KR20080088471A - 소모 전극식 가스 실드 아크 용접 제어 장치 및 용접 제어방법 - Google Patents

소모 전극식 가스 실드 아크 용접 제어 장치 및 용접 제어방법 Download PDF

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Abstract

소모 전극식 가스 실드 아크 용접에 있어서, 용접 전압 또는 아크 저항의 2차 미분값을 구하고, 이 2차 미분값을 기초로, 용적의 이탈 또는 그 이탈 직전을 검출한다. 그리고, 용적 이탈 또는 그 직전을 검출한 후, 즉시, 검출시의 전류보다 낮은 소정 전류로 전환한다. 이와 같이 제어함으로써, 용접 중에 용접 조건을 변화시킨 경우 및 와이어 돌출 길이가 변화한 경우에 있어서도, 정확히 용적의 이탈을 검출할 수 있다.

Description

소모 전극식 가스 실드 아크 용접 제어 장치 및 용접 제어 방법{CONSUMABLE ELECTRODE TYPE GAS SHIELDED ARC WELDING CONTROL APPARATUS AND WELDING CONTROL METHOD}
본 발명은 실드 가스 분위기 중에서 소모 전극을 이용하여 아크 용접을 행하는 소모 전극식 가스 실드 아크 용접 제어 장치 및 용접 제어 방법에 관한 것이다.
소모 전극식 가스 실드 아크 용접에서는, 전극 와이어의 소모에 따라, 와이어 선단부에 용적(溶滴)이 형성되고, 그 용적은 중력, 아크 반력, 전자 핀치력, 표면 장력 등의 여러 가지 힘을 받으면서 성장한 후, 이탈하여, 용융지(溶融池)로 이행한다. 그러나, 그 성장 과정은 지극히 불안정하여, 용적이 과대하게 들어올려져 변형한 경우는, 아크 반력의 영향을 받으면서 이탈하여, 와이어 연장 방향의 용융지로는 이행하지 않고, 큰 입자의 스퍼터로서 비산한다. 따라서, 용적 이행 주기는 불규칙해지고, 이것이 용융지의 거동을 불규칙하게 하여, 상술한 현상을 조장한다. 또한, 용적의 이탈 후, 아크가 와이어에 이동했을 때, 와이어 선단에 잔류한 융액을 불어 날려버리고, 작은 입자의 스퍼터를 발생시켜버린다. 이러한 스퍼터 발생 현상은, 특히, 탄산가스 단체(單體) 또는 탄산가스를 포함하는 혼합 가스를 실드 가스로서 사용하는 중ㆍ고전류 용접에서 발생하기 쉽고, 이 스퍼터가 용접 구조물의 품질을 열화시킨다.
이러한 문제점에 대하여, 미국 특허 제 5834732 호에 개시된 종래 기술은, 탄산가스를 주성분으로 하는 실드 가스를 사용한 펄스 아크 용접의 출력 제어 장치에 관한 것으로, 전압 또는 저항의 증가에 의해 용적 이탈을 검출하고, 검출한 기간으로부터 일정 기간, 전류를 저하시킴으로써, 스퍼터를 억제하고 있다. 구체적으로는, 이 특허 공보에 있어서는, 검출 전압 또는 검출 저항과 기준 전압 또는 기준 저항을 비교하여, 검출 전압 또는 검출 저항이 기준 전압 또는 기준 저항을 초과했을 때에 검출 신호를 출력하는 것과, 검출 전압 또는 검출 저항의 미분값이 설정값을 초과한 경우에, 검출 신호를 출력하는 것이 있다.
그러나, 상술한 종래의 제어 장치 및 방법에서는, 용접 중에 용접 조건을 변화시킨 경우와, 와이어 돌출 길이가 변화하는 경우(예컨대, 개선(開先) 내에서의 위빙 용접 등)에, 용적의 이탈을 정확히 검출할 수 없게 된다. 이러한 검출 미스는, 고전류 영역에서 많다. 따라서, 특히 스퍼터 저감이 기대되는 고전류 영역에서, 결국 스퍼터를 저감할 수 없고, 반대로 검출 미스가 스퍼터를 증대시켜버려, 용접 구조물의 품질을 열화시켜버리는 경우가 있었다.
또한, 일반적으로 용적 이탈시의 전압 레벨 및 그 기울기는, 매회의 용적 이행에서 다르다. 한편, 비교가 되는 일정 기준값을 미리 설정하는 경우, 그 기준값을 낮추어 설정하면, 검출 미스의 가능성이 높다. 따라서, 비교가 되는 기준값을 높여 설정하고, 용적 이탈 후, 용적으로부터 와이어에 아크가 이동했을 때의 아크 길이의 큰 상승에 따라, 용적 이탈의 판정을 행하지 않을 수 없게 된다. 즉, 이 종래 기술에 있어서는, 완전히 용적이 이탈한 후에, 파형을 제어하게 된다. 이 경우, 용적 이탈 직후의 아크가 와이어에 이동한 순간은 이탈시의 고전류값인채로 있어, 와이어 선단에 잔류한 융액을 불어 날려버려 작은 입자의 스퍼터를 발생시켜버린다고 하는 문제는 해결할 수 없다. 또한, 이 방법을 이용하여도 용적 이탈의 검출 미스를 충분히 방지할 수는 없다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 행해진 것으로서, 용접 중에 용접 조건을 변화시킨 경우 및 와이어 돌출 길이가 변화한 경우(예컨대, 위빙 용접한 경우)에도 정확히 용적의 이탈을 검출할 수 있고, 또한 비교 대상이 되는 소정 기준값의 설정에 따라서는, 용적의 이탈 직전도 검출할 수 있어, 이에 따라, 용적 이탈의 검출 후, 검출시의 전류보다 작은 전류로 전환함으로써, 중ㆍ고전류의 영역에서도, 스퍼터의 발생을 방지할 수 있고, 또한 용접 구조물의 품질을 향상시킬 수 있는 용접 제어 장치 및 용접 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 용접 제어 장치는, 소모 전극식 가스 실드 아크 용접의 용접 전류를 제어하는 용접 제어 장치로서, 용접 중의 용접 전압의 시간 2차 미분값 d2V/dt2, 또는 용접 중의 아크 저항의 시간 2차 미분값 d2R/dt2를 연산하는 연산부, 상기 연산부에 의해 연산된 값이 소정의 임계값을 초과했을 때에 용적의 이탈 또는 이탈 직전을 검출하여 용적 이탈 검출 신호를 출력하는 검출부, 상기 용적 이탈 검출 신호에 근거하여 용적 이탈 후의 용접 전원 파형을 제어하는 파형 생성기, 상기 파형 생성기가 출력하는 파형 제어 신호에 따라 용접 전류를 출력하는 출력 제어부를 구비하되, 상기 파형 생성기는 상기 용적 이탈 검출 신호가 입력되면, 소정의 기간은, 검출 시점의 용접 전류값보다 낮은 용접 전류값이 되도록 상기 출력 제어기에 파형 제어 신호를 출력하는 용접 제어 장치이다. 상기 아크 저항이란, 용접 전압을 용접 전류로 나눈 값이다.
또, 상기 검출부에 설정되는 임계값은, 고속 카메라에 의한 관찰과 파형 동 기 계측 실험에 의해, 용적 이탈 현상에 따르는 상기 연산부에 의해 연산되는 2차 미분값을 구하여, 적정값을 설정한다. 검출부는, 이 연산부에 의해 연산된 2차 미분값과 임계값을 비교하여, 용적 이탈을 검출한다.
본 발명에 따른 용접 제어 방법은, 소모 전극식 가스 실드 아크 용접법에 의해 용접할 때의 용접 제어 방법으로서, 가스 실드 아크 용접에 의해 용접 중의 용접 전압의 시간 2차 미분값 d2V/dt2, 또는 용접 중의 아크 저항의 시간 2차 미분값 d2R/dt2를 연산하는 공정, 상기 연산 공정에서 연산된 값이 소정값 이상이 되었을 때에, 용적이 이탈한 것, 또는 이탈의 직전인 것을 검출하는 공정, 용적이 이탈한 것, 또는 이탈의 직전인 것을 검출 후, 용접 전류를 그 검출 시점에서의 전류값보다 낮은 전류값으로 전환하는 공정을 포함하는 용접 제어 방법이다.
본 발명에 있어서는, 예컨대, 용접 전류 및 용접 전압이 펄스 파형을 나타내고 있고, 펄스에 의한 전자 핀치력을 이용하여 용적을 이탈시킨다.
또한, 실드 가스로서는, CO2 가스를 사용할 수 있다.
본 발명은, 용접 전압 또는 아크 저항의 2차 미분값을 이용하여, 용적의 이탈 또는 그 이탈 직전을 검출하고, 용적의 이탈 또는 이탈 직전을 검출한 후, 즉시 검출시의 전류보다 낮은 소정의 전류로 전환하므로, 용접 중에 용접 조건을 변화시킨 경우 및 와이어 돌출 길이가 변화한 경우(예컨대, 위빙 용접 등)에도, 정확히 용적의 이탈을 검출할 수 있음과 아울러, 비교 대상이 되는 소정 기준값의 설정에 따라서는, 용적의 이탈 직전도 검출할 수 있어, 검출 후, 즉시 검출시의 전류보다 낮은 소정 전류로 전환함으로써, 중ㆍ고 전류의 영역에서 대폭적인 스퍼터 저감을 실현할 수 있어, 용접 구조물의 품질을 향상시킬 수 있다.
상기한 본 발명에 의하면, 용접 중에 용접 조건을 변화시킨 경우 및 와이어 돌출 길이가 변화한 경우(예컨대, 위빙 용접한 경우)에도 정확히 용적의 이탈을 검출할 수 있고, 또한 비교 대상이 되는 소정 기준값의 설정에 따라서는, 용적의 이탈 직전도 검출할 수 있어, 이에 따라, 용적 이탈의 검출 후, 검출시의 전류보다 작은 전류로 전환함으로써, 중ㆍ고전류의 영역에서도, 스퍼터의 발생을 방지할 수 있고, 또한 용접 구조물의 품질을 향상시킬 수 있는 용접 제어 장치 및 용접 제어 방법을 제공할 수 있다.
용적이 이탈하는 경우, 와이어 선단에 존재하는 용적의 근원이 잘록해지고, 그 잘록해짐이 진행하는 결과, 용접 전압 및 저항이 상승한다. 또한, 용적이 이탈하면 아크 길이가 길어지므로, 용접 전압 및 저항이 상승한다. 그리고, 이들의 시간 미분값도 당연 상승하게 된다. 용적이 잘록해지기 시작하여, 이탈하기까지의 사이, 용접 전압 및 저항과, 이들의 미분값은 항상 상승하고 있다. 따라서, 종래 기술에서는, 이들을 검출하고, 연산하여, 그 결과를 소정의 임계값과 비교함으로써, 용적의 이탈을 판정하고 있었다.
그러나, 이러한 용접 전압 및 저항의 측정값 자체 또는 그들의 미분값을 기초로, 용적 이탈을 판단하면, 용접 진행 중에 용접 조건을 변화시킨 경우 및 와이어 돌출 길이가 변화하는 경우(예컨대, 개선 내에서의 위빙 용접 등), 용적의 이탈을 정확히 검출할 수 없게 된다. 예컨대, 용접 중에 와이어 돌출 길이, 즉, 팁-모재간 거리를 변화시킨 경우의 용적 이탈시의 전압 변화를 도 1(a)에 나타낸다. 팁-모재간 거리가 짧은 경우는, 전압의 상승은 완만하고, 팁-모재간 거리가 긴 경우는, 전압의 상승이 급준하게 되어 있다. 또한, 전압값 레벨 자체도 달라지게 된다. 따라서, 전압의 시간 미분값(dv/dt)도 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 달라지게 된다. 이것은 아크 저항에서도 마찬가지이다. 즉, 와이어 돌출 길이가 용접 중에 변화한 경우, 용적의 이탈에 의한 전압의 변화 또는 아크 저항의 변화와, 돌출 길이의 변화에 의한 전압의 변화 또는 아크 저항의 변화가 중복하여, 동일한 판정 기준으로는, 정확히 용적의 이탈을 검출할 수 없게 된다. 또한, 용접 중에 전류ㆍ전압 등의 용접 조건을 변화시킨 경우도 마찬가지로, 전압값 및 아크 저항값 레벨 자체 및 그 시간 미분값을 사용하는 방법으로는, 정확히 용적 이탈을 검출할 수 없다.
한편, 도 1(b)의 선분의 기울기, 즉, 용접 전압 또는 아크 저항의 2차 미분값은, 도 1(c)에 나타내는 바와 같이, 거의 동일값이다. 이 2차 미분값은, 와이어 돌출 길이 등의 용접 조건의 영향을 크게 받지 않는다. 본 발명에서는 용접 중의 용접 전압 또는 아크 저항의 시간 2차 미분값을 연산하고, 용적의 이탈 또는 이탈의 직전을 검출하여, 검출한 직후에 용접 전류가 낮아지도록 제어하므로, 용접 중 의 용접 조건의 변화에 영향받지 않고, 정확히 용적의 이탈을 검출할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 용접 제어 장치의 구체적인 장치 구성에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 용접 제어 장치를 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태는, 용접 전압의 시간 2차 미분값을 사용하는 것이다. 3상 교류 전원(도시하지 않음)에, 출력 제어 소자(1)가 접속되어 있고, 이 출력 제어 소자(1)에 인가된 전류는, 트랜스(2), 다이오드로 이루어지는 정류부(3), 직류 리액터(8) 및 용접 전류를 검출하는 전류 검출기(9)를 거쳐, 콘택트 칩(4)에 인가된다. 피용접재(7)는 트랜스(2)의 저위 전원측에 접속되어 있고, 콘택트 칩(4) 내를 삽통하여 급전되는 용접 와이어(5)와, 피용접재(7)의 사이에 용접 아크(6)가 마련된다.
콘택트 칩(4)과 피용접재(7)의 사이의 용접 전압은, 전압 검출기(10)에 의해 검출되어 출력 제어기(15)에 입력된다. 출력 제어기(15)에는, 또한, 전류 검출기(9)로부터 용접 전류의 검출값이 입력되고 있고, 출력 제어기(15)는, 용접 전압 및 용접 전류를 기초로, 와이어(5)에 급전하는 용접 전류 및 용접 전압을 제어하고 있다.
전압 검출기(10)에 의해 검출된 용접 전압은, 용적 이탈 검출부(18)의 용접 전압 미분기(11)에 입력되고, 용접 전압 미분기(11)에 있어서, 시간 1차 미분이 연산된다. 다음으로, 이 용접 전압의 1차 미분값은, 2차 미분기(12)에 입력되고, 이 2차 미분기(12)에 있어서, 용접 전압의 시간 2차 미분이 연산된다. 그 후, 이 시간 2차 미분값은 비교기(14)에 입력된다. 2차 미분값 설정기(13)에, 2차 미분 설 정값(임계값)이 입력되어 설정되어 있고, 비교기(14)는, 2차 미분기(12)로부터의 2차 미분값과 2차 미분값 설정기(13)로부터의 설정값(임계값)을 비교하여, 2차 미분값이 설정값을 초과한 순간에, 용적 이탈 검출 신호를 출력한다. 이 2차 미분값이 설정값을 초과한 순간이, 용적이 와이어단으로부터 이탈했거나, 또는 이탈의 직전이라고 판정된다.
이 용적 이탈 검출 신호는, 파형 생성기(20)에 입력되고, 파형 생성기(20)에 있어서, 용적 이탈 후의 용접 전류 파형이 제어되어, 출력 보정 신호가 출력 제어기(15)에 입력된다. 이 파형 생성기(20)는, 용적 이탈 검출 신호가 입력되면, 파형 생성기(20)에 설정된 기간은, 검출시의 용접 전류값보다 낮은 용접 전류값이 되도록 출력 제어기(15)에 제어 신호(출력 보정 신호)를 출력한다. 파형 설정기(19)는, 파형 생성기(20)에 있어서, 출력 보정 신호를 출력하는 기간 및 용접 전류를 저하시키는 정도를 입력하는 것이며, 파형 설정기(19)에 의해, 출력 보정 신호를 출력하는 기간 및 용접 전류를 저하시키는 정도가 파형 생성기(20)에 설정된다.
여기서, 용적 이탈 검출 신호는, 용적의 이탈 또는 그 직전을 검출한 경우에 출력하는 신호이다. 용적이 이탈할 때에는, 와이어 선단에 존재하는 용적의 근원이 잘록해지고, 그 잘록해짐이 진행하는 결과, 용접 전압 및 저항이 상승한다. 또한, 용적이 이탈하면 아크 길이가 길어지므로, 용접 전압 및 저항이 상승한다. 이것을 전압 및 저항값 또는 그들의 미분값으로 검출한 경우, 용접 중, 용접 조건이 변화하면, 그 용접 조건의 변화에 영향하여, 용적 이탈 검출부가, 오류 검출을 빈발하여, 스퍼터를 증대시킨다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 2차 미분값에 의한 검출의 경우, 용접 중에 용접 조건이 변화하더라도, 그 변화에 영향받지 않고, 정확히 용적의 이탈을 검출할 수 있다. 또한, 용적 이탈 직전의 잘록해짐에 의한 전압 또는 아크 저항의 변화에 상당하는 2차 미분값을 2차 미분값 설정기(13)에서 설정하면, 용적 이탈 직전을 검출하여, 용접 파형을 제어할 수 있으므로, 와이어 선단에 잔류한 융액을 불어 날려버려 작은 입자의 스퍼터를 발생시켜버린다고 하는 문제를 완전히 해소할 수 있다.
이와 같이, 용적의 이탈 또는 그 직전을 검출한 후의 출력 보정에 대하여 설명한다. 파형 설정기(19)에서 전류ㆍ전압 등의 필요한 파라미터를 설정한다. 출력 제어기(15)는, 전류 검출기(9), 전압 검출기(10), 파형 생성기(20)로부터의 신호를 입력하여, 출력 제어 소자(1)를 제어함으로써, 아크를 제어한다. 용적 이탈 검출 신호가 파형 생성기(20)에 입력되지 않는 경우, 전류 검출기(9)의 검출 전류 및 전압 검출기(10)의 검출 전압이 파형 설정기(19)에서 설정된 전류ㆍ전압이 되도록 출력 제어 소자(1)에 제어 신호를 출력한다. 파형 생성기(20)는, 용적 이탈 검출부(18)의 용적 이탈 검출 신호를 입력하면, 파형 설정기(19)에서 설정한 기간은, 파형 설정기(19)에서 설정한 용접 전류가 되도록 출력 보정 신호를 출력 제어기(15)에 출력한다. 이때의 용접 전류는 검출시의 용접 전류보다 낮으므로, 용적을 밀어 올리는 아크 반력이 약해져, 용적은 와이어 연장 방향으로부터 크게 휘어지지 않고서 용융지로 이행한다. 따라서, 용적이 스퍼터로서 비산하기 어려워진다.
다음으로, 특히, 용접 전류ㆍ전압이 펄스 파형을 나타내고 있고, 펄스에 의 한 전자 핀치력을 이용하여 용적을 이탈시키는 경우에 대하여 설명한다. 도 6은 이 펄스 파형의 일례를 나타내는 도면이다. 파형 설정기(19)에서 펄스 피크 전류(Ip1, Ip2), 펄스 폭(Tp1, Tp2, Tb1, Tb2), 베이스 전류(Ib1, Ib2) 등의 필요한 펄스 파라미터를 설정한다. 출력 제어기(15)는, 전류 검출기(9), 전압 검출기(10), 파형 생성기(20)로부터의 신호를 입력하여, 출력 제어 소자(1)를 제어함으로써, 펄스 아크를 제어한다. 용적 이탈 검출부(18)는 파형 생성기(20)로부터 이탈 검출 허가 신호가 입력된 기간만 이탈 검출을 유효로 한다. 용적 이탈 검출 신호가 파형 생성기(20)에 입력되지 않는 경우, 전류 검출기(9)의 검출 전류 및 전압 검출기(10)의 검출 전압이 파형 설정기(19)에서 설정된 펄스 형상이 되도록 출력 제어 소자(1)에 제어 신호를 출력한다. 상기 용적 이탈 검출 신호가 파형 생성기(20)에 입력된 경우, 파형 설정기(19)에서 설정한 기간은, 파형 설정기(19)에서 설정한 용접 전류가 되도록 출력 보정 신호를 출력 제어기(15)에 출력한다. 이때의 용접 전류는 검출시의 용접 전류보다 낮으므로, 용적은 스퍼터로서 비산하기 어렵다. 파형 설정기(19)에서 설정한 출력 보정 기간이 종료하면, 파형 설정기(19)에서 설정한 펄스 형상이 되도록 다시 전류ㆍ전압 파형을 제어한다.
이와 같이, 펄스에 의한 전자 핀치력을 이용하여 용적을 이탈시키는 경우에 있어서, 실드 가스로서 아르곤 등의 불활성 가스를 베이스로 한 혼합 가스를 이용하는 경우는, 1펄스당 1용적 이행이 되므로, 전체 펄스 기간의 펄스 피크 기간 및 피크 기간으로부터 베이스 기간으로 이행 도중의 슬로프 기간에 있어서, 용적 이탈 검출을 행하면 좋다. 또한, 실드 가스로서 100% CO2를 이용하는 경우는, 펄스 피크 전류 및 펄스 폭이 다른 2종류의 펄스 파형을 교대로 출력하고, 이들 2종의 펄스 파형은 용적을 이탈시키는 하는 역할과 용적을 형성시키는 역할을 분담하게 된다. 이 경우, 용적을 이탈시키는 펄스의 펄스 피크 기간 및 피크 기간으로부터 베이스 기간으로 이행 도중의 슬로프 기간에 있어서, 혼합 가스를 이용하는 경우와 같이 용적 이탈 검출을 행하면 좋다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 용접 제어 장치를 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태의 용적 이탈 검출부(18)는, 용접 전압 미분기(11) 대신에, 아크 저항 미분기(17)를 마련한 것이다. 전압 검출기(10) 및 전류 검출기(9)의 출력은, 아크 저항 산출기(16)에 입력되고, 아크 저항 산출기(16)에 있어서, 전압을 전류로 나눔으로써, 아크 저항이 산출된다. 이 아크 저항의 산출값은, 아크 저항 미분기(17)에 입력되고, 아크 저항 미분기(17)에서 1차 미분된 후, 2차 미분기(12)에 있어서, 2차 미분된다. 이 아크 저항의 2차 미분값은, 비교기(14)에 있어서, 2차 미분 설정기(13)로부터 입력된 2차 미분 설정값(임계값)과 비교되어, 아크 저항의 2차 미분값이 설정값을 초과한 순간에 용적 이탈 검출 신호가 출력된다.
본 실시 형태도, 도 2에 나타내는 실시 형태와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
(실시예)
다음으로, 본 발명의 효과를 실증하기 위해 행한 용접 시험의 결과에 대하여 설명한다.
「실시예 1」
도 2 및 도 3에 나타내는 실시 형태 1 및 실시 형태 2의 용접 제어 장치를 사용하고, 소모 전극 와이어로서, 와이어 직경 1.2㎜의 솔리드 와이어를 사용하고, 실드 가스로서 MAG(80% Ar+20% CO2) 가스를 사용하여 가스 실드 아크 용접을 행했다. 이때의 용접 전류ㆍ전압 파형, 용접 전압의 시간 2차 미분값 d2V/dt2, 아크 저항의 시간 2차 미분값 d2R/dt2, 이탈 검출 신호 파형을 도 4(a), (b)에 나타낸다. 용접 조건은, 평균 전류가 240A, 평균 전압이 30∼32V, 용접 속도가 30㎝/분, 와이어 돌출 길이가 25㎜이다.
도 4(a)에서는, d2V/dt2 또는 d2R/dt2의 변화를 파악하여, 이탈 검출 신호가 출력된 직후에, 용접 전류를 120A로 전환하고, 2.0㎳ 경과 후, 본 전류(240A)로 되돌아가는 모습을 나타내고 있다. 또한, 도 4(b)는 용적의 이탈 직전을 검출한 예이며, d2V/dt2 또는 d2R/dt2의 변화를 파악하여, 이탈 검출 신호가 출력된 직후에, 용접 전류를 120A로 전환하고, 7.0㎳ 경과 후, 본 전류(240A)로 되돌아가는 모습을 나타내고 있다. 전압 파형 중의 화살표에 나타내는 바와 같이, 120A로 전환된 후 에 용적의 이탈이 행해지고 있는 것을 알 수 있다.
「실시예 2」
실시 형태 1 및 실시 형태 2의 용접 제어 장치를 사용하고, 소모 전극 와이어로서 와이어 직경 1.2㎜의 솔리드 와이어, 실드 가스로서 CO2를 이용하여 펄스 아크 용접을 행했다. 이 용접에 있어서의 용접 전류ㆍ전압 파형, 용접 전압의 시간 2차 미분값 d2V/dt2, 이탈 검출 신호 파형을 도 5(a), (b)에 나타낸다. 또한, 도 6은 이 펄스 파형을 나타낸다. 이 도 6에 나타내는 바와 같이, 펄스 피크 전류 Ip1, Ip2 및 펄스 폭 Tp1, Tp2가 다른 2종류의 펄스 파형을 교대로 출력하고, 도 5 중의 제 1 펄스(Ip1, Tp1)에서 용적을 이탈시키고, 도 5 중의 제 2 펄스(Ip2, Tp2)에서 용적을 형성시킴으로써, 1주기당 1용적 이행을 실현할 수 있었다. 제 1 펄스의 피크 기간 또는 하강 슬로프 기간에 있어서, 용적 이탈 허가 신호를 출력하고, 용적의 이탈 또는 그 직전을 검출한 후, 즉시 검출시의 전류보다 낮은 소정 전류로 전환했다. 여기서는 평균 전류 300A, 평균 전압 35∼36V, 용접 속도 30㎝/분, 와이어 돌출 길이 25㎜의 용접 조건을 이용했다. 도 5(a)에서는 d2V/dt2의 변화(화살표에 나타냄)를 파악하여, 이탈 검출 신호가 출력된 후, 즉시, 검출시의 전류보다 낮은 150A로 전환되고 있다. 또한, 도 5(b)는, 용적의 이탈 직전을 검출한 예이며, 전압 파형 중의 화살표에 나타내는 바와 같이, 검출시의 전류값보다 낮은 150A로 전환된 후에 용적의 이탈이 행해지고 있는 것을 알 수 있다.
「실시예 3」
도 2 및 도 3에 나타내는 용접 제어 장치를 사용하고, 소모 전극 와이어로서, 와이어 직경 1.2㎜의 솔리드 와이어, 실드 가스로서 MAG(80% Ar+20% CO2) 가스를 이용한 가스 실드 아크 용접 및 100% CO2 가스를 이용한 펄스 아크 용접을 행했다. 하향 필렛 용접에 있어서, 위빙 폭 6.0㎜, 위빙 주파수 2㎐의 조건으로 용접하고, 용접 중, 시시각각, 와이어 돌출 길이가 변화하는 상황에서, 종래 기술(전압의 시간 미분값 dV/dt에 의한 검출)과 본 발명(전압의 시간 2차 미분값 d2V/dt2에 의한 검출)의 용적 이탈 검출 성공률을 비교했다. 평균 전류는 300A, 전압은 각 실드 가스에 따른 적정 전압으로 설정하고, 용접 속도 및 와이어 돌출 길이는 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지이다. 고속 카메라 화상과 전류ㆍ전압 파형, 이탈 검출 신호 파형의 동기 계측을 사용하여, 용접 중 10초간의 전체 용적 이행에 대하여, 이탈 검출 성공률을 구했다. 그 결과를, 도 7에 나타낸다. 실드 가스로서 MAG(80% Ar+20% CO2) 가스를 이용한 가스 실드 아크 용접 및 100% CO2 가스를 이용한 펄스 아크 용접의 어느 용접법에 있어서도, 본 발명에서는 이탈 검출 성공률이 대폭 향상하고 있다.
도 1은 본 발명의 원리를 설명하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 용접 제어 장치를 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 용접 제어 장치를 나타내는 블록도,
도 4(a), (b)는 실시예 1의 용접 전류ㆍ전압 파형, 용접 전압의 시간 2차 미분값 d2V/dt2, 아크 저항의 시간 2차 미분값 d2R/dt2, 이탈 검출 신호 파형을 나타내는 그래프 도면,
도 5(a), (b)는, 실시예 2의 용접 전류ㆍ전압 파형, 용접 전압의 시간 2차 미분값 d2V/dt2, 이탈 검출 신호 파형을 나타내는 그래프 도면,
도 6은 펄스 파형을 나타내는 도면,
도 7은 용접 중 10초간의 전체 용적 이행에 대한 이탈 검출 성공률을 나타내는 그래프 도면이다.

Claims (5)

  1. 소모 전극식 가스 실드 아크 용접의 용접 전류를 제어하는 용접 제어 장치로서,
    용접 중의 용접 전압의 시간 2차 미분값 d2V/dt2, 또는 용접 중의 아크 저항의 시간 2차 미분값 d2R/dt2를 연산하는 연산부와,
    상기 연산부에 의해 연산된 값이 소정의 임계값을 초과했을 때에 용적(溶滴)의 이탈 또는 이탈 직전을 검출하여 용적 이탈 검출 신호를 출력하는 검출부와,
    상기 용적 이탈 검출 신호에 근거하여 용적 이탈 후의 용접 전원 파형을 제어하는 파형 생성기와,
    상기 파형 생성기가 출력하는 파형 제어 신호에 따라 용접 전류를 출력하는 출력 제어부
    를 구비하되,
    상기 파형 생성기는, 상기 용적 이탈 검출 신호가 입력되면, 소정의 기간은 검출 시점의 용접 전류값보다 낮은 용접 전류값이 되도록 상기 출력 제어부에 상기 파형 제어 신호를 출력하는
    용접 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 전류 및 상기 용접 전압이 펄스 파형을 나타내고 있고, 상기 펄스에 의한 전자 핀치력(pinch force)을 이용하여 상기 용적을 이탈시키는 용접 제어 장치.
  3. 소모 전극식 가스 실드 아크 용접법에 의해 용접할 때의 용접 제어 방법으로서,
    가스 실드 아크 용접에 의해 용접 중의 용접 전압의 시간 2차 미분값 d2V/dt2, 또는 용접 중의 아크 저항의 시간 2차 미분값 d2R/dt2를 연산하는 공정과,
    상기 연산 공정에서 연산된 값이 소정값 이상이 되었을 때에, 용적이 이탈한 것, 또는 이탈 직전인 것을 검출하는 공정과,
    상기 용적이 이탈한 것 또는 이탈 직전인 것을 검출 후, 용접 전류를 그 검출 시점에서의 전류값보다 낮은 전류값으로 전환하는 공정
    을 포함하는 용접 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 용접 전류 및 상기 용접 전압이 펄스 파형을 나타내고 있고, 상기 펄스에 의한 전자 핀치력을 이용하여 상기 용적을 이탈시키는 용접 제어 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    실드 가스로서 CO2 가스를 사용하는 용접 제어 방법.
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