KR20180123481A - 아크 용접 시스템 및 와이어 송급 장치 - Google Patents

아크 용접 시스템 및 와이어 송급 장치 Download PDF

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Abstract

소모 전극식의 아크 용접 시스템은, 용접 와이어(W)를 와이어 공급원(3)으로부터 용접 토치(13)로 송급하는 와이어 송급 장치(4)와, 용접 토치(13)에 송급된 용접 와이어(W) 및 모재(A) 간에 전력을 공급하는 전원 장치(5)를 갖추고, 공급된 전력에 의해 발생하는 아크에서 모재(A)를 용접한다. 와이어 송급 장치(4)는, 와이어 공급원(3) 및 용접 토치(13)의 사이에 배치되고, 와이어 공급원(3)으로부터 공급되는 용접 와이어(W)를 일시적으로 수용하고, 수용된 용접 와이어(W)를 용접 토치(13)로 공급하는 중간 와이어 공급원(41)과, 와이어 공급원(3)의 용접 와이어(W)를 중간 와이어 공급원(41)으로 송급하는 인출 송급부(41d)와, 중간 와이어 공급원(41)에 수용된 용접 와이어(W)를 용접 토치(13)로 송급하는 압출 송급부(42)를 갖춘다.

Description

아크 용접 시스템 및 와이어 송급 장치
본 발명은, 소모 전극식의 아크 용접 시스템 및 와이어 송급 장치에 관한 것이다.
소모 전극식의 아크 용접 시스템은, 용접 와이어를 와이어 공급원으로부터 용접 토치로 송급(送給)하는 와이어 송급 장치와, 전원 장치를 갖춘다. 와이어 송급 장치는, 와이어 릴, 팩 와이어 등의 와이어 공급원으로부터 용접 와이어를 인출(引出)하는 인출 송급 롤러와, 용접 로봇의 암(arm) 등에 설치되어 있고, 와이어 공급원으로부터 송급된 용접 와이어를 용접 토치로 압출(壓出)하는 압출 송급 롤러를 갖춘다. 인출 송급 롤러와, 압출 송급 롤러와의 사이는, 송급된 용접 와이어가 삽통(揷通)하는 도관 케이블(Conduit cable)에 의해 접속되어 있고, 용접 와이어는 도관 케이블에 안내(案內)되어, 용접 토치로 송급된다. 아크 용접 시스템은, 인출 송급 롤러 및 압출 송급 롤러의 회전을 제어함으로써, 용접 와이어를 용접 토치로 송급함과 동시에, 용접 와이어 및 모재(母材) 간에 전력을 공급함으로써, 아크를 발생시켜, 아크의 열에 의해 모재를 용접한다. 5 mm 정도의 얇은 판자라면, 모재의 맞대기 이음을 1 패스로 용접할 수도 있다.
그런데, 9~30 mm의 두꺼운 판이 되면, 종래의 아크 용접 시스템에서는 1 패스로 모재를 용접할 수 없다. 이 때문에, 복수 회의 용접 조작을 반복 실시하는 다층 용접에 의해, 두꺼운 판의 용접이 실시되고 있다. 그러나, 다층 용접에서는, 용접공수(溶接工數)의 증대가 문제가 된다. 또한, 입열양(入熱量)이 커져서 모재의 변형, 용접 부분의 취약화가 문제가 된다.
본원 발명자들은, 이러한 문제를 해결할 수 있도록 열심히 검토한 결과, 일반적인 아크 용접 시스템에 비해, 고속으로 용접 와이어의 송급을 실시해, 대전류를 공급함으로써, 두꺼운 판의 1 패스 용접을 실현할 수 있다는 지견을 얻었다. 구체적으로는, 용접 와이어를 약 5~100 m/분으로 송급하고, 300 A 이상의 대전류를 공급함으로써, 두꺼운 판의 1 패스 용접을 실현할 수 있다. 용접 와이어의 고속 송급 및 대전류 공급을 실시하면, 아크의 열에 의해 모재에 요상(凹狀)의 용융 부분이 형성되고, 용접 와이어의 선단부(先端部)가 용융 부분으로 진입한다. 용접 와이어의 선단부가 모재 표면 보다 심부(深部)에 진입함으로써, 용융 부분이 모재의 두께 방향 이면(裏面)측으로까지 관통해, 1 패스 용접이 가능하게 된다. 이하, 용융 부분에 진입한 용접 와이어의 선단부와, 모재 또는 용융 부분과의 사이에 발생하는 아크를, 적절히 매몰 아크라고 부른다.
[특허문헌 1] 일본 특개 2007-229775호 공보
그렇지만, 용접 와이어의 고속 송급, 대전류의 공급 등을 가능하게 하는 아크 용접 시스템을 실용화 하는데 있어서는 여러 가지의 기술적 문제가 있다. 예를 들면, 와이어 공급원 및 용접 토치 간의 거리, 배치에 따라서는, 송급 시에 용접 와이어에 걸리는 송급 저항, 관성 등의 송급 부하(送給 負荷)가 커지고, 종래의 아크 용접 시스템에서는, 와이어 공급원으로부터 용접 토치로 용접 와이어를 고속으로 안정적으로 송급할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 구체적으로는, 와이어 공급원과, 용접 토치의 거리가 긴 경우, 송급 부하가 커진다. 또한, 와이어 공급원으로서 와이어 릴이 이용된 경우, 와이어 릴의 관성에 의해, 송급 부하가 커진다. 송급 부하가 커지면, 용접 와이어 및 롤러 간의 미끄러짐 등이 생겨 필요한 속도로 용접 와이어를 모재로 공급할 수 없게 되어, 두꺼운 판의 1 패스 용접을 안정적으로 실현될 수 없게 된다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 필요한 속도로 용접 와이어를 안정적으로 용접 토치로 송급할 수 있고, 두꺼운 판의 1 패스 용접을 실현할 수 있는 아크 용접 시스템 및 와이어 송급 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 용접 와이어를 와이어 공급원으로부터 용접 토치로 송급하는 와이어 송급 장치와, 상기 와이어 송급 장치에 의해 상기 용접 토치로 송급된 용접 와이어 및 모재 간에 전력을 공급하는 전원 장치를 갖추고, 공급된 전력에 의해 용접 와이어 및 모재 간에 발생하는 아크에서 모재를 용접하는 소모 전극식의 아크 용접 시스템에 있어서, 상기 와이어 송급 장치는, 상기 와이어 공급원 및 상기 용접 토치의 사이에 배치되고, 상기 와이어 공급원으로부터 공급되는 용접 와이어를 일시적으로 수용하고, 수용된 용접 와이어를 상기 용접 토치로 공급하는 중간 와이어 공급원을 갖춘다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 와이어 송급 장치는, 상기 와이어 공급원의 용접 와이어를 상기 중간 와이어 공급원으로 송급하는 제1 송급부와, 상기 중간 와이어 공급원에 수용된 용접 와이어를 상기 용접 토치로 송급하는 제2 송급부를 갖춘다.
본 발명에 있어서는, 와이어 공급원과, 용접 토치와의 사이에 중간 와이어 공급원을 배치하는 것에 의해, 와이어 공급원 측에서의 용접 와이어의 송급 부하를 흡수하고, 용접 토치 측에서의 용접 와이어의 송급 부하를 저감할 수 있다. 따라서, 필요한 속도로 안정적으로 용접 와이어를 용접 토치로 송급할 수 있어 두꺼운 판(板)의 1 패스 용접을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 중간 와이어 공급원은, 용접 와이어의 수용량을 검출하는 검출부를 갖추고, 상기 검출부의 검출 결과에 근거하여, 소정량의 용접 와이어가 수용되도록 상기 제1 송급부의 송급을 제어하는 송급 제어부를 더 갖춘다.
본 발명에 있어서는, 중간 와이어 공급원은, 소정량의 용접 와이어를 수용하고 있기 때문에, 와이어 공급원 측에서의 용접 와이어의 송급 부하가 원인으로, 와이어 공급원으로부터 중간 와이어 공급원으로의 용접 와이어의 송급량이 일시적으로 감소하거나 증가해도, 용접 토치 측으로 안정되게 용접 와이어를 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 중간 와이어 공급원은, 용접 와이어를 수용하는 케이스를 갖추고, 상기 케이스 및 상기 와이어 공급원은, 용접 와이어가 삽통하는 제1 도관 케이블에 의해 접속되고, 상기 케이스 및 상기 제2 송급부는, 용접 와이어가 삽통하는 제2 도관 케이블에 의해 접속되어 있고, 용접 와이어는, 상기 제1 도관 케이블 및 상기 제2 도관 케이블에 의해 안내되고, 상기 중간 와이어 공급원을 통해 상기 용접 토치로 송급된다.
본 발명에 있어서는, 와이어 공급원으로부터 송급되고, 제1 도관 케이블로부터 송출(送出)된 용접 와이어 자체를 케이스에 수용하고 있다. 따라서, 충분한 용접 와이어를 케이스에 수용해 둘 수 있다. 또한, 케이스는, 용접 와이어 그 자체를 수용하고 있기 때문에, 용접 와이어와, 도관 케이블과의 마찰 저항이 문제가 되는 일도 없다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 제1 송급부는, 상기 케이스에 수용되어 있다.
본 발명에 있어서는, 제1 송급부는 중간 와이어 공급원의 케이스에 수용되어 있기 때문에, 제1 송급부 및 중간 와이어 공급원을 별체로 구성하는 경우에 비해, 용접 와이어의 수용량을 보다 직접적으로 제어할 수 있다. 또한, 제1 송급부 및 중간 와이어 공급원이 일체화(一體化)되어 있기 때문에, 사용자에 의한 아크 용접 시스템의 구축이 용이해진다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 제1 도관 케이블을 삽통하는 용접 와이어의 송급에 따른 부하는, 상기 제2 도관 케이블을 삽통하는 용접 와이어의 송급에 따른 부하에 비해 크다.
본 발명에 있어서는, 제1 도관 케이블과 관련되는 큰 송급 부하를 흡수 하고, 용접 토치 측에서의 용접 와이어의 실질적인 송급 부하를, 제2 도관 케이블과 관련되는 작은 송급 부하로까지 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 케이스는, 상기 중간 와이어 공급원을 재치(載置)하기 위한 재치면을 가진다.
본 발명에 있어서는, 중간 와이어 공급원을 플로어 등의 임의 개소에 배치할 수 있다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 용접 토치를 보지(保持)하는 암을 가지는 용접 로봇을 갖추고, 상기 제2 송급부는, 상기 용접 로봇의 상기 암에 설치되어, 상기 중간 와이어 공급원은 상기 용접 로봇에 병치(倂置)된다.
본 발명에 있어서는, 용접 로봇에 중간 와이어 공급원이 병치되고, 제2 송급부가 용접 로봇의 암에 설치된다. 중간 와이어 공급원으로부터 제2 송급부로의 송급 부하는 작기 때문에, 제2 송급부를 소형 또한 경량화 할 수 있고, 용접 로봇에 걸리는 하중을 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 전원 장치는, 병렬 접속되어 있고, 용접 와이어 및 모재 간에 전력을 공급하는 제1 전원 및 제2 전원을 갖춘다.
본 발명에 있어서는, 병렬 접속된 제1 전원 및 제2 전원을 이용해 용접 토치 및 모재 간에 대전류(大電流)를 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 제1 전원은, 상기 제1 전원 및 제2 전원에 의한 급전(給電) 및 상기 와이어 송급 장치에 의한 용접 와이어의 송급(送給)을 제어하고 있다.
본 발명에 있어서는, 제1 전원이, 자신(自身) 및 제2 전원에 의한 급전을 제어하고, 제1 및 제2 송급부에 의한 용접 와이어의 송급을 제어한다. 즉, 제1 전원이, 전원 장치 전체 및 용접 와이어 송급 장치의 동작을 집중적으로 제어한다. 따라서, 아크 용접 시스템을 안정적으로 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 와이어 송급 장치는, 용접 와이어 및 모재 간에 발생한 아크에 의해 모재에 형성된 요상(凹狀)의 용융 부분에 용접 와이어의 선단부가 진입하는 속도로, 용접 와이어를 송급하고, 상기 전원 장치는, 용접 와이어 및 모재 사이에 흐르는 용접 전류의 주파수가 10 Hz 이상 1000 Hz 이하, 평균 전류가 300 A 이상, 전류 진폭이 50 A 이상이 되도록, 상기 용접 전류를 변동시킨다.
본 발명에 있어서는, 용접 와이어의 선단부는, 요상(凹狀)의 용융 부분까지 진입하여, 매몰 아크가 발생한다. 구체적으로는, 용접 와이어의 선단부는 용융 부분에 둘러싸인 상태가 되고, 선단부와, 용융 부분의 저부 및 측부와의 사이에 아크가 발생한다. 아크의 열에 의해 용융된 모재 및 용접 와이어의 용융 금속은, 용접 와이어의 선단부가 매몰되는 방향으로 흐르려고 하지만, 아크의 힘에 의해 되돌려 보내져, 선단부가 용융 부분에 둘러싸인 상태에서 안정화 한다.
이러한 상태에 있는 용융 금속은, 크게 웨이브 될 우려가 있지만, 상기 주파수, 평균 전류 및 전류 진폭에서 용접 전류를 주기적으로 변동시킴으로써, 큰 웨이브 주기 보다 고주기에서 용융 금속을 미세 진동시켜, 용융 금속의 큰 웨이브를 억제할 수 있다.
또한, 용접 전류를 주기적으로 변동시킴으로써, 요상(凹狀)의 용융 부분의 저부에 아크가 발생되는 제1 상태와, 용융 부분의 측부에 아크가 발생되는 제2 상태를 주기적으로 변동시킬 수 있어, 용융 금속의 웨이브를 억제할 수 있다. 구체적으로는, 제1 상태 및 제2 상태를 10 Hz 이상 1000 Hz 이하의 주파수로 변동시킴으로써, 큰 웨이브 주기 보다 고주기에서 용융 금속을 미세 진동시켜, 용융 금속이 큰 웨이브를 억제할 수 있다.
또한, 용접 전류의 주파수가 50 Hz 이상 300 Hz 이하, 평균 전류가 400 A 이상 1000 A 이하, 전류 진폭이 100 A 이상 300 A 이하인 용접 조건에 따르면, 보다 효과적으로, 용융 금속의 웨이브를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 상기 와이어 송급 장치는, 용접 와이어를 5 m/분 이상의 속도로 송급한다.
본 발명에 있어서는, 용접 와이어를 5 m/분 이상의 속도로 송급함으로써, 매몰 아크에 의한 두꺼운 판의 1 패스 용접을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 와이어 송급 장치는, 용접 와이어를 와이어 공급원에서 용접 토치로 송급하는 와이어 송급 장치에 있어서, 상기 와이어 공급원 및 상기 용접 토치의 사이에 배치되고, 상기 와이어 공급원으로부터 공급되는 용접 와이어를 일시적으로 수용하고, 수용된 용접 와이어를 상기 용접 토치로 공급하는 중간 와이어 공급원과, 상기 와이어 공급원의 용접 와이어를 상기 중간 와이어 공급원으로 송급하는 제1 송급부와, 상기 중간 와이어 공급원에 수용된 용접 와이어를 상기 용접 토치로 송급하는 제2 송급부를 갖춘다.
본 발명에 있어서는, 와이어 공급원과, 용접 토치와의 사이에 중간 와이어 공급원을 배치하는 것에 의해, 와이어 공급원 측에서의 용접 와이어의 송급 부하를 흡수하여, 용접 토치 측에서의 용접 와이어의 송급 부하를 저감할 수 있다.
본원에 의하면, 필요한 속도로 용접 와이어를 안정적으로 용접 토치로 송급할 수 있어, 두꺼운 판의 1 패스 용접을 실현할 수 있다.
[도 1] 본 실시 형태 1에 따른 아크 용접 시스템의 일 구성 예를 나타내는 모식도이다.
[도 2] 본 실시 형태 1에 따른 중간 와이어 공급원의 일 구성 예를 나타내는 모식도이다.
[도 3] 본 실시 형태에 따른 아크 용접 방법의 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
[도 4a] 설정 전압의 변동을 나타내는 그래프이다.
[도 4b] 용접 전압의 변동을 나타내는 그래프이다.
[도 4c] 용접 전류의 변동을 나타내는 그래프이다.
[도 5] 본 실시 형태에 따른 아크 용접 방법을 나타내는 모식도이다.
[도 6] 대전류 매몰 아크에 의한 맞대기 용접에서의 용접 와이어의 와이어 송급량과, 용입 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 7a] 용접 대상인 모재의 단면을 나타내는 모식도이다.
[도 7b] 용접 후의 비드(bead) 부분의 단면을 나타내는 모식도이다.
[도 7c] 용접 후의 비드 부분의 단면을 나타내는 모식도이다.
[도 8] 실시 형태 2에 따른 중간 와이어 공급원의 일 구성 예를 나타내는 모식도이다.
[도 9] 본 실시 형태 3에 따른 전원 장치의 일 구성 예를 나타내는 블록도이다.
[도 10] 전원의 일 구성 예를 나타내는 블록도이다.
[도 11] 급전 제어와 관련되는 각 전원의 처리 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
[도 12] 급전 제어와 관련되는 각 전원의 처리 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 본 발명을 그 실시 형태를 나타내는 도면에 근거해 상술한다. 또한, 이하에 기재하는 실시 형태의 적어도 일부를 임의로 조합해도 무방하다.
(실시 형태 1)
도 1은, 본 실시 형태 1에 따른 아크 용접 시스템의 일 구성 예를 나타내는 모식도, 도 2는, 본 실시 형태 1에 따른 중간 와이어 공급원(41)의 일 구성 예를 나타내는 모식도이다. 본 실시 형태에 따른 아크 용접 시스템은, 판 두께가 9 mm 이상 30 mm 이하인 모재 A를 1 패스로 맞대기 용접하는 것이 가능한 소모 전극식의 가스 실드 아크 용접기로서, 용접 로봇(1)과, 로봇 제어 장치(2)와, 와이어 공급원(3)과, 와이어 송급 장치(4)와, 전원 장치(5)를 갖춘다.
용접 로봇(1)은, 모재 A의 아크 용접을 자동으로 실시한다. 용접 로봇(1)은, 바닥면의 적당한 개소(個所)에 고정되는 베이스부(基部)(11)를 갖춘다. 베이스부(11)에는, 복수의 암(12)이 도시하지 않은 축부를 통해 회동 가능하게 연결되어 있다. 선단(先端) 측에 연결된 암(12)의 선단부에는, 용접 토치(13)가 보지(保持)되어 있다. 암(12)의 연결 부분에는 모터가 설치되어 있고, 모터의 회전 구동력에 의해 축부를 중심으로 각 암(12)이 회동(回動)한다. 모터의 회전은 로봇 제어 장치(2)에 의해 제어되고 있다. 로봇 제어 장치(2)는, 각 암(12)을 회동시켜서, 모재 A에 대해 용접 토치(13)를 상하 전후 좌우로 이동시킬 수 있다. 또한, 각 암(12)의 연결 부분에는, 암(12)의 회동 위치를 나타내는 신호를 로봇 제어 장치(2)로 출력하는 인코더가 설치되어 있고, 로봇 제어 장치(2)는, 인코더로부터 출력된 신호에 근거하여, 용접 토치(13)의 위치를 인식한다.
용접 토치(13)는, 구리 합금 등의 도전성 재료로 구성되고, 용접 대상인 모재 A에 용접 와이어 W를 안내함과 동시에, 아크(7)(도 5 참조)의 발생에 필요한 용접 전류를 공급하는 원통 형상의 컨택트 칩을 가진다. 컨택트 칩은, 그 내부를 삽통하는 용접 와이어 W에 접촉하고, 용접 전류를 용접 와이어 W에 공급한다. 또한, 용접 토치(13)는, 컨택트 칩을 위요(圍繞)하는 중공(中空) 원통 형상을 이루고, 선단의 개구(開口)로부터 모재 A로 실드 가스를 분사하는 노즐을 가진다. 실드 가스는, 아크(7)에 의해 용융된 모재 A 및 용접 와이어 W의 산화를 방지하기 위한 것이다. 실드 가스는, 예를 들면 탄산 가스, 탄산 가스 및 아르곤 가스의 혼합 가스, 아르곤 등의 불활성 가스 등이다. 컨택트 칩 및 노즐의 내부에는 용접 토치(13)를 수냉(水冷)하기 위한 유수로(流水路)가 형성되어 있다. 컨택트 칩 및 노즐은, 비선단측에 연결되어 있고, 상기 비선단측의 외측에 수냉용의 물이 유입되는 유입구와, 유수로를 흐른 물이 유출되는 유출구가 설치되어 있다. 유수로는, 유입구로부터 컨택트 칩의 비선단 부분, 컨택트 칩의 선단 부분, 컨택트 칩의 비선단 부분, 노즐의 비선단 부분, 노즐의 선단 부분을 거쳐, 유출구에 이르는 경로이다.
와이어 공급원(3)은, 용접 토치(13)로 용접 와이어 W를 계속 투입하는 것이 가능하게 수용되어 있다. 용접 와이어 W는, 예를 들면 솔리드 와이어로서, 그 직경은 0.8 mm 이상 1.6 mm 이하이며, 소모 전극으로서 기능한다. 와이어 공급원(3)은, 예를 들면, 팩 와이어이다. 팩 와이어는, 말단을 바닥 측으로 해서 나선상(螺旋狀)으로 감긴 용접 와이어 W를 수용한 원통형의 수용체를 갖추고, 상부 선단에 설치된 도시하지 않은 홀(hole) 부로부터 용접 와이어 W가 순서대로 계속 투입되도록 구성되어 있다. 또한, 팩 와이어는 와이어 공급원(3)의 일례이며, 용접 와이어 W가 감긴 릴 와이어(wire reel)여도 무방하다.
와이어 송급 장치(4)는, 와이어 공급원(3) 및 용접 토치(13)의 사이에 배치되고, 와이어 공급원(3)으로부터 공급되는 용접 와이어 W를 일시적으로 수용하고, 수용된 용접 와이어 W를 용접 토치(13)로 공급하는 중간 와이어 공급원(41)을 갖춘다. 중간 와이어 공급원(41)은, 송급 경로 내에서의 각부의 와이어 송급 속도의 상이(相違)를 흡수함과 동시에, 용접 토치(13) 측에서의 용접 와이어 W의 송급 부하를 저감시킨다. 중간 와이어 공급원(41)은, 용접 와이어 W를 수용하는 중공(中空)의 대략 직방체(直方體)인 케이스(41a)를 가진다. 케이스(41a)는, 플로어 등의 개소(個所)에 재치 가능한 평탄한 재치면(41m)을 저부(底部)에 가진다. 케이스(41a)에는, 와이어 공급원(3)으로부터 공급된 용접 와이어 W가 도입되는 입구부(41b)와, 케이스(41a)의 내부에 수용된 용접 와이어 W를 송출하는 출구부(41c)가 형성되어 있다.
와이어 공급원(3)과, 중간 와이어 공급원(41)의 입구부(41b)와는, 용접 와이어 W가 삽통하는 제1 도관 케이블(4a)에 의해 접속되어 있다. 케이스(41a) 내부의 입구부(41b)에는, 와이어 공급원(3)으로부터 용접 와이어 W를 인출하고, 입구부(41b)를 통해 케이스(41a) 내에 용접 와이어 W를 인입(引入)하는 인출 송급부(41d)(제1 송급부)가 설치되어 있다. 인출 송급부(41d)는, 입구부(41b)로부터 도입된 용접 와이어 W를 사이에 두는 것이 가능한 위치에서 대향(對向)하는 한 쌍의 롤러를 가진다. 적어도 일방(一方)의 롤러는 속도 제어 가능한 인출 송급 모터(41f)에 의해 회전 구동된다. 인출 송급부(41d)는, 예를 들면 100 m/분의 속도로 용접 와이어 W의 송급을 실시할 수 있다. 인출 송급부(41d)는, 전원 장치(5)로부터 출력되는 송급 제어 신호에 의해 롤러를 회전시킨다.
제1 도관 케이블(4a)로부터 입구부(41b)를 통해 케이스(41a) 내부로 인입(引入)된 용접 와이어 W는, 임의의 형상으로 만곡하여, 소정량의 용접 와이어 W가 케이스(41a) 내에 수용된다. 도 1에 나타내는 예에서는, 용접 와이어 W는, 루프 형상으로 만곡해 수용되고 있다. 또한, 케이스(41a) 내부에는, 용접 와이어 W가 소정의 공간 영역 내에 엉킴없이 수용되도록, 용접 와이어 W를 안내하는 부재를 마련하면 무방하다.
케이스(41a) 내부의 출구부(41c)에는, 중간 와이어 공급원(41)의 내부에 수용된 용접 와이어 W를 출구부(41c)로 안내하고, 출구부(41c)를 통해 케이스(41a)의 외부로 송출시키는 와이어 안내부(41e)가 설치되어 있다. 와이어 안내부(41e)는, 용접 와이어 W를 사이에 두고, 출구부(41c)로 안내 가능한 위치에서 대향하는 한 쌍의 롤러를 가진다. 상기 롤러는, 인출 송급 모터(41f)에 동기해 회전하는 모터에 의해 회전 구동되는 구성이어도 무방하고, 수동적으로 회전하는 구성이어도 무방하다.
또한, 와이어 송급 장치(4)는, 중간 와이어 공급원(41)으로부터 용접 와이어 W를 인출하고, 인출된 용접 와이어 W를 용접 토치(13)로 압출하는 푸시 피더(Push feeder)(42)를 갖춘다. 푸시 피더(42)는, 예를 들면 용접 로봇(1)의 암(12)에 설치되어 있다. 푸시 피더(42)는, 용접 와이어 W가 삽통하는 제2 도관 케이블(4b)에 의해 중간 와이어 공급원(41)의 출구부(41c)에 접속되고, 제3 도관 케이블(4c)에 의해 용접 토치(13)에 접속되어 있다. 중간 와이어 공급원(41)은, 용접 로봇(1)의 근방에 병치되어 있다. 푸시 피더(42)는, 중간 와이어 공급원(41)으로부터 용접 와이어 W를 인출하고, 인출된 용접 와이어 W를 용접 토치(13)로 압출하는 압출 송급부(42a)(제2 송급부)를 갖춘다. 압출 송급부(42a)는, 용접 와이어 W를 사이에 두는 것이 가능한 위치에서 대향하는 한 쌍의 롤러를 가진다. 적어도 일방의 롤러는 속도 제어 가능한 도시하지 않은 압출 송급 모터에 의해 회전 구동된다. 압출 송급부(42a)는, 예를 들면 100 m/분의 속도로 용접 와이어 W의 송급을 실시할 수 있다. 압출 송급부(42a)는, 전원 장치(5)로부터 출력되는 송급 제어 신호에 의해 롤러를 회전시킨다.
또한, 중간 와이어 공급원(41)은, 용접 와이어 W의 수용량을 검출하는 수용량 검출부(41g)와, 인출 송급 모터(41f)의 회전을 제어하는 송급 제어부(41h)와, 전원 장치(5)로부터 출력되는 송급 제어 신호가 입력되는 제어 신호 입력부(41i)를 갖춘다.
수용량 검출부(41g)는, 예를 들면, 일단부(一端部)가 회전 가능하게 고정되고, 타단부(他端部)가, 루프 형상으로 수용된 용접 와이어 W의 원호 부분에 외주측으로부터 당접하는 막대 부재(41j)와, 막대 부재(41j)의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 센서를 가진다. 용접 와이어 W의 수용량이 증감하면, 도 2 중 이점 쇄선으로 나타낸 것처럼, 케이스(41a) 내에 수용된 용접 와이어 W의 루프의 직경이 변화하고, 막대 부재(41j)가 상기 일단부를 지점(支点)으로 해서 회동한다. 회전 위치 센서는, 막대 부재(41j)의 회동 위치를 검출함으로써, 용접 와이어 W의 수용량을 검출할 수 있고, 검출 결과를 송급 제어부(41h)로 출력한다.
또한, 회전 위치 센서를 갖춘 수용량 검출부(41g)는 일례이며, 용접 와이어 W의 수용량을, 적외선 센서 등을 이용해 광학적으로 검출해도 무방하다. 또한, 수용된 용접 와이어 W에 당접(當接)하고, 상기 용접 와이어 W의 수용량에 따라 온 오프(on-off)하는 리미트 스위치를 이용해 수용량 검출부(41g)를 구성해도 무방하다.
송급 제어부(41h)는, 제어 신호 입력부(41i)에 입력된 송급 제어 신호를, 수용량 검출부(41g)의 검출 결과에 근거해 보정하고, 보정 후의 송급 제어 신호에서 인출 송급 모터(41f)의 회전을 제어함으로써, 소정량의 용접 와이어 W를 케이스(41a) 내에 수용한다.
예를 들면, 송급 제어부(41h)는, 용접 와이어 W의 수용량이 소정량 미만인 경우, 송급 제어 신호에 의해 지시된 회전 속도 보다, 더 고속으로 인출 송급 모터(41f)를 회전시킨다. 또한, 송급 제어부(41h)는, 용접 와이어 W의 수용량이 소정량 초과인 경우, 송급 제어 신호에 의해 지시된 회전 속도 보다, 더 저속으로 인출 송급 모터(41f)를 회전시킨다.
전원 장치(5)는, 급전 케이블을 통해, 용접 토치(13)의 컨택트 칩 및 모재 A에 접속되고, 용접 전류를 공급하는 전원부(51)와, 용접 와이어 W의 송급 속도를 제어하는 송급 속도 제어부(52)를 갖춘다. 전원부(51)는, PWM 제어된 직류 전류를 출력하는 전원 회로, 전원 회로의 동작을 제어하는 신호 처리부, 전압 검출부, 전류 검출부 등을 갖춘다.
전압 검출부는, 용접 토치(13) 및 모재 A에 인가되는 전압을 검출하고, 검출한 전압값을 나타내는 전압값 신호를 신호 처리부로 출력한다.
전류 검출부는, 예를 들면, 전원 장치(5)로부터 용접 토치(13)를 통해 용접 와이어 W로 공급되어 아크(7)를 흐르는 용접 전류를 검출하고, 검출한 전류값을 나타내는 전류값 신호를 신호 처리부로 출력한다.
신호 처리부는, 전압값 신호, 전류값 신호, 용접 조건의 설정치 등에 근거하여, 전원 회로를 PWM 제어하기 위한 신호를 전원 회로로 출력한다.
전원 회로는, 상용 교류를 교직(交直) 변환하는 AC-DC 컨버터, 교직 변환된 직류를 스위칭에 의해 필요한 교류로 변환하는 인버터 회로, 변환된 교류를 정류하는 정류 회로 등을 갖춘다. 전원 회로는, 신호 처리부로부터 출력되는 신호에 따라 인버터 회로를 PWM 제어하고, 소정의 용접 전류 및 전압을 용접 와이어 W로 출력한다. 예를 들면, 모재 A 및 용접 와이어 W 간에는, 주기적으로 변동하는 용접 전압이 인가되어 용접 전류가 통전(通電)한다. 또한, 전원 장치(5)에는, 제어 통신선을 통해 로봇 제어 장치(2)로부터 출력 지시 신호가 입력되도록 구성되어 있고, 전원부(51)는, 출력 지시 신호를 트리거로 하여, 전원 회로에 용접 전류의 공급을 개시시킨다.
도 3은, 본 실시 형태에 따른 아크 용접 방법의 순서를 나타내는 플로우 차트이다. 우선, 용접에 의해 접합되어야 하는 한 쌍의 모재 A를 아크 용접 장치에 배치하고, 전원 장치(5)의 각종 설정을 실시한다(스텝(S11)). 구체적으로는, 판상(板狀)의 제1 모재 A1 및 제2 모재 A2(도 5 참조)를 준비하고, 피용접부인 단면 a1, a2를 맞대어, 소정의 용접 작업 위치에 배치한다. 제1 모재 A1 및 제2 모재 A2는, 예를 들면 연강(軟鋼), 기계 구조용 탄소강, 기계 구조용 합금강 등의 철판이며, 두께는 9 mm 이상 30 mm 이하이다.
그리고, 전원 장치(5)는, 주파수 10 Hz 이상 1000 Hz 이하, 평균 전류 300 A 이상, 전류 진폭 50 A 이상의 범위 내에서 용접 전류의 용접 조건을 설정한다.
또한, 용접 전류의 조건 설정은, 모두 용접 작업자가 실시해도 무방하고, 전원 장치(5)가, 본 실시 형태에 따른 용접 방법의 실시를 조작부에서 접수하고, 모든 조건 설정을 자동적으로 실시하도록 구성해도 무방하다. 또한, 전원 장치(5)가, 평균 전류 등, 일부의 용접 조건을 조작부에서 접수하고, 접수한 일부의 용접 조건에 맞는 나머지의 용접 조건을 결정하고, 조건 설정을 반자동적으로 실시하도록 구성해도 무방하다.
각종 설정을 실시한 후, 전원 장치(5)는, 용접 전류의 출력 개시 조건을 만족하는지 여부를 판정한다(스텝(S12)). 구체적으로는, 전원 장치(5)는, 용접의 출력 지시 신호가 입력되었는지 여부를 판정한다. 출력 지시 신호가 입력되지 않고, 용접 전류의 출력 개시 조건을 만족하지 않는 것으로 판정한 경우(스텝(S12): NO), 전원 장치(5)는, 출력 지시 신호의 입력 대기 상태로 대기한다.
용접 전류의 출력 개시 조건을 만족하는 것으로 판정한 경우(스텝(S12): YES), 전원 장치(5)의 송급 속도 제어부(52)는, 와이어의 송급을 지시하는 송급 제어 신호를, 와이어 송급 장치(4)로 출력하고, 소정 속도로 용접 와이어 W를 송급시킨다(스텝(S13)). 용접 와이어 W의 송급 속도는, 예를 들면, 약 5~100 m/분의 범위 내에서 설정된다. 바람직하게는, 5 m/분 이상의 속도로 용접 와이어 W를 송급하면 무방하다. 매몰 아크 상태를 양호하게 유지할 수 있다. 송급 속도 제어부(52)는, 평균 전류 설정 회로에서 출력된 평균 전류 설정 신호에 따라, 송급 속도를 결정한다. 또한, 용접 작업자가, 와이어의 송급 속도를 직접 설정하도록 구성해도 무방하다.
다음으로, 전원 장치(5)의 전원부(51)는, 전압 검출부 및 전류 검출부에서 용접 전압 및 용접 전류를 검출하고(스텝(S14)), 검출된 용접 전류의 주파수, 전류 진폭 및 평균 전류가 설정된 용접 조건에 일치하고, 용접 전류가 주기적으로 변동하도록, PWM 제어한다(스텝(S15)).
여기서, 전원 장치(5)의 외부 특성, 즉 용접 전류의 변화량에 대한 전압의 변화량의 비율이 -40 V/100 A 이상, -2V/100 A 이하인 상태에서 용접을 실시하면 무방하다. 이러한 외부 특성으로 용접을 실시하면, 매몰 아크 상태를 유지하는 것이 용이해진다. 용접 전류의 증가에 대한 저하 전압이 2 V 미만이 되면, 외란 요인에 의한 아크 길이의 변동에 대해 전압의 변동이 작고, 전류가 크게 변동한다. 그 결과, 용융 영역이 크게 요동하고, 매몰 아크(7) 상태를 유지하는 것이 어려워진다. 또한, 저하 전압이 40 V를 넘으면, 아크 길이의 자기 제어 작용이 작아져, 매몰 아크 상태를 유지하는 것이 어려워진다.
다음으로, 전원 장치(5)의 전원부(51)는, 용접 전류의 출력을 정지하는지 여부를 판정한다(스텝(S16)). 구체적으로는, 전원 장치(5)는, 출력 지시 신호의 입력이 계속되고 있는지 여부를 판정한다. 출력 지시 신호의 입력이 계속되어, 용접 전류의 출력을 정지하지 않는 것으로 판정한 경우(스텝(S16): NO), 전원부(51)는, 처리를 스텝(S13)에 되돌려, 용접 전류의 출력을 계속한다.
용접 전류의 출력을 정지하는 것으로 판정한 경우(스텝(S16): YES), 전원부(51)는, 처리를 스텝(S12)으로 되돌린다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는, 설정 전압, 용접 전압 및 용접 전류의 변동을 나타내는 그래프, 도 5는, 본 실시 형태에 따른 아크 용접 방법을 나타내는 모식도이다. 도 4a~도 4c에 도시한 각 그래프의 횡축은 시간을 나타내고, 도 4a~도 4c에 도시한 각 그래프의 종축은 각각, 전원 장치(5)의 설정 전압, 모재 A 및 용접 와이어 W 간의 용접 전압, 아크(7)를 흐르는 용접 전류이다.
본 실시 형태에 따른 아크 용접 방법에서는, 전원부(51)는, 용접 전류의 주파수가 10 Hz 이상 1000 Hz 이하, 평균 전류가 300 A 이상, 전류 진폭이 50 A 이상이 되도록, 용접 전류를 제어한다.
바람직하게는, 전원부(51)는, 용접 전류의 주파수가 50 Hz 이상 300 Hz 이하, 평균 전류가 400 A 이상 1000 A 이하, 전류 진폭이 100 A 이상 300 A 이하가 되도록, 용접 전류를 제어한다.
보다 바람직하게는, 전원부(51)는, 도 4c에 도시한 것처럼, 전원 장치(5)의 주파수가 100 Hz 이상 200 Hz 이하, 전류 진폭이 200 A 이상 300 A 이하, 평균 전류가 500 A 이상 800 A 이하가 되도록, 용접 전류를 제어한다. 이러한 용접 전류의 용접 조건에서, 예를 들면, 용접 와이어 W의 직경을 1.2 mm로 하면, 약 40 m/분의 속도로 용접 와이어 W를 송급하면 무방하다. 이와 같이 용접 전류 및 와이어 송급 속도가 설정된 경우, 설정 전압은, 예를 들면 도 4a에 도시한 것처럼, 주파수 100 Hz, 전압 진폭 30 V의 구형파상(矩形波狀)의 전압이 되고, 용접 와이어 W 및 모재 A 간에는 도 4b에 도시한 용접 전압이 인가되어 도 4c에 도시한 용접 전류가 흐른다. 전원 장치(5)는, 예를 들면 용접 전류의 전류 진폭이 240 A, 평균 전류가 530 A가 되도록, 주파수 100 Hz로 설정 전압의 제어를 실시한다. 또한, 전원 장치(5)는, 약 40 m/분의 속도로 용접 와이어 W의 송급을 제어한다. 또한, 용접 전압은 27 V 이상 41 V 이하의 범위에서 변동되지만, 용접 전압의 변동 범위는, 각종 임피던스의 영향에 의해 변화된다.
이러한 용접 조건에서 용접 전류를 주기적으로 변동시키면, 용접 와이어 W의 선단부 및 피용접부 간에 발생한 아크(7)의 열에 의해 용융된 모재 A 및 용접 와이어 W의 용융 금속으로 구성되는 요상(凹狀)의 용융 부분(6)이 모재 A에 형성된다. 그리고, 아크(7)의 양태를 고속도 카메라로 촬영한 결과, 도 5의 좌도(左圖)에 도시한 것처럼, 용접 와이어 W의 선단부 및 용융 부분(6)의 저부(底部) 사이에 아크(7)가 발생하는 제1 상태와, 선단부 및 용융 부분(6)의 측부 간에 아크(7)가 발생하는 제2 상태를 주기적으로 변동하는 것이 확인되었다.
구체적으로는, 용접 와이어 W의 선단부로부터 용융 부분(6)의 저부로 아크(7)가 발생하는 제1 상태와, 용접 와이어 W의 선단부로부터 용융 부분(6)의 측부로 아크(7)가 발생하는 제2 상태를 반복한다. 용융 금속은, 용접 와이어 W의 선단부가 매몰되는 방향으로 흐르려고 하지만, 제2 상태에서 용융 부분(6)의 측벽부에 아크(7)가 발생하여, 용융 부분(6)의 용융 금속은 용접 와이어 W로부터 격리(隔離)되는 방향으로 되돌려 보내지고, 용융 부분(6)은 요상(凹狀)의 상태로 안정화된다. 또한, 도 5의 우도(右圖)에서는, 용융된 용접 와이어 W의 선단부가 용융 부분(6)의 저부에 있는 용융 풀(溶融池)로 낙하하여, 용접 와이어 W의 선단부가 짧아지고 있다.
이러한 제1 상태 및 제2 상태를 100 Hz 이상 200 Hz 이하로 변동시킴으로써, 큰 웨이브 주기 보다 고주기에서 용융 금속을 미세 진동시킬 수 있어 용융 금속의 웨이브가 억제된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치에 의하면, 300 A 이상의 대전류를 이용해 가스 실드 아크 용접을 실시하는 경우에도, 용접 전류를 주기적으로 변동시킴으로써, 용융 금속의 웨이브를 억제할 수 있어 비드의 흐트러짐 및 늘어짐 것의 발생을 방지할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 용접 전류 및 용접 전압이 큰 기간과, 작은 기간이 대략 동일한 경우를 설명했지만, 각 기간의 비율을 변화시켜도 무방하다. 상기 기간의 비율을 변화시키는 것에 의해, 용융 금속의 웨이브를 억제하면서, 용접 와이어 W의 선단부의 상하 위치 변동의 폭을 조정할 수 있다. 예를 들면, 용접 전류 및 용접 전압이 큰 기간의 비율을 크게 함으로써, 용접 와이어 W의 선단부가, 용융 부분(6)의 저부 보다 높은 위치에 보지되는 비율이 높아진다. 그 결과, 모재 A 상부로의 입열양을 증가시켜, 비드 성형성을 향상시킬 수 있다.
도 6은, 대전류 매몰 아크(7)에 의한 맞대기 용접에서의 용접 와이어 W의 와이어 송급량과, 용입 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은, 분당 와이어 송급량을 나타내고 있고, 종축은, 최대 용입 깊이를 나타내고 있다. 원(○)표 플롯의 그래프, △표 플롯의 그래프, ×표 플롯의 그래프는, 각각 와이어 지름이 1.2 mm, 1.4 mm, 1.6 mm인 용접 와이어 W를 이용했을 때의 와이어 송급량 및 용입 깊이의 관계를 나타내는 실험 결과이다.
실험 조건은 다음과 같다. 사용하는 용접 와이어 W는, 와이어계 1.2 mm, 1.4 mm인 YGW11, 와이어계 1.6 mm인 YGW12이다. 용접 속도는 30 cm/분이다. 컨택트 칩 및 모재 A 간의 거리는 25 mm, 실드 가스는 이산화탄소이다. 외부 특성은 -10 V/100 A이다. 그리고, 전압 진폭이 ±10 V, 주파수 100 Hz로 변동하는 전압을, 용접 토치(13) 및 모재 A 간에 인가한다.
도 6의 그래프로부터, 와이어 지름의 증가에 따라, 와이어 송급량 당 용입(溶入)이 깊어지는 것을 알 수 있다. 또한, 비교적 안정된 비드 형성을 얻을 수 있는 와이어 지름 1.2 mm, 1.4 mm에서는, 16 mm에서 19 mm 정도의 최대 용입 깊이를 얻을 수 있다. 한편, 와이어 지름의 증가에 따라 대전류 매몰 아크(7)를 안정되게 유지할 수 있는 와이어 송급량의 상한은 저하하는 경향이 인정되었다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는, 용접 대상인 모재 A와, 용접 후의 비드 부분의 단면을 나타내는 모식도이다. 도 7a는, 맞대기 용접 대상인 모재 A의 단면을 나타내는 모식도이다. 모재 A는 두께 25 mm의 두꺼운 판이며, Y 개선(開先)을 가진다. Y 개선의 개선 각도는 90도, 루트면의 치수는 16 mm이다.
도 7b는, 평균 전류 720 A, 평균 전압 47 V, 전압 진폭이 ±10 V, 주파수 100 Hz, 외부 특성 -10 V/100 A로 맞대기 용접을 실시한 비드 B의 단면이다.
도 7c는, 평균 전류 720 A, 평균 전압 47 V, 전압 진폭이 ±10 V, 주파수 100 Hz, 외부 특성 -20 V/100 A로 맞대기 용접을 실시한 비드 B의 단면이다.
도 7b에서의 용접 조건에서는, 관통 용접을 실현할 수 있지만, 개선부에 약간의 융합 불량이 인정되었다. 한편, 도 7c에서의 용접 조건에서는, 융합 불량, 기공(氣孔) 결손이 없는 관통 용접을 실시할 수 있었다. 또한, 비드 B 단부도 용접 방향에 따라 균일하게 갖추어져 있어 안정된 용접 결과를 얻을 수 있었다.
또한 상기 예에서는, 용접 전류 및 전압을 100 Hz에서 주기적으로 변동시켜 매몰 아크(7)를 실현하는 예를 설명했지만 일례이며, 용접 전류 및 전압의 제어 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 용접 와이어 W의 송급 속도, 용접 전류 및 전압이 높은 제1 상태와, 송급 속도, 용접 전류 및 전압이 낮은 제2 상태를 주기적으로 변동시켜서, 용접을 실시해도 무방하다. 예를 들면, 용접 와이어 W의 송급 속도가 50 m/분, 용접 전류가 620 A, 전압이 55 V인 제1 상태와, 용접 와이어 W의 송급 속도가 60 m/분, 용접 전류가 700 A, 전압 64 V인 제2 상태를 주파수 0.2 ~ 2 Hz에서 변동시키도록 해서, 용접을 실시해도 무방하다. 제1 상태에서는, 용접에 따른 액적(液滴)의 이행 형태가 드롭 이행 또는 진자상(振子狀)으로 아크가 동일 평면을 왕복하면서 회전하는 이행이 되어, 용접 와이어 W의 진입 깊이는 깊어진다. 제2 상태에서는 액적의 이행 형태가 로테이팅 이행(rotating transition)이 되어, 용접 와이어 W의 진입 깊이는 얕아진다.
또한, 용접 전압을 일정하게 하고, 용접 전류 및 용접 와이어 W의 송급 속도를 주기적으로 변동시켜서, 용접을 실시해도 무방하다.
매몰 아크 상태를 유지함으로써 모재 A의 관통 용접이 가능한 이하의 용접 조건을 적절히 이용해도 무방하다.
와이어 송급 속도가 25 m/분, 전류값이 400 A, 전압값이 35 V, 외부 특성이 -10 ~ -20V/100 A, 와이어 돌출 길이 25 mm, 와이어 송급 속도 30 m/분의 용접 조건으로, 9 mm의 두꺼운 판을 관통 용접할 수 있다.
또한, 와이어 송급 속도가 30 m/분, 전류값이 450 A, 전압값이 39 V, 외부 특성이 -10 ~ -20V/100 A, 와이어 돌출 길이 25 mm, 와이어 송급 속도 30 m/분의 용접 조건으로, 12 mm의 두꺼운 판을 관통 용접할 수 있다.
또한, 와이어 송급 속도가 40 m/분, 전류값이 550 A, 전압값이 52 V, 외부 특성이 -20 V/100 A, 와이어 돌출 길이 25 mm, 와이어 송급 속도 30 m/분의 용접 조건으로, 16 mm의 두꺼운 판을 관통 용접할 수 있다.
게다가 또한, 와이어 송급 속도가 50 m/분, 전류값이 770 A, 전압값이 57 V, 외부 특성이 -20 V/100 A, 와이어 돌출 길이 15 mm, 와이어 송급 속도 30 m/분의 용접 조건으로, 19 mm의 두꺼운 판을 관통 용접할 수 있다.
또한, Y 개선을 가지는 모재 A를 맞대기 용접하는 예를 설명했지만, レ형 개선, I형 개선, 그 외의 임의의 개선을 가지는 모재 A를 용접할 수도 있다. 또한, 개선을 가지지 않는 모재 A를 용접해도 무방하다. 또한, 용접 이음의 예로서 맞대기 이음을 설명했지만, 용접의 접합 형태는 특별히 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1에 따른 아크 용접 시스템에 의하면, 용접 토치(13) 측에서의 용접 와이어 W의 송급 부하를 저감시킬 수 있다. 따라서, 필요한 속도로 용접 와이어 W를 안정적으로 용접 토치(13)로 송급할 수 있어 두꺼운 판의 1 패스 용접을 실현할 수 있다.
또한, 케이스(41a) 내에 수용된 용접 와이어 W의 수용량을 감시하고, 중간 와이어 공급원(41)에 소정량의 용접 와이어 W를 수용하도록 하고 있기 때문에, 중간 와이어 공급원(41)으로부터 안정적으로 용접 토치(13)로 용접 와이어 W를 송급할 수 있다.
또한, 중간 와이어 공급원(41)의 케이스(41a)는 용접 와이어 W 자체를 수용하고 있기 때문에, 단지, 도관 케이블을 만곡시켜 구성된 완충 기구에 비해, 용접 와이어 W의 안정적 공급에 필요한 충분히 양의 용접 와이어 W를 수용할 수 있다.
또한, 케이스(41a)는, 용접 와이어 W 그 자체를 수용하고 있기 때문에, 용접 와이어 W와, 도관 케이블과의 마찰 저항이 문제가 되는 일은 없고, 용접 토치(13)에 저부하로 용접 와이어 W를 송급할 수 있다.
게다가 또한, 와이어 공급원(3) 및 중간 와이어 공급원(41) 간에서의 용접 와이어 W의 송급 부하가 큰 경우에도, 중간 와이어 공급원(41)으로부터 안정적으로 용접 토치(13)로 용접 와이어 W를 송급할 수 있다. 예를 들면, 와이어 공급원(3)이 용접 로봇(1)으로부터 떨어진 위치에 배치되고, 제1 도관 케이블(4a)이 길 때도, 용접 토치(13)에 안정적으로 용접 와이어 W를 송급할 수 있다.
게다가 또한, 중간 와이어 공급원(41)은 플로어 등의 평탄면에 재치 가능한 구성이며, 와이어 공급원(3) 및 용접 토치(13) 간의 임의의 개소에 자유롭게 배치할 수 있다.
또한, 실시 형태 1에서는, 인출 송급부(41d)를, 중간 와이어 공급원(41)의 케이스(41a) 내부에 마련하는 예를 설명했지만, 인출 송급부(41d)와, 중간 와이어 공급원(41)을 별체로 구성해도 무방하다. 별체의 인출 송급부(41d)의 설치 개소는 반드시 한정되는 것은 아니며, 와이어 공급원(3)에 설치해도 무방하다.
또한, 중간 와이어 공급원(41)을 용접 로봇(1)에 늘어 놓아 두는 예를 설명했지만, 중간 와이어 공급원(41)의 설치 개소는 특별히 한정되는 것은 아니며, 용접 로봇(1)의 암(12)에 설치해도 무방하다.
(실시 형태 2)
용접 와이어 W의 고속 송급에 적합한 중간 와이어 공급원(141)의 다른 예를 설명한다.
도 8은, 실시 형태 2에 따른 중간 와이어 공급원(141)의 일 구성 예를 나타내는 모식도이다. 실시 형태 2에 따른 중간 와이어 공급원(141)은, 실시 형태 1과 유사한 케이스(141a)를 가지고, 케이스(141a)의 측면에는, 와이어 공급원(3)에서 공급된 용접 와이어 W가 수평 방향(제1 방향)으로부터 도입되는 입구부(141b)가 형성되고, 케이스(141a)의 상면부에는, 케이스(141a)의 내부에 수용된 용접 와이어 W를, 수평 방향에 교차하는 연직 상방으로 송출하는 출구부(141c)가 형성되어 있다. 케이스(141a)에 인입(引入)된 용접 와이어 W는 입구부(141b) 및 출구부(141c)의 사이에 호상(弧狀)으로 만곡한 상태에서 수용된다.
실시 형태 2에 따른 수용량 검출부(141g)는, 일단부가 회전 가능하게 고정된 막대 부재(141j)를 갖춘다. 막대 부재(141j)의 타단부에는, 용접 와이어 W의 만곡 부분을 사이에 두는 한 쌍의 곡률 검출 롤러(141k)가 회전 가능하게 지지되고 있다. 용접 와이어 W의 수용량이 증감하면, 도 8에 도시한 것처럼 케이스(141a) 내에 수용된 용접 와이어 W의 곡률이 변화하고, 막대 부재(141j)가 상기 일단부를 지점(支点)으로 해서 회동한다. 수용량 검출부(141g)는, 막대 부재(141j)의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 센서이며, 수용량 검출부(141g)는, 막대 부재(141j)의 회동 위치를 검출함으로써, 용접 와이어 W의 수용량을 검출할 수 있고, 수용량을 나타내는 신호를, 입출력부(141i)를 통해 전원 장치(5)로 출력한다. 전원 장치(5)는, 중간 와이어 공급원(141)으로부터 출력된 신호를 수신하고, 수신한 신호 기초에 근거해 산출된 송급 제어 신호를 중간 와이어 공급원(141)로 출력한다.
중간 와이어 공급원(141)의 입출력부(141i)에는 전원 장치(5)로부터 출력된 송급 제어 신호가 입력된다. 인출 송급 모터(41f)는, 상기 송급 제어 신호에 따른 속도로 회전하고, 소정량의 용접 와이어 W가 케이스(141a) 내에 수용된다.
실시 형태 2에 의하면, 용접 와이어 W가 입구부(141b) 및 출구부(141c)의 사이에서 호상(弧狀)으로 만곡한 상태에서 중간 와이어 공급원(141)에 수용된다. 따라서, 루프 형상 등, 용접 와이어 W를 크게 구부려서 케이스(141a) 내에 수용하는 경우에 비해, 송급 부하를 저감할 수 있다. 또한 수용하는 용접 와이어 W를 루프 형상으로 해서 수용하는 경우에 비해, 케이스(141a)의 내부 구조를 간단화 할 수 있다.
(실시 형태 3)
대전류를 출력 가능한 전원 장치(5)의 적합한 구성 예를 설명한다.
도 9는, 본 실시 형태 3에 따른 전원 장치(5)의 일 구성 예를 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태 3에 따른 전원 장치(5)는, 아크 용접에 따른 공통의 부하에 병렬 접속되고, 상기 부하에 대해 급전을 실시하는 복수의 전원(8)을 갖춘다. 각 전원(8)은 통신선에 의해 접속되어 있다. 복수의 전원(8)은, 절연형의 스위칭 전원이며, 교류를 필요한 직류로 AC/DC 변환하고, 교직 변환된 직류를 부하로 공급한다.
복수의 전원(8) 중 하나의 전원(8)은, 통신선을 통해 다른 전원(8)으로 PWM 제어 정보를 송신함으로써, 각 전원(8)의 출력을 제어하는 마스터 전원으로서 기능한다. 다른 전원(8)은 상기 하나의 전원(8)으로부터 송신된 PWM 제어 정보를 수신하고, 수신한 PWM 제어 정보에 근거해 출력을 제어하는 슬레이브 전원으로서 기능한다. 이하, 마스터 전원으로서 기능하는 전원(8)을, 적절히 제1 전원(8)으로 부르고, 슬레이브 전원으로서 기능하는 전원(8)을 제2 전원(8)이라고 부른다. 제2 전원(8)은 복수여도 무방하고, 단일이어도 무방하다.
제2 전원(8)은, 자장치(自裝置)로부터 부하로 출력되는 전류를 검출하고, 검출된 전류를 나타내는 전류 정보를, 통신선을 통해 제1 전원(8)으로 송신한다. 제1 전원(8)은, 제2 전원(8)으로부터 송신된 전류 정보를 수신하고, 상기 전류 정보가 나타내는 전류와, 자장치로 검출한 전류를 가산함으로써, 전원 장치(5)로부터 부하로 출력되는 총 전류를 산출한다. 그리고, 제1 전원(8)은, 자장치로부터 부하로 출력되는 전압을 검출하고, 검출해서 얻은 전압과, 총 전류에 근거해, 전원 장치(5)를 구성하는 각 전원(8)의 출력을 제어하기 위한 PWM 제어 정보를 산출한다. 제1 전원(8)은, 이와 같이 해서 산출한 PWM 제어 정보에 근거하여, 자장치의 출력을 제어함과 동시에, 상기와 같이 상기 PWM 제어 정보를 제2 전원(8)으로 송신함으로써, 각 전원(8)의 동작을 제어한다.
또한, 후술하는 것처럼, 동작 모드를 절체(絶體)함으로써, 각 전원(8)을, 마스터 전원 및 슬레이브 전원 중 어느 쪽의 전원으로서도 기능시킬 수 있다. 또한, 동작 모드를 절체함으로써, 한 대의 독립된 전원(8)으로서도 기능시킬 수 있다.
도 10은, 전원(8)의 일 구성 예를 나타내는 블록도이다. 이하, 설명을 간단히 하기 위해, 전원 장치(5)가 제1 전원(8)과, 제2 전원(8)의 2대로 구성되어 있는 것으로서 설명한다. 제1 전원(8) 및 제2 전원(8)은, 예를 들면 최대 출력이 500 A의 정전압 특성 전원이며, 전원 장치(5)는, 제1 전원(8) 및 제2 전원(8)의 동기 제어에 의해, 최대 1000 A의 전류를 출력할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전원(8)의 구성은 같기 때문에, 주로 일방의 전원(8)의 구성을 설명한다.
전원(8)은, 조작 패널(80), 입력부(81), 정류기(82), 인버터(83), 트랜스(84), 정류 평활기(85), 전압 검출부(86), 전류 검출부(87), 주제어부(88) 및 신호 처리부(89)를 갖춘다.
입력부(81)는, 예를 들면 도시하지 않은 3상 교류 전원에 접속되는 입력 단자이다. 입력부(81)는, 정류기(82)에 접속되어 있고, 입력 단자에 인가된 3상 교류는 정류기(82)에 입력된다.
정류기(82)는, 예를 들면 다이오드 브리지 회로이다. 다이오드 브리지는 도시하지 않은 2개의 순접속된 다이오드로 구성되는 직렬 회로를 3조(組) 병렬시킨 회로 구성이다. 또한, 다이오드 브리지 회로의 출력단에는 도시하지 않은 평활 콘덴서가 설치되어 있다. 정류기(82)는, 입력부(81)를 통해 3상 교류 전원으로부터 입력된 교류를 전파 정류하고, 평활 콘덴서에서 평활화된 직류를 인버터(83)로 출력한다.
인버터(83)는, 정류기(82)에서 정류 및 평활화된 직류를 고주파의 교류로 변환해 트랜스(84)로 출력하는 회로이다. 인버터(83)는, 예를 들면, 4개의 스위칭 소자로 구성되는 풀 브리지 회로이다. 풀 브리지 회로는, 2개의 스위칭 소자를 직렬 접속해서 이루어진 레그(Leg)를 2조 병렬 접속시킨 회로 구성이다. 각 스위칭 소자는, 예를 들면 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 파워 디바이스이다.
트랜스(84)는, 인버터(83)로부터 출력된 교류를 변압하고, 변압된 교류를 정류 평활기(85)로 출력한다. 트랜스(84)는, 코어에 권회(卷回)되고, 자기(磁氣) 결합된 일차 코일 및 이차 코일을 갖추고, 일차 코일은 인버터(83)에 접속되고, 이차 코일은 정류 평활기(85)에 접속되어 있다.
정류 평활기(85)는, 트랜스(84)로부터 출력된 교류를 정류 및 평활화 하는 회로이며, 정류된 직류의 전압 및 전류는 정출력 단자(8a) 및 부출력 단자(8b)에서 부하로 출력된다. 정류 평활기(85)는, 예를 들면 센터 탭을 이용한 전파 정류 회로, 리액터를 이용한 평활화 회로 등으로 구성된다.
부하는, 예를 들면 아크 용접에 관련되는 것으로서, 용접 와이어 W, 모재 A, 실드 가스가 전리(電離)된 아크(7) 등이 부하가 된다. 정출력 단자(8a)는, 정측 급전선 및 용접 토치(13)를 통해 용접 와이어 W에 전기적으로 접속되고, 부출력 단자(8b)는 부측 급전선을 통해 모재 A에 접속된다.
전압 검출부(86)는, 예를 들면, 정류 평활기(85)의 출력 측에 접속되어 있고, 자장치로부터 부하로 출력되는 전압을 검출하고, 검출한 전압값을 나타내는 전압값 신호를 주제어부(88)로 출력하는 회로이다.
전류 검출부(87)는, 예를 들면, 정류 평활기(85)의 출력 측에 설치되어 있고, 자장치로부터 부하로 출력되는 전류를 검출하고, 검출한 전류값을 나타내는 전류값 신호를 주제어부(88)로 출력하는 회로이다. 전류 검출부(87)는, 예를 들면 홀(hole) 소자 등의 자전 변환 소자를 갖춘 홀식 전류 센서이다.
주제어부(88)는, CPU(Central Processing Unit), ROM, RAM, 인터페이스 등을 가지고, 전원(8) 전체의 동작을 제어하는 프로세서이다. 주제어부(88)의 인터페이스에는 제어 단자(8c)가 접속되어 있다. 마스터 전원으로서 기능하는 전원(8)의 제어 단자(8c)에는, 용접기의 제어 통신선이 접속되고, 용접기로부터 출력된 구동 지시 신호가 입력된다. 주제어부(88)는, 구동 지시 신호의 입력 상태를 감시하고, 구동 지시 신호가 입력되었을 경우, 인버터(83)를 동작시키기 위한 구동 요구를 신호 처리부(89)로 출력한다. 또한, 슬레이브 전원으로서 기능하고 있는 전원(8)의 제어 단자(8c)에는, 구동 지시 신호는 입력되지 않는다.
또한, 주제어부(88)의 인터페이스에는, 전압 검출부(86) 및 전류 검출부(87)가 접속되어 있고, 전압값 신호 및 전류값 신호가 입력된다. 주제어부(88)는, 입력된 전압값 신호 및 전류값 신호를 AD 변환하고, AD 변환해서 얻어진, 전압 정보 및 전류 정보를 신호 처리부(89)로 출력한다.
또한, 주제어부(88)는 조작 패널(80)에 접속되어 있고, 조작 패널(80)에 대한 조작에 따른 신호가 입력된다. 주제어부(88)는, 상기 신호를 감시함으로써, 조작 패널(80)에 대한 조작을 접수한다. 본 실시 형태에 따른 주제어부(88)는, 조작 패널(80)에서, 전원(8)의 동작 모드의 선택을 접수할 수 있다. 동작 모드에는, 전원(8)을, 마스터 전원으로서 기능시키는 마스터 전원 모드(제1 제어 방식)와, 슬레이브 전원으로서 기능시키는 슬레이브 전원 모드(제2 제어 방식)와, 단일 전원으로서 기능시키는 단일 전원 모드가 있다. 또한, 주제어부(88)는, 자장치의 동작 모드, 출력 전압, 출력 전류 등, 각종 동작 상태를 표시하기 위한 표시 지시 신호를 조작 패널(80)로 출력함으로써, 자장치의 동작 상태를 조작 패널(80)에 표시시킨다.
게다가 또한, 마스터 전원으로서 동작하고 있는 전원(8)의 주제어부(88)는, 용접기에서의 용접 와이어 W의 송급을 제어하기 위한 와이어 송급 제어 신호를 제어 단자(8c)로부터 상기 용접기로 출력한다. 또한, 슬레이브 전원으로서 동작하고 있는 전원(8)은, 와이어 송급 제어 신호의 출력을 실시하지 않는다.
신호 처리부(89)는, 인버터(83)를 구성하는 스위칭 소자로 PWM 신호를 출력하고, 상기 스위칭 소자의 온 오프를 PWM 제어하는 DSP(digital signal processor)이며, 제어 정보 산출부(89a), PWM 제어부(89b) 및 통신부(89c)를 가진다. 신호 처리부(89)는, 인버터(83) 및 주제어부(88)에 접속되어 있어 신호 처리부(89)에는, 주제어부(88)로부터 출력되는 전압 정보, 전류 정보, 구동 요구 등이 입력된다. 신호 처리부(89)는, 자장치의 동작 모드를 기억하고, 그 신호 처리 내용은, 전원(8)의 동작 모드에 따라 다르다. 신호 처리 내용의 상세는 후술한다.
제어 정보 산출부(89a)는, 인버터(83)의 동작을 제어함으로써, 부하로 출력하는 전압 또는 전류를 제어하기 위한 PWM 제어 정보를 산출하는 기능부이다. PWM 제어 정보는, 인버터(83)로 출력하는 PWM 신호의 펄스 폭 및 펄스 파형 등을 나타내는 정보이다.
동작 모드가 단일 전원 모드인 경우, 제어 정보 산출부(89a)는, 주제어부(88)로부터 출력된 전압 정보 및 전류 정보, 즉 자장치로 검출된 전압 및 전류에 근거해, 자장치의 인버터(83)를 PWM 제어하기 위한 PWM 제어 정보를 산출한다.
동작 모드가 마스터 전원 모드인 경우, 제어 정보 산출부(89a)는, 주제어부(88)로부터 출력된 자장치의 전압 정보 및 전류 정보와, 다른 전원(8)에 관련되는 전류 정보에 근거해, 제1 및 제2 전원(8)의 인버터(83)를 PWM 제어하기 위한 PWM 제어 정보를 산출한다. 즉, 제어 정보 산출부(89a)는, 자장치로 검출된 전압 및 전류와, 슬레이브 전원인 다른 전원(8)으로 검출된 전류에 근거하여, PWM 제어 정보를 산출한다. 또한, 다른 전원(8)으로 검출되는 전류 정보는, 통신부(89c)에 의해 수신할 수 있다.
동작 모드가 슬레이브 전원 모드인 경우, 제어 정보 산출부(89a)는, PWM 제어 정보의 산출을 실시하지 않는다.
PWM 제어부(89b)는, PWM 제어 정보를 이용하여, 필요한 펄스 폭 및 펄스 파형을 가지는 PWM 신호를 발생시켜, 인버터(83)에 출력하는 기능부이다. PWM 제어부(89b)는, 풀 브리지 회로의 스위칭 소자를, 크로스로 교대로 온 상태 및 오프 상태로 절체함으로써, 인버터(83)로부터 교류를 출력시킨다.
동작 모드가 단일 전원 모드 또는 마스터 전원 모드인 경우, PWM 제어부(89b)는, 자장치의 제어 정보 산출부(89a)에서 산출된 PWM 제어 정보를 이용해 PWM 신호를 발생시킨다.
동작 모드가 슬레이브 전원 모드인 경우, PWM 제어부(89b)는, 다른 전원(8)으로 산출된 PWM 제어 정보를 이용해 PWM 신호를 발생시킨다. 다른 전원(8)으로 산출된 PWM 제어 정보는, 통신부(89c)로 수신할 수 있다. 자장치와 다른 전원(8)이 동일 출력 용량일 때는, 자장치의 PWM 신호와 다른 전원(8)의 PWM 신호와는 결과적으로 대략 동일한 신호가 된다. 출력 용량이 다를 때는, PWM 제어부(89b)는, 다른 전원(8)으로 산출된 PWM 제어 정보를 이용해 출력 용량 차를 보정한 PWM 신호를 발생시킨다. 이 경우에는, 자장치의 PWM 신호와 다른 전원(8)의 PWM 신호와는 다른 신호가 된다.
통신부(89c)는, 다른 전원(8)과 각종 정보를 송수신하기 위한 통신 회로이다. 통신부(89c)는, 예를 들면 HCI(Host Control Interface) 통신규격에 따라 정보를 송수신 한다.
동작 모드가 마스터 전원 모드인 경우, 신호 처리부(89)는 통신부(89c)를 통해, 자장치의 인버터(83)의 동작 상태를 나타내는 동작 정보와, 제어 정보 산출부(89a)에서 산출한 PWM 제어 정보를, 슬레이브 전원 모드로 동작하고 있는 다른 전원(8)으로 송신한다. 상기 전원(8)은, 마스터 전원 모드로 동작하고 있는 전원(8)으로부터 송신된 동작 정보 및 PWM 제어 정보를 통신부(89c)에서 수신한다.
동작 모드가 슬레이브 전원 모드인 경우, 신호 처리부(89)는 통신부(89c)를 통해, 자장치로부터 부하로 출력되고 있는 전류를 나타내는 전류 정보와, 자장치의 인버터(83)의 동작 상태를 나타내는 동작 정보와, 자장치의 이상의 유무를 나타내는 이상 정보를, 마스터 전원 모드로 동작하고 있는 전원(8)으로 송신한다. 이상 정보는, 예를 들면 과전류, 이상 정지 등을 나타내는 정보이다. 마스터 전원인 상기 전원(8)은, 슬레이브 전원 모드로 동작하고 있는 전원(8)에서 송신된 전류 정보, 동작 정보 및 이상 정보를 통신부(89c)에서 수신한다.
조작 패널(80)은, 부하로 출력하고 있는 전류 및 전압을 나타내는 전류 표시부 및 전압 표시부를 갖춘다.
동작 모드가 마스터 전원 모드인 경우, 주제어부(88)는, 각 전원(8)으로부터 출력되는 전류를 가산해서 얻어지는 총 전류의 값을 전류 표시부에 표시시킨다. 또한, 자장치로 검출해서 얻어진 전압의 값을 전압 표시부에 표시시킨다. 동작 모드가 슬레이브 전원 모드인 경우, 주제어부(88)는, 자장치가 구동 중임을 나타내는 소정 정보를 전류 표시부 및 전압 표시부에 표시시킨다. 소정 정보는, 예를 들면 「구동 중」 또는 「RUN」 등의 문자 정보이지만, 표시하는 정보의 내용은 특별히 한정되지 않으며, 전류 표시부 및 전압 표시부를 구성하는 표시 픽셀 또는 세그먼트를 전부 등(燈) 또는 전부 소등(消燈)시키는 구성도 포함된다. 동작 모드가 단일 전원 모드인 경우, 주제어부(88)는, 자장치로부터 출력되고 있는 전류 및 전압의 값을 전류 표시부 및 전압 표시부에 표시시킨다.
또한, 조작 패널(80)은, 전원(8)의 동작 모드를 바꾸기 위한 조작부와, 현재의 자장치의 동작 모드를 표시하는 동작 모드 표시부를 갖춘다. 조작부는 예를 들면 실된(sealed) 택타일 스위치(Tactile switch), 푸시 버튼 스위치 등이다. 전원(8)의 주제어부(88)는, 조작부가 조작된 경우, 현재의 동작 모드를 다른 동작 모드로 절체한다. 예를 들면, 신호 처리부(89)는, 현재의 동작 모드를 기억하고, 주제어부(88)는, 모드 전환 지시를 신호 처리부(89)로 출력함으로써, 신호 처리부(89)의 동작 모드를 절체한다. 동작 모드는, 예를 들면, 조작부가 조작될 때 마다, 단일 전원 모드, 마스터 전원 모드, 슬레이브 전원 모드, 단일 전원 모드…의 순서로 절체된다.
동작 모드 표시부는, 복수의 발광 소자를 가진다. 복수의 발광 소자는, 예를 들면 마스터 전원 모드인 경우에 점등하는 발광 소자, 슬레이브 전원 모드인 경우에 점등하는 발광 소자를 포함한다.
도 11 및 도 12는, 급전 제어에 따른 각 전원(8)의 처리 순서를 나타내는 플로우 차트이다. 여기에서는, 마스터 전원 모드로 동작하고 있는 제1 전원(8)과, 슬레이브 전원 모드로 동작하고 있는 제2 전원(8)의 처리를 설명한다.
마스터 전원인 제1 전원(8)에 구동 지시 신호가 입력된 경우, 주제어부(88)는, 자장치로부터 부하로 출력되고 있는 전류 및 전압을, 전류 검출부(87) 및 전압 검출부(86)에서 검출한다(스텝(S51)). 주제어부(88)는, 검출해서 얻은 전류 정보 및 전압 정보를 신호 처리부(89)로 출력한다.
마스터 전원 모드의 신호 처리부(89)는, 전류 정보 및 전압 정보가 나타내는 전류 및 전압에 근거해 PWM 제어 정보를 산출한다(스텝(S52)). 기동 시에서는, 슬레이브의 전원(8)은 동작을 개시하고 있지 않기 때문에, 예를 들면, 제1 전원(8)으로 검출된 전류 및 전압을 이용해 PWM 제어 정보를 산출한다.
그리고, 신호 처리부(89)는, 산출된 PWM 제어 정보에 근거하여, 인버터(83)를 PWM 제어한다(스텝(S53)). 다음으로, 신호 처리부(89)는, 인버터(83)의 동작 상태를 나타내는 동작 정보 및 PWM 제어 정보를, 통신부(89c)를 통해, 슬레이브 전원인 제2 전원(8)으로 송신한다(스텝 S54). 동작 정보는, 예를 들면, 인버터(83)가 구동하고 있는지 여부를 나타내는 정보이다.
슬레이브 전원 모드의 신호 처리부(89)는, 제1 전원(8)에서 송신된 동작 정보 및 PWM 제어 정보를 통신부(89c)에서 수신한다(스텝(S55)). 그리고, 슬레이브 전원 모드의 신호 처리부(89)는, 마스터 전원이 구동하고 있음을 동작 정보에서 확인하고, 수신한 PWM 제어 정보에 근거해 자장치의 인버터(83)를 PWM 제어한다(스텝(S56)).
또한, 스텝(S54)의 송신을 실시하는 통신부(89c)는, 제어 정보 송신부에 대응하고, 스텝(S55)의 수신을 실시하는 통신부(89c)는, 제어 정보 수신부에 대응한다.
다음으로, 제2 전원(8)의 주제어부(88)는, 자장치가 정상으로 동작하고 있는 경우, 구동 중인 사실을 조작 패널(80)에 표시시킨다(스텝(S57)). 예를 들면, 주제어부(88)는, 구동 중인 사실을 전류 표시부 및 전압 표시부에 표시시킨다.
다음으로, 주제어부(88)는, 전류 검출부(87)에서 자장치로부터 부하로 출력하고 있는 전류를 검출한다(스텝(S58)). 주제어부(88)는, 검출해서 얻은 전류 정보를 신호 처리부(89)로 출력한다.
슬레이브 전원 모드의 신호 처리부(89)는, 자장치로 검출해서 얻은 전류 정보를, 통신부(89c)를 통해, 마스터 전원인 제1 전원(8)으로 송신한다(스텝(S59)). 또한, 신호 처리부(89)는, 자장치의 인버터(83)의 동작 상태를 나타내는 동작 정보, 이상의 유무를 나타내는 이상 정보를, 통신부(89c)를 통해 제1 전원(8)으로 송신한다(스텝(S60)).
PWM 제어 정보 등을 송신한 마스터 전원 모드의 신호 처리부(89)는, 제2 전원(8)에서 송신되는 전류 정보, 동작 정보 및 이상 정보를 수신하고(스텝(S61)), 그 수신에 성공했는지 여부를 판정한다(스텝(S62)).
또한, 스텝(S60)의 송신을 실시하는 통신부(89c)는, 전류 정보 송신부에 대응하고, 스텝(S60)의 송신을 실시하는 통신부(89c)는, 이상 정보 송신부에 대응한다. 또한, 스텝(S61)의 수신을 실시하는 통신부(89c)는, 전류 정보 수신부 및 이상 정보 수신부에 대응한다.
소정 시간 이상, 제2 전원(8)으로부터의 응답이 없어, 수신에 실패했다고 판정한 경우(스텝(S62): NO), 신호 처리부(89)는, 인버터(83)의 동작 및 PWM 제어 정보의 산출을 정지시킴으로써, 부하로의 출력을 정지시킨다(스텝(S63)). 또한, 제1 전원(8)에서의 PWM 제어 정보의 산출이 정지하면, 슬레이브 전원인 제2 전원(8)의 동작도 정지한다.
또한, 신호 처리부(89)는, 통신 이상을 주제어부(88)로 통지하고, 주제어부(88)는 통신에 관련되는 이상이 있었다는 사실을 조작 패널(80)에 표시시키고(스텝(S64)), 처리를 끝낸다.
또한, 통신 이상은, 통신선의 절단, 커넥터의 접속 불량으로 발생하는 것 외, 슬레이브 전원으로서 동작시켜야 할 전원(8)을, 잘못해서 마스터 전원 모드로 동작시킨 경우에도 발생한다.
제2 전원(8)으로부터의 응답이 있어, 전류 정보, 동작 정보 및 이상 정보의 수신에 성공했다고 판정한 경우(스텝(S62): YES), 신호 처리부(89)는, 수신한 전류 정보가 나타내는 전류가 소정의 임계치 미만인지 여부를 판정한다(스텝(S65)). 또한, 스텝(S65)의 판정을 실시하는 신호 처리부(89)는, 판정부에 대응한다.
전류가 임계치 이상으로 판정한 경우(스텝(S65): NO), 신호 처리부(89)는, 수신한 이상 정보에 근거하여, 제2 전원(8) 상태가 이상인지 여부를 판정한다(스텝(S66)). 예를 들면, 신호 처리부(89)는, 제2 전원(8)의 인버터(83)가 정지 상태에 있음을 이상 정보가 나타내고 있는 경우, 또는 이상 정보가 과전류 등의 이상을 나타내고 있는 경우, 이상이 있는 것으로 판정한다.
전류가 임계치 미만으로 판정된 경우(스텝(S65): YES), 또는 제2 전원(8)에 이상이 있다고 판정된 경우(스텝(S66): YES), 신호 처리부(89)는, 인버터(83)의 동작 및 PWM 제어 정보의 산출을 정지시킴으로써, 부하로의 출력을 정지시킨다(스텝(S67)). 또한, 신호 처리부(89)는, 상태 이상을 주제어부(88)로 통지하고, 주제어부(88)는, 슬레이브 전원에 이상이 있었다는 사실을 조작 패널(80)에 표시시켜(스텝(S68)), 처리를 끝낸다.
제2 전원(8)이 정상으로 동작하고 있는 것으로 판정된 경우(스텝(S66): NO), 주제어부(88)는, 전류 검출부(87) 및 전압 검출부(86)에서 자장치로부터 부하로 출력되고 있는 전류 및 전압을, 전류 검출부(87) 및 전압 검출부(86)에서 검출한다(스텝(S69)). 그리고, 주제어부(88)는, 자장치로 검출해 얻어진 전류와, 제2 전원(8)으로부터 수신한 전류 정보가 나타내는 전류를 가산한다(스텝(S70)). 그리고, 신호 처리부(89)는, 스텝(S70)에서 가산해서 얻어진 전류와, 자장치로 검출된 전압에 근거해 PWM 제어 정보를 산출한다(스텝(S71)). 여기서 산출되는 PWM 제어 정보는, 전원 장치(5) 전체로부터 부하로 출력되는 전류 및 전압에 근거하는 것으로, 전원 장치(5) 전체의 출력을 제어하는 것이 가능한 정보이다.
다음으로, 주제어부(88)는, 스텝(S70)에서 산출한 전류의 값을 전류 표시부에 표시시켜, 스텝(S69)에서 검출된 전압의 값을 전압 표시부에 표시시킨다(스텝(S72)).
한편, 주제어부(88)는, 용접기를 제어하기 위한 정보, 예를 들면 용접 와이어 W의 송급을 제어하기 위한 와이어 송급 제어 신호를 제어 단자(8c)로부터 용접기로 송신한다(스텝(S73)). 와이어 송급 제어 신호는, 예를 들면, 용접 와이어 W의 송급 속도, 송급의 개시 및 정지 등을 제어하기 위한 신호이다.
다음으로, 주제어부(88)는, 구동 지시 신호의 입력이 계속되고 있는지 여부를 판정한다(스텝(S74)). 구동 지시 신호가 입력되고 있지 않는 것으로 판정한 경우(스텝(S74): NO), 신호 처리부(89)에 의한 인버터(83)의 제어를 정지시킴으로써 부하로의 출력을 정지시키고(스텝(S75)), 처리를 끝낸다. 구동 지시 신호가 입력되고 있다고 판정한 경우(스텝(S74): YES), 주제어부(88)는, 처리를 스텝(S53)에 되돌려서, 부하로의 급전 제어를 계속한다.
이와 같이 구성된 전원 장치(5)에서는, 마스터 전원인 제1 전원(8)이, 슬레이브 전원인 제2 전원(8)으로부터 전류 정보를 취득하고, 각 전원(8)의 출력을 제어하는 PWM 제어 정보를 산출한다. 그리고, 제1 전원(8)은, 산출한 PWM 제어 정보를 제2 전원(8)으로 송신하고, 슬레이브 전원인 상기 전원(8)은, 마스터 전원 측에서 산출된 PWM 제어 정보에 근거해 출력을 제어한다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 전원 장치(5)에서는, 각 전원(8)으로부터 부하로 출력되는 전류를 안정적으로 제어할 수 있다.
또한, 사용자는, 마스터 전원으로서 동작하고 있는 제1 전원(8)의 전류 표시부 및 전압 표시부를 이용해, 전원 장치(5)로부터 부하로 출력되고 있는 전류 및 전압의 정보를 확인할 수 있다.
또한, 슬레이브 전원으로서 동작하고 있는 제2 전원(8)의 전류 표시부 및 전압 표시부에 소정 정보를 표시함으로써, 사용자에게 불필요한 혼란을 주지 않도록 할 수 있다.
또한, 마스터 전원인 제1 전원(8)은, 슬레이브 전원으로부터 송신되어야 할 전류 정보를 수신할 수 없는 경우, 슬레이브 전원인 제2 전원(8)과의 통신에 이상이 있는 것으로서 전원 장치(5) 전체를 정지시켜 안전을 확보할 수 있다.
게다가 또한, 마스터 전원인 제1 전원(8)은, 자장치가 전류를 출력하고 있음에도 불구하고, 슬레이브 전원인 제2 전원(8)으로부터 출력되는 전류가 임계치 미만인 경우, 제2 전원(8)에 이상이 있는 것으로서 전원 장치(5) 전체를 정지시켜 안전을 확보할 수 있다.
게다가 또한, 마스터 전원인 제1 전원(8)은, 슬레이브 전원인 제2 전원(8)의 동작 상태에 이상이 있는 경우, 전원 장치(5) 전체를 정지시켜 안전을 확보할 수 있다.
게다가 또한, 이러한 이상 시에 전원 장치(5)를 정지시킴으로써 전원 장치(5)를 보전할 수 있다.
게다가 또한, 본 실시 형태에 따른 전원(8)은, 조작부를 조작함으로써 마스터 전원 및 슬레이브 전원 중 어느 쪽의 전원으로도 기능시킬 수 있다. 따라서, 전원 장치(5)를 구성하는 마스터 전원이 고장나도, 슬레이브 전원으로서 기능하고 있던 전원(8)의 동작 모드를, 마스터 전원 모드로 절체함으로써, 용이하게 전원 장치(5)를 재구축할 수 있다.
게다가 또한, 본 실시 형태에 따른 전원(8)은, 조작부를 조작함으로써 단독의 전원으로도 기능시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 주로 2대의 전원(8)을 공통의 부하에 병렬 접속시키는 예를 설명했지만, 3대 이상의 전원(8)을 이용해 전원 장치(5)를 구성해도 무방하다.
또한, 부하로서, 아크 용접에 관련되는 부하를 설명했지만, 아크 절단, 그 외의 대전류를 필요로 하는 부하로 급전하는 전원 장치(5)로서 이용해도 무방하다.
게다가 또한, 본 실시 형태에 따른 전원 장치(5)는, 아크 용접기로 대전류를 출력할 수 있다.
게다가 또한, 본 실시 형태에서는, 절연 트랜스형 스위칭 전원을 PWM 제어하는 예를 설명했지만, 전원(8)의 구성 및 제어 방식은 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지의 구성 및 제어 방식을 이용해도 무방하다.
게다가 또한, 본 실시 형태에서는, 슬레이브 전원으로서 동작하고 있는 전원(8)에 이상이 있었을 경우, 전원 장치(5) 전체를 정지시키는 예를 주로 설명했지만, 전원 장치(5) 전체적으로 문제가 없다면, 부하로의 급전을 계속하도록 구성해도 무방하다. 예를 들면, 복수의 슬레이브 전원이 병렬 접속되어 있고, 이상이 발견된 전원(8)을 전원 장치(5)로부터 차단하는 차단 릴레이 등이 설치되어 있으며, 나머지의 전원(8)으로 필요한 전력을 공급하는 것이 가능하다면, 정상으로 동작하고 있는 복수의 전원(8)을 계속적으로 동작시켜도 무방하다.
이번에 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아닌 것으로 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 의미가 아니라 청구의 범위에 의해 지시되며 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 용접 로봇
2: 로봇 제어 장치
3: 와이어 공급원
4: 와이어 송급 장치
4a: 제1 도관 케이블
4b: 제2 도관 케이블
4c: 제3 도관 케이블
5: 전원 장치
6: 용융 부분
7: 아크
8: 전원
11: 베이스부
12: 암
13: 용접 토치
41: 중간 와이어 공급원
41a: 케이스
41b: 입구부
41c: 출구부
41d: 인출 송급부
41e: 와이어 안내부
41f: 인출 송급 모터
41g: 수용량 검출부
41h: 송급 제어부
41i: 입력부
41j: 막대 부재
41m: 재치면
42: 푸시 피더
42a: 압출 송급부
51: 전원부
52: 송급 속도 제어부
141i: 입출력부
141k: 곡률 검출 롤러
A: 모재
B: 비드
W: 용접 와이어

Claims (13)

  1. 용접 와이어를 와이어 공급원으로부터 용접 토치로 송급하는 와이어 송급 장치와, 상기 와이어 송급 장치에 의해 상기 용접 토치로 송급된 용접 와이어 및 모재 간에 전력을 공급하는 전원 장치를 갖추고, 공급된 전력에 의해 용접 와이어 및 모재 간에 발생하는 아크에서 모재를 용접하는 소모 전극식의 아크 용접 시스템에 있어서,
    상기 와이어 송급 장치는,
    상기 와이어 공급원 및 상기 용접 토치의 사이에 배치되고, 상기 와이어 공급원으로부터 공급되는 용접 와이어를 일시적으로 수용하고, 수용된 용접 와이어를 상기 용접 토치로 공급하는 중간 와이어 공급원을 갖추는
    아크 용접 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 송급 장치는,
    상기 와이어 공급원의 용접 와이어를 상기 중간 와이어 공급원으로 송급하는 제1 송급부와,
    상기 중간 와이어 공급원에 수용된 용접 와이어를 상기 용접 토치로 송급하는 제2 송급부
    를 갖추는 아크 용접 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중간 와이어 공급원은,
    용접 와이어의 수용량을 검출하는 검출부를 갖추고,
    상기 검출부의 검출 결과에 근거하여, 소정량의 용접 와이어가 수용되도록 상기 제1 송급부의 송급을 제어하는 송급 제어부를 더 갖추는
    아크 용접 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 중간 와이어 공급원은,
    용접 와이어를 수용하는 케이스를 갖추고,
    상기 케이스 및 상기 와이어 공급원은, 용접 와이어가 삽통하는 제1 도관 케이블에 의해 접속되고, 상기 케이스 및 상기 제2 송급부는, 용접 와이어가 삽통하는 제2 도관 케이블에 의해 접속되어 있고,
    용접 와이어는, 상기 제1 도관 케이블 및 상기 제2 도관 케이블에 의해 안내되어, 상기 중간 와이어 공급원을 통해 상기 용접 토치로 송급되는
    아크 용접 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 송급부는, 상기 케이스에 수용되어 있는
    아크 용접 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1 도관 케이블을 삽통하는 용접 와이어의 송급에 따른 부하는, 상기 제2 도관 케이블을 삽통하는 용접 와이어의 송급에 따른 부하에 비해 큰
    아크 용접 시스템.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 중간 와이어 공급원을 재치하기 위한 재치면을 가지는
    아크 용접 시스템.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 토치를 보지하는 암을 가지는 용접 로봇을 갖추고,
    상기 제2 송급부는, 상기 용접 로봇의 상기 암에 설치되어, 상기 중간 와이어 공급원은 상기 용접 로봇에 병치되는
    아크 용접 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 장치는,
    병렬 접속되어 있고, 용접 와이어 및 모재 간에 전력을 공급하는 제1 전원 및 제2 전원을 갖추는
    아크 용접 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전원은,
    상기 제1 전원 및 제2 전원에 의한 급전 및 상기 와이어 송급 장치에 의한 용접 와이어의 송급을 제어하고 있는
    아크 용접 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어 송급 장치는,
    용접 와이어 및 모재 간에 발생한 아크에 의해 모재에 형성된 요상(凹狀)의 용융 부분에 용접 와이어의 선단부가 진입하는 속도로, 용접 와이어를 송급하고,
    상기 전원 장치는,
    용접 와이어 및 모재 사이에 흐르는 용접 전류의 주파수가 10 Hz 이상 1000 Hz 이하, 평균 전류가 300 A 이상, 전류 진폭이 50 A 이상이 되도록, 상기 용접 전류를 변동시키는
    아크 용접 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어 송급 장치는,
    용접 와이어를 5 m/분 이상의 속도로 송급하는
    아크 용접 시스템.
  13. 용접 와이어를 와이어 공급원으로부터 용접 토치로 송급하는 와이어 송급 장치에 있어서,
    상기 와이어 공급원 및 상기 용접 토치의 사이에 배치되고, 상기 와이어 공급원으로부터 공급되는 용접 와이어를 일시적으로 수용하고, 수용된 용접 와이어를 상기 용접 토치로 공급하는 중간 와이어 공급원과,
    상기 와이어 공급원의 용접 와이어를 상기 중간 와이어 공급원으로 송급하는 제1 송급부와,
    상기 중간 와이어 공급원에 수용된 용접 와이어를 상기 용접 토치로 송급하는 제2 송급부
    를 갖추는 와이어 송급 장치.
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