KR20230037623A - 용접 전원, 용접 시스템, 용접 전원의 제어 방법 및 프로그램 - Google Patents

Abstract

용접 전원은, 와이어의 선단이, 정송급과 역송급으로 주기적인 전환을 수반하면서 송급되도록 와이어의 송급을 제어하는 송급 제어 수단과, 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 전류 제어 수단을 구비한다. 송급 제어 수단은, 와이어의 선단이 모재에 가장 접근한 최근점으로부터 모재로부터 가장 멀어진 최원점에 도달할 때까지 시간을, 와이어의 선단이 최원점으로부터 최근점에 도달할 때까지의 시간보다 짧게 하도록 제어한다. 전류 제어 수단은, 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어한다.

Description

용접 전원, 용접 시스템, 용접 전원의 제어 방법 및 프로그램

본 발명은, 용접 전원, 용접 시스템, 용접 전원의 제어 방법 및 프로그램에 관한 것이다.

소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하는 용접 전원에 있어서, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 제어 수단을 갖고, 제어 수단은, 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어하는 용접 전원이, 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1：일본 특개 2020－49506호 공보

와이어의 선단이 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급될 때에 있어서의 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에 저전류 기간을 마련하여, 용적 이탈에 의한 스패터의 비산을 저감시키는 기술이 있다. 이러한 기술에 있어서, 정현파 형상으로 변화하는 와이어의 송급 속도에 따라 와이어를 송급하는 구성을 채용한 것은, 와이어의 선단이 역송급되는 기간, 즉 저전류 기간에 용적이 이탈할 가능성을 높게 하는 것에는 한계가 있다. 즉, 스패터를 비산하기 어렵게 하는 것에는 한계가 있다.

본 발명의 목적은, 와이어의 선단이 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급될 때에 있어서의 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에 저전류 기간을 마련하는 기술에 있어서, 정현파 형상으로 변화하는 와이어의 송급 속도에 따라 와이어를 송급하는 구성을 채용한 경우와 비교하여, 스패터를 비산하기 어렵게 하는 것에 있다.

이러한 목적의 아래, 본 발명은, 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하고, 와이어를 용융지에 단락시키지 않고 오픈 아크 상태에서 용적을 이탈시키는 용접 전원으로서, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되도록 와이어의 송급을 제어하는 송급 제어 수단과, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 전류 제어 수단을 구비하고, 송급 제어 수단은, 와이어의 선단이 모재에 가장 접근한 위치인 최근점으로부터 모재로부터 가장 멀어진 위치인 최원점에 도달할 때까지 시간을, 와이어의 선단이 최원점으로부터 최근점에 도달할 때까지의 시간보다 짧게 하도록 제어하고, 전류 제어 수단은, 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어하는 용접 전원을 제공한다.

송급 제어 수단은, 와이어의 선단이 역송급되는 기간에 있어서의 와이어의 송급 속도 진폭을, 와이어의 선단이 정송급되는 기간에 있어서의 와이어의 송급 속도 진폭보다 크게 하도록 제어하는 것이어도 좋다.

전류 제어 수단은, 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치가, 최근점 및 최원점으로 규정되는 파고의 1/2의 위치보다 모재 측에 위치하는 경우에, 저전류 기간을 개시하도록 제어하는 것이어도 좋다. 그 경우, 전류 제어 수단은, 저전류 기간이, 와이어의 선단이 정송급되는 기간으로부터 역송급되는 기간으로 전환되는 시점에 있어서의 와이어의 선단 위치로부터, 역송급으로 전환된 와이어의 송급 속도의 지령치가 최대가 되는 시점에 있어서의 와이어의 선단 위치까지의 범위 내에서 개시되도록 제어하는 것이어도 좋다. 또, 전류 제어 수단은, 저전류 기간이, 역송급으로 전환된 와이어의 송급 속도의 지령치가 최대가 된 시점에 있어서의 와이어의 선단 위치로부터, 와이어의 선단이 역송급되는 기간으로부터 정송급되는 기간으로 전환되는 시점에 있어서의 와이어의 선단 위치까지의 범위 내에서 종료되도록 제어하는 것이어도 좋다.

또, 본 발명은, 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하여 아크 용접하고, 와이어를 용융지에 단락시키지 않고 오픈 아크 상태에서 용적을 이탈시키는 용접 시스템으로서, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되도록 와이어의 송급을 제어하는 송급 제어 수단과, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 전류 제어 수단을 구비하고, 송급 제어 수단은, 와이어의 선단이 모재에 가장 접근한 위치인 최근점으로부터 모재로부터 가장 멀어진 위치인 최원점에 도달할 때까지 시간을, 와이어의 선단이 최원점으로부터 최근점에 도달할 때까지의 시간보다 짧게 하도록 제어하고, 전류 제어 수단은, 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어하는 용접 시스템도 제공한다.

또한, 본 발명은, 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하고, 와이어를 용융지에 단락시키지 않고 오픈 아크 상태에서 용적을 이탈시키는 용접 전원의 제어 방법으로서, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되도록 와이어의 송급을 제어하는 스텝과, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 스텝을 포함하고, 송급을 제어하는 스텝에서는, 와이어의 선단이 모재에 가장 접근한 위치인 최근점으로부터 모재로부터 가장 멀어진 위치인 최원점에 도달할 때까지 시간을, 와이어의 선단이 최원점으로부터 최근점에 도달할 때까지의 시간보다 짧게 하도록 제어하고, 용접 전류를 변화시키는 스텝에서는, 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어하는 용접 전원의 제어 방법도 제공한다.

또한, 본 발명은, 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하여 아크 용접하고, 와이어를 용융지에 단락시키지 않고 오픈 아크 상태에서 용적을 이탈시키는 용접 시스템의 컴퓨터로 하여금, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되도록 와이어의 송급을 제어하는 기능과, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 기능을 실현하게 하고, 송급을 제어하는 기능은, 와이어의 선단이 모재에 가장 접근한 위치인 최근점으로부터 모재로부터 가장 멀어진 위치인 최원점에 도달할 때까지 시간을, 와이어의 선단이 최원점으로부터 최근점에 도달할 때까지의 시간보다 짧게 하도록 제어하고, 용접 전류를 변화시키는 기능은, 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어하는 프로그램도 제공한다.

본 발명에 의하면, 와이어의 선단이 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급될 때에 있어서의 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에 저전류 기간을 마련하는 기술에 있어서, 정현파 형상으로 변화하는 와이어의 송급 속도에 따라 와이어를 송급하는 구성을 채용한 경우와 비교하여, 스패터가 비산하기 어려워진다.

도 1은 본 실시의 형태에 따른 아크 용접 시스템의 예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 용접 전원의 제어계 부분의 구성예를 설명하는 블럭도이다.
도 3은 와이어 송급 속도의 시간 변화를 설명하는 파형도이다.
도 4는 용접 와이어의 선단 위치의 시간 변화를 설명하는 파형도이다.
도 5는 본 실시의 형태에 있어서의 용접 전류의 제어예를 설명하는 흐름도이다.
도 6은 용접 전류의 전류치를 지정하는 전류 설정 신호의 제어예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 7은 특허 문헌 1에 따른 와이어 송급 속도, 용접 전류 및 용접 전압의 파형, 및 용적 이탈 타이밍을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 실시의 형태에 따른 와이어 송급 속도, 용접 전류 및 용접 전압의 파형, 및 용적 이탈 타이밍을 나타낸 그래프이다.
도 9는 특허 문헌 1에 따른 용적 이탈 타이밍의 계측 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 실시의 형태에 따른 용적 이탈 타이밍의 계측 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 특허 문헌 1에 있어서의 전류 억제 기간 개시로부터 이탈까지의 시간을 계측한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 실시의 형태에 있어서의 전류 억제 기간 개시로부터 이탈까지의 시간을 계측한 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태에 대해 상세하게 설명한다.

＜본 실시의 형태가 해결하려고 하는 과제＞

본 실시의 형태가 해결하려고 하는 과제가 2개 있다.

1번째의 과제는, 스패터가 비산하기 쉽다고 하는 점이다.

특허 문헌 1의 기술은, 단락을 수반하지 않는 탄산 가스 용접(오픈 아크 용접)에 있어서, 와이어 송급 속도 및 용접 전류를 적절히 제어하여, 저전류 기간에서 용적(용융 금속)을 이탈시켜 용접 모재로 이행시키는 것이다.

여기서 중요한 것은, 용적이 이탈하기 쉬운 상태에서 용접 와이어를 되돌리는 것으로, 적극적으로 용적을 이탈시키는 것이다. 용적의 이탈의 용이성은, 용적의 사이즈(중량), 표면 장력, 아크 반력 등의 영향을 받는다. 예를 들면, 용적 사이즈가 클수록 이탈하기 쉬워지고, 용적 사이즈가 작을수록 이탈하기 어려워진다.

로봇을 사용한 자동 용접기에서는, 안정된 용접 결과를 얻기 위해서 아크 길이를 일정하게 유지하는 「아크 길이의 자기 유지 기능」을 이용하고 있다. 「아크 길이의 자기 유지 기능」이란, 용접 전원에 「정전압 특성」을 갖게 하고 아크 길이가 길어 지면 용접 전류를 조금 낮추어(용접 와이어의 용융을 늦추어) 아크 길이를 짧게 하는 방향으로 동작시키고, 아크 길이가 짧아지면 반대로 용접 전류를 올려(용접 와이어의 용융을 앞당겨) 아크 길이를 길게 하는 방향으로 동작시키는 기능이다. 특허 문헌 1에서는, 용접 중에 어떠한 외적 요인으로 아크 길이가 길어져 용접 전류가 낮추어진 경우, 용적 성장 기간에서의 용적 성장이 늦어져 용적 사이즈가 작아져, 용적이 이탈시키고 싶은 전류 억제 기간에 이탈하지 않는 경우가 있다. 용적이 전류 비억제 기간에 이탈하면, 스패터가 비산하기 쉽다고 하는 문제가 있다.

2번째의 과제는, 컨택트 팁이 마모하기 쉽다고 하는 점이다.

아크 용접에서는, 용접 토치 선단에 설치한 「컨택트 팁」이라고 불리는 구리 합금제의 급전 부품에서, 용접 전류를 용접 와이어에 공급한다. 컨택트 팁과 용접 와이어의 접촉부에서는 대전류의 통과에 의한 주울 열이 발생하여, 컨택트 팁이 연화하기 쉽다. 연화한 컨택트 팁은, 용접 와이어가 그 표면에 접촉하면서 움직이면, 용접 와이어에 의해 서서히 깎여져 마모하여 간다. 컨택트 팁의 와이어 급전부가 마모하면 용접 와이어에의 급전이 불안정하게 되어, 소정의 용접 전류를 흘릴 수 없게 되어 용착량이 변화함과 아울러, 컨택트 팁과 용접 와이어가 용착하는 등의 문제가 생긴다. 컨택트 팁은, 용접 전류가 클수록 마모하기 쉽고, 또 와이어 송급 속도가 클수록 마모하기 쉽다.

특허 문헌 1에서는, 용접 전류의 피크 기간과 와이어 송급 속도의 피크 기간이 겹져 있어, 대전류로 연화한 컨택트 팁에 고속으로 용접 와이어를 통과시키게 되기 때문에, 컨택트 팁이 마모하기 쉽다고 하는 문제가 있다.

그래서, 본 실시의 형태에서는, 와이어를 용융지에 단락시키지 않고 오픈 아크 상태에서 용적을 이탈시킬 때에, 스패터를 비산하기 어렵게 하고, 또한, 컨택트 팁을 마모하기 어렵게 한다. 이하, 이러한 실시의 형태에 대해 상세하게 설명한다.

＜시스템의 전체 구성＞

도 1은, 본 실시의 형태에 따른 아크 용접 시스템(10)의 예를 나타내는 구성도이다.

아크 용접 시스템(10)은, 용접 로봇(120)과, 로봇 컨트롤러(160)와, 용접 전원(150)과, 송급 장치(130)와, 실드(shield) 가스 공급 장치(140)를 구비하고 있다.

용접 전원(150)은, 플러스의 파워 케이블을 통하여 용접 전극에 접속되고, 마이너스의 파워 케이블을 통하여 피용접물(이하 「모재」또는 「워크」라고도 한다)(200)과 접속되어 있다. 이 접속은, 역극성으로 용접을 행하는 경우이고, 정극성으로 용접을 행하는 경우, 용접 전원(150)은, 플러스의 파워 케이블을 통하여 모재(200)에 접속되고, 마이너스의 파워 케이블을 통하여 용접 전극에 접속된다.

또, 용접 전원(150)과 소모식 전극(이하 「용접 와이어」라고도 한다)(100)의 송급 장치(130)도 신호선에 의해 접속되어, 용접 와이어의 전송 속도를 제어할 수가 있다.

용접 로봇(120)은, 엔드 이펙터로서, 용접 토치(110)를 구비하고 있다. 용접 토치(110)는, 용접 와이어(100)에 통전시키는 통전 기구(컨택트 팁)를 가지고 있다. 용접 와이어(100)는, 컨택트 팁으로부터의 통전에 의해, 선단에서 아크를 발생시키고, 그 열로 용접의 대상인 모재(200)를 용접한다.

또한, 용접 토치(110)는, 실드 가스 노즐(실드 가스를 분출하는 기구)을 구비한다. 실드 가스는, 탄산 가스, 아르곤＋탄산 가스(CO₂) 등의 혼합 가스 중 어느 것이라도 좋다. 또한, 탄산 가스가 보다 바람직하고, 혼합 가스인 경우는 Ar에 10~30%의 탄산 가스를 혼합한 계가 바람직하다. 실드 가스는, 실드 가스 공급 장치(140)로부터 공급된다.

본 실시의 형태에서 사용하는 용접 와이어(100)는, 플럭스를 포함하지 않는 솔리드 와이어와 플럭스를 포함하는 플럭스 함유 와이어 전극 중 어느 것이도 좋다. 용접 와이어(100)의 재질도 불문한다. 예를 들면 재질은, 연강이어도 좋고, 스테인레스, 알루미늄, 티탄이어도 좋다. 또한, 용접 와이어(100)의 지름도 특별히 불문한다. 본 실시의 형태의 경우, 바람직하게는, 지름의 상한을 1.6mm, 하한을 0.8mm로 한다.

로봇 컨트롤러(160)는, 용접 로봇(120)의 동작을 제어한다. 로봇 컨트롤러(160)는, 미리 용접 로봇(120)의 동작 패턴, 용접 개시 위치, 용접 종료 위치, 용접 조건, 위빙 동작 등을 정한 티칭 데이터를 유지하고, 용접 로봇(120)에 대해서 이것들을 지시하여 용접 로봇(120)의 동작을 제어한다. 또, 로봇 컨트롤러(160)는, 티칭 데이터에 따라, 용접 작업 중의 전원을 제어하는 지령을 용접 전원(150)에게 준다.

여기에서의 아크 용접 시스템(10)은, 용접 시스템의 일례이다. 또, 용접 전원(150)은, 용접 전류를 변화시키는 제어 수단의 일례이기도 하다.

＜용접 전원의 구성＞

도 2는, 용접 전원(150)의 제어계 부분의 구성예를 설명하는 블럭도이다.

용접 전원(150)의 제어계 부분은, 예를 들면 컴퓨터에 의한 프로그램의 실행을 통해서 실행된다.

용접 전원(150)의 제어계 부분에는, 전류 설정부(36)가 포함된다. 본 실시의 형태에 있어서의 전류 설정부(36)는, 용접 와이어(100)에 흐르는 용접 전류를 규정하는 각종의 전류치를 설정하는 기능과, 용접 전류의 전류치가 억제되는 기간이 개시되는 시간과 종료되는 시간을 설정하는 기능(전류 억제 기간 설정부(36A))과, 용접 와이어(100)의 선단 위치의 정보를 구하는 와이어 선단 위치 변환부(36B)를 가진다.

본 실시의 형태의 경우, 펄스 전류로서, 전류 설정부(36)는, 피크 전류 Ip, 베이스 전류 Ib, 용적 이탈용의 정상 전류 Ia를 설정한다. 본 실시의 형태의 경우, 용접 전류는, 기본적으로, 피크 전류 Ip와 베이스 전류 Ib의 2값으로 제어된다. 이 때문에, 전류치가 억제되는 기간이 개시되는 시간 t1은, 베이스 전류 Ib가 개시하는 시간(베이스 전류 개시 시간)을 나타내고, 전류치가 억제되는 기간이 종료하는 시간 t2는 베이스 전류 Ib가 종료하는 시간(베이스 전류 종료 시간)을 나타낸다(도 6 참조).

용접 전원(150)의 전원 주회로는, 교류 전원(여기에서는 삼상 교류 전원)(1)과, 1차측 정류기(2)와, 평활 콘덴서(3)와, 스위칭 소자(4)와, 트랜스(5)와, 2차측 정류기(6)와, 리액터(7)로 구성된다.

교류 전원(1)으로부터 입력된 교류 전력은, 1차측 정류기(2)에 의해 전파 정류되고, 더하여 평활 콘덴서(3)에 의해 평활되어 직류 전력으로 변환된다. 다음에, 직류 전력은, 스위칭 소자(4)에 의한 인버터 제어에 의해 고주파의 교류 전력으로 변환된 후, 트랜스(5)를 통하여 2차측 전력으로 변환된다. 트랜스(5)의 교류 출력은, 2차측 정류기(6)에 의해 전파 정류되고, 더하여 리액터(7)에 의해 평활된다. 리액터(7)의 출력 전류는, 전원 주회로로부터의 출력으로서 용접 팁(8)에게 주어지고, 소모 전극으로서의 용접 와이어(100)에 통전된다.

용접 와이어(100)는, 송급 모터(24)에 의해 송급되고, 모재(200)와의 사이에 아크(9)를 발생시킨다. 본 실시의 형태의 경우, 송급 모터(24)는, 용접 와이어(100)의 선단을 평균 속도보다 빠른 속도로 모재(200)에 내보내는 정송급 기간과, 용접 와이어(100)의 선단을 평균 속도보다 느린 속도로 모재(200)에 내보내는 역송급 기간이 주기적으로 전환되도록, 용접 와이어(100)를 송급한다. 역송급 기간에 있어서의 용접 와이어(100)의 선단은, 모재(200)로부터 멀어지는 방향으로 이동한다.

송급 모터(24)에 의한 용접 와이어(100)의 송급은, 송급 구동부(23)로부터의 제어 신호 Fc에 의해 제어된다. 송급 속도의 평균치는, 거의 용융 속도와 동일하다. 본 실시의 형태의 경우, 송급 모터(24)에 의한 용접 와이어(100)의 송급도 용접 전원(150)에 의해 제어된다.

전류 설정부(36)에는, 용접 팁(8)과 모재(200) 사이에 가해지는 전압의 목표치(전압 설정 신호 Vr)가 전압 설정부(34)로부터 주어진다.

여기에서의 전압 설정 신호 Vr은, 전압 비교부(35)에도 주어지고, 전압 검출부(32)에 의해 검출된 전압 검출 신호 Vo와 비교된다. 전압 검출 신호 Vo는, 실측치이다.

전압 비교부(35)는, 전압 설정 신호 Vr과 전압 검출 신호 Vo의 차분을 증폭하고, 전압 오차 증폭 신호 Va로서 전류 설정부(36)에 출력한다.

전류 설정부(36)는, 아크(9)의 길이(즉 아크 길이)가 일정하게 되도록 용접 전류를 제어한다. 환언하면, 전류 설정부(36)는, 용접 전류의 제어를 통해서 정전압 제어를 실행한다.

전류 설정부(36)는, 전압 설정 신호 Vr과 전압 오차 증폭 신호 Va에 근거하여, 피크 전류 Ip의 값, 베이스 전류 Ib의 값, 피크 전류 Ip를 주는 기간, 또는, 피크 전류 Ip의 값, 베이스 전류 Ib의 값의 크기를 재설정하고, 재설정된 기간 또는 값의 크기에 따른 전류 설정 신호 Ir을 전류 오차 증폭부(37)에 출력한다.

본 실시의 형태의 경우, 피크 전류 Ip를 주는 기간은, 베이스 전류 Ib가 주어지는 기간 이외의 기간이다. 환언하면, 피크 전류 Ip를 주는 기간은, 전류가 억제되어 있지 않은 기간(전류 비억제 기간)이다. 이 피크 전류 Ip를 주는 기간은, 제 1 기간의 일례이다.

한편, 베이스 전류 Ib를 주는 기간을 전류 억제 기간이라고도 한다. 전류 억제 기간은 저전류 기간의 일례임과 아울러, 제 2 기간의 일례이기도 하다.

전류 오차 증폭부(37)는, 목표치로서 주어진 전류 설정 신호 Ir과 전류 검출부(31)에서 검출된 전류 검출 신호 Io의 차분을 증폭하고, 전류 오차 증폭 신호 Ed로서 인버터 구동부(30)에 출력한다.

인버터 구동부(30)는, 전류 오차 증폭 신호 Ed에 의해 스위칭 소자(4)의 구동 신호 Ec를 보정한다.

전류 설정부(36)에는, 송급되는 용접 와이어(100)의 평균 송급 속도 Fave도 주어진다. 평균 송급 속도 Fave는, 평균 송급 속도 설정부(20)가 도시하지 않은 기억부에 기억되어 있는 티칭 데이터에 근거하여 출력한다.

전류 설정부(36)는, 주어진 평균 송급 속도 Fave에 근거하여, 피크 전류 Ip, 베이스 전류 Ib, 정상 전류 Ia, 베이스 전류 Ib가 개시(開始)하는 시간 t1, 베이스 전류 Ib가 종료하는 시간 t2의 값을 결정한다.

본 실시의 형태에서는, 도 2와 같이, 평균 송급 속도 Fave를 전류 설정부(36)에 입력하고 있지만, 전류 설정부(36)에 입력되는 신호는 평균 송급 속도 Fave에 관련되는 값을 설정치로 하여, 평균 송급 속도 Fave로 치환하여 이용해도 좋다. 예를 들면, 도시하지 않은 기억부에 평균 송급 속도와, 그 평균 송급 속도에 대해서 최적인 용접이 가능해지는 평균 전류치의 데이터 베이스가 기억되어 있는 경우, 평균 전류치를 설정치로 하여, 평균 송급 속도 Fave로 치환하여 이용해도 좋다.

평균 송급 속도 Fave는, 진폭 송급 속도 설정부(21)와 송급 속도 지령 설정부(22)에도 주어진다.

여기서의 진폭 송급 속도 설정부(21)는, 입력된 평균 송급 속도 Fave에 근거하여, 기본적 송급 조건으로서의 진폭 Wf 및 주기 Tf의 값을 결정한다. 진폭 Wf는 평균 송급 속도 Fave에 대한 변화 폭이며, 주기 Tf는 반복 단위인 진폭 변화의 시간이다.

특허 문헌 1에 있어서의 와이어 송급은, 평균 송급 속도 Fave보다 송급 속도가 빠른 기간(정송급 기간)과 평균 송급 속도 Fave보다 송급 속도가 느린 기간(역 송급 기간)이 교대로 나타나고, 또한 정송급 기간의 시간 폭과 역송급 기간의 시간 폭이 동일한 송급 방식이었다.

이것에 대해서 본 실시의 형태에서는, 정역 속도 비율 설정부(38)가, 주기 Tf에 대한 역송급 기간의 비율인 PFR(%)을 설정하고, 진폭 송급 속도 설정부(21)에게 준다.

여기서, 진폭 송급 속도 설정부(21)에서는, 진폭 Wf와 주기 Tf와 정역 송급 비율 PFR에 근거하여, 정송급 기간의 진폭 송급 속도 Ff와 역송급 기간의 진폭 송급 속도 Ff가 계산된다. 역송급 기간의 진폭 송급 속도 Ff는 다음 식으로 주어진다. 여기서 t는 시각을 나타낸다.

[수 1]

또, 정송급 기간의 진폭 송급 속도 Ff는 다음 식으로 주어진다.

[수 2]

진폭 송급 속도 설정부(21)는, 상기와 같이 정송급 기간과 역송급 기간에서 다른 진폭 송급 속도 Ff를 생성하여 출력한다.

송급 속도 지령 설정부(22)는, 진폭 송급 속도 Ff와 평균 송급 속도 Fave에 근거하여, 송급 속도 지령 신호 Fw를 출력한다.

본 실시의 형태의 경우, 송급 속도 지령 신호 Fw는, 다음 식으로 나타내진다.

Fw=Ff＋Fave …식 3

송급 속도 지령 신호 Fw는, 위상 어긋남 검출부(26)와, 송급 오차 증폭부(28)와, 전류 설정부(36)에 출력된다.

송급 오차 증폭부(28)는, 목표 속도인 송급 속도 지령 신호 Fw와 송급 모터(24)에 의한 용접 와이어(100)의 송급 속도를 실측한 송급 속도 검출 신호 Fo의 차분을 증폭하고, 오차분을 보정한 속도 오차 증폭 신호 Fd를 송급 구동부(23)에 출력한다.

송급 구동부(23)는, 속도 오차 증폭 신호 Fd에 근거하여 제어 신호 Fc를 생성하고, 송급 모터(24)에게 준다.

여기에서의 송급 속도 변환부(25)는, 송급 모터(24)의 회전량 등을 용접 와이어(100)의 송급 속도 검출 신호 Fo로 변환한다.

본 실시의 형태에 있어서의 위상 어긋남 검출부(26)는, 송급 속도 지령 신호 Fw와 측정치인 송급 속도 검출 신호 Fo를 비교하여, 위상 어긋남 시간 Tθd를 출력한다. 또한, 위상 어긋남 검출부(26)는, 진폭 송급을 규정하는 파라미터(주기 Tf, 진폭 Wf, 평균 송급 속도 Fave)를 가변한 경우에 있어서의 송급 모터(24)의 송급 동작을 측정하여 위상 어긋남 시간 Tθd를 구해도 좋다.

위상 어긋남 시간 Tθd는, 전류 설정부(36)의 와이어 선단 위치 변환부(36B)에게 주어진다. 와이어 선단 위치 변환부(36B)는, 송급 속도 지령 신호 Fw와 위상 어긋남 시간 Tθd에 근거하여, 모재(200)를 기준면으로 한 용접 와이어(100)의 선단 위치를 산출하고, 산출된 선단 위치의 정보를 전류 억제 기간 설정부(36A)에게 준다.

여기서, 전류 억제 기간 설정부(36A)는, 용접 와이어(100)의 선단 위치의 정보에 근거하여, 또는, 용접 와이어(100)의 선단 위치의 정보와 송급 속도 지령 신호 Fw에 근거하여 용접 전류를 억제하는 기간(즉, 전류 설정 신호 Ir을 베이스 전류 Ib로 제어하는 기간)을 설정한다.

여기서의 전류 설정부(36)는, 용접 와이어(100)의 송급을 제어하는 송급 제어 수단, 및, 용접 와이어(100)의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 전류 제어 수단의 일례이다.

＜용접 전류의 제어예＞

이하에서는, 용접 전원(150)에 의한 용접 전류의 제어예에 대해 설명한다.

용접 전류의 제어는, 용접 전원(150)을 구성하는 전류 설정부(36)에 의해 실현된다. 전술한 바와 같이, 본 실시의 형태에 있어서의 전류 설정부(36)는, 프로그램의 실행을 통해서 제어를 실현한다.

본 실시의 형태에 있어서의 전류 설정부(36)는, 용접 와이어(100)의 송급 속도 지령 신호 Fw와 용접 와이어(100)의 선단 위치의 정보에 근거하여 용접 전류의 전류치의 전환을 제어한다. 이 때문에, 용접 전류의 제어의 설명에 앞서, 송급 속도 지령 신호 Fw의 시간 변화와 용접 와이어(100)의 선단 위치의 시간 변화에 대해 설명한다.

도 3은, 송급 속도 지령 신호 Fw의 시간 변화를 설명하는 파형도이다. 횡축은 시간(위상)이며, 종축은 속도이다. 종축의 단위는 분당 미터 또는 회전 수이다. 다만, 수치는 일례이다. 예를 들면 용접 와이어(100)(도 1 참조)의 직경을 1.2mm로 하는 경우, 평균 송급 속도 Fave는 분당 12~25미터이다. 무엇보다, 후술하는 그로뷸러 이행 또는, 스프레이 이행을 유지하기 위해서는, 용접 와이어(100)의 돌출 길이에 따라 다르지만, 송급 속도를 분당 8미터 이상으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면 용접 와이어(100)의 돌출 길이를 25mm로 하는 경우, 용접 전류는 225A정도가 된다. 단락 이행과 그로뷸러 이행의 임계 영역은, 대략 250A이다.

도 3에서는, 평균 송급 속도 Fave보다 빠른 속도를 정의 값으로 나타내고, 평균 송급 속도 Fave보다 느린 속도를 부의 값으로 나타내고 있다. 송급 속도가 평균 송급 속도 Fave보다 빠른 기간을 정송급 기간이라고 하고, 반대로 송급 속도가 평균 송급 속도 Fave보다 느린 기간을 역송급 기간이라고 한다. 또한, 용접 와이어(100)(도 1 참조)는 모재(200)(도 1 참조)에 가까워지도록 송출된다.

특허 문헌 1에서는, 정송급 기간의 시간 폭과 역송급 기간의 시간 폭은 같고, 또 정송급 기간의 속도 진폭과 역송급 기간의 속도 진폭은 같기 때문에, 속도 파형은 주기 Tf, 진폭 Wf의 정현파였다.

본 실시의 형태의 경우, 송급 속도 지령 신호 Fw는, 정송급 기간의 시간 폭과 역송급 기간의 시간 폭이 다르고, 또한 정송급 기간의 속도 진폭 Wf＿f와 역송급 기간의 속도 진폭 Wf＿r이 다르다.

즉, 송급 1주기에 있어서의 역송급 시간의 비율을 PFR(%)라고 정의하면, 정송급 기간의 주기 및 속도 진폭과, 역송급 기간의 주기 및 속도 진폭은, 다음과 같이 정의할 수 있다.

정송급 기간：주기가((100－PFR)×Tf)/50이며, 속도 진폭 Wf＿f가 PFR×Wf/50인 정현파의 반파.

역송급 기간：주기가 PFR×Tf/50이며, 속도 진폭 Wf＿r이((100－PFR)×Wf/50인 정현파의 반파.

여기서 Wf는, PFR이 50일 때, 즉 특허 문헌 1과 같이 속도 파형이 정현파일 때의 속도 진폭이다.

또, 본 실시의 형태에서는, PFR＜50이라고 한다. 이것에 의해, 속도 진폭 Wf＿f는 속도 진폭 Wf보다 작아지고, 속도 진폭 Wf＿r은 진폭 Wf보다 커진다. 평균 송급 속도 Fave는, 와이어 용융 속도 Fm로 간주할 수가 있다.

환언하면, 와이어의 선단이 역송급되는 기간에 있어서의 해당 와이어의 송급 속도 진폭 Wf＿r을, 해당 와이어의 선단이 정송급되는 기간에 있어서의 해당 와이어의 송급 속도 진폭 Wf＿f보다 크게 하도록 제어하는 것이 바람직하다.

도 4는, 용접 와이어(100)(도 1 참조)의 선단 위치(와이어 선단 위치)의 시간 변화를 설명하는 파형도이다. 횡축은 시간(위상)이며, 종축은 모재(200)의 표면(모재 표면)으로부터 법선 방향 위쪽으로의 거리(높이)를 나타내고 있다.

다만, 도 4에서는, 용접 와이어(100)가 평균 송급 속도 Fave로 송급되는 경우에 있어서의 거리(높이)를 기준 거리로 하고, 기준 거리보다 큰 거리를 정의 값, 기준 거리보다 작은 거리를 부의 값으로 나타내고 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 시간의 경과와 함께 모재 표면에 가까워지는 기간이 정송급 기간이며, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 시간의 경과와 함께 모재 표면으로부터 멀어지는 기간이 역송급 기간이다.

도 4는, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 모재 표면에 가장 접근한 위치(최하점)에 대응하는 시점을 T0, T4로 나타내고, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 모재 표면으로부터 가장 멀어진 위치(최상점)에 대응하는 시점을 T2로 나타내고 있다. 여기서의 최하점은, 최근점의 일례이며, 최상점은, 최원점의 일례이다.

또, 기준 거리에 대응하는 시점을 T1, T3으로 한다. T1은, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 모재 표면에 가장 접근한 위치(최하점)로부터 가장 멀어지는 위치(최상점)로 향하는 중간의 시점이다. T3은, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 모재 표면에 가장 멀어진 위치로부터 가장 가까워지는 위치로 향하는 중간의 시점이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 용접 와이어(100)의 선단 위치와 기준점T1, T3에 있어서의 위치의 차분이 진폭이다.

도 5는, 본 실시의 형태에 있어서의 용접 전류의 제어예를 설명하는 흐름도이다. 도 5에 나타내는 제어는, 전류 설정부(36)(도 2 참조)에 있어서 실행된다. 도면 중의 기호 S는 스텝이다.

도 5에 나타내는 제어는, 용접 와이어(100)의 선단 위치의 변화(1주기)에 대응한다. 이 때문에, 도 5에 있어서는, 시간 T가 시점 T0의 상태를 스텝 1로 한다.

본 실시의 형태에 있어서의 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir의 제어를 위해, 용접 와이어(100)의 선단 위치를 산출한다.

평균 송급 속도 Fave는, 와이어 용융 속도 Fm과 동등하다. 따라서, 송급 속도 지령 신호 Fw와 와이어 용융 속도 Fm(≒Fave)의 차분을 적분하면, 용접 와이어(100)의 선단 위치를 구할 수가 있다.

그래서, 전류 설정부(36)는, 다음 식에 근거하여, 용접 와이어(100)의 선단 위치를 설정한다.

와이어 선단 위치=∫(Fw－Fave)·dt …식 4

식 4로 계산되는 선단 위치의 변화는, 도 4에 대응한다.

다만, 용접 와이어(100)의 송급에 송급 모터(24)(도 2 참조)를 이용하는 경우, 지령과 실제의 송급 속도(즉 송급 속도 검출 신호 Fo) 사이에 위상 어긋남이 생기는 경우가 있다. 그래서, 전류 설정부(36)는, 위상 어긋남 검출부(26)로부터 주어지는 위상 어긋남 시간 Tθd에 의해, 평균 송급 속도 Fave 및 송급 속도 지령 신호 Fw로부터 계산되는 용접 와이어(100)의 선단 위치에 따라 계산되는 베이스 전류 개시 시간 t1을 보정한다. 구체적으로는, 다음 식에 나타내는 바와 같이, 베이스 전류 개시 시간 t1의 값을 재설정한다.

t1=t1＋Tθd …식 5

동일하게, 전류 설정부(36)는, 위상 어긋남 시간 Tθd에 의해, 평균 송급 속도 Faｖe 및 송급 속도 지령 신호 Fw로부터 계산되는 베이스 전류 종료 시간 t2를 보정한다.

t2=t2＋Tθd …식 6

여기에서는, 송급 속도의 관점으로부터 베이스 전류 개시 시간 t1과 베이스 전류 종료 시간 t2를 제어하는 경우에 대해 설명하고 있지만, 위치 제어의 관점에서도 동일하다.

도 6은, 용접 전류의 전류치를 지정하는 전류 설정 신호 Ir의 제어예를 나타내는 타이밍 차트이다. 횡축은 시간이며, 종축은 전류 검출 신호 Io이다. 도면 중의 시점 T0, T1, T2, T3, T4는, 각각 도 4의 시점 T0, T1, T2, T3, T4에 대응한다. 여기에서의 시점 T0, T1, T2, T3, T4는, 평균 송급 속도 Fave 및 송급 속도 지령 신호 Fw로부터 계산된 용접 와이어(100)의 선단 위치로부터 결정된다.

도 6에 나타내는 바와 같이 베이스 전류 개시 시간 t1은, 용접 와이어(100)의 선단이 최하점에 위치하는 시점 T0(즉, 정송급 기간으로부터 역송급 기간으로 전환되는 시점)으로부터 뒤진 위상을 표현한다. 또한, 도 6에는, 베이스 전류 개시 시간 t1의 최대치를 t1＇로 나타내고 있다.

도 5의 설명으로 돌아온다.

용접 와이어(100)의 선단 위치가 최하점(즉 시점 T0)이 되면, 전류 설정부(36)는, 시점 T0로부터 계측을 개시한 시간 T가 베이스 전류 개시 시간 t1 이상인지 여부를 판정한다(스텝 2).

스텝 2의 판정 결과가 부정(False)인 동안, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 피크 전류 Ip를 출력한다(스텝 3). 이 기간은, 도 6에 있어서의 전류 비억제 기간에 대응한다.

그런데, 베이스 전류 Ib로 전환되기 직전의 피크 전류 Ip의 공급 기간은, 피크 전류 Ip에 의한 용접 와이어(100)의 용융이 진행되고, 그 선단에 형성되는 용적이 크게 성장하고 있는 기간이다. 또, 용접 와이어(100)의 선단 위치가, 모재 표면에 가까워져 가는 기간이기도 하다. 이 기간은, 단락이 발생하기 쉽고, 단락에 수반하는 스패터가 발생하기 쉬운 기간이기도 하다.

그래서, 본 실시의 형태에서는, 시간 t1이 경과할 때까지는 피크 전류 Ip를 주어, 단락의 발생을 방지 또는 억제한다. 환언하면, 단락이 생기지 않도록, 용접 전류의 공급을 제어한다.

본 실시의 형태의 경우, 피크 전류 Ip의 바람직한 범위는, 300A~650A이다. 또, 베이스 전류 Ib의 바람직한 범위는, 10A~250A이다.

또한, 단락의 발생의 가능성이 있는 동안은, 역송급 기간이 개시된 후에도, 피크 전류 Ip의 공급이 요망된다. 이 기간은, 대체로 시점 T0~T1 사이이다. 이 때문에, 피크 전류 Ip가 공급되는 기간(전류 비억제 기간)의 종료는, 시점 T0~T1 사이에 실행되는 것이 바람직하다. 즉, 시점 T0과 그 근방은, 아크의 힘으로 밀어내어진 용융지 안에, 둘러싸지도록 와이어 선단의 용적이 위치하는, 이른바 「매립 아크」 상태가 되어, 단락하기 쉬운 상황이 되기 때문에, 피크 전류 Ip가 공급되는 기간의 종료를 시점 T0~T1 사이에 실행하는 것에 의해, 아크에 의한 용융지 표면의 끌어 내림(푸쉬 다운) 작용이나 용적의 들어 올림(리프트 업) 작용을 유지할 수가 있어, 「매립된 아크」 시에 있어서의 단락의 발생을 방지할 수 있다.

따라서, 바람직하게는, 용접 와이어(100)의 선단이 최하점에 위치하는 시점 T0보다 조금 경과한 시점(예를 들면 시점 T0을 기점으로 하여 시점 T1까지의 9분의 1 내지 3분의 2의 시점)에서, 베이스 전류 Ib로의 전환이 실행되도록 시간 t1를 설정하는 것이 바람직하다.

환언하면, 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치가, 최근점 및 최원점으로 규정되는 파고의 1/2의 위치보다 모재 측에 위치하는 경우에, 저전류 기간을 개시하도록 제어하는 것이 바람직하다.

도 5의 설명으로 돌아온다.

스텝 2의 판정 결과가 긍정(True)이 되면, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 베이스 전류 Ib의 출력을 개시한다(스텝 4). 전술한 바와 같이, 베이스 전류 Ib로의 전환이 개시한 시점에서는, 용접 와이어(100)의 송급은, 이미 역송급 기간으로 전환되어 있고, 용접 와이어(100)의 선단은, 모재 표면으로부터 멀어지는 방향으로의 이동을 시작하고 있다.

피크 전류 Ip가 큰 경우, 용접 와이어(100)의 선단으로부터 이탈하는 용적은, 적용한 실드 가스나 전류역에 의해 변화하는 이행 형태에 따라서 다르지만, 예를 들면, 그로뷸러 이행이 되는 경우에는 용접 와이어(100)의 직경보다 큰 대(大) 입자 형상이 되고, 스프레이 이행이 되는 경우에는 소(小) 입자의 형상이 된다.

또한, 실드 가스에 탄산 가스를 이용한 경우에는, 아크가 긴축하여 용적의 저부(용융지 표면과 대향하는 부분)에 아크 반력이 집중하기 때문에, 용적을 들어 올림 힘이 커져, 그로뷸러 이행이 된다. 또, 실드 가스가 아르곤 가스 또는 아르곤의 혼합율이 높은 가스를 이용한 경우에는, 스프레이 이행이 된다.

용접 와이어(100)의 선단이 최하점에 위치하는 시점 T0 근방에 있어서의 용적은, 용융지 근방에 위치하고 있으므로 아크 길이가 짧아진다. 또, 시점 T0 이후는, 역송급 기간으로 전환된다. 즉, 용접 와이어(100)의 선단은, 끌어 올려지도록 이동한다. 성장한 용적 전체에는, 정송급 방향(모재(200)(도 1 참조)에 가까워지는 방향)으로의 관성력이 작용하고 있는데 비하여, 용접 와이어(100)에는 역방향(모재(200)로부터 멀어지는 방향)으로 이동하기 때문에, 용적은 보다 현수 형상으로 변화하여, 더욱 이탈이 촉진된다.

또한, 이탈이 예측되는 기간에서 용접 전류의 전류치를 베이스 전류 Ib로 전환해 두는 것으로, 피크 전류 Ip가 공급되는 기간보다, 아크 반력을 저하시킬 수가 있다. 이 결과, 용적을 들어 올림 힘이 더욱 약해져, 용적은, 한층 현수 형상이 되기 쉬운 상황이 된다.

또한, T0~T1의 기간은, 상술한 바와 같이, 와이어 선단의 용적이 용융지에 묻힌 「매립 아크」 상태가 되기 때문에, 용적에 대해, 핀치력 등을 기인으로 한 전단력이 작동하여, 이탈이 보다 촉진된다.

이와 같이, 용접 전류를 억제하고 있는 기간(전류 억제 기간) 중에, 용적을 용접 와이어(100)의 선단으로부터 이탈시키는 것으로, 스패터의 저감을 기대할 수 있다.

도 5의 설명으로 돌아온다.

전류 설정 신호 Ir을 베이스 전류 Ib로 전환한 전류 설정부(36)(도 2 참조)는, 시간 T가 베이스 전류 종료 시간 t2 이상인지 여부를 판정한다(스텝 5). 도 6에서는, 베이스 전류 종료 시간 t2의 최대치를 t2＇로 나타내고 있다.

스텝 5의 판정 결과가 부정(False)인 동안, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 베이스 전류 Ib를 출력한다(스텝 4).

베이스 전류 Ib의 공급이 개시된 후, 용접 와이어(100)의 선단은, 용적의 이탈을 수반하면서 최상점(선단이 모재(200)로부터 가장 멀어진 위치)까지 끌어 올려지도록 이동된다.

용적의 이탈 후는, 용접 와이어(100)를 용융시켜 용적을 형성하기 위해서, 베이스 전류 Ib의 공급 기간(전류 억제 기간)을 종료하고, 피크 전류 Ip를 공급하는 기간(전류 비억제 기간)으로 전환할 필요가 있다.

따라서, 베이스 전류 Ib의 공급은, 시점 T1~T2 사이에 종료하는 것이 바람직하다.

한편, 베이스 전류 Ib로부터 피크 전류 Ip로의 전환이 너무 빠르면, 용적의 성장이 과다하게 되어, 용접 와이어(100)가 최하점에 위치한 시점에서 단락이 발생하기 쉬워지고, 비대화 한 용적이 너무 솟아오르고, 비대화 한 용적이 이탈하기 어려워지는 등의 문제가 발생한다.

이 때문에, 더욱 바람직하게는, 베이스 전류 Ib의 공급 기간의 종료(베이스 전류 종료 시간 t2)는, 예를 들면 시점 T1을 기점으로 하여 시점 T2까지의 3분의 1로부터 시점 T2 사이로 한다.

스텝 5의 판정 결과가 긍정(True)이 되면, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 피크 전류 Ip의 출력을 개시한다(스텝 6).

계속하여, 전류 설정부(36)는, 시점 T0로부터 계측을 개시한 시간 T가 시점 T4가 되었는지 여부를 판정한다(스텝 7).

스텝 7의 판정 결과가 부정(False)인 동안, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 피크 전류 Ip를 출력한다(스텝 6).

한편, 스텝 7의 판정 결과가 긍정(True)이 되면, 전류 설정부(36)는, 스텝 1로 돌아온다.

이상의 제어에 의해, 전류 설정 신호 Ir은, 피크 전류 Ip와 베이스 전류 Ib를 주기적으로 반복하는 펄스 파형이 된다.

＜본 실시의 형태의 효과＞

이하, 본 실시의 형태에 따른 효과에 대해, 특허 문헌 1과 비교하면서 설명한다.

이하의 효과는, 레버러토리 실험 결과에 근거하고 있다.

용접 조건은, 정역 송급 주파수를 100Hz로 하고, 정역 진폭을 4.8mm로 하고, 용접 와이어(100)로서 Φ1.2mm의 솔리드 와이어(코베 제강소제 MG－50R)를 이용하고, 용접 와이어(100)의 송급 속도(와이어 송급 속도)를 평균 16m/min로 하고, 용접 수법으로서는 비드 온 플레이트를 이용했다.

도 7은, 특허 문헌 1에 따른 와이어 송급 속도, 용접 전류 및 용접 전압의 파형, 및 용적 이탈 타이밍을 나타낸 그래프이다. 와이어 송급 속도는, 가는 실선으로 나타내는 바와 같이, 평균 와이어 송급 속도(가는 파선)를 중심으로 한 정현파로서 주어진다. 여기서 와이어 송급 속도는 지령치이며, 평균 와이어 송급 속도는 검출치이다. 또, 굵은 실선은 용접 전류를 나타내고, 굵은 파선은 용접 전압을 나타낸다. 여기서 용접 전류는 지령치이며, 용접 전압은 검출치이다. 또한, 용적 이탈 타이밍은 ↓으로 나타내고 있다.

도 8은, 본 실시의 형태에 따른 와이어 송급 속도, 용접 전류 및 용접 전압의 파형, 및 용적 이탈 타이밍을 나타낸 그래프이다. 와이어 송급 속도는, 가는 실선으로 나타내는 바와 같이, 평균 와이어 송급 속도(가는 파선)를 중심으로 하여, 상측(정송급 측)에서 속도 진폭이 작아지고 있고, 하측(역송급 측)에서 속도 진폭이 커지고 있다. 또 정송급하고 있는 시간 폭이 역송급하고 있는 시간 폭보다 길다. 여기에서도 마찬가지로 와이어 송급 속도는 지령치이며, 평균 와이어 송급 속도는 검출치이다. 또, 굵은 실선은 용접 전류를 나타내고, 굵은 파선은 용접 전압을 나타낸다. 여기에서도 마찬가지로 용접 전류는 지령치이며, 용접 전압은 검출치이다. 또한, 용적 이탈 타이밍은 ↓으로 나타내고 있다.

이 도 7 및 도 8에 있어서, 와이어 송급 속도가 정송급으로부터 역송급으로 전환되는(즉 와이어 송급 속도가 평균 와이어 송급 속도와 교차하는 타이밍이다) 시점 T0로부터, 용적 이탈 타이밍까지의 시간을 계측했다. 계측 대상 기간은 10초 간의 용접 중, 용접 개시 3초 후로부터의 5초간이다.

도 9는, 특허 문헌 1에 따른 용적 이탈 타이밍의 계측 결과를 나타낸 그래프이다. 즉, PFR=50인 경우의 그래프이다. 이 그래프에 있어서, 이탈 타이밍의 분포는 3.2msec로부터 4.8msec까지 거의 고루 퍼져 있다.

도 10은, 본 실시의 형태에 따른 용적 이탈 타이밍의 계측 결과를 나타낸 그래프이다. 여기에서는 PFR=45인 경우의 그래프를 나타내고 있다. 이 그패프에 있어서, 이탈 타이밍의 분포는 대체로 3.0msec로부터 4.0msec까지 치우치고, 4.0msec 이후에 이탈하는 것은 특허 문헌 1에 비해 감소하고 있다.

다음에 도 11 및 도 12는, 전류 억제 기간 개시로부터 이탈까지의 시간을 계측한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 11은 특허 문헌 1에 있어서의 그래프이며, 도 12는 본 실시의 형태에 있어서의 그래프이다.

도 11로부터, 특허 문헌 1에서는, 전류 억제 기간보다 이탈이 늦어, 전류 비억제 기간에 이탈하고 있는 것이 많은 것을 알 수 있다.

한편, 도 12로부터, 본 실시의 형태에서는, 용적의 대부분이 전류 억제 기간에 이탈하고 있고, 전류 비억제 기간에 이탈하는 비율이 감소하고 있다는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 특허 문헌 1의 기술보다 되돌림 시의 와이어 송급 속도가 커지므로, 특허 문헌 1의 기술보다 전류 억제 기간에서 용적이 이탈하는 확률이 높아지는 것을 실증할 수 있었다. 스패터 저감 효과에 대해서는, 고속 카메라에 의한 관찰로 전류 비억제 기간에 용적이 이탈하면 스패터가 비산하는 모습이 확인되고 있으므로, 본 실시의 형태에 의해 스패터는 저감하는 것으로 추측된다.

또, 본 실시의 형태에서는, 특허 문헌 1의 기술보다 송출 시의 와이어 송급 속도의 최대 속도가 작아진다. 일반적으로 와이어 송급 속도가 커지면 컨택트 팁의 마모가 증가하는 것이 알려져 있기 때문에, 컨택트 팁의 마모가 저감한다고 하는 효과도 기대할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 도 12에 의하면, 용적의 이탈 타이밍이 특허 문헌 1의 기술보다 빠르게 되어 있고, 또한, 분포도 집중되어 있다. 이것으로부터, 전류 억제 기간은 불필요하게 길게 확보할 필요는 없고, 이탈 타이밍의 분포를 보아 설정하면 좋은 것을 알 수 있다. 따라서, 전류 억제 기간은 특허 문헌 1의 기술보다 짧게 설정할 수 있다.

여기서 와이어 송급의 주기 Tf는 일정하기 때문에, 전류 비억제 기간을 길게 하는 것이 가능해진다. 전류 비억제 기간은 용적을 성장시키는 기간이지만, 이것을 길게 취할 수가 있다고 하는 것은, 전류 비억제 기간의 전류치를 낮추어도, 목적한 용적 성장이 가능하게 된다. 용접 전류가 클수록 컨택트 팁의 마모가 진행하는 것은 일반적으로 알려져 있기 때문에, 전류 비억제 기간의 전류를 낮출 수 있는 것은, 컨택트 팁의 마모 저감으로 연결된다고 기대할 수 있다.

＜다른 실시의 형태＞

이상, 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상술의 실시의 형태에 기재된 범위로 한정되지 않는다. 상술의 실시의 형태에, 여러 가지의 변경 또는 개량을 가한 것도, 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것은, 특허 청구의 범위의 기재로부터 분명하다.

예를 들면 전술의 실시의 형태의 설명에서는, 진폭 송급 속도 설정부(21)(도 2 참조), 송급 속도 지령 설정부(22)(도 2 참조), 전류 설정부(36)(도 2 참조), 정역 속도 비율 설정부(38)(도 2 참조) 등을 용접 전원(150)(도 2 참조)에 내장하는 경우에 대해 설명했지만, 이것들을 로봇 컨트롤러(160)에 내장해도 좋다. 그 경우, 로봇 컨트롤러(160)에서는, 예를 들면, 도시하지 않은 CPU(Central Processing Unit)가, 도시하지 않은 ROM(Read Only Memory)에 기억된 프로그램을, 도시하지 않은 RAM(Random Access Memory)에 읽어 들여 실행하는 것에 의해, 이들의 기능부가 실현된다.

이와 같이, 본 발명은 상기의 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 실시 형태의 각 구성을 서로 조합하는 것, 및 명세서의 기재, 및 주지의 기술에 근거하여, 당업자가 변경, 응용하는 것도 본 발명이 예정하는 바이며, 보호를 구하는 범위에 포함된다.

본 출원은, 2020년 8월 17일 출원의 일본 특허 출원(특원 2020－137245)에 근거하는 것이고, 그 내용은 본 출원 중에 참조로서 원용된다.

10…아크 용접 시스템, 23…송급 구동부, 36…전류 설정부, 36A…전류 억제 기간 설정부, 36B…와이어 선단 위치 변환부, 100…소모식 전극(용접 와이어), 110…용접 토치, 120…용접 로봇, 130…송급 장치, 140…실드 가스 공급 장치, 150…용접 전원, 160…로봇 컨트롤러, 200…모재

Claims (8)

1. 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하고, 해당 와이어를 용융지에 단락시키지 않고 오픈 아크 상태에서 용적을 이탈시키는 용접 전원으로서,
   상기 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되도록 해당 와이어의 송급을 제어하는 송급 제어 수단과,
   상기 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 상기 와이어의 선단 위치에 따라 상기 용접 전류를 변화시키는 전류 제어 수단
   을 구비하고,
   상기 송급 제어 수단은, 상기 와이어의 선단이 상기 모재에 가장 접근한 위치인 최근점으로부터 상기 모재로부터 가장 멀어진 위치인 최원점에 도달할 때까지 시간을, 상기 와이어의 선단이 상기 최원점으로부터 상기 최근점에 도달할 때까지의 시간보다 짧게 하도록 제어하고,
   상기 전류 제어 수단은, 상기 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 상기 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 전원.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 송급 제어 수단은, 상기 와이어의 선단이 역송급되는 기간에 있어서의 해당 와이어의 송급 속도 진폭을, 해당 와이어의 선단이 정송급되는 기간에 있어서의 해당 와이어의 송급 속도 진폭보다 크게 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 전원.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전류 제어 수단은, 주기적으로 변동하는 상기 와이어의 선단 위치가, 상기 최근점 및 상기 최원점으로 규정되는 파고의 1/2의 위치보다 상기 모재 측에 위치하는 경우에, 상기 저전류 기간을 개시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 전원.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전류 제어 수단은, 상기 저전류 기간이, 상기 와이어의 선단이 정송급되는 기간으로부터 역송급되는 기간으로 전환되는 시점에 있어서의 해당 와이어의 선단 위치로부터, 역송급으로 전환된 해당 와이어의 송급 속도의 지령치가 최대가 되는 시점에 있어서의 해당 와이어의 선단 위치까지의 범위 내에서 개시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 전원.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 전류 제어 수단은, 상기 저전류 기간이, 역송급으로 전환된 상기 와이어의 송급 속도의 지령치가 최대가 된 시점에 있어서의 해당 와이어의 선단 위치로부터, 해당 와이어의 선단이 역송급되는 기간으로부터 정송급되는 기간으로 전환되는 시점에 있어서의 해당 와이어의 선단 위치까지의 범위 내에서 종료되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 전원.
6. 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하여 아크 용접하고, 해당 와이어를 용융지에 단락시키지 않고 오픈 아크 상태에서 용적을 이탈시키는 용접 시스템으로서,
   상기 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되도록 해당 와이어의 송급을 제어하는 송급 제어 수단과,
   상기 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 상기 와이어의 선단 위치에 따라 상기 용접 전류를 변화시키는 전류 제어 수단
   을 구비하고,
   상기 송급 제어 수단은, 상기 와이어의 선단이 상기 모재에 가장 접근한 위치인 최근점으로부터 상기 모재로부터 가장 멀어진 위치인 최원점에 도달할 때까지 시간을, 상기 와이어의 선단이 상기 최원점으로부터 상기 최근점에 도달할 때까지의 시간보다 짧게 하도록 제어하고,
   상기 전류 제어 수단은, 상기 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 상기 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 시스템.
7. 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하고, 해당 와이어를 용융지에 단락시키지 않고 오픈 아크 상태에서 용적을 이탈시키는 용접 전원의 제어 방법으로서,
   상기 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되도록 해당 와이어의 송급을 제어하는 스텝과,
   상기 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 상기 와이어의 선단 위치에 따라 상기 용접 전류를 변화시키는 스텝을 포함하고,
   상기 송급을 제어하는 스텝에서는, 상기 와이어의 선단이 상기 모재에 가장 접근한 위치인 최근점으로부터 상기 모재로부터 가장 멀어진 위치인 최원점에 도달할 때까지 시간을, 상기 와이어의 선단이 상기 최원점으로부터 상기 최근점에 도달할 때까지의 시간보다 짧게 하도록 제어하고,
   상기 용접 전류를 변화시키는 스텝에서는, 상기 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 상기 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 전원의 제어 방법.
8. 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하여 아크 용접하고, 해당 와이어를 용융지에 단락시키지 않고 오픈 아크 상태에서 용적을 이탈시키는 용접 시스템의 컴퓨터로 하여금,
   상기 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되도록 해당 와이어의 송급을 제어하는 기능과,
   상기 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 상기 와이어의 선단 위치에 따라 상기 용접 전류를 변화시키는 기능
   을 실현하게 하고,
   상기 송급을 제어하는 기능은, 상기 와이어의 선단이 상기 모재에 가장 접근한 위치인 최근점으로부터 상기 모재로부터 가장 멀어진 위치인 최원점에 도달할 때까지 시간을, 상기 와이어의 선단이 상기 최원점으로부터 상기 최근점에 도달할 때까지의 시간보다 짧게 하도록 제어하고,
   상기 용접 전류를 변화시키는 기능은, 상기 와이어의 선단이 역송급되는 기간 내에, 상기 용접 전류를 미리 정한 전류치보다 저하시키는 저전류 기간을 마련하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 프로그램.

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