KR20220044812A

KR20220044812A - 용접 공정 및 용접 공정을 실행하기 위한 용접 장치

Info

Publication number: KR20220044812A
Application number: KR1020227008045A
Authority: KR
Inventors: 마누엘 메이어; 안드레아스 발트회르; 볼프강 칼테이스; 릭 그룬왈트
Original assignee: 프로니우스 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2020-04-29
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-04-11
Also published as: EP4065304A1; CN115397596A; EP3903983A1; JP7249467B2; US20220288712A1; KR102518350B1; JP2023501863A; WO2021219677A1; FI4065304T3; EP4065304B1; CN115397596B

Abstract

본 발명은 소모성 용접 와이어(5)를 갖는 용접 공정, 특히 빌드업 용접을 위한 냉간 금속-전사 용접 공정, 및 또한 이러한 용접 공정을 수행하기 위한 용접 장치(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 용접 공정 동안, 용접 와이어(5)의 미리 설정된 멜트-오프 효율(Ab)은, 용접 와이어(5)의 평균 와이어 이송(v_mean)이 제어되기 때문에 실질적으로 일정하게 유지되고, 현재 와이어 이송(v(t))은 측정되며, 측정된 평균 와이어 이송(v_mean)은 요망되는 멜트-오프 효율(Ab)에 대응하는 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})과 비교되고, 그리고, 시스템 편차로서 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})으로부터 측정된 평균 와이어 이송(v_mean)의 편차(v)에 따라, 용접 전류(I), 용접 와이어(5)의 자유 와이어 길이, 가공물로부터의 용접 토치의 접촉 튜브의 거리(CTWD, Contact Tip to Work Distance) 및/또는 용접 토치(4)의 경사 각도는 용접 매개변수들(P_i)로서 변경된다.

Description

용접 공정 및 용접 공정을 실행하기 위한 용접 장치

본 발명은 특히 용접 로봇(welding robot)에 의해 안내되는 용접 토치(welding torch)로 이송되는 소모품 용접 와이어를 갖는 용접 공정에 관한 것이며, 용접 절차는 아크 위상(arc phase) 및 단락 위상(short circuit phase)의 주기적 교대에 의해 형성되며, 그리고 용접 와이어는 가공물과 접촉하기까지 아크 위상 동안 가공물의 방향으로 이동되고, 그리고 후속하여, 단락의 형성 후에, 단락 위상 동안, 와이어 이송이 역전되며, 그리고 용접 와이어가 가공물로부터 멀리 이동되고, 그리고 용접 절차를 구축하기 위해, 복수의 용접 매개변수들이 설정되며, 용접 절차 동안, 용접 와이어의 미리 설정된 멜트-오프 효율은, 용접 와이어의 평균 와이어 이송이 제어됨으로써 실질적으로 일정하게 유지되고, 가장 마지막 와이어 이송은 측정되며, 측정된 평균된 와이어 이송은 요망되는 멜트-오프 효율에 대응하는 특정된 평균 와이어 이송과 비교된다.

본 발명은 또한, 소모품 용접 와이어를 가공물로 이송시키기 위한 용접 로봇에 의해 안내되는 용접 토치를 갖는 그리고 용접 공정을 실행하기 위한 용접 전류 소스를 갖는 용접 장치에 관한 것이며, 용접 절차는 아크 위상 및 단락 위상의 주기적 교대에 의해 형성되며, 그리고 용접 와이어는 가공물과 접촉하기까지 가공물의 방향으로 아크 위상 동안 이동되고, 그리고 후속하여, 단락의 형성 후에, 단락 위상 동안, 와이어 이송이 역전되며, 그리고 용접 와이어는 가공물로부터 멀리 이동되고, 그리고 용접 절차를 구축하기 위해 복수의 용접 매개변수들은 설정될 수 있으며, 용접 와이어의 요망되는 멜트-오프 효율을 입력하거나 선택하기 위한 입력 유닛, 가장 마지막 와이어 이송을 측정하기 위한 측정 디바이스, 및 요망되는 멜트-오프 효율을 일정하게 유지하기 위해 용접 와이어의 평균 와이어 이송을 제어하기 위한 제어 디바이스가 제공되고, 그리고 제어 디바이스는 미리 설정된 멜트-오프 효율에 대응하는 특정된 평균 와이어 이송과 측정된 평균 와이어 이송을 비교하기 위해 구성된다.

특히, 소위 CMT(cold metal transfer) 용접 공정은 본 발명의 주제이며, 용접 와이어의 전진/후진 이동이 대응하는 용접 매개변수들과 조합되어서, 용접 스패터(weld spatters)의 최소화와 함께, 용융된 용접 와이어의 드랍들의 목표된 탈착이 초래되는 아크 용접 공정이다. 예를 들어, EP 1 901 874 B1은 용접 와이어의 이동 주파수가 특정될 수 있고 추가의 용접 매개변수들이 자동으로 제어되는 CMT 용접 공정을 설명한다.

목표된 재료 탈착으로 인해, CMT 용접 공정들은 또한, 클래딩(cladding)으로 불리는 빌드업 용접을 위해, 그리고 금속성 성형된 본체들의 적층 가공, 소위 WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing) 또는 유사한 3D 인쇄 공정들을 위해 최적으로 사용될 수 있다. 일반적으로, 이러한 용접 공정들에서, 용접 전류는 가장 중요한 용접 매개변수들 중 하나로 일정하게 유지되고 그리고 이에 따라 제어되며, 그리고 용접 전압 및 용접 와이어의 이송 속도와 같은 복수의 추가 용접 매개변수들은 개개의 용접 업무에 따라 설정되고 그리고 변경되어서, 요망되는 용접 전류 프로파일이 초래된다. 용접 와이어의 자유 와이어 길이, 소위 스틱아웃 또는 가공물로부터의 용접 토치의 거리(CTWD, Contact Tip to Work Distance)의 변경으로 인해, 이러한 일정한 전류 거동으로 인해 상이한 멜트-오프 효율들을 발생한다. 따라서, 특정한 적용들을 위해, 일관된 멜트-오프 효율이 달성될 수 있다.

특히, 빌드업 용접에서 그리고 적층 가공에서, 따라서, 가능한 한 소모성 용접 와이어의 일정한 멜트-오프 효율과 같은, 적용된 재료의 일관된 층 두께는 중요하다.

본 주제에 따른 유형의 용접 공정 및 용접 장치는 예를 들어 US 2018/0290228 A1로부터 공지되어 있다. 용접 공정 동안 일관된 증착 속도들을 달성하기 위해, 가능한 한 일관된 평균 와이어 이송을 달성하기 위해, 가공물의 방향으로 그리고 가공물로부터 멀리의 와이어 이송 속도의 진폭이 변경된다. 나머지 용접 매개변수들, 특히 용접 전류 및 용접 전압은 이러한 제어에 의해 영향을 받지 않을 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 위에서 표시된 유형의 용접 공정 및 용접 장치를 생성하는 것으로 구성되며, 이에 의해 실질적으로 일관된 멜트-오프 효율이 달성될 수 있다. 용접 공정 및 용접 장치는 가능한 한 간단하고 그리고 경제적으로 구현될 수 있다. 종래 기술의 단점들은 방지될 수 있거나 적어도 감소될 수 있다.

이러한 문제는 제어 편차로서 특정된 평균 와이어 이송으로부터 측정된 평균 와이어 이송의 편차에 따라, 용접 전류, 용접 와이어의 자유 와이어 길이, 가공물로부터의 용접 토치의 접촉 튜브의 거리(CTWD, Contact Tip to Work Distance), 및/또는 용접 토치의 경사 각도는 용접 매개변수들(P_i)로서 변경되기 때문에 절차적인 관점으로부터 해결된다. 따라서, 공정은, 특정된 와이어 이송으로부터의 가장 마지막 와이어 이송의 편차에 따라 명명된 용접 매개변수들 중 적어도 하나의 대응하는 변경에 의해 용접 와이어의 가장 마지막 이송의 연속적인 감시 및 평균 와이어 이송의 제어를 제공한다. 용접 작업에 따르면, 제어 편차에 따라 실질적으로 보다 많은 용접 매개변수들이 또한 특정될 수 있고 그리고 변경될 수 있다. 이에 의해, 실질적으로 일정한 평균 와이어 이송 및 이에 따라 용접 와이어의 실질적으로 일정한 멜트-오프 효율이 달성된다. 일관된 용접 속도의 전제조건 하에서, 따라서, 용접 시임의 일관된 두께가 초래되거나, 빌드업 용접에서 그리고 적층 가공에서, 적용된 재료 층의 일관된 두께가 초래된다. 용접 공정의 적용에 따르면, 다양한 용접 매개변수들은 용접 절차를 구축하기 위해 설정될 수 있고 그리고 특정될 수 있다.

바람직하게는, 용접 매개변수들은 다양한 멜트-오프 효율들에 대한 작업 지점들의 형태로 저장되고 그리고 제어 편차에 따라 선택되거나, 상기 작업 지점들 사이에서 각각 보간된다. 제어 편차의 이러한 구성은 일반적으로 용접 공정 제어기에 의해 실행된다. 예를 들어, 상이한 용접 매개변수들의 최대 150개의 상이한 값들은 개개의 작업 지점 또는 소위 용접 특성을 구축할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 공정은 미리 설정된 와이어 이송로부터 가장 마지막 평균 와이어 이송의 편차에 따라 작업 지점의 또는 각각 용접 특성의 이동을 제공한다. 특정 제어 편차들에 대해, 정확한 작업 지점이 선택될 것인 반면, 다른 제어 편차들에 대해, 특정된 작업 지점들 사이의 보간이 발생할 것이며, 이는 일반적으로 또한 용접 공정 제어기로부터 계산된다.

통합 제어기는 평균 와이어 이송을 제어하는데 특히 적합하다. 이러한 적분 제어기는 제어 편차의 시간 적분을 통해 제어 변수에 작용한다. I-제어기들은 실제로 상대적으로 느리며, 하지만 이는 이러한 적용에서 단점을 나타내지 않으며 그리고 제어기가 또한 영구적인 제어 편차를 가지지 않는다. 또한, I-제어기는 상대적으로 용이하게 구현될 수 있다.

비례 적분 제어기로의 제어 루프의 실현은 또한 평균 와이어 이송을 제어하기 위해 고려가능하다. I-제어기와 대조적으로, PI-제어기는 다소 보다 빠르고 그리고 또한 제어 편차를 가지지 않는다. 회로의 관점에서 Pi-제어기의 실현은 또한 상대적으로 최소한의 노력을 나타낸다.

본 발명의 특징에 따르면, 가장 마지막 와이어 이송은 1㎲ 내지 50㎲마다, 특히 25㎲마다 측정된다. 이러한 스캐닝 값들은 제어 속도에 대해 그리고 측정 기술에 대한 노력에 대해 적합한 것으로 입증되었다.

측정된 가장 마지막 와이어 이송은 신호의 평활화(smoothing)를 달성하기 위해 그리고 잘못된 측정 값들 또는 소위 이상점들(outliers)에 대한 잘못된 제어 응답들을 방지하기 위해 특정 시간 범위에 걸쳐 평균화될 수 있다. 여기서, 10ms 내지 1000ms의 평균 간격들이 적합하다. 평균 값 형성은 블록들로 또는 연속적으로 발생할 수 있다.

평균 와이어 이송이 특정된 최대 증가율 또는 각각, 슬로 속도(slew rate)로 제어될 때, 제어 속도가 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 0.1m/min 내지 1m/min의 범위의 증가율들이 선택될 수 있다.

평균 와이어 이송이 히스테리시스로 제어된다면 유리하다. 주지된 바와 같이, 제어 디바이스들에서의 스위칭 히스테리시스의 제공을 통해, 액츄에이터의 스위칭의 주파수가 감소될 수 있지만, 동시에, 제어 변수들의 보다 큰 변동들이 또한 고려된다.

평균 와이어 이송의 제어를 위한 제어 제한들이 도달될 때, 용접 속도가 변경될 수 있으며, 그리고 제어 제한들에 도달했음에도 불구하고, 소모성 용접 와이어의 멜트-오프 효율을 일정하게 유지하는 것 또는 각각 평균 와이어 이송을 일정하게 유지하는 것이 달성될 수 있다. 따라서 제어 제한들에 도달할 때, 용접 속도가 용접 로봇의 대응하는 가동을 통해 구성될 수 있으며, 그리고 예를 들어 빌드업 용접에서, 일관된 층 두께가 그럼에도 불구하고 여전히 달성될 수 있다. 다른 한편으로, 단지 특정한 제한들에서 평균 와이어 이송 또는 각각 멜트-오프 효율의 제어을 가능하게 하기 위해, 제어 제한들이 또한 의도적으로 설정될 수 있다.

특정 용접 적용들의 경우에 본 발명에 따른 평균 와이어 이송의 제어를 차단할 수 있기 위해, 평균 와이어 이송의 제어가 또한 비활성화될 수 있다.

본 발명에 따른 문제는 위에서 언급된 용접 장치에 의해 또한 해결되며, 제어 디바이스는 더욱이, 특정된 평균 와이어 이송으로부터 측정된 평균 와이어 이송의 편차에 따라, 용접 매개변수들로서 용접 전류, 용접 와이어의 자유 와이어 길이, 가공물로부터의 용접 토치의 접촉 튜브의 거리(CTWD, Contact Tip to Work Distance) 및/또는 용접 토치의 경사 각도를 변경시키기 위해 구성된다. 이러한 용접 장치는 상대적으로 간단한 그리고 경제적인 방식으로 구현될 수 있다. 이에 의해 달성될 수 있는 이점들에 대해 용접 공정의 위의 설명에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

유리하게는, 제어 디바이스에 연결된 데이터베이스는 다양한 멜트-오프 효율들을 위한 작업 지점들의 형태로 용접 매개변수들의 놓아둠(depositing)을 위해 제공된다. 가장 다양한 와이어 이송 속도들에 대해, 이러한 데이터베이스는 가장 다양한 용접 매개변수들에 대한 복수의 값들을 갖는다. 작업 지점들 사이에, 용접 매개변수들의 보간이 수행되며, 이는 예를 들어 공정 제어기에 의해 실행된다.

제어 디바이스는 바람직하게는 적분 제어기(I-제어기) 또는 비례 적분 제어기(PI-제어기)를 갖는다.

더욱이, 제어 디바이스는 제어의 속도에 영향을 줄 수 있기 위해, 특정된 최대 증가율 또는 각각 슬루 속도로 평균 와이어 이송을 제어하기 위해 구성될 수 있다.

유리하게는, 제어 디바이스는 히스테리시스로 평균 와이어 이송을 제어하기 위해 구성된다.

제어 디바이스가 용접 로봇에 연결될 때, 제어 제한들을 넘어 멜트-오프 효율의 일정하게 유지되는 것을 달성할 수 있기 위해, 평균 와이어 이송의 제어를 위한 제어 제한들에 도달할 때, 용접 속도가 변경될 수 있다.

입력 유닛이 제어 디바이스를 비활성화하기 위한 조절 부재를 가질 때, 본 발명에 따른 멜트-오프 효율의 제어하고 있고 그리고 일정하게 유지되는 것이 또한 필요하다면 차단될 수 있다.

예를 들어, 입력 유닛은 비활성화를 위한 조절 부재로서 대응하는 구역이 또한 제공될 수 있는 터치스크린(touchscreen)에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 터치스크린들은 용접 장치의 조합된 입출력 유닛을 구성하고 그리고 용접 장치의 작동에서 용접기를 용이하게 한다.

입력 유닛은 또한 또는 부가적으로, 소정의 거리로부터 용접 공정을 감시할 수 있기 위해, 또는 각각 소정의 거리로부터 특정 조절들을 실행할 수 있기 위해 원격 제어에 의해 형성될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면들의 도움으로 보다 면밀하게 설명된다.
도 1은 와이어 이송을 제어하기 위한 제어 디바이스를 갖는 용접 장치의 블록도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 지금까지의 제어 전략과 새로운 제어 전략의 비교를 도시한다.
도 3은 I-제어기를 갖는 제어 디바이스의 실시예를 도시한다.
도 4는 PI-제어기를 갖는 제어 디바이스의 추가 실시예를 도시한다.
도 5는 평균 와이어 이송, 용접 전류, 및 용접 전류가 실질적으로 일정하게 유지되는, 종래 기술의 용접 절차의 용접 전압의 시간 다이어그램들을 도시한다.
도 6은 용접 와이어의 멜트-오프 효율이 실질적으로 일정하게 유지되는 본 발명에 따른 용접 절차의 제어 디바이스, 용접 전류 및 용접 전압의 제어 변수의 시간 다이어그램이다.

도 1은 소모성 용접 와이어(5)를 가공물(W)에 이송시키기 위해 용접 로봇(2)에 의해 안내되는 용접 토치(4)를 갖는 용접 장치(1)의 블록도를 도시한다. 소모성 용접 와이어(5)에는 용접 와이어(5)의 자유 단부와 가공물(W) 사이에 아크(L)의 형성을 위한 대응하는 용접 전류(I) 및 대응하는 용접 전압(U)이 용접 전류 소스(3)를 통해 공급된다. 용접 공정은 특히 소위 CMT(cold metal transfer) 용접 공정에 관한 것으로, 용접 절차는 아크 위상과 단락 위상의 주기적 교대에 의해 형성된다. 아크 위상 동안, 용접 와이어(5)는 와이어 이송(v(t))으로 가공물(W)과 접촉하기까지 가공물(W)의 방향으로 이동되며, 그리고 후속하여, 단락의 형성 후에, 단락 위상 동안, 와이어 이송은 역전되며 그리고 용접 와이어(5)는 가공물(W)로부터 멀리 이동된다. 복수의 용접 매개변수들(P_i)은 용접 절차를 구축하기 위해 설정된다. 특히 빌드업 용접에서 그리고 적층 가공(additive manufacture)에서, 용접 와이어(5)의 일정한 멜트-오프 효율을 달성해서, 적용된 금속성 재료의 두께가 실질적으로 일정하게 유지되는 것이 중요하다. 따라서, 평균 와이어 이송(v_mean)은 용접 와이어(5)의 요망되고 그리고 미리 설정된 멜트-오프 효율(Ab)에 대응하여 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 용접 와이어(5)의 요망되는 멜트-오프 효율(Ab) 또는, 각각, 용접 와이어(5)의 요망되는 평균 와이어 이송(v_mean)은, 용접 전류 소스(3)에 또한 통합될 수 있는 입력 유닛(6)을 통해 설정되거나 선택된다. 빌드업 용접에서, 적용될 수 있는 재료 층의 요망되는 두께의 선택 또는 설정이 또한 가능할 것이며, 여기서 또한, 용접 로봇(2)의 속도도 특정가능할 것이다. 용접 전류 소스(3) 또는 용접 전류 소스(3)와 별도의 와이어 이송 유닛(예시되지 않음)에 배열될 수 있는 측정 디바이스(7)는 가장 마지막 와이어 이송(v(t))을 감시하고 그리고 가장 마지막 와이어 이송을 미리 설정된 멜트-오프 효율(Ab)에 대응하는 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})과 비교한다. 편차에 따라, 그 후, 용접 와이어(5)의 평균 와이어 이송(v_mean)은, 용접 매개변수들(P_i)이 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})으로부터의 측정된 평균 와이어 이송(v_mean)의 편차(v)에 따라 제어 편차로서 변경됨으로써 제어 디바이스(8)에서 제어된다. 제어 디바이스(8)는 용접 전류 소스(3)에 또는 용접 전류 소스(3) 외부에 배열될 수 있다. 따라서, 편차(v)에 따라, 작업 지점의 이동이 발생하거나, 각각 용접 특성의 이동이 발생한다. 용접 매개변수들(P_i)은 바람직하게는 대응하는 데이터베이스(11)에 저장된다. 값들의 대응하는 보간은 저장된 용접 매개변수들(P_i) 사이에서 발생한다.

도 2a 및 도 2b는 지금까지의 제어 전략과 새로운 제어 전략의 비교를 도시한다. 도 2a는 용접 전류(I)가 시간(t)에 따라 실질적으로 일정하게 유지되며 그리고 평균 와이어 이송(v_mean)이 이에 따라 구성되어, 용접 전류(I)의 일정한 프로파일을 달성하는 지금까지의 제어를 도시한다. 도 2b는 용접 와이어의 일정한 멜트-오프 효율(Ab)의 본 발명에 따른 제어 또는 각각 일정한 와이어 이송(v_mean)의 제어를 도시한다. 실질적으로 일정한 평균 와이어 이송(v_mean)이 달성될 수 있도록 용접 전류(I)가 변경된다. 예시들에서, 평균 와이어 이송(v_mean) 외에 단지 용접 전류(I)가 대표적인 용접 매개변수(P_i)로 제시된다. 그러나, 실제로 용접 공정은 멜트-오프 효율(Ab) 또는 각각 평균 와이어 공급(v_mean)을 일정하게 유지하기 위해 이에 따라 변경되는 복수의 용접 매개변수들(P_i)에 의해 구축된다.

도 3은 I-제어기(9)를 갖는 제어 디바이스(8)의 실시예를 도시한다. 필요한 경우 변환기(16)에서 변환되는 측정된 평균 와이어 이송(v_mean)과 비교되는, 소모성 용접 와이어(5)의 요망되는 멜트-오프 효율(Ab) 또는 각각 대응하는 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})은 제어 루프의 명령 변수의 역할을 한다. 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})과 측정된 평균 와이어 이송(v_mean)의 차이로서 결과적인 제어 편차(v)가 제어기로 이송되며, 이 제어기는 통합 제어기(I-제어기)(9)에 의해 여기서 형성된다. 그 후, 대응하는 제어 변수(v_St)는 제어된 시스템(15)에 이송되며, 여기서 용접 매개변수들(P_i)은, 제어 변수, 평균 와이어 이송(v_mean)이 요망되는 값에 가능한 한 많이 대응하도록 변경된다. 실제 용접 절차에서, 물론 간섭 변수(S_i)가 제어 시스템(15)에 작용한다. 이러한 간섭 변수들은, 예를 들어, 용접 와이어의 자유 와이어 길이(스틱아웃(stickout)), 용접 토치로부터의 접촉 튜브의 거리(CTWD, Contact Tip to Work Distance), 온도, 용접 토치(4)의 경사 각도, 보호 가스, 불순물들, 용접 속도, 및 기타 다수에 관한 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 제어 디바이스(8)는 용접 매개변수들(P_i)의 대응하는 구성 또는 각각 변경에 의해 소모성 용접 와이어(5)의 요망되는 멜트-오프 효율(Ab)을 일정하게 유지하는 것을 가능하게 한다. 제어 루프의 I-제어기(9)는 제어 차이가 남아 있지 않고, 제어 변수, 따라서 평균 와이어 이송(v_mean)을 목표 값(v_{soll_mean})으로 가져간다. I-제어기(9)에서 제어 편차(v)의 통합을 통해, 보다 긴 조절 시간이 요구되지만, 이는 물체에 따른 적용에서 임의의 단점을 초래하지 않는다.

도 4는, 도 3에 따른 I-제어기(9) 대신에 비례-적분 제어기(PI-제어기)(10)가 배열되는 제어 디바이스(8)의 추가 실시예를 도시한다. I-제어기(9)와 대조적으로, PI-제어기(10)는 다소 더 빠르다. 그렇지 않으면, 도 3에 따른 설명은 도 4에 적용될 수 있다.

도 5는 평균 와이어 이송, 용접 전류(I), 및 용접 전류(I)가 실질적으로 일정하게 유지되는, 종래 기술의 용접 절차의 용접 전압(U)의 시간 다이어그램들을 도시한다. 이에 따라, 용접 전류(I)의 요망되는 일정한 프로파일은 달성될 수 있도록 다른 용접 매개변수들(Pi), 여기서 용접 전압(U) 및 평균 와이어 이송(v_mean)이 변경된다. 실제 용접 절차에서, 복수의 용접 매개변수들(P_i)는 용접 절차를 구축하기 위해 필수적이고 그리고 요망되는 용접 결과를 또한 달성할 수 있기 위해, 적용에 따라 이에 따라 구성되어야 하는 작업 지점들 또는 용접 특성들의 형태로 저장된다.

도 6은 이제 소모품 용접 와이어(5)의 멜트-오프 효율(Ab)이 실질적으로 일정하게 유지되는 본 발명에 따른 용접 절차의 제어 디바이스, 용접 전류(I) 및 용접 전압(U)의 제어 변수(v_St)의 시간 다이어그램들을 도시한다. 평균 와이어 이송(v_mean)의 시간 다이어그램에서의 수평선은 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})의 목표 값을 나타내며, 이는 소모성 용접 와이어(5)의 요망되는 멜트-오프 효율(Ab)에 대응하고 그리고 실질적으로 일정하게 유지되어야 한다. 멜트-오프 효율(Ab)은 단위 시간당 용접 와이어(5)의 멜트 오프된(melted off) 재료의 양에 대응하고 그리고 또한 특정 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})에 의해 등가 방식으로 설명될 수 있다. 균일한 용접 속도의 전제조건 하에서, 일정한 멜트-오프 효율(Ab)의 경우에, 용접 시임의 균일한 두께가 초래되거나, 빌드업 용접의 경우에 그리고 적층 가공의 경우에 적용된 재료 층의 균일한 두께가 초래된다. 예시된 예에서, 가공물로부터의 용접 토치의 거리(CTWD, Contact Tip to Work Distance)는, 예를 들어, 10mm(시점(t₁)) 내지 20mm(시점(t₂))의 간섭 변수로서 그리고 (시점(t₂)으로부터 시작하여) 후속하여 다시 10mm으로 감소된다. 제어 디바이스(8)의 제어 변수(v_St)의 대응하는 조절을 통해, 제어 변수 및 그리고 따라서 특정된 멜트-오프 효율(Ab) 또는 각각 와이어 이송(v_{soll_mean})의 요망되는 목표 값을 일정하게 유지할 수 있기 위해, 제어기는 이러한 간섭 변수를 상쇄한다. 시점(t₁)으로부터 시작하여 CTWD가 증가할 때, 멜트-오프 효율(Ab)은 증가될 것이다. 이를 상쇄하기 위해, 제어기의 제어 변수(v_St), 따라서 와이어 이송의 사양이 단계적으로 감소며, 그리고 또한 용접 전류(I)가 낮아진다. 이에 따라, 와이어 이송의 목표 값을 유지할 수 있기 위해, 작업 지점은 이에 따라 변경된다. 시점(t₂)으로부터 시작하여 간섭 변수로서의 CTWD의 후속하는 감소에서, 다시 제어 디바이스의 제어변수(v_St)가 단계적으로 증가되며 그리고 용접 전류가 증가되며, 이에 의해 요망되는 제어 변수가 일정하게 유지될 수 있다. 이에 따라, 제어기의 제어 변수는 단계적으로 다시 증가되며 그리고 용접 전류(I)가 증가하거나 각각 작업 지점은 용접 와이어(5)의 멜트-오프 효율(Ab)을 일정하게 유지할 수 있기 위해 이에 따라 이동된다. 예시된 예에서, 예를 들어, 제어 변수(vSt)의 변경이 100ms마다 발생한다. 여기서, 평균 와이어 이송(v_mean)은 크게 확대된 스케일로 예시된다. 실제로, 제시된 용접 매개변수들(P_i)뿐만 아니라 복수의 용접 매개변수들(P_i)은 요망되는 용접 결과를 달성할 수 있기 위해 이에 따라 구성되어야 하는 용접 절차를 구축하기 위해 필수적이다.

Claims

용접 공정으로서,
상기 용접 공정은, 특히 용접 로봇(2)에 의해 안내되는 용접 토치(4)로 이송되는 소모품 용접 와이어(5)로 빌드업(build-up) 용접을 위한 CMT(cold metal transfer) 용접 공정이며,
용접 절차는 아크 위상(arc phase) 및 단락 위상(short circuit phase)의 주기적 교대에 의해 형성되며, 그리고 상기 용접 와이어(5)는 가공물(W)과 접촉하기까지 상기 아크 위상 동안 상기 가공물(W)의 방향으로 이동되고, 그리고 후속하여, 단락의 형성 후에, 상기 단락 위상 동안, 상기 와이어 이송이 역전되며, 그리고 상기 용접 와이어(5)가 상기 가공물(W)로부터 멀리 이동되고, 그리고 상기 용접 절차를 구축하기 위해, 복수의 용접 매개변수들(P_i)이 설정되며, 상기 용접 절차 동안, 상기 용접 와이어(5)의 미리 설정된 멜트-오프 효율(Ab)은, 상기 용접 와이어(5)의 평균 와이어 이송(v_mean)이 제어됨으로써 실질적으로 일정하게 유지되고, 상기 가장 마지막 와이어 이송(v(t))은 측정되며, 상기 측정된 평균 와이어 이송(v_mean)은 상기 요망되는 멜트-오프 효율(melt-off efficiency)(Ab)에 대응하는 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})과 비교되고, 제어 편차로서 상기 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})으로부터 상기 측정된 평균 와이어 이송(v_mean)의 편차(v)에 따라, 용접 전류(I), 상기 용접 와이어(5)의 자유 와이어 길이, 상기 가공물로부터의 상기 용접 토치의 접촉 튜브의 거리(CTWD, Contact Tip to Work Distance) 및/또는 상기 용접 토치(4)의 경사 각도는 용접 매개변수들(P_i)로서 변경되는 것을 특징으로 하는,
용접 공정.
제1 항에 있어서,
상기 용접 매개변수들(P_i)은 상이한 멜트-오프 효율들(Ab)에 대한 작업 지점들의 형태로 저장되고 그리고 상기 제어 편차에 따라 선택되거나, 상기 작업 지점들 사이에서 각각 보간되는 것을 특징으로 하는,
용접 공정.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 가장 마지막 와이어 이송(v(t))이 1μs 내지 50μs마다 측정되는 것을 특징으로 하는,
용접 공정.
제3 항에 있어서,
상기 측정된 가장 마지막 와이어 이송(v(t))이 10ms 내지 1000ms의 시간 범위에 걸쳐, 특히 블록들로 또는 연속적으로 평균화되는 것을 특징으로 하는,
용접 공정.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평균 와이어 이송(v_mean)은 특정된 최대 증가율로 제어되는 것을 특징으로 하는,
용접 공정.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평균 와이어 이송(v_mean)은 히스테리시스(hysteresis)로 제어되는 것을 특징으로 하는,
용접 공정.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평균 와이어 이송(v_mean)의 제어를 위한 제어 제한들이 도달될 때 용접 속도(x(t))가 변경되는 것을 특징으로 하는,
용접 공정.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
평균 와이어 이송(v_mean)의 제어가 비활성화되는 것을 특징으로 하는,
용접 공정.
소모품 용접 와이어(5)를 가공물(W)로 이송시키기 위한 용접 로봇(2)에 의해 안내되는 용접 토치(4)를 갖는 그리고 용접 공정, 특히 빌드업 용접을 위한 CMT(cold metal transfer) 용접 공정을 실행하기 위한 용접 전류 소스(3)를 갖는, 용접 장치(1)로서,
용접 절차는 아크 위상 및 단락 위상의 주기적 교대에 의해 형성되며, 상기 용접 와이어(5)는 상기 가공물(W)과 접촉하기까지 상기 가공물(W)의 방향으로 상기 아크 위상 동안 이동되고, 그리고 후속하여, 단락의 형성 후에, 상기 단락 위상 동안, 상기 와이어 이송이 역전되며, 그리고 상기 용접 와이어(5)는 상기 가공물(W)로부터 멀리 이동되고, 그리고 상기 용접 절차를 구축하기 위해 복수의 용접 매개변수들(P_i)이 설정될 수 있으며, 상기 용접 와이어(5)의 요망되는 멜트-오프 효율(Ab)을 입력하거나 선택하기 위한 입력 유닛(6), 가장 마지막 와이어 이송(v(t))을 측정하기 위한 측정 디바이스(7), 및 상기 요망되는 멜트-오프 효율(Ab)을 일정하게 유지하기 위해 상기 용접 와이어(5)의 평균 와이어 이송(v_mean)을 제어하기 위한 제어 디바이스(8)가 제공되고, 그리고 상기 제어 디바이스(8)는 상기 미리 설정된 멜트-오프 효율(Ab)에 대응하는 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})과 상기 측정된 평균 와이어 이송(v_mean)을 비교하기 위해 구성되며,
상기 제어 디바이스(8)는 더욱이, 상기 특정된 평균 와이어 이송(v_{soll_mean})으로부터 상기 측정된 평균 와이어 이송(v_mean)의 편차(v)에 따라, 용접 매개변수들(P_i)로서 용접 전류(I), 상기 용접 와이어(5)의 자유 와이어 길이, 상기 가공물로부터의 상기 용접 토치의 접촉 튜브의 거리(CTWD, Contact Tip to Work Distance) 및/또는 상기 용접 토치(4)의 경사 각도를 변경시키기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는,
용접 장치(1).
제9 항에 있어서,
상기 제어 디바이스(8)에 연결되는 데이터베이스(database)(11)는 상이한 멜트-오프 효율들(Ab)에 대한 작업 지점들의 형태로 상기 용접 매개변수들(P_i)을 놓기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는,
용접 장치(1).
제9 항 또는 제10 항에 있어서,
상기 제어 디바이스(8)는 적분 제어기(9) 또는 비례-적분 제어기(10)를 가지는 것을 특징으로 하는,
용접 장치(1).
제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 디바이스(8)가 상기 용접 로봇(2)에 연결되어서, 상기 용접 속도(x(t))는 상기 평균 와이어 이송(v_mean)을 제어하기 위한 제어 제한들에 도달할 때 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는,
용접 장치(1)
제9 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입력 유닛(6)은 상기 제어 디바이스(8)를 비활성화하기 위한 조절 부재(12)를 가지는 것을 특징으로 하는,
용접 장치(1).