KR20010102442A - 소모전극식 아크용접방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 대략 2m/분 이상의 용접에 있어서도 용접중에 발생하여 비산하는 스파터가 극단적으로 감소하고, 또한 간단하고 저렴한 용접방법 및 장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 소모전극식 아크용접장치는, 용접전류, 용접전압을 제어하는 용접전원(23)과, 용접와이어를 모재로 공급하는 용접와이어공급장치(25)와, 단락/단락해방검출기(29)로부터의 신호에 따라 용접와이어공급장치(25)로 용접와이어공급명령을 주는 용접와이어공급명령장치(26)와, 용접조건을 설정하는 용접조건설정기(24)와, 용접속도설정기(27)와, 용접속도에 따라 용접토치를 이동시키는 용접토치이동장치(28)와, 단락과 단락해방을 검출하는 단락/단락해방검출기(29)를 구비한 것이다. 본 발명의 용접방법은, 피용접재에 용접와이어를 보내고, 피용접재와 용접와이어의 사이에 아크를 발생시켜 용접을 행함에 있어서, 용접중에 용접와이어의 공급속도에 가속과 감속을 더하여 용접을 행하고, 단락을 검출한 후, 용접와이어공급속도를 감속시키고, 단락이 해방되어 아크로 이행한 것을 검출한 후, 용접와이어공급속도를 가속시키는 것이다.

Description

소모전극식 아크용접방법 및 장치{Consumable electrode type arc welding method and device therefor}

종래, 가스쉴드아크용접 등에 의해 용접을 행하는 경우, 도 1에 도시된 바와 같은 용접장치가 사용되어 왔다. 도면에 있어서, 1은 용접될 모재, 2는 용접전원, 3은 용접토치, 4는 용접토치의 칩, 5는 용접와이어, 6은 용접 아크, 11은 와이어공급롤러, 10은 와이어공급롤러용 구동모터, 9는 감김와이어스풀, 7은 용접토치(3)를 고정하고 있는 간이대차(미도시)의 고정 아암, 또는 용접로봇의 아암, 8은 용접와이어(5)를 용접토치(3)로 공급하기 위한 콘딧(conduit)케이블이다.

이와 같은 용접장치에 의해 용접을 행하는 경우, 먼저, 용접전원(2)으로부터 적절한 전압을 공급하면, 용접와이어(5)의 선단과 모재(1)와의 사이에 용접아크(6)가 발생하고, 용접와이어(5)는 용융하여, 도 2에 나타낸 바와 같이 용적(溶滴; 22)이 형성된다. 이 때, 용접와이어(5)는 용적(22)이 모재(1)측으로 이행하는 양만큼 구동모터(10)를 구동원으로 하는 와이어공급롤러(11)를 회전시켜 공급함으로써, 용접아크(6)를 안정적으로 모재(1)와 용접와이어(5)의 선단 사이에서 발생시킬 수 있다.

이와 같이, 종래 행해지고 있는 용접에서는, 칩(4)으로부터 용접부로의 용접와이어(5)의 공급속도는 용접중에 항상 일정 속도가 되도록 하고 있다. 예컨대, 용접와이어(5)로서 직경 1.2mm의 솔리드와이어를 사용하고, 용접전류를 200 내지 300암페어, 쉴드가스로서 탄산가스를 이용하여 25리터/분 공급한 경우에는, 용접와이어(5)의 공급속도는 5 내지 12m/분 사이의 일정공급으로 하고 있다.

한편, 용접와이어(5)의 선단에 형성되는 용적(22)이 모재(1)측으로 이행하는 상황을 관찰하면, 예컨대 쉴드가스로서 탄산가스를 사용한 경우에서는 도 2에 도시한 바와 같은 상황이 되고 있다. 즉, 도 2의 (a)에서 용적이 형성되기 시작하고, 도 2의 (b), (c)로 시간의 경과와 함께 용적(22)은 성장해 간다.

도 2로부터 이해되는 바와 같이, 용적(22)이 형성되기 시작하여 성장해 가는 단계에서는, 용접아크(6)는 용적(22)의 밑면으로부터 발생하기 때문에, 용적(22)은 아크력에 의해 상방으로 눌려올려져 좀처럼 모재(1)측으로 이행할 수 없어, 즉 도2C와 같은 상태로 될 때까지 성장한다. 또한, 모재(1)로 이행할 때에는 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 큰 입자의 용적(22)이 비행하는 상태에서 이행한다. 이와 같은 용적(22)의 이행에서는 큰 입자의 용적(22)이 모재(1)측에 형성되어 있는 용융지에 들어가면 용융금속이 되어 용접에 기여하지만, 용융지 이외의 개소로 떨어지면 스파터로 되어 용접에는 기여하지 않게 된다.

이와 같이, 특히 쉴드가스로서 탄산가스를 이용한 종래의 가스 쉴드 아크용접에서는 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 용접와이어(5)의 선단으로부터 모재(1)로 이행하는 용적(22)이 큰 입자로 되기 때문에, 용적(22)이 용융지 이외의 개소로 이행하여 큰 입자의 스파터로 되는 경우가 있다.

(2) 발생하는 스파터가 커지기 때문에 모재(1)에 부착된 스파터의 제거작업에 시간을 필요로 할 뿐만 아니라, 용접와이어(5)로부터 용접개소로의 용착효율도 저하하여 용접능률이 저하하게 된다.

상기 문제를 해결하기 위하여, 일본특허공개 평 8-229682호 공보 및 일본특허공개 평 9-85439호 공보에 기재된 방법에서는, 이하와 같은 수단을 궁리하고 있다.

일본특허공개 평8-229682호 공보에서는, 용접토치 내부에 있는 와이어공급노즐을 전자적 작용에 의해 요동시킴으로써 용접와이어의 용접토치내의 통로길이를 변동시키고, 칩으로부터 용접개소로 내보내지는 용접와이어의 공급속도를 일정속도로부터 적절한 주기로 순간만 고속공급함으로써 용접와이어 선단에 형성되는 용적을 모재측으로 단락이행시킴으로써 스파터의 발생이 적고, 용접효율이 좋은 용접방법 및 용접장치를 제안하고 있다.

일본특허공개 평9-85439호 공보에서는, 일본특허공개 평 8-229682호 공보에서 제안한 용접와이어의 공급속도를 일정속도로부터 적절한 주기로 순간만 고속공급하는 타이밍에 동기시켜 펄스용접전류를 변화시킴으로써 스파터의 발생요인인 용적의 이행을 규칙적이고 또한 확실하게 모재로 행할 수 있고, 스파터의 발생이 적은 용접방법 및 용접장치를 제안하고 있다.

도 3은 일본특허공개 평9-85439호 공보의 용접토치의 구성을 나타낸 것으로서, 도면에 있어서 3은 용접토치, 4는 칩, 5는 용접와이어, 8은 콘딧케이블, 12는 토치베이스부, 13은 쉴드가스 공급파이프, 14는 쉴드가스분사공, 15는 스프링, 16은 와이어공급노즐, 17은 칩고정구, 18A 및 18B는 자성체철심, 19A 및 19B는 전자코일, 20A 및 20B는 직류전압발생기, 21은 전압발생조정기이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 일본특허공개 평9-85439호 공보에 기재된 장치에서는, 용접토치(3)의 구조가 특수하고, 용접토치(3) 내부에 있는 와이어노즐(16)을 전자적 작용에 의해 요동시키기 위한 전압발생조정기(21)가 필요하여, 복잡하고 고가인 것이었다. 또한, 용접와이어(5)의 공급속도는 용접토치(3) 내부에 있는 와이어공급노즐(16)의 변동에 대한 폭밖에 변화할 수 없다는 제한이 있었다.

또한, 종래의 기술은, 용접속도가 늦은 영역(약 1.5m/분 이하)에서의 큰 입자의 스파터발생의 억제에 관하여 실현되어 있다. 그런데, 약 2m/분 이상의 용접에서는 용접전압이 300A 내지 400A로 높기 때문에 와이어의 용융속도는 빨라지고, 대량의 용적이 생성되며, 아크불안정이 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 소모전극식 아크용접장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 가스쉴드가스용접장치의 개략도이고,

도 2는 종래의 가스쉴드가스용접에 있어서의 용적이행의 모양을 나타낸 설명도이고,

도 3은 일본특허공개 평8-229682호 공보, 일본특허공개 평9-85439호 공보에 있어서의 용접토치의 구조를 나타낸 일부절개정면도이고,

도 4는 본 발명에 있어서의 용적이행, 용접전압, 용접전류, 용접와이어공급속도의 관계도이고,

도 5는 본 발명에 있어서의 용접장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 약 2m/분 이상의 용접에 있어서도 용접중에 발생하여 비산하는 스파터가 극단적으로 감소하고, 또한 간단하고 저렴한 용접방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 피용접재에 용접와이어를 보내고, 피용접재를 용접와이어의 사이에 아크를 발생시켜 용접을 행하는 소모전극식 아크용접에 있어서, 용접중에 용접와이어의 공급속도에 가속과 감속을 부가하여 용접을행하는 것을 특징으로 한 소모전극식 아크용접방법으로서, 단락을 검출한 다음, 용접와이어공급속도를 감속시키고, 단락이 해방되어 아크로 이행된 것을 검출한 후, 용접와이어공급속도를 가속시키는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 용접전류, 용접전압을 제어하는 용접전원과, 용접와이어를 모재로 공급하는 용접와이어공급장치와, 하기 단락/단락해방검출기로부터의 신호에 따라 용접와이어공급장치에 용접와이어공급명령을 주는 용접와이어명령장치와, 용접조건을 설정하는 용접조건설정기와, 용접속도설정기와, 용접속도에 따라 용접토치를 이동시키는 용접토치이동장치와, 용접상태가 단락과 단락해방을 검출하는 단락/단락해방검출기를 구비하고, 상기 방법으로용접을 행하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접장치에 있어서, 용접전원으로서 단락이 발생한 경우 적어도 500A/msec로 단락전류를 상승시켜 단락을 해방하는 전원이나 용접와이어 공급장치로서 용접토치부에 공급모터를 장착하여 용접토치부로부터 용접와이어를 모재로 공급하는 용접와이어공급장치를 사용하여 용접을 행하는 것도 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 소모전극식 아크용접에 있어서, 용접장치에 특별한 구성을 필요로 하지 않고, 단락, 단락해방에 동기하여 용접와이어공급속도를 감속, 가속하여 용접을 행하기 때문에,

·간단하고 저렴한 용접장치이다.

·단락해방이 신속하게 행해지고, 용접중에 발생하여 비산하는 스파터가 극단적으로 감소한다.

·단락으로부터 아크로 신속하게 이행하여, 아크의 끊김을 방지할 수 있다.

·양호한 비드가 얻어진다.

·2m/분 이상의 속도에서도 안정된 아크상태가 얻어진다

는 등의 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명에 있어서의 용접전압, 용접전류, 용접와이어공급속도, 용적이행의 관계도이다.

도 4에 보이는 바와 같이, 단락이 발생하여 전압이 소정의 값보다 내려가 단락을 검출하면, 용접전류는 미리 정하는 지연시간경과후, 단락을 해방하기 위해 증가한다. 또한, 단락검출에 동기하여 용접와이어공급속도를 감속함으로써, 용융지내의 용융금속의 흐름 혹은 표면장력이 와이어선단으로부터의 용적의 이탈에 효과적으로 작용하여, 단락해방을 촉진한다. 단락이 해방된 후, 용접와이어공급속도를 가속하고, 용적이탈에 의한 아크끊김을 방지하여 아크로의 이행과 용적의 형성을 신속하게 행한다. 여기서, 용접와이어공급속도의 감속에 의한 용접와이어공급량 저하분(S)과, 용접와이어공급속도의 가속에 의한 용접와이어공급량 증가분(S')을 같게 함으로써, 평균적인 용착량은 일정해지고, 양호한 비드가 얻어진다. 또한, 용접전원(23)에 의한 용접전류제어뿐만 아니라 용접와이어공급속도제어에 의해 단락이 신속하게 해방됨으로써 스파터의 발생등도 억제된다.

도 5는 본 발명에 따른 용접장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도면에 있어서 23은 용접전원, 24는 용접조건설정기, 25는 용접와이어공급장치, 26은 용접와이어공급명령, 27은 용접속도설정기, 28은 용접토치이동장치, 29는 단락/단락해방검출기, 30은 단락시간저장기이다.

용접와이어공급명령장치(26)는 와이어공급명령을 용접와이어공급장치(25)에 준다. 용접와이어공급장치(25)는 용접와이어공급명령에 따라 용접와이어를 모재로 공급한다. 용접조건설정기(24)는 원하는 용접을 행할 용접조건을 설정한다. 용접속도설정기(27)는 원하는 용접을 행할 용접속도, 예컨대 대략 2m/분을 설정하고, 용접토치이동장치(28)는 설정된 용접속도에 따라 용접토치를 이동시키고, 용접은 행해진다.

용접중에 단락이 발생한 경우, 단락/단락해방검출기(29)에 의해 용접전압 등의 정보로 단락을 검출한다. 단락을 검출하면 단락/단락해방검출기(29)는 단락검출신호를 용접전원(23)과 용접와이어공급속도명령장치(26) 및 단락시간저장기(30)로 보낸다. 단락시간저장기(30)는 단락시간의 계측을 시작한다. 용접전원(23)은 미리정하는 지연시간경과후, 단락을 해방하기 위해 용접전류를 증가시킨다. 여기서, 용접속도 2m/분 이상의 고속용접에 있어서는, 용접전류를 증가시키는 비율을 적어도 통상의 3∼10배인 500A/msec으로 하고, 단락해방에 소비하는 시간을 적게 하며, 용적을 비대시키지 않고 단락해방시켜 큰 입자의 스파터의 발생을 방지하고, 아크를 안정시킨다. 용접와이어공급속도명령장치(26)는 미리 설정되어 있던 감속률에 따라 용접와이어공급속도의 감속명령을 용접와이어공급장치(25)로 보내고, 용접와이어공급장치(26)는 감속된 명령에 따라 용접와이어를 모재로 보낸다. 단락이 해방되면 단락/단락해방검출기(29)는 용접전압등의 정보로 단락해방을 검출하고, 단락해방검출신호를 용접전원(23)과 용접와이어공급속도명령장치(26), 단락시간저장기(30)로 보낸다. 단락시간저장기(30)는 단락시간의 계측을 종료하고, 단락시간을 저장하며, 용접와이어공급속도명령장치(26)로 단락시간을 보낸다. 이와 같이 단락시간저장기(30)로 단락시간을 계측함으로써 와이어공급량감소분(S)과 와이어공급량증가분(S')을 같게 할 수 있다.

용접전원(23)은 단락시에 대응한 전압의 공급을 정지하고, 아크가 발생하면 용접전류는 감소하며, 용접와이어공급속도명령장치(26)는 미리 설정되어 있던 가속률과 보내져 온 단락시간에 따라 용접와이어공급속도의 가속명령을 용접와이어공급장치(26)로 보내고, 용접와이어공급장치(26)는 가속된 명령에 따라 용접와이어를 모재로 보낸다.

또한, 공급모터와 용접토치는 예컨대 콘딧으로 접속하면 콘딧의 내부에서 용접와이어가 사행하여, 와이어공급속도를 증감할 때의 응답이 늦어지는 경우가 있다. 따라서, 용접토치부에 공급모터를 배치하고, 공급모터로부터 아크까지의 거리를 짧게 하면 와이어공급속도의 응답을 더 빠르게 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서의 용접장치는 특별한 구성을 필요로 하지 않고, 간단하고 저렴하게 단락에 동기된 소모전극식 아크용접을 행할 수 있으며, 용접속도2m/분의 고속용접에 있어서도 스파터의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명은 아크용접의 분야에서 이용할 수 있다.

Claims (7)

1. 피용접재에 용접와이어를 보내고, 피용접재와 용접와이어의 사이에 아크를 발생시켜 용접을 행하는 소모전극식 아크용접에 있어서, 용접중에 용접와이어의 공급속도에 가속과 감속을 부가하여 용접을 행하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접방법.
2. 제 1항에 있어서, 단락을 검출한 후, 용접와이어공급속도를 감속시키는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접방법.
3. 제 1항에 있어서, 단락이 해방된 후, 용접와이어공급속도를 가속시키는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접방법.
4. 제 1항에 있어서, 단락을 검출한 후, 용접와이어공급속도를 감속시키고, 또한 단락이 해방된 후 용접와이어공급속도를 가속시키는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접방법.
5. 용접전류, 용접전압을 제어하는 용접전원과, 용접와이어를 모재로 공급하는 용접와이어공급장치와, 하기 단락/단락해방검출기로부터의 신호에 따라 용접와이어공급장치에 용접와이어공급명령을 주는 용접와이어공급명령장치와, 용접조건을 설정하는 용접조건설정기와, 용접속도설정기와, 용접속도에 따라 용접토치를 이동시키는 용접토치이동장치와, 단락과 단락해방을 검출하는 단락/단락해방검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접장치.
6. 제 5항에 있어서, 용접전원으로서 단락이 발생하였을 경우 적어도 500A/msec로 단락전류를 상승시켜 단락을 해방하는 전원을 이용한 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접장치.
7. 제 5항에 있어서, 용접토치부에 공급모터를 장착하여 용접토치부로부터 용접와이어를 모재로 공급하는 용접와이어공급장치를 이용한 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접장치.