KR102213614B1 - 아크 용접 제어 방법 - Google Patents

Abstract

용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하는 용접 방법에 있어서, 스패터 발생량을 삭감한다. 용접 와이어의 송급 속도(Fw)를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하여, 단락 기간과 아크 기간을 반복하고, 아크 기간의 후반에 용접 전류(Iw)를 소전류값으로 전환하여 통전하는 아크 용접 제어 방법에 있어서, 평균 송급 속도 설정값에 따라 기준 전압 설정값을 설정하고, 전압 설정값과 기준 전압 설정값의 오차 증폭값을 산출하여, 평균 송급 속도 설정값 및 상기 오차 증폭값에 기초하여 상기 용접 전류(Iw)를 소전류값으로 전환하는 타이밍(전류 강하 시간(Td))을 변화시킨다.

Description

아크 용접 제어 방법

본 발명은 용접 와이어의 송급 속도를 정송(正送) 기간과 역송(逆送) 기간으로 교대로 전환하여, 단락 기간과 아크 기간을 반복하여 용접하는 아크 용접 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 소모 전극식 아크 용접에서는, 소모 전극인 용접 와이어를 일정 속도로 송급하고, 용접 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 용접이 행하여진다. 소모 전극식 아크 용접에서는, 용접 와이어와 모재가 단락 기간과 아크 기간을 교대로 반복하는 용접 상태가 되는 경우가 많다.

용접 품질을 더욱 향상시키기 위하여, 용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복하여 용접하는 정역 송급 제어 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 1의 발명에서는, 전류 설정값에 따른 송급 속도의 평균값으로 하고, 용접 와이어의 정송과 역송의 주파수 및 진폭을 전류 설정값에 따른 값으로 하고 있다. 용접 와이어의 정송과 역송을 반복하는 용접 방법에서는, 정속 송급의 종래 기술에 비하여, 단락과 아크의 반복의 주기를 안정화할 수 있으므로, 스패터 발생량의 삭감, 비드 외관의 개선 등의 용접 품질의 향상을 도모할 수 있다.

소모 전극식 아크 용접에 있어서, 스패터는 단락이 발생할 때와 단락 상태가 해제되어 아크가 재발생할 때에 발생한다. 이 아크 재발생 시의 스패터는, 정역 송급 제어와 잘록부 검출 제어를 행함으로써 대폭 삭감할 수 있다. 한편, 단락 발생 시의 스패터는, 단락이 발생할 때의 용접 전류를 소전류값으로 함으로써 삭감할 수 있다. 이 때문에, 단락이 발생하기 직전에 용접 전류를 소전류값으로 전환하도록 하고 있다. 그러나, 단락의 발생을 예측하는 것은 곤란하므로, 아크 재발생으로부터 소정 시간이 경과되면 용접 전류를 소전류값으로 전환하도록 하고 있다(특허문헌 2 참조). 이 소전류값에 대한 전환 타이밍이 지나치게 빠르면, 아크 상태가 불안정해진다. 반대로, 너무 느리면, 단락 발생 시의 용접 전류값을 작게 할 수 없어, 스패터가 발생하게 된다. 즉, 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을, 용접 조건에 따라 적정화할 필요가 있다.

일본 특허 제5201266호 공보 일본 특허 공개 2012-6020호 공보

그래서, 본 발명에서는, 용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하는 용접 방법에 있어서, 아크 기간의 후반에 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 적정화하여 스패터의 발생을 삭감할 수 있는 아크 용접 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 아크 용접 제어 방법은,

용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하여, 단락 기간과 아크 기간을 반복하고, 상기 아크 기간의 후반에 용접 전류를 소전류값으로 전환하여 통전하고, 평균 송급 속도 설정값에 따라 상기 송급 속도의 평균값을 설정하고, 전압 설정값에 따라 상기 아크 기간 중의 용접 전압을 설정하는 아크 용접 제어 방법에 있어서,

상기 평균 송급 속도 설정값에 기초하여 상기 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시키는 것이다.

또한, 본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 전압 설정값에 기초하여 상기 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시키는 것이다.

또한, 본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 평균 송급 속도 설정값에 따라 기준 전압 설정값을 설정하고, 상기 전압 설정값과 상기 기준 전압 설정값의 오차 증폭값에 기초하여 상기 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시키는 것이다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 오차 증폭값을 산출할 때의 증폭률을 상기 평균 송급 속도 설정값에 따라 변화시키는 것이다.

본 발명에 따르면, 용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하는 용접 방법에 있어서, 아크 기간의 후반에 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 적정화하여 스패터의 발생을 삭감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 도시하는 도 1의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

[실시 형태 1]

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 이하, 동도를 참조하여 각 블록에 대하여 설명한다.

전원 주회로(PM)는, 3상 200V 등의 상용 전원(도시는 생략)을 입력으로 하여, 후술하는 오차 증폭 신호(Ea)에 따라 인버터 제어 등에 의한 출력 제어를 행하여, 출력 전압(E)을 출력한다. 이 전원 주회로(PM)는, 도시는 생략하였지만, 상용 전원을 정류하는 1차 정류기, 정류된 직류를 평활하는 평활 콘덴서, 평활된 직류를 고주파 교류로 변환하는, 상기한 오차 증폭 신호(Ea)에 의해 구동되는 인버터 회로, 고주파 교류를 용접에 적합한 전압값으로 강압한 고주파 변압기, 강압된 고주파 교류를 직류로 정류하는 2차 정류기를 구비하고 있다.

리액터(WL)는, 상기한 출력 전압(E)을 평활한다. 이 리액터(WL)의 인덕턴스값은, 예를 들어 100μH이다.

송급 모터(WM)는, 후술하는 송급 제어 신호(Fc)를 입력으로 하여, 정송과 역송을 교대로 반복하여 용접 와이어(1)를 송급 속도(Fw)로 송급한다. 송급 모터(WM)에는, 과도 응답성이 빠른 모터가 사용된다. 용접 와이어(1)의 송급 속도(Fw)의 변화율 및 송급 방향의 반전을 빠르게 하기 위하여, 송급 모터(WM)는 용접 토치(4)의 선단 근처에 설치되는 경우가 있다. 또한, 송급 모터(WM)를 2개 사용하여, 푸시 풀 방식의 송급계로 하는 경우도 있다.

용접 와이어(1)는, 상기한 송급 모터(WM)에 결합된 송급 롤(5)의 회전에 의해 용접 토치(4) 내에 송급되어, 모재(2)와의 사이에 아크(3)가 발생한다. 용접 토치(4) 내의 급전 칩(도시는 생략)과 모재(2) 사이에는 용접 전압(Vw)이 인가되어, 용접 전류(Iw)가 통전한다.

전류 검출 회로(ID)는, 상기한 용접 전류(Iw)를 검출하여, 전류 검출 신호(Id)를 출력한다. 전압 검출 회로(VD)는, 상기한 용접 전압(Vw)을 검출하여, 전압 검출 신호(Vd)를 출력한다. 단락 판별 회로(SD)는, 상기한 전압 검출 신호(Vd)를 입력으로 하여, 이 값이 미리 정한 단락 판별값(10V 정도) 미만일 때는 단락 기간에 있다고 판별하여 High 레벨이 되고, 이 값이 단락 판별값 이상일 때는 아크 기간에 있다고 판별하여 Low 레벨이 되는 단락 판별 신호(Sd)를 출력한다.

전압 설정 회로(VR)는, 미리 정한 전압 설정 신호(Vr)를 출력한다.

전압 오차 증폭 회로(EV)는, 상기한 전압 설정 신호(Vr) 및 상기한 전압 검출 신호(Vd)를 입력으로 하여, 전압 설정 신호(Vr(+))와 전압 검출 신호(Vd(-))의 오차를 증폭시켜, 전압 오차 증폭 신호(Ev)를 출력한다.

평균 송급 속도 설정 회로(FAR)는, 미리 정한 평균 송급 속도 설정 신호(Far)를 출력한다.

정송 가속 기간 설정 회로(TSUR)는, 미리 정한 정송 가속 기간 설정 신호(Tsur)를 출력한다.

정송 감속 기간 설정 회로(TSDR)는, 미리 정한 정송 감속 기간 설정 신호(Tsdr)를 출력한다.

역송 가속 기간 설정 회로(TRUR)는, 미리 정한 역송 가속 기간 설정 신호(Trur)를 출력한다.

역송 감속 기간 설정 회로(TRDR)는, 미리 정한 역송 감속 기간 설정 신호(Trdr)를 출력한다.

정송 피크값 설정 회로(WSR)는, 상기한 평균 송급 속도 설정 신호(Far)를 입력으로 하여, 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 대응하여 미리 정한 정송 피크값 설정 신호(Wsr)를 출력한다. 정송 피크값 설정 신호(Wsr)는, 송급 속도(Fw)의 평균값과 평균 송급 속도 설정 신호(Far)의 값이 동등해지도록 실험에 의해 미리 산출된다. 그리고, 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 따른 정송 피크값 설정 신호(Wsr)의 값이 기억된다.

역송 피크값 설정 회로(WRR)는, 상기한 평균 송급 속도 설정 신호(Far)를 입력으로 하여, 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 대응하여 미리 정한 역송 피크값 설정 신호(Wrr)를 출력한다. 역송 피크값 설정 신호(Wrr)는, 송급 속도(Fw)의 평균값과 평균 송급 속도 설정 신호(Far)의 값이 동등해지도록 실험에 의해 미리 산출된다. 그리고, 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 따른 역송 피크값 설정 신호(Wrr)의 값이 기억된다.

송급 속도 설정 회로(FR)는, 상기한 정송 가속 기간 설정 신호(Tsur), 상기한 정송 감속 기간 설정 신호(Tsdr), 상기한 역송 가속 기간 설정 신호(Trur), 상기한 역송 감속 기간 설정 신호(Trdr), 상기한 정송 피크값 설정 신호(Wsr), 상기한 역송 피크값 설정 신호(Wrr) 및 상기한 단락 판별 신호(Sd)를 입력으로 하여, 이하의 처리에 의해 생성된 송급 속도 패턴을 송급 속도 설정 신호(Fr)로서 출력한다. 이 송급 속도 설정 신호(Fr)가 0 이상일 때는 정송 기간이 되고, 0 미만일 때는 역송 기간이 된다.

1) 정송 가속 기간 설정 신호(Tsur)에 따라 정해지는 정송 가속 기간(Tsu) 중에는 0으로부터 정송 피크값 설정 신호(Wsr)에 따라 정해지는 정의 값의 정송 피크값(Wsp)까지 직선상으로 가속되는 송급 속도 설정 신호(Fr)를 출력한다.

2) 계속하여, 정송 피크 기간(Tsp) 중에는, 상기한 정송 피크값(Wsp)을 유지하는 송급 속도 설정 신호(Fr)를 출력한다.

3) 단락 판별 신호(Sd)가 Low 레벨(아크 기간)로부터 High 레벨(단락 기간)로 변화되면, 정송 감속 기간 설정 신호(Tsdr)에 따라 정해지는 정송 감속 기간(Tsd)으로 이행하여, 상기한 정송 피크값(Wsp)으로부터 0까지 직선상으로 감속되는 송급 속도 설정 신호(Fr)를 출력한다.

4) 계속하여, 역송 가속 기간 설정 신호(Trur)에 따라 정해지는 역송 가속 기간(Tru) 중에는 0으로부터 역송 피크값 설정 신호(Wrr)에 따라 정해지는 부의 값의 역송 피크값(Wrp)까지 직선상으로 가속되는 송급 속도 설정 신호(Fr)를 출력한다.

5) 계속하여, 역송 피크 기간(Trp) 중에는, 상기한 역송 피크값(Wrp)을 유지하는 송급 속도 설정 신호(Fr)를 출력한다.

6) 단락 판별 신호(Sd)가 High 레벨(단락 기간)로부터 Low 레벨(아크 기간)로 변화되면, 역송 감속 기간 설정 신호(Trdr)에 따라 정해지는 역송 감속 기간(Trd)으로 이행하여, 상기한 역송 피크값(Wrp)으로부터 0까지 직선상으로 감속되는 송급 속도 설정 신호(Fr)를 출력한다.

7) 상기한 1) 내지 6)을 반복함으로써 정부의 사다리꼴 파형으로 변화되는 송급 패턴의 송급 속도 설정 신호(Fr)가 생성되는 것이다.

송급 제어 회로(FC)는, 상기한 송급 속도 설정 신호(Fr)를 입력으로 하여, 송급 속도 설정 신호(Fr)의 값에 상당하는 송급 속도(Fw)로 용접 와이어(1)를 송급하기 위한 송급 제어 신호(Fc)를 상기한 송급 모터(WM)에 출력한다.

감류 저항기(R)는, 상기한 리액터(WL)와 용접 토치(4) 사이에 삽입된다. 이 감류 저항기(R)의 값은, 단락 부하(0.01 내지 0.03Ω 정도)의 10배 이상 큰 값(0.5 내지 3Ω 정도)으로 설정된다. 이 감류 저항기(R)가 통전로에 삽입되면, 리액터(WL) 및 외부 케이블의 리액터에 축적된 에너지가 급방전된다.

트랜지스터(TR)는, 상기한 감류 저항기(R)와 병렬로 접속되어, 후술하는 구동 신호(Dr)에 따라 온 또는 오프 제어된다.

잘록부 검출 회로(ND)는, 상기한 단락 판별 신호(Sd), 상기한 전압 검출 신호(Vd) 및 상기한 전류 검출 신호(Id)를 입력으로 하여, 단락 판별 신호(Sd)가 High 레벨(단락 기간)일 때의 전압 검출 신호(Vd)의 전압 상승값이 기준값에 도달한 시점에서 잘록부의 형성 상태가 기준 상태가 되었다고 판별하여 High 레벨이 되고, 단락 판별 신호(Sd)가 Low 레벨(아크 기간)로 변화된 시점에서 Low 레벨이 되는 잘록부 검출 신호(Nd)를 출력한다. 또한, 단락 기간 중의 전압 검출 신호(Vd)의 미분값이 그것에 대응한 기준값에 도달한 시점에서 잘록부 검출 신호(Nd)를 High 레벨로 변화시키도록 해도 된다. 또한, 전압 검출 신호(Vd)의 값을 전류 검출 신호(Id)의 값으로 제산하여 용적(溶滴)의 저항값을 산출하여, 이 저항값의 미분값이 그것에 대응하는 기준값에 도달한 시점에서 잘록부 검출 신호(Nd)를 High 레벨로 변화시키도록 해도 된다.

저레벨 전류 설정 회로(ILR)는, 미리 정한 저레벨 전류 설정 신호(Ilr)를 출력한다. 전류 비교 회로(CM)는, 이 저레벨 전류 설정 신호(Ilr) 및 상기한 전류 검출 신호(Id)를 입력으로 하여, Id<Ilr일 때는 High 레벨이 되고, Id≥Ilr일 때는 Low 레벨이 되는 전류 비교 신호(Cm)를 출력한다.

구동 회로(DR)는, 상기한 전류 비교 신호(Cm) 및 상기한 잘록부 검출 신호(Nd)를 입력으로 하여, 잘록부 검출 신호(Nd)가 High 레벨로 변화되면 Low 레벨로 변화되고, 그 후에 전류 비교 신호(Cm)가 High 레벨로 변화되면 High 레벨로 변화되는 구동 신호(Dr)를 상기한 트랜지스터(TR)의 베이스 단자에 출력한다. 따라서, 이 구동 신호(Dr)는 잘록부가 검출되면 Low 레벨이 되어, 트랜지스터(TR)가 오프 상태가 되어 통전로에 감류 저항기(R)가 삽입되므로, 단락 부하를 통전하는 용접 전류(Iw)는 급감된다. 그리고, 급감된 용접 전류(Iw)의 값이 저레벨 전류 설정 신호(Ilr)의 값까지 감소되면, 구동 신호(Dr)는 High 레벨이 되어, 트랜지스터(TR)가 온 상태가 되므로, 감류 저항기(R)는 단락되어 통상의 상태로 되돌아 간다.

전류 제어 설정 회로(ICR)는, 상기한 단락 판별 신호(Sd), 상기한 저레벨 전류 설정 신호(Ilr) 및 상기한 잘록부 검출 신호(Nd)를 입력으로 하여, 이하의 처리를 행하여, 전류 제어 설정 신호(Icr)를 출력한다.

1) 단락 판별 신호(Sd)가 Low 레벨(아크 기간)일 때는, 저레벨 전류 설정 신호(Ilr)가 되는 전류 제어 설정 신호(Icr)를 출력한다.

2) 단락 판별 신호(Sd)가 High 레벨(단락 기간)로 변화되면, 미리 정한 초기 기간 중에는 미리 정한 초기 전류 설정값이 되고, 그 후는 미리 정한 단락 시 경사로 미리 정한 단락 시 피크 설정값까지 상승하여 그 값을 유지하는 전류 제어 설정 신호(Icr)를 출력한다.

3) 그 후에, 잘록부 검출 신호(Nd)가 High 레벨로 변화되면, 저레벨 전류 설정 신호(Ilr)의 값이 되는 전류 제어 설정 신호(Icr)를 출력한다.

전류 오차 증폭 회로(EI)는, 상기한 전류 제어 설정 신호(Icr) 및 상기한 전류 검출 신호(Id)를 입력으로 하여, 전류 제어 설정 신호(Icr(+))와 전류 검출 신호(Id(-))의 오차를 증폭시켜, 전류 오차 증폭 신호(Ei)를 출력한다.

전류 강하 시간 설정 회로(TDR)는, 상기한 평균 송급 속도 설정 신호(Far)를 입력으로 하는 미리 정한 전류 강하 시간 산출 함수에 의해 전류 강하 시간(Td)을 산출하여, 전류 강하 시간 설정 신호(Tdr)를 출력한다. 전류 강하 시간 산출 함수는, 예를 들어 Td(ms)=0.5×Far(m/min)+4이다. Far=0 내지 10m/min의 범위에서 설정되는 경우, Td=4 내지 9ms의 범위에서 변화하게 된다. 전류 강하 시간 산출 함수는, 용접 와이어의 직경 및 재질에 대응하여, 실험에 의해 적정값으로 설정된다.

소전류 기간 회로(STD)는, 상기한 단락 판별 신호(Sd) 및 상기한 전류 강하 시간 설정 신호(Tdr)를 입력으로 하여, 단락 판별 신호(Sd)가 Low 레벨(아크 기간)로 변화된 시점부터 전류 강하 시간 설정 신호(Tdr)에 따라 정해지는 전류 강하 시간(td)이 경과한 시점에서 High 레벨이 되고, 그 후에 단락 판별 신호(Sd)가 High 레벨(단락 기간)이 되면 Low 레벨이 되는 소전류 기간 신호(Std)를 출력한다.

전원 특성 전환 회로(SW)는, 상기한 전류 오차 증폭 신호(Ei), 상기한 전압 오차 증폭 신호(Ev), 상기한 단락 판별 신호(Sd) 및 상기한 소전류 기간 신호(Std)를 입력으로 하여, 이하의 처리를 행하여, 오차 증폭 신호(Ea)를 출력한다.

1) 단락 판별 신호(Sd)가 High 레벨(단락 기간)로 변화된 시점부터, 단락 판별 신호(Sd)가 Low 레벨(아크 기간)로 변화되어 미리 정한 지연 기간이 경과한 시점까지의 기간 중에는, 전류 오차 증폭 신호(Ei)를 오차 증폭 신호(Ea)로서 출력한다.

2) 그 후의 아크 기간 중에는, 전압 오차 증폭 신호(Ev)를 오차 증폭 신호(Ea)로서 출력한다.

3) 그 후의 아크 기간 중에 소전류 기간 신호(Std)가 High 레벨이 되는 기간 중에는, 전류 오차 증폭 신호(Ei)를 오차 증폭 신호(Ea)로서 출력한다.

이 회로에 의해, 용접 전원의 특성은, 단락 기간, 지연 기간 및 소전류 기간 중에는 정전류 특성이 되고, 그 이외의 아크 기간 중에는 정전압 특성이 된다.

도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 도시하는 도 1의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트이다. 동도 (A)는 송급 속도(Fw)의 시간 변화를 나타내고, 동도 (B)는 용접 전류(Iw)의 시간 변화를 나타내고, 동도 (C)는 용접 전압(Vw)의 시간 변화를 나타내고, 동도 (D)는 단락 판별 신호(Sd)의 시간 변화를 나타내고, 동도 (E)는 소전류 기간 신호(Std)의 시간 변화를 나타낸다. 이하, 동도를 참조하여 각 신호의 동작에 대하여 설명한다.

동도 (A)에 도시하는 송급 속도(Fw)는, 도 1의 송급 속도 설정 회로(FR)로부터 출력되는 송급 속도 설정 신호(Fr)의 값으로 제어된다. 송급 속도(Fw)는, 도 1의 정송 가속 기간 설정 신호(Tsur)에 따라 정해지는 정송 가속 기간(Tsu), 단락이 발생할 때까지 계속되는 정송 피크 기간(Tsp), 도 1의 정송 감속 기간 설정 신호(Tsdr)에 따라 정해지는 정송 감속 기간(Tsd), 도 1의 역송 가속 기간 설정 신호(Trur)에 따라 정해지는 역송 가속 기간(Tru), 아크가 발생할 때까지 계속되는 역송 피크 기간(Trp) 및 도 1의 역송 감속 기간 설정 신호(Trdr)에 따라 정해지는 역송 감속 기간(Trd)으로 형성된다. 또한, 정송 피크값(Wsp)은 도 1의 정송 피크값 설정 신호(Wsr)에 의해 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 따른 값으로서 정해지고, 역송 피크값(Wrp)은 도 1의 역송 피크값 설정 신호(Wrr)에 의해 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 따른 값으로서 정해진다. 이 결과, 송급 속도 설정 신호(Fr)는, 정부의 대략 사다리꼴 파형으로 변화되는 송급 패턴이 된다.

[시각 t1 내지 t4의 단락 기간의 동작]

정송 피크 기간(Tsp) 중의 시각 t1에 있어서 단락이 발생하면, 동도 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압(Vw)은 수 V의 단락 전압값으로 급감되므로, 동도 (D)에 도시하는 바와 같이, 단락 판별 신호(Sd)가 High 레벨(단락 기간)로 변화된다. 이것에 응동하여, 시각 t1 내지 t2의 미리 정한 정송 감속 기간(Tsd)으로 이행하여, 동도 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 상기한 정송 피크값(Wsp)으로부터 0까지 감속된다. 예를 들어, 정송 감속 기간(Tsd=1ms)에 설정된다.

동도 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 시각 t2 내지 t3의 미리 정한 역송 가속 기간(Tru)에 들어가, 0으로부터 상기한 역송 피크값(Wrp)까지 가속된다. 이 기간 중에는 단락 기간이 계속된다. 예를 들어, 역송 가속 기간(Tru=1ms)에 설정된다.

시각 t3에 있어서 역송 가속 기간(Tru)이 종료되면, 동도 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 역송 피크 기간(Trp)에 들어가, 상기한 역송 피크값(Wrp)이 된다. 역송 피크 기간(Trp)은, 시각 t4에 아크가 발생할 때까지 계속된다. 따라서, 시각 t1 내지 t4의 기간이 단락 기간이 된다. 역송 피크 기간(Trp)은 소정값이 아니지만, 2ms 정도가 된다. 또한, 역송 피크값(Wrp)은 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 따라 변화되지만, -30 내지 -50m/min 정도로 설정된다.

동도 (B)에 도시하는 바와 같이, 시각 t1 내지 t4의 단락 기간 중의 용접 전류(Iw)는, 미리 정한 초기 기간 중에는 미리 정한 초기 전류값이 된다. 그 후, 용접 전류(Iw)는, 미리 정한 단락 시 경사로 상승하여, 미리 정한 단락 시 피크값에 도달하면 그 값을 유지한다.

동도 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압(Vw)은, 용접 전류(Iw)가 단락 시 피크값이 되는 근방부터 상승한다. 이것은, 용접 와이어(1)의 역송 및 용접 전류(Iw)에 의한 핀치력의 작용에 의해, 용접 와이어(1)의 선단의 용적에 잘록부가 점차 형성되기 때문이다.

그 후에 용접 전압(Vw)의 전압 상승값이 기준값에 도달하면, 잘록부의 형성 상태가 기준 상태가 되었다고 판별하여, 도 1의 잘록부 검출 신호(Nd)는 High 레벨로 변화된다.

잘록부 검출 신호(Nd)가 High 레벨이 된 것에 응동하여, 도 1의 구동 신호(Dr)는 Low 레벨이 되므로, 도 1의 트랜지스터(TR)는 오프 상태로 되어 도 1의 감류 저항기(R)가 통전로에 삽입된다. 동시에, 도 1의 전류 제어 설정 신호(Icr)가 저레벨 전류 설정 신호(Ilr)의 값으로 작아진다. 이 때문에, 동도 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류(Iw)는 단락 시 피크값으로부터 저레벨 전류값으로 급감된다. 그리고, 용접 전류(Iw)가 저레벨 전류값까지 감소되면, 구동 신호(Dr)는 High 레벨로 되돌아가므로, 트랜지스터(TR)는 온 상태가 되어 감류 저항기(R)는 단락된다. 동도 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류(Iw)는, 전류 제어 설정 신호(Icr)가 저레벨 전류 설정 신호(Ilr) 상태이므로, 아크 재발생으로부터 미리 정한 지연 기간이 경과할 때까지는 저레벨 전류값을 유지한다. 따라서, 트랜지스터(TR)는, 잘록부 검출 신호(Nd)가 High 레벨로 변화된 시점부터 용접 전류(Iw)가 저레벨 전류값으로 감소될 때까지의 기간만 오프 상태로 된다. 동도 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압(Vw)은, 용접 전류(Iw)가 작아지므로 일단 감소된 후에 급상승된다. 상술한 각 파라미터는, 예를 들어 이하의 값으로 설정된다. 초기 전류=40A, 초기 기간=0.5ms, 단락 시 경사=2ms, 단락 시 피크값=400A, 저레벨 전류값=50A, 지연 기간=1ms.

[시각 t4 내지 t7의 아크 기간의 동작]

시각 t4에 있어서, 용접 와이어의 역송 및 용접 전류(Iw)의 통전에 의한 핀치력에 의해 잘록부가 진행되어 아크가 발생하면, 동도 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압(Vw)은 수십 V의 아크 전압값으로 급증되므로, 동도 (D)에 도시하는 바와 같이, 단락 판별 신호(Sd)가 Low 레벨(아크 기간)로 변화된다. 이것에 응동하여, 시각 t4 내지 t5의 미리 정한 역송 감속 기간(Trd)으로 이행하여, 동도 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 상기한 역송 피크값(Wrp)으로부터 0까지 감속된다. 예를 들어, 역송 감속 기간(Trd=1ms)에 설정된다.

시각 t5에 있어서 역송 감속 기간(Trd)이 종료되면, 시각 t5 내지 t6의 미리 정한 정송 가속 기간(Tsu)으로 이행된다. 이 정송 가속 기간(Tsu) 중에는, 동도 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 0으로부터 상기한 정송 피크값(Wsp)까지 가속된다. 이 기간 중에는 아크 기간이 계속된다. 예를 들어, 정송 가속 기간(Tsu=1ms)에 설정된다.

시각 t6에 있어서 정송 가속 기간(Tsu)이 종료되면, 동도 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 정송 피크 기간(Tsp)에 들어가, 상기한 정송 피크값(Wsp)이 된다. 이 기간 중에도 아크 기간이 계속된다. 정송 피크 기간(Tsp)은, 시각 t7에 단락이 발생할 때까지 계속된다. 따라서, 시각 t4 내지 t7의 기간이 아크 기간이 된다. 그리고, 단락이 발생하면, 시각 t1의 동작으로 되돌아간다. 정송 피크 기간(Tsp)은 소정값이 아니지만, 4ms 정도가 된다. 또한, 정송 피크값(Wsp)은 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 따라 변화되지만, 30 내지 50m/min 정도로 설정된다.

시각 t4에 있어서 아크가 발생하면, 동도 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압(Vw)은 수십 V의 아크 전압값으로 급증된다. 한편, 동도 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류(Iw)는, 시각 t4부터 지연 기간 중에는 저레벨 전류값을 계속한다. 그 후, 용접 전류(Iw)는 증가되어 고전류값이 된다. 이 고전류값이 되는 아크 기간 중에는, 도 1의 전압 오차 증폭 신호(Ev)에 의해 용접 전원의 피드백 제어가 행하여지므로, 정전압 특성이 된다.

시각 t4에 아크가 발생하고 나서, 도 1의 전류 강하 시간 설정 신호(Tdr)에 따라 정해지는 전류 강하 시간(Td)이 경과되는 시각 t61에 있어서, 동도 (E)에 도시하는 바와 같이, 소전류 기간 신호(Std)가 High 레벨로 변화된다. 이것에 응동하여, 용접 전원은 정전압 특성으로부터 정전류 특성으로 전환된다. 이 때문에, 동도 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류(Iw)는 저레벨 전류값으로 저하되고, 단락이 발생하는 시각 t7까지 그 값을 유지한다. 마찬가지로, 동도 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압(Vw)도 저하된다. 소전류 기간 신호(Std)는, 시각 t7에 단락이 발생하면 Low 레벨로 되돌아간다.

전류 강하 시간(Td)은 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 따른 값이 된다. 전류 강하 시간(Td)은, 용접 전류(Iw)가 소전류값이 되는 타이밍(소전류 기간 신호(Std)가 High 레벨이 되는 시각 t61)이 단락이 발생하는 시각 t7보다도 0.5 내지 1ms 정도 전의 타이밍이 되는 것이 바람직하다. 이 결과, 시각 t61의 타이밍은 정송 피크 기간(Tsp) 중이 된다. 전류 강하 시간(Td)이 너무 짧으면, 소전류값의 기간 t61 내지 t7이 길어져, 아크 상태가 불안정해진다. 반대로, 전류 강하 시간(Td)이 지나치게 길면, 단락이 발생해도 소전류값이 되지 않으므로, 스패터가 증가되게 된다. 즉, 전류 강하 시간(Td)이 용접 조건에 따라 적정값으로 설정됨이 중요하다. 용접 조건 중에서, 평균 송급 속도가 아크 기간의 시간 길이에 가장 영향을 주므로, 본 실시 형태에서는, 평균 송급 속도에 따라 전류 강하 시간(Td)을 적정화하고 있다.

상술한 실시 형태 1에 의하면, 평균 송급 속도 설정값에 기초하여 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시킨다. 평균 송급 속도 설정값에 따라 송급 속도의 평균값이 설정되고, 송급 속도의 평균값에 따라 용접 전류의 평균값이 설정된다. 송급 속도의 평균값이 변화하면, 아크 상태가 변화하여 아크 기간의 시간 길이가 변화한다. 따라서, 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍(전류 강하 시간)을 평균 송급 속도 설정값에 따라 변화시켜 적정화하면, 단락이 발생하기 직전에 용접 전류가 소전류값으로 전환되게 된다. 이 때문에, 아크 상태를 안정적으로 유지하며, 또한, 스패터 발생량을 적게 할 수 있다.

상기에 있어서는, 전류 강하 시간(Td)의 시점을 아크 재발생 시로 하고 있지만, 송급 속도(Fw)가 정송으로 전환되는 시각 t5로 해도 된다. 또한, 전류 강하 시간(Td)의 시점을 아크가 재발생하여, 지연 기간이 종료되는 시점으로 해도 된다.

[실시 형태 2]

실시 형태 2의 발명에서는, 평균 송급 속도 설정값 외에도 전압 설정값에 기초하여 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시킨다. 구체적으로는, 실시 형태 2의 발명에서는, 평균 송급 속도 설정값에 따라 기준 전압 설정값을 설정하고, 전압 설정값과 기준 전압 설정값의 오차 증폭값에 기초하여 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시킨다.

도 3은, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 동도는 상술한 도 1과 대응하고 있으며, 동일한 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 동도는, 도 1에 기준 전압 설정 회로(VSR), 전압 미세 조정 회로(VBR) 및 증폭률 설정 회로(GR)를 추가하고, 도 1의 전압 설정 회로(VR)를 제2 전압 설정 회로(VR2)로 치환하고, 도 1의 전류 강하 시간 설정 회로(TDR)를 제2 전류 강하 시간 설정 회로(TDR2)로 치환한 것이다. 이하, 동도를 참조하여 이들 블록에 대하여 설명한다.

기준 전압 설정 회로(VSR)는, 상기한 평균 송급 속도 설정 신호(Far)를 입력으로 하는 미리 정한 일원 조정 함수에 의해 기준 전압값을 산출하여, 기준 전압 설정 신호(Vsr)를 출력한다. 이 회로는, 관용 기술인 일원 조정 제어에 관한 것이고, 평균 송급 속도에 따라 용접 전압의 권장값이 되는 기준 전압값을 설정한다.

전압 미세 조정 회로(VBR)는, 미리 정한 전압 미세 조정 신호(Vbr)를 출력한다. 전압 미세 조정 신호(Vbr)는, 예를 들어 -5V 내지 +5V의 범위로 설정된다.

증폭률 설정 회로(GR)는, 상기한 평균 송급 속도 설정 신호(Far)를 입력으로 하는 미리 정한 증폭률 산출 함수에 의해 증폭률을 산출하여, 증폭률 설정 신호(Gr)를 출력한다. 증폭률 산출 함수는, 예를 들어 Far<4일 때는 Gr=0.5가 되고, Far≥4일 때는 Gr=1.0이 되는 함수이다. 이 함수는, 직선 또는 곡선에 대응하는 함수여도 된다.

제2 전압 설정 회로(VR2)는, 상기한 기준 전압 설정 신호(Vsr) 및 상기한 전압 미세 조정 신호(Vbr)를 입력으로 하여, 양쪽값을 가산(Vsr+Vbr)하여, 전압 설정 신호(Vr)를 출력한다.

제2 전류 강하 시간 설정 회로(TDR2)는, 상기한 평균 송급 속도 설정 신호(Far), 상기한 전압 미세 조정 신호(Vbr) 및 상기한 증폭률 설정 신호(Gr)를 입력으로 하여, 이하의 처리를 행하여, 전류 강하 시간 설정 신호(Tdr)를 출력한다.

1) 미리 정한 전류 강하 시간 산출 함수에 평균 송급 속도 설정 신호(Far)를 입력하여 기준 전류 강하 시간을 산출한다.

2) 전류 강하 시간(Td)=기준 전류 강하 시간+Gr·Vbr을 연산하여, 전류 강하 시간 설정 신호(Tdr)를 출력한다. 이 "Gr·Vbr"은, 오차 증폭값을 구성한다.

상기한 제2 전류 강하 시간 설정 회로(TDR2)에 의해 이하의 동작을 행하고 있다.

스텝 1) 실시 형태 1과 마찬가지로, 평균 송급 속도 설정값에 대응한 기준 전류 강하 시간을 산출한다.

스텝 2) 평균 송급 속도 설정값에 대응한 기준 전압 설정값을 산출한다.

스텝 3) 전압 설정값과 상기한 기준 전압 설정값의 오차 증폭값을 산출한다. 증폭률은 평균 송급 속도 설정값의 함수이다.

스텝 4) 상기한 기준 전류 강하 시간을 상기한 오차 증폭값으로 수정하여, 전류 강하 시간(Td)을 산출한다.

상기한 스텝 1) 내지 4)의 수치예를 나타낸다.

스텝 1) Far=3m/min으로 하면, 기준 전류 강하 시간=0.5×3+4=5.5ms를 산출한다.

스텝 2) Far=3일 때의 기준 전압 설정값=18V를 산출한다.

스텝 3) 전압 설정값=19V와 상기한 기준 전압 설정값=18V의 오차 증폭값=0.5×(19-18)=0.5를 산출한다. 증폭률은 Far=3이므로 0.5가 된다.

스텝 4) 상기한 기준 전류 강하 시간=5.5ms를, 상기한 오차 증폭값=0.5로 수정하여, 전류 강하 시간(Td)=5.5+0.5=6.0ms를 산출한다.

스텝 1) Far=6m/min으로 하면, 기준 전류 강하 시간=0.5×6+4=7.0ms를 산출한다.

스텝 2) Far=6일 때의 기준 전압 설정값=26V를 산출한다.

스텝 3) 전압 설정값=25V와 상기한 기준 전압 설정값=26V의 오차 증폭값=1.0×(25-26)=-1.0을 산출한다. 증폭률은 Far=6이므로 1.0이 된다.

스텝 4) 상기한 기준 전류 강하 시간=7.0ms를, 상기한 오차 증폭값=-1.0로 수정하여, 전류 강하 시간(Td)=7.0-1.0=6.0ms를 산출한다.

도 3에 있어서의 각 신호의 동작은, 상술한 도 2와 마찬가지이다. 단, 전류 강하 시간(Td)의 설정 방법이 상술한 바와 같이 실시 형태 1과는 상이하다.

상술한 실시 형태 2에 의하면, 평균 송급 속도 설정값 외에도, 전압 설정값에 기초하여 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍(전류 강하 시간)을 변화시킨다. 구체적으로는, 실시 형태 2에 있어서는, 평균 송급 속도 설정값에 따라 기준 전압 설정값을 설정하고, 전압 설정값과 기준 전압 설정값의 오차 증폭값에 기초하여 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시킨다. 평균 송급 속도 외에도, 전압 설정값이 상이하면 아크 상태가 변화하여 아크 기간의 시간 길이가 변화한다. 따라서, 실시 형태 2에서는, 평균 송급 속도에 따라 설정되는 전류 강하 시간을, 전압 설정값에 따라 수정하고 있다. 이 때문에, 실시 형태 2에서는, 평균 송급 속도 및 전압 설정값에 따라 전류 강하 시간을 적정화할 수 있으므로, 아크 상태를 더욱 안정화할 수 있어, 스패터 발생량을 더욱 적게 할 수 있다.

또한, 실시 형태 2에 있어서, 오차 증폭값을 산출할 때의 증폭률을 평균 송급 속도 설정값에 따라 변화시키도록 해도 된다. 이와 같이 하면, 전압 설정값에 따라 전류 강하 시간을 수정할 때의 수정량을, 평균 송급 속도에 따라 적정화할 수 있다. 전압 설정값의 변화량에 대한 아크 기간의 시간 길이의 변화량은, 평균 송급 속도에 따라 상이하다. 이 때문에, 평균 송급 속도에 따라 증폭률을 적정화하면, 수정량을 적정화할 수 있다. 이 결과, 전압 설정값이 변화했을 때에, 아크 상태의 안정화 및 스패터 발생량의 삭감을 더욱 도모할 수 있다.

<산업상 이용가능성>

본 발명에 따르면, 송급 속도의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서, 급전 칩·모재간 거리가 변동되어도, 용접 전류 평활값을 일정하게 유지할 수 있으므로, 용입 깊이를 균일화할 수 있다.

이상, 본 발명을 특정한 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 개시된 발명의 기술 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 본 출원은, 2016년 8월 2일에 출원된 일본 특허 출원(특원 제2016-152028)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 원용된다.

1: 용접 와이어
2: 모재
3: 아크
4: 용접 토치
5: 송급 롤
CM: 전류 비교 회로
Cm: 전류 비교 신호
DR: 구동 회로
Dr: 구동 신호
E: 출력 전압
Ea: 오차 증폭 신호
EI: 전류 오차 증폭 회로
Ei: 전류 오차 증폭 신호
EV: 전압 오차 증폭 회로
Ev: 전압 오차 증폭 신호
FAR: 평균 송급 속도 설정 회로
Far: 평균 송급 속도 설정 신호
FC: 송급 제어 회로
Fc: 송급 제어 신호
FR: 송급 속도 설정 회로
Fr: 송급 속도 설정 신호
Fw: 송급 속도
GR: 증폭률 설정 회로
Gr: 증폭률 설정 신호
ICR: 전류 제어 설정 회로
Icr: 전류 제어 설정 신호
ID: 전류 검출 회로
Id: 전류 검출 신호
ILR: 저레벨 전류 설정 회로
Ilr: 저레벨 전류 설정 신호
Iw: 용접 전류
ND: 잘록부 검출 회로
Nd: 잘록부 검출 신호
PM: 전원 주회로
R: 감류 저항기
SD: 단락 판별 회로
Sd: 단락 판별 신호
STD: 소전류 기간 회로
Std: 소전류 기간 신호
SW: 전원 특성 전환 회로
td: 전류 강하 시간
TDR: 전류 강하 시간 설정 회로
Tdr: 전류 강하 시간 설정 신호
TDR2: 제2 전류 강하 시간 설정 회로
TR: 트랜지스터
Trd: 역송 감속 기간
TRDR: 역송 감속 기간 설정 회로
Trdr: 역송 감속 기간 설정 신호
Trp: 역송 피크 기간
Tru: 역송 가속 기간
TRUR: 역송 가속 기간 설정 회로
Trur: 역송 가속 기간 설정 신호
Tsd: 정송 감속 기간
TSDR: 정송 감속 기간 설정 회로
Tsdr: 정송 감속 기간 설정 신호
Tsp: 정송 피크 기간
Tsu: 정송 가속 기간
TSUR: 정송 가속 기간 설정 회로
Tsur: 정송 가속 기간 설정 신호
VBR: 전압 미세 조정 회로
Vbr: 전압 미세 조정 신호
VD: 전압 검출 회로
Vd: 전압 검출 신호
VR: 전압 설정 회로
Vr: 전압 설정 신호
VR2: 제2 전압 설정 회로
VSR: 기준 전압 설정 회로
Vsr: 기준 전압 설정 신호
Vw: 용접 전압
WL: 리액터
WM: 송급 모터
Wrp: 역송 피크값
WRR: 역송 피크값 설정 회로
Wrr: 역송 피크값 설정 신호
Wsp: 정송 피크값
WSR: 정송 피크값 설정 회로
Wsr: 정송 피크값 설정 신호

Claims (4)

1. 용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하여, 단락 기간과 아크 기간을 반복하고, 상기 아크 기간의 후반에 용접 전류를 소전류값으로 전환하여 통전하고, 평균 송급 속도 설정값에 따라 상기 송급 속도의 평균값을 설정하고, 전압 설정값에 따라 상기 아크 기간 중의 용접 전압을 설정하는 아크 용접 제어 방법에 있어서,
   상기 평균 송급 속도 설정값에 기초하여 상기 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시키는 아크 용접 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전압 설정값에 기초하여 상기 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시키는 아크 용접 제어 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 평균 송급 속도 설정값에 따라 기준 전압 설정값을 설정하고, 상기 전압 설정값과 상기 기준 전압 설정값의 오차 증폭값에 기초하여 상기 용접 전류를 소전류값으로 전환하는 타이밍을 변화시키는 아크 용접 제어 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 오차 증폭값을 산출할 때의 증폭률을 상기 평균 송급 속도 설정값에 따라 변화시키는 아크 용접 제어 방법.

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