KR200287067Y1 - 가우징 겸용 인버터 용접기 - Google Patents

Abstract

가우징 겸용 인버터 용접기는 한대의 용접기로

Description

가우징 겸용 인버터 용접기{Inverter welding machine combined use gouging}

본 고안은 인버터 시오투() 용접기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용접 뿐 아니라 용접부위를 제거하는 가우징 작업까지 겸하여 처리할 수 있도록 한가우징 겸용 인버터 용접기에 관한 것이다.

일반적으로 용접기(welding machine)라 함은 연강판에서 비철금속까지 판재, 파이프 및/또는 원형 단명의 재료에 결합없이 납때하여 소정 구조물을 제작하거나, 제작된 구조물이 손상된 경우 보수작업을 하는데 이용되는 기기이다.

상술한 용접기의 종류로는, 크게 가스용접기와 전기용접기로 나눌 수 있으며, 전기용접은 주로 아크(Arc)용접을 일컬는다. 중공업 분야에서, 중후판의 철판을 용접하기 위하여는 주로 시오투() 용접기를 많이 사용한다.용접기는 용접기와 용접와이어를 공급하는 와이어피이더, 그리고 용접토치 등으로 구성되며 용접 토치의 전극에서 연속적으로 용접와이어가 분사되면서가스에 싸인 상태에서 전기 아크를 만든다. 이때, 아크의 열은 분사된 와이어가 접합하려는 두 금속 사이에 녹아 붙어 용접이 되는 것이다.용접기는 제어방식에 따라 SCR방식과 인버터방식으로 구분된다. 용접성은 용접전류가 완전히 직류에 가까울수록 좋은데, SCR용접기는 직류특성이지만 교류성분이 포함되어 있어 완전한 직류특성에 근접한 인버터방식의 용접기를 적용하여 고속용접을 실현한다. 또한, 변압기 및 리엑터가 소형일수록 전력손실이 적은데, SCR용접기는 용량이 증가될수록 변압기 및 리엑터의 크기와 중량이 증가하여 주파수제어를 통해 변압기 크기를 줄일 수 있는 인버터방식의 용접기를 적용하여 소비전력을 절감한다. 이러한 인버터 용접기는 상용 교류 주파수 60㎐의 일반전원을 입력받아 1차 직류로 전환 후 50,000㎐의 높은 주파수로 변환된 교류전원을 발생시키는 인버터 기능을 통해발생된 높은 주파수의 교류전원을 변압기를 경유하여 2차 직류로 전환 후 제어기를 이용하여 용접한다.

한편, 용접의 불량 등으로 인해 용접부위를 제거하는 것을 가우징이라 한다. 가우징은 정전류에 의한 카본봉을 용접부위와 단락시킬 때 열이 발생된다. 이때 카본봉의 가운데는 관처럼 비어 있어 이곳을 통해 압축공기를 밀어 넣으면 잘못된 용접부위가 슬레그가 되어 날아가게 된다.

그런데, 시오투() 용접기는 정전압방식이며 가우징은 정전류방식이라 1대의 용접기로 2가지 작업을 할 수 없었다.

따라서, 본 고안의 목적은 전술한 점을 감안하여 안출된 것으로, 용접과 가우징 선택 스위치를 마련하여 출력제어의 피이드백되는 부분에 전류와 전압이 선택적으로 피이드백되도록 하여 1대의 용접기로 시오투() 용접외에 가우징이 가능하도록 한 가우징 겸용 인버터 용접기를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안이 적용된 인버터 시오투() 용접기의 외부 연결을 보여주는 상태도,

도 2는 도 1 용접기의 전면 조작판넬을 보여주는 도면,

도 3은 본 고안에 따른 가우징 겸용 인버터 용접기를 나타내는 구성도,

도 4는 도 3 가우징 겸용 인버터 용접기를 나타내는 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

31 : 전압/전류설정부 32 : 가우징전환스위치

33 : 정전압/정전류전환스위치 34 : 비교기

35 : PWM제어회로

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 가우징 겸용 인버터 용접기는, 인버터용접기에 있어서, 전압 및 전류를 설정하기 위한 전압/전류설정부와, 가우징전환스위치와, 출력전압 및 출력전류 피이드백신호를 일정크기의 신호로 변경한 후 상기 가우징전환스위치의 작동여부에 따라 하나의 신호를 선택하여 출력하기 위한 정전압/정전류전환스위치, 및 상기 정전압/정전류전환스위치에서 선택된피이드백신호에 따라 전체 전력의 출력을 정전압형 혹은 정전류형으로 동작 되게 하는 PWM제어회로를 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 1은 본 고안이 적용된 인버터용접기의 외부 연결도이다.

도 1을 보면, 산업동력인 440V 혹은 220V의 입력전원용 전원분배함(12)과,가스를 저장하고 있는 가스통(11), 그리고 용접전원공급기인 본체(13)가 서로 연결된다. 용접기 본체(13)는 전원분배함(12)으로부터 전원을 얻으며, 가스통(11)으로부터가스가 투입된다. 본체(13) 전면에는 조작판넬(14)이 구비된다. 전면 조작판넬(14)은 다수의 램프와 스위치들, 출력전압 및 전류메타 등으로 구성되며, 도 2에 상세히 도시하였다. 본체(13)에는 연장선(extension cable)(15)을 통해 와이어피이더(wire feeder)(16)가 연결된다. 연장선(15)은 보통 짧게는 10M에서 길게는 50M까지 주로 사용한다. 와이어피이더(16)에는 와이어모터의 속도 또는 용접전류를 조절하기 위한 볼륨(17)과 전압조절볼륨(18)이 마련된다. 본 발명에서, 전압조절볼륨(18)은 가우징 작업시 전류조절볼륨이 되어 한개의 조절볼륨으로 정전압 및 정전류 제어를 동시에 할 수 있도록 한다. 볼륨들(17,18)은 피이더(16)상의 리모트콘트롤 패널에 마련되어, 원격제어가 가능하다. 와이어피이더(16)에는 용접불꽃을 만들어내는 용접토치(welding torch)(20)가 연결되며, 용접토치(20)에는 스위치(19)가 마련된다.

도 2는 도 1 용접기 본체(13)의 전면 조작판넬(14)을 보여주는 상태도이다.

도 2를 보면, 조작판넬(14)의 좌측 상단에 자동누전차단기(141)가 마련되어 전원분배함(11)으로부터의 220V 혹은 440V의 입력전원을 "온(ON)/오프(OFF)" 한다. 휴우즈(fuse)(142)는 비상시 주제어회로(미도시)의 전원을 차단한다. 도 2의 용접기 조작판넬(14)에는 또한, 전원램프, 온도이상램프, 과부하램프, 연장선이상램프등의 각종 램프메타(143)가 마련된다. 전원램프는 용접기 본체(13)로 입력전원이 들어 올 경우 점등된다. 온도이상램프는 내부온도의 이상 과열시 동작을 차단하고 점등된다. 과부하램프는 용접와이어가 붙어서 용접기 전원이 단락상태로 있거나 와이어를 밀어주는 모터가 과부하시 점등된다. 연장선이상램프는 연장선(15) 단선이나 단락시 이를 경보하기 위한 것이다. 조작판넬(14)의 우측 상단에는 용접전원공급기인 본체(13)의 출력전압 및 전류량을 디지탈형태로 표시하는 전압 및 전류메타(144)가 마련된다. 조작판넬(14)의 하단에는 연장선길이 선택스위치, 용접방식 선택스위치,/MIG 선택스위치, 가스체크스위치 등 다수의 스위치(145)가 마련된다. 용접방식 선택스위치는 2T(ON-OFF), 4T(토치스위치홀딩), 크레타(crater)처리등을 선택한다. 연장선길이 선택스위치는 본체(13)와 와어피더(16) 사이의 연결되는 연장선(15)의 길이를 10M, 20M, 30M, 40M, 50M의 5단계로 선택하기 위한 스위치로, 이를 이용하여 연장선(15)의 길이에 따른 저항성분으로 인한 용접전압 및 전류(혹은 모터속도)의 손실을 자동 보상할 수 있도록 한다./MIG 선택스위치는 MIG시 자동으로 펄스(pluse)기능이 되고 모터의 속도가 빨라지며,시 정상적인용접상태이다. 가스체크스위치는 용접전 가스의 연결 유무 확인 및 토치노즐을 세척해주는 스위치이다. 한편, 조작판넬(14)의 우측 하단에는 전압 및 전류 조절을 위한 볼륨(146)이 마련된다. 크레타전압볼륨은 크레타기능 선택시 용접종료전 볼륨값에 의해 전압이 조절된다. 크레타전류볼륨은 크레타기능 선택시 용접종료전 볼륨값에 의해 전류가 조절된다.

한편,용접기와 가우징을 겸용으로 사용하기 위해서는 정전압 전원장치에서 정전류 전원장치로 전환되어야 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 그 전환하는 스위치를 전력제어 부분의 반도체를 드라이브하는 펄스폭제어회로(P.W.M.=PULSE WIDTH MODULATION)에서 시행한다. 이에 대해 도 3 및 도 4에 구체적으로 도시하였다.

도 3은 본 고안에 따른 가우징 겸용 인버터 용접기의 구성도를 나타낸다. 도 3에 나타낸 용접기는 한개의 조절볼륨으로 정전압과 정전류를 동시에 설정하여 제어하기 위한 전압/전류설정부(31), 가우징전환스위치(32), 및 출력전압피이드백신호와 출력전류피이드백신호를 원하는 신호 크기로 변경한 후 이 두개의 신호중 가우징전환스위치(32)의 작동여부에 따라 하나를 선택하여 출력하기 위한 정전압/정전류전환스위치(33)를 구비한다. 도 3의 용접기는 또한, 전압/전류설정부(31)의 전류설정신호와 출력전류피이드백신호를 크기비교하여 그 비교결과에 따른 출력신호를 내보내는 비교기(34)와, 전압/전류설정부(31)에 의해 설정된 기준신호와 정전압/정전류전환스위치(33)에서 선택된 피이드백신호 및 비교기(34)의 출력신호를 입력받아 비교 구동하여 정전압 또는 정전류형태의 전원을 제공하는 펄스폭(PWM)제어회로(35)를 구비한다. 이러한 구성을 갖는 도 3의 가우징 겸용 인버터 용접기에 대한 동작을 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.

작업자는 본 고안의 용접기를 본래기능인 용접작업에 사용하며, 가우징기능으로 전환하여 사용하고자 할 경우 가우징전환스위치(32)를 조작한다. 가우징전환스위치(32)는 피이더(도 1의 16)상의 리모트콘트롤 패널에 마련된다. 전압/전류설정부(31)도 피이더(도 1의 16)상의 리모트콘트롤패널에 마련되며, 전압조절볼륨(18)이 그에 해당한다. 전압조절볼륨(18)은 가우징전환스위치(32)의 작동으로 가우징전환시에는 전류조절볼륨이 되어 한개의 조절볼륨으로 정전압 및 정전류 제어가 가능하도록 한다. 정전압/정전류전환스위치(33)는 출력전압 및 출력전류 피이드백신호중 하나를 가우징전환스위치(32)의 작동여부에 따라 선택하여 출력한다. 출력전압피이드백신호(41)는 전압센서에 의해 측정된 출력전압을 일정분압하여 얻어진다. 즉, +50V 정도의 출력전압을 1/10 이하로 분압하여 최대 +4V가 되도록 설정한다. 출력전압피이드백신호(41)는 정전압/정전류전환스위치(33)를 구성하는 릴레이(RL)의 일 접점으로 입력된다. 출력전류피이드백신호(42)는 전류센서인 션트의 신호로, 최대 50㎷로 아주 미세하여 전류증폭기(FEED AMP HIC MODULE)(43)를 통하여 +4V 이상의 전압으로 증폭한다. 전류증폭기(43)에서 출력되는 전류 피이드백신호는 릴레이(RL)의 다른 접점으로 입력됨과 아울러 비교기(34)로 입력된다. 여기서, 정전압/정전류전환스위치(33)의 릴레이(RL) "온(ON)/오프(OFF)"는 가우징전환스위치(32)에 의해 결정된다. 정전압/정전류전환스위치(33)는 가우징전환스위치(32)가 작동하여 릴레이(RL)를 "온(ON)"할 경우 전류증폭기(43)의 출력과 연결되어 정전류 제어가 되고, 릴레이(RL)가 "오프(OFF)"될 경우 출력전압피이드백신호(41)와 연결되어 정전압 제어가 된다. 즉, 정전압/정전류전환스위치(33)는 가우징전환스위치(32)의 조작이 없는 통상의 용접기 사용상태에서는 출력전압피이드백신호(41)를 선택하여 원하는 신호 크기로 변경하여 출력한다. 반면, 정전압/정전류전환스위치(33)는 가우징 작업을 위해 가우징전환스위치(32)가 조작될 경우 출력전류피이드백신호(42)를 선택하여 원하는 신호 크기로 변경하여 출력한다. 정전압/정전류전환스위치(33)의 릴레이(RL)를 통해 선택 출력되는 전류 혹은 전압 피이드백신호는 PWM제어회로(35)의 "FB"단자로 입력되어 정전압형 혹은 정전류형을 선택하게 된다. 본 실시예에서, PWM제어회로(PWM HIC MODULE)(35)는 커런트모드(current mode)IC로, UC3846IC를 사용한다. PWM제어회로(35)는 전압/전류설정부(31)에서 설정된 기준신호와 정전압/정전류전환스위치(33)의 릴레이(RL)에서 선택된 피이드백신호를 내부 비교기(미도시)를 통해 1차 비교하여 그 비교결과에 따른 출력신호를 1차측 전류센서쪽으로 피이드백시킨다. 이 출력전류피드백신호(42)는 전류증폭기(43)에서 +4V 이상의 전압으로 증폭된 후 비교기(34)로 입력된다. 비교기(34)는 연산증폭기(OP-AMP)로 구성되어 정(+)입력단자로 전류증폭기(43)에서 출력되는 전류 피드백신호를 입력받고 부(-)입단자로 전류설정신호를 입력받아 2차 비교한다. 비교기(34)의 연산증폭기(OP-AMP)는 전류설정신호와 출력전류피이드백신호의 크기를 비교하여 그 비교결과에 따른 출력신호를 PWM제어회로(35)로 입력한다. 비교기(34)는 출력전류피이드백신호가 전류설정신호 보다 크면 출력신호를 줄이고 적으면 키워주도록 한다. PWM제어회로(35)는 비교기(34)의 비교결과에 따른 출력신호와 입력과전류센서(46)로부터의 출력신호를 내부적으로 비교하여 그 값으로 출력펄스폭을 결정한다. PWM제어회로(35)의 출력은 용접기 출력값이 된다. PWM제어회로(35)의 출력측에 연결되어 있는 게이트드라이브회로(45)는 IGBT를 구동하기 위한 회로로, 펄스트랜스를 사용하여 절연하였고 펄스신호만 넘어가게 된다. PWM제어회로(35)의 전원입력단(+VC)에는 입력전원 AC 14V가 브리지정류회로에서 직류전원으로 정류된 후 정전압IC를 통해 공급된다. 입력전원측에는 입력전압감시회로(44)가 마련되어, 입력전압이 오차범위보다 높거나 낮을 경우 오동작을 방지할 수 있도록 한다.

이처럼, PWM제어회로(35)를 통해 통상의 상태에서는 정전압형으로 전체 전력이 동작되게 하여 용접기 본래의 용접 동작을 할 수 있도록 하고, 가우징전환스위치(32)가 조작되면 정전류형으로 전체 전력이 동작되게 하여 용접기가 가우징 동작할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 고안의 가우징 겸용 인버터 용접기는, PWM제어회로의 피이드백라인을 전압 혹은 전류가 선택적으로 피이드백되도록 하여 전체 전력을 정전압형과 정전류형으로 전환 동작하게 하므로써, 용접기 한대로용접외에 가우징 작업까지 처리하도록 하는 효과를 갖습니다.

Claims (9)

1. 인버터용접기에 있어서,

   전압 및 전류를 설정하기 위한 전압/전류설정부;

   가우징전환스위치;

   출력전압 및 출력전류 피이드백신호를 일정크기의 신호로 변경한 후 상기 가우징전환스위치의 작동여부에 따라 하나의 신호를 선택하여 출력하기 위한 정전압/정전류전환스위치; 및

   상기 정전압/정전류전환스위치에서 선택된 피이드백신호에 따라 전체 전력의 출력을 정전압형 혹은 정전류형으로 동작되게 하는 PWM제어회로를 포함하는 가우징 겸용 인버터 용접기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전압/전류설정부의 전류설정신호와 출력전류피이드백신호를 크기비교하고, 그 비교결과 출력전류피이드백신호가 전류설정신호 보다 크면 출력신호를 줄이고 적으면 키워주도록 펄스폭(PWM)제어회로를 구동시키는 비교기를 더 포함하는 가우징 겸용 인버터 용접기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 출력 전류 피이드백신호를 일정크기의 전압으로 증폭하여 상기 정전압/정전류전환스위치와 비교기로 인가하기 위한 전류증폭기를 더 포함하는 가우징 겸용 인버터 용접기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전압/전류설정부는 상기 용접기 피이더상의 리모트콘트롤 패널의 전압조절볼륨으로, 상기 가우징전환스위치 작동시 전류조절볼륨으로 동작됨을 특징으로 하는 가우징 겸용 인버터 용접기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 가우징전환스위치는 상기 용접기 피이더상의 리모트콘트롤 패널에 마련됨을 특징으로 하는 가우징 겸용 인버터 용접기.
6. 제 3항에 있어서, 상기 정전압/정전류전환스위치는 릴레이 스위치임을 특징으로 하는 가우징 겸용 인버터 용접기.
7. 제 6항에 있어서, 상기 정전압/정전류전환스위치는 상기 가우징전환스위치가 작동하면 릴레이가 "온(ON)"되어 출력전류피이드백신호를 선택하고, 가우징전환스위치가 작동되지 않으면 릴레이가 "오프(OFF)"되어 출력전압피이드백신호를 선택하여 상기 PWM제어회로로 출력함을 특징으로 하는 가우징 겸용 인버터 용접기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 PWM제어회로는 상기 전압/전류설정부에서 설정된 전압/전류설정신호와 상기 정전압/정전류전환스위치에서 선택된 피이드백신호를 비교하고, 그 비교결과에 따른 출력신호를 전류피이드백된 신호로 상기 전류증폭기측으로 입력시킴을 특징으로 하는 가우징 겸용 인버터 용접기.
9. 제 8항에 있어서, 입력 과전류를 감지하기 위한 입력과전류센서를 더 포함하며,

   상기 PWM제어회로는 상기 비교기의 출력신호와 입력과전류센서의 출력신호를 비교하여 그 비교결과에 따라 출력펄스폭을 결정함을 특징으로 하는 가우징 겸용 인버터 용접기.