KR20190047875A - Submerged arc welding apparatus - Google Patents

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KR20190047875A
KR20190047875A KR1020170142218A KR20170142218A KR20190047875A KR 20190047875 A KR20190047875 A KR 20190047875A KR 1020170142218 A KR1020170142218 A KR 1020170142218A KR 20170142218 A KR20170142218 A KR 20170142218A KR 20190047875 A KR20190047875 A KR 20190047875A
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welding
arc
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reference voltage
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KR1020170142218A
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최성욱
이승구
유상훈
김종철
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현대중공업 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a submerged arc welding apparatus which separates a welding wire from base metal in accordance with a selection of a user when starting or stopping an arc, and prevents overcurrent of a feed motor when sticking occurs. According to an embodiment of the present invention, the submerged arc welding apparatus comprises: a carriage to move along a welding line of an object to be welded; a welding unit to weld the object to be welded; and a control unit to control the welding unit to perform one operation among an operation of bringing a welding wire of the welding unit towards base metal and an operation of separating the welding wire from the base metal until an arc is created in accordance with a selection mode of a user if an arc voltage of the welding unit is lower than or equal to a first reference voltage or is higher than or equal to a second reference voltage with a higher voltage level than the first reference voltage.

Description

서브 머지드 아크 용접 장치 {SUBMERGED ARC WELDING APPARATUS}[0001] SUBMERGED ARC WELDING APPARATUS [0002]

본 발명은 서브 머지드 아크 용접 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a submerged arc welding apparatus.

일반적으로, 선박과 같은 용접을 필요로 하는 대형 구조물은 작은 판재를 이어 붙여서 제작된 많은 블록들을 상호 연결하는 조립작업을 필요로 하게 된다.Generally, a large structure requiring welding such as a ship requires assembling work to interconnect many blocks manufactured by connecting small plates.

대형 선박이나 선박과 같은 용접을 필요로 하는 대형 구조물의 제작에 있어서, 판과 판, 블록과 블록을 용접할 때 철판과 철판을 용접하게 된다. 철판의 용접은 비교적 입열이 적은 CO2 용접으로 초층 용접을 실시한 후 서브 머지드 아크 용법(Submerged Arc Welding: SAW)으로 마무리한다.In the fabrication of large structures requiring welding such as large ships or ships, the plates and plates are welded to plates and blocks when welding. Welding of steel plate is done by submerged arc welding (SAW) after CO2 welding with relatively low heat input.

서브 머지드 아크 용접은 입상의 플럭스 밑에서 와이어와 모재 사이에 아크(arc)를 발생시켜 얻는 열로서 2개 이상의 피 접합물을 용접한다. 이때, 아크 플럭스(flux)로 덮혀 있어 외부에 노출되지 않으며, 플럭스는 공기를 차단함으로써 용접 금속의 정련작용을 보호한다. 이러한 서브 머지드 아크 용접은 열효율이 매우 높으며 피복 아크 용접에 비하여 높은 융착 속도를 낼 수 있다.Submerged arc welding welds two or more welded joints as heat obtained by generating an arc between the wire and the base material under the granular flux. At this time, it is covered with an arc flux and is not exposed to the outside, and the flux protects the refining operation of the weld metal by blocking the air. Such submerged arc welding has a very high thermal efficiency and can achieve a higher welding speed than that of covered arc welding.

한편, 용접 작업자가 사용함에 있어서, 종래의 서브 머지드 아크 용접 캐리지는 아크 스타트시 원활한 아크 발생을 위해 철솜(Steel Wool)을 뭉쳐서 용가재(용접 와이어)와 모재 사이에 끼워야 하고, 용접 전압을 설정하기 위해서는 용접 중에 아날로그 게이지를 비교해가며 조절해야 하고 용접 전류가 달라지면 전압을 다시 조절하여야 하며, 용접 정지시 와이어가 모재에 달라붙는 것을 방지하기 위해 용접 작업자가 인칭버튼을 이용하여 와이어를 인위적으로 모재에서 떨어뜨려야 하여 작업성 용이하지 않은 문제점이 있다. 또한, 종래의 서브 머지드 아크 용접 캐리지는 와이어가 모재에 달라붙은 상황에서 무리하게 인칭을 할 경우 송급모터가 파손될 수 있는 문제점이 있다.On the other hand, when a welding operator uses the conventional submerged arc welding carriage, the steel wool must be assembled to be sandwiched between the molten material (welding wire) and the base material so as to generate a smooth arc at the start of the arc, In order to prevent the wire from sticking to the base material when the welding is stopped, the welding worker artificially drops the wire from the base material by using an inching button. There is a problem that the workability is not easy. In addition, the conventional submerged arc welding carriage has a problem that the feed motor may be damaged when the wire is inadvertently stuck to the base material.

대한민국 등록특허공보 제10-1714460호Korean Patent Registration No. 10-1714460 대한민국 실용신안등록 제20-0473041호Korea Utility Model Registration No. 20-0473041

본 발명의 일 실시예에 따르면, 아크 스타트시 또는 아크 중지시 사용자의 선택에 따라 용접 와이어를 모재와 이격시키고, 용접 전류 조정에 상관없이 전압이 일정하게 피드백 제어되며, 스티킹(sticking) 현상시 송급 모터의 과전류를 예방할 수 있는 서브 머지드 아크 용접 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, the welding wire is separated from the base material at the time of arc start or arc stop according to the user's selection, the voltage is constantly feedback controlled regardless of the welding current adjustment, There is provided a submerged arc welding apparatus capable of preventing the overcurrent of the feed motor.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 머지드 아크 용접 장치는 용접 대상물의 용접선을 따라 이동하는 캐리지, 상기 용접 대상물을 용접하는 용접 유닛, 상기 용접 유닛의 아크 전압이 제1 기준 전압 이하이거나, 또는 상기 제1 기준 전압 보다 전압 레벨이 높은 제2 기준 전압 이상이면, 사용자의 선택 모드에 따라 아크 발생 전까지 상기 용접 유닛의 용접 와이어를 모재에 접근시키는 동작 및 상기 용접 와이어를 모재로부터 이격시키는 동작 중 하나의 동작이 수행되도록 상기 용접 유닛을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a submerged arc welding apparatus including a carriage moving along a weld line of an object to be welded, a welding unit for welding the object to be welded, An operation of approaching the welding wire of the welding unit to the base material until an arc is generated in accordance with the user's selection mode when the voltage is equal to or less than the first reference voltage or the second reference voltage is higher than the first reference voltage, And a control unit for controlling the welding unit so that one of the operations for separating the welding wire from the workpiece is performed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업성을 개선하고 용락 및 용접 결함을 방지할 수 있으며 캐리지의 내구성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, there is an effect that it is possible to improve the workability, to prevent the softness and weld defect, and to increase the durability of the carriage.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 머지드 아크 용접 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 머지드 아크 용접 장치의 제어부의 아크 스타트 시에 적용되는 용접 시퀀스의 플로우 챠트이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 머지드 아크 용접 장치의 제어부의 아크 정지 시에 적용되는 용접 시퀀스의 플로우 챠트이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 머지드 아크 용접 장치의 제어부의 과전류 보호를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic block diagram of a submerged arc welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart of a welding sequence applied during arc-start of a control unit of a submerged arc welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart of a welding sequence applied when an arc stop of a control unit of a submerged arc welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph illustrating overcurrent protection of a control unit of a submerged arc welding apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 서브 머지드 아크 용접 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a submerged arc welding apparatus having a protective function according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 서브 머지드 아크 용접 장치(100)는 캐리지(110), 용접 유닛(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the submerged arc welding apparatus 100 may include a carriage 110, a welding unit 120, and a control unit 130.

캐리지(110)는 사각의 판넬 위에 용접대상물(A)의 용접선을 따라 용접 방향으로 주행할 수 있다.The carriage 110 can run on the rectangular panel along the welding line of the welding object A in the welding direction.

용접 유닛(120)은 용접대상물(A)을 용접할 수 있다.The welding unit 120 can weld the object A to be welded.

용접 유닛(120)은 레일(121), 용접 노즐(122), 용접 와이어 송급 장치(123), 용접 와이어(124), 제어 판넬(125) 및 용접선맞춤 슬라이드(126)을 포함할 수 있다.The welding unit 120 may include a rail 121, a welding nozzle 122, a welding wire feeder 123, a welding wire 124, a control panel 125 and a weld line slide 126.

레일(121)은 캐리지(110)가 용접선 방향과 수평으로 용접가능하게 안내 가이드역할을 할 수 있다.The rail 121 can serve as a guide so that the carriage 110 can be welded horizontally to the direction of the weld line.

용접노즐(122)은 용접 와이어(124)를 안내함과 동시에 전원에 연결되어 용접 와이어(124)에 전류를 인가할 수 있다.The welding nozzle 122 may guide the welding wire 124 and be connected to a power source to apply current to the welding wire 124.

용접 와이어 송급 장치(123)는 용접 와이어(124)가 소모되면 연속적으로 용접 와이어를 공급해줄 수 있다.The welding wire feeding device 123 can supply the welding wire continuously when the welding wire 124 is consumed.

용접 와이어(124)는 용접 노즐(122)에 연결되며, 용접 전원이 인가되어 끝단 에서 아크를 발생하며 녹을 수 있다. The welding wire 124 is connected to the welding nozzle 122, and welding power is applied thereto to generate an arc at the end and melt.

제어 판넬(125)은 용접 조건을 조절할 수 있다.The control panel 125 can control the welding conditions.

용접선맞춤 슬라이드(126)는 용접와이어(124)를 좌우 이송하여 용접선에 겨냥되도록 할 수 있다. The weld line alignment slide 126 may be configured to direct the welding wire 124 to the left and right to be aimed at the weld line.

제어부(130)는 용접 유닛(120)의 아크 전압이 제1 기준 전압 이하이거나, 또는 상기 제1 기준 전압 보다 전압 레벨이 높은 제2 기준 전압 이상이면, 사용자의 선택 모드에 따라 아크 발생 전까지 용접 와이어(124)를 모재(steel wool)에 접근시키거나 용접 와이어(124)를 모재로부터 이격되도록 용접 유닛(120)을 제어할 수 있다.If the arc voltage of the welding unit 120 is lower than or equal to the first reference voltage or higher than the second reference voltage higher than the first reference voltage, the controller 130 controls the welding wire 120, The welding unit 120 can be controlled to approach the steel wool 124 or to separate the welding wire 124 from the workpiece.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 서브 머지드 아크 용접 장치의 제어부의 아크 스타트 시에 적용되는 용접 시퀀스의 플로우 챠트이다.FIG. 2 is a flow chart of a welding sequence applied at the time of arc-start of a control unit of a submerged arc welding apparatus having a protective function according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 서브 머지드 아크 용접 장치(100)의 제어부(130)는 아크 스타트시 용접 유닛(120)의 아크 전압이 상기 제1 기준 전압 이하인지, 또는 상기 제2 기준 전압 이상인지 판단할 수 있다(S1).Referring to FIG. 2, the control unit 130 of the submerged arc welding apparatus 100 having a protective function according to an embodiment of the present invention detects the arc voltage of the arc welding unit 120 during arc- Or the second reference voltage or higher (S1).

아크 스타트시 용접 유닛(120)의 아크 전압이 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 사이에 존재하면, 제어 판넬(125)의 목표 아크 전압의 전압 레벨이 검출된 아크 전압의 전압 레벨을 추종하도록 비례-적분(Proportional-Integral; PI)제어할 수 있다(S3). 제어부(130)의 비례-적분 제어는 적분기의 포화 방지와 아크 스타트 응답 개선을 위해 아크 전압의 추종에 상한치 및 하한치가 적용될 수 있다. When the arc voltage of the welding unit 120 at the start of arc is present between the first reference voltage and the second reference voltage, the voltage level of the target arc voltage of the control panel 125 follows the voltage level of the detected arc voltage (PI) control (S3). The proportional-integral control of the control unit 130 may be applied to the upper and lower limits of the follow-up of the arc voltage in order to prevent saturation of the integrator and improve the arc start response.

사용자가 제어 판넬(125)의 아크 온 스위치를 선택하면(아크 스타트), 용접 유닛(120)의 아크 전압이 상기 제1 기준 전압 이하이거나 또는 상기 제2 기준 전압 이상이면, 제어부(130)는 아크 스타트 동작을 수행하도록 용접 유닛(120)을 제어할 수 있다.If the arc voltage of the welding unit 120 is less than or equal to the first reference voltage or the second reference voltage is higher than the arc voltage of the control unit 125, The welding unit 120 can be controlled to perform the start operation.

예를 들어, 제어부(130)는 용접 유닛(120)의 아크 전압이 15V 이하이면 용접 와이어(124)가 모재에 닿아 있어 아크가 발생하지 않을 것으로 판단할 수 있으며, 용접 유닛(120)의 아크 전압이 60V 이상이면 무부하 전압이 발생한 상태로 판단할 수 있다.For example, when the arc voltage of the welding unit 120 is 15 V or less, the controller 130 may determine that an arc is not generated because the welding wire 124 contacts the base material. It is judged that the no-load voltage is generated.

사용자는 제어 판넬(125)의 딥(DIP) 스위치를 이용하여 사전에 설정된 모드 1을 선택한 경우(S4), 제어부(130)는 제어 판넬(125)의 송급 모터에 일정 전압을 인가하여 아크 발생 전까지 용접 와이어(124)을 모재에 천천히 밀어줄 수 있다(S5). 예를 들어 상기 일정 전압은 5V일 수 있다.When the user selects the preset mode 1 by using the DIP switch of the control panel 125 in step S4, the control unit 130 applies a predetermined voltage to the feed motor of the control panel 125, The welding wire 124 can be slowly pushed onto the base material (S5). For example, the constant voltage may be 5V.

사용자가 상기 모드 1을 선택하지 않은 경우(S4), 제어부(130)는 용접 와이어(124)가 모재에 붙어있는 상태에서 제어 판넬(125)의 송급 모터에 일정 전압을 인가하여 용접 와이어(124)를 모재로부터 이격시킬 수 있다(S6). 예를 들어, 상기 일정 전압은 -5V일 수 있다. 이에 따라 스틸울(steel wool) 없이도 아크 발생이 가능하다.The control unit 130 applies a predetermined voltage to the feed motor of the control panel 125 in a state where the welding wire 124 is attached to the base material so that the welding wire 124 is not fed to the feeding motor of the control panel 125, (S6). For example, the constant voltage may be -5V. This allows arc generation without steel wool.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 서브 머지드 아크 용접 장치의 제어부의 아크 정지 시에 적용되는 용접 시퀀스의 플로우 챠트이다.FIG. 3 is a flow chart of a welding sequence applied to an arc stop of a control unit of a submerged arc welding apparatus having a protective function according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 제어부(130)는 아크 중지시 사용자의 선택 모드에 따라 용접 와이어(124)의 송급을 중단시키거나, 용접 와이어(124)를 모재로부터 이격시키는 동작이 수행되도록 용접 유닛(120)을 제어할 수 있다.3, the control unit 130 controls the welding unit 120 (or the welding unit 120) so as to stop the feeding of the welding wire 124 or to move the welding wire 124 away from the base material, Can be controlled.

보다 상세하게는, 사용자가 제어 판넬(125)의 아크 오프 스위치를 선택하면(아크 중지)(S11), 제어 판넬(125)의 딥(DIP) 스위치를 이용하여 사전에 설정된 모드 2의 선택에 따라 아크 중지 동작을 달리할 수 있다(S12).More specifically, when the user selects the arc-off switch of the control panel 125 (arc stop) (S11), the DIP switch of the control panel 125 is used to select the arc- The arc stop operation may be performed differently (S12).

즉, 사용자가 제어 판넬(125)의 딥(DIP) 스위치를 이용하여 사전에 설정된 모드 2를 선택한 경우, 제어부(130)는 제어 판넬(125)의 송급 모터에 제로(0) 전압을 인가하여 용접 와이어(124)의 송급을 중단할 수 있다(S13)(노멀 스톱 모드). 사용자가 상기 모드 2를 선택하지 않는 경우, 제어부(130)는 제어 판넬(125)의 송급 모터에 음의 전압을 인가하여 와이어를 모재와 반대 방향으로 들어올리게 되며 와이어가 모재에 붙는 현상을 방지할 수 있다(S14)(자동 스톱 모드). 예를 들어, 상기 음의 전압은 -20V일 수 있다. 이후, 인칭(inching mode)로 동작할 수 있다(S15).That is, when the user selects the preset mode 2 by using the DIP switch of the control panel 125, the controller 130 applies a zero voltage to the feed motor of the control panel 125, Feeding of the wire 124 can be stopped (S13) (normal stop mode). If the user does not select the mode 2, the controller 130 applies a negative voltage to the feed motor of the control panel 125 to lift the wire in a direction opposite to the base material, thereby preventing the wire from sticking to the base material (S14) (automatic stop mode). For example, the negative voltage may be -20V. Thereafter, it can operate in an inching mode (S15).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 서브 머지드 아크 용접 장치의 제어부의 과전류 보호를 나타내는 그래프이다.4 is a graph illustrating overcurrent protection of a control unit of a submerged arc welding apparatus having a protective function according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제어부(130)는 정/역 방향 인칭(inching)시 송급 모터에 일정 전류(1.5A)가 일정 시간 동안 흐를 시(300ms) 이를 감지하고 사용자의 인칭버튼을 무시하고 모터를 정지시킨다(폴트 상태). 이는 용접 와이어가 모재에 붙은 상태에서 인칭시 실험적으로 획득한 데이터(전류, 시간)를 적용하여 송급 모터를 보호할 수 있다. 제어부(130)의 디지털 신호 처리칩(DSP)이 가장 최근의 인칭 버튼(정/역)을 기억하고 반대 버튼을 눌렀을 시 폴트(fault) 상태에서 벗어나게 된다.Referring to FIG. 4, when the controller 130 receives a constant current (1.5 A) for a predetermined time (300 ms) in the feeding motor at the time of inching the forward / reverse direction, Stop (fault condition). This can protect the feed motor by applying experimentally acquired data (current, time) when inching with the welding wire attached to the base metal. The digital signal processing chip DSP of the control unit 130 stores the most recent inching button (forward / reverse) and escapes from a fault state when the opposite button is pressed.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 작업성을 개선하고 용락 및 용접 결함을 방지할 수 있으며 캐리지의 내구성을 증가시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to improve the workability, prevent the softness and welding defect, and increase the durability of the carriage.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the particular forms disclosed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100: 서브 머지드 아크 용접 장치
110: 캐리지
120: 용접 유닛
130: 제어부100: Submerged arc welding device
110: carriage
120: welding unit
130:

Claims (4)

용접 대상물의 용접선을 따라 이동하는 캐리지;
상기 용접 대상물을 용접하는 용접 유닛; 및
상기 용접 유닛의 아크 전압이 제1 기준 전압 이하이거나, 또는 상기 제1 기준 전압 보다 전압 레벨이 높은 제2 기준 전압 이상이면, 사용자의 선택 모드에 따라 아크 발생 전까지 상기 용접 유닛의 용접 와이어를 모재에 접근시키는 동작 및 상기 용접 와이어를 모재로부터 이격시키는 동작 중 하나의 동작이 수행되도록 상기 용접 유닛을 제어하는 제어부
를 포함하는 서브 머지드 아크 용접 장치.
A carriage moving along a weld line of the object to be welded;
A welding unit for welding the object to be welded; And
If the arc voltage of the welding unit is lower than or equal to a first reference voltage or higher than a second reference voltage having a higher voltage level than the first reference voltage, welding wires of the welding unit are welded to the base metal And a control unit for controlling the welding unit such that an operation of approaching the workpiece and an operation of moving the welding wire away from the workpiece are performed,
Wherein the submerged arc welding device comprises:
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 용접 유닛의 아크 전압이 상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압 사이에 있으면, 검출한 아크 전압을 추종하는 비례-적분(Proportional-Integral; PI)제어를 수행하는 서브 머지드 아크 용접 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit is operable to perform a proportional-integral (PI) control to follow the detected arc voltage when the arc voltage of the welding unit is between the first reference voltage and the second reference voltage, Welding apparatus.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 용접 유닛의 아크 중지시, 사용자의 선택 모드에 따라 상기 용접 와이어의 송급을 중단하는 동작 및 상기 용접 와이어를 모재로부터 이격시키는 동작 중 하나의 동작이 수행되도록 상기 용접 유닛을 제어하는 서브 머지드 아크 용접 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit controls the welding unit so as to perform one of an operation to interrupt feeding of the welding wire in accordance with the user's selection mode and an operation to move the welding wire away from the base material, Merged arc welding device.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 용접 와이어가 상기 모재에 달라붙으면 와이어의 송급을 중지시키는 서브 머지드 아크 용접 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the controller stops feeding the wires when the welding wire sticks to the base material.
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