KR20190046883A - 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템 - Google Patents

용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템 Download PDF

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KR20190046883A
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후아레즈 포케사또
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파워밍 오토마상 에 소우다젱 엘티디에이
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Abstract

본 발명의 대상인 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우(protection gas flow)용 전자 조절 시스템은 용접 가스 절감 시스템 MIG/MAG/TIG에 의해서 종래 기술에서 확인된 불편함을 해결하는 것을 목적으로 하며, 커런트 센서(shunt)(30)에 의해서 사용되고 있는 커런트를 검증하고, 상기 데이터를 소프트웨어 프로세싱 시스템(마이크로컨트롤러)(20)에 전송하며, 그 후에 측정되고 있는 용접 커런트에 따라서 선형 활성화 밸브(23)에 의해 가스 방출을 수행하며, 아웃플로우 센서에 의해 아웃플로우의 확인이 수행되어 정확한 아웃플로우가 보장된다.

Description

용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템
본 발명은 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템을 개시한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 시스템은 사용되고 있는 커런트를 커런트 센서(current sensor, Shunt)에 의해 검증하는 용접 가스 절감 시스템 MIG/MAG/TIG을 포함하고, 계측되고 있는 용접 커런트에 따라 연속적으로 가스를 방출하는 소프트웨어에 의해서 상기 데이터를 프로세싱 시스템으로 전송하며, 상기 아웃플로우(outflow)의 확인은 플로우 센서(flow sensor)에 의해 수행되어 정확한 아웃플로우를 보장하는 것을 특징으로 한다.
용접 공정에 사용되는 보호 가스는, 용접 공정에서 유해한 가스들인 산소, 질소 및 수소와 같은 대기성 가스들을 용접 영역으로부터 배출하는 퓨징 퍼들(fusing puddle)을 보호하고자 하는 주요 목적을 갖고 있다. 뿐만 아니라, 보호 가스는 활성 가스가 용접에 사용될 때 용접성, 침투 및 퓨징 퍼들의 화학적 조성에 적게 관여하는 목적도 갖고 있다.
보호 가스는 아르곤 및 헬륨과 같은 원자성 기원, 또는 이산화탄소와 같은 분자성 기원을 가질 수 있다. 그것들은 또한 이들의 조성에 따라서 구분될 수도 있는데, 조성이 단순할 수도 있고 단 한 종류의 가스만을 포함할 수도 있고, 혼합물로 구성될 수도 있고, 두 종류 이상의 가스를 함유할 수도 있다.
보호 가스는 건 노즐(gun nozzle) 또는 용접 토치(welding torch)에 의해 미리 조절된 아웃플로우(outflow)로 전체 용접 동안 주입된다. 보호 가스의 플로우는 플로우 미터(flow meter)와 압력 조절기-감소 장치에 의해 조절된다. 미리 조절된 아웃플로우로 건 노즐에 가스를 지속적으로 공급할 수 있다.
보호 가스를 이용한 용접 공정에서, 신뢰성 있는 용접을 얻기 위해서는 가스 아웃플로우의 이상적인 조절의 검증이 요구되며, 발생할 수 있는 가스의 초과 및/또는 부족을 체크하는 것이 중요하다. 왜냐하면, 이러한 요인들은 금속의 융합 품질을 약화시킬 수 있기 때문이다. 또한, 용접 공정의 비용을 줄이기 위해 보호 가스 플로우를 제어하고 조절하는 것이 필요하다.
용접 공정은 보호 가스 플로우 속도의 정의와 관련하여 매우 소모적이다. 보호 가스 비용은 모든 용접 공정에서 가장 비싼 요소 중 하나이며, 용접공은 필요하거나 권장되는 것보다 높은 플로우를 정의하는 것을 어려워한다. 대부분의 장치 제조업체는 과도한 플로우 속도의 사용을 피하기 위해 최대 한계치를 정의할 수 있는 플로우 제어 부속품 또는 장치를 제공한다.
실린더 및 벌크 시스템 모두로부터 보호 가스와 함께 사용되는 대부분의 플로우 제어 장치는 약 20 내지 30 PSIG의 명목상의 유입 압력에서 작동하도록 설계된다. 순수한 이산화탄소를 사용하는 적용에서는 최대 50 PSIG의 압력에서 작동할 수 있다. 이는 용접 토치가 작동될 때마다 용접 마우스(mouth)에서 20 내지 30 또는 50 PSIG의 초기 압력이 있다는 것과, 토치 트리거가 작동되었을 때 높은 고정 압력은 많은 양의 가스가 마우스를 통해서 빠져나가는 것을 허용한다는 것을 의미한다.
보다 정량적인 아이디어를 제공하기 위해, (1) 용접 공정은 35 SCFH 아르곤을 필요로 한다; (2) 용접 장치에 설치되어 연결된 플로우 미터는 교정 압력 20 PSIG를 갖는다. 이러한 정의에 따라 일반적인 가스 확산기를 사용하면 초기 플로우 속도가 180 SCFH 아르곤에 쉽게 도달하거나 심지어 초과할 수 있다. 플로우 속도가 급속히 감소함에도 불구하고 대기압 조건으로 인해 압력 라인이 떨어지기 때문에 이는 여전히 용접 공정에 필요한 것보다 5배 높은 플로우 속도를 나타낸다. 이것은 트리거가 작동될 때마다 발생한다. 일부 적용에서는, 트리거는 시간당 200 내지 300회 작동되어 낭비되는 가스량을 기하 급수적으로 증가시킨다.
따라서, 종래 기술은 이러한 폐기물을 제어 및 조절하기 위한 목적으로 용접 공정에 적용되는 보호 가스 플로우를 위한 다양한 제어 장치를 제공하고, 이로부터 본 발명자는 아래에서 이 문헌을 강조할 수 있다.
특허문헌 WO2009031902는 차폐 가스의 소스(source)와 전기 아크 용접 장치의 차폐 가스 밸브 사이의 차폐 가스 공급 라인에 삽입하기 위한 전기 아크 용접 장치용 차폐 가스 플로우 제어기를 개시하고 있으며, 상기 플로우 제어기는 차폐 가스 유입구 및 차폐 가스 배출구, 차폐 가스 유입구 및 배출구 사이에 연결된 제어 가능한 가스 밸브 및 제어 유입구(control inlet)를 갖고, 제어(control)는 용접 수행 동안에 용접 장치로부터 전기 아크 용접 커런트를 나타내는 용접 신호를 수신하는 제1 유입부를 갖는다는 것을 의미하며, 이는 원하는 차폐 가스 플로우를 나타내는 용접 신호 기능을 위한 플로우 배출구 조정을 생성하기 위해 조정된 가스 플로우의 조정을 제어하는 것을 의미한다. 차폐 가스 플로우 제어기는 차폐 가스 유입부에 연결되고 제어 수단의 제2 유입부에 대한 차폐 가스 유입 압력의 측정을 제공하도록 배치된 유입부 압력 센서, 그리고 차폐 가스 배출부에 연결되고 제어 수단의 제3 유입부에 대한 차폐 가스 배출 압력의 측정을 제공하도록 배치된 배출부 압력 센서를 추가로 포함한다.
전술한 문헌은 주로 보호 가스용 플로우 제어 장치를 개시하고 있으며, 솔레노이드 밸브 PWM으로 작동하는 방법을 제시하고 있다. 반면에, 기능성 모델에 대한 본 발명에 의해서 제시되는 장치는 최신 기술의 제품에 대한 건설적이고 기능적인 향상을 갖는다. 왜냐하면 상기 시스템은 선형 활성화 밸브의 사용, 공정에 더 많은 효율성을 부여함, 제어 시스템에 통합된 오류 정보 계전기(relay) 및 패시지 플로우(passage flow)에서 변함없는 가스의 양을 위한 온라인 검증 디스플레이를 개시하며, 소프트웨어(마이크로컨트롤러)에 의해서 관리되는 디바이스이기 때문에 축적된 양의 가스를 제어하고 모니터할 수 있도록 하며, 에러가 확인되고 가스 플로우의 범위 변화를 선택할 수 있도록 한다. 또한, 용접 공정에 더 나은 품질을 보증하기 위하여 전-가스 아웃플로우(pre-gas outflow) 및 후-가스 아웃플로우(post-gas outflow) 표준의 배치를 이것의 조정 내에 포함한다.
따라서, 본 발명의 대상인 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템은 사용되고 있는 커런트를 커런트 센서(current sensor, Shunt)에 의해 검증하는 용접 가스 절감 시스템 MIG/MAG/TIG을 포함하고, 계측되고 있는 용접 커런트에 따라 연속적으로 가스 방출을 수행하는 소프트웨어 프로세싱 시스템(마이크로컨트롤러)으로 상기 정보를 전송하는 것을 포함한다.
상기 특징들은 종래 기술에서의 플로우 조절장치와 비교하여 용접 공정에 더 나은 제어 및 절감(savings)을 제공한다.
본 발명은 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템으로서, 용접 공정의 더 나은 제어 및 조절을 허용하는 소프트웨어 공정 시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템으로서, 가스 소비량을 15% 내지 60% 절감하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템으로서, 사용되고 있는 커런트를 검증하는 커런트 센서(shunt)를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템으로서, 공정에 더 나은 효율성을 부여하는 선형 활성화 밸브를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템으로서, 방출될 가스의 양의 보정이 온라인으로 수행되도록 하며, 즉, 방출될 가스의 양을 커런트가 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템으로서, 패시지 플로우(passage flow) 내 일정한 가스의 양을 위해서 온라인 검증 디스플레이를 제공하고, 상기 장치가 소프트웨어에 의해 관리되며, 축적된 가스의 양을 제어하고 모니터하는 것을 허용하며, 에러가 검증되고 가스 플로우 내 범위의 변화를 선택하는 것을 허용하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우용 전자 조절 시스템의 기술적 특징을 보다 잘 설명하기 위하여, 하기에 상세히 나타낸 도면이 제시된다:
도 1은 본 발명의 가스 플로우용 전자 조절 장치의 정면도를 나타낸다.
도 2는 리어 캡(rear cap)이 없는 본 발명의 가스 플로우용 전자 조절 장치의 후면도로서, 이것의 내부 구성요소를 상세히 나타낸다.
도 3은 본 발명의 가스 플로우용 전자 조절 장치의 작동 플로우차트(flowchart)를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 가스 플로우용 전자 조절 장치의 온라인 모드에서의 작동 플로오차트를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 가스 플로우용 전자 조절 장치의 오프라인 모드에서의 작동 플로오차트를 나타낸다.
본 발명의 대상인 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우(gas flow)용 전자 조절 시스템은, 상기 가스와 상기 용접 장치 사이의 공급 라인에 상호 연결된(interlinked) 용접 가스용 절약 시스템 MIG/MAG/TIG를 포함하고, 방출될 가스의 양 또는 용접 장치로 가이드 되고 있는 가스 양의 제어를 허용하기 위하여 특정 시점에 가스 유입 연결부(12) 및 배출 연결부(13)를 통해 통과하고 있는 가스의 양을 온라인 및 오프라인에서 검증하기 위한 숫자 디스플레이(numeric display)(11)가 구비된 기본 구조(10)를 갖는다.
상기 구조(10)의 내부 부분에는, 직선 연결부(21), 아웃플로우 계기 센서(22) 및 외부 플로우 계기 센서(30)의 계측 및 감지를 수행하는 마이크로컨트롤러 플레이트(20)를 포함하여 상기 배출 연결부(13) 옆에 위치한 상기 선형 활성화 밸브(23)를 통하여 방출될 가스의 양을 결정한다.
상기 마이크로컨트롤러(20)는 온라인 또는 오프라인 모드에서 가스 유입 및 배출 계측을 수행하는 특정 소프트웨어가 구비되어 있다. 이는 장치에 유입되는 가스의 양의 분석, 그리고 커런트 및 플로우 수치로 이들의 분석을 허용함으로써 장치가 온라인 상태일 때 가스 방출을 촉진하는 선형 활성화 밸브(23)로 상기 데이터를 전송할 수 있다.
상기 마이크로컨트롤러 플레이트(20)는 가스의 부족 또는 부전(failure), 누출 또는 낮은 압력의 경우에 상기 장치를 차단하여 상기 장치가 즉시 정지되도록 오류 정보 계전기(relay)(24)를 개시하여, 더 나은 안전성을 부여하고 불량한 작동을 피하도록 한다.
상기 유입 연결부(12)는 가스를 마이크로컨트롤러(20)로 가이드하는 직선 연결부(21)를 통해 가스를 아웃플로우 계기 센서(22)로 가이드하여, 상기 마이크로컨트롤러(20)가 온라인 또는 오프라인 모드 모두에서 장치로 유입되는 가스 양의 계측을 수행할 수 있도록 한다.
상기 아웃플로우 계기 센서(22) 및 상기 직선 연결부(21)는 상기 마이크로컨트롤러가 장치로 유입되는 가스의 양을 정확하게 감지할 수 있도록 하여, 온라인 및 오프라인 모드 모두에서 정보를 표시하는 숫자 디스플레이(11)에 의해서 사용자에게 상기 정보를 보여준다.
상기 배출 연결부(13)는 상기 마이크로컨트롤러(20)에 의해 발행된 정보에 따라서 가스의 방출을 촉진하는 선형 활성화 밸브(23)에 의해서 제어되며, 상기 마이크로컨트롤러(20)는 상기 커런트 센서(shunt)를 통해서 상기 마이크로컨트롤러(20)로 발행된 커런트의 계산과 비교하여 상기 아웃플로우 센서(22) 및 직선 연결부(21)에 의해서 수신된 파라미터들에 의해서 상기 아웃플로우를 계산한다.
상기 커런트 센서(shunt)(30)는 상기 용접 장치의 커런트 배출부(current outlet) 옆에 제공되며, 접촉 도어부(14) 옆으로 상기 마이크로컨트롤러(20)와 연결되어 상기 마이크로컨트롤러(20)가 상기 용접 장치로부터 커런트 정보를 수신할 수 있도록 하며, 상기 용접 단계로 방출되어야 하는 가스의 양을 결정하기 위해 필요한 계산 (아웃플로우 ⅹ 커런트)을 수행한다.
상기 마이크로컨트롤러(20)에 상호 연결된 상기 소프트웨어는 상기 커런트 센서(30)로부터 계측된 수치를 아웃플로우 테이블의 수치와 비교하고, 상기 정보를 선형 밸브(23)에 전송하여, 상기 시스템으로 방출될 가스의 양을 알린다.
상기 시스템에 의해서 수행되는 비교 계산(comparative calculation)은 소프트웨어 작동의 로직 기술(logic description) 시점에 상기 마이크로컨트롤러(20)의 옆에서 미리 결정이 된다.
상기 선형 활성화 밸브(23)는 커런트 센서(30) 및 이것을 통해서 순환하는 가스 패시지 센서(passage sensor)에 의해서 수행되는 양(quantity) 계측에 이어서 작동하여, 상기 커런트 및 상기 커런트 아웃플로우를 상기 마이크로컨트롤러(23)에 알린다. 커런트 또는 압력의 변화가 있는 경우에, 밸브 개방(valve opening)의 활성화는 상기 밸브 개방(23)이 안정하게 유지되도록 조절이 되어 선형 활성화 개방 및 폐쇄의 작동이 증가하거나 또는 감소한다. 방출될 가스의 양의 보정은 온라인에서 수행된다. 즉, 상기 커런트는 압력 변화뿐만 아니라 수득된 데이터에 기초하여 방출될 가스의 양을 결정한다.
상기 선형 활성화 밸브(23)는 용접 장치의 커런트 변화 또는 아웃플로우 변화에 따라서 실시간으로 가스 플로우를 보상하는 것을 허용한다.
용접될 부분 위에 과도한 불순물, 오일이 있는 혹독한 적용 또는 바람이 매우 심한 환경에서조차, 커런트에 기초하여 방출될 가스의 가능한 증가 또는 감소로 조절 범위가 생성이 되었다.
예시로서, 200A, 01 범위(스케일)로 사용하면, 가스 방출은 6 l/min일 것이다. 동일한 기준으로 05 범위(스케일)로 사용하면, 가스 방출은 이제 14 l/min 일 것이다. 이러한 조절 범위는 도 6에 개시되어 있다.
상기 시스템은 피딩 도어부(feeding door)(15)를 통해 단지 온라인 모드에서 조절 범위 및 방출될 가스의 품질 변화를 허용하여, 메인 네트워크에 전자 장치가 접속하는 것을 허용하며, 110V 또는 220V의 전압에서 작동한다.
오프라인 모드에서, 상기 장치는 전원이 꺼지고 상기 가스 아웃플로우 시스템의 조절 범위 및 관리를 사용하는 것을 허용하지 않으나, 상기 장치는 숫자 디스플레이(11)에 의해서 상기 용접 장치로 가이드 되고 있는 가스의 양을 알린다. 즉, 상기 장치의 전원이 꺼졌더라도 상기 마이크로컨트롤러(20)는 상기 아웃플로우 계기 센서(22) 및 직선 연결부(21)를 통해 가스 유입의 감지를 수행한다.
오프라인 모드(전원 꺼짐)에서 상기 장치로 수행되는 계측은 상기 마이크로컨트롤러(20) 옆에 저장이 되고, 장치의 전원이 켜지면(온라인 모드) 그 기간 동안에 얼마나 절감이 되었는지의 제어를 수행한다.
따라서, 오프라인 또는 온라인 모드에서 상기 장치를 사용하는 것은 용접 장치에서 사용되는 가스 플로우의 더 나은 제어 관리를 가능하게 하고, 게다가 가스의 부족, 유출 또는 낮은 압력에 대한 오류 감지를 가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 대상인 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우(protection gas flow)용 전자 조절 시스템은 용접 가스 절감 시스템 MIG/MAG/TIG에 의해서 종래 기술에서 확인된 불편함을 해결하는 것을 목적으로 하며, 사용되고 있는 커런트를 커런트 센서(shunt)(30)를 통해 검증하고, 가스 플로우 센서(22)로 상기 데이터를 소프트웨어 프로세싱 시스템에 전송하여, 측정되고 있는 용접 커런트에 따라서 가스 방출을 수행한다.

Claims (7)

  1. 용접 장치에 적용되는 보호 가스 플로우(protection gas flow)용 전자 조절 시스템으로서, 상기 가스와 상기 용접 장치 사이의 공급 라인에 상호 연결된(interlinked) 용접 가스용 절감 시스템을 개시하고, 가스 유입 연결부(12) 및 배출 연결부(13)가 구비된 기본 구조(10)를 나타내는 전자 조절 시스템에 있어서,
    온라인 또는 오프라인 모드에서 가스 유입 및 배출의 계측을 수행하는 특정 소프트웨어가 구비되고, 상기 장치로 유입되는 가스의 양을 분석하고 이를 커런트(current) 및 아웃플로우(outflow) 수치와 비교하는 마이크로컨트롤러 플레이트(20)를 특징으로 하며;
    상기 유입 연결부(12)는 상기 가스를 아웃플로우 계기 센서(outflow meter sensor)(22)로 가이드하고 직선 연결부(21)를 통해 상기 가스를 상기 마이크로컨트롤러(20)로 가이드하여, 상기 장치로 유입되는 가스의 양을 확인하고, 온라인 및 오프라인 모드 모두에서 정보를 제시하는 숫자 디스플레이(11)에 의해서 사용자에게 상기 정보를 보여주고;
    상기 배출 연결부(13)는 상기 마이크로컨트롤러(20)에 의해서 발행된 정보에 따라 가스 방출을 촉진하는 선형 활성화 밸브(23)에 의해서 제어되고, 상기 마이크로컨트롤러(20)는 접촉 도어부(14) 옆으로 상기 마이크로컨트롤러(20)와 상호 연결되어 있는 외부 커런트 센서(external current sensor)(30)에 의해서 상기 마이크로컨트롤러(20)로 전달되는 커런트의 계산과 비교하여, 상기 아웃플로우 센서(22) 및 직선 연결부(21)로부터 수신된 파라미터에 의해 아웃플로우 계산을 수행하고;
    상기 마이크로컨트롤러(20)에 상호 연결된 상기 소프트웨어는 상기 커런트 센서(30)에서의 계측 수치를 상기 아웃플로우 테이블상의 수치와 비교하고, 상기 정보를 상기 선형 밸브(23)에 전송하고, 상기 시스템에 방출되어야 하는 가스의 양을 알리며;
    상기 선형 활성화 밸브(23)는 압력의 변화 또는 상기 용접 장치로부터의 커런트 변화에 따라 실시간으로 상기 가스 플로우를 보상할 수 있게 하며;
    오프라인 모드에서, 상기 장치는 전원이 꺼지고 상기 가스 아웃플로우 시스템의 조절 범위 및 관리를 사용하는 것을 허용하지 않으나, 상기 장치는 숫자 디스플레이(11)에 의해서 상기 용접 장치로 가이드되고 있는 가스의 양을 알리며, 즉, 상기 장치의 전원이 꺼졌더라도 상기 마이크로컨트롤러(20)는 상기 아웃플로우 계기 센서(22) 및 직선 연결부(21)에 의해 유입 가스의 감지를 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러 플레이트(20)는 오류 정보를 위한 계전기(relay)(24)를 개시하고, 가스의 부족 또는 부전(failure), 누출 또는 낮은 압력의 경우에 상기 장치를 차단하여 상기 장치가 즉시 정지되도록 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 커런트 센서(30)는 상기 용접 장치의 커런트 배출부 옆에 제공되어 상기 마이크로컨트롤러(30)가 상기 용접 장치로부터 커런트 정보를 수신하도록 하며, 상기 용접 공정으로 방출되어야 하는 가스의 양을 결정하기 위해 필요한 계산 (아웃플로우 ⅹ 커런트)을 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(20)는 선형 개방 및 폐쇄 활성화의 작동을 증가 또는 감소시킴으로써 밸브 개방부의 작동을 조절하여 상기 밸브 개방부(23)가 안정하게 유지되도록 커런트 또는 압력의 변화를 제어하며, 방출될 가스의 양의 보정이 온라인으로 수행되고, 즉, 상기 커런트는 압력 변화뿐만 아니라 수득된 데이터에 기초하여 방출될 가스의 양을 결정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시스템에 의해서 수행되는 비교 계산(comparative calculations)은 소프트웨어 작동의 로직 개시(logic disclosure) 시점에 상기 마이크로컨트롤러(20)의 옆에서 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장치는 전원 포트(power port)(15)를 통해서 메인 네트워크(main network)에 연결되고, 110V 또는 220V의 전압에서 작동하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(20)는 상기 장치로 유입되는 가스의 양의 계측을 온라인 또는 오프라인 모드 모두에서 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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