KR880000633B1 - 직류 아아크 용접장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

직류 아아크 용접장치

제1도는 종래의 직류 아아크용접장치를 표시한 블럭도.

제2도는 출력전류 귀환회로의 구체적 구성을 표시한 회로도.

제3도는 전류제어 신호 출력 회로의 구체적 구성을 표시한 회로도.

제4도는 구동회로의 구체적 구성을 표시한 회로도.

제5도는 종래장치에 의한 대표적인 출력전류파형도.

제6도는 본 발명의 일실시예에 의한 직류 아아크 용접 장치를 표시한 블럭도.

제7도는 비교기의 구체적 구성을 표시한 회로도.

제8(a)도는 소모전극식 용접을 실시할 경우의 대표적인 아아크 전압파형도.

제8(b)도는 스팟타가 다량으로 발생할 경우의 용접 전류파형도.

제8(c)도는 스팟타 발생이 소량일 경우의 용접 전류파형도.

제9도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 직류 아아크 용접장치를 표시한 블럭도.

제10도는 정전류 특성의 용접장치와 정전압 특성의 용접장치와를 교체하기 위한 구성도.

본 발명은 스윗칭 소자를 사용한 직류아아크 용접장치의 개량에 관한 것이다. 종래 이들 장치로서는 제1도에 도시한 바와 같은 것이 있었다.

제1도에 있어서 (1)은 용접용 변압기등을 포함한 직류전원장치,

(2)는 직류전원장치(1)에서의 출력전류를 제어하는 스윗칭소자, 이 스윗칭소자는 파워트랜지스터의 단독사용 또는 파워트래지스터의 병열 접속된 것으로 구성된다.

(3)(4)는 직류아아크 용접장치의 출력단자,

(5)는 출력단자(3)에 접속된 용접전극, (7)은 출력단자

(4)에 접속된 피용접물(이하 모재라고 한다),

(6)은 전극(5)와 모재(7) 사이의 아아크,

(8)은 션트(Shunt) 저항등의 전규검출소자,

(9)는 전류검출소자(8)의 신호를 증폭하는 출력전류귀환회로,

(10)은 양단자간에 일정전압이 인가된 가변저항기이고, 이것에 의하여 출력전류설정신호를 출력하고 있다.

(11)은 출력전류 귀환회로(9)에서의 출력전류 귀환신호, 즉, 검출전류와 가변저항기(10)으로 부터의 출력전류 설정신호를 비교 증폭하는 전류제어신호 출력신호,

(12)는 전류 제어 신호 출력회로에서의 출력신호를 증폭하여 스윗칭소자의 개폐를 제어하는 신호를 출력하는 구동회로,

(13)은 프라이 훼일 다이오드,

(14)는 직류 리아크터이다.

이 종래 장치를 구성하는 출력전류 귀환회로(9), 전류 제어신호 출력회로(11), 구동회로(12)의 구체적 회로구성에 대하여 설명한다.

출력전류 귀환회로(9)는 제2도에 표시한 바와 같이 저항 R₁, R₂및 증폭기 IC₁에 의하여 구성되어, 전류 검출소자(8)에 의하여 검출된 검출전류를

배로 증폭하고, 신호 eif 를 출력하는 것이다.

전류 제어신호 출력회로(11)는 제3도에 표시한 바와 같이 저항 R₃-R₇, 증폭기 IC₂, 다이오드 D₁, 발광다이오드 D₂와 포토 트란지스터 TR₁으로 된 포토카프라에 의하여 구성되었으며, 이에 있어 저항 R₃, R₄의 저항치를 동등하다고 하면, 증폭기 IC₂의 반전입력 단자의 값은 (eif+eis)/2가 되려고 한다.

또한 정전입력단자의 값 e₁은 증폭기 IC₂의 출력을 e₂로 하면 다음식이 된다.

이러함으로 (eif+eis)/2>e₁인 때에는 e₂<0, (eif+eis)/2<e₁인 때에는 e₂>0로 되어 이 비교시의 e₁은 e₂의 값에 의하여 다르게 되어 e₂가 정수에서 부수가 될때의 출력전류 귀환회로(9)에서의 신호 eif 의 값과, e₂가 부수에서 정수로 되는때의 신호 eif 의 값과에 차가 생겨 히스테리시스(hysteresis)특성을 가지게 된다.

이와 같이 증폭기 IC₂의 출력 e₂가 e₂>0인 때 발광 다이오드 D₂에 순(順)전류를 흐르게 하여 트란지스터 TR₁을 구동하게 된다.

또한 구동회로(12)는 제4도에 표시한 바와 같이 전원 E, 저항 R₈-R₁₃및 트란지스터 TR₂~TR₅의 트란지스터 다단 접속회로로 되어 전류 제어신호 출력회로(11)의 포토트란지스터 TR₁의 작동에 따라서 스윗칭소자(2)를 개폐제어하는 신호 e₆을 출력하는 것이다.

다음에 제1도로 표시한 종래장치의 동작에 대하여 설명한다.

우선, 스윗칭소자(2)가 도통할 때에는 직류전원장치(1)에서 스윗칭소자(2)→직류리아크터(14)→출력단자(3)→전극(5)→아아크(6)→모재(7)→출력단자(4)→전류검출소자(8)→직류전원장치(1)의 경로로 출력전류가 흐른다.

일방 스윗칭소자(2)가 도통상태에서 비도통상태가 되면 직류리아크터(14)의 영향에 의하여 직류 리아크터(14)→출력단자(3)→전극(5)→아아크(6)→모재(7)→출력단자(4)→전류검출소자(8)→프라이훼일 다이오드(13)→직류리아크터(14)의 경로로 전류가 흐른다. 또한 직류리이크터(14)의 영향에 의하여 스윗칭소자(2)가 도통상태가 되었을때의 전류의 상향 특성 및 비도통상태가 되었을때의 전류의 하향특성을 소정의 시정수(時定數)를 보유하는 특성이 된다.

한편 출력전류 귀환회로(9)에서는 전류검출소자(8)에서의 신호를 증폭하고, 전류제어 신호출력회로(11)에서는 출력전류 귀환회로(9)에서의 신호 eif 와 가변저항기(10)에 의하여 설정된 설정신호 eis 와를 비교 증폭하고, "고" "저" 2종류의 신호를 구동회로(12)에 출력한다. 다음, 구동회로(12)에서는 회로(11)에서의 신호가 "고" 신호시에 스윗칭소자(2)를 "도통"으로 하고, "저"신호시에 스윗칭소자(2)를 "비도통"으로 한다. (이 역의 동작이어도 된다).

여기에 있어서 스윗칭소자(2)가 "도통"을 시작하는 전류(또는 "비도통"을 마치는 전류) ION 과 "비도통"을 시작하는 전류(또는 "도통"을 마치는 전류) IOFF 와의 사이에, 제5도에 표시한 바와 같이 ION<IOFF 의 관계가 성립하도록 히스테리시스 특성이 있는 전류제어신호 출력회로(11)로써 제어하므로서, 아아크(6)부에 일정한 전류를 흐르게 할 수 있게 되는 것이다.

또한 가변저항기(10)에 의하여 설정전류치를 변경하므로서, 아아크(6)부에 흐르는 출력전류를 소정치로 변화시킬수 있는 것이다.

종래의 직류아아크 용접장치는 상기한 바와 같이 구성되어 있어, 부하의 변동에 의하여서도 출력전류가 변화하지 않는 정전류특성을 보유하고 있다. 그러므로 이와 같은 장치는 정전류특성의 용접장치가 사용되었던 분야, 즉 비소모전극을 사용한 TIG 용접등의 분야에서는 적용이 되었지만, 전극(5)로서 소모전극을 사용하고 용접을 실시할 경우에는 아아크의 자기제어작용이 얻어져 아아크 길이가 일정하게 유지되어 안정된 용접이 이루어지는 정전압 특성이 용접장치가 사용되는 경우가 많았다.

즉, 정전류특성의 용접장치에서는 아아크의 자기제어작용이 되지 않고 스동등의 아아크길이의 변동이 있어도 그것을 짧은 시간에 원상태로 귀환시킬수 없기 때문에 전극(5)로써 소모전극을 사용할 경우, 아아크 길이의 변동을 아아크전압으로 검출하고, 소모전극의 송급속도를 제어할 필요가 있다.

그러나, 현재 일반적으로 사용되고 있는 전극 송급용 모우터는 응답성이 나쁘고, 펄스모우터등의 응답성이 좋은 모우터를 사용하지 않으면 아니되었다. 이때문에 정전류특성의 용접기를 이 소모전극식 용접에 사용할 경우에는 회로방식이 복잡하고 고가로 되는 결점이 있었다.

본 발명은 간단한 구성이 정전압특성을 보유하는 직류 아아크 용접장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적은 정전류특성과 정전압 특성을 쉽게 교환할 수 있는 직류 아아크 용접장치를 얻는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 용접전류의 라이스(rise), 훨(fall) 속도를 쉽게 조절할 수 있는 직류 아아크 용접장치를 얻고자 하는 것이다.

본 발명은 이러한 목적들을 달성하기 위하여 용접전극과 피용접물과의 사이에 스윗칭소자를 통하여 전류를 공급하는 직류전원, 용접전극과 피용접간의 검출전압과 미리 설정된 설정전압과를 비교하여 차(差)신호를 출력하는 비교기, 용접전극과 피용접물과의 사이에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출소자, 전류검출소자에 의하여 검출된 검출전류와 미리 설정된 설정전류에 상당하는 비교기에서의 차신호와를 비교하여 제어신호를 출력하는 전류제어신호 출력회로, 제어신호가 입력되어 스윗칭소자의 개폐를 제어하는 신호를 출력하는 스윗칭소자의 구동회로로 구성되는 것이다.

본 발명의 일실시예를 도면에 따라서 설명한다.

제6도는 본 발명이 일실시예를 표시한 것으로, 도면중(15)는 양단자 사이에 일정전압이 인가된 가변저항기이고, 전압설정기를 구성하고 있으며, 이것에 의하여 출력전압을 설정하고 있다. (16)은 출력단자(3)(4)에서의 출력전압의 검출신호와 가변저항기(15)에 의하여 설정된 출력전압 설정신호와를 비교하여 적분 증폭하는 비교기이다.

다른 부호로서 제1도와 동일한 것은 동일 또는 상단부분을 표시한 것이며, 설명은 생략한다. 즉, 본 실시예장치는 제1도에 표시한 종래 회로에 비교기(16)를 부가하여 스윗칭 소자가 "도통"을 시작하는 전류 ION과 "비도통"을 시작하는 전류 IOFF 를 제어하도록 한 것이다.

다음에 비교기(16)의 구체적 구성을 제7도에 의하여 설명한다. 비교기(16)는 저항 R₁₄~R₂₀, 증폭기 IC₃, IC₄, 콘덴서 C₁및 다이오드 D₃에 의하여 구성되어, 가변저항기(15)에 의한 설정전압 evs가 증폭기 IC₃의 반전입력단자에 입력되어 단자(3)과 증폭기 IC₃의 반전입력단자가 저항 R₁₅를 개재 접속되어 단자(4)와 증폭기 IC₃의 정전 입력단자가 저항 R₁₆을 개재 접속되며, 저항 R₁₇은 증폭기 IC₃의 정전입력단자와 접지단자와의 사이에 접속되며, 증폭기 IC₃의 출력단자와 반전입력 단자와의 사이에 다이오드 D₃, 콘덴서 C₁및 저항 R₁₈의 병열 회로가 접속되며, 증폭기 IC₃의 출력단자와 증폭기 IC₄의 반전입력단자와의 사이에 저항 R₁₉가 접속되며, 증폭기 IC₄의 정전입력단자는 접지단자에 접속되며, 증폭기 IC₄의 출력단자와 반전입력단자와의 사이에 저항 R₂₀이 접속되며, 증폭기 IC₄에서의 출력신호 eis 가 전류 제어신호 출력회로(11)에 입력된다.

더우기, 콘덴서 C₁은 귀환신호 evf 가 아아크 부하상태에 따라서 급격하게 변화되므로 증폭기 IC₃의 출력신호가 그것에 순간적으로 반응하지 않게 삽입되어 적분회로를 구성하고 있다.

다음 제6도의 실시예장치 동작에 대하여 설명한다.

우선, 출력단자(3)(4)에서의 출력전압의 검출신호 evf 와 가변저항기(15)에 의하여 설정된 출력전압 설정신호 evs 와를 비교기(16)으로 비교하고, 적분 증폭한다.

다음, 비교기(16)의 출력신호 eis'와 출력전류 귀환회로(9)에서의 신호 eif 와를 전류제어신호 출력회로(11)로서 비교 증폭함으로써 출력전류 ION 및 IOFF를 제어하고 평균출력전류를 제어한다.

제1도의 종래 회로에 있어서는 출력전류의 설정신호 eis 는 출력단자(3)(4)사이의 부하상태에 관계없이 일정하였으나, 제6도의 실시예 회로에서는 종래 회로의 출력전류의 설정신호 eis에 상당하는 비교기(16)의 출력신호 eis'를 변화하도록 되어 있다.

즉, 가변저항기(15)에 의하여 설정되는 출력전압의 설정치보다도 실제의 출력전압치가 낮을 경우에는 비교기(16)의 출력신호 eis'가 증가되어 출력전류를 증가 시키고 있다. 역으로 가변저항기(15)에 의하여 설정되는 출력전압의 설정치보다도 실제의 출력전압치가 높은 경우에는 비교기(16)의 출력신호 eis'가 감소되어 출력전류를 감소시키고 있다. 이와 같이 하여 출력전압을 귀환하여 출력전압의 설정신호와 비교증폭하고, 이 비교 증폭후의 신호로 출력전류를 제어하고 있으므로 출력단자(3)(4)간의 부하가 변동되어도 출력전압이 일정하게 되는 정전압 특성이 있는 용접장치가 된다.

소모전극을 사용한 용접을 실시할 경우의 대표적인 아아크 전압파형을 제8(a)도로 표시한다. 이와 같이 소모전극식 용접에 있어서는 부하상태가 급격하게 변화할 경우가 많다. 예를 들면, 단락이행용접을 실시할 경우 단락상태와 아아크 상태와를 반복하게 되기 때문에 전압이 변동되게 된다. 그런데, 이 부하의 변동에 의하여 제8(b)도에 표시한 바와 같이 급격하게 용접전류가 변화된 경우 용접전류의 피이크치가 현저하게 높아져서 대립(大粒)의 스팟타를 다량 발생하게 된다.

이때문에 비교기(16)내에 적분증폭(지연요소)기능을 갖게 함으로써 부하상태가 급격하게 변화되어 출력전압이 급변하여도 출력전류의 변화를 완만하게 할수 있다.

이상태를 제8(c)도에 표시한다. 이와 같이 하므로서 스팟타의 발생을 격감시킬수 있는 것이다. 더우기, 상기 실시예에서는 출력전압의 귀환을 출력단자(3) 및 (4)사이에서 이루어지게 하였으나, 이 출력전압의 검출은 제9도에 표시된 바와 같이 아아크(6)의 근방에서 검출하고 귀환하여도 된다. 더우기, 정전압특성의 용접장치와 정전류특성의 용접장치와를 교체 선택할 수 있는 구성을 제10도에 표시한다.

즉, 가변저항기(15)와 비교기(16)의 사이 및 비교기(16)와 전류제어 신호출력회로(11)과의 사이에 각각 2극 쌍투형 스윗치 SW₁을 접속하고, 이 스윗치 SW₁을 정전압특성의 Cp 단자측과, 정전류특성의 CC 단자측으로 교환하므로서 쉽게 특성교체를 할수 있는 것이다.

또한 비교기(16)을 단순하게 비교증폭회로로서 사용하고 출력전류의 라이스는 직류 리아크터(14)의 값을 크게 함으로써 제어하여도 된다.

상기한 바와 같이 본 발명 장치에 의하면 출력전압을 검출하고, 출력전압의 검출신호와 출력전압이 설정신호와를 비교 증폭한 신호로 출력전류를 제어하도록 하였으므로 정전압특성을 가진 용접장치가 쉽고, 저렴한 값으로 얻을 수 있으며, 또한 정밀도가 우수한 용접을 할수 있는 용접장치를 얻게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (9)

1. 용접전극과 피용접물과의 사이에 스윗칭소자를 개재하여 전류를 공급하는 직류전원, 이 용접전극과 피용접물간의 검출전압과 미리 설정된 설정전압과를 비교하고 차신호를 출력하는 비교기, 상기 용접전극과 피용접물과의 사이에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출소자, 상기 전류검출소자에 의하여 검출된 검출전류와 미리 설정된 설정전류에 상당하는 상기 비교기로 부터의 차신호와를 비교하여 제어신호를 출력하는 전류제어 신호출력회로, 상기 제어신호가 입력되어 상기 스윗칭소자의 개폐를 제어하는 신호를 출력하는 상기 스윗칭소자의 구동회로를 구비한 것을 특징으로 하는 직류 아아크 용접장치.
2. 제1항에 있어서, 스윗칭소자로서 최소 1개의 파워 트란지스터를 사용하는 것.
3. 제1항에 있어서, 비교기로 비교되는 설정전압은 전압설정기에 의하여 미리 설정되는 것.
4. 제3항에 있어서, 전압설정기는 가변저항기로 되어 있을것.
5. 제3항에 있어서, 전압설정기와 비교기의 사이 및 비교기와 전류제어신호출력신호의 사이에 각각 2극 쌍투형스윗치를 접속하고, 상기 스윗치를 스윗칭함으로써, 전압설정기와 전류제어신호 출력회로를 접속시키게 한것.
6. 제1항에 있어서, 비교기는 검출전압과 설정전압과를 비교하여 적분증폭하는 것일것.
7. 제6항에 있어서, 비교기내의 적분기능을 조정하여 용접전류의 라이스와 휠 속도를 조정하는것.
8. 제6항에 있어서, 직류 리아크터가 스윗칭소자에 직열 접속되어 있을것.
9. 제7항에 있어서, 직류 리아크터의 정격을 조정하여 용접전류의 라이스, 휠 속도를 조정할 것.

Images