KR20180045678A - 아크용접시 번백처리 제어 장치 및 방법 - Google Patents

아크용접시 번백처리 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 아크용접 번백처리 제어 장치는, 용접 와이어를 공급하는 와이어 송급 장치; 제어부를 포함하며 용접 전원을 공급하는 본체; 및 상기 용접 전원을 공급받아 상기 용접 와이어에 전류를 인가하는 용접노즐;을 포함하며, 상기 용접 와이어와 모재 간의 전위차에 의하여 발생되는 아크로 인해 상기 용접 와이어의 끝단이 용융되면서 용접이 수행되고, 상기 제어부는 본용접 구간 및 번백처리 제어구간을 포함하는 아크 용접 처리에서, 번백처리 제어구간 중 상기 용접 와이어에 복수의 펄스전류를 인가하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 고가의 용접 시스템을 사용하지 않고도 용접 과정에서 별도의 와이어 커팅과정을 생략할 수 있다.

Description

아크용접시 번백처리 제어 장치 및 방법{An Apparatus And A Method For Controlling Burnback Process In Arc Welding}
본 발명은 아크용접시 번백처리 제어 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 아크용접시 용접 와이어에 대한 번백처리 중 용접 와이어에 인가되는 전류를 제어하여 용적의 크기를 변형하는 아크용접 번백처리 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이산화탄소 가스 또는 아르곤과 이산화탄소의 혼합가스를 이용한 아크용접의 용접 시퀀스 중, 아크를 발생시키는 초기 시퀀스는 매우 중요하다. 그 이유는 아크 발생에 실패하면 용접부위에 크랙이 발생하여 후가공이 필요하기 때문이다. 따라서 아크 발생 실패에 대한 변수를 줄이고자 많은 생산 현장에서 용접 종료 후 용접 재시작 시 용접와이어의 단면을 커팅하여 용접을 시작한다. 하지만 이는 작업 생산성의 저하를 불러왔다.
현재의 와이어 번백처리 제어는 전자식 제어 및 기계식제어로 구현되어 있다. 이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 종래기술에 대하여 설명한다.
도 5 내지 도 7를 참조하면, 종래의 아크 용접 프로세스에서는 본용접 구간(400) 후 번백처리 제어구간(410)에서 정전압으로 전압을 제어하였다.
도 6의 전자식 제어는 번백 시퀀스 시간 동안 정전압을 용접 와이어에 인가하는 방식으로 제어한다. 이 경우, 용접 와이어가 일정속도로 공급되면서 어느 정도의 열이 공급되어 노즐의 컨택트 팁과 용접 와이어가 녹아서 달라붙게 되는 것을 막아 준다. 그러나, 전자식 제어의 경우에는 용접 종료 후, 용접 와이어의 끝 부분이 도 6에 도시된 바와 같이 용접 와이어의 끝단 용적의 크기가 와이어의 직경보다 커지는 단점이 있었다.
한편, 도 7과 같이, 용접 종료 시 번백처리 제어가 용접 와이어 송급 모터의 역회전을 이용한 기계식 제어로 구현될 수도 있다. 여기서 송급 모터의 역회전을 이용한 기계식 제어는 노즐의 컨택트 팁과 용접 와이어가 녹아서 달라붙는 현상도 막을 수 있을 뿐만 아니라, 와이어 끝단 용적의 크기가 와이어 단면적보다 작도록 제어하는 것도 가능하다. 하지만, 기계식 제어의 경우, 상당한 중량의 와이어 롤이 역회전 하도록 기계적으로 제어할 수 있는 부품들을 이용해야 하기 때문에 용접장비 시스템의 가격이 상당히 고가이고 로봇 자동화 용접에만 사용이 국한 되어있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 아크용접 중 번백처리 제어구간에서 용접 와이어에 복수의 펄스전류를 인가하여 용접 와이어 끝단의 용적크기를 조절하여 추후 이용 시 초기 아크 발생을 유리하게 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 아크용접 번백처리 제어 장치는, 이산화탄소 가스 또는 아르곤과 이산화탄소의 혼합가스를 이용한 아크용접 중 번백처리를 제어하는 장치에 있어서, 용접 와이어를 공급하는 와이어 송급 장치; 제어부를 포함하며 용접 전원을 공급하는 본체; 및 상기 용접 전원을 공급받아 상기 용접 와이어에 전류를 인가하는 용접노즐;을 포함하며, 상기 용접 와이어와 모재 간의 전위차에 의하여 발생되는 아크로 인해 상기 용접 와이어의 끝단이 용융되면서 용접이 수행되고, 상기 제어부는 본용접 구간 및 번백처리 제어구간을 포함하는 아크 용접 처리에서, 번백처리 제어구간 중 상기 용접 와이어에 복수의 펄스전류를 인가하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는 상기 번백처리 제어구간 중의 상기 복수의 펄스전류를 정전류가 되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 용접 와이어 커팅 과정을 생략할 수 있도록 상기 복수의 펄스 전류에 의하여 상기 끝단의 용적이 상기 용접 와이어 직경보다 작거나 같게 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 펄스 중 1 개의 펄스(Pulse) 당 용융된 용접 와이어가 1 회 드롭(Drop)할 수 있도록 파형을 제어하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 아크용접 번백처리 제어 방법은, 이산화탄소 가스 또는 아르곤과 이산화탄소의 혼합가스를 이용한 아크용접에 있어서, 용접 전원 및 용접 와이어를 공급하는 단계; 상기 용접 전원을 공급받아 용접 와이어에 전류를 인가하는 단계; 상기 용접 와이어와 모재 간의 전위차에 의하여 발생되는 아크로 인해 상기 용접 와이어의 끝단이 용융되면서 용접이 수행되는 단계; 상기 용접이 수행되는 단계 후, 상기 용접 와이어에 상기 상기 용접 와이어와 모재 간의 전위차와는 다른 전압을 가지는 복수의 펄스를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 펄스를 인가하는 단계는 상기 복수의 펄스가 정전류를 가지도록 인가될 수 있다.
또한, 상기 복수의 펄스를 인가하는 단계는 상기 끝단의 용적이 상기 용접 와이어 직경보다 작거나 같게 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어단계는 상기 복수의 펄스 중 1 개의 펄스(Pulse) 당 용융된 용접 와이어가 1 회 드롭(Drop)할 수 있도록 파형을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 아크용접 번백처리 제어 방법은 아크용접 중 번백처리 제어구간에서 복수의 펄스전류를 인가하여 용접 와이어 끝단의 용적의 크기를 변형하여 추후 이루어지는 용접에서 아크를 발생하는데 유리하게 만들어 준다. 이로 인해 아크 용접 처리 초기에 아크 발생이 잘 일어나지 않아서 발생되는 오류를 줄일 수 있다. 특히, 종래의 전자식 제어는 초기 아크를 발생시키기 위해 와이어 커팅과정을 수행하는 불편함이 있었지만 본 발명은 와이어 커팅과정을 생략할 수 있다.
뿐만 아니라 기계식 제어 또한 용접장치를 역회전 시켜 용적의 크기를 조절할 수 있으나, 고가의 시스템 비용이 요구되며, 기계를 역회전 하지 않고, 용적의 크기를 변환할 수 있어 비용 부담을 줄일 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 용접 장치의 구성이다.
도 2는 본 발명에 대한 아크 용접 제어 프로세스를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 번백처리 제어 후 용접 와이어 끝단의 용적을 나타낸 도면이다.
도 4는 종래기술에 따른 번백처리를 수행한 용접 와이어의 끝단과 본 발명에 따른 번백처리를 수행한 용접와이어의 끝단을 비교하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 종래기술에 따른 아크 용접 제어 프로세스를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 번백처리 제어 프로세스를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 아크용접 번백장치의 구성이다. 도 2는 본 발명에 따른 아크 용접의 제어 프로세스를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 번백처리 제어 후 용접 와이어 끝단의 용적을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크용접 번백처리 제어 장치는 본체(100), 와이어 송급 장치(120), 용접노즐(130)을 포함한다.
이 때, 본체(100)는 제어부(110) 및 전원 공급부(115)를 포함할 수 있다. 전원 공급부(115)는 용접전원을 용접 와이어(140) 및 모재(150)에 공급할 수 있다. 본 실시예에서는 전원 공급부(115)가 본체(100)에 포함되는 구성을 도시하였으나, 전원 공급부(115)는 본체(100)와 별도 구성으로 전원을 공급할 수도 있으며, 또는 본체(100) 외부에서 본체(100)를 통하여 용접 와이어(140) 및 모재(150)에 전원을 공급할 수도 있다.
제어부(110)는 전원 공급부(115)의 전원 공급을 제어하며, 초기가스 공급 구간(320), 무부하 전압 공급 구간(330), 본용접 구간(300) 및 번백처리 구간(310)을 포함하는 아크 용접 프로세스를 제어한다.
이하에서는 도 2를 참조로 하여 본 발명에 따른 용접 프로세스를 설명한다. 초기가스 공급 구간(320)에는 이산화탄소 가스 또는 아르곤과 이산화탄소의 혼합가스가 모재(150)와 용접 와이어(140) 사이에 차폐가스로서 공급되며, 이 구간에서는 용접 와이어에 전압이 인가되지 않는다.
초기가스 공급 후에는 무부하 전압 공급 구간(330)이 이어진다. 무부하 전압 공급 구간(330)에서는 아크 발생을 위하여 고전압이 용접 와이어(140)와 모재(150) 사이에 인가된다. 무부하 전압 공급 구간(330) 중 용접 와이어(140)가 송급되면서, 용접 와이어(140)와 모재(150)의 거리가 점차 근접하게 된다. 그리고, 일정 거리 이하로 근접하게 되는 경우에 아크 발생이 시작된다.
앞서 설명한 바와 같이, 아크 발생을 위해서는 용접 와이어(140)의 끝단의 용적이 작을수록 유리하며, 종래 기술에서는 용적을 와이어 단면보다 작게 하기 위하여 용접 전 용접 와이어(140)의 끝단을 수작업으로 절단하거나, 기계적으로 송급 모터를 역회전 시켜서 끝단의 용적을 줄였다.
그러나, 본 발명에서는 정전류 펄스를 통하여 번백처리 제어를 수행함으로서, 별도의 수작업이나 고가의 장비 없이도 용접 와이어(140)의 끝단의 용적을 줄일 수 있다. 이에 대해서는 상세히 후술하도록 한다.
본 용접 구간(300)에서는 정전압 또는 정전류가 용접 와이어(140)와 모재(150) 사이에 인가되게 되며, 용접 와이어(140)가 아크에 의해 발생되는 열에 용융되면서 모재(150)에 용착되게 된다.
본 용접 구간(300) 종료 후에는 번백처리 구간(310)이 시작된다. 본 발명에 따른 번백처리 구간(310)은 용접 와이어(140)에 정전류를 가지는 복수의 펄스가 인가된다.
이 경우, 번백처리 구간(310)에 인가되는 펄스의 수는 용접 와이어(140)의 재료에 따라 결정되지만, 바람직하게는 2회 내지 10회의 펄스를 인가할 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 정전류 펄스의 인가를 통하여 용접 와이어 끝단의 용적(210)의 크기를 조절할 수 있다.
도 3을 참조하면, 번백처리 구간(310)에서, 용접 와이어(140)가 일정한 속도로 송급이 되면서 복수의 정전류 펄스 인가 시 아크가 발생하면서 용접 와이어(140)의 끝단이 용융되어 모재(150)에 용착하게 된다.
이 경우, 바람직하게는 제어부(110)는 복수의 펄스 전류 중 1개의 펄스가 인가되는 동안 용융된 용접 와이어(140)가 1회 드롭할 수 있도록 본 용접 구간(300)보다 충분히 고전압 부분의 전압을 높여 전압의 파형을 제어할 수 있다. 즉, 본 용접 구간(300)에 인가되는 전압은 번백처리 구간(310)에서 인가되는 펄스 전압의 고전압 부분과 다른 전압이 인가될 수 있다.
따라서, 제어부(110)는 번백처리 구간(310)에서 복수의 펄스를 인가하여 용접 와이어(140) 끝단의 용적(210)이 용접 와이어(140) 직경보다 작거나 같게 제어할 수 있으며, 용접 와이어(140) 커팅 과정을 생략하는 것이 가능하고, 고가의 용접 시스템을 사용하지 않고도 용접 와이어(140) 끝단의 용적(210)을 조절할 수 있다.
다시, 도 1을 살펴보면, 와이어 송급 장치(120)는 용접 와이어(140)를 일정한 속도로 및/또는 일정한 시간마다 송급할 수 있다. 예컨대, 와이어 송급 장치(120)는 용접 와이어(140)가 아크 용접되어 감소될 때 마다 와이어를 공급해 줄 수 있다. 또한, 와이어 송급 장치(120)는 본체(100)에서 전원을 공급받아 용접노즐(130)에 전송할 수 있다.
용접노즐(130)은 와이어 송급 장치(120)로부터 용접 전원을 공급 받아 용접 와이어(140)에 전류를 인가할 수 있다. 예컨대, 용접전원을 공급 받은 용접 와이어(140)는 모재(150)와의 전위차에 의하여 발생되는 아크로 인해 용접 와이어(140)의 끝단이 용융되면서 본 용접 구간(300)에서 용접을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명은 로봇 자동화 용접뿐만 아니라 일반 수동 용접에도 적용가능하며, 송급 모터의 역회전을 이용하는 용적 제어 특성을 전자식 제어로 바꾸어 송급 모터를 역회전 하는 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한, 아크가 발생하는데 유리하도록 용접 와이어(140) 끝단의 용적(210)을 저 비용으로 제어할 수 있다.
도 4는 일반 전자식(정전압 방식) 번백처리로 제어된 용접 와이어(140) 끝단, 기계식 번백처리로 제어된 용접 와이어 끝단 및 본 발명이 적용된 용접 와이어(140) 끝단에 대한 사진이다.
도 4을 참조하면, 일반 번백처리 제어는 용접 후 용접 와이어(140) 끝의 용적(210)이 용접 와이어(140) 직경보다 크지만, 본 발명은 용접 와이어(140) 끝의 용적(210)이 용접 와이어(140) 직경보다 작거나 적어도 같게 제어하여 아크를 보다 쉽게 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 용접 와이어(140)의 끝단의 용적(210)은 고가의 시스템을 활용한 기계식 번백처리 제어를 통한 용접 와이어(140)의 끝단의 용적과 대등한 수준이다.
따라서, 본 발명을 통해 비용이 많이 드는 기계식 제어를 전자식 제어로 바꾸어 비용을 감소하며, 용접 와이어 끝단 용적의 크기를 용접 와이어보다 작거나 적어도 같게 제어하여 아크 용접 프로세스 초기에 아크를 발생시키는데 유리하게 제어가 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 본체
110: 제어부
120: 와이어 송급 장치
130: 용접노즐

Claims (8)

  1. 이산화탄소 가스 또는 아르곤과 이산화탄소의 혼합가스를 이용한 아크용접 중 번백처리를 제어하는 장치에 있어서,
    용접 와이어를 공급하는 와이어 송급 장치;
    제어부를 포함하며 용접 전원을 공급하는 본체; 및
    상기 용접 전원을 공급받아 상기 용접 와이어에 전류를 인가하는 용접노즐;을 포함하며,
    상기 용접 와이어와 모재 간의 전위차에 의하여 발생되는 아크로 인해 상기 용접 와이어의 끝단이 용융되면서 용접이 수행되고,
    상기 제어부는 본용접 구간 및 번백처리 제어구간을 포함하는 아크 용접 처리에서, 번백처리 제어구간 중 상기 용접 와이어에 복수의 펄스전류를 인가하도록 구성되는,
    아크용접 번백처리 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 번백처리 제어구간 중의 상기 복수의 펄스전류를 정전류가 되도록 제어하는,
    아크용접 번백처리 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 용접 와이어 커팅 과정을 생략할 수 있도록 상기 복수의 펄스 전류에 의하여 상기 끝단의 용적이 상기 용접 와이어 직경보다 작거나 같게 제어하도록 구성되는,
    아크용접 번백처리 제어장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 펄스 중 1 개의 펄스(Pulse) 당 용융된 용접 와이어가 1 회 드롭(Drop)할 수 있도록 파형을 제어하도록 구성되는,
    아크용접 번백처리 제어장치.
  5. 이산화탄소 가스 또는 아르곤과 이산화탄소의 혼합가스를 이용한 아크용접에 있어서,
    용접 전원 및 용접 와이어를 공급하는 단계;
    상기 용접 전원을 공급받아 용접 와이어에 전류를 인가하는 단계;
    상기 용접 와이어와 모재 간의 전위차에 의하여 발생되는 아크로 인해 상기 용접 와이어의 끝단이 용융되면서 용접이 수행되는 단계;
    상기 용접이 수행되는 단계 후, 상기 용접 와이어에 상기 상기 용접 와이어와 모재 간의 전위차와는 다른 전압을 가지는 복수의 펄스를 인가하는 단계를 포함하는,
    아크용접 번백처리 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 펄스를 인가하는 단계는 상기 복수의 펄스가 정전류를 가지도록 인가되는,
    아크용접 번백처리 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 펄스를 인가하는 단계는 상기 끝단의 용적이 상기 용접 와이어 직경보다 작거나 같게 제어하는,
    아크용접 번백처리 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어단계는 상기 복수의 펄스 중 1 개의 펄스(Pulse) 당 용융된 용접 와이어가 1 회 드롭(Drop)할 수 있도록 파형을 제어하는,
    아크용접 번백처리 제어 방법.

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