KR102314966B1 - 용접용 실드가스 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접용 실드가스를 제어하는 장치에 있어서: 토치(15)에 실드가스를 공급하도록 가스 매니폴드(20)에 압력증폭기(25)를 개재하여 연결되는 용접기(10); 상기 용접기(10)로 유동하는 실드가스의 상태를 검출하는 검출수단; 및 상기 용접기(10)의 가동에 연동하여 압력증폭기(25)를 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에, 용접시에 사용되는 실드가스를 빠르고 일정하게 공급하여 용접 초기 작업시 벤트로 낭비되는 시간과 가스를 절약하고 생산성을 향상하는 동시에 유량을 컨트롤하면서 실드가스를 안정적으로 공급하여 용접 불량률을 감소할 수 있다.

Description

용접용 실드가스 제어장치 {Apparatus for controlling weld shielding gas}
본 발명은 용접용 실드가스 제어장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 용접기의 가스 라인에 설치되어 실드가스 공급 상태를 조절하는 용접용 실드가스 제어장치에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래에는 용접기에 가스 라인을 연결하여 토치로 가스를 공급하는 방식이다. 가스 라인의 매니폴더에서 차단 밸브로 용접 시작 및 종료 시에 개폐하고 있다. 그러나 안정적인 보호 가스를 위해 용접기의 수동밸브를 개방한 뒤 충분한 대기시간을 가져야 한다.
즉, 초기 작업 시작 때(아침 작업 전 및 점심시간 이후 작업 시작 때)에 수동밸브를 열어 용접을 진행한 결과 보호용 실드가스가 제대로 역할을 하지 못해 기공 등의 결함이 발생하는 경우가 많다. 수정 용접을 하는 횟수가 많아지고 가스 벤트(vent)를 약 30분 이상 지속해야 가스 농도가 이상적으로 공급됨으로 생산성을 저하시키는 요인으로 작용한다.
실드가스 공급과 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 하기의 한국 등록특허공보 제1505298호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2015-0053823호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 보호가스 저장부와, 보호가스 저장부와 용접기 사이에 연결되는 보호가스 공급라인과, 보호가스 공급라인에 구비되어 보호가스의 공급 및 유량을 조절하는 조절밸브와, 용접기의 전원 온/오프 및 용접조건에 따라 조절밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에, 부주의로 인한 용접결함 발생 빈도를 감소시키고 작업 편의성을 향상하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 보호 가스 입력부; 용접 건에 결합된 보호 가스 출력부; 및 보호 가스를 위한 피드백 제어 시스템을 포함하며, 피드백 제어 시스템은 보호 가스 입/출력부 간의 흐름을 측정하는 흐름 센서, 및 보호 가스 입/출력부 간의 흐름을 조절하는 밸브를 포함한다. 이에, 용접 작업의 시작 시에 불충분한 여분의 가스에 의해 열악한 용접 개시를 방지하는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행문헌의 제어부나 피드백 제어 시스템을 적용하더라도 실드가스 부족에 의한 용접결함 가능성을 배제하기 곤란하다.
한국 등록특허공보 제1505298호 "용접 보호가스 공급장치" (공개일자 : 2015.01.06.) 한국 공개특허공보 제2015-0053823호 "가스 흐름을 피드백 제어하는 용접기, … 해당 가스 흐름 피드백 제어" (공개일자 : 2015.05.18.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 용접시에 사용되는 실드가스를 빠르고 일정하게 공급하도록 센서와 압력 증폭기 등을 용접기에 부착해 실드가스의 유량을 조절함으로써 용접 초기 작업시 실드가스가 충분히 공급되지 않아 대기하는 시간을 줄일 수 있는 용접용 실드가스 제어장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용접용 실드가스를 제어하는 장치에 있어서: 토치에 실드가스를 공급하도록 가스 매니폴드에 압력증폭기를 개재하여 연결되는 용접기; 상기 용접기로 유동하는 실드가스의 상태를 검출하는 검출수단; 및 상기 용접기의 가동에 연동하여 압력증폭기를 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 용접의 개시 상태를 검출하도록 가스농도센서 또는 공기압센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 실드가스의 유량을 검출하는 유량센서 및 실드가스의 온도를 검출하는 온도센서 중 적어도 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 용접의 개시 시점으로부터 설정된 시간 동안 압력증폭기를 가동하는 메인 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 외부에서 설정되는 조건에 대응하여 압력증폭기의 가동 조건을 보정하는 서브루틴 알고리즘을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 용접시에 사용되는 실드가스를 빠르고 일정하게 공급하여 용접 초기 작업시 벤트로 낭비되는 시간과 가스를 절약하고 생산성을 향상하는 동시에 유량을 컨트롤하면서 실드가스를 안정적으로 공급하여 용접 불량률을 감소할 수 있다.
도 1은 종래의 용접기에서 실드가스의 공급을 예시하는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 용접기에서 실드가스를 공급하는 구성도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 용접용 실드가스를 제어하는 장치에 관하여 제안한다. 실드가스를 사용하는 FCAW, GMAW, GTAW, EGW 등의 아크용접을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 용접기(10)는 토치(15)에 실드가스를 공급하도록 가스 매니폴드(20)에 압력증폭기(25)를 개재하여 연결된다. 가스 매니폴드(20)는 다수의 용접기(10)에 실드가스를 공급하기 위한 포트를 구비한다. 용접기(10)와 가스 매니폴드(20)는 각각의 포트에서 가스도관(22)으로 연결된다. 압력증폭기(25)는 가스부스터 구조로 형성되고 가스 매니폴드(20) 또는 가스도관(22) 상에 설치된다. 바람직하게는 모든 용접기(10)에 대응하여 각각의 압력증폭기(25)를 연결한다.
또한, 본 발명에 따르면 검출수단이 상기 용접기(10)로 유동하는 실드가스의 상태를 검출하도록 설치된다. 용접기(10)에 설치된 수동밸브(도시 생략)를 개폐하는 것에 의하여 토치(15)로 보내지는 실드가스가 단속된다. 검출수단은 용접기(10)에 설치되는 것이 좋으나 이러한 구성에 한정되지 않는다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 용접의 개시 상태를 검출하도록 가스농도센서(32) 또는 공기압센서(34)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 가스농도센서(32)는 수동밸브의 개방으로 유입되는 실드가스 자체를 검출한다. 공기압센서(34)는 수동밸브의 개방으로 유발되는 실드가스 유입 압력을 검출한다. 가스농도센서(32)와 공기압센서(34)는 동시에 설치될 수 있으며, 이외에 수동밸브의 회전(개방) 상태를 검출하는 센서를 부가할 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 실드가스의 유량을 검출하는 유량센서(36) 및 실드가스의 온도를 검출하는 온도센서(38) 중 적어도 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 유량센서(36)는 용접기(10)에서 토치(15)로 공급되는 실드가스의 유량을 검출한다. 온도센서(38)는 용접기(10)로 유입되거나 토치(15)로 공급되는 실드가스의 온도를 검출한다. 유량센서(36)와 온도센서(38)의 신호는 후술하는 것처럼 압력증폭기(25)의 제어를 보조하는 용도로 활용된다.
한편, 용접기(10) 상에는 가스 매니폴드(20)에서 유입되는 실드가스의 압력 변동을 완화하면서 실드가스의 일부를 저장하기 위한 어큐뮬레이터(27)를 더 설치할 수도 있다. 어큐뮬레이터(27)에 저장된 실드가스는 압력증폭기(25)에 선행하여 즉시로 토치(15)에 보내질 수 있다. 이를 위해 어큐뮬레이터(27)는 전기적 구동이 가능한 전자밸브를 탑재한다.
또한, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 용접기(10)의 가동에 연동하여 압력증폭기(25)를 제어한다. 제어수단(40)은 제어부(42), 입력부(44), 구동부(46)로 구성된다. 제어부(42)는 마이크로프로세서와 각종 메모리를 기반으로 하는 마이컴 회로로 구성된다. 입력부(44)는 입력인터페이스 회로로서 검출수단의 신호를 입력하도록 연결된다. 구동부(46)는 출력인터페이스 회로로서 압력증폭기(25)에 대한 구동 신호를 출력하도록 연결된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 용접의 개시 시점으로부터 설정된 시간 동안 압력증폭기(25)를 가동하는 메인 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 한다. 메인 알고리즘은 제어부(42)의 메모리에 메인 프로그램 형태로 저장되고 마이크로프로세서에 의해 실행된다. 제어부(42)는 가스농도센서(32)의 신호로 실드가스가 일정 농도에 도달하거나 공기압센서(34)에 의한 신호로 일정 이상의 공기압에 도달하는지 판단한다. 제어부(42)는 용접 개시를 위해 수동밸브가 개방된 것으로 판단되면 압력증폭기(25)를 가동하여 수초 또는 수십초간 실드가스를 토치(15) 측으로 빠르게 공급한다. 물론 이 과정에서 실드가스의 농도가 미달되거나 공기압이 낮아지면 경보를 발생할 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 외부에서 설정되는 조건에 대응하여 압력증폭기(25)의 가동 조건을 보정하는 서브루틴 알고리즘을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 서브루틴 알고리즘은 제어부(42)의 메모리에 서브루틴 프로그램 형태로 저장되고 마이크로프로세서에 의해 실행된다. 외부의 조건은 전술한 유량센서(36), 온도센서(38), 또는 별도의 조작스위치(도시 생략)를 활용할 수 있다. 가스도관(22) 교체 등의 이유로 실드가스 유동 거리가 변동되어도 유량센서(36)의 신호를 이용하여 압력증폭기(25)의 가동 조건을 변동하면 설정된 유입량으로 보정할 수 있다. 동절기나 하절기에 실드가스의 온도(밀도)가 변화되는 것을 온도센서(38)로 검출하여 예측하면 압력증폭기(25)의 가동 조건을 변동하여 설정된 유입량으로 보정할 수 있다.
어느 경우에나 메인 알고리즘에 서브루틴 알고리즘을 연계하면 외부 조건에 대응하여 압력증폭기(25)를 자동으로 가동하는 제어에서 실드가스가 부족하여 불량을 유발하거나 과도하여 낭비되지 않도록 최적화 가능하다.
한편, 제어수단(40)의 제어부(42)는 특정 용접기(10)에 대하여 실드가스 공급을 제어하는 과정에서 발생되는 데이터를 메모리에 축적하고 통계적으로 처리하여 압력증폭기(25) 구동의 정확성과 신속성을 향상할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 용접기 15: 토치
20: 가스 매니폴드 22: 가스도관
25: 압력증폭기 27: 어큐뮬레이터
32: 가스농도센서 34: 공기압센서
36: 유량센서 38: 온도센서
40: 제어수단 42: 제어부
44: 입력부 46: 구동부

Claims (5)

  1. 용접용 실드가스를 제어하는 장치에 있어서:
    다수의 토치(15)에 실드가스를 공급하도록 포트를 구비하는 가스 매니폴드(20)에 압력증폭기(25)를 개재하여 연결되는 용접기(10);
    상기 용접기(10)로 유동하는 실드가스의 상태를 검출하는 검출수단; 및
    상기 용접기(10)의 가동에 연동하여 압력증폭기(25)를 제어하는 제어수단(40);을 포함하되,
    상기 검출수단은 용접의 개시 상태를 검출하도록 가스농도센서(32) 및 공기압센서(34)를 구비하고,,
    상기 검출수단은 실드가스의 유량을 검출하는 유량센서(36) 및 실드가스의 온도를 검출하는 온도센서(38)를 더 구비하며,
    상기 제어수단(40)은 용접의 개시 시점으로부터 설정된 시간 동안 압력증폭기(25)를 가동하는 메인 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접용 실드가스 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(40)은 외부에서 설정되는 조건에 대응하여 압력증폭기(25)의 가동 조건을 보정하는 서브루틴 알고리즘을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 용접용 실드가스 제어장치.
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