~t2의 기간 중에는 미리 정한 피크값으로 된다. 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전류 Iw1이 피크값으로 되는 시각 t12 부근부터 상승한다. 이것은, 용적에 잘록부가 점차 형성되기 때문이다. 시각 t12부터의 기간이 잘록부를 검출하는 기간으로 된다. 이 잘록부를 검출하는 기간에 있어서는, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 피크값에서 대략 일정값이다. 또한, 도 5의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 통전하고 있지 않다. 이 결과, 상술한 식 (11)에 있어서, L·dIg/dt≒0로 되어, 무시할 수 있다. 따라서, Vd1=Vw1이 되므로, 용적의 잘록부의 형성 상태를 오동작하지 않고, 정상적으로 검출할 수 있다. 상기한 초기 기간은 1ms 정도로 설정되고, 상기한 초기 전류값은 50A 정도로 설정되고, 상기한 단락 시 경사는 100~300A/ms 정도로 설정되고, 상기한 피크값은 300~400A 정도로 설정된다.

(2) 시각 t2의 잘록부 검출 시점부터 시각 t3의 아크 재발생 시점까지의 잘록부 검출 시간 Tn 중의 동작

시각 t2에 있어서, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1이 급상승하여 초기 기간 중의 전압값으로부터의 전압 상승값 ΔV가 미리 정한 잘록부 검출 기준값 Vtn과 동등해진 것에 의해, 잘록부의 형성 상태가 기준 상태에 달한 것을 검출한다. 잘록부를 검출하면, 도 5의 (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 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전류 Iw1이 저레벨 전류값 Il로 되므로 시각 t2부터 일단 감소한 후에 급상승한다. 상기한 저레벨 전류값 Il은 30A 정도로 설정된다. 시각 t2의 잘록부 검출 시점부터 시각 t3의 아크 재발생 시점까지의 기간을 잘록부 검출 시간 Tn이라고 칭하기로 한다.

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

시각 t3에 있어서 아크가 재발생하면, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 값은 단락/아크 판별값 Vta 이상으로 된다. 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t3부터 미리 정한 아크 시 경사로 상승하고, 미리 정한 고레벨 전류값에 달하면 그 값을 시각 t4까지 유지한다. 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 시각 t3~t4의 미리 정한 지연 기간 Td 중에는 고레벨 전압값의 상태에 있다. 이 지연 기간 Td는 2ms 정도로 설정된다.

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

시각 t4에 있어서, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 고레벨 전류값으로부터 점차적으로 감소한다. 마찬가지로, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은 고레벨 전압값으로부터 점차적으로 감소한다.

상술한 바와 같이, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류(제2 용접 전류 Iw2)가 통전하고 있지 않은 경우에는, 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압값이 작기 때문에 무시할 수 있으므로, 잘록부를 정확하게 검출할 수 있다.

상술한 잘록부 검출 제어에서는, 스패터 발생량의 억제 효과를 크게 하기 위해서는, 잘록부의 형성 상태를 정확하게 검출하는 것이 중요해진다. 잘록부의 형성 상태는, 실드 가스의 종류, 용접 와이어의 종류, 워크의 형상, 용접 와이어의 송급 속도, 용접 자세 등의 용접 조건에 따라 변화한다. 이 때문에, 용접 조건에 따라 잘록부를 검출하는 감도를 적정화할 필요가 있다. 이 잘록부 검출의 감도는, 상기한 잘록부 검출 기준값 Vtn을 증감시킴으로써 조정할 수 있다. 즉, 잘록부 검출 기준값 Vtn을 증가시키면 감도는 낮아지고, 반대로 감소시키면 감도는 높아진다. 잘록부 검출 기준값 Vtn이 지나치게 크면 감도가 지나치게 낮아지고, 상기한 잘록부 검출 시간 Tn이 너무 짧아져 아크 재발생까지 용접 전류를 충분히 감소시킬 수 없으므로, 스패터 발생량의 억제 효과가 작아진다. 반대로, 잘록부 검출 기준값 Vtn이 지나치게 작으면 감도는 지나치게 높아지고, 상기한 잘록부 검출 시간 Tn이 지나치게 길어져 아크가 좀처럼 재발생하지 않기 때문에 용접 상태가 불안정해진다. 따라서, 상기한 잘록부 검출 시간 Tn이 50~1000μs 정도의 범위로 될 때가, 잘록부 검출 기준값 Vtn이 적정값으로 설정되어 있을 때라고 할 수 있다.

상술한 잘록부 검출 제어를 부가한 용접 전원에 있어서는, 실드 가스의 선택 신호, 용접 와이어의 선택 신호 및 송급 속도의 설정 신호에 따라, 잘록부 검출 기준값 Vtn을 전환하여 적정값으로 되도록 하고 있다. 그러나, 실제의 용접 공정에 있어서는, 상술한 복수의 용접 조건이 복합화되어 잘록부 검출 기준값 Vtn의 적정값이 정해진다. 따라서, 잘록부 검출 기준값 Vtn을 미리 정한 소정값으로부터 용접 공정에 따른 적정값으로 자동으로 설정하는 기능이 필요해진다. 이하, 이 잘록부 검출 기준값 Vtn의 자동 설정 제어에 관한 종래 기술(예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조)에 대하여 설명한다.

특허문헌 1의 발명에서는, 잘록부 검출 시간 Tn을 단락마다 검출하여 기억하고, 기억되어 있는 현 시점부터 과거 복수의 소정 개수분의 잘록부 검출 시간 Tn의 각 값이 미리 정한 최소값 이하인 개수가 미리 정한 최소값 개수 이상일 때는 잘록부 검출 기준값 Vtn을 미리 정한 감소값만큼 감소시키고, 기억된 각 잘록부 검출 시간이 미리 정한 최대값 이상인 개수가 미리 정한 최대값 개수 이상일 때는 잘록부 검출 기준값 Vtn을 미리 정한 증가값만큼 증가시켜, 이들 처리를 단락마다 반복하는 것이다. 이 잘록부 검출 기준값 Vtn의 자동 설정 제어에 의해, 잘록부 검출 시간 Tn이 상기한 최소값과 상기한 최대값 사이의 적정 시간 범위에 들어가게 된다.

특허문헌 2의 발명에서는, 단락마다 잘록부 검출 시간 Tn을 검출하여, 이 잘록부 검출 시간 Tn이 미리 정한 하한 시간 이하일 때는 카운터값으로부터 1을 감산하고, 잘록부 검출 시간 Tn이 미리 정한 상한 시간 이상일 때는 카운터값에 1을 가산하고, 카운터값이 미리 정한 음의 값인 마이너스 기준값에 달했을 때는 상기 잘록부 검출 기준값 Vtn을 미리 정한 감소값만큼 감소시킴과 함께 카운터값을 0으로 리셋하고, 카운터값이 미리 정한 양의 값인 플러스 기준값에 달했을 때는 잘록부 검출 기준값 Vtn을 미리 정한 증가값만큼 증가시킴과 함께 카운터값을 0으로 리셋하고, 용접 중에는 잘록부 검출 기준값 Vtn의 수정을 계속하는 것이다. 이 잘록부 검출 기준값 Vtn의 자동 설정 제어에 의해, 잘록부 검출 시간 Tn이 상기한 하한 시간과 상기한 상한 시간 사이의 적정 시간 범위에 들어가게 된다.

도 6은 도 4의 용접 장치에 있어서, 제1 용접 전류 Iw1 및 제2 용접 전류 Iw2가 모두 통전하고 있을 때의 파형도이다. 도 6의 (A)는 제1 용접 전류 Iw1의 파형을 나타내고, 도 6의 (B)는 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 파형을 나타내고, 도 6의 (C)는 제2 용접 전류 Iw2의 파형을 나타내고, 도 6의 (D)는 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2의 파형을 나타낸다. 도 6에서는 제1 용접 전원 PS1에 의한 용접이 행하여지고 있기 때문에 제1 용접 전류 Iw1이 통전하고 있다. 동시에, 제2 용접 전원 PS2에 의한 용접도 행하여지고 있기 때문에 제2 용접 전류 Iw2도 통전하고 있다. 도 6은 제1 용접 와이어(11)와 워크(2)가 단락 상태에 있는 시각 t1~t3의 기간과, 제2 용접 와이어(12)와 워크(2)가 단락 상태에 있는 시각 t0~t14의 기간이 일부 겹쳐 있는 경우이다. 이러한 상태이기 때문에, 이유는 후술하겠지만, 잘록부 검출 제어가 오동작하고 있다. 도 6은 상술한 도 5와 대응하고 있으며, 동일한 동작에 대해서는 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 6을 참조하여 설명한다.

제1 용접 와이어(11)와 워크(2)가 단락 상태에 있는 시각 t1~t3의 기간 중에는 제2 용접 와이어(12)와 워크(2) 사이도 단락 상태에 있다. 이 때문에, 도 6의 (C)에 도시한 바와 같이 제2 용접 전류 Iw2는 급격하게 변화하고 있다.

(1) 시각 t0의 제2 용접 와이어(12)의 단락 발생부터 시각 t13의 제2 용접 와이어(12)의 잘록부 검출 시점까지의 동작

시각 t0에 있어서 제2 용접 와이어(12)가 워크(2)와 접촉하면 단락 상태로 되어, 도 6의 (D)에 도시한 바와 같이 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2는 수V 정도의 단락 전압값으로 급감한다. 도 6의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 시각 t0에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 감소하여, 초기 기간 중에는 초기 전류값으로 되고, 단락 시 경사로 상승하다가, 그 후는 피크값으로 된다. 도 6의 (D)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2는 초기 기간 중의 전압값으로부터의 전압 상승값이 시각 t13에 있어서 잘록부 검출 기준값에 달한다. 이에 의해 잘록부를 검출한다. 잘록부를 검출하면, 도 6의 (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 상태로 되어, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은 수V 정도의 단락 전압값으로 급감한다. 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t1에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 감소하여, 시각 t1~t11의 초기 기간 중에는 초기 전류값으로 되고, 시각 t11~t12의 기간 중에는 단락 시 경사로 상승하다가, 시각 t12부터의 기간 중에는 피크값으로 된다. 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전류 Iw1이 피크값으로 되는 시각 t12 부근부터 상승한다. 이것은, 용적에 잘록부가 점차 형성되기 때문이다. 시각 t12부터의 기간이 잘록부를 검출하는 기간으로 된다. 이 잘록부를 검출하는 기간에 있어서는, 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 피크값에서 대략 일정값이다. 그러나, 도 6의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 상술한 바와 같이 시각 t13에 있어서 잘록부가 검출되었기 때문에 전류는 급감하고 있다. 이 결과, 상술한 식 (11)에 있어서, L·dIg/dt=dIw1/dt+dIw2/dt에 대해서는, dIw1/dt는 작은 값이며, dIw2/dt는 음의 큰 값으로 된다. 이 때문에, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 잘록부의 형성에 수반하여 시각 t12부터 점차 상승하고, 이 상승이 잘록부 검출 기준값 Vtn에 달하기 전의 시각 t13에 있어서 제2 용접 전류 Iw2의 급감에 수반하여 반대로 감소하게 되어, 잘록부의 검출에 실패하게 된다.

(2) 시각 t13의 잘록부의 오검출 시점부터 시각 t3의 아크 재발생 시점까지의 동작

시각 t13에 있어서, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1이 감소하여 잘록부 검출 기준값 Vtn에 달하지 않으므로, 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이 제1 용접 전류 Iw1은 피크값을 시각 t3의 제1 아크(31)가 재발생할 때까지 유지한다. 한편, 시각 t3보다도 전 시각 t14에 있어서, 제2 아크(32)가 발생하므로, 도 6의 (D)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전압 검출 신호 Vd2는 아크 전압값으로 상승한다. 도 6의 (C)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 시각 t14의 저레벨 전류값부터 고레벨 전류값까지 아크 시 경사로 상승한다. 이 경우, 제1 용접 전원 PS1의 잘록부 검출 시간 Tn은, 잘록부의 검출이 행해지고 있지 않기 때문에, Tn=0으로 된다.

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

시각 t3에 있어서 제1 아크(31)가 재발생하면, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 값은 단락/아크 판별값 Vta 이상으로 된다. 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 시각 t3의 피크값부터 아크 시 경사로 상승하고, 고레벨 전류값에 달하면 그 값을 시각 t4까지 유지한다. 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 시각 t3~t4의 지연 기간 Td 중에는 고레벨 전압값의 상태에 있다.

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

시각 t4에 있어서, 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 고레벨 전류값으로부터 점차적으로 감소한다. 마찬가지로, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은 고레벨 전압값으로부터 점차적으로 감소한다.

상술한 바와 같이, 서로의 단락 기간이 겹쳐 있는 경우에는, 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압값이 커지므로, 잘록부를 오검출할 가능성이 높아진다. 도 6에서는, 제1 용접 와이어(11)의 잘록부를 검출하는 기간에 있어서, 제2 용접 전류 Iw2가 급감했기 때문에 발생한 잘록부의 오검출에 대하여 설명했지만, 단락 시 경사로 상승하고 있는 경우에도 오검출이 발생할 우려가 있다. 나아가, 아크 기간 중에 용융지로부터의 가스의 분출 등에 의해 아크 길이가 급변하고, 이에 수반하여 제2 용접 전류 Iw2가 급속하게 변화하는 경우가 있다. 이러한 경우에도 잘록부의 오검출이 발생할 우려가 있다. 따라서, 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전함으로써 발생하는 잘록부의 오검출은 잘록부 검출 시간 Tn이 적정 시간 범위보다도 짧아지는 경우와 길어지는 경우의 어떤 경우든 발생한다.

일본 특허 제4907892호 공보 일본 특허 공개 제2012-240101호 공보

공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하는 것에 의한 잘록부의 오검출이 발생하는 상태에 있어서, 상술한 잘록부 검출 기준값 Vtn의 자동 설정 제어가 동작한 경우에는, 잘록부 검출 기준값 Vtn은 적정값으로 수렴되지 않고 헌팅 상태로 되어, 용접 상태가 불안정 상태로 되는 경우가 발생한다.

따라서, 본 발명에서는, 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있는 경우에 있어서, 잘록부 검출 기준값의 자동 설정 제어를 동작시켜도, 잘록부 검출 기준값을 적정값으로 수렴시킬 수 있는 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1의 발명은,

다른 용접 전원과 동시에 사용하여 공통된 워크에 각각 아크를 발생시켜 용접하는 용접 전원이며, 이 용접 전원은 용적의 잘록부의 형성 상태가 잘록부 검출 기준값에 달한 것을 검출하면 단락 부하에 통전하는 용접 전류를 감소시켜 아크를 재발생시켜, 상기 검출 시점부터 상기 아크 재발생 시점까지의 잘록부 검출 시간에 기초하여 상기 잘록부 검출 기준값을 자동 설정 제어하는 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법에 있어서,

상기 다른 용접 전원으로부터의 상기 용접 전류가 통전하고 있을 때는 통전하고 있지 않을 때보다도, 상기 자동 설정 제어의 게인을 작게 하는 것을 특징으로 하는 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법이다.

청구항 2의 발명은, 상기 다른 용접 전원으로부터의 상기 용접 전류가 통전하고 있을 때의 상기 게인을 0으로 설정하여 상기 자동 설정 제어의 동작을 금지하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법이다.

청구항 3의 발명은, 상기 워크의 용접 개소의 일부 기간이 상기 다른 용접 전원으로부터의 상기 용접 전류가 통전하고 있을 때는, 상기 용접 개소의 전체 기간 중의 상기 게인을 작게 하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법이다.

본 발명에 따르면, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있을 때는 통전하고 있지 않을 때보다도, 자동 설정 제어의 게인을 작게 한다. 이에 의해, 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하는 것에 의한 잘록부의 오검출이 발생하는 경우에는 자동 설정 제어의 게인이 작아지므로, 헌팅의 발생을 방지할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에서는 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있는 경우에 있어서, 잘록부 검출 기준값의 자동 설정 제어를 동작시켜도 잘록부 검출 기준값을 적정값으로 수렴시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 2대의 용접 전원을 사용하여 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 용접 장치를 구성하는 제1 용접 전원 PS1의 상세 블록도이다.
도 3은 도 2의 제1 용접 전원 PS1에 있어서, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있지 않을 때의 각 신호의 타이밍 차트이다.
도 4는 종래 기술에 있어서, 2대의 용접 전원을 사용하여 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도이다.
도 5는 도 4의 용접 장치에 있어서, 제1 용접 전류 Iw1은 통전하고, 제2 용접 전류 Iw2는 통전하고 있지 않을 때의 파형도이다.
도 6은 도 4의 용접 장치에 있어서, 제1 용접 전류 Iw1 및 제2 용접 전류 Iw2가 모두 통전하고 있을 때의 파형도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 2대의 용접 전원을 사용하여 1개의 워크의 2개의 용접 개소를 동시에 용접하기 위한 용접 장치의 구성도이다. 도 1은 상술한 도 4와 대응하고 있으며, 동일한 구성물에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 1에 있어서는, 설명을 간략화하기 위하여, 제1 용접 전원 PS1에 대해서만 본 발명을 실시하고 있다. 따라서, 제2 용접 전원 PS2는 종래와 마찬가지의 용접 전원이다. 도 1은 도 4에 합산 용접 전류 검출 회로 IGD를 추가한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여, 이 구성물에 대하여 설명한다.

합산 용접 전류 검출 회로 IGD는, 공통 통전로에 통전하는 합산 용접 전류 Ig를 검출하여, 합산 용접 전류 검출 신호 Igd를 출력한다. 이 합산 용접 전류 검출 신호 Igd는, 제1 용접 전원 PS1에 입력된다.

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(도시는 생략)을 입력으로 하여, 후술하는 오차 증폭 신호 Ea에 따라 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 평활하게 하는 평활 콘덴서, 평활해진 직류를 고주파 교류로 변환하는 인버터 회로, 고주파 교류를 용접에 적합한 전압값으로 강압하는 고주파 변압기, 강압된 고주파 교류를 직류로 정류하는 2차 정류기, 정류된 직류를 평활하게 하는 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, 상기한 전원 주회로 PM과 제1 용접 토치(41) 사이에 삽입된다. 이 감류 저항기 R의 값은, 단락 부하(0.01~0.03Ω 정도)의 10배 이상 큰 값(0.5~3Ω 정도)으로 설정된다. 이 때문에, 잘록부 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 따라 온 또는 오프 제어된다.

제1 용접 와이어(11)는, 제1 송급기 FD1에 의해 제1 용접 토치(41) 내로 송급되어, 워크(2) 사이에 제1 아크(31)가 발생한다. 워크(2)는, 지그(5) 위에 설치되어 있다. 제1 용접 토치(41) 내의 제1 급전 칩(도시는 생략)과 워크(2)의 표면 사이에는 제1 용접 전압 Vw1이 인가되어, 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, 상기한 제1 용접 전류 Iw1을 검출하여, 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 출력한다. 도 1에서 상술한 바와 같이, 외부에 설치된 합산 용접 전류 검출 회로 IGD는, 상기한 합산 용접 전류 Ig를 검출하여, 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 검출하여, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1을 출력한다. 이 제1 용접 전압 검출 회로 VD1을 내부에 설치해도 좋다.

단락 판별 회로 SD는, 상기한 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1을 입력으로 하여, 이 값이 미리 정한 단락/아크 판별값 미만일 때는 단락 상태에 있다고 판별하여 High 레벨로 되고, 이상일 때는 아크 발생 상태에 있다고 판별하여 Low 레벨로 되는 단락 판별 신호 Sd를 출력한다.

전류 통전 판별 회로 CD는, 상기한 합산 용접 전류 검출 신호 Igd 및 상기한 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 입력으로 하여, Igd-Id1의 감산을 행하고, 이 감산 값이 임계값 이상일 때는 High 레벨로 되는 전류 통전 판별 신호 Cd를 출력한다. 임계값은 10A 정도로 설정된다. Igd-Id1은, 제1 용접 전원 PS1로부터 보아, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류의 값에 상당한다. 따라서, 상기한 전류 통전 판별 신호 Cd가 High 레벨일 때는 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있을 때이며, Low 레벨일 때는 통전하고 있지 않을 때이다. 도 1에 있어서는, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류란, 제2 용접 전류 Iw2를 의미한다.

카운터 회로 CN은, 후술하는 잘록부 검출 신호 Nd 및 후술하는 리셋 신호 Rs를 입력으로 하여, 이 잘록부 검출 신호 Nd가 High 레벨로 되어 있는 시간(잘록부 검출 시간 Tn)을 계측하여, 이 잘록부 검출 시간 Tn이 미리 정한 하한 시간 Lt 이하일 때는 카운터값으로부터 1을 감산하고, 잘록부 검출 시간 Tn이 미리 정한 상한 시간 Ht 이상일 때는 카운터값에 1을 가산하여, 카운터값 신호 Cn을 출력한다. 또한, 이 카운터 회로 CN은, 리셋 신호 Rs가 입력되면 카운터값을 0으로 리셋한다. 카운터값 신호 Cn의 값이 카운터값으로 된다. 카운터값은, 용접 개시 시에 초기값 0으로 되어 있다. 당연히, 상한 시간 Ht는 하한 시간보다도 긴 시간으로 설정된다. 상기한 하한 시간 Lt는 0~200μs 정도의 범위에서 설정된다. 또한, 상한 시간 Ht는 500~1500μs 정도의 범위로 설정된다. 이들 설정값은 용접 조건에 따라 적정값으로 되도록 실험에 의해 결정한다.

감소값 설정 회로 DD는, 상기한 전류 통전 판별 신호 Cd를 입력으로 하여, 전류 통전 판별 신호 Cd가 Low 레벨일 때는 미리 정한 고감소값으로 되고, High 레벨일 때는 미리 정한 저감소값으로 되는 감소값 신호 Δd를 출력한다. 고감소값 및 저감소값은 음의 값으로 설정된다. 고감소값의 절대값>저감소값의 절대값이다. 고감소값의 절대값은, 예를 들어 후술하는 잘록부 검출 기준값의 초기값Vtn0의 10~30％ 정도로 설정된다. 저감소값의 절대값은, 고감소값의 절대값의 30~70％ 정도로 설정된다. 이 감소값 신호 Δd의 값은, 잘록부 검출 기준값의 자동 설정 제어의 게인을 정하게 된다. 따라서, 감소값 신호 Δd는, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있지 않을 때(Low 레벨일 때)는 고감소값으로 되어 게인은 커지고, 통전하고 있을 때(High 레벨일 때)는 저감소값으로 되어 게인은 작아진다.

증가값 설정 회로 DU는, 상기한 전류 통전 판별 신호 Cd를 입력으로 하여, 전류 통전 판별 신호 Cd가 Low 레벨일 때는 미리 정한 고증가값으로 되고, High 레벨일 때는 미리 정한 저증가값으로 되는 증가값 신호 Δu를 출력한다. 고증가값 및 저증가값은 양의 값으로 설정된다. 고증가값의 절대값>저증가값의 절대값이다. 고증가값의 절대값은, 예를 들어 후술하는 잘록부 검출 기준값의 초기값Vtn0의 10~30％ 정도로 설정된다. 저증가값의 절대값은, 고증가값의 절대값의 30~70％ 정도로 설정된다. 이 증가값 신호 Δu의 값은, 잘록부 검출 기준값의 자동 설정 제어의 게인을 정하게 된다. 따라서, 증가값 신호 Δu는, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있지 않을 때(Low 레벨일 때)는 고증가값으로 되어 게인은 커지고, 통전하고 있을 때(High 레벨일 때)는 저증가값으로 되어 게인은 작아진다.

카운터값 판별 회로 CP는, 상기한 감소값 신호 Δd, 상기한 증가값 신호 Δu 및 상기한 카운터값 신호 Cn을 입력으로 하여, 카운터값 신호 Cn의 값이 미리 정한 마이너스 기준값 Lc 이하로 된 시점에서 감소값 신호 Δd를 수정 신호 Δud로서 출력함과 함께 리셋 신호 Rs를 출력하고, 카운터값 신호 Cn의 값이 미리 정한 플러스 기준값 이상으로 된 시점에서 증가값 신호 Δu를 수정 신호 Δud로서 출력함과 함께 리셋 신호 Rs를 출력한다. 상기한 마이너스 기준값 Lc는 음의 값으로 설정되는데, 예를 들어 -5~-20 정도의 범위에서 설정된다. 또한, 상기한 플러스 기준값 Hc는 양의 값으로 설정되는데, 예를 들어 +5~+20 정도의 범위에서 설정된다. 이들 설정값은, 잘록부 발생 상태의 변동의 크기에 따라, 실험에 의해 적정값으로 결정된다. 마이너스 기준값 Lc와 플러스 기준값 Hc의 절대값은 반드시 동일값일 필요는 없다. 마이너스 기준값 Lc 및 플러스 기준값 Hc의 절대값을, 상기한 전류 통전 판별 신호 Cd에 의해 고저로 전환하도록 해도 좋다. 마이너스 기준값 Lc 및 플러스 기준값 Hc의 값은, 잘록부 검출 기준값의 자동 설정 제어의 게인을 정하게 된다.

잘록부 검출 기준값 설정 회로 VTN은, 상기한 수정 신호 Δud를 입력으로 하여, 수정 신호 Δud의 값에 기초하여 수정을 행하여 잘록부 검출 기준값 신호 Vtn을 출력한다. Vtn=Vtn0+ΣΔud이다. 여기서, Vtn0은 초기값이다. 또한, Δud의 가산은 수정 신호 Δud가 입력될 때마다 행한다.

상기한 회로에 의한 잘록부 검출 기준값 신호 Vtn의 자동 설정 제어의 동작을 정리하면, 이하와 같이 된다.

1) 단락마다 잘록부 검출 시간 Tn을 검출한다.

2) Tn≤Lt일 때는 Cn-1을 행하고, Lt<Tn<Ht일 때는 Cn+0을 행하고, Tn≥Ht일 때는 Cn+1을 행한다. 여기서, Lt는 하한 시간이며, Ht는 상한 시간이며, Cn은 카운터값이다. 카운터값 Cn은 용접 개시 시에 0으로 리셋된다.

3) Cn≤Lc로 된 시점에서 수정 신호 Δud=Δd를 출력함과 함께 Cn을 0으로 리셋한다. Cn≥Hc로 된 시점에서 수정 신호 Δud=Δu를 출력함과 함께 Cn을 0으로 리셋한다. 여기서, Lc는 마이너스 기준값이며, Hc는 플러스 기준값이며, Δd는 감소값이며, Δu는 증가값이다.

4) 잘록부 검출 기준값 Vtn=Vtn0+ΣΔud를 행하여, 잘록부 검출 기준값 Vtn을 자동 설정한다. 여기서, Vtn0은 초기값이다.

5) 상기 1)~4)의 자동 설정 제어를 용접 중 계속한다.

잘록부 검출 회로 ND는, 상기한 잘록부 검출 기준값 신호 Vtn, 상기한 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1 및 상기한 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 입력으로 하여, 단락 기간 중의 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 전압 상승값이 잘록부 검출 기준값 신호 Vtn의 값에 달한 시점에서 잘록부의 형성 상태가 기준 상태에 달했다고 판별하여 High 레벨로 되고, 아크가 재발생하여 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 값이 상기한 단락/아크 판별값 이상으로 된 시점에서 Low 레벨로 되는 잘록부 검출 신호 Nd를 출력한다. 또한, 단락 기간 중의 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 미분값이 그것에 대응한 잘록부 검출 기준값 신호 Vtn의 값에 달한 시점에서 잘록부 검출 신호 Nd를 High 레벨로 변화시키도록 해도 좋다. 또한, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 값을 제1 용접 전류 검출 신호 Id1의 값으로 제산하여 용적의 저항값을 산출하고, 이 저항값의 미분값이 그것에 대응하는 잘록부 검출 기준값 신호 Vtn의 값에 달한 시점에서 잘록부 검출 신호 Nd를 High 레벨로 변화시키도록 해도 좋다.

저레벨 전류 설정 회로 ILR은, 미리 정한 저레벨 전류 설정 신호 Ilr을 출력한다. 전류 비교 회로 CM은, 이 저레벨 전류 설정 신호 Ilr 및 상기한 제1 용접 전류 검출 신호 Id1을 입력으로 하여, Id1<Ilr일 때는 High 레벨로 되고, Id1≥Ilr일 때는 Low 레벨로 되는 전류 비교 신호 Cm을 출력한다. 구동 회로 DR은, 이 전류 비교 신호 Cm 및 상기한 잘록부 검출 신호 Nd를 입력으로 하여, 잘록부 검출 신호 Nd가 High 레벨로 변화하면 Low 레벨로 변화하고, 그 후에 전류 비교 신호 Cm이 High 레벨로 변화하면 High 레벨로 변화하는 구동 신호 Dr을 상기한 트랜지스터 TR의 베이스 단자에 출력한다. 따라서, 이 구동 신호 Dr은 잘록부가 검출되면 Low 레벨로 되어, 트랜지스터 TR이 오프 상태로 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 레벨로 되어, 트랜지스터 TR이 온 상태로 되므로, 감류 저항기 R은 단락되어 통상의 상태로 되돌아간다.

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

1) 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락)로 변화한 시점부터 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, 상기한 초기 전류 설정값부터 미리 정한 단락 시 경사로 미리 정한 피크 설정값까지 상승시키고, 그 값을 유지한다.

3) 잘록부 검출 신호 Nd가 High 레벨(잘록부 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, 상기한 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 하여, 이 신호가 High 레벨로부터 Low 레벨로 변화하는 시점을 미리 정한 지연 시간만큼 오프 딜레이시켜 지연 신호 Tds를 출력한다. 따라서, 이 지연 신호 Tds는, 단락 기간으로 되면 High 레벨로 되고, 아크가 재발생하고 나서 지연 시간만큼 오프 딜레이하여 Low 레벨로 되는 신호이다. 전압 설정 회로 VR은, 아크 기간 중의 용접 전압을 설정하기 위한 미리 정한 전압 설정 신호 Vr을 출력한다. 전류 오차 증폭 회로 EI는, 상기한 전류 제어 설정 신호 Icr(+)과 상기한 제1 용접 전류 검출 신호 Id1(-)의 오차를 증폭하여, 전류 오차 증폭 신호 Ei를 출력한다. 전압 오차 증폭 회로 EV는, 상기한 전압 설정 신호 Vr(+)과 상기한 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1(-)의 오차를 증폭하여, 전압 오차 증폭 신호 Ev를 출력한다. 제어 전환 회로 SW는, 상기한 전류 오차 증폭 신호 Ei, 상기한 전압 오차 증폭 신호 Ev 및 상기한 지연 신호 Tds를 입력으로 하여, 지연 신호 Tds가 High 레벨(단락 개시부터 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 상기한 제1 송급기 FD1에 출력한다.

도 3은, 도 2의 제1 용접 전원 PS1에 있어서, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있지 않을 때의 각 신호의 타이밍 차트이다. 도 3의 (A)는 제1 용접 전류 Iw1의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (B)는 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (C)는 잘록부 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 나타내고, 도 3의 (H)는 전류 통전 판별 신호 Cd의 시간 변화를 나타낸다. 도 3은 상술한 도 5와 대응하고 있으며, 도 3의 (G)에 도시한 제2 용접 전류 Iw2는 통전하고 있지 않으므로 0A이다. 이 때문에, 잘록부의 오검출이 발생하지 않은 경우이다. 이하, 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3에 있어서는, 도 3의 (G)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2가 통전하고 있지 않으므로, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있지 않게 된다. 이 때문에, 도 3의 (H)에 도시한 바와 같이, 전류 통전 판별 신호 Cd는 Low 레벨의 상태로 된다.

(1) 시각 t1의 단락 발생부터 시각 t2의 잘록부 검출 시점까지의 동작

시각 t1에 있어서 제1 용접 와이어(11)가 워크(2)와 접촉하면 단락 상태로 되어, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은 수V 정도의 단락 전압값으로 급감한다. 이 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1이 단락/아크 판별값 Vta 미만으로 된 것을 판별하여, 도 3의 (E)에 도시한 바와 같이, 지연 신호 Tds는 Low 레벨로부터 High 레벨로 변화한다. 여기에 응동하여, 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~t11의 미리 정한 초기 기간 중에는 상기한 초기 전류 설정값으로 되고, 시각 t11~t12의 기간 중에는 미리 정한 단락 시 경사로 상승하다가, 시각 t12~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 급감하여, 시각 t1~t11의 초기 기간 중에는 초기 전류값으로 되고, 시각 t11~t12의 기간 중에는 단락 시 경사로 상승하다가, 시각 t12~t2의 기간 중에는 피크값으로 된다. 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이, 잘록부 검출 신호 Nd는, 후술하는 시각 t2~t3의 기간은 High 레벨로 되고, 그 이외의 기간은 Low 레벨로 된다. 도 3의 (D)에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Dr은, 후술하는 시각 t2~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 검출 신호 Vd1은, 제1 용접 전류 Iw1이 피크값으로 되는 시각 t12 부근부터 상승한다. 이것은, 용적에 잘록부가 점차 형성되기 때문이다. 시각 t12부터의 기간이 잘록부를 검출하는 기간으로 된다. 이 잘록부를 검출하는 기간에 있어서는, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전류 Iw1은 피크값에서 대략 일정값이며, 또한 도 3의 (G)에 도시한 바와 같이, 제2 용접 전류 Iw2는 통전하고 있지 않다. 이 결과, 상술한 식 (11)에 있어서, L·dIg/dt=dIw1/dt+dIw2/dt에 대하여 ≒0으로 되므로, 공통 통전로의 인덕턴스값 L에 의해 발생하는 전압은 대략 0으로 된다. 따라서, 제1 용접 전압 Vw1을 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1에 의해 정확하게 검출할 수 있다. 이 때문에, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 잘록부의 형성에 수반하여 시각 t12부터 점차 상승한다.

(2) 시각 t2의 잘록부 검출 시점부터 시각 t3의 아크 재발생 시점까지의 동작

시각 t2에 있어서, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1이 급상승하여 초기 기간 중의 전압값으로부터의 전압 상승값 ΔV가 미리 정한 잘록부 검출 기준값 Vtn과 동등해진 것에 의해, 잘록부의 형성 상태가 기준 상태에 달한 것을 검출하면, 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이, 잘록부 검출 신호 Nd는 High 레벨로 변화한다. 여기에 응동하여, 도 3의 (D)에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Dr은 Low 레벨로 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 상태이므로, 시각 t3의 아크 재발생까지는 저레벨 전류값 Il을 유지한다. 따라서, 트랜지스터 TR은, 시각 t2에 잘록부가 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 검출 신호 Vd1은 제1 용접 전류 Iw1이 작아지므로 시각 t2부터 일단 감소한 후에 급상승한다.

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

시각 t3에 있어서 제1 아크(31)가 재발생하면, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1의 값은 단락/아크 판별값 Vta 이상으로 된다. 여기에 응동하여, 도 3의 (F)에 도시한 바와 같이 전류 제어 설정 신호 Icr의 값은, 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값부터 미리 정한 아크 시 경사로 상승하고, 상기한 고레벨 전류 설정값에 달하면 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 상태이다. 따라서, 용접 전원은 시각 t4까지 정전류 제어되고 있으므로, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이 제1 용접 전류 Iw1은, 시각 t3부터 아크 시 경사로 상승하고, 고레벨 전류값에 달하면 그 값을 시각 t4까지 유지한다. 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 용접 전압 검출 신호 Vd1은, 시각 t3~t4의 지연 기간 Td 중에는 고레벨 전압값의 상태에 있다. 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이, 잘록부 검출 신호 Nd는 시각 t2~t3의 잘록부 검출 시간 Tn 중에는 High 레벨로 되고, 시각 t3에 아크가 재발생하므로, Low 레벨로 변화한다.

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

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 검출 신호 Vd1은 고레벨 전압값으로부터 점차적으로 감소한다.

이와 같이, 잘록부 검출 제어에서는, 시각 t2에 잘록부를 검출하면 통전로에 감류 저항기를 삽입함으로써 제1 용접 전류 Iw1을 급감시켜, 시각 t3에 제1 아크(31)가 재발생한 시점에 있어서의 전류값을 작은 값으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 스패터 발생량을 대폭 저감시킬 수 있다.

도 3은 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있지 않은 경우이므로, 도 3의 (H)에 도시한 바와 같이, 전류 통전 판별 신호 Cd는 Low 레벨로 되어 있다. 이 때문에, 도 2의 감소값 신호 Δd는 고감소값으로 되고, 증가값 신호 Δu는 고증가값으로 된다. 즉, 도 3의 경우에는, 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하는 것에 의한 잘록부의 오검출이 발생하지 않는 경우이므로, 자동 설정 제어의 게인을 크게 해도 헌팅되는 경우가 없어, 과도 응답성 및 정상 안정성을 양호하게 할 수 있다.

이어서, 도 2의 제1 용접 전원 PS1에 있어서, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있을 때의 각 신호의 타이밍 차트는, 도 3에 있어서, 시각 t2~t3의 잘록부 검출 시간 Tn이 0으로 되거나, 길어지거나 하여 크게 변동하게 된다. 이것은, 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하는 것에 의한 잘록부의 오검출이 발생하기 때문이다. 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있는 경우에는, 도 3의 (H)에 도시한 전류 통전 판별 신호 Cd는, 도 3과는 달리 High 레벨로 된다. 이 때문에, 도 2의 감소값 신호 Δd는 저감소값으로 되고, 증가값 신호 Δu는 저증가값으로 된다. 즉, 이 경우에는, 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하는 것에 의한 잘록부의 오검출이 발생하므로, 자동 설정 제어의 게인을 작게 하여 헌팅의 발생을 방지하고 있다. 이 결과, 과도 응답성이 조금 느려지지만, 정상 안정성은 양호해진다.

또한, 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하는 것에 의한 잘록부의 오검출이 많이 발생하는 용접 조건에 있어서는, 자동 설정 제어의 게인을 0으로 설정함으로써, 자동 설정 제어를 금지해도 좋다. 이 경우에는, 자동 설정 제어를 동작시키면, 용접 상태가 매우 불안정해져, 용접 불량이 되기 때문이다. 자동 설정 제어를 금지하면, 잘록부 검출 기준값 신호 Vtn의 값이 적정값으로부터 멀어질 우려가 있지만, 이 경우에도 적정값일 때보다도 스패터 발생량은 증가하지만, 용접 불량으로 되지는 않는다.

상술한 실시 형태에 있어서는, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있는지의 여부의 판단을, 합산 용접 전류 Ig를 검출함으로써 행하고 있다. 로봇 용접에 있어서, 전류 통전 판별 신호 Cd를 작업 프로그램으로 생성하도록 해도 좋다. 즉, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하는 용접 구간은, 작업 프로그램에 의해 로봇 제어 장치로부터 제1 용접 전원 PS1에 대하여 High 레벨의 전류 통전 판별 신호 Cd를 입력하고, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하지 않는 용접 구간은 Low 레벨의 전류 통전 판별 신호 Cd를 입력하도록 한다. 또한, 워크의 용접 개소의 일부 구간이 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있을 때는, 용접 개소의 전체 구간의 자동 설정 제어의 게인을 작게 해도 좋다. 이것은, 용접 구간 중에 자동 설정 제어의 게인이 큰 구간과 작은 구간이 혼재하는 것보다도, 전체 구간 게인을 작게 하는 편이 용접 상태가 안정되는 경우가 있기 때문이다.

상술한 실시 형태에 있어서는, 잘록부 검출 기준값의 자동 설정 제어가, 특허문헌 2와 마찬가지로, 단락마다 잘록부 검출 시간 Tn을 검출하여, 이 잘록부 검출 시간 Tn이 미리 정한 하한 시간 Lt 이하일 때는 카운터값 Cn으로부터 1을 감산하고, 잘록부 검출 시간 Tn이 미리 정한 상한 시간 Ht 이상일 때는 카운터값 Cn에 1을 가산하고, 카운터값 Cn이 미리 정한 음의 값인 마이너스 기준값 Lc에 달했을 때는 상기 잘록부 검출 기준값 Vtn을 미리 정한 감소값 Δd만큼 감소시킴과 함께 카운터값 Cn을 0으로 리셋하고, 카운터값 Cn이 미리 정한 양의 값인 플러스 기준값 Hc에 달했을 때는 잘록부 검출 기준값 Vtn을 미리 정한 증가값 Δu만큼 증가시킴과 함께 카운터값 Cn을 0으로 리셋하고, 용접 중에는 잘록부 검출 기준값 Vtn의 수정을 계속하는 것이다. 그리고, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있는지의 여부를 판별하여, 상기한 감소값 Δd 및 증가값 Δu의 대소를 전환함으로써, 자동 설정 제어의 게인을 전환하고 있다.

상술한 자동 설정 제어를, 특허문헌 1과 마찬가지로, 잘록부 검출 시간 Tn을 단락마다 검출하여 기억하고, 기억되어 있는 현 시점부터 과거 복수의 소정 개수분의 잘록부 검출 시간 Tn의 각 값이 미리 정한 최소값 이하인 개수가 미리 정한 최소값 개수 이상일 때는 잘록부 검출 기준값 Vtn을 미리 정한 감소값만큼 감소시키고, 기억된 각 잘록부 검출 시간이 미리 정한 최대값 이상인 개수가 미리 정한 최대값 개수 이상일 때는 잘록부 검출 기준값 Vtn을 미리 정한 증가값만큼 증가시켜, 이들 처리를 단락마다 반복하도록 해도 좋다. 그리고, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있는지의 여부를 판별하여, 상기한 감소값 및 증가값의 대소를 전환함으로써, 자동 설정 제어의 게인을 전환하도록 한다.

또한, 상술한 자동 설정 제어를, 단락마다의 잘록부 검출 시간 Tn을 검출하여, 이 잘록부 검출 시간 Tn과 미리 정한 목표 시간의 오차 증폭값을 산출하고, 이 오차 증폭값에 의해 잘록부 검출 기준값 Vtn을 피드백 제어하도록 해도 좋다. 그리고, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있는지의 여부를 판별하여, 상기한 오차 증폭값의 증폭률의 대소를 전환함으로써, 자동 설정 제어의 게인을 전환하도록 한다.

상술한 실시 형태에 의하면, 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있을 때는 통전하고 있지 않을 때보다도, 자동 설정 제어의 게인을 작게 한다. 이에 의해, 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하는 것에 의한 잘록부의 오검출이 발생하는 경우에는 자동 설정 제어의 게인이 작아지므로, 헌팅의 발생을 방지할 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 공통 통전로에 다른 용접 전원으로부터의 용접 전류가 통전하고 있는 경우에 있어서, 잘록부 검출 기준값의 자동 설정 제어를 동작시켜도 잘록부 검출 기준값을 적정값으로 수렴시킬 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
CD 전류 통전 판별 회로
Cd 전류 통전 판별 신호
CM 전류 비교 회로
Cm 전류 비교 신호
CN 카운터 회로
Cn 카운터값(신호)
CP 카운터값 판별 회로
DD 감소값 설정 회로
DR 구동 회로
Dr 구동 신호
DU 증가값 설정 회로
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
Hc 플러스 기준값
Ht 상한 시간
ICR 전류 제어 설정 회로
Icr 전류 제어 설정 신호
ID1 제1 용접 전류 검출 회로
Id1 제1 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
Iw1 제1 용접 전류
Iw2 제2 용접 전류
L 인덕턴스값
Lc 마이너스 기준값
Lt 하한 시간
ND 잘록부 검출 회로
Nd 잘록부 검출 신호
PM 전원 주회로
PS1 제1 용접 전원
PS2 제2 용접 전원
R 감류 저항기
Rs 리셋 신호
SD 단락 판별 회로
Sd 단락 판별 신호
SW 제어 전환 회로
Td 지연 기간
TDS 오프 딜레이 회로
Tds 지연 신호
Tn 잘록부 검출 시간
TR 트랜지스터
VD1 제1 용접 전압 검출 회로
Vd1 제1 용접 전압 검출 신호
VD2 제2 용접 전압 검출 회로
Vd2 제2 용접 전압 검출 신호
VR 전압 설정 회로
Vr 전압 설정 신호
Vta 아크 판별값
VTN 잘록부 검출 기준값 설정 회로
Vtn 잘록부 검출 기준값(신호)
Vtn0 초기값
Vw1 제1 용접 전압
Vw2 제2 용접 전압
Δd 감소값 신호
Δu 증가값 신호
Δud 수정 신호
ΔV 전압 상승값

Claims (3)

1. 다른 용접 전원과 동시에 사용하여 공통된 워크에 각각 아크를 발생시켜 용접하는 용접 전원으로서, 이 용접 전원은 용적의 잘록부의 형성 상태가 잘록부 검출 기준값에 달한 것을 검출하면 단락 부하에 통전하는 용접 전류를 감소시켜 아크를 재발생시켜, 상기 검출 시점부터 상기 아크 재발생 시점까지의 잘록부 검출 시간에 기초하여 상기 잘록부 검출 기준값을 자동 설정 제어하는 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법에 있어서,
   상기 다른 용접 전원으로부터의 상기 용접 전류가 통전하고 있을 때는 통전하고 있지 않을 때보다도, 상기 자동 설정 제어의 게인을 작게 하는 것을 특징으로 하는, 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 다른 용접 전원으로부터의 상기 용접 전류가 통전하고 있을 때의 상기 게인을 0으로 설정하여 상기 자동 설정 제어의 동작을 금지하는 것을 특징으로 하는, 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 워크의 용접 개소의 일부 기간이 상기 다른 용접 전원으로부터의 상기 용접 전류가 통전하고 있을 때는, 상기 용접 개소의 전체 기간 중의 상기 게인을 작게 하는 것을 특징으로 하는, 용접 전원의 잘록부 검출 제어 방법.

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