KR20100111540A - 용접기의 아크 스타트 방법 및 그 아크 스타트 안정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접기의 아크 스타트 방법 및 그 아크 스타트 안정화장치에 관한 것이다. 본 발명에는 용접기의 와이어 송급장치에 아크 스타트를 안정화시기키 위한 아크 스타트 안정화 장치(150)가 장착된다. 상기 아크 스타트 안정화장치(150)는 용접 시작신호가 발생하면 와이어를 공급하고 있는 용접전류를 감지하는 전류 감지부(152)를 구비한다. 그리고, 상기 용접전류가 감지되면 상기 공급된 와이어와 모재(140)가 완전하게 단락되게 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하고, 또 상기 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값 이하로 감소하면, 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하여 아크가 안정되게 발생하도록 제어하는 제어부(154)가 구비된다. 상기 제어부(154)는 실질적으로 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하는 용접전압제어부(156) 및 용접전류제어부(158)의 동작을 제어한다. 상기 아크 스타트 안정화 장치(150)는 하드웨어 또는 소프트웨어 방식으로 구현이 가능하다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 아크가 안정적으로 발생하게 되어 스패터의 발생을 억제할 수 있고 용접 작업 후의 별도의 후가공이 필요하지 않아 작업 공정이 개선되는 이점이 있다.

용접기, 아크 스타트, 용접전류, 용접전압

Description

용접기의 아크 스타트 방법 및 그 아크 스타트 안정화장치{METHOD FOR ARC START AND APPARATUS FOR ARC START STABILIZATION}

본 발명은 용접기의 아크 스타트 방법에 관한 것으로, 특히 용접 스타트시에 불완전하게 발생하는 아크 스타트를 억제하기 위한 용접기의 아크 스타트 방법 및 그의 아크 스타트 안정화장치에 관한 것이다.

본 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 이산화탄소가스 용접기를 예를 들어 설명하기로 한다.

이산화탄소가스 용접기는 용접용 케이블을 길게 연장하면 장비를 이동시키지 않고서도 지상으로부터 높은 곳의 구조물이나 건축물 또는 선박건조 장소 등의 작업장에서 용접 작업이 가능하다. 그래서 근래에 그 사용이 급증하고 있는 실정이다.

도 1에는 일반적인 이산화탄소가스 용접기의 구성도가 도시되어 있다.

도 1을 살펴보면, 이산화탄소가스 용접기는 용접동작을 전체적으로 제어하는 용접기 본체(1), 용접 와이어를 송급하는 와이어 송급장치(2), 그리고 용접하고자 하는 모재(4)에 대해 용접을 직접 수행하는 용접 토치(3)로 구성된다. 또 상기 용 접기 본체(1)와 상기 와이어 송급장치(2) 사이에는 전원선 및 각종 제어신호를 전달하기 위한 제어선이 구비된 케이블(5)이 연결된다. 또 상기 와이어 송급장치(2)에는 미도시하고 있지만 용접 와이어를 송급하기 위한 피딩모터를 제어하기 위한 제어부 등이 포함되어 구성된다.

이러한 구성의 용접기에서는 먼저 용접 개시신호가 발생하면, 와이어 송급장치(2)와 용접기 본체(1)는 통신을 수행하여 용접 토치(3)에 용접용 전원이 공급되게 하고 상기 제어부는 상기 피딩모터를 구동시켜 와이어가 모재(4)측으로 공급되게 하여 용접이 수행되게 하는 것이다.

이때, 용접이 처음 이루어지기 위해서는 용접 토치(3)와 모재(4) 사이의 절연을 파괴하기 위해 상당히 높은 고압 고주파의 전압이 걸어지게 된다. 이를 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 용접시 일반적인 용접전압과 용접전류의 출력 파형도를 나타내고 있다. 도 2의 (a)는 용접전압 파형도, (b)는 용접전류 파형도이다. 이를 보면, 처음 와이어 송급장치(2)에 의해 용접 시작 신호가 발생하면('ㄱ'시점), 무부하 전압과 소정 속도로 와이어가 공급되면서 용접이 시작된다. 즉 용접토치(3)가 온 된 후, 아크 발생전('ㄴ'시점)까지 용접전압은 무부하 상태이고, 그리고 피딩모터는 와이어 슬로우 다운 스피드로 천천히 돌면서 와이어를 공급하게 된다. 그러다가 용접 토치(3)와 모재(4)가 단락이 되어 아크가 발생하면, 용접조건이 설정된 전압이 출력됨과 동시에 와이어 송급전류에 의해 와이어가 정상 공급되어 용접이 이루어진다('ㄴ'시점 이후).

그런데 도 2에서와 같이 종래 아크 스타트 방법은 용접이 시작되면 용접전압이 무부하 상태로서 전압은 높고 반면 와이어는 천천히 공급되기 때문에, 용접토치(3)와 모재(4)가 단락시 전류가 급격하게 상승하게 된다. 일반적으로 용접기에서는 용접성 뿐만 아니라 아크 스타트 특성이 매우 중요하게 생각되고 있지만, 그와 같이 되면 초기 높은 전압에 의한 과도한 전류 증가로 인하여 와이어가 녹는 것이 아니라 끊어지게 되어 아크 불완전 스타트가 발생하게 된다.

이는 대량의 스패터(spatter)를 발생시키고, 결국 용접 비드(welding bead)가 매끄럽게 형성되지 못하는 문제를 초래한다. 따라서 용접 작업후에 불량부분을 손질해야 하는 번거로움이 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접 시작시에 용접 전압과 용접 전류의 출력을 제어하여 용접시 초기 아크 스타트가 안정적으로 발생할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 용접 시작신호에 따라 와이어가 공급되면 용접전류를 검출하는 단계; 상기 공급된 와이어가 모재와 완전하게 단락되게 하는 단계; 상기 와이어와 모재가 완전 단락되면, 상기 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값이 되는지 판단하는 단계; 상기 판단결과, 상기 용접전류가 상기 임계값 이하가 되면, 용접전류와 용접전압의 출력을 제어하여 아크를 발생시키는 단계; 그리고, 상기 아크가 발생하면 용접이 실제 진행되도록 용접조건에 맞게 상기 용접전압과 용접전류의 출력을 일정하게 제어하는 단계;를 포함하여 구성된다.

여기서, 초기 용접전압보다 용접전압은 감소시키고 초기 용접전류보다 용접전류는 크게 증가시켜 상기 와이어와 모재가 완전하게 단락되게 한다.

상기 와어어와 모재의 완전 단락시에 공급되었던 용접전압보다는 증가시키고, 용접전류는 감소시켜서 상기 아크를 발생하게 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 용접 시작신호가 발생하면 와이어를 공급하고 있는 용접전류를 감지하는 전류 감지부; 그리고, 상기 용접전류가 감지되면 상 기 공급된 와이어가 모재와 완전하게 단락되게 하고, 상기 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값 이하로 감소하면 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하여 아크가 안정되게 발생하도록 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.

상기 제어부는 상기 아크가 발생한 후에는 실제 용접을 위한 용접전류와 용접전압이 일정하게 출력되도록 제어한다.

본 발명에서는, 용접시작 신호가 발생하여 와이어가 공급되기 시작하면 우선 용접전압과 용접전류를 제어하여 와이어와 모재를 완전하게 단락되게 한 다음, 그 상태에서 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값 이하로 되는 경우 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하여 아크가 안정적으로 발생하도록 유도하고 있기 때문에, 종래 불완전한 아크 스타트로 인해 스패터가 대량으로 발생하여 용접 비드가 매끄럽지 못한 문제점을 해결할 수 있고, 이에 용접작업 후 별도의 후가공이 필요하지 않아 작업 효율이 개선되는 효과가 있다.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 용접기의 아크 스타트 방법 및 그 장치의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 발명의 실시 예에 따른 용접기의 아크 스타트를 안정적으로 실행하기 위한 장치를 포함하는 용접기 전체 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 아크 스타트 안정화 장치의 구성도가 도시되어 있다.

도 3을 살펴보면, 용접기는, 용접기 본체(100)와, 용접와이어를 송급하는 와이어 송급장치(120)와, 그리고 용접하고자 하는 모재(140)에 대해 용접을 직접 수행하는 용접 토치(130)로 구성된다. 상기 용접기 본체(100)와 와이어 송급장치(120) 사이는 전원선 및 제어선이 구비된 케이블(110)이 연결된다. 상기한 용접기 본체(100), 와이어 송급장치(120), 용접토치(130)의 구성은 종래기술에서 설명한 구성과 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 본 발명 실시 예의 아크 스타트 안정화 장치(150)가 상기 용접기 본체(100)에 포함되어 구성된다. 그러나, 상기 아크 스타트 안정화 장치(150)가 반드시 용접기 본체(100)에만 포함되어 구성되지는 않아도 되고, 작업자와 인접하여 위치하는 와이어 송급장치(120)에 포함되어 구성될 수도 있다. 또 본 실시 예에서 아크 스타트 안정화 장치(150)가 용접기 본체(100)에 장치 구성으로 설명하고 있지만, 후술하는 제어부(154) 또는 용접기 동작을 전체적으로 제어하는 미도시하고 있는 마이컴 등에 프로그램적으로 제공되어 아크 스타트의 안정화 기능을 수행하게 할 수도 있다.

도 4를 보면, 상기 아크 스타트 안정화 장치(120)에는 우선 용접출력전류를 센싱하는 전류 감지부(152)가 구비된다. 상기 전류 감지부(152)는 상기 와이어 송급장치(120)에 설치된 토치 스위치의 조작에 따라 용접 시작 신호가 발생한 시점, 구체적으로 피딩모터에 공급되는 전류를 감지하게 된다.

상기 전류 감지부(152)에 의해 감지된 전류 값을 전달받고, 아래에서 설명할 용접전압제어부 및 용접전류제어부의 동작을 제어하는 제어부(154)가 구비된다. 이 는 용접 시작 신호가 입력되면 아크가 안정적으로 발생할 수 있도록 용접전압과 용접전류를 제어하는 것을 말한다. 그리고 상기 제어부(154)에는 모재(140)와 와이어가 단락된 후 발생한 아크가 끊어지는 것을 방지하기 위한 임계값이 설정되어 있다. 상기 임계값은 용접 특성에 따라 다르게 설정 가능하다.

상기 용접전압제어부(156)와 용접전류제어부(158)는, 용접 시작신호가 발생하면 아크 스타트가 안정되게 일어나도록 용접전압과 용접전류를 단계적으로 제어하는 역할을 수행한다. 즉 용접 시작신호의 발생 시점부터 아크 발생이 안정적으로 유도되는 시점까지 용접전압과 용접전류를 각각 증가 또는 감소시켜, 와이어가 녹는 속도와 와이어를 공급하는 속도를 조정하는 것이다.

이어 본 발명 실시 예에 따라 아크 스타트의 안정화 방법을 상세하게 설명한다. 이는 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접전압(a)과 용접전류(b)의 출력 파형도가 도시되어 있다.

먼저, 토치 오프상태에서 용접 시작을 위해 와이어 송급장치(120)에 구비된 토치 스위치가 작업자에 의해 조작된다. 이 상태는 아직 용접토치(130)가 구동되기 전을 말한다.

그러면 상기 와이어 송급장치(120)는 용접 시작신호를 용접기 본체(100)로 전달하고, 상기 와이어 송급장치(120)와 용접기 본체(100)는 상호간 통신을 수행한다. 그리고 상기 와이어 송급장치(120)는 상기 용접기 본체(100)로부터 전달되는 각종 조건 값에 따라 용접토치(130)와 모재(140) 사이에 용접전원이 공급되게 하고, 피딩모터를 구동시켜 와이어를 용접부위에 공급하기 시작한다. 이때 용접전 압은 실제 용접시 용접 조건으로 설정된 용접전압보다 상대적으로 낮은 전압(V-1)이 공급되고, 또 실제 용접시 용접 조건으로 설정된 와이어 공급속도보다 상대적으로 느린 속도로 공급될 수 있도록 전류(I-1)가 공급된다.

그런 상태에서, 상기 전류 감지부(152)는 용접출력전류를 검출하면 이를 상기 제어부(154)로 전달한다. 그러면 상기 제어부(154)는 용접전압 제어부(156)를 제어하여 전압을 상대적으로 'V-1' 전압보다 크게 감소시키고(즉, 전압 V-2 상태), 또 용접전류 제어부(158)를 제어하여 'I-1' 전류보다 크게 증가시켜(즉, 전류 I-2 상태) 피딩모터의 속도를 증가시켜서 모재(140)와 와이어가 완전하게 단락되게 한다.

그와 같이 모재(140)와 와이어가 완전 단락 상태가 되면 낮은 전압(V-2)으로 인하여 전류(I-2)는 더 이상 상승하지 못하고 하강하기 시작한다.

이때, 상기 전류(I-2)가 미리 설정된 임계값보다 낮아지게 되면 아크 스타트가 안정적으로 발생하지 못하게 된다. 이에 따라 상기 제어부(154)는 용접전류가 상기 임계값 이하가 되면 상기 용접전압제어부(156)를 제어하여 용접전압을 상기 'V-2' 전압보다 크게 상승시키고(V-3), 상기 용접전류제어부(158)를 제어하여 용접전류를 상기 임계값 이상이 되게 유지하여(I-3), 아크가 발생하게 한다.

이후, 아크 발생이 안정적으로 스타트하게 되면, 상기 제어부(154)는 용접전압제어부(156)와 용접전류제어부(158)를 제어하여 용접이 이상적으로 진행될 수 있는 용접전압(V-4)과 용접전류(I-4)가 공급되게 한다.

그와 같이 하면, 종래 용접 시작신호가 발생하면 용접전압보다 상대적으로 큰 무부하 전압이 출력되고 반면 와이어 공급속도는 느려 아크 스타트가 불안하게 시작되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

즉 본 실시 예에서는 아크 스타트 안정화장치가 아크 스타트를 수행하기 위해 장치 구성으로 제공하여 설명하고 있지만, 용접전압 및 용접전류를 소프트웨어적으로 제어하여 아크 스타트를 실질적으로 안정화시킬 수 있는 방법도 본 발명에 적용할 수 있다.

도 1은 일반적인 이산화탄소가스 용접기의 구성도

도 2는 용접시 일반적인 용접전압과 용접전류의 출력 파형도

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용접기의 아크 스타트를 안정적으로 실행하기 위한 장치를 포함하는 용접기 전체 구성도

도 4는 도 3의 아크 스타트 안정화 장치의 구성도

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접전압(a)과 용접전류(b)의 출력 파형도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 용접기 본체 120 : 와이어 송급장치

130 : 용접토치 140 : 모재

150 : 아크 스타트 안정화장치 152 : 전류감지부

154 : 제어부 156 : 용접전압제어부

158 : 용접전류제어부

Claims (5)

1. 용접 시작신호에 따라 와이어가 공급되면 용접전류를 검출하는 단계;

   상기 공급된 와이어가 모재와 완전하게 단락되게 하는 단계;

   상기 와이어와 모재가 완전 단락되면, 상기 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값이 되는지 판단하는 단계;

   상기 판단결과, 상기 용접전류가 상기 임계값 이하가 되면, 용접전류와 용접전압의 출력을 제어하여 아크를 발생시키는 단계; 그리고,

   상기 아크가 발생하면 용접이 실제 진행되도록 용접조건에 맞게 상기 용접전압과 용접전류의 출력을 일정하게 제어하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용접기의 아크 스타트 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   초기 용접전압보다 용접전압은 감소시키고 초기 용접전류보다 용접전류는 크게 증가시켜 상기 와이어와 모재가 완전하게 단락되게 하는 것을 특징으로 하는 용접기의 아크 스타트 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 와어어와 모재의 완전 단락시에 공급되었던 용접전압보다는 증가시키고, 용접전류는 감소시켜서 상기 아크를 발생하게 하는 것을 특징으로 하 는 용접기의 아크 스타트 방법.
4. 용접 시작신호가 발생하면 와이어를 공급하고 있는 용접전류를 감지하는 전류 감지부; 그리고,

   상기 용접전류가 감지되면 상기 공급된 와이어가 모재와 완전하게 단락되게 하고, 상기 용접전류가 불안전한 아크 스타트를 방지하기 위해 설정된 임계값 이하로 감소하면 용접전압과 용접전류의 출력을 제어하여 아크가 안정되게 발생하도록 제어하는 제어부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용접기의 아크 스타트 안정화 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 아크가 발생한 후에는 실제 용접을 위한 용접전류와 용접전압이 일정하게 출력되도록 제어함을 특징으로 하는 용접기의 아크 스타트 안정화 장치.

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