KR20170034882A

KR20170034882A - 아크 용접 제어 방법

Info

Publication number: KR20170034882A
Application number: KR1020177000493A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 이데
Original assignee: 가부시키가이샤 다이헨
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-03-29
Also published as: EP3184227B1; US20170216952A1; KR102306504B1; US10695855B2; JP6532137B2; CN106457445A; JPWO2016027638A1; WO2016027638A1; EP3184227A4; CN106457445B; EP3184227A1

Abstract

용접 와이어(1)의 송급 속도(Fw)를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하고, 전압 설정값에 기초하여 용접 전압(Vw)을 제어하고, 단락 기간과 아크 기간을 반복하여 용접하는 아크 용접 제어 방법에 있어서, 용접 전압(Vw)의 평활값을 검출하고, 이 용접 전압 평활값과 전압 설정값이 동일하게 되도록, 송급 속도(Fw)의 주기(Tf)를 피드백 제어함으로써, 전압 설정값의 변화에 수반되는 용적 이행 상태의 변화에 대응하여, 송급 속도(Fw)의 주기(Tf)가 적정화되므로, 송급 속도(Fw)의 정송과 역송의 주기와 단락 기간과 아크 기간의 주기에 동기 어긋남이 발생하는 것을 억제할 수 있어, 용접 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.

Description

아크 용접 제어 방법{ARC WELDING CONTROL METHOD}

본 발명은 용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하고, 전압 설정값에 기초하여 용접 전압을 제어하고, 단락 기간과 아크 기간을 반복하여 용접하는 아크 용접 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 소모 전극식 아크 용접에서는, 소모 전극인 용접 와이어를 일정 속도로 송급하고, 용접 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 용접이 행해진다. 소모 전극식 아크 용접에서는, 용접 와이어와 모재가 단락 기간과 아크 기간을 교대로 반복하는 용접 상태로 되는 경우가 많다.

용접 품질을 더욱 향상시키기 위해, 용접 와이어의 정송과 역송을 교대로 전환하여 용접하는 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 1의 발명에서는, 용접 전류 설정값에 따른 송급 속도의 평균값으로 하고, 용접 와이어의 정송과 역송의 주파수 및 진폭을 용접 전류 설정값에 따른 값으로 하고 있다. 용접 와이어의 정송과 역송을 반복하는 용접 방법에서는, 정속 송급의 종래 기술에서는 불가능하였던 단락과 아크의 반복 주기를 원하는 값으로 설정할 수 있으므로, 스패터 발생량의 삭감, 비드 외관의 개선 등의 용접 품질의 향상을 도모할 수 있다.

일본 특허 제5201266호 공보

평균 송급 속도가 동일 값이어도, 조인트 형상, 용접 속도, 용접 자세 등의 용접 조건이 상이하면 적정한 용접 전압값이 상이하다. 이 때문에, 용접 조건에 따라서 전압 설정값을 적정값으로 변화시킬 필요가 있다. 그러나, 송급 속도의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서, 전압 설정값을 변화시키면 용적 이행 상태가 변화되기 때문에, 용접 상태가 불안정해진다고 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명에서는, 송급 속도의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서, 전압 설정값이 변화되어도, 용접 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 아크 용접 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 아크 용접 제어 방법은,

용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하고, 전압 설정값에 기초하여 용접 전압을 제어하고, 단락 기간과 아크 기간을 반복하여 용접하는 아크 용접 제어 방법에 있어서,

상기 전압 설정값에 기초하여 상기 송급 속도의 주기를 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 전압 설정값이 커지면, 상기 주기를 길어지도록 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 전압 설정값에 기초하여 상기 주기의 설정값을 변화시킴으로써 상기 주기를 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 용접 전압의 평활값을 검출하고, 이 용접 전압 평활값과 상기 전압 설정값이 동일하게 되도록 상기 주기를 피드백 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 전압 설정값에 기초하여 상기 송급 속도의 파형 파라미터를 변화시킴으로써 상기 주기를 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 전압 설정값에 기초하여 상기 주기의 설정값을 변화시켜, 상기 주기의 평균값을 검출하고, 상기 주기의 평균값과 상기 주기의 설정값이 동일하게 되도록 상기 송급 속도의 파형 파라미터를 피드백 제어함으로써 상기 주기를 변화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 파형 파라미터가 정송 가속 기간, 정송 감속 기간, 역송 가속 기간 또는 역송 감속 기간 중 적어도 1개인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 파형 파라미터가 정송 가속 기간 또는 역송 감속 기간 중 적어도 1개인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전압 설정값에 기초하여 송급 속도의 주기를 변화시키고 있다. 이에 의해, 전압 설정값의 변화에 수반되는 용적 이행 상태의 변화에 대응하여, 송급 속도의 주기가 적정화된다. 이 결과, 본 발명에서는, 송급 속도의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서, 전압 설정값이 변화되어도, 용접 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 도시하는 도 1의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍차트이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 제어 방법을 도시하는 도 4의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍차트이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

[실시 형태 1]

실시 형태 1의 발명은, 전압 설정값에 기초하여 송급 속도의 주기의 설정값을 변화시킴으로써 송급 속도의 주기를 변화시키는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 이하, 도 1을 참조하여 각 블록에 대하여 설명한다.

전원 주회로 PM은, 3상 200V 등의 상용 전원(도시는 생략)을 입력으로 하고, 후술하는 구동 신호 Dv에 따라서 인버터 제어 등에 의한 출력 제어를 행하여, 출력 전압 E를 출력한다. 이 전원 주회로 PM은, 도시는 생략하지만, 상용 전원을 정류하는 1차 정류기, 정류된 직류를 평활하는 평활 콘덴서, 평활된 직류를 고주파 교류로 변환하는 상기의 구동 신호 Dv에 의해 구동되는 인버터 회로, 고주파 교류를 용접에 적합한 전압값으로 강압하는 고주파 변압기, 강압된 고주파 교류를 직류로 정류하는 2차 정류기를 구비하고 있다.

리액터 WL은 상기의 출력 전압 E를 평활한다. 이 리액터 WL의 인덕턴스값은, 예를 들어 200μH이다.

송급 모터 WM은, 후술하는 송급 제어 신호 Fc를 입력으로 하고, 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하여 용접 와이어(1)를 송급 속도 Fw로 송급한다. 송급 모터 WM에는, 과도 응답성이 빠른 모터가 사용된다. 용접 와이어(1)의 송급 속도 Fw의 변화율 및 송급 방향의 반전을 빠르게 하기 위해, 송급 모터 WM은 용접 토치(4)의 선단의 근방에 설치되는 경우가 있다. 또한, 송급 모터 WM을 2개 사용하여, 푸시 풀 방식의 송급계로 하는 경우도 있다.

용접 와이어(1)는 상기의 송급 모터 WM에 결합된 송급 롤(5)의 회전에 의해 용접 토치(4) 내에 송급되어, 모재(2)와의 사이에 아크(3)가 발생한다. 용접 토치(4) 내의 급전 칩(도시는 생략)과 모재(2) 사이에는 용접 전압 Vw가 인가되어, 용접 전류 Iw가 통전한다.

전압 설정 회로 ER은, 미리 정한 전압 설정 신호 Er을 출력한다. 출력 전압 검출 회로 ED는, 상기의 출력 전압 E를 검출하고 평활하여, 출력 전압 검출 신호 Ed를 출력한다.

전압 오차 증폭 회로 EA는, 상기의 전압 설정 신호 Er 및 상기의 출력 전압 검출 신호 Ed를 입력으로 하고, 전압 설정 신호 Er(+)과 출력 전압 검출 신호 Ed(-)의 오차를 증폭하여, 전압 오차 증폭 신호 Ea를 출력한다. 이 회로에 의해, 용접 전원은 전압 설정 신호 Er에 기초하여 정전압 제어(출력 제어)되어 용접 전압 Vw가 제어된다.

구동 회로 DV는, 상기의 전압 오차 증폭 신호 Ea를 입력으로 하고, 전압 오차 증폭 신호 Ea에 기초하여 PWM 변조 제어를 행하여, 상기의 전원 주회로 PM 내의 인버터 회로를 구동하기 위한 구동 신호 Dv를 출력한다.

주기 설정 회로 TFR은, 상기의 전압 설정 신호 Er을 입력으로 하는 미리 정한 주기 설정 함수에 의해 주기를 산출하여, 주기 설정 신호 Tfr로서 출력한다. 이 주기 설정 함수는, 전압 설정 신호 Er이 커질수록, 주기 설정 신호 Tfr의 값이 커지는 함수이다. 주기 설정 함수는, 실험에 의해 미리 설정되어 있다.

진폭 설정 회로 WFR은, 미리 정한 진폭 설정 신호 Wfr을 출력한다. 정송측 시프트량 설정 회로 SFR은, 미리 정한 정송측 시프트량 설정 신호 Sfr을 출력한다.

송급 속도 설정 회로 FR은, 상기의 주기 설정 신호 Tfr, 상기의 진폭 설정 신호 Wfr 및 상기의 정송측 시프트량 설정 신호 Sfr을 입력으로 하고, 주기 설정 신호 Tfr에 의해 정해지는 주기 및 진폭 설정 신호 Wfr에 의해 정해지는 진폭으로부터 형성되는 정현파를, 정송측 시프트량 설정 신호 Sfr에 의해 정해지는 정송측 시프트량만큼 시프트한 송급 속도 패턴을 송급 속도 설정 신호 Fr로서 출력한다. 이 송급 속도 설정 신호 Fr이 0 이상일 때는 정송 기간으로 되고, 0 미만일 때는 역송 기간으로 된다.

송급 제어 회로 FC는, 상기의 송급 속도 설정 신호 Fr을 입력으로 하고, 송급 속도 설정 신호 Fr의 값에 상당하는 송급 속도 Fw로 용접 와이어(1)를 송급하기 위한 송급 제어 신호 Fc를 상기의 송급 모터 WM에 출력한다.

도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 도시하는 도 1의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍차트이다. 도 2의 (A)는 송급 속도 Fw의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (B)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (C)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타낸다. 이하, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 0보다도 상측이 정송 기간으로 되고, 하측이 역송 기간으로 된다. 정송이란 용접 와이어를 모재에 근접시키는 방향으로 송급하는 것이고, 역송이란 모재로부터 이격되는 방향으로 송급하는 것이다. 송급 속도 Fw는, 정현파 형상으로 변화되어 있고, 정송측으로 시프트한 파형으로 되어 있다. 이 때문에, 송급 속도 Fw의 평균값은 정의 값으로 되어, 용접 와이어는 평균적으로는 정송되고 있다. 송급 속도 Fw의 송급 속도 패턴은, 삼각파, 사다리꼴파 등이어도 된다.

도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t1 시점에서는 0이고, 시각 t1∼t2의 기간은 정송 가속 기간으로 되고, 시각 t2에서 정송의 최댓값으로 되고, 시각 t2∼t3의 기간은 정송 감속 기간으로 되고, 시각 t3에서 0으로 되고, 시각 t3∼t4의 기간은 역송 가속 기간으로 되고, 시각 t4에서 역송의 최댓값으로 되고, 시각 t4∼t5의 기간은 역송 감속 기간으로 된다. 그리고, 시각 t5∼t6의 기간은 다시 정송 가속 기간으로 되고, 시각 t6∼t7의 기간은 다시 정송 감속 기간으로 된다. 따라서, 송급 속도 Fw는, 시각 t1∼t5의 주기 Tf(㎳), 시각 t2의 정송 최댓값과 시각 t4의 역송 최댓값의 차인 진폭 Wf(m/min) 및 정송측 시프트량 Sf(m/min)의 송급 속도 패턴으로 반복되게 된다. 여기서, 주기 Tf는, 도 1의 주기 설정 회로 TFR에 의해 설정되고, 전압 설정 신호 Er의 값에 연동하여 변화된다. 진폭 Wf는, 도 1의 진폭 설정 회로 WFR에 의해 소정값으로 설정된다. 정송측 시프트량 Sf는, 도 1의 정송측 시프트량 설정 회로 SFR에 의해 소정값으로 설정된다. 주기 Tf는 8∼20㎳ 정도의 범위에서 전압 설정 신호 Er에 연동하여 변화된다. 진폭 Wf는 30∼100m/min 정도로 설정되고, 정송측 시프트량 Sf는 3∼20m/min 정도로 설정된다.

용접 와이어와 모재의 단락은, 시각 t2의 정송 최댓값의 전후에서 발생하는 경우가 많다. 도 2에서는, 정송 최댓값 후의 정송 감속 기간 중의 시각 t21에서 발생한 경우이다. 시각 t21에 있어서 단락이 발생하면, 도 2의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수V의 단락 전압값으로 급감하고, 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는 점차 증가한다.

도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t3부터는 역송 기간으로 되므로, 용접 와이어는 역송된다. 이 역송에 의해 단락이 해제되어, 시각 t31에 있어서 아크가 재발생한다. 아크의 재발생은, 시각 t4의 역송 최댓값의 전후에서 발생하는 경우가 많다. 도 2에서는, 역송 최댓값 전의 역송 가속 기간 중의 시각 t31에서 발생한 경우이다. 따라서, 시각 t21∼t31의 기간이 단락 기간으로 된다.

시각 t31에 있어서 아크가 재발생하면, 도 2의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수십V의 아크 전압값으로 급증한다. 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는 단락 기간 중의 최댓값의 상태로부터 변화를 개시한다.

시각 t31∼t5의 기간 중에는, 도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 역송 상태이므로, 용접 와이어는 인상되어 아크 길이는 점차 길어진다. 아크 길이가 길어지면, 용접 전압 Vw는 커지고, 도 1의 전압 오차 증폭 회로 EA에 의해 정전압 제어되고 있으므로 용접 전류 Iw는 작아진다. 따라서, 시각 t31∼t5의 아크 기간 역송 기간 Tar중에는, 도 2의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 점차 커지고, 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는 점차 작아진다.

그리고, 다음 단락이, 시각 t6∼t7의 정송 감속 기간 중의 시각 t61에 발생한다. 단, 시각 t61에 발생한 단락은, 시각 t21에 발생한 단락보다도 정송 최댓값으로부터의 시간(위상)이 지연되어 있다. 이와 같이 단락이 발생하는 타이밍은, 어느 정도의 변동을 갖고 있다. 시각 t31∼t61의 기간이 아크 기간으로 된다. 시각 t5∼t61의 기간 중에는, 도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 정송 상태이므로, 용접 와이어는 정송되어 아크 길이는 점차 짧아진다. 아크 길이가 짧아지면, 용접 전압 Vw는 작아지고, 도 1의 전압 오차 증폭 회로 EA에 의해 정전압 제어되고 있으므로 용접 전류 Iw는 커진다. 따라서, 시각 t5∼t61의 아크 기간 정송 기간 Tas 중에는, 도 2의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 점차 작아지고, 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는 점차 커진다.

상술한 실시 형태 1의 발명에 있어서는, 송급 속도의 정송과 역송의 주기와, 단락 기간과 아크 기간의 주기를 동기시킬 수 있으므로, 고품질의 용접 결과를 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 평균 송급 속도가 대략 동일 값이어도, 조인트 형상, 용접 속도, 용접 자세 등의 용접 조건이 상이하면 적정한 용접 전압 Vw가 상이하다. 이 때문에, 용접 조건에 따라서 전압 설정 신호 Er을 적정값으로 변화시킬 필요가 있다. 그러나, 전압 설정 신호 Er을 변화시키면 용접 전압 Vw가 변화되어, 용적 이행 상태가 변화된다. 송급 속도 Fw의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서, 전압 설정 신호 Er을 변화시켜 용접 전압 Vw가 변화되어 용적 이행 상태가 변화되었을 때에, 송급 속도 Fw의 주기가 일정하면 용접 상태가 불안정해진다. 구체적으로는, 전압 설정 신호 Er이 커지면, 송급 속도 Fw의 주기를 길게 하지 않으면 용접 상태가 불안정해진다. 본 실시 형태에서는, 전압 설정 신호 Er의 변화에 연동하여 송급 속도 Fw의 주기가 적정화되므로, 용접 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.

실시 형태 1의 발명에 따르면, 전압 설정값(전압 설정 신호 Er)이 변화되면, 연동하여 송급 속도의 주기를 변화시키고 있다. 이에 의해, 전압 설정값의 변화에 수반되는 용적 이행 상태의 변화에 대응하여, 송급 속도의 주기가 적정화된다. 이 결과, 본 실시 형태에서는, 송급 속도의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서, 전압 설정값이 변화되어도, 용접 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.

[실시 형태 2]

실시 형태 2의 발명은, 용접 전압의 평활값을 검출하고, 이 용접 전압 평활값과 전압 설정값이 동일하게 되도록 송급 속도의 주기를 피드백 제어하는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 3은 상술한 도 1과 대응하고 있으며, 동일 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 3은 전압 검출 회로 VD, 전압 평활 회로 VAV 및 송급 오차 증폭 회로 EF를 추가하고, 도 1의 주기 설정 회로 TFR을 제2 주기 설정 회로 TFR2로 치환한 것이다. 이하, 도 3을 참조하여, 이들 블록에 대하여 설명한다.

전압 검출 회로 VD는, 용접 전압 Vw를 검출하여, 전압 검출 신호 Vd를 출력한다. 전압 평활 회로 VAV는, 이 전압 검출 신호 Vd를 입력으로 하여 평활하고, 용접 전압 평활 신호 Vav를 출력한다. 이 평활은, 저항과 콘덴서로 이루어지는 평활 회로, 저역 통과 필터 등을 사용하여 행해진다. 저역 통과 필터를 사용하는 경우에는, 평활의 시상수는 컷오프 주파수(1∼10㎐ 정도)를 설정함으로써 행할 수 있다.

송급 오차 증폭 회로 EF는, 전압 설정 신호 Er(+)과 상기의 용접 전압 평활 신호 Vav(-)의 오차를 증폭하여, 송급 오차 증폭 신호 Ef를 출력한다.

제2 주기 설정 회로 TFR2는, 상기의 송급 오차 증폭 신호 Ef를 입력으로 하고, 송급 오차 증폭 신호 Ef를 용접 중 적분하여, 주기 설정 신호 Tfr을 출력한다. 적분은 Tfr=Tf0+∫Efㆍdt로서 나타낼 수 있다. 여기서, Tf0은 미리 정한 초기값이다. 이 회로에 의해, 용접 전압 평활 신호 Vav의 값이 전압 설정 신호 Er의 값과 동일하게 되도록 주기 설정 신호 Tfr의 값이 피드백 제어되어, 용접 중 시시각각으로 변화된다.

본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 제어 방법을 도시하는 도 3의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍차트는, 상술한 도 2와 동일하므로, 설명은 반복하지 않는다. 단, 도 2에 도시한 주기 Tf는, 도 3의 송급 오차 증폭 회로 EF 및 제2 주기 설정 회로 TFR2에 의해, 용접 전압 평활 신호 Vav의 값이 전압 설정 신호 Er의 값과 동일하게 되도록 피드백 제어되는 점은 상이하다.

실시 형태 2의 발명에 따르면, 용접 전압의 평활값을 검출하고, 이 용접 전압 평활값과 전압 설정값이 동일하게 되도록 송급 속도의 주기를 피드백 제어하고 있다. 이에 의해, 전압 설정값의 변화에 수반되는 용적 이행 상태의 변화에 대응하여, 용접 전압 평활값이 전압 설정값과 동일하게 되도록 송급 속도의 주기가 피드백 제어된다. 용접 전압 평활값이 전압 설정값과 동일하게 되는 상태란, 송급 속도의 정송과 역송의 주기와 단락 기간과 아크 기간의 주기의 동기 어긋남이 발생하고 있지 않아, 용접 상태가 안정되어 있는 상태이다. 실시 형태 2의 발명에서는, 실시 형태 1의 발명과 같이 주기 설정 함수를 실험에 의해 구해 둘 필요가 없기 때문에, 생산 준비를 효율화할 수 있다. 또한, 다양한 용접 조건에 있어서, 전압 설정값이 변화되어도, 피드백 제어에 의해 송급 속도의 주기가 최적화되므로, 항상 안정된 용접 상태를 얻을 수 있다.

[실시 형태 3]

실시 형태 3의 발명은, 송급 속도의 파형이 사다리꼴파인 경우이며, 전압 설정값에 기초하여 송급 속도의 파형 파라미터를 변화시킴으로써 주기를 변화시키는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 4는 상술한 도 1과 대응하고 있으며, 동일 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 4는 도 1의 주기 설정 회로 TFR, 진폭 설정 회로 WFR 및 정송측 시프트량 설정 회로 SFR을 삭제하고 있다. 그리고, 정송 가속 기간 설정 회로 TSUR, 정송 감속 기간 설정 회로 TSDR, 역송 가속 기간 설정 회로 TRUR, 역송 감속 기간 설정 회로 TRDR, 정송 진폭 설정 회로 WSR, 역송 진폭 설정 회로 WRR, 전압 검출 회로 VD 및 단락 판별 회로 SD를 추가하고 있다. 또한, 도 1의 송급 속도 설정 회로 FR을 제2 송급 속도 설정 회로 FR2로 치환하고 있다. 이하, 도 4를 참조하여, 이들 블록에 대하여 설명한다.

정송 가속 기간 설정 회로 TSUR은, 상기의 전압 설정 신호 Er을 입력으로 하는 미리 정한 정송 가속 기간 설정 함수에 의해 정송 가속 기간을 산출하여, 정송 가속 기간 설정 신호 Tsur로서 출력한다. 이 정송 가속 기간 설정 함수는, 전압 설정 신호 Er이 커질수록, 정송 가속 기간 설정 신호 Tsur의 값이 커지는 함수이다. 이 함수는 실험에 의해 미리 설정되어 있다.

정송 감속 기간 설정 회로 TSDR은, 미리 정한 정송 감속 기간 설정 신호 Tsdr을 출력한다.

역송 가속 기간 설정 회로 TRUR은, 미리 정한 역송 가속 기간 설정 신호 Trur을 출력한다.

역송 감속 기간 설정 회로 TRDR은, 상기의 전압 설정 신호 Er을 입력으로 하는 미리 정한 역송 감속 기간 설정 함수에 의해 역송 감속 기간을 산출하여, 역송 감속 기간 설정 신호 Trdr로서 출력한다. 이 역송 감속 기간 설정 함수는, 전압 설정 신호 Er이 커질수록, 역송 감속 기간 설정 신호 Trdr의 값이 커지는 함수이다. 이 함수는 실험에 의해 미리 설정되어 있다.

정송 진폭 설정 회로 WSR은, 미리 정한 정송 진폭 설정 신호 Wsr을 출력한다. 역송 진폭 설정 회로 WRR은, 미리 정한 역송 진폭 설정 신호 Wrr을 출력한다.

전압 검출 회로 VD는, 용접 전압 Vw를 검출하여, 전압 검출 신호 Vd를 출력한다. 단락 판별 회로 SD는, 이 전압 검출 신호 Vd를 입력으로 하고, 전압 검출 신호 Vd가 단락 판별값(10V 정도) 미만일 때는 단락 기간에 있다고 판별하여 High 레벨로 되고, 단락 판별값 이상일 때는 아크 기간에 있다고 판별하여 Low 레벨로 되는 단락 판별 신호 Sd를 출력한다.

제2 송급 속도 설정 회로 FR2는, 상기의 정송 가속 기간 설정 신호 Tsur, 상기의 정송 감속 기간 설정 신호 Tsdr, 상기의 역송 가속 기간 설정 신호 Trur, 상기의 역송 감속 기간 설정 신호 Trdr, 상기의 정송 진폭 설정 신호 Wsr, 상기의 역송 진폭 설정 신호 Wrr 및 상기의 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 하고, 이하의 처리에 의해 생성된 송급 속도 패턴을 송급 속도 설정 신호 Fr로서 출력한다. 이 송급 속도 설정 신호 Fr이 0 이상일 때는 정송 기간으로 되고, 0 미만일 때는 역송 기간으로 된다.

1) 정송 가속 기간 설정 신호 Tsur에 의해 정해지는 정송 가속 기간 Tsu 중에는 0으로부터 정송 진폭 설정 신호 Wsr에 의해 정해지는 정의 값의 정송 피크값 Wsp까지 직선상으로 가속하는 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

2) 계속해서, 정송 피크 기간 Tsp 중에는, 상기의 정송 피크값 Wsp를 유지하는 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

3) 단락 판별 신호 Sd가 Low 레벨(아크 기간)로부터 High 레벨(단락 기간)로 변화되면, 정송 감속 기간 설정 신호 Tsdr에 의해 정해지는 정송 감속 기간 Tsd로 이행하고, 상기의 정송 피크값 Wsp로부터 0까지 직선상으로 감속하는 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

4) 계속해서, 역송 가속 기간 설정 신호 Trur에 의해 정해지는 역송 가속 기간 Tru 중에는 0으로부터 역송 진폭 설정 신호 Wrr에 의해 정해지는 부의 값의 역송 피크값 Wrp까지 직선상으로 가속하는 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

5) 계속해서, 역송 피크 기간 Trp 중에는, 상기의 역송 피크값 Wrp를 유지하는 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

6) 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락 기간)로부터 Low 레벨(아크 기간)로 변화되면, 역송 감속 기간 설정 신호 Trdr에 의해 정해지는 역송 감속 기간 Trd로 이행하고, 상기의 역송 피크값 Wrp로부터 0까지 직선상으로 감속하는 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

7) 상기 1)∼6)을 반복함으로써 정부의 사다리꼴 파상으로 변화되는 송급 패턴의 송급 속도 설정 신호 Fr이 생성된다.

도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 제어 방법을 도시하는 도 4의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍차트이다. 도 5의 (A)는 송급 속도 Fw의 시간 변화를 나타내고, 도 5의 (B)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타내고, 도 5의 (C)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 5의 (D)는 단락 판별 신호 Sd의 시간 변화를 나타낸다. 이하, 도 5를 참조하여 각 신호의 동작에 대하여 설명한다.

도 5의 (A)에 도시한 송급 속도 Fw는, 도 4의 제2 송급 속도 설정 회로 FR2로부터 출력되는 송급 속도 설정 신호 Fr의 값에 의해 제어된다. 송급 속도 설정 신호 Fr은, 도 4의 정송 가속 기간 설정 신호 Tsur에 의해 정해지는 정송 가속 기간 Tsu, 단락이 발생할 때까지 계속되는 정송 피크 기간 Tsp, 도 4의 정송 감속 기간 설정 신호 Tsdr에 의해 정해지는 정송 감속 기간 Tsd, 도 4의 역송 가속 기간 설정 신호 Trur에 의해 정해지는 역송 가속 기간 Tru, 아크가 발생할 때까지 계속되는 역송 피크 기간 Trp 및 도 4의 역송 감속 기간 설정 신호 Trdr에 의해 정해지는 역송 감속 기간 Trd로부터 형성된다. 또한, 정송 피크값 Wsp는 도 4의 정송 진폭 설정 신호 Wsr에 의해 정해지고, 역송 피크값 Wrp는 도 4의 역송 진폭 설정 신호 Wrr에 의해 정해진다. 이 결과, 송급 속도 설정 신호 Fr은, 정부의 사다리꼴파 파형으로 변화되는 송급 패턴으로 된다.

[시각 t1∼t4의 역송 기간의 동작]

도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 시각 t1∼t2의 미리 정한 역송 가속 기간 Tru에 들어가, 0으로부터 상기의 역송 피크값 Wrp까지 가속된다. 이 기간 중에는 단락 기간이 계속되고 있다.

시각 t2에 있어서 역송 가속 기간 Tru가 종료되면, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 역송 피크 기간 Trp에 들어가, 상기의 역송 피크값 Wrp로 된다. 이 기간 중에도 단락 기간이 계속되고 있다.

시각 t3에 있어서 아크가 발생하면, 도 5의 (D)에 도시한 바와 같이, 단락 판별 신호 Sd가 Low 레벨(아크 기간)로 변화된다. 이것에 응동하여, 시각 t3∼t4의 미리 정한 역송 감속 기간 Trd로 이행하고, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 상기의 역송 피크값 Wrp로부터 0까지 감속된다. 동시에, 도 5의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수십V의 아크 전압값으로 급증하고, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는 아크 기간 중 점차 감소한다.

[시각 t4∼t7의 정송 기간의 동작]

시각 t4에 있어서 역송 감속 기간 Trd가 종료되면, 시각 t4∼t5의 미리 정한 정송 가속 기간 Tsu로 이행한다. 이 정송 가속 기간 Tsu 중에는, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 0으로부터 상기의 정송 피크값 Wsp까지 가속된다. 이 기간 중에는 아크 기간이 계속되고 있다.

시각 t5에 있어서 정송 가속 기간 Tsu가 종료되면, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 정송 피크 기간 Tsp에 들어가, 상기의 정송 피크값 Wsp로 된다. 이 기간 중에도 아크 기간이 계속되고 있다.

시각 t6에 있어서 단락이 발생하면, 도 5의 (D)에 도시한 바와 같이, 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락 기간)로 변화된다. 이것에 응동하여, 시각 t6∼t7의 미리 정한 정송 감속 기간 Tsd로 이행하고, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 송급 속도 Fw는 상기의 정송 피크값 Wsp로부터 0까지 감속된다. 동시에, 도 5의 (C)에 도시한 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수V의 단락 전압값으로 급감하고, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 용접 전류 Iw는 단락 기간 중 점차 증가한다.

상술한 바와 같이, 송급 속도 Fw의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서, 전압 설정 신호 Er을 변화시켜 용접 전압 Vw가 변화되어 용적 이행 상태가 변화되었을 때에, 송급 속도 Fw의 주기가 대략 일정하면 용접 상태가 불안정해진다. 실시 형태 3에서는, 정송 피크 기간 Tsp 및 역송 피크 기간 Trp는 단락 또는 아크 발생에 동기하여 기간을 종료하므로, 일정값은 아니다. 이 때문에, 송급 속도 Fw의 주기를 바로 소정값으로 설정할 수는 없다. 그러나, 단위 시간(0.1∼1초)마다의 정송 피크 기간 Tsp의 평균값 및 역송 피크 기간 Trp의 평균값은 대략 일정값으로 된다. 따라서, 송급 속도 Fw의 파형 파라미터인 원하는 값으로 설정할 수 있는 정송 가속 기간 Tsu, 정송 감속 기간 Tsd, 역송 가속 기간 Tru 또는 역송 감속 기간 Trd 중 적어도 1개의 기간을 조정함으로써, 단위 시간마다의 송급 속도 Fw의 주기의 평균값을 원하는 값으로 설정할 수 있다. 즉, 실시 형태 3에 있어서는, 전압 설정 신호 Er에 연동하여, 정송 가속 기간 Tsu, 정송 감속 기간 Tsd, 역송 가속 기간 Tru 또는 역송 감속 기간 Trd 중 적어도 1개의 기간을 변화시킴으로써, 단위 시간마다의 송급 속도 Fw의 주기의 평균값을 적정화할 수 있다. 이 결과, 전압 설정 신호 Er이 변화되어도, 용접 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.

도 4에서는, 전압 설정 신호 Er에 연동하여, 송급 속도 Fw의 파형 파라미터인 정송 가속 기간 Tsu 및 역송 감속 기간 Trd가 미리 정한 함수에 따라서 자동적으로 변화되는 경우를 예시하고 있다. 정송 가속 기간 설정 함수 및 역송 감속 기간 설정 함수는, 이하와 같이 하여 미리 정의된다. 전압 설정 신호 Er의 값마다 용접 상태가 안정적으로 되는 송급 속도 Fw의 주기의 평균값을 실험에 의해 구한다. 그리고, 구한 주기의 평균값으로 되도록 정송 가속 기간 Tsu 및 역송 감속 기간 Trd의 양쪽값을 결정한다. 이들 값으로부터 함수를 정의한다. 송급 속도 Fw의 파형 파라미터가 이것 이외의 조합인 경우도 마찬가지로 하여 함수를 정의할 수 있다.

송급 속도 Fw의 파형 파라미터 중에서, 단락 기간 중으로 되는 정송 감속 기간 Tsd 및 역송 가속 기간 Tru를 소정값으로 하고, 아크 기간 중으로 되는 정송 가속 기간 Tsu 또는 역송 감속 기간 Trd 중 적어도 1개를 전압 설정 신호 Er에 연동하여 적정화한 쪽이, 용접 상태를 보다 안정화할 수 있다.

[실시 형태 4]

실시 형태 4의 발명은, 실시 형태 3에 있어서, 전압 설정값에 기초하여 송급 속도의 주기의 설정값을 변화시켜, 송급 속도의 주기 평균값을 검출하고, 이 주기의 평균값과 주기의 설정값이 동일하게 되도록 송급 속도의 파형 파라미터를 피드백 제어하는 것이다.

도 6은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 6은 상술한 도 4와 대응하고 있으며, 동일 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 6은 도 1과 동일한 주기 설정 회로 TFR을 추가하고, 주기 평균값 검출 회로 TFD, 주기 오차 증폭 회로 ET, 제2 정송 가속 기간 설정 회로 TSUR2 및 제2 역송 감속 기간 설정 회로 TRDR2를 추가한 것이다. 이하, 도 6을 참조하여, 이들 블록에 대하여 설명한다.

주기 설정 회로 TFR은, 상기의 전압 설정 신호 Er을 입력으로 하는 미리 정한 주기 설정 함수에 의해 주기를 산출하여, 주기 설정 신호 Tfr로서 출력한다. 이 회로는 도 1과 동일한 회로이다.

주기 평균값 검출 회로 TFD는, 상기의 송급 속도 설정 신호 Fr을 입력으로 하고, 단위 시간당의 송급 속도 설정 신호 Fr의 주기의 평균값을 검출하여, 주기 평균값 검출 신호 Tfd를 출력한다.

주기 오차 증폭 회로 ET는, 상기의 주기 설정 신호 Tfr(-)과 상기의 주기 평균값 검출 신호 Tfd(+)의 오차를 증폭하여, 주기 오차 증폭 신호 Et를 출력한다.

제2 정송 가속 기간 설정 회로 TSUR2는, 상기의 주기 오차 증폭 신호 Et를 입력으로 하고, 주기 오차 증폭 신호 Et를 용접 중 적분하여, 정송 가속 기간 설정 신호 Tsur을 출력한다. 적분은 Tsur=Tsu0+∫Etㆍdt로서 나타낼 수 있다. 여기서, Tsu0은 미리 정한 초기값이다. 이 회로에 의해, 송급 속도 Fw의 주기의 평균값이 주기 설정 신호 Tfr의 값과 동일하게 되도록 정송 가속 기간 설정 신호 Tsur의 값이 피드백 제어되어, 용접 중 시시각각으로 변화된다.

제2 역송 감속 기간 설정 회로 TRDR2는, 상기의 주기 오차 증폭 신호 Et를 입력으로 하고, 주기 오차 증폭 신호 Et를 용접 중 적분하여, 역송 감속 기간 설정 신호 Trdr을 출력한다. 적분은 Trdr=Trd0+∫Etㆍdt로서 나타낼 수 있다. 여기서, Trd0은 미리 정한 초기값이다. 이 회로에 의해, 송급 속도 Fw의 주기의 평균값이 주기 설정 신호 Tfr의 값과 동일하게 되도록 역송 감속 기간 설정 신호 Trdr의 값이 피드백 제어되어, 용접 중 시시각각으로 변화된다.

본 발명의 실시 형태 4에 관한 아크 용접 제어 방법을 나타내는 도 6의 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍차트는, 상술한 도 5와 동일하므로, 설명은 반복하지 않는다. 단, 도 5에 도시한 정송 가속 기간 Tsu 및 역송 감속 기간 Trd는, 도 6의 주기 오차 증폭 회로 ET, 제2 정송 가속 기간 설정 회로 TSUR2 및 제2 역송 감속 기간 설정 회로 TRDR2에 의해, 송급 속도 Fw의 주기의 평균값이 주기 설정 신호 Tfr의 값과 동일하게 되도록 피드백 제어되는 점은 상이하다.

실시 형태 4에 있어서는, 송급 속도 Fw의 파형 파라미터가 정송 가속 기간 Tsu 및 역송 감속 기간 Trd인 경우를 설명하였다. 송급 속도 Fw의 파형 파라미터로서, 정송 가속 기간 Tsu, 정송 감속 기간 Tsd, 역송 가속 기간 Tru 또는 역송 감속 기간 Trd 중 적어도 1개이어도 된다.

상술한 실시 형태 4의 발명에 따르면, 실시 형태 3에 있어서, 송급 속도의 주기의 평균값이 주기 설정값과 동일하게 되도록 송급 속도의 파형 파라미터가 피드백 제어된다. 이 때문에, 송급 속도의 주기의 평균값과 주기 설정값이 엄밀하게 동일하게 되므로, 전압 설정값이 변화되었을 때의 용접 상태의 안정성이 향상된다.

본 발명에 따르면, 송급 속도의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서, 전압 설정값이 변화되어도, 용접 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 아크 용접 제어 방법을 제공할 수 있다.

이상, 본 발명을 특정한 실시 형태에 의해 설명하였지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 개시된 발명의 기술 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

본 출원은, 2014년 8월 18일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특원 제2014-165785호)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 포함된다.

1 : 용접 와이어
2 : 모재
3 : 아크
4 : 용접 토치
5 : 송급 롤
DV : 구동 회로
Dv : 구동 신호
E : 출력 전압
EA : 전압 오차 증폭 회로
Ea : 전압 오차 증폭 신호
ED : 출력 전압 검출 회로
Ed : 출력 전압 검출 신호
EF : 송급 오차 증폭 회로
Ef : 송급 오차 증폭 신호
ER : 전압 설정 회로
Er : 전압 설정 신호
ET : 주기 오차 증폭 회로
Et : 주기 오차 증폭 신호
FC : 송급 제어 회로
Fc : 송급 제어 신호
FR : 송급 속도 설정 회로
Fr : 송급 속도 설정 신호
FR2 : 제2 송급 속도 설정 회로
Fw : 송급 속도
Iw : 용접 전류
PM : 전원 주회로
SD : 단락 판별 회로
Sd : 단락 판별 신호
Sf : 정송측 시프트량
SFR : 정송측 시프트량 설정 회로
Sfr : 정송측 시프트량 설정 신호
Tar : 아크 기간 역송 기간
Tas : 아크 기간 정송 기간
Tf : 송급 속도의 주기
TFD : 주기 평균값 검출 회로
Tfd : 주기 평균값 검출 신호
TFR : 주기 설정 회로
Tfr : 주기 설정 신호
TFR2 : 제2 주기 설정 회로
Trd : 역송 감속 기간
TRDR : 역송 감속 기간 설정 회로
Trdr : 역송 감속 기간 설정 신호
TRDR2 : 제2 역송 감속 기간 설정 회로
Trp : 역송 피크 기간
Tru : 역송 가속 기간
TRUR : 역송 가속 기간 설정 회로
Trur : 역송 가속 기간 설정 신호
Tsd : 정송 감속 기간
TSDR : 정송 감속 기간 설정 회로
Tsdr : 정송 감속 기간 설정 신호
Tsp : 정송 피크 기간
Tsu : 정송 가속 기간
TSUR : 정송 가속 기간 설정 회로
Tsur : 정송 가속 기간 설정 신호
TSUR2 : 제2 정송 가속 기간 설정 회로
VAV : 전압 평활 회로
Vav : 용접 전압 평활 신호
VD : 전압 검출 회로
Vd : 전압 검출 신호
Vw : 용접 전압
Wf : 진폭
WFR : 진폭 설정 회로
Wfr : 진폭 설정 신호
WL : 리액터
WM : 송급 모터
Wrp : 역송 피크값
WRR : 역송 진폭 설정 회로
Wrr : 역송 진폭 설정 신호
Wsp : 정송 피크값
WSR : 정송 진폭 설정 회로
Wsr : 정송 진폭 설정 신호

Claims

용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하고, 전압 설정값에 기초하여 용접 전압을 제어하고, 단락 기간과 아크 기간을 반복하여 용접하는 아크 용접 제어 방법에 있어서,
상기 전압 설정값에 기초하여 상기 송급 속도의 주기를 변화시키는 것을 특징으로 하는, 아크 용접 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 전압 설정값이 커지면, 상기 주기를 길어지도록 변화시키는 것을 특징으로 하는, 아크 용접 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전압 설정값에 기초하여 상기 주기의 설정값을 변화시킴으로써 상기 주기를 변화시키는 것을 특징으로 하는, 아크 용접 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용접 전압의 평활값을 검출하고, 이 용접 전압 평활값과 상기 전압 설정값이 동일하게 되도록 상기 주기를 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는, 아크 용접 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전압 설정값에 기초하여 상기 송급 속도의 파형 파라미터를 변화시킴으로써 상기 주기를 변화시키는 것을 특징으로 하는, 아크 용접 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전압 설정값에 기초하여 상기 주기의 설정값을 변화시켜, 상기 주기의 평균값을 검출하고, 상기 주기의 평균값과 상기 주기의 설정값이 동일하게 되도록 상기 송급 속도의 파형 파라미터를 피드백 제어함으로써 상기 주기를 변화시키는 것을 특징으로 하는, 아크 용접 제어 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 파형 파라미터가 정송 가속 기간, 정송 감속 기간, 역송 가속 기간 또는 역송 감속 기간 중 적어도 1개인 것을 특징으로 하는, 아크 용접 제어 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 파형 파라미터가 정송 가속 기간 또는 역송 감속 기간 중 적어도 1개인 것을 특징으로 하는, 아크 용접 제어 방법.