KR20150070408A - 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법 및 용접 장치 - Google Patents

서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법 및 용접 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아크 점화 시기(IP), 아크 안정화 시기(AP), 및 안정된 아크 시기(SP)를 포함하는 방법에 관한 것이다. 상기 아크 안정화 시기(AP)는, 적어도 하나의 핫 와이어(4, 12)를 피가공물 쪽으로 일정한 급송 속도로 급송하는 단계를 포함하는 초기 하위 시기(IS)와, 상기 핫 와이어를 일정한 급송 속도로 급송하는 단계 및 적어도 하나의 콜드 와이어(22)를 일정한 급송 속도로 급송하는 단계를 포함하는 메인 하위 시기(MS)를 포함한다. 안정된 아크 시기는 핫 와이어 급송 속도를 연속적으로 조정하는 단계 및 콜드 와이어 급송 속도를 연속적으로 조정하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하는 용접 장치(1)에도 관한 것이다. 상기 용접 장치는 핫 와이어 급송 수단(150), 접촉 수단(2), 콜드 와이어 급송 수단(35), 및 제어 유닛(31)을 포함한다. 상기 제어 유닛은 상기 핫 와이어 급송 수단을 제어하되, 핫 와이어가 상기 초기 하위 시기 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 핫 와이어가 메인 하위 시기 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 그리고 안정된 아크 시기 동안 핫 와이어의 급송 속도가 연속해서 조정될 수 있도록, 상기 핫 와이어 급송 수단을 제어할 수 있게 구성된다. 상기 제어 유닛은 상기 콜드 와이어 급송 수단을 제어하되, 콜드 와이어가 메인 하위 시기 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 그리고 안정된 아크 시기 동안 콜드 와이어의 급송 속도가 적어도 연속해서 조정될 수 있도록, 상기 콜드 와이어 급송 수단을 제어할 수 있게 구성된다.

Description

서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법 및 용접 장치{METHOD FOR STARTING A SUBMERGED ARC WELDING PROCESS AND WELDING APPARATUS}
본 발명은 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 아크 점화 시기(arc ignition phase), 아크 안정화 시기(arc-stabilizing phase), 및 안정된 아크 시기(stable arc phase)를 포함한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 용접 장치에 관한 것이다. 본 발명의 용접 장치는 적어도 하나의 핫 와이어(hot wire)를 피가공물(workpiece)을 향해 급송하는 핫 와이어 급송 수단과, 아크 발생을 위해 상기 핫 와이어에 전류를 전송하는 접촉 수단, 적어도 하나의 콜드 와이어(cold wire)를 피가공물 쪽으로 급송하는 콜드 와이어 급송 수단, 및 아크 점화 시기, 아크 안정화 시기, 및 안정된 아크 시기 동안에 상기 핫 와이어 급송 수단과 콜드 와이어 급송 수단을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.
용접 전류를 피가공물을 통해 통전시키기 위해 소모성 전극을 사용하는 것이 공지되어 있다. 용접 전류는 소모성 전극과 피가공물에 아크를 형성해서 피가공물에 용접 풀을 생성한다. 이런 유형의 소모성 전극을 본 명세서 전체에 걸쳐 핫 와이어라 칭한다.
서브머지드 아크 용접(SAW: submerged arc welding)은 높은 생산성과 품질을 특징으로 하는 용접 방법으로, 두꺼운 재료에서의 긴 용접 시임을 위해 종종 사용된다. 서브머지드 아크 용접은 용융된 소재와 아크가 미분 플럭스(pulverized flux) 층 아래에서 보호되는 것을 특징으로 한다. 플럭스는 용접 공정 중에 부분적으로 용융되어서, 용접 풀에 슬래그 보호 층을 생성한다.
서브머지드 아크 용접으로 가능한 최고의 생산성을 달성하기 위해, 용접 속도를 증가시키고 용접 금속이 피가공물의 표면에 용착되는 속도인 용착률(deposition rate)을 최고로 가능하게 하기 위한 노력을 하고 있다. 이와 동시에, 입열은 용접된 모재의 기계적 특성을 유지하는 수준으로 유지되어야 하고, 용접은 특정 수준의 기계적 특성을 가져야 한다.
용착 속도를 증가시키는 한 가지 방법은 복수의 핫 와이어를 사용해서 하나의 용접 퍼들(puddle)을 만드는 것이다. 일반적으로 2개 내지 3개의 핫 와이어를 사용하지만, 핫 와이어를 6개까지 사용하는 것이 알려져 있다. 하나의 용접 퍼들에 하나를 초과하는 핫 와이어를 사용함으로써 용착 속도가 증가되고, 그에 따라 용접 경제성이 향상된다. 또한, 선두(leading) 핫 와이어와 후미(trailing) 핫 와이어를 각기 다른 작업에 할당할 수 있는 가능성으로 인해 용접 품질의 향상도 가능해진다.
용착 속도를 향상시키는 또 다른 방법은 아크 형성 없이 용융되는 하나 이상의 전극을 추가하는 것이다. 이 전극은 본 명세서 전체에 걸쳐 콜드 와이어라 칭한다. 콜드 와이어는 하나 이상의 핫 와이어에 근접해서 용융 용접 풀을 향해 급송된다. 콜드 와이어는 저항 가열에 의해서 용융되고 이뿐만 아니라 핫 와이어에 의해 생성된 열에 의해서도 용융된다.
용접 퍼들에 콜드 와이어 소재를 도입하는 것은 용접 합금 조성의 향상된 제어에 이를 수 있게 하며, 이는 용접의 향상으로 이어질 수 있다. 콜드 와이어를 핫 와이어에 의해 생성된 아크 근처에, 바림직하기로는 그 아크 안에 (더욱 바람직하기로는 복수의 핫 와이어에 의해 생성된 아크 근처 또는 안에) 도입하는 것이 바람직하다. 콜드 와이어는 입열을 증가시키지 않으면서도 용착 속도를 증가시킨다. 용접 퍼들에 콜드 와이어 소재를 급송함으로써 용접 파라미터들이 최적화되면서 최대 100%의 생산성 증가에 이를 수 있다.
용접 공정을 시작할 때에는 안정된 아크를 가능한 빨리 생성하는 것이 바람직하다. 용접 공정을 시작할 때에 불안정한 아크가 존재하면 용접되는 대상물에 개재물, 스플래터, 및 불량한 기계적 특성 등과 같은 용접 결함을 일으킬 수 있다. 또한, 불안정한 아크가 존재하면 용융 속도 감소로도 이어질 수 있고, 그 결과, 핫 와이어가 용접 퍼들의 바닥을 때릴 수 있다.
있을 수 있는 결과로는 핫 와이어의 굽힘 및 용접 헤드의 변위가 있다. 불안정한 용접 시작은 또한 아크가 플럭스 커버 밖으로 삐져나오게 하며, 이는 용접자의 눈을 손상시킬 수 있다.
콜드 와이어는 용접 공정의 불안정성을 증가시키는 경향이 있으므로, 용접 공정에 콜드 와이어가 사용될 때, 불안정한 아크는 보편적인 문제이다. 콜드 와이어의 불충분한 용융은 콜드 와이어가 용융 풀을 통해 모재에 타격을 가하는 원인이 될 수 있다. 이것은 용접 결함 및 미용융 콜드 와이어 소재의 용접 금속 내에 개재물을 야기할 뿐만 아니라 콜드 와이어의 좌굴 및 용접 장비의 요동을 야기할 수 있다.
안정된 아크의 지연된 확립은 복수의 핫 와이어들이 관여되어 많은 아크들이 동시에 튀기는(strike) 용접 공정에 있어서 특히 보편적인 문제점이다. 이는 2개의 핫 와이어들이 하나의 공통된 전원에 연결된 트윈 설비에 있어서 특히 그러하다. 더욱이, 2개의 핫 와이어들 사이에 콜드 와이어가 개재되면 핫 와이어들 사이의 거리가 증가하고, 이는 핫 와이어들이 안정된 아크를 생성하는 것을 더욱더 어렵게 만든다.
미국 특허 출원 공개 US 2006/0016792 A호는 안정된 아크 생성의 문제점을 해소하고 있다. 용접 와이어는 주행 속도로 용접 영역에 전달된다. 초기 아크가 검출된 후, 와이어 급송 속도(feed speed)는 미리 정한 시간 길이(예를 들어, 약 50 밀리 초) 동안 최소 값까지 조절된다. 그 후, 와이어 급송 속도는 용접 비교적 안정된 급송 속도로 설정된다.
상기 미국 특허 출원 공개 US 2006/0016792 A1호에서 제안한 해결책은 복잡하고, 콜드 와이어에 의한 불안정화 효과 문제를 해결하지 못하며, SAW에 관한 것이 아니다.
본 발명의 제1 목적은 하나 이상의 콜드 와이어를 포함하는 서브머지드 아크 용접을 시작하는 방법으로서, 용접 공정을 시작할 때에 이미 높은 용접 품질을 보장할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 상기 방법을 실행하기 위한 용접 장치를 제공하는 것이다.
다른 시기(another phase)에 선행하는 시기(phase)는 상기 다른 시기 바로 앞일 필요는 없다. 이 시기들 사이에 또 다른 시기(other phases)들이 실행될 수 있다. 다른 시기에 후속하거나 그에 이어지는 시기도 상기 다른 시기에 바로 이어질 필요는 없다. 이 시기들 사이에 또 다른 시기들이 실행될 수 있다. 하나의 시기는 임의의 개수의 하위 시기(sub-phase)들을 포함할 수 있다.
이 명세서 전체에 걸쳐, 용접 파라미터들이 언급된다. 용접 파라미터는 용접 공정에 직접적인 영향을 미치는 파라미터이다. 용접 파라미터의 예로는 용접 전류, 아크 전압, 용접 속도, 핫 와이어 급송 속도 및 콜드 와이어 급송 속도가 있다.
서로 관련되어 있거나 종속적인 용접 파라미터들은 다른 파라미터에 직접 또는 간접적으로 영향을 미치는 용접 파라미터이다. 다른 용접 파라미터에 의존하여 결정된 용접 파라미터는 상기 다른 용접 파라미터의 측정값이나, 혹은 상기 다른 용접 파라미터와 관련된 용접 파라미터의 측정값으로부터 결정될 수 있다.
활성 용접 파라미터는 용접 동안에 용접 조건의 변화에 응답하여 수동 또는 자동으로 조정되는 용접 파라미터이다. 활성 용접 파라미터들은 하나 이상의 비활성 용접 파라미터들을 본질적으로 일정한 수준으로 유지하기 위해 다른 활성 용접 파라미터들의 조정을 통해 직접 또는 간접적으로 조정될 수 있다.
용접 조건은 용접 공정에 영향을 미치는 요소이다. 용접 조건의 예로는 피가공물의 형상 및 재료 특성이 있다.
본 발명의 상기 제1 목적은 독립 청구항 1에 기재된 방법으로 달성된다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법은, 다음에 열거하는 순서대로, 아크를 생성하는 단계를 포함하는 아크 점화 시기, 아크 안정화 시기, 및 후속한 안정된 아크 시기를 포함한다. 아크 안정화 시기는 적어도 하나의 초기 하위 시기와 적어도 하나의 메인 하위 시기를 포함한다. 상기 초기 하위 시기는 적어도 하나의 핫 와이어를 피가공물 쪽으로 일정한 급송 속도로 급송하는 단계를 포함한다. 메인 하위 시기는 적어도 하나의 핫 와이어를 피가공물 쪽으로 일정한 급송 속도로 급송하는 단계 및 적어도 하나의 콜드 와이어를 피가공물 쪽으로 일정한 급송 속도로 급송하는 단계를 포함한다. 안정된 아크 시기는 핫 와이어를 통해 전달되는 용접 전류에 적어도 의존하여 핫 와이어 급송 속도를 연속적으로 조정하는 단계와 안정된 아크 시기에서의 적어도 하나의 핫 와이어 급송 송도에 의존하여 콜드 와이어의 급송 속도를 연속적으로 조정하는 단계를 포함한다.
아크는 아크 점화 시기 중에 점화된다. 아크가 검출되면 점화 시기가 끝나고 아크 안정화 시기가 시작된다. 아크는 아크 안정화 시기 중에 안정화 된다. 아크 안정화 시기는 사전에 정한 길이를 가지거나, 혹은 안정된 아크가 검출되었을 때에 자동으로 종료될 수 있다. 아크 안정화 시기는 또한, 용접 장치의 사용자가 안정된 아크를 검출한 때나, 혹은 용접 장치가 사용자에게 안정된 아크가 검출되었음을 알려왔을 때에, 수동으로 종료될 수도 있다. 아크 안정화 시기의 끝은 안정된 아크 시기의 시작을 나타낸다. 이렇게 해서 안정된 아크가 핫 와이어와 피가공물 사이에 존재하게 되어, 용접이 최적의 결과를 유지하면서 실행될 수 있다.
용접 시작은 아크 점화 시기(아크 안정화 시기에 선행하는 아크 점화 시기와 동일)와 용접 시기(welding phase)로 나누어질 수도 있고, 일부 실시예에서는 하나 이상의 조업 개시 시기(start-up phase)들에 의해 분리될 수도 있다. 피가공물 상에서의 용접은 용접 시기 중에 주로 수행된다. 용접 시기가 점화 시기 직후에 이어지는 실시예들에서는, 아크 안정화 시기와 용접 시기가 동시에 시작된다. 즉, 안정된 아크가 생성되기 전이라도 거의 용접 공정 처음부터 용접이 수행된다. 점화 시기와 용접 시기가 하나 이상의 조업 개시 시기에 의해 분리된 실시예에서, 아크 안정화 시기는 최초의 조업 개시 시기와 동시에 시작된다.
조업 개시 시기들은 용접 시기가 시작될 때(조업 개시 시기 중에 용접은 주행하는 판/주행하지 않는 판 상에서 수행될 수 있다)에 안정된 아크가 존재할 가능성을 높이기 위해 포함된다. 이들 실시예에 있어서, 아크 안정화 시기는 용접 시기가 시작되기 전에, 용접 시기가 시작됨과 동시에, 또는 용접 시기가 시작된 후에 종료될 수 있다. 아크 안정화 시기의 각 하위 시기는, 최종 하위 시기는 예외 가능성이 있음, 대응하는 조업 개시 시기와 동시에 시작하고 종료한다. 아크 안정화 시기는 조업 개시 시기들의 결합된 길이와 동일한 길이를 가질 수 있는데, 이 경우 하위 시기들의 수는 조업 개시 시기들의 수와 동일하다. 그러나, 아크 안정화 시기는 또한 후속하는 용접 시기까지 연장될 수도 있는데, 이 경우 최종 조업 개시 시기의 끝과 용접 시기의 시작 사이의 시간 길이에 걸쳐지는 추가의 최종 하위 시기가 있을 수 있다. 최종 메인 하위 시기를 용접 시기의 시작까지로 연장하는 것도 가능하다. 아크 안정화 시기는 또한 최종 조업 개시 시기의 종료 전에 종료될 수 있고, 이 경우에 최종 메인 하위 시기는 최종 조업 개시 시기가 종료되기 전에 종료된다.
안정된 아크 시기 동안 수행되는 용접 공정은 일정 전류량(CA: constant amperage) 용접 공정이다. CA 용접 공정은, 핫 와이어를 통해 전송된 용접 전류의 전류량 수준이 핫 와이어 급송 속도 조정을 통해 주어진 수준으로 유지되며 아크 전압 수준이 일정하게 유지되는 공정이다. 전류량 수준은 핫 와이어와 피가공물 사이의 거리와 관련이 있다. 핫 와이어 급송 속도 증가는 용접 전류의 증가를 초래하고, 핫 와이어 급송 속도 감소는 용접 전류의 감소를 초래한다. 피가공물의 표면 불규칙성에 의해 야기된 돌출(stick out) 변동성, 용접 공정 또는 접합부 형태의 변동성과 같은 교란 요소들은 때로는 핫 와이어의 끝과 피가공물 사이의 거리를 변화시키고, 이 결과, 전류량 수준이 변화된다. 그러나, 전류량 수준은 핫 와이어 급송 속도의 자동 조정을 통해 설정된 수준으로 유지시키는 것, 즉 전류량 수준의 변화에 따라 이전의 값으로 복원시키는 것이 가능하다. CA 용접 공정은 여러 가지 장점을 갖는다. 예를 들어, 주어진 전류량 수준 유지는 입열과 침투가 용접 공정 전체에 걸쳐 본질적으로 일정하게 유지되는 것을 보장한다.
자체 조절식 CA 용접 공정은 아크 안정화 시기 동안 사용하기에는 적합하지 않은 것으로 밝혀졌다. 급격한 전류 변화는 아크 안정화 시기에서 보편적이고, 상기 전류 변화에 응하여 자동적으로 실행되는 핫 와이어 급송 속도의 대응한 조정은 비교적 느리고, 아크 안정화 공정에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
이 문제에 대한 해결책은 적어도 하나의 초기 하위 시기와 아크 안정화 시기 중의 하나의 메인 하위 시기 동안에 핫 와이어를 일정한 급송 속도(CW)로 급송하고, 아크 안정화 시기 중의 하나의 메인 하위 시기 동안에 콜드 와이어를 일정한 급송 속도(CW)로 급송하는 것이다. 즉, 아크 안정화 시기 동안 자체 조절식 CA 용접 공정은 비활성화 된다. 이 해결책은 아크 안정화 공정에 부정적인 영향을 미치는 자체 조절식 CA 공정에 있어서의 전술한 문제를 해결한다. CW 용접 공정은 안정된 아크의 신속한 발생을 보장한다. 아크 안정화 공정이 안정된 아크 시기로 들어갈 때에는 자체 조절식 CA 용접 공정이 활성화된다. 이 해결책은 자체 조절식 와이어 급송 속도 제어가 아크 안정화 시기 동안 꺼지는 CA 용접 장치에 대해 적합성(호환성)을 갖는다.
전술한 바와 같이, 핫 와이어 부근에 있는 하나 이상의 콜드 와이어의 존재는 핫 와이어와 피가공물 사이에 안정된 아크를 발생시키는 것을 더욱더 어렵게 만든다.
이 문제에 대한 한 가지 해결책은 아크 안정화 시기 중의 적어도 하나의 하위 시기 동안에 콜드 와이어를 일정한 급송(CW) 속도로 급송하는 것이다. 일정한 콜드 와이어 급송 속도는 아크 안정화 공정에 부정적인 영향을 덜 미친다.
전술한 해결책과 호환성이 있는 또 다른 해결책은, 아크 안정화 시기를 적어도 시작하는 중에는 콜드 와이어의 부정적인 영향이 최소화되거나 제거되는 것을 보장하는 것이다. 이것은 콜드 와이어가 아크 안정화 시기 중의 적어도 하나의 초기 하위 시기 동안에는 용접 퍼들에 도달하지 않게 하거나 혹은 콜드 와이어가 아크 안정화 공정에 (상당한) 부정적인 영향을 미칠 수 있는 급송 속도로는 적어도 용접 퍼들에 도달하지 않게 하는 것을 보장으로써 달성된다. 바람직하게는, 상기 초기 하위 시기 중에, 피가공물을 향하는 방향에서의 콜드 와이어 급송 속도는 9cm/분과 같거나 그 보다 낮은 속도로 유지하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는, 상기 초기 하위 시기 중에, 상기 콜드 와이어를 정지 상태(전방으로 급송되지 않는 상태)로 유지하는 것이 좋다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 안정된 아크의 빠른 발생을 보장하고, 결과적으로 용접 공정을 시작할 때부터 우수한 용접 품질이 보장되고, 또한 용접 장치가 하나 이상의 콜드 와이어를 피가공물 쪽으로 급송하도록 배치될 때에도 우수한 용접 품질이 보장된다.
유리하기로는, 콜드 와이어가 현재의 용융 속도에 적합한 급송 속도를 취하는 것이 보장될 수 있도록 하기 위해, 콜드 와이어의 급송 속도는 적어도 하나의 대응하는 핫 와이어 급송 속도에 의존하여 결정된다. 즉, 하위 시기 중의 콜드 와이어 급송 속도는 상기 하위 시기 중의 적어도 하나의 핫 와이어 급송 속도에 의존하여 결정된다. 적합한 콜드 와이어 급송 속도를 결정하는 데에 추가적인 용접 파라미터들이 사용될 수 있다.
핫 와이어의 급송 속도와 콜드 와이어의 급송 속도는 하위 시기들 전체에 걸쳐 일정하게 유지되는 한은 매 하위 시기마다 변화시킬 수 있다.
"안정된 아크 시기 용접 전류"는 상기할 용어이다. 안정된 아크 시기 용접 전류는 용접 시기와 일치하는 안정된 아크 시기의 일부 동안 유지되는 용접 전류로 정의된다. 안정된 아크 시기의 일부가 전체 안정된 아크 시기를 구성 할 수 있다.
또 다른 상기할 용어로는 "안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도"이다. 상기 "안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도", 또는 "예상되는 안정된 아크 시기 핫 와이어 급송 속도"는 안정된 아크 시기 용접 전류에 대응하는 핫 와이어 급송 속도로, 즉 안정된 아크 시기 용접 전류를 미리 정한 용접 조건들의 세트 하에서 설정된 수준으로 유지하는 데 필요한 급송 속도로 정의된다. 실제의 핫 와이어 급송 속도는 안정된 아크 시기 동안 변화할 수 있고, 반면에 예상되는 안정된 아크 시기 핫 와이어 급송 속도는 아크 안정화 시기에 적합한 와이어 급송 속도를 결정하는 데에만 사용되는 미리 정해 놓은 값이라는 점을 주지해야 한다.
일부 실시예에서, 용접 시기를 가능한 한 빨리 시작하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 아크 점화 시기에 바로 이어서 아크 안정화 시기와 동시에 시작하는 것이 좋다. 이 실시예에서, 유리하기로는, 핫 와이어의 급송 속도는 아크 안정화 시기 전체에 걸쳐 일정하게 유지하고, 더욱 유리하기로는 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도의 80% 내지 95% 범위의 수준에 유지하는 것이 좋다. 이 해결책은 아크 안정화 시기 동안 생성된 용접이 고품질로 유지되고 아크 안정화 시기로부터 안정된 아크 시기로의 전환이 가능한 빠르고 원활하게(아크 안정화 시기 종료 시의 핫 와이어 급송 속도의 큰 증가 또는 감소는 아크를 불안정하게 한다) 실행되는 것을 보장한다.
다른 실시예에서, 점화 시기와 용접 시기 사이에서 하나 이상, 일반적으로는 두 개의 조업 개시 시기를 실행함으로써 용접 시기의 시작을 지연시키는 것이 유리할 수 있다. 조업 개시 시기는 용접 시기가 시작될 때에 안정된 아크가 존재할 수 있도록 하기 위해 도입된다. 각각의 조업 개시 시기는, 최종 하위 시기에 있어서는 예외 가능성이 있긴 하지만, 대응하는 조업 개시 시기와 동시에 시작되고 종료된다.
핫 와이어의 급송 속도는 적어도 두 개의 다른 하위 시기들 사이에서 변할 수 있다. 예를 들어, 핫 와이어 급송 속도는 아크 안정화 공정이 새로운 하위 시기로 진입할 때마다 증가될 수 있다. 이는 안정된 아크를 낮은 핫 와이어 급송 속도에서 확립하는 것이 일반적으로 더 쉽다는 점에서 유리하며, 또한 아크 안정화 시기로부터 안정된 아크 시기로의 원활한 전환을 보장하기 위해서는, 최종 시기 동안에, 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도에 근접한 핫 와이어 급속 속도를 적용하는 것이 바람직하다는 점에서도 유리하다. 그러나, 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도가 너무 낮아서 안정된 아크 생성에 적합하지 않은 실시예들도 있다. 이러한 실시예들에서는, 유리하기로는, 아크 안정화 시기 동안에 핫 와이어 급송 속도가, 안정된 아크 발생에 적합한 초기 하위 시기 동안의 높은 초기 급송 속도로부터 최종 하위 시기 동안의 낮은 급송 속도까지 점진적으로 감소하는 것이 좋다.
물론, 핫 와이어 급송 속도는 아크 안정화 시기 동안 점진적으로 증가 또는 감소시킬 필요가 없다. 핫 와이어는 두 개 이상의 하위 시기 동안에 동일하게 일정한 급송 속도로, 추가적인 하위 시기 동안에 다르게 일정한 급송 속도로 정방향으로 급송될 수도 있다.
유리하기로는, 콜드 와이어 급송 속도는, 아크 안정화 공정에서 안정된 아크가 빨리 발생되는 것을 용이하게 하기 위해서는, 초기 조업 개시 시기 동안에 대응하는 핫 와이어 급송 속도보다 훨씬 낮은 것이 좋다. 더 유리하기로는, 콜드 와이어는 초기 조업 개시 시기 동안 정지 상태로 유지되는 것이 좋다. 그 후, 콜드 와이어 급송 속도는 적어도 하나의 핫 와이어의 급송 속도에는 적어도 의존하여 결정될 수 있다. 즉, 핫 와이어 급송 속도가 증가할 때에는 콜드 와이어 급송 속도가 증가하고 핫 와이어 급송 속도가 감소할 때에는 콜드 와이어 급송 속도가 감소하게 결정될 수 있다.
아크 안정화 시기는 임의의 개수의 초기 및 메인 하위 시기들을 포함할 수 있다는 점을 주지해야 한다.
아크 안정화 시기 동안 핫 와이어에 적합한 급송 속도 값은 여러 가지 방식으로 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 사용자는, 조업 개시 시기 없이, 안정된 아크 시기 동안 유지되어야 할 용접 전류를 입력한다. 이 용접 전류는 안정된 아크 시기 용접 전류로 지칭된다. 제어 유닛은 이 정보와, 가능한 다른 주어진 용접 파라미터들(예, 아크 전압 및 와이어 주행 속도)과, 미리 정한 값 테이블을 이용하여 아크 안정화 시기 동안 적용되는 핫 와이어 급송 속도를 결정한다. 핫 와이어 급송 속도는, 유리하기로는, 안정된 아크 시기 용접 전류에 대응하는, 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도의 80% 내지 95% 범위에 있는 것이 좋다.
다른 실시예들은 아크 안정화 시기의 하위 시기에 각각 대응하는 다수의 하위 시기들을 포함할 수 있다. 여기서, 사용자는, 상기 조업 개시 시기에 적합한 핫 와이어 급송 속도가 결정될 수 있도록, 특정의 조업 개시 시기에 관계된 하나 이상의 용접 파라미터 값뿐만 아니라, 안정된 아크 시기 동안 유지될 안정된 아크 시기 용접 전류 수준과, 가능한 다른 용접 파라미터 값들과, 미리 정한 값 테이블을 입력할 수 있다. 각각의 조업 개시 시기가 하위 시기에 대응하므로, 조업 개시 시기에 적합한 핫 와이어 급송 속도는 대응하는 하위 시기에 적합한 핫 와이어 급송 속도이기도 하다. 적합한 용접 파라미터들의 예로는 용접 전류, 아크 전압, 그리고 핫 와이어 및 콜드 와이어의 주행 속도가 있다(주지할 점으로는, 대부분의 CA 용접 장치는 사용자가 핫 와이어 급송 속도를 입력하는 것을 허용하지 않는다는 점이다).
아크 안정화 시기는 일부 실시예에서는 최종 조업 개시 시기가 종료된 후에 종료될 수 있다. 최종 조업 개시 시기의 종료에서부터 최종 하위 시기라고도 칭하는 용접 아크 시기의 시작까지의 사이의 기간 동안 적합한 핫 와이어 급송 속도는 조업 개시 시기가 없는 실시예를 기준으로 해서 전술한 바와 같이 결정된다.
아크 안정화 시기는 최종 또한 조업 개시 시기의 종료 전에 종료될 수도 있다. 아크 안정화 시기의 종료에서부터 최종 하위 시기의 종료까지의 사이의 기간 동안 적합한 핫 와이어 급송 속도는, 사용자에 의해 입력된 안정된 아크 시기 용접 전류, 미리 정한 값 테이블, 최종 조업 개시 시기에 특정된 용접 파라미터들, 및 가능한 다른 용접 파라미터 값들을 이용하는 제어 유닛에 의해 결정될 수 있다.
당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는, 아크 안정화 시기에 적합한 핫 와이어 급송 속도 및 콜드 와이어 급송 속도를 결정하는 데에는 많은 대안적 방법들이 있으며 청구범위에 의해 마련되는 보호 범위는 상기 대안적 방법들을 포괄한다는 것을 안다.
유리하기로는, 하위 시기 동안의 핫 와이어의 급송 속도는 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도의 0% 내지 200% 범위 내에 있고, 상기 하위 시기 동안의 콜드 와이어의 일정한 급송 속도는 상기 하위 시기 동안의 상기 핫 와이어의 급송 속도의 0% 내지 100% 범위 내에 있는 것이 좋다.
전술한 바와 같이, 핫 와이어가 아크 안정화 시기 동안의 급송 속도를 상기 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도보다 높은 속도를 취하게 되는 상황들이 있다. 콜드 와이어가 아크 안정화 시기 동안 대응하는 핫 와이어 급송 속도보다 높은 급송 속도를 취하는 것도 가능하다.
그러나, 핫 와이어가 하위 시기 동안의 급송 속도를 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도의 0% 내지 100% 범위 내의 급송 속도를 취하는 것이 일반적으로 유리하다. 긴 아크가 더 쉽게 안정화된다는 것이 밝혀졌다. 아크의 길이를 증가시키는 한 가지 방법은 핫 와이어 급송 속도를 줄이는 것이다. 결국, 핫 와이어의 급송 속도는 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도보다 낮은 값으로 설정되는 것이 유리하다. 낮은 급송 속도는 또한, 아크가 점화되어서 높은 전류가 핫 와이어를 통해 전달될 때 발생할 수 있는, 핫 와이어가 타버리는 위험을 감소시키는 유리한 효과를 갖는다. 용접 전류를 비교적 낮은 값으로 설정하면, 아크 안정화 시기 동안에 발생하는 위와 같은 위험이 줄어든다. 핫 와이어에 낮은 급송 속도를 인가하는 또 다른 이유는 핫 와이어가 용접 퍼들의 바닥을 치는 위험을 감소시키고자 하는 것이다. 일관되지 않은 용접 시작은 용융 속도 감소와, 핫 와이어 단부와 피가공물 사이의 거리 감소를 초래할 수 있다. 최악의 경우, 핫 와이어가 피가공물과 접촉하게 될 수 있다. 핫 와이어의 감소된 급송 속도는 이렇게 발생하는 위험을 감소시킨다.
최종 하위 시기 동안에 핫 와이어가 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도의 80% 내지 95% 범위 내의 급송 속도를 취하게 되면, 아크 안정화 시기로부터 안정된 아크 시기로의 원활한 전환을 용이하게 하고 또한 가능하기로는 최종 하위 시기 동안 양호한 용접 품질을 보장할 수 있도록 하는 데에 유리하다. 이 범위 내의 핫 와이어 급송 속도는 또한, 안정된 아크 시기 시작 시의 용접 전류를 충분히 높게 해서 양호한 용접이 생성될 수 있게 하는 것도 보장한다.
유리하기로는, 하위 시기 동안의 콜드 와이어의 일정한 급송 속도는 상기 하위 시기 동안의 핫 와이어의 일정한 급송 속도의 0% 내지 200% 범위에, 더욱 유리하기로는 0% 내지 100% 범위에 있는 것이 좋다. 유리하기로는, 적어도 최종 하위 시기 동안에는, 콜드 와이어 급송 속도가 상기 핫 와이어의 일정한 급송 속도의 70% 내지 90% 범위에 있는 것이 좋다. 그러나, 상기 최종 하위 시기보다 앞선 하위 시기들 동안에는, 콜드 와이어를 대응하는 핫 와이어 급송 속도의 일례로 10% 내지 60% 범위 내의 낮은 급송 속도에 맞출 수 있다. 물론, 콜드 와이어 급송 속도는 적어도 최초 하위 시기 동안에는 9cm/분 미만인 것이 유리하고, 더욱더 바람직하기로는 0cm/분이다.
콜드 와이어의 용융 속도는 콜드 와이어의 부근에 안정된 아크가 존재하지 않으므로 가능한 한 낮게 유지될 것이다. 따라서, 콜드 와이어의 급송 속도가 안정된 아크의 존재에 적합한 급송 속도보다 낮게 설정되면, 콜드 와이어가 용접 퍼들의 바닥을 치지 않도록 하는 것을 보장하는 데에 유리하다. 그러나, 아크 안정화 공정이 안정된 아크 시기로 진입할 때에 콜드 와이어 급송 속도 조정을, 특히 콜드 와이어 급송 속도는 일반적으로 핫 와이어 급송 속도처럼 빨리 증가하지 않는 점을 고려해서, 비교적 작게 하면 핫 와이어에서처럼 유리하다.
유리하기로는, 아크 안정화 시기는 미리 정한 길이를 갖는다. 이는 안정된 아크 검출 수단을 필요 없게 하며 용접 장치를 보다 더 간단하고 저렴하게 한다. 유리하기로는, 아크 안정화 시기는 1초 내지 6초 범위, 바람직하기로는 1초 내지 3초 범위의 미리 정한 길이를 갖는다.
유리하기로는, 핫 와이어 급송 속도가 아크 안정화 시기 전체에 걸쳐 일정하게 유지될 때에, 아크 안정화 시기의 최초 부분 동안 콜드 와이어 급송 속도가 9cm/분 또는 이보다 낮게 유지되는 것이 좋고, 상기 최초 부분은 바람직하게는 0.5초 내지 5초 범위, 더 바람직하게는 2초 내지 3초 범위의 미리 정한 길이를 갖는다. 즉, 유리하기로는, 초기 하위 시기의 길이(또는 복수의 초기 하위 시기들의 결합된 길이)는 0.5초 내지 5초 범위, 더 바람직하게는 2초 내지 3초 범위에 있는 것이 좋다.
핫 와이어 급송 속도가 아크 안정화 시기 전체에 걸쳐 일정하게 유지되지 않는 경우에, 핫 와이어 급송 속도가 매 하위 시기마다 바뀔 때에는, 초기 하위 시기의 길이 또는 복수의 초기 하위 시기들의 결합된 길이는 바람직하게는 0.5초 내지 5초 범위, 더 바람직하게는 1.5초 내지 2.5초 범위에 있는 것이 좋다.
본 발명은 상기 정의된 범위에 한정되지 않는다. 예를 들어, 아크 안정화 시기의 길이를 0.1초만큼 짧게 할 수 있는데, 이 경우 초기 하위 시기(들)의 길이도 그에 따라 조정된다. 아크 안정화 시기의 길이는 6초보다 길게 할 수도 있다. 초기 하위 시기(들)의 길이를 0.5초보다 짧게 하는 것과 5초보다 길게 하는 것을 모두 할 수 있다.
유리하기로는, 하나 이상의 조업 개시 시기가 용접 공정에 포함되는 경우, 초기 하위 시기의 길이(또는 복수의 초기 하위 시기들의 결합된 길이)는 메인 하위 시기(또는 복수의 메인 하위 시기들의 결합된 길이)보다 짧다.
안정된 아크를 검출하고 안정된 아크의 존재를 나타내는 정보를 CW에서 CA로의 절환을 실행하는 제어 유닛으로 전송하는 어떤 종류의 아크 검출 수단을 용접 장치에 구비시키는 것이 가능하다. 이 해결책은, 아크 안정화 시기가 가능한 한 짧게 유지되는 것을 보장하며, 이와 동시에 CA로의 절환이 안정된 아크 생성 전에 너무 일찍 실행되지 않도록 하는 것을 보장한다.
본 발명의 방법은 적어도 하나의 추가 핫 와이어를 피가공물 쪽으로 급송하고 이와 동시에 아크 발생을 위해 용접 전류를 상기 추가 핫 와이어로 전달하는 단계를 유리하게 포함한다. 유리하기로는, 추가 핫 와이어의 급송 속도는 전술한 바와 같이 조절된다.
유리하기로는, 본 발명의 방법은 적어도 하나의 추가 핫 와이어와 피가공물 사이에 아크를 점화하는 단계를 포함한다. 유리하기로는, 초기 및 메인 하위 시기들 모두가 적어도 하나의 추가 핫 와이어를 피가공물 쪽으로 일정한 급송 속도로 급송하는 단계를 포함하고, 이 경우, 한 하위 시기의 일정한 급송 속도는 다른 하위 시기의 일정한 급송 속도와 같거나 혹은 다를 수 있다. 유리하기로는, 안정된 아크 시기가, 상기 적어도 하나의 추가 핫 와이어 급송 속도를 상기 핫 와이어를 통해 전달되는 용접 전류에는 적어도 의존하여 연속적으로 조정하는 단계를 포함한다.
용접 공정에 하나 이상의 추가 핫 와이어를 포함시키는 것은 용착률을 증가시키기 위한 수단이 된다. 이러한 배치에 의해, 핫 와이어들에 각기 다른 과업을 할당하는 것도 가능해진다. 그러나, 콜드 와이어 근방에 복수의 핫 와이어를 배치하면 아크 안정화 시기 동안에 복수의 스파크들이 동시에 튀기는 결과로 이어질 수 도 있다. 이 문제는 2개의 와이어들이 하나의 전원에 연결되는 트윈 장비에서 특히나 보편적이다. 복수의 스파크가 존재함으로 인해 아크 안정화가 어려워지며, 콜드 와이어를 용융시키기 위한 위치에 안정된 아크가 없는 경우에는 콜드 와이어가 판과 버클을 때릴 수 있고, 이로 인해 용접 설비의 흔들림이 야기된다. 따라서, 용접 공정이 하나 이상의 핫 와이어를 포함하는 경우에는 안정된 아크 발생을 보장하는 것이 더욱 중요해진다. 이는 본 발명에 따른 방법 및 용접 장치에 의해 달성된다.
유리하기로는, 아크 안정화 시기 동안 콜드 와이어의 급송 속도는 하나의 핫 와이어의 급송 속도에 의존한다. 이것은 간단하고 저렴한 해결책을 가능하게 한다. 그러나, 콜드 와이어 급송 속도를 하나 이상의 핫 와이어의 급송 속도에 의존해서, 예를 들어, 복수의 핫 와이어 급속 속도들의 평균값에 의존해서, 결정하는 것도 가능하다.
안정된 아크 시기 동안, 콜드 와이어의 급송 속도는 하나 이상의 핫 와이어의 급송 속도(들)에 의존하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 두 개 이상의 핫 와이어들이 용접 방향(용접 장치의 이동 방향)으로 연장되는 축을 따라 서로 소정의 거리를 두고 위치되며, 핫 와이어들에 각기 다른 과업, 즉 선두 핫 와이어(용접 방향에서 보아서 첫 번째로 위치된 것)는 침투 정도를 제어하는 데 사용되고 후미 핫 와이어(용접 방향에서 보아서 상기 선두 핫 와이어 뒤에 위치된 것)는 비드 모양, 윤곽 및 충전(充塡)을 제어하는 데 사용되게 하는 과업이 할당되는 배치에 있어서, 콜드 와이어의 급송 속도는 유리하기로는 하나 이상의 후미 핫 와이어의 급송 속도(예, 복수의 후미 핫 와이어들의 급송 속도들의 평균값)와 관련되는 것이 좋다. 대안적 실시예에서, 콜드 와이어의 급송 속도는 선두 및 후미 핫 와이어들의 급송 속도들의 평균값과 관련될 수 있다. 하나 이상의 콜드 와이어의 급송 속도를 하나 이상의 핫 와이어들에 대해 조정하고 관련시키는 추가적인 방법들도 가능하다. 예를 들어, 둘 이상의 핫 와이어들이 동일한 전원에 연결되는 트윈 용접에 있어서, 핫 와이어들은 일반적으로 단일의 핫 와이어로 간주되고, 콜드 와이어의 급송 속도는 단일의 핫 와이어의 급송 속도와 관련시킬 수 있다.
안정된 아크 시기 동안 핫 와이어 및 콜드 와이어의 급송 속도들을 연속해서 조정하는 다른 적합한 방법들이 국제 특허 출원 PCT/EP2012/003461호에 기술되어 있는데, 그 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
콜드 와이어의 급송 속도는 추가 용접 파라미터들, 예를 들어, 아크 전압 및 용접 헤드 주행 속도에 관련될 수도 있다.
콜드 와이어의 급송 속도는 하나 이상의 핫 와이어 급송 속도에 간접적으로 관련될 수 있다는 점을 주지해야 한다. 이것은 콜드 와이어의 급송 속도가 핫 와이어 활성 용접 파라미터 관련되고 결국에는 핫 와이어(들)의 급송 속도에 직접 또는 간접적으로 관련될 때의 경우이다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 메인 하위 시기가 적어도 하나의 추가 콜드 와이어를 피가공물 쪽으로 일정한 급송 속도로 급송하는 단계를 포함하고, 안정된 아크 시기가 상기 적어도 하나의 추가 콜드 와이어의 급송 속도를 적어도 하나의 핫 와이어 급송 속도에 의존하여 연속적으로 조정하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 콜드 와이어를 사용하는 한 가지 장점은 용착률이 증가되는 것이다.
이러한 추가 콜드 와이어들의 급송 속도는 전술한 바와 같이 조절 될 수 있다. 어느 한 콜드 와이어가 다른 콜드 와이어의 급송 속도를 취하도록 하는 것도 가능하다. 하나 초과한 콜드 와이어의 급송 속도들을 같은 용접 파라미터들 또는 다른 용접 파라미터들에 의존하여 결정될 수 있다.
유리하기로는, 아크 안정화 시기 동안의 콜드 와이어 급송 속도의 증가 또는 감소는, 아크 안정화 공정에 대한 콜드 와이어의 부정적 영향이 최소화될 수 있도록 하기 위해, 그리고 일부 실시예에서는 용접을 최상의 가능한 결과를 유지하면서 가능한 한 빨리 수행될 수 있도록 하는 것이 보장될 수 있도록 하기 위해, 가능한 한 빨리, 바람직하기로는 거의 순식간에 수행된다.
순간적인 조정은 용접 장치에 의해 허용된 수준에서 빠르게 수행된다.
아크 안정화 시기 동안의 핫 와이어 및 콜드 와이어의 급송 속도 조정은 가능한 한 신속하게 실행된다. 바람직하게는, 와이어가 100ms 내에서, 더욱 바람직하게는 10ms 내에서 새로운 급송 속도에 도달한다. 와이어가 그의 목표 급송 속도에 도달하는 데 소요되는 시간은 여러 파라미터들, 예를 들어, 와이어의 직경 및 와이어 급송 수단을 구동하기 위해 설치된 모터의 유형에 따라 달라진다. 그럼에도 불구하고, 와이어는, 하위 시기의 시작 및/또는 종료 시의 짧은 기간 동안에, 상기 하위 시기의 다른 일정한 급송 속도와는 다른 급송 속도를 취할 수 있다. 본 명세서에서는, 상기 와이어의 급송 속도가 상기 하위 시기를 시작 및/또는 종료하는 바로 그 때에 조정된다 해도, 하위 시기 전체에 걸쳐 와이어가 일정한 급송 속도로 급송되는 것으로 생각한다.
아크는 핫 와이어 급송 속도가 조정된 다음에 불안정해질 수 있다. 이것은 용융 속도의 일시적으로 감소를 초래할 수 있다. 안정된 아크 시기 동안, 콜드 와이어 급송 속도 증가율이 핫 와이어 급송 속도의 대응하는 증가율보다 낮으면 유리하다. 이것은 용융 속도의 일시적 감소로 인해 콜드 와이어가 용접 풀의 바닥을 때리게 되는 일이 없도록 하는 것을 보장한다. 콜드 와이어 급송 속도가 안정된 아크 시기 동안 너무 빨리 증가되지 않도록 하는 한 가지 방법은 콜드 와이어가 그의 목표 값에 도달할 때까지 콜드 와이어의 급송 속도를 여러 단계들에서 증가시키는 것이다. 콜드 와이어 급송 속도는, 최대 100cm/분, 바람직하게는 1cm/분 내지 10cm/분, 더욱 바람직하게는 4cm/분 내지 6cm/분의 평균 높이를 가지며 또한 10ms 내지 1000ms, 바람직하게는 50ms 내지 500ms, 가장 바람직하게는 75ms 내지 125ms의 평균 길이를 갖는 단계들에서 증가시키는 것이 유리하다. 콜드 와이어 급송 속도의 증가 개시를 지연시킬 수도 있다. 안정된 아크 시기 동안의 콜드 와이어 급송 속도의 감소는 콜드 와이어 급송 속도가 낮은 용융 속도에 즉시 맞추어질 수 있도록 하기 위해 가능한 한 신속하게 실행되어야 한다. 유리하기로는, 콜드 와이어 급송 속도에 대한 새로운 낮은 목표 값은, 상기 감소를 유발하는 핫 와이어 급송 속도의 조정 발생과 관련해서 200ms 이내에, 바람직하기로는 100ms 이내에, 보다 바람직하기로는 10ms 이내에, 가장 바람직하기로는 1ms 이내에 도달하는 것이 좋다.
본 발명의 용접 장치는 안정된 아크 시기 동안 용접 전류 또는 용접 전류와 관련된 활성 용접 파라미터를 측정하기 위한 하나 이상의 수단을 구비 할 수 있다. 이러한 값들은 필터링되어서 핫 와이어 급송 속도에 대한 새로운 목표 값을 결정하는 데 사용된다.
용접 장치는, 용접 프로세스 중에 핫 와이어 급송 속도, 또는 핫 와이어 급송 속도를 나타내며 그와 관련된 하나 이상의 활성 용접 파라미터를 측정하도록 배치된 하나 이상의 측정 수단을 구비할 수도 있다. 측정 값들은 제어 유닛에 저장된다. 핫 와이어 급송 속도가 용접 전류 변화에 의존하여 연속적으로 조정될 때, 활성 용접 파라미터를 측정하는 시간 간격은 유리하기로는 적어도 안정된 아크 시기에서는 가능한 한 짧은 것이 좋다. 적절한 시간 간격은 약 1ms이다. 측정된 값은 콜드 와이어 급송 속도의 보다 더 정확한 조정을 달성하기 위해 필터링될 수 있다. 필터링된 값은 마지막 저장된 값과 비교되고, 이에 따라 콜드 와이어 급송 속도가 증가 또는 감소되어야 하는지 여부가 결정될 수 있다. 마지막으로 측정되어 필터링된 값은 콜드 와이어 급송 속도에 대한 새로운 목표 값을 결정하는 데 사용된다. 콜드 와이어 급송 속도에 대한 대응하는 목표 값을 결정하기 위해 사용되는 활성 용접 파라미터 값들은 10ms 내지 1000ms, 바람직하게는 50ms 내지 500ms, 가장 바람직하게는 75ms 내지 125ms의 평균 길이를 갖는 간격에서 측정되는 것이 유리하다. 결국, 콜드 와이어 급송 속도는 10ms 내지 1000ms, 바람직하게는 50ms 내지 500ms, 가장 바람직하게는 75ms 내지 125ms의 평균 길이를 갖는 여러 단계들에서 조정될 수 있다. 활성 용접 파라미터들을 측정하는 시간 간격을 최대 1000ms까지 증가시키는 것도 물론 가능하다. 핫 와이어 급송 속도를 조정하는 동안 측정된 새로운 용접 파라미터 값이, 상기 조정 중에 용접 파라미터가 변경되었음을 나타내는 경우, 핫 와이어 급송 속도에 대한 새로운 목표 값이 결정되고, 그에 따라서 핫 와이어 급송 속도가 조정된다. 마찬가지로, 콜드 와이어 급송 속도를 조정하는 동안 핫 와이어 급송 속도의 변화가 검출되면, 콜드 와이어 급송 속도 목표 값의 조정으로 이어진다.
안정된 아크 시기 동안, 콜드 와이어 급송 속도를 목표 값보다 낮은 수준으로 줄여서, 아크가 안정화되는 데 충분한 시간이 부여되도록 하고 또한 콜드 와이어가 용접 퍼들의 바닥을 때리지 않도록 하고, 그런 다음 콜드 와이어 급송 속도를 목표 값까지 증가시키는 것도 가능하다. 콜드 와이어 급송 속도는 심지어는 상기 목표 값까지 증가되기 전에 멈추게 할 수도 있다.
유리하기로는, 콜드 와이어 급송 속도에 대한 새로운 목표 값을 아크 안정화 시기(CW)로부터 안정된 아크 시기(CA)로의 전환에 바로 이어서 결정하도록 구성된 제어 유닛은, 아크 안정화 시기의 최종 하위 시기의 핫 와이어 급송 속도를 안정된 아크 시기 동안 맨 먼저 측정된 핫 와이어 급송 속도와 비교하도록 구성된다. 콜드 와이어가 보다 더 높은 새로운 목표 값에 도달할 때에 안정된 아크가 존재할 수 있도록 하기 위해, 아크 안정화 시기로부터 안정된 아크 시기로의 전환 시에 콜드 와이어 급송 속도의 증가를 예를 들어 0.5초 내지 1.5초 지연시킬 수 있다. 아크 안정화 시기로부터 안정된 아크 시기로의 전환에 이어지는 콜드 와이어 급송 속도의 감소는, 콜드 와이어가 보다 낮은 새로운 목표 값에 도달하기 전에 용접 퍼들을 때리지 않게 하기 위해, 순간적인 것이 바람직하다.
본 발명의 용접 장치는 또한 다른 용접 파라미터들을 측정하기 위한 다른 측정 수단도 구비할 수 있다.
본 발명의 제2 목적은 상기 방법을 실행하기 위한 용접 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 용접 장치는, 적어도 하나의 핫 와이어를 피가공물 쪽으로 급송하는 핫 와이어 급송 수단, 아크 발생을 위해 상기 핫 와이어로 전류를 전송하기 위한 접촉 수단, 적어도 하나의 콜드 와이어를 피가공물 쪽으로 급송하는 콜드 와이어 급송 수단, 및 아크 점화 시기, 아크 안정화 시기, 및 후속한 안정된 아크 시기 동안에 상기 핫 와이어 급송 수단과 콜드 와이어 급송 수단을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다. 상기 아크 안정화 시기는 적어도 하나의 초기 하위 시기와 적어도 하나의 후속하는 메인 하위 시기를 포함한다. 상기 제어 유닛은 상기 핫 와이어 급송 수단을 제어하되, 상기 핫 와이어가 상기 초기 하위 시기 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 상기 핫 와이어가 상기 메인 하위 시기 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 그리고 상기 안정된 아크 시기 동안 핫 와이어의 급송 속도가 상기 핫 와이어를 통해 전달되는 용접 전류에 적어도 의존하여 연속해서 조정될 수 있도록, 상기 핫 와이어 급송 수단을 제어할 수 있게 구성된다. 상기 제어 유닛은 또한 상기 콜드 와이어 급송 수단을 제어하되, 상기 콜드 와이어가 상기 메인 하위 시기 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 그리고 상기 안정된 아크 시기 동안 콜드 와이어의 급송 속도가 적어도 하나의 핫 와이어의 급송 속도에 의존하여 연속해서 조정될 수 있도록, 상기 콜드 와이어 급송 수단을 제어할 수 있게 구성된다.
본 발명에 따른 용접 장치는 하나 이상의 콜드 와이어를 포함하는 용접 공정의 초기에 높은 용접 품질을 보장한다. 이것은 아크 안정화 시기의 적어도 하나의 초기 하위 시기 및 메인 하위 시기 동안 핫 와이어를 일정한 와이어 급송 속도로 급송하고, 아크 안정화 시기의 적어도 하나의 메인 하위 시기 동안 콜드 와이어를 일정한 와이어 급송 속도로 급송하여서, 핫 와이어와 피가공물 사이에 안정된 아크(또는 복수의 핫 와이어와 피가공물 사이에 복수의 아크)가 비교적 빠르게 발생할 수 있도록 함으로써 달성된다.
본 발명의 용접 장치는 콜드 와이어의 부정적인 영향이 아크 안정화 시기를 적어도 시작하는 중에는 최소화되거나 제거될 수 있게 한다. 제어 유닛은, 콜드 와이어가 아크 안정화 시기 중의 적어도 하나의 초기 하위 시기 동안에는 용접 퍼들에 도달하는 것을 방지하거나, 혹은 콜드 와이어가 아크 안정화 공정에 심각한 부정적인 영향을 미칠 수 있는 급송 속도로는 용접 퍼들에 도달하는 것은 적어도 방지한다. 바람직하게는, 제어 유닛은 피가공물을 향하는 방향에서의 콜드 와이어 급송 속도를, 적어도 상기 초기 하위 시기 중에, 9cm/분과 같거나 그 보다 낮은 속도로 유지하도록 구성된다. 보다 바람직하게는, 제어 유닛은 적어도 하나의 콜드 와이어를 상기 초기 하위 시기 중에 정지 상태로 유지시키도록 구성된다. 이와 같은 배치는 아크 안정화 공정이 아크 안정화 시기의 최초 단계(들) 동안에 콜드 와이어에 의해 부정적인 영향을 받지 않도록 하는 것을 보장한다.
제어 유닛은 어느 한 최초 하위 시기 동안에는 하나의 핫 와이어 급송 속도가 제공되고 다른 하위 시기 동안에는 다른 핫 와이어 급송 속도가 제공될 수 있도록 핫 와이어 급송 수단을 제어할 수 있게 구성될 수 있다. 이와 같은 배치에 의해, 아크 안정화 시기 동안 핫 와이어 급송 속도(이에 따라서 콜드 와이어 급송 속도도 역시)를 단계적으로 증가 또는 감소시킬 수 있는데, 이는 아크 안정화 공정에 긍정적 인 영향을 미칠 수 있다.
대안적으로, 제어 유닛은 아크 안정화 시기 전체에 걸쳐 동일한 핫 와이어 급송 속도를 제공하도록 구성될 수 있는데, 이는 용접 시기를 아크 안정화 시기와 동시에 개시할 수 있게 한다. 이 경우, 안정된 아크의 빠른 생성을 용이하게 하기 위해, 콜드 와이어 급송을 바람직하기로는 0.5초 내지 5초, 보다 바람직하기로는 2초 내지 3초 지연시키는 것이 유리하다.
제어 유닛은, 안정된 아크 시기 용접 전류에 대응하는, 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도를 결정하도록 구성될 수 있다. 유리하기로는, 아크 안정화 시기 동안 핫 와이어는 상기 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도의 0% 내지 200% 범위, 바람직하기로는 0% 내지 100% 범위 내에 있는 것이 좋다. 제어 유닛이 아크 안정화 시기의 최종 하위 시기 동안 핫 와이어의 급송 속도를 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도의 80% 내지 95% 범위에 유지시키도록 구성되면 더욱더 바람직하다.
안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도에 비해서 낮은 핫 와이어 급송 속도는 핫 와이어의 끝과 피가공물 사이의 거리를 크게 유지되게 해서 안정된 아크의 발생이 용이하도록 하는 것을 보장한다. 이러한 이유로, 전체 아크 안정화 시기 동안 핫 와이어 급송 속도(들)가 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도보다 낮게 유지되면 유리하다. 위와 같은 이유로, 아크 안정화 시기의 최초 부분 동안 핫 와이어 급송 속도가 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도에 비해 상당히 낮게 하는 것도 유리하다. 그러나, 아크 안정화 시기로부터 안정된 아크 시기로의 전환을 용이하게 하기 위해, 최종 하위 시기 동안, 일정한 핫 와이어 급송 속도와 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도 간의 차이를 비교적 작게 하는 것도 유리하다. 따라서, 핫 와이어 급송 속도가 아크 안정화 시기 동안 여러 단계들에서 조정될 수 있으면 유리하다. 일단 안정된 아크가 생성되면, 더 이상 핫 와이어 급송 속도를 낮게 유지할 필요가 없고, 용접 장치는 CA 공정으로 전환되고, 그 CA 공정에서는 용접 전류량이 설정 수준(안정된 아크 용접 전류)으로 유지될 수 있도록 하기 위해 핫 와이어 급송 속도가 조정된다.
또한, 안정된 아크의 발생을 보장하기 위해, 핫 와이어 급송 속도를 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도에 비해 더 높게 하고, 형편에 따라서는 아크 안정화 시기 동안에 점진적으로 감소되게 하는 것도 유리할 수 있다. 이는 안정된 아크 시기 용접 전류가 너무 낮아서 안정된 아크 발생을 보장하지 못할 때의 경우이다.
유리하기로는, 아크 안정화 시기 동안의 콜드 와이어의 일정한 급송 속도 각각은 대응하는 핫 와이어 급송 속도의 0% 내지 200% 범위, 바람직하기로는 0% 내지 100% 범위 내에 있는 것이 좋다. 제어 유닛은, 아크 안정화 시기로부터 안정된 아크 시기로의 전환을 용이하게 하기 위해, 적어도 최종 하위 시기 동안에는 콜드 와이어의 급송 속도를 대응하는 핫 와이어 급송 속도의 70% 내지 90% 범위로 유지시키도록 구성될 수도 있다.
유리하기로는, 사용자가 용접 공정 시작 전에 하나 이상의 용접 파라미터 값들을 입력하는 것이 좋다. 적합한 용접 파라미터들의 예로는 용접 전류, 아크 전압 및 핫 와이어 주행 속도가 있다. 제어 유닛은 상기 용접 파라미터들 값들을 이용하여 핫 와이어 및 콜드 와이어의 적합한 급송 속도를 결정한다.
핫 와이어 급송 속도가 하위 시기마다 바뀔 수 있는 실시예들에서는, 매 하위 시기에 적합한 핫 와이어 급송 속도가 결정될 수 있도록, 사용자가 해당 하위 시기에 특정된 용접 파라미터를 입력할 수 있다. 대안적 실시예들에서는, 아크 안정화 시기에 적합한 핫 와이어 및 콜드 와이어 급송 속도를 사용자가 입력할 수도 있다.
유리하기로는, 제어 유닛은, 용접 공정이 안정된 아크 시기로 진입할 때에 안정된 아크가 존재하는 것이 보장될 수 있도록, 아크 안정화 시기에 1초 내지 6초 범위, 보다 바람직하기로는 1초 내지 3초 범위의 미리 정한 시간 길이를 제공하도록 구성된다.
초기 하위 시기는 0.5초 내지 5초 범위의 미리 정한 시간 길이를 갖는 것이 유리하다.
본 발명의 용접 장치는 안정된 아크를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 안정된 아크 검출 수단을 포함할 수 있고, 제어 유닛은 상기 안정된 아크 검출 수단으로부터 안정된 아크가 검출되었음을 나타내는 신호를 받았을 때에 안정된 아크 시기를 개시시키도록 구성된다. 이는 아크 안정화 시기의 길이를 최적화할 수 있게 한다.
본 발명의 용접 장치는 하나 이상의 활성 용접 파라미터 값을 측정하도록 배치된 하나 이상의 측정 수단을 포함할 수 있다. 이 측정 수단은 제어 유닛의 일부를 형성할 수 있지만, 이들은 별도로 배치될 수도 있으며, 이 경우에서 측정 수단들은 제어 유닛에 관련 정보를 전송할 수 있도록 제어 유닛에 연결된다.
상기 측정 수단은 핫 와이어 급송 속도를 측정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 측정 수단은 핫 와이어를 피가공물 쪽으로 급송하도록 구성된 모터의 모터 샤프트 회전 속도를 측정하고 이 정보를 핫 와이어 급송 속도를 계산하는 제어 유닛으로 전송하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 또한, 핫 와이어 상에서 직접적으로 급송 속도를 측정하는 하나 이상의 센서를 사용하는 것도 가능하다.
하나 이상의 측정 수단은 용접 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 수단은 전원에 하나 이상의 분로(shunt)를 포함할 수 있다. 상기 분로는 측정할 모든 전류가 그를 통하여 흐를 수 있게 부하와 직렬로 배치된다. 상기 분로를 가로지른 전압 강하는 그를 통하여 흐르는 전류에 비례하고 분로 저항이 알려져 있으므로, 전압을 측정함으로써 용접 전류를 결정할 수 있게 된다.
상기 측정 수단은 또한 아크 전압을 측정하도록 구성될 수도 있다. 아크 전압은 전압 강하를 피하기 위해 피가공물과 핫 와이어의 최근접 단부 사이에서 측정되는 것이 유리하다.
물론, 상기 측정 수단은 다른 활성 또는 비활성 용접 파라미터들을 측정하도록 배치될 수 있고, 제어 유닛은 이들의 측정된 용접 파라미터 값들을 이용하여, 핫 와이어 및 콜드 와이어의 적합한 급송 속도를 결정하는 데 사용될 수 있는, 예컨대, 용접 전류, 아크 전압 및 핫 와이어 주행 속도를 결정한다.
본 발명의 용접 장치는 또한, 아크 점화 시기 동안 아크의 존재를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 아크 검출 수단을 포함 할 수도 있다. 이 실시예에서, 제어 유닛은, 유리하기로는, 상기 아크 검출 수단으로부터 아크의 존재를 나타내는 신호를 수신하는 즉시 아크 안정화 시기를 개시시키도록 구성된다.
예를 들어, 용접 전류의 전류량 수준이 미리 설정된 시간을 초과하는 시간 간격 동안 미리 설정된 수준을 초과하는 때에는 아크가 확립된 것으로 간주한다. 이 검출 수단은 제어 유닛의 일부를 형성할 수 있다. 또한, 제어 유닛과 분리될 수도 있고, 제어 유닛에 연결될 수도 있다.
본 발명의 용접 장치는 하나 이상의 핫 와이어들을 피가공물 쪽으로 급송하는 하나 이상의 핫 와이어 급송 수단과, 용접 전류를 상기 핫 와이어로 전송하기 위한 추가적인 접촉 수단을 포함할 수 있다. 제어 유닛은 상기 핫 와이어 급송 수단을 제어하되, 상기 핫 와이어들이 적어도 하나의 초기 하위 시기 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있고 적어도 하나의 메인 하위 시기 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 그리고 안정된 아크 시기 동안 상기 핫 와이어들 각각의 급송 속도가 상기 핫 와이어를 통해 전달되는 용접 전류에 적어도 의존하여 연속해서 조정될 수 있도록, 상기 핫 와이어 급송 수단을 제어할 수 있게 적합하게 구성된다.
본 발명의 용접 장치는 또한 하나 이상의 콜드 와이어들을 피가공물 쪽으로 급송하는 하나 이상의 콜드 와이어 급송 수단을 포함할 수 있다. 제어 유닛은 상기 콜드 와이어 급송 수단을 제어하되, 상기 콜드 와이어들이 적어도 하나의 메인 하위 시기 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 그리고 안정된 아크 시기 동안 콜드 와이어들의 급송 속도가 적어도 하나의 대응하는 핫 와이어의 급송 속도에 의존하여 연속해서 조정될 수 있도록, 상기 콜드 와이어 급송 수단을 제어할 수 있게 적합하게 구성된다.
유리하기로는, 임의의 추가적인 핫 와이어 및 콜드 와이어 급송 수단은 다른 핫 와이어 및 콜드 와이어 급송 수단을 참조하여 전술한 것과 동일한 방식으로 제어된다.
하나 이상의 핫 와이어의 추가는 용착 속도를 증가시킨다. 그러나, 추가적인 핫 와이어의 추가는 아크 안정화 시기 동안에 안정된 아크가 발생되는 것을 더욱 어렵게 만들기도 한다. 어느 한 핫 와이어에 의해 발생된 아크는 다른 핫 와이어에 의해 발생된 아크에 영향을 미쳐서 그 아크들이 안정화되는 것을 방해한다. 본 발명에 따른 용접 장치는 아크 안정화 시기의 하위 시기들 동안 핫 와이어들을 일정한 급송 속도로 급송시킴으로써 위와 같은 문제를 해결하였고, 그에 따라 안정된 아크 발생을 용이하게 하는 용접 조건을 만든다. 핫 와이어의 일정한 급송 속도는 안정된 아크가 쉽게 발생될 수 있도록 선택된다.
핫 와이어 급송 수단은 하나 이상의 핫 와이어들을 피가공물 쪽으로 급송하도록 구성될 수 있다. 즉, 핫 와이어 급송 수단은, 일 실시예에서는 단 하나의 제1 핫 와이어를 피가공물 쪽으로 급송하도록 구성되고, 대안적 실시예에서는 상기 제1 핫 와이어 외에 추가적인 핫 와이어들을 급송하도록 구성된다. 동일한 용접 장치에 하나 초과한 핫 와이어 급송 수단을 사용하는 것도 가능한데, 그 급송 수단 각각은 하나 이상의 핫 와이어를 급송하도록 구성된다.
용접 장치 내의 2개 이상의 핫 와이어들은 아크 안정화 시기의 하위 시기들 동안이나 안정된 아크 시기 동안에 동일한 급송 속도를 취할 필요가 없으며 또한 와이어 특성, 예를 들어 재료 물성 및 와이어 치수를 동일하게 가질 필요가 없다는 점을 주지해야 한다. 적합한 핫 와이어 급송 속도는 각각의 핫 와이어에 대해서 개별적으로 결정될 수 있다. 어느 한 핫 와이어에 적합한 핫 와이어 급송 속도를 결정해서 그 급송 속도를 하나 이상의 추가 핫 와이어에 적용하는 것도 가능하다.
추가적인 핫 와이어가 존재함으로 해서 단일 콜드 와이어의 급송 속도를 조절하는 방법에 대한 여러 대안을 제공한다. 단일 콜드 와이어의 급송 속도는, 아크 안정화 시기 동안, 단일 핫 와이어의 급송 속도 또는 복수의 핫 와이어들의 평균 급송 속도에 의존할 수 있다. 핫 와이어 급송 속도 값은 평균 핫 와이어 급송 속도가 계산되기 전에 계량될 수 있다. 마찬가지로, 안정된 아크 시기 동안, 단일 콜드 와이어의 급송 속도는 하나 이상의 핫 와이어의 급송 속도를 나타내는 하나 이상의 활성 용접 파라미터들에 의존하여 결정될 수 있다. 콜드 와이어 급송 속도는, 예를 들어, 단일 핫 와이어 급송 속도 또는 복수의 핫 와이어 급송 속도와 관련될 수 있다.
제어 유닛은 단일 유닛이거나, 또는 각기 다른 위치에 위치하는 복수의 서브 유닛(sub-unit)들을 포함할 수 있다.
언급된 바와 같이, 본 발명의 용접 장치는 복수의 콜드 와이어를 피가공물 쪽으로 급송하기 위한 콜드 와이어 급송 수단을 포함할 수도 있다. 용접 장치 내의 2개 이상의 콜드 와이어들은 아크 안정화 시기의 하위 시기들 동안이나 안정된 아크 시기 동안에 동일한 급송 속도를 취할 필요가 없다. 예를 들어, 2개의 콜드 와이어들 개개의 급송 속도는 각기 다른 용접 파라미터들, 예컨대 각기 다른 핫 와이어들의 급송 속도들에 관련될 수 있다. 단일의 콜드 와이어에 대한 콜드 와이어 급송 속도를 결정해서 그 급송 속도를 모든 콜드 와이어에 적요하는 것도 가능하다. 2개 이상의 콜드 와이어의 급송 속도가 계산된 때에 동일한 파라미터 값들을 사용하는 것도 가능한데, 이 경우에서 콜드 와이어들은 각기 다른 치수 및/또는 재료 물성을 가질 수 있고 각기 다른 기능을 제공하며 그에 따라 각기 다른 급송 속도를 부여받을 수 있다.
본 발명은 전술한 목적들 및 장점들과 그 밖의 목적들 및 장점들과 함께 본 발명의 예시적인 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있다. 상세한 설명은 도면들에 대한 참조들을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 트윈 와이어 용접 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 용접 헤드를 도시한 도면이다.
도 3은 반시계 방향으로 90° 회전된 도 2의 용접 헤드를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 아크 용접 헤드의 사시도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 아크-용접 용접 헤드의 사시도를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 2개의 아크 안정화 공정의 각기 다른 시기들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 핫 와이어 및 콜드 와이어 급송 속도가 시간에 걸쳐 어떻게 변화할 수 있는지를 보이는 도면이다.
도면들에서, 동일하거나 유사한 요소들은 동일한 참조 번호로 지칭된다. 도면들은 본 발명의 특정 파라미터들을 묘사하도록 의도되지 않은 단지 개략적인 도면들이다. 더욱이, 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하도록 의도된 것이므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
도 1은 서브머지드 아크 용접 장치(1)의 여러 부분들을 도시한다. 트윈 용접 장치는 제1 핫 와이어(4)를 용접 퍼들(6) 쪽으로 안내하기 위한 제1 접촉 튜브(2)를 포함한다. 제1 접촉 튜브(2)는 종래의 방식으로 접촉 팁(8)에 배치된다. 용접 전류는 상기 접촉 튜브(2)를 통해 제1 핫 와이어(4)로 전달된다. 제2 접촉 튜브(10)는 제2 핫 와이어(12)를 용접 퍼들(6) 쪽으로 안내하기 위해 트윈 와이어 용접 장치(1)에 배치된다. 제2 접촉 튜브(10)는 종래의 방식으로 접촉 팁(14)에 배치된다. 제1 및 제2 접촉 팁들(8, 14)은 여러 부품들이 집합된 것일 수 있는 단일 본체에 배치되거나, 혹은 개별적인 본체들에 배치될 있다. 제2 접촉 튜브(10)에서, 용접 전류가 제2 핫 와이어(12)로 전달된다.
접촉 팁(8, 14)을 포함하며 상기 제1 및 제2 접촉 튜브(2, 10)를 수용하는 접촉 디바이스(18)에 단일 전원(16)이 연결된다. 단일 전원(16)은 제1 및 제2 핫 와이어(4, 12)에 동일한 전위를 제공한다. 전원은 용접 변환기, 용접 변압기, 정류기, 사이리스터(thyristor) 제어식 정류기 또는 인버터와 같이 트윈 와이어 용접을 위해 동작 가능한 임의의 종래의 유형일 수 있다.
트윈 와이어 용접 장치(1)는 콜드 와이어(22)를 용접 퍼들(6)에 급송하기 위한 급송 장치(feeding arrangement)를 더 포함한다. 급송 장치는 제1 및 제2 접촉 팁(8, 14)으로부터 전기 절연된 튜브(24)를 포함한다. 콜드 와이어(22)는 튜브(24)를 통해 급송된다. 용접 시에, 아크들(40)은 콜드 와이어(22)가 아니라 제1 및 제2 핫 와이어(4, 12)에 존재할 것이다. 콜드 와이어(22)는 콜드 와이어를 아크들(40)의 영역들 안으로 도입됨으로써 용융된다. 적합하기로는, 콜드 와이어(22)는 어떤 전원에도 연결되지 않으며, 이에 따라 일반적으로 접지 전위를 띨 것이다. 그러나, 콜드 와이어를 예열하기 위해 콜드 와이어(22)를 전원에 연결하는 것이 가능할 수 있다. 그렇지만, 콜드 와이어(22)는 아크 생성을 위해 전원에 연결되지는 않을 것이다. 튜브(24)는 제1 및 제2 접촉 팁(8, 14)으로부터 절연되는 금속 튜브, 또는 세라믹 튜브일 수 있다.
서브머지드 아크 용접에서, 아크는 핫 와이어와 피가공물 사이에 존재한다. 아크와 용융된 소재는 미분 플럭스 층 아래에서 보호된다. 플럭스는 용접 공정 동안 부분적으로 용융되어, 용접 퍼들 상에 슬래그 보호 층을 생성한다.
아크(40)는 도 1에 도시된다. 피가공물에서의 아크(40) 접촉은 무작위 방식으로 이동될 것이다. 그러나, 통상적으로는, 아크(40)가 핫 와이어의 팁(34)으로부터 용접 퍼들(6)까지 연장하는 원뿔(42) 내에 존재한다는 것을 생각할 수 있다. 원뿔(42)의 개방각 β는 각 용접 사례에 따라 변할 수 있다. 그러나, 정상적인 개방각 β는 약 30도이다. 이러한 이유로 인해, 콜드 와이어(22)는, 소모성 전극의 팁(34)에서 측정된, 소모성 전극으로부터 L*cotan(β/2) 미만인 축방향 거리 D에서, 아크 영역에 대해 본질적으로 직교하는 방향으로, 아크 영역으로 들어가도록 위치시키는 것이 바람직하다. 여기서 L은 아크 길이로서, 전극 팁(34)으로부터 용접 퍼들의 근접 지점(36)까지의 거리이다.
플럭스 호퍼(도시되지 않음)는 핫 와이어(4, 12) 및 콜드 와이어(22)를 유지하는 접촉 디바이스(160)에 입상(granular) 플럭스를 공급하도록 배치된다. 입상 플럭스는 노즐(도시되지 않음)을 통해 접촉 디바이스(160)로 공급된다.
2개의 핫 와이어들(4, 12) 사이에 콜드 와이어(22)를 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 핫 와이어들(4, 12)은 용접 퍼들(6)의 표면(30)에서 측정된 원뿔 직경보다 작은 축방향 거리(A)에 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 배치를 통해, 콜드 와이어(22)는 양쪽의 핫 와이어들(4, 12)의 원뿔들(42)에 의해 한정된 아크 영역의 외부 부분들에 도입될 것이고, 이는 용접 결과에 있어서 유리하다.
트윈 와이어 용접 장치(1)는 제1 핫 와이어(4)의 급송 속도를 측정하기 위한 센서(27)를 추가로 포함한다. 물론, 하나보다 많은 센서를 이용하는 것이 가능하며, 양쪽의 핫 와이어들의 급송 속도를 측정하는 것도 가능하다. 그러나, 트윈 용접에 있어서, 2개의 핫 와이어들이 동일한 전원에 연결될 때에는, 핫 와이어들은 종종 단일 핫 와이어로서 고려되고, 하나의 센서만이 요구된다. 대안적인 실시예들에서, 센서(27)는 다른 용접 파라미터들을 측정하도록 구성된 임의의 적합한 측정 수단으로 대체될 수 있다.
트윈 와이어 용접 장치(1)는 또한 핫 와이어(4)와 피가공물 사이에 (안정된) 아크가 존재하는지를 검출하기 위한 아크 검출 수단(도시되지 않음)도 포함한다.
도 1의 트윈 와이어 용접 장치(1)는 점화 시기 및 용접 시기를 포함하는 용접 공정을 수행하도록 구성된다. 트윈 와이어 용접 장치는 CA 용접 장치이다. 트윈 와이어 용접 장치(1)는 또한 점화 시기부터 시작하여 아크 안정화 공정을 수행하고 이어서 두 개의 하위 시기(초기 하위 시기 및 메인 하위 시기)를 포함하는 아크 안정화 시기를 수행하도록 구성된다. 이 용접 장치(1)는 CA 용접 장치이다. 그러나 핫 와이어들(4, 12)의 급송 속도가 아크 안정화 시기의 각 하위 시기 동안 일정하게 유지될 수 있도록 핫 와이어들(4, 12)의 급송 속도의 자동 자체 조절은 꺼질 것이다. 트윈 와이어 용접 장치에 있어서의 핫 와이어들은 단일 핫 와이어로 간주된다는 것, 즉 핫 와이어들(4, 12)이 항상 동일한 급송 속도를 취한다는 것은 주지하고 있어야 할 점이다. 콜드 와이어(22)는 메인 하위 시기 중에만 피가공물 쪽으로 급송되며, 그 콜드 와이어(22)의 급송 속도는 메인 하위 시기 동안의 제1 핫 와이어(4)의 측정된 급송 속도에 따라 달라진다. 따라서, 콜드 와이어(22)의 급송 속도는 메인 하위 시기 동안에 일정하게 유지된다. 안정된 아크 시기 동안 수행되는 용접 공정은 CA 용접 공정인데, 이 용접 공정 동안에, 용접 전류의 전류량이 본질적으로 일정한 수준으로 유지될 수 있도록 교란 요소를 보정하기 위해, 핫 와이어(4, 12)들의 급송 속도가 조정된다.
용접 공정을 시작하기 전에, 용접 장치(1) 사용자는 안정된 아크 시기 동안 유지되어야 할 용접 전류 값을 입력한다. 이 용접 전류 값을 안정된 아크 시기 용접 전류(stable arc phase welding current)라고 칭한다. 사용자는 추가적인 용접 파라미터, 예를 들어, 아크 전압 및 와이어 이동 속도를 입력 할 수 있다. 제어 유닛 (31)은 상기 정보와 값 테이블을 이용하여 2개의 핫 와이어들(4, 12)의 적절한 아크 안정화 시기 급송 속도 값(아크 안정화 시기 전체에 걸쳐 핫 와이어 급송 속도는 일정하게 유지됨) 및 콜드 와이어(22)의 메인 하위 시기 속도 값을 계산한다. 그 후 아크 점화 시기가 시작되고, 이 아크 점화 시기에 이어서, 제1 핫 와이어와 피가공물 사이에 아크가 존재하는지를 아크 검출 수단에 의해 검출하는 것을 시작하는 초기 하위 시기가 이어진다. 이 실시예에서, 아크 안정화 시기는 2.5초의 미리 정한 시간 길이를 갖는다. 아크 안정화 시기가 끝난 때에는, 안정된 아크가 생성되었고 CA 용접 공정이 시작될 수 있는 것으로 추정한다.
아크 안정화 시기와 안정된 아크 시기의 두 시기 동안 용접이 실행되는 것을 살핀다.
안정된 아크 시기 동안에, 센서(27)는 약 1밀리초 간격으로 연속해서 핫 와이어(4)의 급송 속도를 측정하여, 그 측정된 핫 와이어 급송 속도를 제어 유닛(31)으로 전송한다. 제어 유닛(31)은 수신된 값들을 필터링하고, 후속해서 콜드 와이어(22)의 급송 속도를 제어하는 데에 사용되는 그 값들은 75밀리초 내지 125밀리초 사이의 평균 길이를 갖는 간격으로 측정된다. 제어 유닛(31)은 각각의 필터링된 값에 대해서 콜드 와이어(22)를 위한 대응하는 급송 속도 목표 값을 결정한다.
제어 유닛(31)은 또한 목표 값이 현재의 콜드 와이어(22) 급송 속도보다 더 높거나 더 낮은지를 결정한다. 콜드 와이어(22) 급송 속도의 감소는 가능한 한 빠르게 수행되는 것이 유리하고, 반면에 콜드 와이어 급송 속도의 증가는 그 증가 크기의 여하에 따른 시간 길이로 지연되어야 콜드 와이어(22) 급송 속도가 목표 값에 도달하기 전에 아크들(40)이 안정되는 것이 보장된다.
신호는 제어 유닛(31)으로부터, 콜드 와이어(22)를 피가공물 쪽으로 급송하기 위해 배치된 콜드 와이어 급송 수단(35)으로, 전송된다. 콜드 와이어 급송 수단(35)은 제어 유닛(31)으로부터 나온 명령들에 따라 콜드 와이어(22) 급송 속도를 증가시키거나 감소시킨다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 트윈 용접 장치(1)를 위한 전기 아크-용접 용접 헤드(100)의 상이한 도면들을 도시하고 있다.
용접 헤드(100)는, 한 단부에, 용접하는 동안에 용접되는 피가공물에 근접해 있는 접촉 디바이스(160)를 포함한다. 접촉 디바이스(160)는 와이어들(4, 22, 12)(콜드 와이어(22)만 도 2에 도시되어 있음)을 포함하는 와이어 조립체(170)를 유지한다. 와이어들(4, 22, 12)은 용접하는 동안에 피가공물과 대면하는 접촉 디바이스(160)의 하부 단부에서 출구(162)를 통해 접촉 디바이스(160)를 빠져나간다. 와이어들(4, 22, 12)은 코일들(도시되지 않음)과 같은 각각의 저장소(reservoir)들로부터 아크 용접 헤드(100) 쪽으로 급송될 수 있다.
전술한 바와 같이, 와이어 조립체(170)는 접촉 디바이스(160)에 배치된 2개의 핫 와이어들(4, 12)과 콜드 와이어(22)를 포함한다. 핫 와이어들(4, 12)은 소위 트윈 와이어로 배치되는데, 이들은 이중 와이어 배치로서 병행해서 급송된다.
접촉 디바이스(160) 위에 급송기 수단(150)이 배치되고, 이 급송기 수단은 핫 와이어들(4, 12)을 접촉 디바이스(160) 쪽으로 급송한다. 일반적으로, 급송기 수단(150)은 핫 와이어들(4, 12)을 접촉 디바이스(160) 쪽으로 이동시키는 홈 형성된 휠(grooved wheel)들을 포함한다. 급송기 수단(150)은 콜드 와이어(22)를 통과시켜 급송하는 전기 절연 부분(156)을 포함한다. 전기 절연 부분(156)은 콜드 와이어(22)를 위한 별도의 절연된 홈을 갖는 급송기 휠들로 구성될 수 있다. 콜드 와이어(22)는 와이어 급송 수단(150)을 자유롭게 통과할 수 있다. 급송기 휠들은 구동 유닛(152)(도 2에 도시되지 않음), 예를 들어, 전기 모터에 의해 구동된다.
플럭스 호퍼(11)는 입상 플럭스를 노즐(도시되지 않음)을 통해 접촉 디바이스(160)에 급송한다.
구동 유닛(152) 외에도, 와이어 급송 수단(150)은 구동 샤프트를 갖는 기어를 포함한다. 기어의 구동 샤프트에 급송 휠(154)(도 5)이 배치되는데, 상기 급송 휠은 다른 휠(도시되지 않음)에 의해 가압될 수 있다. 급송 휠(154)은 와이어를 접촉 디바이스(160)의 방향으로 순방향으로 구동한다.
핫 와이어들(4, 12)을 교정하기 위해 와이어 교정 유닛(wire straightening unit)(140)이 와이어 급송 수단(150) 위에 배치된다. 와이어 교정 유닛(140)의 선두 위치에 도시된 2개의 롤러들은 와이어 교정 디바이스의 후방 부분에 수직 방향에서 위아래로 배치된 3개의 고정 휠들에 압력을 가하하는 데 사용된다. 롤러들이 휠들에 가하는 압력은 와이어 교정 유닛(140)의 외측에서 노브들을 통해 조정가능하다. 3개의 휠들에 대한 롤러들의 압력이 와이어를 곧바르게 편다. 와이어 교정 유닛(140)은 전기 절연 부분(146)을 포함하고, 이 전기 절연 부분(146)을 통해서 콜드 와이어(22)가 자유롭게 와이어 교정 유닛(140)을 통과할 수 있다.
콜드 와이어(22)를 접촉 디바이스(160) 쪽으로 급송하기 위해 개별적인 와이어 급송 수단(35)이 와이어 교정 유닛(140) 위에 배치된다. 와이어 급송 수단(35)에는 이 와이어 급송 수단(35)의 급송 휠들을 구동시킬 수 있도록 하기 위해 구동 유닛(132), 예를 들어, 전기 모터가 설치된다. 와이어 급송 수단(35)은, 구동 유닛(132) 외에도, 구동 샤프트를 갖는 기어를 포함한다. 상기 기어의 구동 샤프트에 급송 휠(134, 도 5)이 배치되고, 이 급송 휠은 다른 휠(도시되지 않음)에 의해 가압될 수 있다. 급송 휠(134)은 콜드 와이어(22)를 접촉 디바이스(160)의 방향으로 순방향으로 구동한다.
콜드 와이어(22)를 교정하기 위해 개별적인 와이어 교정 유닛(120)이 와이어 급송 수단(35) 위에 배치된다. 콜드 와이어(22)를 와이어 보빈(도시되지 않음)과 같은 와이어 저장소로부터 접촉 노즐로 안내하기 위해, 용접 헤드(100)의 길이 방향 연장부를 따라 전기 절연 도관(180)이 제공된다. 전기 절연 와이어 도관은 급송 수단들(150 및 130) 사이와 그리고 와이어 교정 유닛(120) 위에 배치되어서 콜드 와이어(22)를 수용할 수 있다.
특히, 전기 절연 도관(180)은, 와이어 교정 유닛(140)의 전기 절연 부분(146)과; 절연되지 않은 핫 와이어들(4, 12)을 위한 와이어 급송 수단(150)의 전기 절연 부분(156)과; 접촉 디바이스(160)의 전기 절연 부분과; 전기 절연 콜드 와이어(22)를 위한, 유닛들(130, 140, 150, 160) 사이와 와이어 교정 유닛(120) 위의 전기 절연 와이어 도관들로 구성된다.
핫 와이어 및 콜드 와이어를 위한 적합한 접촉 디바이스들에 대한 상세한 설명은, 예를 들어, 국제 공보 WO 2012/041375 A1호에 제공되어 있다.
전술한 바와 같이, 아크 용접 장치(1)는 핫 와이어(4) 급송 속도를 측정하기 위한 센서(27)를 구비한다.
아크 용접 장치(1)는 또한 제1 핫 와이어와 피가공물 사이에 아크가 존재하는지를 검출하기 위한 아크 검출 수단(도시되지 않음)도 구비한다.
도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 사실상 동일한 레이아웃의 아크-용접 용접 헤드(100)의 측면도이다. 트윈 와이어들을 위해 2개의 가이드 튜브들(142, 144)이 와이어 교정 유닛(140) 위에 제공된다. 가이드 튜브들(142, 144)은 용접 헤드(100)의 길이 방향 연장부에 대해 비스듬히 배치된다. 콜드 와이어를 위한 가이드 튜브(182)는 콜드 와이어(도시되지 않음)를 위한 와이어 급송 수단(35)과 핫 와이어들(도시되지 않음)을 위한 와이어 교정 유닛(140) 사이에 배치된다. 구동 유닛들(132, 152)에는 와이어들의 속도 제어를 위한 펄스 센서들이 설치될 수 있다. 플럭스 호퍼(114, 도 2 내지 도 4 참조)를 위한 노즐(116)이 접촉 디바이스(160)에 가까이 배치된다. 노즐(116)은 접촉 디바이스(160)의 길이 방향 축에 평행하게 배치된 로드(rod)(118)에 고정된다.
도 6a는 도 1에 도시된 아크 용접 장치와 유사한 아크 용접 장치에 의해 수행되는 서브머지드 아크 용접 공정의 각기 다른 시기들을 개략적으로 도시하고 있다. 콜드 와이어 급송 속도는 제1 핫 와이어의 급송 속도(제2 핫 와이어의 급송 속도와 동일)에 따라 결정된다.
서브머지드 아크 용접 공정은 제1 (불안정) 아크가 제1 핫 와이어와 피가공물 사이에서 점화되는 점화 시기를 포함한다. 점화 시기 바로 다음에는 피가공물에 대해 용접이 수행되는 용접 시기가 이어진다. 용접 시기는 아크가 검출되자마자 시작된다.
본 발명의 용접 장치는 점화 시기(IP)와 아크 안정화 시기(AP)와 안정된 아크 시기(SP)를 포함하는 아크 안정화 공정을 수행하도록 구성된다. 아크 안정화 시기(AP)는 초기 하위 시기(IS) 및 메인 하위 시기(MS)로 구성된다. 아크 안정화 시기(AP)와 용접 시기는 동시에 시작된다. 즉, 아크 안정화 시기(AP) 동안에 용접이 수행된다. 이 때문에, 안정된 아크가 가능한 빨리 발생되는 것이 필수적이다. 이 실시예에서, 아크 안정화 시기(AP)는 2.5초의 미리 정한 길이(안정된 아크를 생성하기에 충분한 것으로 간주됨)를 취한다. 초기 하위 시기(IS)는 2.0초의 미리 정한 길이를 취하며, 메인 하위 시기(MS)는 0.5초의 미리 정한 길이를 취한다.
점화 시기(IP)가 개시되기 전에, 용접 장치 사용자는 안정된 아크 시기(SP) 동안 유지되는 안정된 아크 시기 용접 전류를 포함한 용접 파라미터 값들의 세트를 입력한다. 제어 유닛은 제1 및 제2 핫 와이어에 인가할, 아크 안정화 시기(AP)에 적합한 핫 와이어 급송 속도를 결정한다. 핫 와이어 급송 속도는 아크 안정화 시기(AP) 전체에 걸쳐 일정하게 유지된다는 점을 주지해야 한다. 일단 아크 검출 수단이 제1 핫 와이어와 피가공물 사이에서 아크를 검출하면, 제어 유닛은 아크 안정화 시기(AP)를 개시시킨다. 초기 하위 시기(IS) 동안, 핫 와이어는 상기 제어 유닛에 의해 결정된 급송 속도로 정방향으로 급송되고, 반면에 콜드 와이어는 정지 상태(정방향으로 급송되지 않음)에 유지된다. 후속한 메인 하위 시기(MS) 동안, 핫 와이어는 상기 일정한 급송 속도로 정방향으로 급송되고, 콜드 와이어는 제1 핫 와이어의 일정한 급송 속도에 의존하여 결정된 일정한 급송 속도로 정방향으로 급송된다. 아크 안정화 시기(AP)가 시작된 이후에 2.5초 경과된 후, 아크 안정화 공정은 안정된 아크 시기(SP)로 진입한다.
안정된 아크 시기(SP)는 아크 안정화 시기(AP) 직후에 이어진다. 안정된 아크 시기(SP) 동안 핫 와이어의 급송 속도는 가변적이고, 반면에 아크 전압 수준은 일정하게 유지된다. 핫 와이어의 급송 속도는, 용접 전류의 전류량 수준을 설정된 안정된 아크 시기 용접 전류 수준으로 유지할 수 있도록 하고 또한 표면의 불규칙성 및 용접 공정의 변동성과 같은 교란 요소를 보정할 수 있도록 하기 위해 연속적으로 조정된다. 이 CA 용접 공정은 수행하기 쉽고 양호한 용접 결과를 제공한다.
도 6b는 본 발명에 따른 방법의 대안적 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 용접 시기는 제1 및 제2 조업 개시 시기에 후행하고, 아크 안정화 시기(AP)는 3개의 하위 시기, 즉 제1 조업 개시 시기에 대응하는 초기 하위 시기(IS)와, 제2 조업 개시 시기에 대응하는 메인 하위 시기(MS)와, 제2 조업 개시 시기의 종료와 안정된 아크 시기(SP)의 시작 사이의 기간에 걸쳐진 최종 하위 시기(FS)로 나누어진다.
이와 같은 배치의 목적은 안정된 아크의 발생을 용이하게 하고, 용접 시기를 안정된 아크가 발생될 때까지 연기시키는 것이다.
사용자는, 안정된 아크 용접 전류와, 안정된 아크 시기에 관련된 임의의 추가적인 용접 파라미터 값들 외에, 복수의 하위 시기에 특정된 용접 파라미터들도 입력한다. 적합한 용접 파라미터들의 예로는 용접 전류, 아크 전압 및 주행 속도가 있다. 제어 유닛은 이러한 값들에 기초하여 각 하위 시기에 적합한 핫 와이어 급송 속도를 결정한다.
초기 하위 시기(IS)의 주목적은 안정된 아크의 발생을 용이하게 하는 것이다. 이것은 아크 안정화 공정에 대한 콜드 와이어의 부정적인 영향을 일시적으로 제거함으로써 달성된다. 초기 하위 시기(IS) 동안 콜드 와이어는 정지된 채로 유지되고, 반면에 핫 와이어들은 제어 유닛에 의해 결정된 일정한 급송 속도로 정방향으로 급송된다.
메인 서브 시기(MS)의 주목적은 아크가 비교적 안정적으로 유지되는 것을 보장하면서 용접 공정에 콜드 와이어를 도입하는 것이다. 여기서는 콜드 와이어와 핫 와이어 둘 다가 제어 유닛에 의해 결정된 일정한 급송 속도로 정방향으로 급송된다. 이 실시예에서, 핫 와이어 급송 속도는 초기 하위 시기(IS) 동안에 보다는 메인 하위 시기(MS) 동안에 더 높다. 콜드 와이어 급송 속도는 대응하는 제1 핫 와이어 급송 속도에 의존하여 결정된다.
최종 하위 시기(FS) 동안 인가된 핫 와이어 급송 속도는 메인 하위 시기(MS) 동안 인가된 핫 와이어 급송 속도보다 더 높고, 따라서 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도에 보다 더 근접한다. 따라서, 최종 하위 시기(FS)로부터 안정된 아크 시기(SP)로의 원활한 전환이 보장된다. 콜드 와이어 급송 속도는 제1 핫 와이어 급송 속도를 따르며, 최종 하위 시기(FS)가 시작될 때에 증가되기도 한다. 대안적 실시예에서, 메인 하위 시기(MS)는 아크 안정화 시기(AP)의 종료까지 연장될 수 있다.
이제는 도 7a를 참조하여 도 6a에 개략적으로 도시된 방법을 더 상세히 설명한다. 실선(A)은 각 시기 동안의 실제 핫 와이어 급송 속도를 나타내고, 실선(B)은 각 시기 동안의 실제 콜드 와이어 급송 속도를 나타내며, 점선(C)은 안정된 아크 시기(SP) 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도를 나타낸다.
도 7a는 아크 점화 시기(IP, t0-t1) 동안의 핫 와이어 급송 속도가 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도(C)의 약 25%의 값으로 설정된 것을 보이고 있다.
언급된 바와 같이, 상기 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도(C)는 용접 공정이 시작되기 전에 사용자에 의해 설정된 하나 이상의 용접 파라미터 값들에 기초하여 상기 제어 유닛에 의해 결정된다. 안정된 아크 시기(SP)를 시작할 때의 실제 제1 핫 와이어 급송 속도(A)는, 이 실시예에서는, 상기 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도(C)와 동일하다. 항상 이렇지 않다는 점은 주지해야 한다. 실제 제1 핫 와이어 급송 속도(A)는, 예컨대 교란 요소에 직면한 결과, 상기 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도(C)와 다를 수 있다.
아크 검출 수단은 아크를 검출하고, 신호를 제어 유닛으로 보낸다(t1). 제어 유닛은 핫 와이어 급송 수단에 핫 와이어 급송 속도(A)를 상기 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도(C)의 약 90%의 값까지 증가시키라는 지시를 한다. 새로운 핫 와이어 급송 속도(A)는 초기 하위 시기(IS, t1-t2)와 메인 하위 시기(MS, t2-t3)에 걸쳐 일정하게 유지된다. 콜드 와이어는 초기 하위 시기(IS, t1-t2) 동안에는 정지 상태로 유지되고, 메인 하위 시기(MS, t2-t3) 동안에는 일정한 콜드 와이어 급송 속도(B)를 취한다. 메인 하위 시기(MS, t2-t3) 동안의 콜드 와이어 급송 속도(B)는 메인 하위 시기(MS, t2-t3) 동안의 제1 핫 와이어 급송 속도(A)의 약 70%이다.
아크 안정화 시기(AP, t1-t3)가 2.5초 동안 지속되고서, 안정된 아크 시기(SP)가 바로 이어진다. 아크 안정화 공정이 안정된 아크 시기(SP)로 진입함에 따라, 제어 유닛은 핫 와이어 급송 수단에, 용접 장치 사용자에 의해 설정된 안정된 아크 시기 용접 전류에 대응하는 급송 속도를 제1 및 제2 핫 와이어에 인가하라는 지지를 내린다. 그 후, 용접 전류의 전류량 수준이 연속적으로 측정되고, 그 측정된 값들은 제어 유닛에서 필터링된다. 용접 전류의 전류량 수준은 안정된 아크 시기(SP) 동안에는 교란 결과로 인해 변동할 수 있고, 제어 유닛은 핫 와이어 급송 속도의 조정을 통해 전류량 수준을 설정된 값(안정된 아크 시기 용접 전류)으로 복원하도록 프로그램된다(즉, 제어 유닛은 핫 와이어 급송 속도의 조정을 통해 전류량 수준을 상기 설정 수준으로 유지하도록 구성된다). 예를 들면, t5에서, 제어 유닛은 용접 전류의 전류량 수준의 증가를 등록하여서, 전류량 수준을 그 이전의 낮은 값으로 복원시키기 위해 핫 와이어 급송 수단에 핫 와이어 급송 속도(A)를 낮추라는 지시를 내린다.
용접 공정 동안 제1 핫 와이어 급송 속도가 연속적으로 측정되고, 그 측정 값은 제어 유닛에 의해 필터링된다. 각각의 필터링된 값에 대해, 제어 유닛은 콜드 와이어를 위한 대응하는 급송 속도 목표 값을 결정하고, 콜드 와이어 급송 수단에 콜드 와이어 급송 속도(B)를 상기 목표 값으로 조정하라는 지시를 내린다. 결국, t2 및 t3-t4에서 콜드 와이어 급송 속도(B)가 증가하고, t5에서 콜드 와이어 급송 속도 (B)가 감소한다.
아크 안정화 공정이 안정된 아크 시기(SP)로 진입할 때(t3)의 콜드 와이어 급송 속도(B)의 증가는 (제1 핫 와이어 급송 속도(A)의 거의 순간적인 증가와 비교해서) 상대적으로 느린 속도로 실행된다는 점을 주지해야 한다. 콜드 와이어 급송 속도(B)는 t4에서 새로운 목표 값에 도달한다. 이 지연은 콜드 와이어 급송 속도 (B)가 새로운 더 높은 목표 값에 도달하기 전에 아크가 새롭고 더 높은 핫 와이어 급송 속도(A) 수준에서 안정화되는 것을 보장한다. t5에서의 콜드 와이어 급송 속도 (B)의 감소는, 콜드 와이어가 핫 와이어 급송 속도(A)와 관련하여 너무 높은 급송 속도(B)를 가지며 용접 퍼들을 때리는 상황을 피하기 위해, 거의 순간적으로 실행된다.
콜드 와이어 급송 속도(B)가 증가 또는 감소되어야 하는지 여부를 결정하는 가장 쉬운 방법은 마지막으로 측정되어 필터링된 제1 핫 와이어 급송 속도(A) 값을 제어 유닛에 저장하고, 그 값을 다음에 측정되어 필터링된 제1 핫 와이어 급송 속도(A) 값과 비교하는 것이다. 마찬가지로, 마지막으로 결정된 콜드 와이어 급송 속도(B)의 값을 제어 유닛에 저장하고, 그 값을 다음에 결정된 콜드 와이어 급송 속도(B) 값과 비교할 수 있다.
아크 안정화 시기(AP)로부터 안정된 아크 시기(SP)로의 전환 시에(t3), 제어 유닛은 제1의 측정되고 필터링된 핫 와이어 또는 콜드 와이어 급송 속도 값을 메인 하위 시기 동안(t2-t3) 유지된 대응하는 일정한 급송 속도 값과 비교해서, 콜드 와이어 급송 속도(B)의 조정이 즉시(감소) 실행되어야 하는지 혹은 지연(증가)되어야 하는지 여부를 결정한다.
도 6b에 개략적으로 도시된 방법은 도 7b에 보다 상세히 도시되어 있다.
도 7b에서 아크 안정화 시기(AP)는 세 개의 하위 시기, 즉 초기 하위 시기(IS, t1-t2), 메인 하위 시기(MS, t2-t3), 최종 하위 시기(FS, t3-t4)로 나누어진다.
아크 점화 시기(IP, t0-t1) 동안 제1 핫 와이어 급송 속도는 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도(C)의 약 25%이다. 일단 아크가 검출되고(t1) 아크 안정화 공정이 초기 하위 시기(IS, t1-t2)에서 시작되면, 핫 와이어 급송 속도(A)는 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도(C)의 약 50%까지 증가한다. 초기 하위 시기(IS, t1-t2) 동안 안정된 아크 발생의 가능성이 최적화될 수 있도록, 콜드 와이어는 정지 상태로 유지된다. 메인 하위 시기(MS, t2-t3) 시작 시에, 핫 와이어 급송 속도(A)는 다시, 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도(C)의 약 75%까지 증가된다. 이와 동시에, 콜드 와이어는 제1 핫 와이어 급송 속도(A)의 약 50%의 급송 속도(B)로 정방향으로 급송된다. 따라서, 아크는 안정된 아크 시기(SP) 전에 콜드 와이어의 존재 하에 안정화될 수 있다. 일단 메인 하위 시기(MS, t2-t3)가 종료되고 최종 하위 시기(FS, t3-t4)가 시작되면, 핫 와이어 급송 속도(A)는 다시, 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도(C)의 약 90%까지 증가되고, 콜드 와이어 급송 속도(B)는 제1 핫 와이어 급송 속도(A)의 70%까지 증가된다. 마지막으로, 안정된 아크 시기(SP) 시작 시에, 제1 핫 와이어 급송 속도(A)는 해제되고, 콜드 와이어 급송 속도(B)는, 도 7a를 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 상기 제1 핫 와이어 급송 속도에 지속적으로 맞추어진다.
이 실시예에서, 핫 와이어 급송 속도(A)는 아크 안정화 공정이 새로운 하위 시기로 들어갈 때마다 매번 증가된다(콜드 와이어 급송 속도도, 아크 점화 시기(IP)로부터 초기 하위 시기(IS)로의 전환 시를 제외하면, 마찬가지임). 핫 와이어 및 콜드 와이어 급송 속도는 각 하위 시기 동안은 일정하게 유지된다. 핫 와이어 급송 속도(A) 수준은 용접 공정이 시작되기 전에 사용자가 설정한 용접 파라미터에 기초하여 제어 유닛에 의해 결정되고, 콜드 와이어 급송 속도(B) 값은 대응하는 제1 핫 와이어 급송 속도(A) 값에 의존하여 결정된다. 안정된 아크 시기(SP) 동안, 콜드 와이어 급송 속도(B)의 목표 값은 측정된 제1 핫 와이어 급송 속도(A) 값에 기초하여 제어 유닛에 의해 결정된다.
청구범위에 의해 제공되는 보호 범위는 상술한 실시예들에 제한되지 않는다. 실시예들과 특징들은 상기 보호 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 방식으로 결합 될 수 있다.
예를 들어, 아크 안정화 시기 동안의 용접 조건의 변화는 아크 안정화 공정이 안정된 아크 시기로 들어갈 때에 핫 와이어 급송 속도의 감소를 야기할 수 있다. 또한, 안정된 아크 시기 동안에 유지될 안정된 아크 시기 용접 전류가 너무 낮아서, 아크 안정화 시기 동안 핫 와이어 급송 속도를 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어의 예상 급송 속도에 비해 더 높은 속도로 적용하는 것이 유리할 수 있는 실시예들도 있다. 도 6a 및 도 6b와 도 7a 및 도 7b를 참조하여 위에서 설명한 방법들은 임의 개수의 핫 와이어와 하나 초과한 콜드 와이어를 포함하는 용접 장치에 적용시킬 수 있다. 핫 와이어는 두 개 이상의 하위 시기들에서 동일한 급송 속도를 취할 수 있고, 콜드 와이어는 두 개 이상의 하위 시기들에서 동일한 급송 속도를 취할 수 있다. 도 7b의 아크 안정화 시기는 3개 초과 하위 시기들을 포함할 수 있다. 최종 하위 시기를 제거하고 메인 하위 시기를 아크 안정화 시기의 종료까지 연장시키는 것도 가능하다. 최종 조업 개시 시기가 종료되기 전에 아크 안정화 시기가 종료되는 실시예들에서, 아크 안정화 시기는 최종 조업 개시 시기의 종료까지 연장될 수 있다.

Claims (22)

  1. 아크를 점화하는 단계를 포함하는 아크 점화 시기(IP), 아크 안정화 시기(AP), 및 안정된 아크 시기(SP)를 포함하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법에 있어서,
    아크 안정화 시기(AP)는 적어도 하나의 초기 하위 시기(IS)와 적어도 하나의 후속하는 메인 하위 시기(MS)를 포함하고,
    상기 초기 하위 시기(IS)는
    - 적어도 하나의 핫 와이어(4, 12)를 피가공물 쪽으로 일정한 급송 속도로 급송하는 단계를 포함하고;
    메인 하위 시기(MS)는
    - 상기 핫 와이어(4, 12)를 피가공물 쪽으로 일정한 급송 속도로 급송하는 단계, 및
    - 적어도 하나의 콜드 와이어(22)를 피가공물 쪽으로 일정한 급송 속도로 급송하는 단계를 포함하고;
    상기 안정된 아크 시기(SP)는
    - 상기 핫 와이어(4, 12)를 통해 전달되는 용접 전류에 적어도 의존하여 핫 와이어(4, 12)의 급송 속도를 연속적으로 조정하는 단계, 및
    - 적어도 하나의 핫 와이어(4, 12) 급송 송도에 의존하여 콜드 와이어(22)의 급송 속도를 연속적으로 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초기 하위 시기(IS) 동안 피가공물을 향하는 방향에서의 콜드 와이어(22)의 급송 속도는 9cm/분과 같거나 그 보다 낮게 유지하는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 콜드 와이어(22)를 상기 초기 하위 시기(IS) 동안 정지 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    핫 와이어(4, 12)의 급송 속도를 아크 안정화 시기(AP) 전체에 걸쳐 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    핫 와이어(4, 12)의 급송 속도가 적어도 2 개의 다른 하위 시기(IS, MS, FS)들 사이에서 변화하는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    하위 시기(IS, MS, FS) 동안의 핫 와이어(4, 12)의 급송 속도는, 안정된 아크 시기 용접 전류에 대응하는, 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어(4, 12)의 예상 급송 속도의 0% 내지 200% 범위 내에 있고;
    상기 하위 시기(IS, MS, FS) 동안의 콜드 와이어(22)의 일정한 급송 속도는, 상기 하위 시기(IS, MS, FS) 동안의 적어도 하나의 핫 와이어(4, 12)의 급송 속도의 0% 내지 100% 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    하위 시기(IS, MS, FS) 동안의 핫 와이어(4, 12)의 급송 속도는, 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어(4, 12)의 예상 급송 속도의 0% 내지 100% 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    최종 하위 시기(MS, LS) 동안의 핫 와이어(4, 12)의 일정한 급송 속도는 안정된 아크 시기 중의 핫 와이어(4, 12)의 예상 급송 속도의 80% 내지 95% 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    최종 하위 시기(MS, LS) 동안의 콜드 와이어(22)의 일정한 급송 속도는, 상기 최종 하위 시기(MS, LS) 동안의 적어도 하나의 핫 와이어(4, 12)의 급송 속도의 70% 내지 90% 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아크 안정화 시기(AP)는 1초 내지 6초 범위의 미리 정한 시간 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 아크 안정화 시기(AP)는 1.0초 내지 3.0초 범위의 미리 정한 시간 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    초기 하위 시기(IS)는 0.5초 내지 5초 범위의 미리 정한 시간 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 초과하는 핫 와이어(4, 12)를 피가공물 쪽으로 급송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서브머지드 아크 용접 공정을 시작하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 용접 장치(1)로서,
    - 적어도 하나의 핫 와이어(4, 12)를 피가공물 쪽으로 급송하는 핫 와이어 급송 수단(150);
    - 아크 발생을 위해 상기 핫 와이어(4, 12)로 전류를 전송하기 위한 접촉 수단(2);
    - 적어도 하나의 콜드 와이어(22)를 피가공물 쪽으로 급송하는 콜드 와이어 급송 수단(35); 및
    - 아크 점화 시기(IP), 아크 안정화 시기(AP), 및 후속한 안정된 아크 시기(SP) 동안에 상기 핫 와이어 급송 수단(150)과 콜드 와이어 급송 수단(35)을 제어하도록 구성된 제어 유닛(31)을 포함하는, 용접 장치(1)에 있어서,
    상기 아크 안정화 시기(AP)는 적어도 하나의 초기 하위 시기(IS)와 적어도 하나의 후속하는 메인 하위 시기(MS)를 포함하고,
    상기 제어 유닛(31)은 상기 핫 와이어 급송 수단(150)을 제어하되,
    - 상기 핫 와이어(4, 12)가 상기 초기 하위 시기(IS) 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록,
    - 상기 핫 와이어(4, 12)가 상기 메인 하위 시기(MS) 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 그리고
    - 상기 안정된 아크 시기(SP) 동안 핫 와이어(4, 12)의 급송 속도가 상기 핫 와이어(4, 12)를 통해 전달되는 용접 전류에 적어도 의존하여 연속해서 조정될 수 있도록, 상기 핫 와이어 급송 수단(150)을 제어할 수 있게 구성되고; 또한,
    상기 제어 유닛(31)은 상기 콜드 와이어 급송 수단(35)을 제어하되,
    - 상기 콜드 와이어(22)가 상기 메인 하위 시기(MS) 동안에 일정한 급송 속도로 급송될 수 있도록, 그리고
    - 상기 안정된 아크 시기(SP) 동안 콜드 와이어(22)의 급송 속도가 적어도 하나의 핫 와이어(4, 12)의 급송 속도에 의존하여 연속해서 조정될 수 있도록, 상기 콜드 와이어 급송 수단(35)을 제어할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어 유닛(31)은 상기 초기 하위 시기(IS) 동안 피가공물을 향하는 방향에서의 콜드 와이어(22)의 급송 속도를 9cm/분과 같거나 그 보다 낮게 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제어 유닛(31)은 상기 콜드 와이어(22)를 상기 초기 하위 시기(IS) 동안 정지 상태로 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(31)은 핫 와이어(4, 12)의 급송 속도가 아크 안정화 시기(AP) 전체에 걸쳐 일정하게 유지되도록 상기 핫 와이어 급송 수단(150)을 제어할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  18. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(31)은, 핫 와이어(4, 12)에 한 하위 시기(IS, MS, FS) 동안에 한 급송 속도를 제공하고 다른 하위 시기(IS, MS, FS) 동안에 다른 급송 속도를 제공할 수 있도록, 상기 핫 와이어 급송 수단(150)을 제어할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(31)은, 상기 아크 안정화 시기(AP)에 1초 내지 6초 범위의 미리 정한 시간 길이를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    용접 장치(1)가, 하나 초과한 핫 와이어(4, 12)를 피가공물 쪽으로 급송하는 적어도 하나의 핫 와이어 급송 수단(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    용접 장치(1)가, 하나 초과한 콜드 와이어(22)를 피가공물 쪽으로 급송하는 적어도 하나의 콜드 와이어 급송 수단(35)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  22. 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    용접 장치(1)가, 아크 점화 시기(IP) 동안 아크의 존재를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 아크 검출 수단을 포함하고,
    상기 제어 유닛(31)은 상기 아크 검출 수단으로부터 아크(40)의 존재를 나타내는 신호를 받는 즉시 아크 안정화 시기(AP)를 개시시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 용접 장치.
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