KR20180113459A - 아크 용접 및 와이어 조작 제어를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

아크 용접 및 와이어 조작 제어를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20180113459A
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주다흐 헨리
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링컨 글로벌, 인크.
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Abstract

본 발명의 구현예들은 용접 작업에서 와이어 공급을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 와이어 공급은 복수의 정펄스 및 부펄스를 갖는다. 구현예들은 평균 와이어 공급 속도를 판단하며, 평균을 원하는 와이어 공급 속도와 비교한 후, 와이어 공급 펄스의 파라미터를 변경하여 원하는 와이어 공급 속도를 달성한다.

Description

아크 용접 및 와이어 조작 제어를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ARC WELDING AND WIRE MANIPULATION CONTROL}
본 발명에 따른 장치, 시스템, 및 방법은 용접에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 용접 작업에서 와이어 조작 제어와 관련된 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다.
다수의 용접 응용에서, 와이어 조작이 인기를 얻고 있다. 와이어 조작은 소모품 와이어/전극이 용접 공정 중에 상이한 단계들에서 전진 및 후퇴할 때 일어난다. 예를 들어, 일부 GMAW/MIG 용접 작업들에서, 전극은 단락이 일어나거나 검출될 때까지 전진한 후, 단락을 제거하는 데에 도움이 되도록 후퇴한다. 일부 공정들에서, 이는 단락을 보다 신속하게 제거하는 데에 도움이 되며, 전체 열입력이 더 낮은 용접 작업을 초래할 수 있다. 그러나, 이와 같은 응용들에서, 와이어 제어 방법으로 인해, 용접 중의 일관되지 않은 용착 속도(deposition rate)와 같은 문제가 용접 중에 일어날 수 있다. 이는 일부 용접 중에 접촉 팁/공작물간 거리(CTWD)가 변경될 때 종종 일어나는데, 이와 같은 변경은 용접 작업의 단락 빈도(shorting frequency)를 변경시킬 수 있기 때문이다.
종래의 접근방안, 전통적 접근방안, 및 제안된 접근방안의 추가적인 한계들 및 단점들이, 이와 같은 접근방안들과, 도면을 참조하여 본 출원의 나머지 부분에 기술되는 바와 같은 본 발명의 구현예들의 비교를 통해 당업자에게 명확해질 것이다.
본 발명의 예시적인 구현예는, 용접 작업의 평균 와이어 공급 속도가 원하는 속도로 유지되고, 일부 구현예들에서는 전압 또는 전류와 같은 용접 파라미터들과 무관하게 제어되도록, 용접 공정 중에 와이어 공급 및 와이어 조작을 제어하는 방법 및 시스템이다.
본 발명의 상기 및/또는 다른 양태들은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 구현예들을 상세히 기술함으로써 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 용접 시스템의 개략도이다.
도 2는 상이한 CTWD에서의 평균 와이어 공급 속도의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 구현예들에서 예시적인 와이어 공급 및 평균 와이어 공급 속도의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 구현예에 따른 와이어 공급 속도/와이어 조작의 조절의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 구현예들의 와이어 공급 속도/와이어 조작을 제어하는 데에 사용될 수 있는 제어 회로의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 구현예들을 위한 예시적인 흐름도의 개략도이다.
이하에서는, 다양하고 대안적인 예시적인 구현예 및 첨부 도면을 상세히 참조하는데, 유사한 참조번호는 실질적으로 동일한 구조적 요소를 가리킨다. 각각의 예는 제한이 아닌 설명의 의도로 제공된다. 실제로, 본 개시 및 청구범위의 범주 또는 정신을 벗어남 없이 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 명확할 것이다. 예를 들어, 일 구현예의 일부로 도시되거나 설명된 특징들은 다른 구현예에 사용되어 또 다른 구현예를 형성할 수 있다. 그러므로, 본 개시는 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범주에 속하는 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다.
본 개시는 전반적으로 용접 시스템 및 용접 공정에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 구현예들은 GMAW/MIG와 같은 용접 시스템에 관한 것이다. 그러나, 임의의 특정 용접 작업 타입이 본원에서 이하의 구현예들에 논의된다는 점에 있어서, 그 논의는 예시를 위한 것이며, 본 발명의 다른 예시적인 구현예들을 제한하기 위한 것이 아님을 주목한다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 용접 시스템이 도시되어 있다. 용접 시스템(100)은 프로세서 기반 제어기(115) 및 사용자 인터페이스/디스플레이(111)를 구비한 용접 전원 공급 장치(110)를 포함한다. 전원 공급 장치는 임의의 타입의 공지된 용접 전원 공급 장치일 수 있고, 본 발명의 구현예들은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 전원 공급 장치(110)는 오하이오주 클리블랜드의 Lincoln Electric Company에 의해 제조되는 PowerWave일 수 있지만, 구현예들은 이에 제한되지 않는다. 이와 같은 전원 공급 장치의 제조, 구성, 및 작동으로 인해, 강력하고 정교한 제어기가 공지되어 있으므로, 이는 본원에 상세히 설명될 필요가 없다. 제어기(115)는 용접 시스템의 작동을 제어할 수 있는 임의의 공지된 프로세서 기반 제어기일 수 있으며, CPU, 메모리 등을 구비할 수 있다. 디스플레이(111)는 용접 작업에 관한 작동 데이터, 사용자 입력 데이터 등을 표시하는 임의의 공지된 타입의 디스플레이일 수 있다. 디스플레이는 또한 사용자 입력 데이터가 스크린(111)을 통해 입력될 수 있게 하는 터치 스크린 타입일 수 있다.
시스템(100)은 또한 와이어 피더(120)를 통해 용접 작업에 소모품(127)을 공급하는 소모품 공급원(125)을 포함할 수 있되, 그 작동은 공지되어 있다. 와이어 피더(120)는 또한 전원 공급 장치(110)의 제어기(115)에 결합될 수 있는 제어기(145)를 구비할 수 있다. 이와 같은 구현예들에서, 데이터, 정보, 및 제어 명령/지시가 각각의 제어기들 사이에 교환될 수 있다. 와이어 피더(120)는 또한 사용자가 와이어 피더(120)에 제어 정보 및 용접 공정 데이터를 입력할 수 있게 하는 사용자 인터페이스(147)를 구비할 수 있다. (유선, 무선, 또는 전원 케이블과 같은 임의의 공지된 수단을 통해 이루어질 수 있는) 각각의 제어기들 사이의 통신 결합으로 인해, 사용자는 와이어 피더(120) 또는 전원 공급 장치(110)를 통해 용접 작업을 제어할 수 있다. 이와 같은 구성은 일반적으로 공지되어 있으며, 본원에 상세히 설명될 필요가 없다. 와이어(127)는 공작물 또는 용접 금속(W)의 용접을 위해 임의의 공지된 유형의 용접 토치(130)에 전달된다. 도시된 바와 같이 그리고 잘 알려진 바와 같이, 와이어 피더(120)는 본원에 설명된 바와 같이 소모품(127)을 전진 및 후퇴시킬 수 있는 와이어 구동 메커니즘(143)을 구비한다. 이와 같은 시스템은, 와이어(127)를 파지하며 와이어를 전진 또는 후퇴 방향으로 구동하는 모터, 서보, 롤러 등을 이용할 수 있다. 용접 작업이 널리 알려져 있기 때문에, 이는 본원에 상세히 설명되지 않을 것이다.
또한, 일부 예시적인 구현예들에서, 용접 토치(130)는 와이어의 전진 및 후퇴에 도움이 될 수 있는 와이어 구동 메커니즘(150)을 구비할 수 있다. 이와 같은 "푸시-풀(push-pull)" 타입 토치들이 공지되어 있고, 본원에 상세히 설명될 필요가 없다. 게다가, 토치는 토치(130) 내의 와이어 구동 메커니즘(150) 또는 다른 유사한 적절한 메커니즘을 이용하여 와이어 작업의 와이어 공급 속도에 관한 피드백을 제공할 수 있다. 물론, 피드백 시스템이 소모품(127)의 와이어 공급 속도를 정확하게 모니터링할 수 있는 한, 와이어 피더 내의 시스템과 같은 다른 공지된 시스템이 와이어 공급 속도 피드백을 제공하는 데에 사용될 수 있다. 예시적인 구현예들에서, 와이어 공급 속도 피드백 시스템(예를 들어, 150)은 와이어 피더(120) 제어기(145)에 검출된 와이어 공급 속도를 제공하고, 이후 제어기는 원하는 기간에 걸쳐 평균 와이어 공급 속도를 판단할 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 용접 작업들에서, 원하는 용접 특성 및/또는 용접 성능을 제공하기 위해 용접 작업 중에 와이어(127)를 전진 및 후퇴시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상황에 따라, 용접 중의 단락 이벤트의 검출 중에 및/또는 시에 소모품을 후퇴시키는 것이 바람직하다. 이는 단락을 보다 신속하게 제거하는 데에 도움이 될 수 있다. 그러나, 용접 중에 단락 빈도가 변경될 수 있기 때문에, 용접 작업의 와이어 공급 속도가 변경될 것이다. 예를 들어, 용접 중에, CTWD는 (예를 들어, 수동 또는 반자동 용접 작업에서) 변경될 수 있고, 이러한 변경은 단락 빈도 및 그에 따른 평균 와이어 공급 속도의 변경을 초래할 것이다. 예를 들어, 단락 빈도가 감소함에 따라, 와이어 후퇴 이벤트가 더 적을 것이기 때문에, 평균 와이어 공급 속도는 증가할 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다. 이러한 변경은 주어진 이동 속도 등에 대해 용접 작업 중에 일관되지 않은 금속 용착을 초래할 수 있다. 이러한 변경은 또한 용접 공정에 다른 악영향을 초래할 수 있다.
도 2는 각각 0.5인치 및 0.75인치의 CTWD에 대한 원하는 또는 기설정된 와이어 공급 속도 및 평균 와이어 공급 속도 사이의 상대적인 관계를 도시한다. 도시된 바와 같이, CTWD에 따라, 원하는 와이어 공급 속도 및 평균 와이어 공급 속도 사이의 관계를 정의하는 기울기가 변경된다. 이는 상이한 CTWD의 결과인, 주어진 용접 작업의 상이한 단락 빈도의 결과일 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 구현예에 따른 예시적인 와이어 공급 속도 파형(300)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 파형(300)은 복수의 정펄스(310) 및 부펄스(320)를 갖되, 정펄스는 와이어 전진을 나타내고 부펄스는 와이어 후퇴를 나타낸다. 각각의 정펄스(310)는 피크 WFS(311) 및 지속시간(313)을 가지며, 부펄스(320)는 피크 후퇴 속도(321) 및 지속시간(323)을 갖는다. 물론, 예시적인 구현예들에서, 각각의 펄스들의 지속시간은 반드시 고정될 필요가 있는 것이 아니라, 용접 공정의 단락 빈도, 단락 기간 등에 의해 좌우될 수 있음을 주목해야 한다. 그러나, 각각의 피크 WFS 값은 용접 작업 전에 기결정될 수 있고, 용접 작업에 관한 사용자 입력 데이터에 기초하여 각각의 제어기들 중 하나에 의해 결정될 수 있거나 사용자에 의해 설정될 수 있다.
또한, 실제/검출된 WFS(340)와 비교하여, 원하는 평균 WFS(330)의 그래픽적 표현이 도 3에 점선으로 도시되어 있다. 평균 WFS(330)는 제어기들 중 하나 또는 둘 다에서 기결정될 수 있는 소정 기간에 걸친 평균을 나타내며, 검출된 평균 WFS(340)는 용접 작업의 실제 평균 WFS를 나타낸다. 도 3에서, 실제 평균(340)은 원하는 평균(330)보다 작은 것으로 나타나 있다. 이는 CTWD가 원하는 것보다 작은 결과일 수 있고, 이는 용접 작업의 단락 빈도의 증가를 초래할 수 있다. 이러한 단락 빈도 증가는 와이어가 더 많은 시간을 전진보다 후퇴 상태에 있는 결과를 초래하여, 실제 평균 WFS가 원하는 WFS보다 작은 결과를 초래할 것이다. 도시된 구현예에서, 더 적은 소모품이 용접에 추가됨에 따라, 최종 용접은 원하는 것보다 작은 용착 속도를 가질 가능성이 높을 것이다. 본 발명의 구현예들은 이하에 추가로 논의되는 바와 같이 이를 해결한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 파형을 도시한다. 도 3의 파형(300)이 문맥상 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본원에 설명된 시스템은 WFS 파형을 조절하여 원하는 평균 WFS를 달성한다. 이는 WFS 펄스의 전진 및 후퇴 피크를 증가/감소시킴으로써 이행될 수 있다. 예를 들어, 검출된 평균 WFS를 증가시키기 위해, 시스템은 파형이 더 큰 정피크(311') 및 더 작은 부피크(321')를 갖게 할 수 있다. 이는 용접 작업의 평균 WFS의 증가를 초래한다. 검출된 평균 WFS를 낮추기 위해, 정피크를 감소시키고 부피크를 증가시킬 수 있다. 이러한 조절 방법을 사용함으로써, 본 발명의 구현예들은 용접 작업에서 전류 및/또는 전압의 제어와 무관하게 와이어 조작 용접 공정 중에 개선된 WFS 제어를 달성할 수 있다.
구체적으로, 일부 예시적인 구현예들에서, 용접 아크 전류 및/또는 전압 제어는 와이어 공급 속도와 별도로 조절된다. 즉, 이와 같은 시스템에서, 전원 공급 장치 및/또는 와이어 피더는 원하는 전류 및/또는 전압을 유지할 수 있는 전압 및/또는 전류 피드백 및 제어 회로들 및 시스템들을 구비한다. 이와 같은 시스템들은 공지되어 있고, 본원에 상세히 설명될 필요가 없다. 일부 예시적인 구현예들에서, 아크 전압 및 전류 피드백 및 제어는 본원에 설명된 바와 같은 와이어 공급 속도 제어와 완전히 별개이다. 이는 전압 및/또는 전류가 조절되지 않는 것이 아니라, 와이어 공급 속도가 아크 전압 및/또는 전류 피드백에 기초하여 직접적으로 조절되지 않고, 아크 전압 및/또는 전류가 검출된 와이어 공급 속도에 기초하여 직접적으로 제어되지 않음을 말한다. 이와 같은 시스템들은 시스템의 작동 효율성을 개선하며, 본원에 설명된 시스템으로 하여금 원하는 방식으로 와이어 공급 속도를 조절하게 하여, 용접 작업에서 소모품의 일관된 용착을 제공한다.
도 4에 도시된 구현예에서, 부펄스 및 정펄스 각각의 피크는 원하는 평균 WFS를 달성하도록 조절되었다. 그러나, 이는 항상 그런 것은 아니다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 조절의 필요성이 작을 때, 각각의 피크들(즉, 정 또는 부) 중 하나만이 조절될 수 있다. 즉, 일부 예시적인 구현예들에서, 실제 평균 WFS가 원하는 평균 WFS에 대한 특정 임계치 또는 윈도우 내에 있는 경우, 정피크 또는 부피크 중 하나만이 조절되고, 필요한 조절이 임계치를 초과하는 경우, 정/부피크 각각이 조절된다. 예를 들어, 일부 예시적인 구현예들에서, 검출된 평균 WFS가 원하는 평균 WFS의 10% 이내인 경우, 오직 정펄스의 피크만이 조절되고 부(후퇴)펄스의 피크는 유지되는 반면, 검출된 평균 WFS가 10% 임계치를 초과하는 경우, 각각의 피크들이 각각 조절된다. 예시적인 구현예들에서, 이러한 임계값은 원하는 또는 기설정된 평균 WFS의 2 내지 20%의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 예시적인 구현예들에서, 이러한 임계치는 5 내지 12%의 범위 내에 있을 수 있다. 필요시 정펄스만을 조절함으로써, 용접 작업의 단락 제거 양태가 일관된 와이어 후퇴 펄스로 일관되게 유지될 수 있다. 상기 임계치들은 일부 구현예들을 위한 예시적인 것이며, 다른 구현예들에서 다른 임계치들이 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 상기 범위 백분율은 또한 본원에 논의된 바와 같이 와이어 공급 속도 대신에 용착 속도를 이용할 때 사용될 수 있음을 주목한다.
다른 예시적인 구현예들에서, 와이어 피더(120) 또는 전원 공급 장치(110)의 제어기는, 다른 용접 작업 파라미터들과 함께, 어떤 펄스가 수행되는 용접 작업의 타입에 기초하여 수정되어야 하는지 판단할 수 있다. 즉, 용접 작업 파라미터들의 주어진 세트에 대해, WFS 파형의 정펄스만을 통해 평균 WFS를 조절하는 것이 가장 바람직스러울 수 있는 반면, 용접 파라미터들의 다른 주어진 세트에 대해, 부피크만을 조절하여 원하는 WFS를 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같은 용접 공정 인자들은: 용접 공정 타입, 파형 타입(예를 들어, STT, 펄스 등), 이동 속도, (구성, 직경 등을 포함할 수 있는) 소모품 타입, 열입력, 용착 속도 등을 포함할 수 있다. 물론, 구현예들은 이러한 파라미터들 및 이에 기재되지 않은 다른 파라미터들 중 임의의 하나, 조합, 또는 전부를 이용하여 WFS 수정의 역학을 판단하여, 원하는 용접 성능 및 용접 목표를 달성할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 룩업 테이블 또는 상태 테이블 등을 활용하고, 입력 파라미터들에 기초하여 어떤 WFS 수정 기술이 실시될 수 있는지 판단할 수 있다. 따라서, 이와 같은 구현예들에서, 사용자는 다양한 필요 용접 공정 파라미터들을 입력할 수 있고, 제어기(와이어 피더 또는 전원 공급 장치)는 임의의 필요 임계값들을 비롯하여 공정을 위해 사용될 WFS 제어 프로토콜을 판단할 수 있다. 이는 이하에 추가로 설명된다.
예를 들어, 용접 공정 파라미터들의 제1 세트에 대해, 와이어 공급 속도를 조절하기 위해 정펄스의 피크만을 (더 느리거나 더 빠르게) 조절하는 것이 바람직할 수 있고, 다시, 파라미터들의 제2 세트에 대해, 부펄스가 조절되어야 한다. 물론, 이러한 구현예들은 또한 앞서 논의된 임계값들을 채용할 수 있다. 예를 들어, 파라미터들의 주어진 세트에 대해, 제어기는 정펄스가 먼저 임계값까지 조절되어야 한다고 판단할 수 있고, 기설정된 WFS 및 실제 WFS의 차가 임계값을 초월하는 경우, 부펄스가 또한 조절되어야 한다. 그러나, 예시적인 구현예들에서, 임계값은 용접 파라미터들에 기초하여 달라질 수 있다. 예를 들어, 용접 파라미터들의 제1 세트에 대해, 제어기는 검출된 평균 WFS가 원하는 평균 WFS의 10% 이내일 때 정펄스가 조절되어야 한다고 판단하지만, 파라미터들의 제2 세트에 대해, 제어기는 또한 정펄스가 조절되어야 한다고 판단하지만, 임계값은 15%이고, 이를 넘어서는 부펄스도 조절되어야 한다. 다시, 이러한 판단은 사전작성된 룩업 테이블, 상태 테이블 등에 기초할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 구현예들은 주어진 용접 작업 중에 와이어 조작 공정의 제어를 최대화 및 최적화한다.
전술한 구현예들에서, 펄스의 피크가 수정되지만, 다른 구현예들에서, 정 및/또는 부펄스의 지속시간이 수정될 수 있다. 일부 구현예들에서, 지속시간은 용접 파형의 단락 제거에 의해 좌우되고, 이로써 달라질 수 있지만, 단락 이벤트의 지속시간에만 기초하여 달라질 것이다. 그러나, 다른 구현예들에서, 지속시간은 원하는 평균 WFS를 달성하기 위해 조절되거나 기간 고정될 수 있다. 즉, 일부 구현예들에서, 지속시간은 평균 와이어 공급 속도를 조절하기 위해 단락의 제거에 대해 단축되거나 연장될 수 있는 반면, 다른 구현예들에서, 지속시간은 단락 제거의 기간과 무관하게 설정된 기간으로 고정될 수 있다. 다시, 제어기는 다양한 사용자 입력을 이용하여, WFS 펄스 지속시간이 와이어 공급 속도를 조절 또는 제어하는 데에 사용될 수 있는지 판단할 수 있다.
도 5는 와이어 피더 또는 전원 공급 장치의 제어기에 사용될 수 있는 예시적인 WFS 제어 회로를 나타낸다. 물론, 본 발명의 범주 및 정신을 벗어남 없이, 시스템 제어기는 또한, 별개의 시스템 제어기 등과 같이, 시스템(100)으로부터 멀리 위치할 수 있음을 주목해야 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제어 회로(500)는 검출된 평균 와이어 공급 속도 및 기설정된 또는 원하는 평균 와이어 공급 속도를 입력으로 수신하는 비교기(510)를 포함한다. 비교기는 각각의 신호를 비교하며 에러 신호(520)를 출력한다. 에러 신호(520)는 비례-적분-미분 제어기(PID; 530)에 제공되고, 이는 이후 WFS 스케일 팩터(540)를 출력한다. 이후, 스케일 팩터(540)는, 제어기에 의해, 원하는 출력을 달성하기 위해 본원에 설명된 바와 같이 WFS 파형을 조절하는 데에 사용된다. 예를 들어, 제어기는 검출된 평균 와이어 공급 속도를 (1 + WFS 스케일 팩터)만큼 조절하여 원하는 출력을 달성할 수 있다. 예시적인 구현예들에서, 주어진 용접 작업의 평균 WFS가 소정 기간에 걸쳐 용접에 제공되는 와이어의 총량의 적분이기 때문에, PID가 사용될 수 있다. 물론, 도 5에 도시된 회로(500)는 예시적인 것이며, 제한의 의도가 아니다. 본 발명의 정신 또는 범주를 벗어남 없이, 다른 피드백 및 제어 회로들이 사용될 수 있다.
전술한 구현예들에 의해, 공지된 시스템들과 달리, 와이어 공급 시스템에 존재하는 임의의 기계적 문제들이 고려되고, 일부 구현예들에서, WFS의 제어는 용접 아크 전류 및/또는 전압의 제어와 무관하며, 주어진 용접 작업을 위해 소모품의 일정한 전달이 유지될 수 있다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서 50 내지 200 Hz의 범위 및 다른 구현예들에서 75 내지 150 Hz의 범위의 주파수에서 용접 와이어의 진동이 일어날 수 있다. 게다가, 예시적인 구현예들에서, 평균 와이어 공급 속도 검출 및 판단을 위한 필터링 윈도우가 5 내지 25 Hz의 범위 내에 있고, 다른 구현예들에서, 10 내지 20 Hz의 범위 내에 있을 수 있다. 이와 같은 필터링은, 판단된 평균 와이어 공급 속도가, 데이터와 간섭하거나 데이터에 악영향을 미치는 기계 소음과 같은 소음에 의해 악영향을 받지 않도록 보장하는 데에 도움이 된다.
상기 구현예들이 WFS의 측면에서 논의되었지만, 본 발명의 정신 또는 범주를 벗어남 없이, 다른 구현예들이 전술한 유사한 방법을 이용하여 용접 작업의 용착 속도를 사용하고 모니터링할 수 있음을 주목한다. 즉, 시스템은 소모품 직경과 같은 정보와 함께 와이어 공급 속도를 이용하여 용착 속도를 판단하고, 판단된 용착 속도를 입력된 또는 원하는 용착 속도와 비교할 수 있다. 즉, 일부 구현예들에서, 와이어 공급 속도와 달리, 사용자가 사용자 입력으로 용착 속도를 입력하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같은 경우, 본 발명의 구현예들은 본원에 설명된 바와 같이 쉽게 기능할 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적인 구현예들의 작동을 설명하는 대표적인 흐름도이다. 물론, 이러한 흐름도는 예시적인 것이며, 제한의 의도가 아니고, 본 발명의 정신 또는 범주를 벗어남 없이, 이하에 나타낸 항목들의 순서가 변경될 수 있음을 주목해야 한다. 도시된 바와 같이, 용접 작업을 위해 제어기 및/또는 시스템에 적어도 일부 용접 파라미터들을 입력한 후, 원하는 평균 WFS를 입력한다. 물론, 일부 구현예들에서, 동일한 시간/동일한 단계에 이러한 정보를 모두 입력할 수 있다. 또한, 다른 구현예들에서는, 단계(610)에서, 제어기는 데이터 입력 중 적어도 일부(예를 들어, 용접 공정 타입, 파형 타입(예를 들어, STT, 펄스 등), 이동 속도, (구성, 직경 등을 포함할 수 있는) 소모품 타입, 열입력, 용착 속도 등)에 기초하여 원하는 평균 WFS를 판단할 수 있다. 예를 들어, 용접 파라미터들의 주어진 세트에 대해, 제어기는 기결정된 원하는 WFS를 가질 수 있고, 이는 이후 용접 작업을 위해 사용될 수 있다. 게다가, 일부 구현예들에서, 기결정 또는 기설정된 용접 작업들이 제어기 또는 다른 메모리 내에 저장될 수 있거나, 원하는 정보 모두를 갖는 제어기에 업로드될 수 있다. 입력 용접 파라미터들은 본원에 논의된 파라미터들 또는 주어진 용접 작업을 위해 통상적으로 사용되는 임의의 다른 용접 파라미터들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 구현예들에서, 원하는 또는 기설정된 평균 WFS 대신에, 직경과 같은 소모품에 관한 정보와 함께, 원하는 용착 속도가 입력될 수 있고, 제어기는 이러한 정보를 이용하여 원하는 WFS를 판단한다. 원하는 용착 속도 또는 WFS의 입력/판단 후에, 용접 작업을 개시할 수 있다(630). 용접 중에, 시스템은 용접 작업의 실제 평균 WFS 및/또는 용착 속도를 검출/판단한다(640). 이러한 판단은 본원에 설명된 바와 같이 임의의 공지된 피드백 시스템을 이용하여 이루어질 수 있다. 이후, 검출된 정보를 원하는 또는 기설정된 정보(WFS 또는 용착 속도 또는 둘 다)와 비교한다(650). 이후, 비교(650)에 기초하여, 제어기는 본원에 설명된 바와 같이 와이어 공급 속도 또는 용착 속도를 조절하여 원하는 결과를 달성할 수 있다. 예를 들어, 이는 (그렇게 장착된 경우) 와이어 피더 또는 토치 중 하나 또는 둘 다의 와이어 공급 메커니즘을 조절함으로써 이행될 수 있다. 이후, 이러한 제어 방법은 일정한 용착 속도를 달성하기 위해 용접 작업 중에 유지되는데, 이는 공지된 와이어 조작 시스템으로는 달성할 수 없는 것이다.
전술한 구현예들에서, 제공된 정보를 수신하며 분석하는 제어기/프로세서는 전원 공급 장치 및/또는 와이어 피더 내에 있다. 그러나, 다른 예시적인 구현예들에서, 이는 랩톱, 태블릿 등과 같은 휴대용 장치를 비롯한 별개의 컴퓨터 장치를 통해 이행될 수 있다. 제어기는 전원 공급 장치 또는 와이어 피더 내에 있을 필요가 없지만, 있을 수 있다.
본 출원의 주제가 소정의 구현예들을 참조하여 설명되었지만, 당업자들은 주제의 범주를 벗어남 없이 다양한 변경이 이루어질 수 있고 등가물들로 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 주제의 범주를 벗어남 없이, 주제의 교시에 특정 상황 또는 재료를 적응시키기 위해 다수의 수정이 이루어질 수 있다. 그러므로, 주제는 개시된 특정 구현예에 제한되는 것이 아니라, 주제는 본원에 설명된 범주에 속하는 모든 구현예를 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 용접 작업 중에 용접 와이어를 전진시키고 상기 용접 와이어를 후퇴시키는 와이어 구동 메커니즘을 구비하되, 상기 용접 와이어의 상기 전진은 복수의 와이어 공급 속도 정펄스를 가지며, 상기 용접 와이어의 상기 후퇴는 복수의 와이어 공급 속도 부펄스를 가지는 것인 와이어 공급 메커니즘,
    상기 용접 작업 중에 상기 용접 와이어의 와이어 공급 속도를 검출하는 와이어 공급 속도 검출 회로, 및
    상기 와이어 공급 메커니즘 및 상기 와이어 공급 속도 검출 회로에 결합되어, 상기 와이어 공급 속도 검출 회로로부터의 상기 검출된 와이어 공급 속도에 기초하여 상기 용접 작업을 위한 평균 와이어 공급 속도를 판단하며, 상기 판단된 평균 와이어 공급 속도를 원하는 평균 와이어 공급 속도값과 비교하는 제어기를 포함하고,
    상기 와이어 공급 속도 정펄스 각각은 제1 펄스 파라미터를 가지며, 상기 와이어 공급 속도 부펄스 각각은 제2 펄스 파라미터를 가지고, 상기 제어기는 상기 판단된 평균 와이어 공급 속도와 상기 원하는 평균 와이어 공급 속도값의 비교에 기초하여 상기 제1 및 제2 펄스 파라미터 중 적어도 하나를 변경하는, 용접 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파라미터는 정피크 와이어 공급 속도이며, 상기 제2 파라미터는 부피크 와이어 공급 속도인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용접 작업은 용접 아크 전압 및 용접 전류 각각을 가지며, 상기 용접 아크 전압 및 상기 용접 전류 각각은 상기 제1 또는 제2 파라미터의 변경과 무관하게 조절되는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 판단된 평균 와이어 공급 속도가 상기 원하는 평균 와이어 공급 속도의 제1 범위 내에 있을 때 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터 중 상기 적어도 하나를 변경하고, 상기 제어기는 상기 판단된 평균 와이어 공급 속도가 상기 제1 범위 내에 있지 않을 때 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터 둘 다를 변경하는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 범위는 2 내지 20%의 범위 내에 있는, 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 범위는 5 내지 12%의 범위 내에 있는, 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 범위는 상기 제어기에 의해 적어도 하나의 입력 용접 공정 파라미터에 기초하여 판단되는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 공급 속도 정펄스의 주파수는 50 내지 200 Hz의 범위 내에 있는, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원하는 평균 와이어 공급 속도는 상기 제어기에 의해 원하는 용착 속도, 소모품 타입, 이동 속도, 열입력, 용접 공정 타입, 및 용접 공정 파형 중 적어도 하나에 기초하여 판단되는, 시스템.
  10. 용접 작업 중에 용접 와이어를 전진시키고 상기 용접 와이어를 후퇴시키는 와이어 구동 메커니즘을 구비하되, 상기 용접 와이어의 상기 전진은 복수의 와이어 공급 속도 정펄스를 가지며, 상기 용접 와이어의 상기 후퇴는 복수의 와이어 공급 속도 부펄스를 가지는 것인 와이어 공급 메커니즘,
    상기 용접 작업 중에 상기 용접 와이어의 와이어 공급 속도를 검출하는 와이어 공급 속도 검출 회로, 및
    상기 와이어 공급 메커니즘 및 상기 와이어 공급 속도 검출 회로에 결합되어, 상기 와이어 공급 속도 검출 회로로부터의 상기 검출된 와이어 공급 속도에 기초하여 상기 용접 작업을 위한 평균 용착 속도를 판단하며, 상기 판단된 평균 용착 속도를 원하는 평균 용착 속도와 비교하는 제어기를 포함하고,
    상기 와이어 공급 속도 정펄스 각각은 제1 펄스 파라미터를 가지며, 상기 와이어 공급 속도 부펄스 각각은 제2 펄스 파라미터를 가지고, 상기 제어기는 상기 판단된 평균 용착 속도와 상기 원하는 용착 속도의 비교에 기초하여 상기 제1 및 제2 펄스 파라미터 중 적어도 하나를 변경하는, 용접 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 파라미터는 정피크 와이어 공급 속도이며, 상기 제2 파라미터는 부피크 와이어 공급 속도인, 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 판단된 평균 용착 속도가 상기 원하는 평균 용착 속도의 제1 범위 내에 있을 때 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터 중 상기 적어도 하나를 변경하고, 상기 제어기는 상기 판단된 평균 용착 속도가 상기 제1 범위 내에 있지 않을 때 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터 둘 다를 변경하는, 시스템.
  13. 용접 작업 중에 용접 와이어를 전진 및 후퇴시키는 단계로, 상기 용접 와이어의 상기 전진은 복수의 와이어 공급 속도 정펄스를 이용하며, 상기 용접 와이어의 상기 후퇴는 복수의 와이어 공급 속도 부펄스를 이용하고, 상기 와이어 공급 속도 정펄스 각각은 제1 펄스 파라미터를 가지며, 상기 와이어 공급 속도 부펄스 각각은 제2 펄스 파라미터를 가지는 것인 단계;
    상기 용접 작업 중에 상기 용접 와이어의 와이어 공급 속도를 검출하는 단계;
    상기 검출된 와이어 공급 속도에 기초하여 상기 용접 작업을 위한 평균 와이어 공급 속도를 판단하는 단계;
    상기 판단된 평균 와이어 공급 속도를 원하는 평균 와이어 공급 속도값과 비교하는 단계;
    상기 판단된 평균 와이어 공급 속도와 상기 원하는 평균 와이어 공급 속도값의 비교에 기초하여 상기 제1 및 제2 펄스 파라미터 중 적어도 하나를 변경하는 단계를 포함하는, 용접 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 파라미터는 정피크 와이어 공급 속도이며, 상기 제2 파라미터는 부피크 와이어 공급 속도인, 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 파라미터의 변경과 무관하게 용접 아크 전압 및 용접 전류 각각을 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터 중 상기 적어도 하나를 변경하는 상기 단계는 상기 판단된 평균 와이어 공급 속도가 상기 원하는 평균 와이어 공급 속도의 제1 범위 내에 있을 때 이루어지고,
    상기 판단된 평균 와이어 공급 속도가 상기 제1 범위 내에 있지 않을 때 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터 둘 다를 변경하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 범위는 2 내지 20%의 범위 내에 있는, 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 범위는 5 내지 12%의 범위 내에 있는, 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 범위는 상기 제어기에 의해 적어도 하나의 입력 용접 공정 파라미터에 기초하여 판단되는, 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    원하는 용착 속도, 소모품 타입, 이동 속도, 열입력, 용접 공정 타입, 및 용접 공정 파형 중 적어도 하나에 기초하여 상기 원하는 평균 와이어 공급 속도를 판단하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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