KR102251668B1 - 아크 용접 제어 방법 - Google Patents

Abstract

용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복하는 용접 방법에 있어서, 잘록부의 검출을 행하지 않고 스패터의 발생량을 삭감하는 것을 목적으로 한다. 용접 와이어의 송급 속도 Fw를 정송과 역송으로 주기적으로 전환하여 단락 기간과 아크 기간을 발생시키고, 단락 기간 중의 역송 시에 용접 전류 Iw를 감소시켜서 아크 기간으로 이행시킨다. 용접 전류 Iw의 감소를, 역송의 상태 Bd가 미리 정한 기준 상태에 달한 시점 t31로부터 개시한다. 이 역송의 상태 Bd로서, 역송의 시간, 역송의 송급 속도, 역송의 위상 또는 역송의 송급량을 사용한다. 이에 의해, 잘록부의 검출을 행하지 않고, 아크가 재발생하는 시점 t33보다도 적당한 시간만큼 전에 용접 전류 Iw를 감소시킬 수 있으므로, 스패터의 발생량을 삭감할 수 있다.

Description

아크 용접 제어 방법{ARC WELDING CONTROL METHOD}

본 발명은 용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복하여 단락 기간과 아크 기간을 발생시키고, 단락 기간 중의 역송 시에 용접 전류를 감소시켜서 아크 기간으로 이행시키는 아크 용접 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 소모 전극식 아크 용접에서는, 소모 전극인 용접 와이어를 일정 속도로 송급하고, 용접 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜서 용접이 행하여진다. 소모 전극식 아크 용접에서는, 용접 와이어와 모재가 단락 상태와 아크 발생 상태를 교대로 반복하는 용접 상태로 되는 경우가 많다.

그런데, 용접 품질을 더욱 향상시키기 위해서, 용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복하여 용접하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 또한, 아크가 재발생하는 전조 현상인 용적의 잘록부를 검출하여 용접 전류를 급감시켜, 소전류값의 상태에서 아크를 재발생시킴으로써 스패터의 발생량을 삭감시키는 용접 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이하, 이 용접 방법에 대하여 설명한다.

도 4는, 송급 속도의 정송과 역송을 주기적으로 반복하고, 또한, 잘록부 검출 제어를 행하는 용접 방법에 있어서의 파형도이다. 동 도면의 (A)는 송급 속도 Fw의 파형을 도시하고, 동 도면의 (B)는 용접 전류 Iw의 파형을 도시하고, 동 도면의 (C)는 용접 전압 Vw의 파형을 도시한다. 이하, 동 도면을 참조하여 설명한다.

동 도면의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 0보다도 상측이 정송 기간이 되고, 하측이 역송 기간이 된다. 정송이란 용접 와이어를 모재에 접근하는 방향으로 송급하는 것이며, 역송이란 모재로부터 이반하는 방향으로 송급하는 것이다. 송급 속도 Fw는, 정현파 형상으로 변화하고 있고, 정송측으로 시프트한 파형으로 되어 있다. 이 때문에, 송급 속도 Fw의 평균값은 양의 값이 되고, 용접 와이어는 평균적으로는 정송되고 있다.

동 도면의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t1 시점에서는 0이며, 시각 t1∼t2의 기간에는 정송 가속 기간이 되고, 시각 t2에서 정송의 최댓값이 되고, 시각 t2∼t3의 기간에는 정송 감속 기간이 되고, 시각 t3에서 0이 되고, 시각 t3∼t4의 기간에는 역송 가속 기간이 되고, 시각 t4에서 역송의 최댓값이 되고, 시각 t4∼t5의 기간에는 역송 감속 기간이 된다.

용접 와이어와 모재의 단락은, 시각 t2의 정송 최댓값의 전후에서 발생하는 경우가 많다. 동 도면에서는, 정송 최댓값의 후의 정송 감속 기간 중의 시각 t21에서 발생한 경우이다. 시각 t21에 있어서 단락이 발생하면, 동 도면의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수V의 단락 전압값으로 급감하고, 동 도면의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw도 소전류값의 초기 전류값으로 감소한다. 그 후, 용접 전류 Iw는, 소정의 경사로 증가하고, 미리 정한 피크값에 달하면 그 값을 유지한다.

동 도면의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t3부터는 역송 기간이 되므로, 용접 와이어는 역송된다. 이 역송에 의해 단락이 해제되어서, 시각 t31에 있어서 아크가 재발생한다. 아크의 재발생은, 시각 t4의 역송 최댓값의 전후에서 발생하는 경우가 많다. 동 도면에서는, 역송 피크값의 전의 역송 가속 기간 중의 시각 t31에서 발생한 경우이다.

시각 t31에 있어서 아크가 재발생하면, 동 도면의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수십V의 아크 전압값으로 급증한다. 동 도면의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 아크 재발생의 전조 현상인 용적의 잘록부를 검출하는 제어에 의해, 시각 t31보다도 수백μs 정도 전의 시점부터 급감하여, 시각 t31의 아크 재발생 시점에서는 소전류값이 되어 있다. 이 잘록부의 검출은, 용적에 잘록부가 형성되면 통전로가 좁아져 용접 와이어와 모재 간의 저항값 또는 용접 전압값이 상승하는 것을 검출함으로써 행하여진다.

동 도면의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t31부터 시각 t5까지 역송된다. 이 기간 중에는, 아크 길이가 길어지는 기간이 된다. 시각 t31∼t5의 기간 중에는, 동 도면의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 소정의 경사로 증가하여 미리 정한 고아크 전류값에 달하면 그 값을 소정 기간 유지하고, 그 후에는 감소를 개시한다.

동 도면의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t5부터 정송 기간으로 되고, 시각 t6에 정송 피크값이 된다. 그리고, 시각 t61에 있어서, 단락이 발생한다. 이 시각 t5∼t61의 기간 중에는, 동 도면의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 점차적으로 감소하고, 동 도면의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw도 점차적으로 감소된다.

상술한 바와 같이, 단락과 아크 주기는, 송급 속도의 정송과 역송의 주기와 대략 일치하게 된다. 즉, 이 용접 방법에서는, 송급 속도의 정송과 역송의 주기를 설정함으로써 단락과 아크 주기를 원하는 값으로 할 수 있다. 이 때문에, 특히, 대전류 영역에 있어서, 이 용접 방법을 실시하면, 단락과 아크 주기의 변동을 억제하여 대략 일정하게 하는 것이 가능하게 되어, 잘록부 검출 제어와 조합함으로써, 스패터 발생량이 적고, 또한, 비드 외관이 양호한 용접을 행할 수 있다.

일본 특허 제5201266호 공보 일본 특허 공개 2012-71310호 공보

그러나, 잘록부 검출 제어에서는, 용접 와이어와 모재 간의 저항값 또는 용접 전압값의 미소한 변화를 검출함으로써 잘록부의 검출을 행하기 때문에, 용접 토치의 선단과 아크 발생 근방의 모재 간의 전압(아크 발생 근방의 용접 전압)을 검출할 필요가 있다. 아크 발생 근방의 용접 전압을 검출하기 위해서는, 용접 토치의 선단 및 아크 발생 근방의 모재에 전압 검출선을 설치할 필요가 있다. 이 전압 검출선을 설치하는 것은 번잡한 작업이며, 또한, 용접 토치는 빈번히 이동하므로, 전압 검출선의 단선이 발생하기 쉽다. 또한, 잘록부를 정확하게 검출하기 위해서는, 용접 현장마다, 또한, 용접 조건마다 잘록부의 검출 감도를 미묘하게 조정할 필요가 있어, 조정에 시간이 걸린다는 문제도 있다.

따라서, 본 발명에서는, 용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복하는 용접 방법에 있어서, 잘록부의 검출을 행하지 않고 스패터의 발생량을 삭감할 수 있는 아크 용접 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은

용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복하여 단락 기간과 아크 기간을 발생시키고, 상기 단락 기간 중의 상기 역송 시에 용접 전류를 감소시켜서 상기 아크 기간으로 이행시키는 아크 용접 제어 방법에 있어서,

상기 용접 전류의 감소를, 상기 역송의 상태가 미리 정한 기준 상태에 달한 시점으로부터 개시하는,

것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법이다.

본 발명은 상기 역송의 상태가 상기 역송의 개시부터의 시간이며, 상기 기준 상태가 기준 시간인,

것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법이다.

본 발명은 상기 역송의 상태가 상기 역송의 속도이며, 상기 기준 상태가 기준 속도인,

것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법이다.

본 발명은 상기 역송의 상태가 상기 역송의 위상이며, 상기 기준 상태가 기준 위상인,

것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법이다.

본 발명은 상기 역송의 상태가 상기 역송의 송급량이며, 상기 기준 상태가 기준 송급량인,

것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법이다.

본 발명은 상기 용접 전류의 감소 시점부터 상기 아크 기간으로 이행한 시점까지의 시간을 계측하고, 이 계측한 시간에 따라서 상기 기준 상태를 변화시키는,

것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법이다.

본 발명에 따르면, 역송 상태를 판별함으로써, 잘록부를 검출하지 않고, 아크가 재발생하는 시점보다도 적정한 시간만큼 전에 용접 전류를 감소시켜서 소전류값의 상태로 할 수 있다. 이 때문에, 잘록부의 검출을 행하지 않고, 스패터의 발생량을 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 설명하기 위한, 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.
도 4는 종래 기술에 있어서, 송급 속도의 정송과 역송을 주기적으로 반복하고, 또한, 잘록부 검출 제어를 행하는 용접 방법에 있어서의 파형도이다.

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, 동 도면을 참조하여, 각 블록에 대하여 설명한다.

전원 주회로 PM은, 3상 200V 등의 상용 전원(도시는 생략)을 입력으로 하여, 후술하는 오차 증폭 신호 Ea에 따라서 인버터 제어 등의 출력 제어를 행하고, 용접 전압 Vw 및 용접 전류 Iw를 출력한다. 이 전원 주회로 PM은, 도시는 생략하지만, 상용 전원을 정류하는 1차 정류기, 정류된 직류를 평활하게 하는 평활 콘덴서, 평활하게 된 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, 상기 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 용접 토치(4) 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 감류 저항기 R이 통전로에 삽입되면, 용접 전원 내의 직류 리액터 및 외부 케이블의 리액터에 축적된 에너지가 급방전된다. 트랜지스터 TR은, 감류 저항기 R과 병렬로 접속되어서, 후술하는 구동 신호 Dr에 따라서 온 또는 오프 제어된다.

송급 모터 WM은, 후술하는 송급 제어 신호 Fc를 입력으로 하여, 정송과 역송을 주기적으로 반복하여 용접 와이어(1)를 송급 속도 Fw로 송급한다. 이 송급 모터 WM에는, 과도 응답성이 빠른 모터가 사용된다. 용접 와이어(1)의 송급 속도 Fw의 변화율 및 송급 방향의 반전을 빠르게 하기 위해서, 송급 모터 WM은 용접 토치(4)의 선단 근처에 설치되는 경우가 있다. 또한, 송급 모터 WM을 2개 사용하고, 푸시풀 방식의 송급계로 하는 경우도 있다.

용접 와이어(1)는, 상기 송급 모터 WM에 결합된 송급 롤(5)의 회전에 의해 용접 토치(4) 내에 송급되어서, 모재(2) 간에 아크(3)가 발생한다. 용접 토치(4) 내의 급전 칩(도시는 생략)과 모재(2) 간에는 용접 전압 Vw가 인가되고, 용접 전류 Iw가 통전한다.

용접 전류 검출 회로 ID는, 상기 용접 전류 Iw를 검출하고, 용접 전류 검출 신호 Id를 출력한다. 용접 전압 검출 회로 VD는, 상기 용접 전압 Vw를 검출하고, 용접 전압 검출 신호 Vd를 출력한다.

단락 판별 회로 SD는, 상기 용접 전압 검출 신호 Vd를 입력으로 하여, 이 값이 미리 정한 단락/아크 판별값(10V 정도로 설정) 미만일 때는 단락 기간에 있다고 판별하여 High 레벨로 되고, 이상일 때에는 아크 기간에 있다고 판별하여 Low 레벨로 되는 단락 판별 신호 Sd를 출력한다.

송급 속도 설정 회로 FR은, 도 2의 (A)에서 상세하게 설명한 바와 같이, 정송과 역송이 주기적으로 반복되는 미리 정한 패턴의 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

송급 제어 회로 FC는, 이 송급 속도 설정 신호 Fr을 입력으로 하여, 이 설정값에 상당하는 송급 속도 Fw로 용접 와이어(1)를 송급하기 위한 송급 제어 신호 Fc를 상기 송급 모터 WM에 출력한다.

기준 상태 설정 회로 BT는, 미리 정한 기준 상태 설정 신호 Bt를 출력한다. 역송 상태 판별 회로 BD는, 이 기준 상태 설정 신호 Bt, 상기 송급 속도 설정 신호 Fr 및 상기 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 하여, 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락 기간)일 때에, 송급 속도 설정 신호 Fr로부터 산출된 역송 상태가 기준 상태 설정 신호 Bt에 의해 설정된 기준 상태에 달하면 High 레벨로 되고, 단락 판별 신호 Sd가 Low 레벨(아크 기간)로 변화한 시점에서 Low 레벨로 되는 역송 상태 판별 신호 Bd를 출력한다. 역송 상태로서는, 이하의 4개 중에서 1개를 선택하여 사용한다.

1) 역송 상태가 역송의 개시부터의 시간일 경우

송급 속도 설정 신호 Fr이 양의 값(정송)으로부터 음의 값(역송)으로 변화한 시점(역송의 개시 시점)으로부터의 시간을 계시하고, 이 시간이 기준 상태 설정 신호 Bt에 의해 설정된 기준 시간에 달한 시점에서 High 레벨로 되는 역송 상태 판별 신호 Bd를 출력한다.

2) 역송 상태가 역송 속도일 경우

송급 속도 설정 신호 Fr이 양의 값(정송)으로부터 음의 값(역송)으로 변화한 시점(역송의 개시 시점)으로부터의 송급 속도 설정 신호 Fr의 값(역송 속도)이 기준 상태 설정 신호 Bt에 의해 설정된 기준 속도에 달한 시점에서 High 레벨로 되는 역송 상태 판별 신호 Bd를 출력한다.

3) 역송 상태가 역송의 위상일 경우

송급 속도 설정 신호 Fr의 역송 기간(음의 값의 기간)의 위상이, 기준 상태 설정 신호 Bt에 의해 설정된 기준 위상에 달한 시점에서 High 레벨로 되는 역송 상태 판별 신호 Bd를 출력한다.

4) 역송 상태가 역송의 송급량일 경우

송급 속도 설정 신호 Fr이 양의 값(정송)으로부터 음의 값(역송)으로 변화한 시점(역송의 개시 시점)으로부터의 송급 속도 설정 신호 Fr의 절댓값의 적분값(역송의 송급량)을 연산하고, 이 적분값이 기준 상태 설정 신호 Bt에 의해 설정된 기준 송급량에 달한 시점에서 High 레벨로 되는 역송 상태 판별 신호 Bd를 출력한다.

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 용접 전류 검출 신호 Id를 입력으로 하여, Id<Ilr인 때는 High 레벨로 되고, Id≥Ilr인 때는 Low 레벨로 되는 전류 비교 신호 Cm을 출력한다. 구동 회로 DR은, 이 전류 비교 신호 Cm 및 상기 역송 상태 판별 신호 Bd를 입력으로 하여, 역송 상태 판별 신호 Bd가 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 역송 상태가 기준 상태에 달하면 Low 레벨로 되어, 트랜지스터 TR이 오프 상태가 되어 통전로에 감류 저항기 R이 삽입되므로, 단락 부하를 통전하는 용접 전류 Iw는 급감한다. 그리고, 급감한 용접 전류 Iw의 값이 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값까지 감소되면, 구동 신호 Dr은 High 레벨로 되어, 트랜지스터 TR이 온 상태가 되므로, 감류 저항기 R은 단락되어서 통상의 상태로 복귀된다.

전류 제어 설정 회로 ICR은, 상기 단락 판별 신호 Sd, 상기 저레벨 전류 설정 신호 Ilr 및 상기 역송 상태 판별 신호 Bd를 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, 상기 초기 전류 설정값으로부터 미리 정한 단락 시 경사로 미리 정한 피크 설정값까지 상승시키고, 그 값을 유지한다.

3) 역송 상태 판별 신호 Bd가 High 레벨로 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.

오프딜레이 회로 TDS는, 상기 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 하여, 이 신호가 High 레벨로부터 Low 레벨로 변화하는 시점을 미리 정한 지연 시간만큼 오프딜레이시켜서 지연 신호 Tds를 출력한다. 따라서, 이 지연 신호 Tds는, 단락 기간이 되면 High 레벨로 되고, 아크가 재발생하고 나서 지연 시간만큼 오프딜레이하여 Low 레벨로 되는 신호이다.

전류 오차 증폭 회로 EI는, 상기 전류 제어 설정 신호 Icr(+)와 상기 용접 전류 검출 신호 Id(-)의 오차를 증폭하여, 전류 오차 증폭 신호 Ei를 출력한다.

전압 설정 회로 VR은, 아크 기간 중의 용접 전압을 설정하기 위한 미리 정한 전압 설정 신호 Vr을 출력한다. 전압 오차 증폭 회로 EV는, 이 전압 설정 신호 Vr(+)와 상기 용접 전압 검출 신호 Vd(-)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 개시부터 아크가 재발생하여 지연 시간이 경과할 때까지의 기간)인 때에는 전류 오차 증폭 신호 Ei를 오차 증폭 신호 Ea로서 출력하고, Low 레벨(아크)인 때에는 전압 오차 증폭 신호 Ev를 오차 증폭 신호 Ea로서 출력한다. 이 회로에 의해, 단락 기간+지연 기간 중에는 정전류 제어가 되고, 그 이외의 아크 기간 중에는 정전압 제어로 된다.

도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 설명하기 위한, 도 1의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트이다. 동 도면의 (A)는 용접 와이어(1)의 송급 속도 Fw의 시간 변화를 나타내고, 동 도면의 (B)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타내고, 동 도면의 (C)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 동 도면의 (D)는 역송 상태 판별 신호 Bd의 시간 변화를 나타내고, 동 도면의 (E)는 구동 신호 Dr의 시간 변화를 나타내고, 동 도면의 (F)는 지연 신호 Tds의 시간 변화를 나타내고, 동 도면의 (G)는 전류 제어 설정 신호 Icr의 시간 변화를 나타낸다. 이하, 동 도면을 참조하여 설명한다.

동 도면의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 0보다도 상측의 양의 값인 때에는 용접 와이어가 정송되고 있는 것을 나타내고, 0보다도 하측의 음의 값인 때에는 역송되고 있는 것을 나타낸다. 동 도면의 (A)에 도시하는 송급 속도 Fw는 송급 속도 설정 신호 Fr(도시는 생략)에 의해 설정되므로, 양쪽 파형은 상사 파형이 된다. 또한, 동 도면의 (A)에 도시하는 송급 속도 Fw는, 도 4의 (A)의 송급 속도 Fw와 동일 파형이다.

동 도면의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t1 시점에서는 0이며, 시각 t1∼t2의 기간에는 정송 가속 기간이 되고, 시각 t2에서 정송의 최댓값이 되고, 시각 t2∼t3의 기간에는 정송 감속 기간이 되고, 시각 t3에서 0이 되고, 시각 t3∼t4의 기간에는 역송 가속 기간이 되고, 시각 t4에서 역송의 최댓값이 되고, 시각 t4∼t5의 기간에는 역송 감속 기간이 된다. 동 도면에서는 정현파 형상으로 변화하고 있지만, 삼각파 형상 또는 사다리꼴파 형상으로 변화하도록 해도 된다. 예를 들어, 시각 t1∼t3의 정송 기간에는 5.4ms이며, 시각 t3∼t5의 역송 기간에는 4.6ms이며, 1주기는 10ms가 된다. 또한, 정송의 최댓값은 50m/min이며, 역송의 최댓값은 -40m/min이다. 이때의 송급 속도 Fw의 평균값은 약+4m/min이 되고, 평균 용접 전류값은 약 150A로 된다.

용접 와이어와 모재의 단락은, 시각 t2의 정송 최댓값의 전후에서 발생하는 경우가 많다. 동 도면에서는, 정송 최댓값의 후의 정송 감속 기간 중의 시각 t21에서 발생한 경우이다. 시각 t21에 있어서 단락이 발생하면, 동 도면의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수V의 단락 전압값으로 급감한다. 이 용접 전압 Vw가 단락/아크 판별값 Vta 미만으로 되어진 것을 판별하고, 동 도면의 (F)에 도시한 바와 같이, 지연 신호 Tds는 Low 레벨로부터 High 레벨로 변화한다. 이것에 응동하여, 동 도면의 (G)에 도시한 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr은 시각 t21에 있어서 미리 정한 고레벨 전류 설정값으로부터 작은 값인 미리 정한 초기 전류 설정값으로 변화한다.

시각 t3부터는 역송 가속 기간이 되므로, 송급 속도 Fw는 역송 방향으로 전환된다. 동 도면의 (G)에 도시한 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr은, 시각 t21∼t22의 미리 정한 초기 기간 중에는 상기 초기 전류 설정값이 되고, 시각 t22∼t23의 기간 중에는 미리 정한 단락 시 경사로 상승하고, 시각 t23∼t31의 기간 중에는 미리 정한 피크 설정값이 된다. 단락 기간 중에는 상술한 바와 같이 정전류 제어되어 있으므로, 용접 전류 Iw는 전류 제어 설정 신호 Icr에 상당하는 값으로 제어된다. 이 때문에, 동 도면의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 시각 t21에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 급감하고, 시각 t21∼t22의 초기 기간 중에는 초기 전류값이 되고, 시각 t22∼t23의 기간 중에는 단락 시 경사로 상승하고, 시각 23∼t31의 기간 중에는 피크값이 된다. 예를 들어, 초기 기간은 1ms로, 초기 전류는 50A로, 단락 시 경사는 400A/ms로, 피크값은 450A로 설정된다. 동 도면의 (D)에 도시한 바와 같이, 역송 상태 판별 신호 Bd는, 후술하는 시각 t31∼t33의 기간에는 High 레벨로 되고, 그것 이외의 기간에는 Low 레벨로 된다. 동 도면의 (E)에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Dr은, 후술하는 시각 t31∼t32의 기간에는 Low 레벨로 되고, 그것 이외의 기간에는 High 레벨로 된다. 따라서, 동 도면에 있어서 시각 t31 이전의 기간 중에는, 구동 신호 Dr은 High 레벨로 되고, 도 1의 트랜지스터 TR이 온 상태로 되므로, 감류 저항기 R은 단락되어서 통상의 소모 전극 아크 용접 전원과 동일한 상태로 된다.

동 도면의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 용접 전류 Iw가 피크값이 되는 시각 t23 근처부터 상승한다. 이것은, 용접 와이어의 역송 및 용접 전류 Iw에 의한 핀치력의 작용에 의해, 용적에 잘록부가 점차 형성되기 때문이다.

시각 t31에 있어서 역송 상태가 기준 상태에 달하면, 동 도면의 (D)에 도시한 바와 같이, 역송 상태 판별 신호 Bd는 High 레벨로 변화한다. 이것에 응동하여, 동 도면의 (E)에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Dr은 Low 레벨로 되므로, 도 1의 트랜지스터 TR은 오프 상태로 되어 감류 저항기 R이 통전로에 삽입된다. 동시에, 동 도면의 (G)에 도시한 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr은 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값으로 작아진다. 이 때문에, 동 도면의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는 피크값으로부터 저레벨 전류값 Il로 급감한다. 그리고, 시각 t32에 있어서 용접 전류 Iw가 저레벨 전류값 Il까지 감소하면, 동 도면의 (E)에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Dr은 High 레벨로 복귀되므로, 도 1의 트랜지스터 TR은 온 상태로 되어 감류 저항기 R은 단락된다. 동 도면의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 전류 제어 설정 신호 Icr이 저레벨 전류 설정 신호 Ilr인채로 이므로, 시각 t33의 아크 재발생까지는 저레벨 전류값 Il을 유지한다. 따라서, 트랜지스터 TR은, 시각 t31에 역송 상태가 기준 상태에 달한 시점부터 시각 t32에 용접 전류 Iw가 저레벨 전류값 Il로 감소할 때까지의 기간만 오프 상태로 된다. 동 도면의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 용접 전류 Iw가 작아지므로 시각 t31로부터 일단 감소한 후에 급상승한다. 저레벨 전류값 Il은, 예를 들어 50A로 설정된다.

시각 t33에 있어서, 용접 와이어의 역송 및 용접 전류 Iw의 통전에 의한 핀치력에 의해 잘록부가 진행하여 아크가 재발생하면, 동 도면의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw의 값은 단락/아크 판별값 Vta 이상이 된다. 잘록부가 형성되는 시각 t31부터 아크가 재발생하는 시각 t33까지의 시간을, 잘록부 시간 Tn이라 칭하기로 한다.

아크가 재발생한 직후의 시각 t4로부터는 역송 감속 기간이 되므로, 동 도면의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 역송 상태를 유지하면서 감속된다. 시각 t33에 아크가 재발생하면, 동 도면의 (G)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 달하면 그 값을 유지한다. 동 도면의 (F)에 도시한 바와 같이, 지연 신호 Tds는, 시각 t33에 아크가 재발생하고 나서 미리 정한 지연 기간 Td가 경과하는 시각 t41까지 High 레벨인채로이다. 따라서, 용접 전원은 시각 t41까지 정전류 제어되어 있으므로, 동 도면의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 시각 t33으로부터 아크 시 경사로 상승하고, 고레벨 전류값에 달하면 그 값을 시각 t41까지 유지한다. 동 도면의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 시각 t33∼t41의 지연 기간 Td 중에는 고레벨 전압값의 상태에 있다. 동 도면의 (D)에 도시한 바와 같이, 역송 상태 판별 신호 Bd는, 시각 t33에 아크가 재발생하므로, Low 레벨로 변화한다. 예를 들어, 아크 시 경사는 400A/ms로, 고레벨 전류값은 450A로, 지연 기간 Td는 2ms로 설정된다.

시각 t41에 있어서, 동 도면의 (F)에 도시한 바와 같이, 지연 신호 Tds가 Low 레벨로 변화한다. 이 결과, 용접 전원은 정전류 제어로부터 정전압 제어로 전환된다. 시각 t33에 아크가 재발생하고 나서 시각 t5까지는, 용접 와이어는 역송 하고 있으므로, 아크 길이는 점차 길어진다. 시각 t5로부터는 정송 가속 기간이 되므로, 동 도면의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 정송으로 전환된다. 시각 t41에 정전압 제어로 전환되면, 동 도면의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는 고레벨 전류값으로부터 점차적으로 감소된다. 마찬가지로, 동 도면의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 고레벨 전압값으로부터 점차적으로 감소된다.

상술한 바와 같이, 시각 t31에 역송 상태가 기준 상태에 달하면 통전로에 감류 저항기를 삽입함으로써 용접 전류 Iw를 급감시켜서, 시각 t33에 아크가 재발생한 시점에 있어서의 전류값을 작은 값으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 스패터 발생량을 대폭으로 삭감할 수 있다.

상술한 바와 같이, 동 도면의 (D)에 도시하는 역송 상태 판별 신호 Bd가 High 레벨로 변화할 때는, 1) 역송의 개시부터의 시간이 기준 시간에 달했을 때이며, 2) 역송의 속도가 기준 속도에 달했을 때이며, 3) 역송의 위상이 기준 위상에 달했을 때이며, 또는, 4) 역송의 송급량이 기준 송급량에 달했을 때이다. 시각 t1∼t5에 1주기의 위상을 0∼360°로 하면, 시각 t3∼t5의 역송 기간의 위상은 180∼360°이 되고, 역송의 위상이란 이 각도가 된다. 또한, 역송의 송급량이란, 역송의 속도 절댓값 적분값이므로, 역송을 개시하고 나서의 용접 와이어가 역송된 거리가 된다.

역송 상태가 기준 상태에 달했을 때란, 용접 와이어의 선단이 모재로부터 이반하여 아크가 재발생할 때까지의 시간이 0.1∼1.0ms 정도의 적정 범위가 되는 타이밍이다. 이와 같이, 역송 상태를 판별함으로써, 잘록부를 검출하지 않고, 아크가 재발생하는 시점보다도 적정한 시간만큼 전에 용접 전류를 감소시켜서 소전류값의 상태로 할 수 있다. 이 때문에, 스패터의 발생량을 삭감할 수 있다.

상술한 실시 형태 1에 의하면, 용접 전류의 감소를, 역송의 상태가 미리 정한 기준 상태에 달한 시점으로부터 개시한다. 이에 의해, 역송 상태를 판별함으로써, 잘록부를 검출하지 않고, 아크가 재발생하는 시점보다도 적정한 시간만큼 전에 용접 전류를 감소시켜서 소전류값의 상태로 할 수 있다. 이 때문에, 잘록부의 검출을 행하지 않고, 스패터의 발생량을 삭감할 수 있다.

또한, 역송 상태를, 역송의 속도, 역송의 위상, 또는 역송의 송급량에 의해 판별하면, 용접 조건에 따라서 역송의 진폭이 변화해도, 용접 전류의 감소 타이밍은 적정한 채이며, 재조정을 필요로 하지 않는다. 이 때문에, 작업 효율을 높일 수 있다. 이것은, 역송의 속도가 기준 속도에 달했을 때부터, 역송의 위상이 기준 위상에 달했을 때부터, 및 역송의 송급량이 기준 송급량에 달했을 때부터 적정 범위 후에 아크가 재발생하는 확률이 높기 때문에이다.

[실시 형태 2]

실시 형태 2의 발명은, 단락 기간 중에 역송의 상태가 기준 상태에 달하여 용접 전류를 감소시킨 시점부터 아크 기간으로 이행한 시점까지의 시간(잘록부 시간 Tn)을 계측하고, 이 계측한 시간에 따라서 기준 상태를 변화시키는 것이다.

도 3은, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 동 도면은 상술한 도 1과 대응하고 있고, 동일한 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 동 도면은, 도 1에 잘록부 시간 계측 회로 TND를 추가하고, 도 1의 기준 상태 설정 회로 BT를 제2 기준 상태 설정 회로 BT2로 치환한 것이다. 이하, 동 도면을 참조하여 이들 블록에 대하여 설명한다.

잘록부 시간 계측 회로 TND는, 역송 상태 판별 신호 Bd를 입력으로 하여, 이 역송 상태 판별 신호 Bd가 High 레벨인 시간을 계측하고, 잘록부 시간 계측 신호 Tnd로서 출력한다. 역송 상태 판별 신호 Bd는, 상술한 바와 같이, 단락 기간 중에 역송의 상태가 기준 상태에 달한 시점에서 High 레벨로 되고, 아크 기간으로 이행한 시점에서 Low 레벨로 되는 신호이다. 이 역송 상태 판별 신호 Bd가 High 레벨로 되면, 잘록부가 형성되었다고 판별하여 용접 전류 Iw를 급감시킨다.

제2 기준 상태 설정 회로 BT2는, 이 잘록부 시간 계측 신호 Tnd 및 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 하여, 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락 기간)로부터 Low 레벨(아크 기간)로 변화할 때마다, 잘록부 시간 계측 신호 Tnd가 미리 정한 적정 범위의 상한값 이상일 때는 기준 상태 설정 신호 Bt의 현재값을 소정값만큼 작게 하고, 상기 적정 범위의 하한값 미만일 때는 현재값을 상기 소정값만 크게 하고, 기준 상태 설정 신호 Bt를 출력한다. 기준 상태 설정 신호 Bt의 값은, 용접 개시 시에는 미리 정한 초기값으로 설정되어 있다. 이 회로에 의해, 기준 상태 설정 신호 Bt의 값은, 잘록부 시간 계측 신호 Tnd의 값에 따라서 적정값으로 수정된다. 상기 적정 범위는, 예를 들어 0.1∼1.0ms의 범위이다. 이 경우, 상한값은 1.0ms가 되고, 하한값은 0.1ms가 된다.

도 3의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트는, 상술한 도 2와 동일하므로 설명은 반복하지 않는다. 단, 도 2의 시각 t31∼t33의 잘록부 시간 Tn에 의해 다음 단락 기간에 있어서의 기준 상태(기준 상태 설정 신호 Bt)가 수정되는 점이 상이하다. 이에 의해, 다음 단락 기간에 있어서의 시각 t31에 상당하는 타이밍이 적정해지도록 수정되게 된다.

상술한 실시 형태 2에 의하면, 용접 전류의 감소 시점부터 아크 기간으로 이행한 시점까지의 시간(잘록부 시간 Tn)을 계측하고, 이 계측한 시간에 따라서 기준 상태(기준 상태 설정 신호 Bt)를 변화시킨다. 이에 의해, 실시 형태 2에서는, 실시 형태 1의 효과 외에, 역송 상태를 판별함으로써, 잘록부를 검출하지 않고, 아크가 재발생하는 시점보다도 적정한 시간만큼 전에 용접 전류를 감소시켜서 소전류값의 상태로 할 수 있고, 또한, 용접 전류의 감소 타이밍을 항상 적정한 타이밍이 되도록 자동 조정할 수 있다. 이 때문에, 잘록부의 검출을 행하지 않고, 스패터의 발생량의 삭감 효과를 최대한으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복하는 용접 방법에 있어서, 잘록부의 검출을 행하지 않고 스패터의 발생량을 삭감할 수 있는 아크 용접 제어 방법을 제공할 수 있다.

이상, 본 발명을 특정한 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니라, 개시된 발명의 기술 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

본 출원은, 2014년 3월 10일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2014-046078)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 도입된다.

1: 용접 와이어
2: 모재
3: 아크
4: 용접 토치
5: 송급 롤
BD: 역송 상태 판별 회로
Bd: 역송 상태 판별 신호
BT: 기준 상태 설정 회로
Bt: 기준 상태 설정 신호
BT2: 제2 기준 상태 설정 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
FC: 송급 제어 회로
Fc: 송급 제어 신호
FR: 송급 속도 설정 회로
Fr: 송급 속도 설정 신호
Fw: 송급 속도
ICR: 전류 제어 설정 회로
Icr: 전류 제어 설정 신호
ID: 용접 전류 검출 회로
Id: 용접 전류 검출 신호
Il: 저레벨 전류값
ILR: 저레벨 전류 설정 회로
Ilr: 저레벨 전류 설정 신호
Iw: 용접 전류
PM: 전원 주회로
R: 감류 저항기
SD: 단락 판별 회로
Sd: 단락 판별 신호
SW: 제어 전환 회로
Td: 지연 기간
TDS: 오프딜레이 회로
Tds: 지연 신호
Tn: 잘록부 시간
TND: 잘록부 시간 계측 회로
Tnd: 잘록부 시간 계측 신호
TR: 트랜지스터
VD: 용접 전압 검출 회로
Vd: 용접 전압 검출 신호
VR: 전압 설정 회로
Vr: 전압 설정 신호
Vta: 단락/아크 판별값
Vw: 용접 전압
WM: 송급 모터

Claims (6)

1. 용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복하여 단락 기간과 아크 기간을 발생시키고, 상기 단락 기간 중의 상기 역송 시에 용접 전류를 감소시켜서 상기 아크 기간으로 이행시키는 아크 용접 제어 방법에 있어서,
   상기 용접 전류의 감소를, 상기 역송의 상태를 나타내는 파라미터가 미리 정한 기준값에 달한 시점으로부터 개시하는,
   것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 파라미터가 상기 역송의 개시부터의 시간이며, 상기 기준값이 기준 시간인,
   것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 파라미터가 상기 역송의 속도이며, 상기 기준값이 기준 속도인,
   것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.
4. 제1항에 있어서, 송급 속도의 시간에 따른 변화를 각도에 따른 변화로 치환하여 주기적으로 반복되는 정송과 역송 1주기를 0~360°로 표현한 것을 위상이라고 할 때, 상기 파라미터가 상기 역송의 위상이며, 상기 기준값이 기준 위상인,
   것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.
5. 제1항에 있어서, 역송을 개시하고 나서 용접 와이어가 역송된 거리를 송급량이라고 할 때, 상기 파라미터가 상기 역송의 송급량이며, 상기 기준값이 기준 송급량인,
   것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 전류의 감소 시점부터 상기 아크 기간으로 이행한 시점까지의 시간을 계측하고, 이 계측한 시간에 따라서 상기 기준값을 변화시키는,
   것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.

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