KR20040097402A - 2 용접원 1 토치 인버터 아크 용접 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2대의 용접원, 2대의 와이어 송급장치, 1개의 토치를 사용하여 고효율 고속용접 시스템을 구현하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 두 개의 용접전원장치와; 각각 용접장치에 딸린 와이어 송급장치와; 두 용접전원의 전극을 하나의 토치로 수용하는 장치와; 두 용접원을 제어하는 하나의 디지털 시그날 프로세서 유닛(Digital Signal Processor Unit)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의해 고효율 고속의 용접을 가능케 한다.

Description

2 용접원 1 토치 인버터 아크 용접 시스템 {Inverter Arc Welding System with 2 welding source and 1 torch}

본 발명은 2대의 대출력 용접전원과 와이어 송급장치 2대를 이용하여 2개의 와이어를 하나의 토치로 송급하여 하나의 용융지를 형성시키는 아크용접기에 관한 것이다. 현재 자동차, 조선, 중공업 등의 산업현장에서는 생산성 향상을 위해 용접속도를 향상시키려 노력하고 있으며，이 방편으로 서브머지드 아크용접법과 탄뎀용접법을 사용하고 있다. 기존에 사용되고 있는 탄뎀용접법의 경우 도 1과 같이 하나의 주행장치에 2대의 용접와이어를 올려두고 2대의 용접원으로 용접하는 방식으로 선행 토치와 후행 토치간의 간격을 통산 30cm이상 이격하여 2개의 용융지에서 아크간의 간섭없이 독립적으로 용접하므로 2배의 용착량을 얻을 수 있다. 그러나, 오버랩 부분의 용접부가 많을 경우 이 부분에 기공, 슬랙혼입, 융합불량등의 용접 결함이 자주 발생하여 재작업 등의 작업손실이 초래되는 문제점이 존재한다. 또한 이 용접법은 단순히 독립적인 2개의 용접을 하나의 주행장치로 용접함으로써 주행장치의 운행회수를 반으로 줄이는 효과만을 얻을 뿐 고속용접에는 적합하지 못하다. 또한, 토치간의 간격 때문에 캐리지의 부피나 무게가 2배이상 커져서 자동화 및 로봇화를 위한 상당한 걸림돌이 된다.

일반적인 1대의 용접원, 1대의 토치, 1개의 와이어 용접방식의 경우, 용접속도는 통상 2m/min을 넘지 못한다. 고속용접에는 많은 용착량이 요구되고, 이를 얻기 위하여 용접전류를 높이려 하지만 용접전류가 600A이상이 되면 전자기적 핀치력이 지나치게 커져서 용융된 금속은 실드 가스내에서 급격히 회전하면서 모재로 이행한다. 이와 같이 심한 회전이행을 일으키는 대전류 영역에서는 스패터가 급증하여 품질이 현저히 저하되므로 더 이상의 생산성 증가가 불가능하다. 또, 중전류 영역에서 고속용접시에는 용융지의 출렁임에 의하여 발생되는 험핑비드와 언더컷이 발생되므로 기존 용접방식으로는 고속용접의 기술적 한계가 있다. 이를 극복하기 위하여 2대의 용접원을 이용하고 2개의 와이어와 2개의 토치를 병렬로 연결한 용접법을 사용하여 왔으나 이는 토치간의 간격 때문에 캐리지의 부피나 무게가 2배이상 커져 자동화 및 로봇화에 어려움을 갖게 된다. 또한 일반적으로 2개의 토치를 하나로 묶었을 경우 각각의 토치에서 발생하는 아크간의 간섭이 생겨 아크쏠림등의 현상이 나타나 원하는 아크를 만들 수 없으며 이에 따라 원하는 용접품질을 얻을 수 없게 된다.

본 발명에서는 2대의 용접원과 2대의 와이어, 1개의 토치로 6m/min이상의 초고속용접방식을 구현하며 이 때 하나의 용융지 내에서는 선행하는 와이어에서 발생된 험핑비드와 언더컷을 후행 와이어가 보상해주는 방식을 사용하도록 아크를 비간섭제어한다.

도 1은 기존의 2 용접원, 2 와이어 송급기, 2 토치 시스템

도 2는 본 발명의 전체적인 시스템 구성도

도 3은 본 발명에서 추구하는 아크 펄스

도 4는 본 발명의 시스템 구성요소 도식도

본 발명은 2대의 용접원과 2대의 와이어 송급기, 1개의 토치, 2개의 용접원을 제어하는 1개의 디지털 프로세서 유닛으로 구성된다. 전체적인 구성은 도 2와 같으며 도식도는 도 4와 같다. 도 2에서 토치는 각각의 용접원의 전극을 포함하고 있으며 각 전극으로부터 발생되는 아크간의 간섭은 디지털 프로세서 유닛이 제어하게 된다. 제어하는 방식은 도 3과 같은 선행/후행 와이어간의 트윈펄스를 교번으로 진행시킨다. 이로써 선행와이어에서 용접전류를 상승시켜 피크전류에서 용적을 이행시키는 순간, 후행와이어에서는 베이스 전류로 아크를 일정하게 유지한다. 또 다음 주기에서는 이를 반대로 제어함으로써 두 아크간의 간섭을 최소화하게 된다. 이를 제어하기 위하여 디지털 프로세스 유닛을 사용한다. 디지털 프로세싱 유닛에서는 2 용접원 사이의 동기를 맞추어 주며, 빠른 트윈 펄스를 공급하게 된다. 만약 2 용접원이 모두 켜지게 되면 아크는 서로 간섭받게 된다. 이를 해결하기 위하여 도 3과 같은 트윈 펄스를 사용하게 되는데 이 펄스가 너무 느리게 되면 용접시 하나의 용접원만을 사용하게 되는 방식이 되므로 이는 바람직하지 않다. 디에스피 프로세서 유닛에서 매우 빠른 트윈펄스를 공급하게 되면 아크간에 서로 간섭되지 않는 상태에서 2대의 용접원을 함께 사용할 수 있는 효과를 볼 수 있게 된다. 트윈펄스의 속도를 매우 빠르게 하였을 경우 아크는 안정화되고, 하나의 용접원을 사용하였을 때보다 2배의 용착량을 얻을 수 있게 되어 고속 용접이 가능하게 된다.

용접속도를 1.2m/min에서 2m/min으로 약 60%증가하였을 때 에너지 절감효과는 약 30%의 이득이 발생한다(일본월간용접기술'99.5월). 본 발명을 통하여 용접전류를 증가시킬 수 있기 때문에 초고속용접공정이 가능케 되고 이에 따라 에너지 절감효과와 생산성 증대의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따라 600A급 용접기 2대를 상호 연결제어하고 하나의 토치로 용접하면 용접속도를 기존대비 약 3배 이상 증가시킬수 있게 되어 2대의 용접원과 2대의 와이어 송급기, 1개의 토치 방식 하나로 1대의 용접원 1대의 와이어 송급기, 1대의 토치 방식의 3라인을 대체할 수 있게 되어 2라인을 절감할 수 있는 효과를 내게 된다.

Claims (2)

1. 디지털 프로세싱 유닛을 사용한 2 용접원, 2 와이어 송급기, 1 토치 시스템의 시스템 구성과
2. 토치에서 발생하는 아크 간섭 현상을 방지하기 위해

   디지털 프로세서 유닛으로 각각의 아크를 빠르게 교번 발생하게 하여 아크의 안정화를 추구하는 방식