KR102228164B1 - 그루브 폭 변동에 대한 적응제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 용접 추적 제어 및 그루브 폭 변동에 대한 적응제어 방법은, 용접 토치의 끝단이 설정된 진폭과 설정된 진동 주파수로 진동 운동을 수행하면서 용접선 방향으로 진행하는 오실레이션 작동을 하도록 제어하며, 아크 전압이 설정된 기준 범위 내에 유지되도록 상기 용접 토치의 끝단을 이동하여 상기 용접 토치의 끝단과 모재 사이의 거리가 설정된 범위 내에 유지되도록 제어하며, 상기 용접 토치의 끝단이 상기 오실레이션 작동의 진폭의 끝단부에 위치되는 경우에 용가재가 공급되는 끝단부 송급 속도가 설정된 기준 송급속도보다 작도록 제어할 수 있다
또한, 용접 자동 제어알고리즘을 이용한 용착 제어 방법 및 용접 토치의 끝단이 설정된 진폭과 설정된 진동 주파수로 진동 운동을 수행하면서 용접선 방향으로 진행하는 오실레이션 작동을 하도록 제어하며, 아크 전압이 설정된 기준 범위 내에 유지되도록 상기 용접 토치의 끝단을 이동하여 상기 용접 토치의 끝단과 모재 사이의 거리가 설정된 범위 내에 유지되도록 제어하며, 상기 용접 토치의 끝단이 상기 오실레이션 작동의 진폭의 끝단부에 위치되는 경우에 용가재가 공급되는 끝단부 송급 속도가 설정된 기준 송급속도보다 작도록 제어할 수 있고, 또한, 적정 위치에 용접할 수 있도록 제어, 정전류 제어, 시퀀스 제어, 고압발생 제어, 가스흐름 제어에 관한 방법이다.

Description

그루브 폭 변동에 대한 적응제어 방법 {Adaptive Control Method with changing groove width}

본 발명은 자동 용접 추적 제어 및 그루브 폭 변동에 대한 적응제어 방법은, 용접 토치의 끝단이 설정된 진폭과 설정된 진동 주파수로 진동 운동을 수행하면서 용접선 방향으로 진행하는 오실레이션 작동을 하도록 제어하며, 아크 전압이 설정된 기준 범위 내에 유지되도록 상기 용접 토치의 끝단을 이동하여 상기 용접 토치의 끝단과 모재 사이의 거리가 설정된 범위 내에 유지되도록 제어하며, 상기 용접 토치의 끝단이 상기 오실레이션 작동의 진폭의 끝단부에 위치되는 경우에 용가재가 공급되는 끝단부 송급 속도가 설정된 기준 송급속도보다 작도록 제어할 수 있다

또한, 용접 자동 제어알고리즘을 이용한 용착 제어 방법 및 용접 토치의 끝단이 설정된 진폭과 설정된 진동 주파수로 진동 운동을 수행하면서 용접선 방향으로 진행하는 오실레이션 작동을 하도록 제어하며, 아크 전압이 설정된 기준 범위 내에 유지되도록 상기 용접 토치의 끝단을 이동하여 상기 용접 토치의 끝단과 모재 사이의 거리가 설정된 범위 내에 유지되도록 제어하며, 상기 용접 토치의 끝단이 상기 오실레이션 작동의 진폭의 끝단부에 위치되는 경우에 용가재가 공급되는 끝단부 송급 속도가 설정된 기준 송급속도보다 작도록 제어할 수 있고, 또한, 적정 위치에 용접할 수 있도록 제어, 정전류 제어, 시퀀스 제어, 고압발생 제어, 가스흐름 제어에 관한 방법이다.

티그(TIG)용접은 보통 텅스텐 봉을 전극 봉으로 사용하는데 전극 봉에 전기를 공급하면 모재와 텅스텐 봉에 전류가 흐르면서 아크가 발생되고 이 아크에 의해 공급되는 와이어가 녹으면서 용접이 이루어지게 된다.

이때, 모재나 와이어가 녹은 용융액이 전극 봉에 닿게 되면 아크의 원활한 발생을 위해 전극 봉을 토치에서 분리하여 재가공 후 사용하거나 전극 봉 자체를 교체하여야 하므로, 전극 봉이 모재의 용융액에 닿는 상태가 반복되게 되면 아크 발생이 원활하지 못하게 되거나 용접작업에 시간이 많이 소요되고 비용 발생이 많아질 수 있다.

이때, 이를 방지하기 위해 전극봉과 모재 사이의 거리를 너무 멀게 하면 아크가 불안정하고, 용착이 얇고 표면이 지저분하며, 용접부의 금속 조직이 취약하게 되어 강도가 감소되고, 아크열의 손실이 많으며 용접봉이 경제적이지 못하게 되는 등의 문제점이 있다.

한편, 자동용접기의 경우 용접선(welding line, WL)을 따라 용접토치를 이동시키면서 용접을 수행할 때 용접하고자하는 폭이 넓을 경우 용접면 전체에 균일한 비드가 형성되지 않아 용접불량이 생길 수 있다.

일반적으로 설비 또는 기계부품은 마멸, 충격, 침식에 의하여 마모되거나 환경의 영향으로 부식이 발생하여 많은 손실을 보게 된다. 이러한 손실을 감소시키기 위하여 재료의 표면에 내마모 또는 내식재료를 입히는 용접을 오버레이 용접이라고 한다. 이러한 정의에 따라 용사, 열처리에 의한 표면경화, 즉 침탄, 질화처리, 이온주입과 같은 표면경화법은 오버레이 용접에 포함되지 않는다. 내마모성 향상을 위한 오버레이 용접의 적용범위는 암석 분쇄와 같은 매우 심한 연삭마모에서부터 수백분의 1mm의 마모도 허용되지 않는 미세 조절 밸브와 같은 금속과 금속간의 접촉마모에 이르기까지 매우 광범위하다. 부식과 고온산화는 마모속도에 큰 영향을 미치기 때문에 오버레이 용접의 재료선정에 있어서 매우 중요한 요소로 작용한다. 일반적인 설비들은 탄소강, 스테인리스강 또는 내마모성이 부족한 재료로 제작되어 있다. 따라서 오버레이 용접은 부품자체가 심한 마모를 받을 수 있는 부분이라든지 마모손상된 부분을 보수하는 곳에 적용하게 된다.

기계설비는 원래의 가공치수를 유지하였을 때 가장 생산성이 높으며, 생산제품의 품질도 우수하다. 오버레이 용접은 이 유효치수의 수명을 최대로 유지시킴으로써 생산제품의 품질을 향상시키고 보수 주기도 줄이며, 고가의 부품을 저렴한 가격으로 재생시킬 수 있다. 특히 부품의 저장을 줄이고, 예비저장부품을 합리적으로 관리할 수 있기 때문에 생산원가 절감에도 크게 이바지 할 수 있다.

오버레이 용접은 모재에 약 1mm 이상의 두께로 내마모, 내식, 내열성이 우수한 용접금속을 입히는 방법으로서, 그 특징은 다음과 같다.

융착속도가 높기 때문에 작업능률이 양호하며 오버레이층의 두께제어가 쉽다.

오버레이 용접금속은 슬래그 내의 분위기 또는 불활성 분위기에서 야금반응을 하므로 품질이 우수하다.

오버레이하고자 하는 제품의 크기에 제한이 없다.

보수를 위한 휴지시간을 줄일 수 있으므로 생산성이 향상된다.

조금 높은 하중을 사용하더라도 효율이 증가한다.

손상된 부분을 복구함으로써 보수, 유지비용을 경감시킨다.

인성이 높고 저가인 모재를 사용하므로 마모와 인성이 상호 보완적이다.

오버레이 용접은 내마모성 내식성 또는 내열성을 갖는 합금의 용접재료를 모재 표면에 균일하게 용착시킴으로서 재료의 표면성질을 향상시키는 방법으로서,

한편, 열교환기 부품인 튜브시트는 오버레이 용접형 튜브시트의 수주가 증가되고 있다. 이러한 오버레이 용접형 튜브시트의 원가 구조로는 탄소강 모재와 가공비 30%, 오버레이 용접비 70%로 구성되어 있기에 오버레이 용접원가 절감이 필요한 실정에 있다.

KR 10-2017-0124475 A KR 10-0415669 B1

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따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이를 해결하기 위해 좀 더 품질이 향상되고 효율적인 용접을 위해, 본 발명에서는 자동 용접장치로 튜브시트 용접 시 제어알고리즘을 이용한 용착 제어 방법에 관한 것으로서, 적정 위치에 용접할 수 있도록 제어, 정전류 제어, 시퀀스 제어, 고압발생 제어, 가스흐름 제어에 관한 방법을 적용하여, 자동 용접장치로 튜브시트 용접 시 제어알고리즘을 이용한 용착 제어 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 이루기 위한 본 발명은 용접 토치의 끝단이 설정된 진폭과 설정된 진동 주파수로 진동 운동을 수행하면서 용접선 방향으로 진행하는 오실레이션 작동을 하도록 제어하며, 아크 전압이 설정된 기준 범위 내에 유지되도록 상기 용접 토치의 끝단을 이동하여 상기 용접 토치의 끝단과 모재 사이의 거리가 설정된 범위 내에 유지되도록 제어하며, 상기 용접 토치의 끝단이 상기 오실레이션 작동의 진폭의 끝단부에 위치되는 경우에 용가재가 공급되는 끝단부 송급 속도가 설정된 기준 송급속도보다 작도록 제어할 수 있다.

자동 용접장치로 튜브시트 용접 시 제어알고리즘을 이용한 용착 제어 방법은, 자동 용접장치로 용접 시 용착속도를 제어하는 방법으로서,

사용자가 원하는 위치에 용접할 수 있도록 용접위치를 조정하는 단계(S100); 아크 발생 신호 검출에 따라 시퀀스 제어를 하는 단계(S200); 용접 시 아크의 출발이 용이하도록 용접 토치와 용접 모재 사이에 고압을 발생시키는 단계(S300); 용접을 시작하는 단계(S400); 용접을 종료하는 단계(S600); 상기 시작하는 단계(S400) 및 상기 종료하는 단계(S600)에서 용접 조건에 따라 아크의 안정을 위해 가스의 흐름을 제어하는 단계(S500)를 포함하며, 또한, 본 발명의 일 측면에 따른 자동 용접선 추적 제어 및 그루브 폭 변동에 대한 적응제어 장치 및 방법은, 용접 토치의 끝단이 설정된 진폭과 설정된 진동 주파수로 진동 운동을 수행하면서 용접선 방향으로 진행하는 오실레이션 작동을 하도록 제어하며, 아크 전압이 설정된 기준 범위 내에 유지되도록 상기 용접 토치의 끝단을 이동하여 상기 용접 토치의 끝단과 모재 사이의 거리가 설정된 범위 내에 유지되도록 제어하며, 상기 용접 토치의 끝단이 상기 오실레이션 작동의 진폭의 끝단부에 위치되는 경우에 용가재가 공급되는 끝단부 송급 속도가 설정된 기준 송급속도보다 작도록 제어하는 것이다.

상기 용접 토치의 끝단이 상기 오실레이션 작동의 진폭의 중앙부에 위치되는 경우에 용가재가 공급되는 중앙부 송급 속도가 설정된 기준 송급속도보다 크도록 제어할 수 있다. 상기 중앙부 송급속도 및 상기 끝단부 송급속도가 설정된 용착 단면적이 유지될 수 있도록 설정될 수 있다.

본 발명은 용접원가 절감이 되며, 용접 전압이 일정하게 제어되어 모재와 토치와의 거리를 일정하게 유지하며 용접 토치 끝단이 오실레이션되는 경우 오실레이션 궤적의 양끝단에서 용가재 송급 속도를 낮춤으로써, 오실레이션 궤적 양끝단에서의 송급불량 및/또는 융합불량의 발생을 저감시킬 수 있다. 또한 TIG기법을 적용하면서도 효율이 좋기에, TIG의 장점인 깨끗한 작업환경을 확보할 수 있고, 상대적으로 SAW와 MIG보다 높은 생산성 및 품질확보가 가능한 효과를 갖는 용접방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 용접장치를 사용하는 용접현장에서 용착을 제어하는 방법의 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동 용접장치를 사용하는 용접현장에서 용착을 제어하는 방법의 시퀀스 제어의 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 종래의 기술인 TIG 아크에 대한 관점과 플라즈마 스트림 이론을 적용한 TIG아크 및 SUPER-TIG아크 비교도이다.
도 4는 본 발명을 적용하여 오버레이 용접 시, 모재의 용입깊이와 비드높이에 따른 희석률 계산 방법이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동 용접선 추적 제어 및 그루브 폭 변동에 대한 적응제어 장치 및 방법을 포함하는 용접 시스템을 도시한 도면이다.

설명에 앞서 본 명세서에는 다수의 양태 및 실시양태가 기술되며, 이들은 단순히 예시적인 것으로서 한정하는 것이 아니다.

본 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다른 양태 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능함을 이해할 것이다.

이하에서 설명되는 실시양태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 하기로 한다.

아크용접이란 아크(방전시 발생하는 스파크, 열)를 이용한 용접을 의미한다. 일반적으로 전기 공급 방식과 전극봉이 소모성인가 비소모성인가에 따라 나뉜다. 전기 공급방식에는 교류식과 직류식이 있으며, 직류식이 교류식보다 전압 공급이 일정해 용접 특성이 더 뛰어나다.

SAW란 아크용접의 한 방식으로, 피복으로 된 용제(Flux) 대신 입자화 된 용제를 공급하여 용접하는 부위를 아예 덮어버리는 방식이다

MIG란 아크용접의 한 방식으로, GMAW 용접이라고도 불리며, 용접봉에 코팅된 피복이 녹아 불활성 가스를 생성하는 SMAW와 달리 아르곤이나 헬륨 이산화탄소, 혹은 혼합가스 등의 불활성 가스를 용접이 진행되는 부위에 직접 분사하여 용접 부분의 화학 변화를 방지하는 불활성 분위기를 생성하고, SMAW와 달리 피복재에 의한 슬래그 발생이 없으며, 피복재에 의한 전극 형태의 제한이 없기 때문에 직선형 전극봉만을 쓸 수 있는 SMAW와 달리 전극봉을 연속해서 공급할 수 있는 것이 특징이다.

TIG란 아크용접의 하위 분류로 GTAW 또는 WIG라고 하기도 한다. 다른 방식들과 달리 전극봉이 용융점이 매우 높은 텅스텐으로 되어있어 아크만 발생시키고, 그 아크에 따로 선재를 공급해 용접하는 방식으로 비소모성 전극봉 방식에 해당한다.

Super-TIG란 GTAW에서 필러 형상을 C형으로 바꾸어 열을 더 잘 흡수하게 만들어 생산성이 대폭 향상된 용접을 의미한다.

TIG용접은 정전류 특성 전원으로서 전류는 아크길이에따라 변하지 않고 전압은 아크길이에 따라 변동하는 특성을 보인다.

차상이란 전력설비가 불평형 운전(동작)함을 의미한다.

필러란 필러금속(용가재)으로 불리기도 하며, 용접 또는 납땜 중 두 개의 금속을 결합하는 데 사용되는 모든 재료를 의미한다. 사용특성(주로 피복제나 보호가스 등)에 따라 분류하기도 하고, 용접금속의 화학적성분에 따라 분류하기도 한다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동 용접장치로 튜브시트 용접 시 제어알고리즘을 이용한 용착 제어 방법에 대한 상세한 설명을 하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 용접장치를 사용하는 용접현장에서 용착을 제어하는 방법의 실시 예를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동 용접장치를 사용하는 용접현장에서 용착을 제어하는 방법의 시퀀스 제어의 실시 예를 나타내는 블록도이고, 도 3은 종래의 기술인 TIG 아크에 대한 관점과 플라즈마 스트림 이론을 적용한 TIG아크 및 SUPER-TIG아크 비교도이고, 도 4는 본 발명을 적용하여 오버레이 용접 시, 모재의 용입깊이와 비드높이에 따른 희석률 계산 방법이고, 도 5는 본 발명에 따른 자동 용접선 추적 제어 및 그루브 폭 변동에 대한 적응제어 장치 및 방법을포함하는 용접 시스템을 도시한 도면이다.

상기의 목적을 이루기 위한 본 발명의 자동 용접장치로 튜브시트 용접 시 제어알고리즘을 이용한 용착 제어 방법은, 자동 용접장치로 용접 시 용착속도를 제어하는 방법으로서, 사용자가 원하는 위치에 용접할 수 있도록 용접위치를 조정하는 단계(S100); 아크 발생 신호 검출에 따라 시퀀스 제어를 하는 단계(S200); 용접 시 아크의 출발이 용이하도록 용접 토치와 용접 모재 사이에 고압을 발생시키는 단계(S300); 용접을 시작하는 단계(S400); 용접을 종료하는 단계(S600); 상기 시작하는 단계(S400) 및 상기 종료하는 단계(S600)에서 용접 조건에 따라 아크의 안정을 위해 가스의 흐름을 제어하는 단계(S500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 상기 용접위치를 조정하는 단계(S100)는, 상기 자동 용접장치의 전류조정기에 의해 미리 설정된 기준신호를 CT를 통해 전류 피드백 신호와 비교하여 검출하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.

다음으로, 상기 시퀀스 제어를 하는 단계(S200)는, 정전류 제어를 시작하는 단계(S210); 고압발생회로를 차단하는 단계(S220); 출력표시 램프를 점등하는 단계(S230); 펄스회로를 동작하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.

다음으로, C-필러 송급모듈 신뢰성 테스트를 위해서 상기 자동 용접장치를 시작, Up slope, 종료, Down slope의 과정을 반복하는 단계(S700)를 더 포함할 수 있다.

다음으로, 과전류, 과대입력전압, 과소입력전압, 출력 단락, 정전류 수하 및 차상 검출이 되는 현상에서 회로를 보호하는 보호회로를 동작하여 장치를 정지하는 단계(S800)를 더 포함할 수 있다.

다음으로, 튜브시트의 오버레이 용접을 하는 고온 내부식 환경에서 사용자가 요구하는 용접두께를 만족시키기 위한 모재의 희석률을 계산하는 단계(S900)를 더 포함할 수 있다.

한편, 일반적으로 설비 또는 기계부품은 마멸, 충격, 침식에 의하여 마모되거나 환경의 영향으로 부식이 발생하여 많은 손실을 보게 된다. 이러한 손실을 감소시키기 위하여 재료의 표면에 내마모 또는 내식재료를 입히는 용접을 오버레이 용접이라고 하는데, 이러한 오버레이 용접을 열교환기 부품인 튜브시트를 용접하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치에 본 발명을 적용시킬 수 있을 것이다.

이하에서는 그 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

튜브시트의 지름 1000~3000mm 범위의 용접이 가능한 장비에서, 기존 용접두께를 3mm로 설정할 경우 대략 6mm까지 용접한 후에 가공한다. 또한 한번 용접을 할 경우 2~2.5 mm의 용접층 두께를 형성하며, 최소 3번의 용접을 해야만 6 mm 높이를 만들기 유리하다. 일반적인 용접속도는 350 mm/min으로 튜브시트의 지름은 1000∼3000의 경우 1주일 이상의 시간이 소요된다. 만약, Super-TIG용접을 결합하여 기존의 6mm 높이 이하에서 희석률 5%를 만족하는 용접장치를 사용할 경우 고생산성 고품질 튜브시트 용접이 가능하다.

여기에서 전술되어 있는 기설정된 소정의 수치(1000~3000mm 등)는, 본 발명의 이해를 돕기 위해 기재한 것이며, 이는 운용자의 설정에 따라 달라질 수 있고, 전술된 수치가 본 발명에 한정되지 않는 것은 당연하다.

다음으로, 적정 위치에 제어할 수 있는 제어 알고리즘, 정전류 제어, 시퀀스(Sequency) 제어, 고압발생 제어, 가스흐름 제어, 보호회로에 대해서 자동 용접 장치에 적용시켜 수행 하는 방법에 대해 설명한다.

수행 방법으로는, 용접기의 전류 조정기에 의해 설정된 기준신호와 CT에 의해 검출된 전류 피드백 신호와 비교하여 조정하도록 한다. 아크(Arc) 발생 신호 검출에 따라 시퀀스 제어를 하는데 그 종류는 다음과 같다. 정전류 제어 시작, 고압발생회로 차단, 출력표시 램프 점등, Pulse 회로 동작과 같이 한다.

또한, 용접 시 아크 start가 용이하도록 용접 토치와 용접 모재 사이에 고압을 발생시킨다.

그리고, 가스 흐름을 제어해야하는데 이는 용접 조건에 따라 용접개시 및 용접 종료 시의 용접 아크의 안정을 위해 가스의 pre-flow시간(0.1~0.5초) 및 gas after-flow(3~25초)시간을 설정해야 하는 것이 좋다.

여기에서 전술되어 있는 기설정된 소정의 수치(0.1~0.5초, 3~25초)는, 본 발명의 이해를 돕기 위해 기재한 것이며, 이는 운용자의 설정에 따라 달라질 수 있고, 전술된 수치가 본 발명에 한정되지 않는 것은 당연하다.

gas pre-flow시간은 내부 PC보드상의 가변저항 조정기에 의해 솔레노이드 밸브가 동작함을 의미하고, gas after-flow시간은 용접기 전면판의 조정기에 의해 솔레노이드 밸브를 동작함을 의미한다. 다음으로, 보호회로를 동작함에 있어 그 종류로는 1차 과전류 검출 보호회로, 과대입력전압 검출 보호회로, 과소 입력전압 검출보호회로, 출력 단락 보호회로, 정전류 수하 보호회로, 차상 검출 보호회로, 온도 검출 보호회로가 있을 수 있을 것이다.

다음으로, 자동 용접 장치를 사용하는 용접공정에 본 발명을 적용시키는 실시 예에 대해 설명하도록 한다.

기존의 P-MIG와 SAW 같은 용접방법은 Inconel 625 소재로 용접 시 최대 용착속도는 4kg/hr로 제한된다. 따라서 Super-TIG용접을 통해 용착속도를 증가시켜 생산성 향상과 원가절감 공정이 필요하다.

튜브시트의 Overlay 용접을 하는 부분은 고온 내부식 환경이기 때문에 Inconel 625 소재 Overlay 용접 후 Fe의 함량은 5%범위내로 제한하는 것이 좋다. 철의 함량은 모재의 희석률에 의해 결정되므로 Super-TIG 용접을 통해 모재의 희석을 최소한으로 하면서 요구 용접두께를 만족시킬 수 있어야한다. 동심원 Overlay 용접 시 비드의 겹칩량에 따라 희석률이 달라지며 이를 최적화하기 위한 겹칩량의 범위 선정을 위한 공정 및 용접변형을 최소화하기 위한 최적의 용착량과 용접 입열 제어 공정필요하다.

요약하자면, 본 발명을 통해 용접기의 전류조정기에 의해 설정된 기준신호와 CT에 의해 검출된 전류 피드백 신호와 비교하여 조정할 수 있는 제어 알고리즘을 구성, 제어회로를 설계하여 제작된 8kg/hr 용착속도를 갖는 용접기에 적용할 수 있을 것이다. 또한 튜브시트용접에서 고품질 고생산성의 용접공정 개발 및 변형저감형공정개발이 가능하고, 희석률을 최소한으로 하여 최소한의 용접두께를 만들 수 있는 원가절감형 용접공정이 가능하다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른자동 용접선 추적 제어 및 그루브 폭 변동에 대한 적응제어 장치 및 방법(100)을 포함하는 용접 시스템(1)이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 자동 용접선 추적 제어 및 그루브 폭 변동에 대한 적응제어 장치 및 방법(100)은 용접기 본체의 용접 전원(10)과 케이블(C)에 의해 접속되어 용접 토치(20)의 전극(21)의 선단 아크 발생부에 용가재(W)를 일정한 속도로 송급한다. 이때, 제어부(110)와 용접 파라미터 데이터 입력 및 표시부(120)와 용접 전압(V)을 실시간으로 검출하기 위한 전압 센서(130) 및 스풀(spool)(160)에 와이어 형태로 감긴 용가재(W)를 일방향으로 송급시켜 주도록 구동하는 송급모터 구동부(140)를 포함한다.

제어부(110)는 전압 센서에서 검출한 전압 신호를 입력받아 용접 토치의 끝단 예를 들어 용접 토치(20)의 전극(21)의 끝단이 설정된 진폭과 설정된 진동 주파수로 진동 운동을 수행하면서 용접선 방향으로 진행하는 오실레이션 작동을 하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 전압 센서에서 검출한 전압 신호를 입력받아 용접 토치(20)를 전후진 작동시켜 아크 전압이 설정된 기준 범위 내에 유지되도록 용접 토치의 끝단을 이동하여 아크 길이가 설정된 범위 내에 유지되도록 자동 전압 제어할 수 있다. 이때, 제어부(110)의 제어에 따라 토치 구동부(30)를 구동시켜 용접 토치(20)를 모재(M)를 향하여 전후진 및/또는 오실레이션 작동시킬 수 있다.

한편, 제어부(110)는 송급모터 구동부(140)를 구동 제어하여 와이어(W)의 송급속도를 제어할 수 있다.

이때, 와이어 송급속도는 입력 및 표시부(120)를 통해 용접 파라미터 데이터 정보로 입력 설정되는 전류비(CR : Current Ratio)(이 전류비에 대한 정의는 후술한다)와 용가재 단면적 데이터 정보와, 그리고 전류 센서에서 용접기 본체의 용접 전원(10)에서 출력되는 용접 전류(A)의 값을 검출하여 송출하는 신호 정보를 기초로 용가재 송급 속도를 산출하여 송급모터 구동부(140)를 구동 제어할 수 있다. 이에 따라 송급모터 구동부(140)에 의해 회전 구동하는 스풀(spool)(160)에 와이어 형태로 감긴 용가재(W)가 롤러부재(도면부호 없음)에 의해 직선으로 교정되면서 용접 토치(20)의 전극(21)의 선단 아크 발생부에 적절한 속도로 지속적으로 공급되면서 용접 작업이 이루어지게 된다.

한편, 평균 전류값에 대응하여 송급속도가 결정될 수 있으며, 아크 전압 또는 인가되는 전압을 측정하여 자동 전압 제어를 수행하고, 오실레이션 폭을 결정하며, 용접선 추적 기능을 수행하며, 아크가 벽면에 가까워졌을 때 송급속도를 감소시키는 기능 들 중의 적어도 어느 하나가 수행될 수 있다.

티그(TIG)용접은 보통 텅스텐 봉을 전극으로 사용하는데 전극에 전기를 공급하면 모재와 텅스텐 전극 사이에 전류가 흐르면서 아크가 발생되고 이 아크에 의해 공급되는 와이어가 녹으면서 용접이 이루어지게 된다.

이때, 모재나 와이어가 녹은 용융액이 전극에 닿게 되면 아크의 원활한 발생에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 아크의 원활한 발생을 위하여 전극을 토치에서 분리하여 재가공 후 사용하거나 전극 자체를 교체할 필요가 있다. 이 경우, 전극이 모재의 용융액에 닿는 상태가 반복되게 되면 아크 발생이 원활하지 않게 되거나, 전극 교체로 인하여 용접 작업에 시간이 많이 소요되거나 비용 발생이 많아질 수 있다.

이를 방지하기 위해 전극과 모재 사이의 거리를 너무 멀게 하면 아크가 불안정해지고, 용착이 얇고 표면이 지저분하며, 용접부의 금속 조직이 취약하게 되어 강도가 감소되고, 아크열의 손실이 많으며 용접봉이 경제적이지 못하게 되는 등 많은 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치(100)는 전극과 모재 사이에 일정한 거리유지가 되도록 제어함으로써, 균일한 용접품질과 함께 용접봉의 사용수명을 연장할 수 있다. 이를 위하여, 티그(TIG) 용접에 용접 토치(20)의 끝단 즉 전극(21)의 모재 사이의 거리를 자동으로 조절하여 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 이를 위하여, 모재의 용접 중에 전극에 인가되는 전압을 실시간으로 측정하여 측정된 전압값이 설정된 기준 범위를 벗어나게 되면 토치 구동부(30)의 모터를 구동시키고, 모터의 구동을 직선 운동으로 변환하여 토치를 모재를 향하여 전후진시켜 전극과 모재와의 거리를 변화시킴으로써 용접전압을 일정하게 유지할 수 있다.

이 경우, 자동 용접선 추적 제어 및 그루브 폭 변동에 대한 적응제어 장치 및 방법([0033] 100)은 제어부(100)에서 아크 전압이 설정된 기준 범위 내에 유지되도록 용접 토치(20)의 전극(21) 끝단을 이동하여 아크 길이가 설정된 범위 내에 유지되도록 제어할 수 있다. 즉, 용접 전압이 설정된 범위 내에 유지되도록 제어함으로써, 모재와 용접 토치(20)의 전극(21) 끝단 사이의 거리가 기준 범위 내에 유지되도록 제어할 수 있다.

이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

10 : 용접 전원
20 : 용접 토치
30 : 토치 구동부
100 : 제어장치
110 : 제어부
120 : 입력 및 표시부
130 : 전압 센서
140 : 송급 모터 구동부
160 : 용가재 스풀

Claims (3)

1. 용접 토치의 끝단이 설정된 진폭과 설정된 진동 주파수로 진동 운동을 수행하면서 용접선 방향으로 진행하는 오실레이션 작동을 하도록 제어하며,
   아크 전압이 설정된 기준 범위 내에 유지되도록 상기 용접 토치의 끝단을 이동하여 상기 용접 토치의 끝단과 모재 사이의 거리가 설정된 범위 내에 유지되도록 제어하며,
   상기 용접 토치의 끝단이 상기 오실레이션 작동의 진폭의 끝단부에 위치되는 경우에 용가재가 공급되는 끝단부 송급 속도가 설정된 기준 송급속도보다 작도록 제어하는 용접장치로 튜브시트 용접 시 제어알고리즘을 이용한 용착 제어 방법에 있어서,
   
   용접위치를 조정하는 제1단계(S100);
   아크 발생 신호 검출에 따라 시퀀스 제어를 하는 제2단계(S200);
   용접 토치와 용접 모재 사이에 고압을 발생시키는 제3단계(S300);
   용접을 시작하는 제4단계(S400);
   용접을 종료하는 제6단계(S600);
   상기 제4단계(S400) 및 상기 제6단계(S600)에서 용접 조건에 따라 가스의 흐름을 제어하는 제5단계(S500);
   상기 제6단계(S600)에서 송급모듈 신뢰성 테스트를 위해서 자동 용접장치를 시작,업 슬로프(Up slope), 종료, 다운 슬로프(Down slope)의 과정을 반복하는 제7단계(S700);
   과전류, 과대입력전압, 과소입력전압, 출력 단락, 정전류 회로가 이상이 발생하는 경우, 회로를 보호하는 보호회로를 동작하여 장치를 정지하는 제8단계(S800);
   상기 제8단계(S800)에서, 튜브시트의 오버레이 용접을 하는 고온 내부식 환경에서 사용자가 요구하는 용접두께를 만족시키기 위한 모재의 희석률을 계산하는 단계(S900);로 구성되며,
   상기 제1단계(S100)는,
   상기 자동 용접장치의 전류조정기에 의해 미리 설정된 기준신호를 CT를 통해 전류 피드백 신호와 비교하여 검출하는 제1-1단계(S110)를 포함하고,
   상기 제2단계(S200)는 정전류 제어를 시작하는 제2-1단계(S210); 고압발생회로를 차단하는 제2-2단계(S220); 출력표시 램프를 점등하는 제2-3단계(S230); 펄스회로를 동작하는 제2-4단계(S240)를 포함하고,
   설정된 용착 단면적과 설정된 용접선 방향의 용접 속도로부터 용가재 송급속도가 결정되는 것을 특징으로 하는 자동 용접 제어알고리즘을 이용한 용착 제어 방법.
   
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