KR890002517B1 - Out put control of short circuit welding power source - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도는 용적(molten drop)이 형성되어 이행되는 단계를 보여주는 개략도.1 is a schematic diagram showing the steps in which a molten drop is formed and carried out.
제 2 도는 종래의 소모전극 아아크 용접방법에 있어서 용접 전류 및 전압의 파형도.2 is a waveform diagram of a welding current and a voltage in a conventional method of welding a consumed electrode arc.
제 3 도는 본 발명 방법에 따른 소모전극 아아크용접에 있어서 용접전류 및 전압의 파형도.3 is a waveform diagram of a welding current and voltage in arc welding of a consumed electrode according to the method of the present invention.
제 4 도 및 제 5 도는 본 발명의 예 2에 있어서 오실로스코프상에 나타난 용접전류 및 전압의 파형도.4 and 5 are waveform diagrams of welding current and voltage shown on an oscilloscope in Example 2 of the present invention.
제 6 도 및 제 7 도는 종래방법을 나타내는 비교예 2에 있어서 오실로스코프상에 나타난 용접전류 및 전압의 파형도.6 and 7 are waveform diagrams of welding current and voltage shown on an oscilloscope in Comparative Example 2 showing a conventional method.
제 8 도는 본 발명을 구체화한 출력제어 시스템의 블록도.8 is a block diagram of an output control system embodying the present invention.
제 9 도는 제 8 도 시스템의 제어에 따른 단락전류 및 종래의 전원에 의한 단락전류의 상승특성을 나타낸 도.9 is a diagram showing rise characteristics of a short circuit current according to the control of the FIG. 8 system and a short circuit current by a conventional power supply.
제10도는 용접전압의 변화로부터 단락위상에 있어서 네킹(necking)의 검출을 설명하기 위하여 사용된 용접전류 및 전압파형도.Figure 10 is a weld current and voltage waveform diagram used to illustrate the detection of necking in a short circuit phase from changes in the weld voltage.
제11도는 제10도의 원리에 따라 동작하도록 구성된 출력 제어 시스템의 블록도.11 is a block diagram of an output control system configured to operate in accordance with the principles of FIG.
제12도는 2차함수의 와이어 공급속도를 나타낸 도.12 is a diagram showing the wire feed rate of the secondary function.
제13ㅗ는 직선함수의 와이어 공급속도를 나타낸 도.Fig. 13 is a diagram showing the wire feed speed of the linear function.
제14도는 와이어 공급속도와값 사이의 관계를 나타낸 도.14 shows the wire feed rate Figure showing the relationship between values.
제15도는 첨두치 아아크전류(IAP)와 첨두치 전류 보유시간(TAP) 사이의 관계를 보여주는 도.FIG. 15 shows the relationship between peak-peak arc current I AP and peak-current retention time T AP .
제16도는 상이한 용접 전류변화 속도에서 용접전압과 전류사이의 관계를 보여주는 도.16 shows the relationship between welding voltage and current at different welding current change rates.
본 발명은 용접전원을 제어하는 방법, 특히 단락상과 아아크상이 교대로 소모전극과 모재사이에서 얼아나는 단락용접에 있어서 전원의 출력을 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling a welding power source, particularly a method for controlling the output of a power source in short circuit welding in which a short phase and an arc phase alternately freeze between the consumed electrode and the base material.
제 1 도에는 교대로 단락 및 아아크상이 일어나는 소모전극 용접과정의 1주기내에 용적이 형성되어 이행되는 연속단계가 표시되어 있다. 이 도면에서 1은 소모전극(후에 간결하게 “용접와이어”로 단순히 부름), 2는 용접와이어(1)의 팁단에 형성된 용적, 3은 아아크, 4는 용접푸울 또는 가공물이다. 더우기, (a)는 용적(2)이 용접푸울(4)과 접촉을 시작하는 단락의 초기단계를 표시하며, (b)는 용적(2)이 용접푸울(4)과 접촉하여 이행되는 단락의 중간단계를 표시하며, (c)는 네킹이 용접푸울(4)로 용적(2)이 이행되는 결과로 용접와이어(1)와 용접푸울(4) 사이에서 발생하는 단락의 최종단계를 표시하며, (d)는 아아크(3)를 재시도하는 순간을 표시하고, (e)는 용접와이어(1)의 팁단이 용융되어 팁단에서 용적(2)이 증가하고 있는 초기 아아크 단계를 표시하며, (f) 및 (g)는 용접푸울(4)과 접촉하려는 용적(2)에 의해 단락을 형성하기 바로전의 아아크단계를 표시한다. 단계(a) 내지 (g)는 용접동작시에 되풀이 된다.FIG. 1 shows a continuous step in which a volume is formed and carried out within one period of the electrode welding process in which a short circuit and arc phase alternately occur. In this figure, 1 is a consumable electrode (hereinafter simply referred to simply as “welding wire”), 2 is a volume formed at the tip end of the
제 2 도를 참고로 하면 리액터의 조합사용에 의해 일정한 전위특성을 가지는 종래의 용접전원의 용접 전류 및 전압의 파형도가 표시되어 있다. 제 2 도에서 참조문자(a) 내지 (g)는 파형의 상세한 점들을 지시하며 각각 제 1 도의 용적형성 및 이행단계(a) 내지 (g)에 대응한다.Referring to FIG. 2, a waveform diagram of a welding current and voltage of a conventional welding power source having a constant potential characteristic by using a combination of reactors is shown. In Fig. 2, reference characters (a) to (g) indicate the details of the waveform and correspond to the volume forming and transitioning steps (a) to (g) of Fig. 1, respectively.
이와같은 종래의 용접전원인 경우에 자주 다음과 같은 여러가지 문제가 발생하곤 한다. 즉, (a) 단계에서 용접전류는 용적(2)과 용접푸울(4) 사이에 단락후 즉시 일정한 시정수로 증가를 시작하면 만약 용적(2)과 용접푸울(4)의 접촉부(A)의 단면적이 작을 경우, 즉 용적(2)이 용접푸울(4)로 이행되기 전에 용접전류가 증가하게 될 경우, 단락은 붕괴되고 아아크가 발생되어 스패터현상이 야기된다. (c) 및 (d) 단계에서는 네킹이 용적(2)에 발생되며 단락이 붕괴되어 다시 아아크가 발생된다. 용접전류는 이와같은 재아아킹 시간에 첨두치에 도달하며 많은 양의 스패터가 용접푸울(4)과 진동하는 아아크의 반발성 에너지에 의해 생성된다. 아아크의 개시에 이어 발생하는 단계(d) 및 (e)에 있어서 바로앞의 단락주기가 길었던 경우 용접전류는 증가하고 짧은 단락주기로 선행된 경우 용접전류는 감소된다. 따라서 (d)단계에서 용적(2)크기가 형성되며 (e) 및 (f)단계에서는 불규칙하게 되며 만악 크기가 너무 작을 경우 용접와이어(1)의 비용융부는 (g)단계에서 용접푸울(4)로 삽입되며 따라서 매우 불안정한 상태에서 용접동작이 시행된다. 더우기 용접전류는 단락을 촉진하기 위하여 용접푸울을 향하여 용적(2)을 전진시키도록 (g)단계에서 작아져야 한다. 그러나, 이 단계에 있어서 회로내의 인덕턴스(L), 출력전압(E) 및 등가저항(R)에 따라서 제 2 도에 표시된 바와같이값에 비례하여 용접전류는 전류(I=E/R)를 향하여 감소한다. 그러나 용접전압이 높은 평균값을 가질 경우, 즉 용접전류가 높은 평균값을 가질 경우 큰 전류가 (g)단계에서 흐르게 되어 단락화를 억압시킨다. 그밖에 용접전원이 일정한 전위특성을 가질때 전류증가에 의해 아아크 길이의 감소가 초래된다. 결과적으로 단락화가 매우 어렵게 되어 용적이 큰 크기로 성장하며 불규칙한 단락주기뿐 아니라 매우 큰 용적이 튀는 결과가 발생된다.In the case of such a conventional welding power source, various problems often occur as follows. That is, in step (a), if the welding current starts to increase with a constant time constant immediately after the short circuit between the
이와 관련된 종래기술의 U.S. 특허 제3,792,225호의 4컬럼 43-63줄에 나타나 있다.Related art U.S. 4 column 43-63 of patent 3,792,225.
상기한 바와 같은 기술의 상황의 점에 있어서, 본원의 목적은 단락과 아아크상을 교대로 반복하는 상태를 안정화시킴에 의해서 스패터링을 감소시키는 방법으로 소모전극 아아크 용접전원의 출력레벨을 제어하는 방법을 제공하는데 있다.In view of the state of the art as described above, an object of the present application is a method of controlling the output level of a consumable electrode arc welding power supply in a manner to reduce sputtering by stabilizing alternately repeating short circuits and arc phases. To provide.
본 발명의 좀더 상세한 목적은 스패터링이 감지할 수 있는 정도로 감소된 상태로 안정되게 높은 성능을 보장하는 방법으로 소모전극 침지 이행용접의 단락 및 아아크상에서의 전원의 출력을 제어하기 위한 방법을 제공하는 것이다.A more detailed object of the present invention is to provide a method for controlling the output of the power supply on the short circuit and arc of the immersion electrode immersion transition welding in a manner that ensures a stable and high performance in a state that sputtering is reduced to a detectably reduced level. will be.
본 발명의 다른 목적은 용융금속과 아아크와의 반응을 고려하여 침지이행 용접에 있어서 최적레벨의 전원출력뿐 아니라 아아크 연장길이, 용접와이어 공급속도 또는 용접동작의 질에 역영향을 미치는 다른 조건들의 변화를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to consider the reaction between molten metal and arc, in addition to the optimum level of power output in immersion welding, as well as changes in other conditions that adversely affect the arc extension length, welding wire feed rate or quality of welding operation. To provide a way to control it.
본 발명의 기본적인 특징에 따르면 단락상 및 아아크상이 교대로 시일드개스 분위기속에서 소모전극과 가공물사이에서 발생하는 소모전극 아아크용접의 전원출력을 제어하는 방법에서 본 방법은 소모전극과 가공물 사이에 단락의 설정에 따라 비교적 저레벨의 제 1 값에 용접전류를 유지하는 제 1 단계 ; 제 1 단계에 이어서 비교적 고레벨의 제 2 값으로 용접전류를 유지하는 제 2 단계 ; 전극과 가공물 사이의 단락 용융금속의 붕괴의 예고로서 네킹의 검출에 따라 저레벨의 제 3 값으로 용접전류를 낮추는 제 3 단계 ; 제 3 단계의 끝부분에서 전극과 가공물 사이의 틈을 가로질러 아아크가 발생함과 동시에 평균용접 전류치를 초과하는 비교적 고레벨의 제 4 값으로 용접전류를 유지하는 제 4 단계 ; 및 아아크 길이의 변화에 관계없이 일정한 레벨의 전류를 공급하기 위하여 실질적으로 일정한 전류특성의 제어에 따라 전극과 가공물 사이의 틈이 단락될때까지 비교적 저레벨의 제 5 값으로 용접전류를 유지하는 제 5 단계로 구성되는 동작주기를 반복하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.According to the basic feature of the present invention, in the method of controlling the power output of the arc electrode arc welding, in which the short and arc phases alternately occur between the electrode and the workpiece in the shield gas atmosphere, the method is a short circuit between the electrode and the workpiece. A first step of maintaining the welding current at a relatively low level first value in accordance with the setting of? A second step of maintaining the welding current at a second value of a relatively high level following the first step; A third step of lowering the welding current to a low level third value upon detection of the necking as a notice of collapse of the short-circuit molten metal between the electrode and the workpiece; A fourth step in which arcing occurs across the gap between the electrode and the workpiece at the end of the third step, while maintaining the welding current at a relatively high level of fourth value exceeding the average welding current value; And a fifth step of maintaining the welding current at a relatively low level fifth value until the gap between the electrode and the workpiece is shorted under the control of a substantially constant current characteristic to supply a constant level current regardless of the change in arc length. There is provided a method comprising repeating an operation cycle consisting of.
본 발명의 상기한 방법은 이후에 상세히 논의될 다른 원리 또는 다른 변수들에 작용하는 여러가지 수단에 의해 감소될 수 있다.The above described method of the present invention can be reduced by various means acting on other principles or other variables which will be discussed in detail later.
본 발명의 상기한 그리고 다른 목적, 특징 및 이점들이 다음 설명 및 첨부된 청구범위로 부터 명백하게 될 것이며 본 발명의 바람직한 몇개의 실시예에 의해 보여지는 첨부된 청구범위와 관련하여 행하여진다.The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims, taken in conjunction with the appended claims shown by some preferred embodiments of the invention.
본 발명은 용접와이어와 가공물 사이의 틈을 가로질러 발생되는 아아크로 둘러쌈에 의해 노즐로부터 시일드개스를 불어넣는 동안 접촐튜브를 통해 가공물을 향하여 용접와이어가 공급되며 아아크상과 단락상을 교대로 되풀이 하는 소모전극 아아크용접에 있어서 전원의 출력제어에 관한 것이다.In the present invention, the welding wire is supplied toward the workpiece through the contact tube while the shield gas is blown from the nozzle by the arc enclosing across the gap between the welding wire and the workpiece, and the arc and short phases alternately. The present invention relates to output control of a power source in repeated arc arc welding.
제 3 도를 참조하면 교대로 단락 및 아아크상을 포함하는 소모전극 아아크 용접과정중에 용접전류에 대해 상세한 연구의 결과로서 최적이 되도록 알려진 전류 및 전압의 출력파형이 표시되어 있다. 제 3 도에서 전류전압파형에 위에 특정한 점을 지적하는 참조문자(a) 내지 (g)는 각각 제 1 도의 용적을 형성하여 이행하는 단계(a) 내지 (g)와 대응한다.Referring to FIG. 3, the output waveforms of known currents and voltages are shown to be optimal as a result of a detailed study on the welding current during the arcing electrode arc welding process including alternating short and arc phases. In Fig. 3, reference characters (a) to (g) pointing out specific points above the current voltage waveforms correspond to steps (a) to (g), respectively, which form and implement the volume of Fig. 1.
(a) 및 (b) 단계에서 용접와이어(1)와 용접푸울(4)의 단락후 즉시 용접전류는 용적(2) 및 용접푸울(4)의 접촉부(A)가 용적(2)과 용접푸울(4)사이의 강한 접촉을 방해하는 용접전류의 힘을 약하게 하지 않도록 저레벨(ID)로 되어야 한다. 전류는 1 내지 4msec시간 주기(TD)동안 최적으로는 1.5 내지 2.5msec동안 저레벨(ID)로 유지된다. 용적(2)과 용접푸울(4)사이의 접촉부(A)에 전류의 핀칭력이 미치지 않게 하기 위하여 전류는 가능한한 적은것이 요망되며 일반적으로 100A 미만이다. 용접와이어(1)가 낮은 공급속도인 경우 전류(ID)는 그것보다 더 낮아야만 된다는 사실이 또한 확인되었다.Immediately after the short-circuit of the
용적(2)과 용접푸울(4) 사이의 결합이 강하게 되는 (b)단계에서 적당한 쥬울에너지 및 핀칭력을 가진 고전류(ISP)가 인가되어 용접푸울(4)로 용적(2)의 이행을 가속시킨다. 이 첨두치전류는 용접와이어의 비용융부분이 용접푸울(4)로 삽착되기 전에 용적(2)의 이행을 재촉하고 이행후에 용융금속의 네킹을 재축하는 목적으로 가해진다. 첨두치전류(ISP)가 가해지지 않는다면 용접상태가 극히 불안정해 진다. 첨두치전류(ISP)는 네킹이 용융금속(2)에서 발생되는 단계(c)까지 여장된 사간동안 가해지며 이시간은 1 내지 5mese범위에서 변하며 특정값으로 제안하는 것은 어렵다. 그러나 네킹의 범위에 따라서 첨두치전류(ISP)의 적용을 중지시키도록 하여 자동적으로 전류를 제어하기 위하여 용접와이어와 가공물을 통한 저항, 전압 또는 전류의 변화에 의해 용융금속의 네킹을 검출하는 것이 필요하다. 예를들면 용융금속의 네킹은 용접와이어와가공물을 통한 일정한 시간(미분값 dv/dt)당 전압변화 또는 후에 설명될 여러가지 방법에 의해 검출될 수 있다.In step (b) where the coupling between the
네킹이 용융금속(2)에서 발생하는 (c)단계에서 용접전류는 급격하게 저레벨(IRA)로 감소되며 다음의 (d)단계에서 틈을 통해 아아크가 발생된다. (c)단계에서 용접전류의 급격한 저하가 실행되는 것은 용적(2)이 용융금속(2)의 네크부의 붕괴에 따른 아아킹 및 아아크 발생시에 용접푸울에 가해지는 아아크 압력을 약하게 함에 의해서 부분적으로 스패터되는 것을 막기 위한 것이다, 만약 아아크 압력이 강해지면 용접푸울(4)은 비이드 외주를 향하여 밀려지는 비이드가 나타나거나 용접푸울의 일부가 스패터되는 경우에 균일성이 손상받는다.In step (c) where the necking occurs in the molten metal (2), the welding current is rapidly reduced to low level (I RA ) and arc is generated through the gap in the next step (d). In step (c), the abrupt decrease in the welding current is partially caused by the weakening of the arc pressure applied to the welding pool during the arcing and arcing caused by the collapse of the neck portion of the
(c)단계에서 전류의 저하는 용융금속의 붕괴 및 아아크의 재개를 어렵게 한다는 의문이 발생될 수도 있다. 그러나, 일단 용적이 어느정도 네킹이 되면 표면장력에 의해 붕괴된다. 따라서 고전류(ISP)는 용융금속(2)이 표면장력 및 중력에 의해 붕괴되는 이상의 정도로 네킹이 진행될때까지 인가된다. 반면에 저레벨전류(IRA)는 와이어 공급속도에 따라서 그러나 바람직하게는 20 내지 200A 범위내에서 변화된다. 만약 전류(IRA)가 20A보다 더 작을 경우 재아아킹시에 아아크 정지의 가능성이 증가될 것이며 만약 200A보다 더 클 경우는 스패터의 양이 증가될 것이다. 이상적으로는 전류(IRA)는 아아크 정지가 야기되지 않는 최저레벨이 되어야 하며 그것의 하한치는 20A에 제한되지 않는다.In step (c), a question may arise that the decrease in current makes it difficult to collapse the molten metal and resume the arc. However, once the volume is necked to some extent, it collapses by surface tension. Therefore, the high current I SP is applied until the necking proceeds to the extent that the
아아크 발생시에 용접전류는 (d)단계에서 첨두치 레벨(IAP)까지 증가되며 (e)단계에까지 연장된 소정시간 동안 그 레벨을 유지한다. (d)부터 (e)단계까지의 기간(TAP)은 차기단락시에 용접푸울로의 이행을 위해 용접와이어의 팁단에 용적이 형성되는 기간이다. 기간(TAP) 및 전류값(IAP)은 용적이 기간(TAP)동안 소망하는 크기로 성장하도록 결정된다. 만약 단락이 이 기간(TAP)동안 용접와이어와 용융푸울 사이에 형성된다면 용접와이어의 비용융부가 용적의 조숙한 성장으로 인해 용접푸울에 침지될 것이며 재아아킹이 지연되며 용접동작의 안정도에 손상이 갈것이다. 따라서 이 기간(TAP)의 전류(IAP)는 단락의 발생을 방지하는데 충분한 고레벨로 되어야 한다.At the time of arc generation, the welding current is increased to the peak level (I AP ) in step (d) and maintained at that level for a predetermined time extended to step (e). The period T AP from step (d) to step (e) is a period in which a volume is formed at the tip of the welding wire for the transition to the welding pool at the next short. The period T AP and the current value I AP are determined such that the volume grows to the desired size during the period T AP . If a short circuit is formed between the welding wire and the molten pool during this period (T AP ), the non-melting portion of the welding wire will be immersed in the welding pool due to premature growth of the volume, delaying rearking and damaging the stability of the welding operation. This will go The current I AP in this period T AP must therefore be at a high level sufficient to prevent the occurrence of a short circuit.
기간(TAP)동안 단락을 방지하는데 충분한 첨두치전류(IAP)는 용접와이어 공급속도에 따라서 변한다. 예를들면 와이어 공급속도가 5.2m/분일때 약 260A(평균 용접전류 : 180A)이고 와이어 공급속도가 8.4m/분일때 약 340A(평균 용접전류 : 240A)이다. 전류레벨(IAP)은 평균 용접전류값보다 더 높아야만 된다. 더우기 충분히 높은 레벨로의 전류증가는 상기한바와 같이 기간(TAP)동안 단락을 방지하는데 유용할지라도 아아크 길이의 감소에 따라 전류를 증가시킴에 의해 단락을 억압시키는 일정한 전위특성으로 되돌리는데 또한 효과적이다. 이 경우에 전류증가는 아아크 힘뿐 아니라 용적과 용융푸우 사이의 틈을 넓히기 위하여 용접와이어의 소진속도와 관계가 있다.The peak current I AP sufficient to prevent a short circuit during the period T AP varies with the welding wire feed rate. For example, when the wire feed speed is 5.2m / min, it is about 260A (average welding current: 180A), and when the wire feed speed is 8.4m / min, it is about 340A (average welding current: 240A). The current level I AP must be higher than the average welding current value. Furthermore, increasing the current to a sufficiently high level is useful for preventing short circuits during the period T AP as described above, but is also effective for returning to a constant potential characteristic that suppresses short circuits by increasing the current with decreasing arc length. to be. In this case, the increase in current is related to the arcing force, as well as the exhaustion speed of the welded wire to widen the gap between the volume and the molten pond.
시간(TAP)동안 용적의 형성에 다음에 (e) 및 (f)단계에서 용접전류는 가능한한 용적을 용융푸울로 단락시키기 위하여 저레벨(IAB)로 유지된다. 이것은 일정한 전위특성인 경우에 전류는 아아크 길이의 감소에 따라 증가되며 그러므로 아아크힘은 단락의 접근에 따라 증가되며 용적과 용접푸울사이의 틈을 유지하는 방법으로 아아크힘을 증가시킴에 의해 용접푸울을 억압시켜, 따라서 단락을 억압시키는 상태가 발생된다. 따라서 아아크 길이의 감소에 관계없이 정전류를 공급하기 위하여 (e) 및 (f)단계에서 실질적으로 일정한 전류특성을 갖는 것이 바람직하다. 그밖에 만약 전류(IAB)의 레벨이 너무 높을 경우는 단락이 지연되며 용적이 불필요하게 큰 크기로 증가하여 불규칙한 단락기간을 야기하며 큰 용적의 스패터가 발생된다. 낮은 아아킹전류(IAB)는 단락이 발생하는 (g)단계까지 유지된다.During the time T AP , following the formation of the volume, in the following steps (e) and (f), the welding current is kept at a low level (I AB ) in order to short the volume to the molten pool as much as possible. This means that in the case of constant dislocation characteristics, the current increases with decreasing arc length, so the arc force increases with the approach of the short circuit and the welding pool is increased by increasing the arc force in a way that maintains the gap between the volume and the welding pool. The state which suppresses and therefore suppresses a short circuit arises. Therefore, it is desirable to have a substantially constant current characteristic in steps (e) and (f) to supply a constant current regardless of the decrease in the arc length. In addition, if the level of the current I AB is too high, the short circuit is delayed and the volume is unnecessarily increased to a large size, causing an irregular short period, and a large volume spatter is generated. The low arcing current I AB is maintained until step (g) where a short occurs.
전술한 다섯단계에서의 상태는 한주기 동안의 작도에서 연속적으로 발생하고 잇따라서 반복된다. 각 단계들은 서로서로 연관이 되어 있기 때문에, 이러한 단계중의 어느 하나라도 누락시키면 세가지 근본적인 조건 즉 스패터의 감소, 좋은 비이드모양 및 아아크의 안정성을 만족시키지 못한다.The states in the five stages described above occur continuously in one period of work and are subsequently repeated. Since the steps are related to each other, omission of any of these steps does not satisfy three fundamental conditions: spatter reduction, good bead shape and arc stability.
아래에 주어진 것은 종래방법의 대응예와 비교한 본 발명의 상술한 방법의 예이다.Given below is an example of the above-described method of the present invention compared with the corresponding example of the conventional method.
[예][Yes]
다음은 아래의 예 1 내지 3에 공통적으로 쓰이는 용접조건이다.The following are the welding conditions commonly used in Examples 1 to 3 below.
용접와이어 : YCW-2, 직경 1.2mmWelding Wire: YCW-2, Diameter 1.2mm
시일드개스 : Co2, 20ℓ/분Sealed gas: Co 2 , 20ℓ / min
가공물 : SS41, 두께 12mmWorkpiece: SS41, thickness 12mm
용접방법 : 캐리지에 지지된 용접토치를 사용한 10분동안의 비이드 온 플레이트(bead-on-plate)용접.Welding method: Bead-on-plate welding for 10 minutes using a welding torch supported on the carriage.
발명의 예의 와이어 공급속도(wire feed rate), 시간 TD및 TAP, 전류레벨 ID, ISP, IRA, 및 IAP같은 다른 용접조건은 종래예의 와이어 공급속도 및 평균 전류레벨과 함께 표 1에 나타나 있다.Other welding conditions such as wire feed rate, time T D and T AP , current level I D , I SP , I RA , and I AP of the example of the invention are listed along with the wire feed rate and average current level of the conventional example. It is shown in 1.
[표 1]TABLE 1
작업의 질은 10분동안 노즐에 쌓인 스패터의 무게를 이용하여 측정된 스패터의 양, 오실로스코우프에 나타난 용접전류 파형으로부터 관측된 아아크 안정도 및 비이드 외형에 따라 평가되었다. 평가의 결과는 종래예 1 내지 3의 평가의 결과와 함께 표 2에 나타나 있다.The quality of the work was evaluated according to the amount of spatter measured using the weight of spatter accumulated in the nozzle for 10 minutes, the arc stability and the bead geometry observed from the welding current waveform shown on the oscilloscope. The results of the evaluation are shown in Table 2 together with the results of the evaluation of the conventional examples 1 to 3.
[표 2]TABLE 2
제4도 및 제5도를 보면, 오실로스코우프에 의해 관측된 예 2에서의 용접전류 및 전압의 파형이 나타나 있다. 제 5 도에서는 제 4 도보다 작은 척도의 시간축에 파형이 나타나 있다. 한편으로 제6도 및 제7도는 오실로스코우프에 관측된 종래예 2에서의 용접전류 및 전압의 파형을 보여주고 있는데, 제 7 도의 시간축의 척도는 제 6 도의 것보다 더 작다.4 and 5, the waveforms of the welding current and voltage in Example 2 observed by the oscilloscope are shown. In FIG. 5, the waveform is shown on the time axis of the scale smaller than FIG. On the other hand, Figs. 6 and 7 show waveforms of the welding current and voltage in the conventional example 2 observed in the oscilloscope, and the time axis of Fig. 7 is smaller than that of Fig. 6.
표 2에 명백하게 나타나듯이, 본 발명의 예 1 내지 3의 어느 하나에서 스패터의 양은 종래방법에 의해 나타난 양의 1/5에서 1/6로 감소된다.As is apparent from Table 2, in any of Examples 1 to 3 of the present invention, the amount of spatter is reduced from 1/5 to 1/6 of the amount indicated by the conventional method.
제 4 도에서 보였듯이, 본 발명의 방법에 있어서의 용접전류는 용접전류의 주기 및 첨두치에 있어서 규칙적이다. 이것은 단락화 및 아아크화가 아아크 력, 아아크 길이, 용적 직경, 단락 특성, 용접 푸울 조건등에서의 안정도를 가지고 규칙적으로 반복된다는 것을 뜻한다. 말하자면 본 발명의 방법에 의하면 어떠한 지지방법을 필요로 하지 않는 용접작동의 작업질을 개선하면서, 스패터의 양을 감소시키고 균일하고 깨끗한 비이드 외형을 얻는 것이 가능해진다. 다른 한편으로는, 종래의 방법에서 용접전류의 파형이 제 6 도에서 보였듯이 주기 및 첨두치에 있어 불규칙적이다. 단락화 및 아아크화가 아아크 력, 아아크 길이 및 용적 직경에서의 변동을 가지면서 불규칙적인 양태로 발생한다는 것을 나타낸다. 다시 말하면 종래방법에 따른 작동은 아아크의 불안정, 용접푸울의 교란 및 많은 양의 스패터로 곤란을 당하고, 작업질은 용접푸울을 튀기고 비이드단에 형성된 수염모양의 돌출물에 의해 비이드 외관을 나쁘게 하면서 가끔 극단적으로 높은 수준에 도달하는, 때때로 변하는 아아크 력에 의해서 손상을 받는다.As shown in FIG. 4, the welding current in the method of the present invention is regular in the period and peak value of the welding current. This means that shorting and arcing are repeated regularly with stability in arcing force, arc length, volume diameter, shorting characteristics and weld pool conditions. In other words, according to the method of the present invention, it is possible to reduce the amount of spatters and obtain a uniform and clean bead contour while improving the work quality of the welding operation that does not require any supporting method. On the other hand, in the conventional method, the waveform of the welding current is irregular in period and peak, as shown in FIG. It is shown that shorting and arcing occur in an irregular fashion with variations in arc force, arc length and volume diameter. In other words, the operation according to the conventional method is difficult due to the instability of the arc, the disturbance of the welding pool and the large amount of spatter. It is sometimes damaged by varying arcing forces, which sometimes reach extremely high levels.
실제동작에 있어서 본 발명의 방법에 따르면 아아크의 안정도는 제 4 도의 파형에 해당되는 목측과 아아크 소리로부터 확인되었다.According to the method of the present invention in actual operation, the stability of the arc was confirmed from the neck side and the arc sound corresponding to the waveform of FIG.
상술한 제 1 단계에서, 아아크가 단락의 생성전에 즉각적으로 존재하는냐 안하느냐에 따라서 제 1 단계에의 존속시간을 조절하는 것이 바람직하다. 제 8 도 및 제 9도는 이러한 목적에 쓰일 수 있는 출력제어시스템을 보여준다.In the first step described above, it is desirable to adjust the duration of time to the first step depending on whether or not the arc is present immediately before the generation of the short. 8 and 9 show an output control system that can be used for this purpose.
용접전압을 검지하고 단락검지기(6) 및 아아크 소멸 검지기(7)의 입력단에 연결된 용접전압 검지기(5)를 포함하면서 용접전원의 출력을 제어하는 시스템이 제 8 도에 좀더 구체적으로 나타나 있다. 단락검지기(6)의 출력단은 OR회로(8)의 제 1의 입력단, AND회로(9)의 제 1의 역상 입력단 및 AND회로(10)의 제 1의 입력단에 연결되어 있다. 아아크 소멸 검지기(7)의 출력단은 OR회로(8)의 제 2의 입력단 및 AND회로(9)의 제 2의 역상의 입력단에 연결되어 있다. OR회로(8)의 출력단은 스위치(11)를 열고 닫는 스위치 구동회로(14)의 입력단에 연결되어 있다. 반면에 AND회로(9)의 출력단은 스위치(13)를 여닫는 스위치 구동회로(14)의 입력단에 연결되어 있다. 스위치(11 및 13)는 각각 양 전압 +V 및 음전압 -V를 공급하는 전원사이에 직렬로 연결되어 있다. 스위치(11 및 13)사이의 노오드(node) P1은 저항(15)을 통해 연산증폭기(16)의 제 1의 입력단에 연결되어 있고, 콘덴서(17)는 연산증폭기(16)의 출력단과 제 1의 입력단 사이에 연결되어 있다. 연산증폭기(16)의 제 2의 입력단은 접지되어 있다. 더우기 연산증폭기(16)의 출력단 P2는 비교기(18)의 제 1의 입력단에 연결되어 있다. 비교기(18)의 제 2의 입력단은 접지되어 있고 이것의 출력단 P3는 AND회로(10)의 제 2의 입력단에 연결되어 있다. AND회로(10)의 출력단은 제 2 단계 전류 ISP를 설정하는 회로(19)의 입력단에 연결되어 있고, 회로(19)의 출력단은 용접전원(20)의 입력단에 연결되어 있다. 타이머는 상술한 스위치(11 및 13), 저항(15), 콘덴서(17), 연산증폭기(16) 및 비교기(18)를 포함하면서 체인(chain)에 의해 둘러싸인 부분에 의해 형성된다.A system for detecting the welding voltage and controlling the output of the welding power source including a
용접작동이 교대로 단락화와 아아크화를 되풀이함에 의해서 수행될때, 단락은 용접전압 레벨을 표시하는 용접전압 검지기(5)의 신호를 받는 단락검지기(6)에 의해 검출된다. 단락의 검지에 있어, 검지기(6)는 “고”레벨의 출력신호를 생성해서, OR 및 AND회로(8 및 9)는 각각 “고” 및 “저”레벨의 출력신호를 생성한다. 그런후 스위치(11)은 스위치 구동회로(12)의 동작에 의해 닫혀지고, 스위치(13)는 스위치 구동회로(14)의 동작에 의해 열린다. 따라서 연산증폭기(16)의 출력단(P2)에서의 전압은 저항(15) 및 콘덴서(17)에 의해 결정된 시정수에 따라 감소된다. 만일 출력단 P2에서의 전압이 OV나 더 낮게 떨어진다면, 비교기(18)는 그 출력단 P3에서 “고”레벨의 신호를 생성한다. 단자 P3에서의 신호는 AND회로(10)를 통해 제 2의 단계 전류 ISP설정회로(19)로 공급되며, 회로(19)는 제 2 단계 고레벨의 전류 ISP로 용접전원(20)의 출력을 보내는 신호를 발생시킨다. 그래서 제 2 단계 전류 ISP가 용접와이어(1)에 공급된다.When the welding operation is performed by alternately shorting and arcing, a short circuit is detected by the
단락이나 아아크 소멸이 없을때 말하자면 아아크가 있을때, 단락검지기(6) 및 아아크 소멸 검지기(7)의 추력신호는 모두 “저”레벨이어서 OR 및 AND회로(8 및 9)의 출력신호가 각각 “저”및 “고”레벨에 있게 된다. 그러므로 스위치(11)은 스위치 구동회로(12)의 동작에 의해 열리고, 스위치(13)은 스위치 구동회로(14)의 동작에 의해 닫힌다. 따라서, 연산증폭기(16)의 출력단 P2는 양의 전압을 가지고 비교기(18)의 출력단 P2는 “저”레벨로 된다. AND회로(10)의 출력신호는 “저”레벨에 있고, 그래서 단락 전류의 신호명령 출력은 제 2 단계 전류 ISP설정회로(19)로부터 용접전원(20)에 공급되지 않는다. 만일 아아크화 기간동안 아아크 소멸이 생긴다면, 이것은 아아크 소멸 검지기(7)에 의해서 검지되고 OR 및 AND회로(8 및 9)의 출력신호를 각각 “고”및 “저”레벨로 만들면서 그것의 출력신호는 “고”레벨로 올라간다. 결과적으로, 스위치(11)는 스위치 구동회로(12)의 동작에 의해 닫히고, 스위치(13)는 스위치 구동회로(14)의 동작에 의해 열려서, 저항(15) 및 콘덴서(17)에 의해서 결정된다. 시정수에 따라 연산증폭기(16)의 출력단 P2에서의 전압을 낮춘다. 단자 P2에서의 전압이 OV로다 더 낮게 떨어지자 마자, 비교기(18)의 출력단 P3은 “고”레벨로 된다. 거기서부터, 만일 단락화가 용접푸울을 가진 용접와이어의 말단에 있는 용적의 접촉에 의해 일어난다면 AND회로(10)의 출력신호를 “고”레벨로 만드는 한편으로 OR회로(8)의 출력신호를 계속적으로 “고”레벨로 유지하면서 단락검지기(6)의 출력단은 “고”레벨로 된다. 따라서 단락전류 설정회로(19)는 용접전원(20)을 제 2 단계 전류 ISP의 신호명령 출력과 함께 공급하도록 작용한다. 이러한 신호에 반응하여, 용접전원(20)은 제 2 단계 전류를 용접와이어에 공급한다.When there is no short circuit or arc extinction In other words, when there is an arc, the thrust signals of the
용접을 시작하기 전에는 틈사이에 아아크가 없어서 아아크 소멸 검지기(7)는 OR 및 AND회로(8 및 9)의 출력신호를 각각 “고”및 “저”레벨로 유지하도록 작용한다. 더우기 스위치(11 및 13)는 각각 스위치 구동회로(12 및 14)에 의해 닫히고 열린 상태로 유지된다.Prior to the start of welding, there is no arc between the gaps so that the
따라서, 음전압이 그 출력단자 P3에서 “고”레벨의 출력신호를 생성하면서 연산증폭기(16)의 출력단자 P2에 나타난다. 만일 용접와이어(1)가 이 상태에서 아아크를 내게 하기 위하여 공작물(4)에 단락되면 단락검지기(6)는 그 출력단에 “고”레벨의 신호를 생성하도록 작용하며 제 2 단계 전류 ISP의 신호명령 출력으로 용접전원(20)을 공급하도록 제 2 단계 전류 ISP설정회로(19)를 작용하도록 하면서 AND회로(10)의 출력은 “고”레벨로 된다. 거기에 반응해서, 용접전원(20)은 “고”레벨의 제 2 단계 전류 ISP를 공급한다. 다시말하면, 아아크가 시작하는때, 고레벨의 제 2 단계 전류 ISP는 용접와이어가 공작물에 단락되는 즉시 공급되며, 용융금속 브리지의 파열에 아아크를 발생시키면서 용적이 짧은 시간에 용접와이어의 말단에 형성된다.Thus, a negative voltage appears at the output terminal P2 of the operational amplifier 16 while generating an output signal of "high" level at the output terminal P3. If the
이러한 시스템에서 한 아아크 소멸 검지기(7)는 미리 설정된 비교레벨 신호를 가지고 용접전압 검지기(5)로 부터 무부하 전압을 받는 “고”레벨의 신호를 내보내는 비교기로 이루어져 있다. 무부하 전압이 아아크 소멸시 약 65V인데 반해서 용접전압은 아아크 생성시 20-45V이다. 그래서 검지기는 용접전압과 무부하 전압사이의 비교레벨을 미리 설정함으로써 아아크 소멸을 검지할 수 있다. 또다른 소멸 검지기(7)는 용접전류 검지기(4)로부터 전류신호가 없을때 “고”레벨의 신호를 내보내는 비교기로 구성되어 있다(제 8 도에서 점선으로 표시되어 있듯이).In such a system, an
제 9 도의 전류증가 도표로부터 명백하듯이, 단락전류는 종래의 전원 공급장치로부터 공급되는 단락전류의 낮은 증가율과는 반대로, 아아크가 시작할때 제 1 단계 없이 단락화 후와 보통의 용접작동의 상태에서 제 1 단계의 미리 설정된 시간후에 즉각적으로 제 2 단계 전류레벨로 빠른 증가를 보인다.As is apparent from the current increase diagram in FIG. 9, the short circuit current is short circuited without a first stage when arc starts and under normal welding operation, as opposed to the low rate of increase of the short circuit current supplied from a conventional power supply. After a preset time of the first stage, there is a rapid increase to the second stage current level immediately.
아아크의 출발시 스패터가 생기는 것을 방지하기 위하여 네킹이 용접와이어와 공작물사이에 있는 단락화하는 용융금속에서 발생하는때 단락상에서 제 2 단계 기간을 끝내게 하기 위해서, 제어회로는 제 2 단계 기간의 어떤 시간의 최소 용접전압 VL과 다음 순간의 시간에서의 전압 VM사이의 차이V가 미리 설정된 값에 도달할 때, 즉V=VM-VL의 값이 미리 설정된 값과 같을때 용접전류를 낮추도록 조정되어 있다. 비록 스패터가 이러한 조절에 의해 상당한 정도까지 감소될 수 있지만, 다음 식으로 표현할 수 있듯이 제 2 단계로부터 경과된 시간 t-5 에 와이어 신장의 저항에 있어서의 증가에 따른 전압증가 VN을 조절하는 것이 바람직하다.In order to prevent the spatter from spawning at the start of the arc, the control circuit is forced to terminate the second phase period in the short circuit when the necking occurs in the shorting molten metal between the welding wire and the workpiece. Difference between the minimum welding voltage V L at time and the voltage V M at the next instant When V reaches a preset value, i.e. It is adjusted to lower the welding current when the value of V = V M -V L is equal to the preset value. Although the spatter can be reduced to a significant extent by this adjustment, it can be expressed by the following equation that adjusts the voltage increase V N with an increase in the resistance of the wire extension at the time t-5 elapsed from the second step. It is preferable.
여기서 V(t)는 제 2 단계에서의 용접전압이고, k는 용접와이어 직경과 재질에 따른 상수이다. 적분은 제 2 단계가 시작할때 VN을 계산하기 위해서 출발한다.Where V (t) is the welding voltage in the second step, k is a constant depending on the welding wire diameter and material. The integration starts to calculate V N at the beginning of the second phase.
용접작동의 단락화 상태에서, 최소 용접전압 VL은 제10도에서 보였듯이 제 2 단계 레벨 ISP에 용접전류가 도달한 후에 메모리에 저장된다. 그런후 기간동안의 전압증가는 특별한 함수 V(t)에 따라서 계산된다. 이후에 용접전압 VM은 계속적으로 측정되고 용접전류는 네킹이 생기는 순간에 해당하는,V=VM-(VL+VN)가 미리 설정된 시간에 도달할때의 시간 t1에서 낮아진다. 실험결과에 따르면 용접와이어 직경은 1.2mm, 첨두치 전류 ISP는 400A,V는 0.3-0.6V 그리고 1msec후의 전압 VN은 0.2-0.25V이다. 제11도에 보인 것은 이러한 효과를 내기 위해 만들어진 제어시스템의 한 예이다. 여기서 적분회로(111)은 한단자(111a)에서 용접토치(104)와 공작물(106)사이의 전압을 검지하는 전압검지기(112)의 출력을 받고 다른 단자(111b)에서는 용접와이어(103)을 통해 흐르는 전류를 표시하는 용접전류 검지기(113)로부터 제공되는 신호를 받아서 와이어(103)를 통한 용접전류가 제 2 단계 전류레벨 ISP에 도달하는 시점으로부터, 예를들면 제10도의 점b로부터, 용접전압을 적분한다. 최소전압 메모리(114)는 단락상태에서 용접전류가 제 2 단계 전류레벨 ISP에 도달한 후의 가장 낮은 전압값을 저장한다.In the short circuit state of the welding operation, the minimum welding voltage V L is stored in the memory after the welding current reaches the second stage level I SP as shown in FIG. Then period Voltage increase during Is calculated according to the special function V (t). After that, the welding voltage V M is continuously measured and the welding current corresponds to the moment when the necking occurs. It decreases at time t 1 when V = V M- (V L + V N ) reaches a preset time. Experimental results show that the weld wire diameter is 1.2mm, peak current I SP is 400A, V is 0.3-0.6V and the voltage V N after 1 msec is 0.2-0.25V. Shown in FIG. 11 is an example of a control system designed to achieve this effect. Here, the integrating circuit 111 receives the output of the voltage detector 112 which detects the voltage between the
(115)에 나타난 것은 전압검지기(112)로부터 용접전압 VM의 신호, 적분회로(111)로부터 적분된 전압 VN의 신호 및 최소전압 메모리(114)로부터 가장 낮은 전압 VL의 신호를 받아서V=VM-(VL+VN)을 계산하는 감산기이다. 계산결과V는 다른 입력단에서 네킹전압 제어로부터 미리 설정된 값 EV의 신호를 받는 비교기(116)의 한 입력단자에 공급된다. 비교기(116)는V=EV의 조건이 도달할때 아아크화 할때 시패터를 발생시키는 많은 레벨까지 용접전류를 낮추도록 전원에 신호를 보낸다.Shown at 115 is the signal of the welding voltage V M from the voltage detector 112, the signal of the voltage V N integrated from the integrating circuit 111, and the signal of the lowest voltage V L from the
비슷한 효과가 각 단락상에서 용접와이어의 저항의 계산으로부터 단락화 용적의 네킹을 검지함으로써 용접 전류를 낮추기 위해 출력제어 시스템을 조정함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 시스템은R=RM-(RL+RN)의 값이 각 단락상에서 미리 설정된 값에 도달할때 용접전류를 낮춘다. 전번식에서 RM은 네킹이 생기는 시점에서의 저항, RL은 단락상에서 최소 저항이고 RN은 단락화 후에 주어진 길이의 시간의 저항의 증가이다.Similar effects can be obtained by adjusting the output control system to lower the welding current by detecting the necking of the shorting volume from the calculation of the resistance of the welding wire on each short. These systems When the value of R = R M- (R L + R N ) reaches the preset value in each short circuit, lower the welding current. In the previous formula, R M is the resistance at the time of necking, R L is the minimum resistance in the short and R N is the increase in the resistance of the given length of time after the short.
다른 방법으로 용융된 금속 브리지의 네킹은 용접전류 V의 미분값 dv/dt이 제 2 단계상의 존속기간과 와이어 신장길이에 따라 결정되는 미리 결정된 값에 도달했을때 용접전류를 낮추면서, 제 2 도에 보여준 각 단락상에 있어서의 단락 금속브리지의 부분영역에 있어서의 감소에 의해 네킹점으로 증가하려는 용접전류를 계속적으로 검지함에 의해 검지된다. 이 방법은 실제 용접작동에서 때때로 나타나는 단락상의 존속시간과 와이어 신장길이에 있어서의 변화로 인한 오류의 네킹 프리(necking free)의 시점을 검지하는 것을 가능하게 한다.Alternatively, the necking of the molten metal bridge reduces the welding current when the differential value dv / dt of the welding current V reaches a predetermined value determined by the duration and wire extension length of the second stage. It is detected by continuously detecting the welding current to increase to the necking point by the decrease in the partial region of the short-circuit metal bridge on each short-circuit shown in Figs. This method makes it possible to detect the timing of necking free of errors due to changes in wire elongation lengths and durations in short circuits that sometimes occur in actual welding operations.
이 경우에는, 제어 시스템은 시간까지의 전압증가를 미분하는 용접전압 검지기의 출력신호를 받는 미분기를 포함한다. 미분기에 의해서 생성되는 dv/dt의 신호는 dv/dt의 값과 미리 설정된 값을 비교하는 비교기에 공급되면 만일 미분값 dv/dt가 미리 설정된 값보다 더 커지게 되면, 용접전류를 낮추기 위해 전원의 전류제어에 신호를 보낸다.In this case, the control system is time It includes a differentiator that receives the output signal of the welding voltage detector to differentiate the voltage increase up to. The signal of dv / dt generated by the differentiator is supplied to the comparator comparing the value of dv / dt with the preset value. If the derivative value dv / dt becomes larger than the preset value, the power supply is lowered to lower the welding current. Send a signal to the current control.
단락상에서 네킹의 시점은 단락상에서 용접와이어와 공작물 사이의 저항을 측정함과 미분전압 dv/dt 대신에 작용요소로서 미분저항 dR/dt을 사용함으로써 비슷한 방법으로 또한 검지될 수 있다.The point of necking on a short can also be detected in a similar way by measuring the resistance between the welding wire and the workpiece on the short and using the differential resistance dR / dt as the working element instead of the differential voltage dv / dt.
더우기 스패터 발생을 최소화하고 단락화와 아아크화를 규치적으로 되풀이하기 위하여, 와이어 공급전동기 속도 검지기에 연결되어 있고 제12도에 점선으로 표시됐듯이 변하는 함수 f(WFR)을 생성하도록 만들어진 파형발생기를 사용함으로써, 주어진 와이어 공급속도에 대해서 첨두치전류 ISP를 최상의 레벨로 제어하기 위하여 와이어 공급속도 WFR의 함수에 따라 단락상의 첨두치전류 ISP를 바꾸는 것이 바람직하다.Furthermore, to minimize spatter generation and to systematically repeat shorting and arcing, a waveform generator connected to the wire feed motor speed detector and designed to generate a function f (WFR) that changes as indicated by the dotted line in FIG. By using, it is desirable to change the short-circuit peak current I SP as a function of the wire feed rate WFR in order to control the peak current I SP at the best level for a given wire feed rate.
와이어 공급속도 WFR과 함수 f(WFR)의 관계는 다음과 같은 방식으로 매끈하고 스패터가 없는 용접작동을 보장하는 최상의 레벨에 첨두치 ISP가 있도록 실험적으로 결정된다.The relationship between the wire feed rate WFR and the function f (WFR) is determined experimentally so that the peak I SP is at the best level to ensure smooth and spatter-free welding operation in the following manner.
실험에 따르면, 단락상의 첨두치전류 ISP는 제12도에 실선으로 나타낸 와이어 공급속도 WFR에 대해 변하는 임계레벨을 가진다. 말하자면 임게레벨보다 아래의 범위에서의 단락 첨두치전류는 너무 낮아서 적절한 기간안에 네킹을 만들게 할 수 없어서, 시간 간격 TSP을 연장시키고 공작물에 와이어가 붙음으로 인한 용접작동을 불안정하게 한다. 다른 한편으로는 용접이 임계레벨 위의 범위에서 가능하지만, 비록 첨두치전류 ISP의 최대허용 레벨이 전력을 용접와이어에 공급하는 전원장치의 용량에 따르지만, 첨두치전류 ISP가 더 높으면 높을수록 스패터의 양이 더 많아진다. 그러므로 와이어 공급속도에 따라 단락 첨두치전류 ISP를 제어하는 함수 ISP=f(WFR)는 안정된 용접작동을 확실히 하기 위해 제12도에 실선으로 나타난 임계레벨보다 충분히 더 높은 범위에 떨어지도록 결정되어야만 하며 동시에 그것은 스패터를 최소로 유지하기 위하여 실선에 가능한 가깝게 놓이는 것이 바람직하다.Experiments show that the peak-to-peak current I SP in the short circuit has a varying threshold level for the wire feed rate WFR shown in solid lines in FIG. In other words, the short-circuit peak current in the range below the threshold level is too low to make the necking within a suitable period, which extends the time interval T SP and destabilizes the welding operation due to the wire sticking to the workpiece. On the other hand, welding the threshold level conforms to the capacity of the power supply apparatus is possible, but, even though the peak-to-peak maximum acceptable level of the current I SP supplies power to the welding wire in the above range, the higher the peak current I SP higher, The amount of spatter is higher. Therefore, the function I SP = f (WFR), which controls the short-circuit peak current I SP according to the wire feed speed, must be determined to fall within a range sufficiently higher than the threshold level indicated by the solid line in FIG. 12 to ensure stable welding operation. At the same time it is desirable to place it as close to the solid line as possible to keep the spatter to a minimum.
너무 높은 레벨의 첨두치전류 ISP는 첨두전류 주기 TSP를 짧게 하여 스패터링을 증가시킨다. 고전류 주기 TSP는 그 역시 용접와이어의 직경에 따르기는 하나 단락 및 아아크를 규칙적으로 반복하기 위하여 약 1 내지 3msec 범위에서 최적으로 되는 것이 많은 실험들로부터 알려져 있다. 따라서 상기 함수는 이들 요소들을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.Too high a peak current I SP will shorten the peak current period T SP to increase sputtering. It is known from many experiments that the high current period T SP , which also depends on the diameter of the weld wire, is optimal in the range of about 1 to 3 msec to regularly repeat short circuits and arcs. Therefore, it is desirable to determine the function by considering these factors.
용접와이어의 종류 및 직경과 와이어 공급속도 WFR에 관한 그의 임계레벨의 추세와 관련하여 첨두전류 ISP를 고려하면, 함수 f(WFR)은 제12도에 점선으로 표시한 바와 같이 2차함수로 나타낼 수 있다. 2차함수 대신에 실제동작에 문제를 일으키지 않는 범위내에서 제13도에 1점쇄선으로 표시한바와 같이 1차함수에 근접될 수도 있다. 아아크전류의 제어에 대해서는, 아아크상에 있어서 첨두전류치 IAP는 스패터를 억제하여 용적의 안정한 공급을 수행하는 견지에서 첨두 전류 보우시간치 TAP와 관련하여 결정되어야 하는 것이 실험상 알려져 있다. 예를들면, 첨두 보유시간 TAP는 고레벨의 첨두 아아크 전류 IAP와 더불어 짧게 되는 것이 바람직하다. 디프(dip) 전송용접에 있어서, 용적의 형성은 와이어 공급속도 WFR 및 용접전류의 유효치, 즉 (전류)2×(시간)의 치에 관련하여 진행되는 것이 고려된다.Taking into account the peak current I SP in relation to the type and diameter of the weld wire and its critical level with respect to the wire feed rate WFR, the function f (WFR) is expressed as a quadratic function as indicated by the dotted line in FIG. Can be. Instead of the second function, it may be close to the first function as indicated by the dashed line in FIG. 13 within a range that does not cause a problem in the actual operation. As for the control of the arc current, it is experimentally known that the peak current value I AP in the arc phase should be determined in relation to the peak current bow time value T AP in terms of suppressing the spatter and performing stable supply of the volume. For example, the peak retention time T AP is preferably shortened with a high level of peak arc current I AP . In dip transmission welding, the formation of the volume is considered to proceed in relation to the wire supply speed WFR and the effective value of the welding current, that is, the value of (current) 2 x (time).
와이어 공급속도 WFR와 관련하여 첨두 아아크전류 IAP및/또는 첨두전류 보유시간 TAP의 관계에 대한 연구는 I2 AP×TAP가 주어진 와이어 공급속도 WFR에서 유사한 값을 취한다는 것이 발표되었다. 예를들면, 용접와이어 공급속도가 3.6m/분 인 경우에 있어서의 값들은 약 590이었다. 이러한 점에 있어서, 제14도와 같이의 값들이 서로 다른 와이어 공급속도에서 나타나 있다. 이로부터 알 수 있는바와 같이, 적은 스패터링으로 안정한 아아크상태를 보증할 수 있는 첨두 아아크전류 IAP와 첨두전류 보유시간 TAP의 값들은 와이어 공급속도 WFR의 함수로서 표시될 수 있다. 예를들면,의 값은 제14도에 나타낸 바와같이 와이어 공급속도 WFR의 1차함수로서 표시될 수 있다.=a·WFR+b(단, a와 b는 상수)로 근사시키면, 적합한 I2 AP과 TAP의 값는 와이어 공급속도 WFR로부터 결정될 수 있다.A study of the relationship between peak arc current I AP and / or peak current retention time T AP with respect to wire feed rate WFR has shown that I 2 AP × T AP takes similar values at a given wire feed rate WFR. For example, if the welding wire feed rate is 3.6 m / min The values of were about 590. In this respect, as shown in FIG. Are shown at different wire feed rates. As can be seen from this, the values of the peak arc current I AP and the peak current holding time T AP , which can guarantee a stable arcing condition with less sputtering, can be expressed as a function of the wire feed rate WFR. For example, Can be expressed as the first-order function of the wire feed rate WFR as shown in FIG. = a · WFR + b (where a and b are constants), the appropriate values of I 2 AP and T AP Can be determined from the wire feed rate WFR.
첨두전류 레벨 IAP와 첨두전류 주기 TAP사이의 관계에 대해 설명하면, 제15도는 다음의 추세를 보이는 다른 첨두전류치 IAP와 첨두전류 주기 TAP에 의해 한정된 각종 범위를 보여준다.Referring to the relationship between the peak current level I AP and the peak current period T AP , FIG. 15 shows various ranges defined by the other peak current value I AP and the peak current period T AP showing the following trend.
(1) 낮은 IAP와 짧은 TAP의 범위(범위)용적을 형성하기 위한 에너지가 낮기 때문에 용적의 크기가 작고, 또한 높은 용접 와이어 공급속도(WFR)일때에 와이어의 비용단부가 단락 순간에 용접푸울에 달라붙어서 용접작업은 시작된다.(1) Range of low I AP and short T AP Due to the low energy to form the volume, the volume is small, and at the high welding wire feed rate (WFR), the cost end of the wire sticks to the welding pool at the moment of short-circuit and the welding operation starts.
(2) 낮은 IAP와 긴 TAP의 범위(범위) 비록 용적은 충분히 커지지만 첨두전류 보우시간치 TAP가 너무 길고 그렇기때문에 용적이 용접푸울에 도착하기 전에 단락시의 아아크의 배척력에 의해서 파괴되어 버려서, 큰 부피의 스패터가 분산하게 한다.(2) Range of low I AP and long T AP Although the volume is large enough, the peak current bow time value T AP is so long that it is destroyed by the arc's retraction force in the short-circuit before it reaches the welding pool, causing large volumes of spatter to disperse.
(3) 높은 IAP와 짧은 TAP의 범위(범위) 짧은 첨두전류 보유시간 TAP뒤에는 긴 낮은 전류(IAB) 주기가 뒤따르므로서 용적이 커짐에도 불구하고 낮은 전류 주기동안에 아아크 소멸이 일어난다.(3) Range of high I AP and short T AP The short peak current holding time T AP is followed by a long low current (I AB ) cycle, leading to arc dissipation during the low current cycle, although the volume increases.
(4) 높은 IAP와와 긴 TAP의 범위(범위) 용적으 큰 부피로 자라게 되고 따라서 낮은 용접와이어 공급속도(WFR)에서의 작업시에 아아크가 작열해서, 접촉 첨단에 화상을 주고 단락되어질 용적을 파열시키게 된다.(4) Range of high I AP and long T AP The volume grows to a large volume and, therefore, the arc burns during operation at a low weld wire feed rate (WFR), which burns the contact tip and ruptures the volume to be shorted.
이와같이 아아크가 안정되어서 스패터가 감소되는, 첨두전류치 IAP와 첨두전류 보유시간 TAP의 최적범위는 용접와이어 공급속도에 따라 변한다.The optimal range of peak current value I AP and peak current retention time T AP , in which the arc is stabilized and the spatter is reduced, changes with the welding wire feed rate.
아아크상에서 일정 첨두전류 보유시간으로써 용접전류를 제어함에 있어서, 상술한 스패터 감소효과는 종종 와이어 공급속도, 와이어 신장길이, 및 용접푸울의 형상과 조건의 변화에 의해서 상쇄되어 버린다. 일정 첨두 아아크전류 보유시간 TAP하에서 제어할 때는, 와이어 신장의 증가분이나 또는 와이어 공급속도의 감소같은 외적방해에 의해서 첨두전류 주기에서의 용접와이어가 늘어나는 경우에 아아크의 길이가 늘어나서, 첨두전류 주기 TAP에 뒤따르는 낮은 전류주기 TAB를 연장하게 된다. 그 결과로, 단위시간당 단락회수의 감소를 가져오고, 특별히 홈속에서의 용접작업 동안에 평균 용접전압을 상승시킨다. 반대로 와이어 신장길이의 감소나 와이어 공급속도의 증가가 있는 경우에는, 낮은 전류증기는 짧아지고, 따라서 단락회수의 증대와 평균 용접전압의 저하를 초래한다. 이제 와이어 신장길이의 변화만을 고려해 본다면 와이어 용단치 MR는 다음의 등식으로써 표현된다.In controlling the welding current with a constant peak current holding time on the arc, the above-described spatter reduction effect is often canceled by changes in wire supply speed, wire elongation length, and shape and condition of the welding pool. When controlling under a constant peak arc current holding time T AP , the arc length increases when the welding wire in the peak current period increases due to an increase in wire extension or an external disturbance such as a decrease in the wire supply speed. This extends the low current period T AB following the AP . The result is a reduction in the number of short circuits per unit time, raising the average welding voltage, especially during welding in grooves. On the contrary, when there is a decrease in the wire extension length or an increase in the wire supply speed, the low current vapor is shortened, which causes an increase in the short circuit frequency and a decrease in the average welding voltage. Now, considering only the change in the wire extension length, the wire melt MR is expressed by the following equation.
MR=TAP(ø·IAP+RexI2 AP)/11.1[mm3]MR = T AP (øI AP + RexI 2 AP ) /11.1 [mm 3 ]
상기식에서 ø는 금속용단에 기여하는 양극전압이고, 25℃의 용접와이어를 1600℃의 용강으로 변화시키는 에너지는 11.1J/mm3이며, Rext는 용접와이어의 저항이다. 하기의 표 3은 TAP=11msec, ø=4.0V, IAP=300A 및 1.2mm 직경의 용접와이어의 단위길이당 저항이 10-3l/mm이라는 조건하에서, 와이어 신장길이 10mm 및 20mm일때의 TAP동안의 용단와이어의 체적과 그에 대응되는 용단와이어의 길이를 보여준다.Ø is the anode voltage contributing to the metal melting, the energy to change the welding wire of 25 ℃ to molten steel of 1600 ℃ is 11.1J / mm 3 , Rext is the resistance of the welding wire. Table 3 below shows that when the wire extension length is 10 mm and 20 mm under the condition that the resistance per unit length of the welding wire of T AP = 11 msec, ø = 4.0V, I AP = 300A and 1.2 mm diameter is 10 -3 l / mm. The volume of the blown wire during the T AP and the length of the blown wire corresponding thereto are shown.
[표 3]TABLE 3
위의 표에서 분명한 바와 같이 일정 용접전류하에서 TAP동안의 용단와이어의 체적은 아아크 길이가 크고 또한 단락회수가 적은, 더 긴 와이어 신장일때에 더 크다. 이 상태는 첨두전류 주기에서의 에너지의 과잉공급 때문에 일어나는 것으로서 작업성과의 질적인 관점에서 바람직하지가 못한 것이다.As evident from the table above, the volume of the blown wire during T AP under constant welding current is greater for longer arc elongation and longer wire elongation with less short circuit times. This condition occurs due to the oversupply of energy in the peak current cycle, which is undesirable in terms of quality of work performance.
그렇기때문에, 일정범위에서의 외적조건의 변화에도 불구하고 예로서 와이어 공급속도등의 변화에도 불구하고, 스패터의 양을 줄이고 아아크를 안정시키기 위해서는 아아크상에서의 첨두전류 주기 TAP를 연장 또는 단축하므로서 용접와이어에 대한 에너지 공급을 조절하는 것이 바람직하다. 첨두전류 주기 TAP에 있어서의 에너지의 과잉공급 또는 과소공급은 예로서 저전류주기 TAP의 길이의 변화, 첨두전류 주기 TAP및 저전류주기 TAB의 합의 변화 및 단락회수의 변화 또는 평균 아아크전압의 변화로부터 검출될 수 있다.Therefore, despite changes in external conditions within a certain range, for example, in spite of changes in wire feed speed, etc., in order to reduce the amount of spatter and stabilize the arc, the peak current period T AP on the arc is extended or shortened. It is desirable to regulate the energy supply to the welding wire. The oversupply or undersupply of energy in the peak current period T AP is, for example, a change in the length of the low current period T AP , a change in the sum of the peak current period T AP and the low current period T AB , and a change in the short circuit frequency or an average arc. Can be detected from a change in voltage.
선택적으로, 아아크상의 첨두전류 IAP의 제어는, 첨두전류주기 TAP에서의 단락의 발생이나 또는 과도한 아아크길이의 발생을 방지하는 전류-전압특성을 이용해서 제어하는 방법, 즉 10A/V보다 높은 율로써 용접전압이 변화하므로서 일어나는 전류의 증가와 감소를 제어함으로써 달성된다.Optionally, the control of the peak current I AP on the arc is controlled using a current-voltage characteristic that prevents occurrence of a short circuit in the peak current period T AP or occurrence of excessive arc length, that is, higher than 10 A / V. The rate is achieved by controlling the increase and decrease of the current that occurs as the welding voltage changes.
아아크상의 첨두전류 주기 TAP에서 단락을 방지하기 위해서는 첨두전류 주기에서의 용접전압이 아아크 길이를 적절한 칫수로 일정하게 유지하도록 하는 일정 전압특성에 가능한한 가까와지게 제어되어야만 한다. 이 목적을 위해서는 용접전원의 출력이 용접전압의 증가로 인한 용접전류의 감소 또는 용접전압의 감소로 인한 용접전류의 증가가 첨두전류 주기에서의 소정치보다 더 큰 율, K에 머물도록 하는 방법으로 제어된다.To prevent short circuits in the peak current period T AP on the arc, the welding voltage in the peak current period must be controlled as close to the constant voltage characteristic as possible to keep the arc length constant at the appropriate dimensions. For this purpose, the output of the welding power source is such that the decrease in the welding current due to the increase in the welding voltage or the increase in the welding current due to the decrease in the welding voltage stays at a rate larger than the predetermined value in the peak current period, K. Controlled.
본예에서는, 첨두전류 주기 TAP를 위한 적절한 아아크전압 VREF와 아아크 전류 Io를 사전 설정하므로서, 하기의 등식에 의하여 첨두전류 주기 TAP에서의 용접전류 IAP는 실제 아아크전압 VFB의 편차를 기초로 하여 수정된다.In this example, peak current period T appropriate arc voltage V REF and the arc current Io preset hameuroseo, peak current period by the equation for T welding current in the AP for an AP I AP is based on the deviation of the actual arc voltage V FB Is corrected.
IAP=K(VREF-VFB)+IoI AP = K (V REF -V FB ) + Io
제16도에서 보는바와 같이, 첨두전류 주기 TAP에서의 상이한 용접전류 변화율 K를 채택하여 실시한 실험의 결과, 첨두전류 주기에서의 전압증가로 인한 전류감소율이 10A/V보다 크면, 또한 특히 감소율이 63A/V보다 크면 스패터량이 줄고 작업의 질이 향상된다는 것이 들어났다. 이와같이 첨두전류 주기 TAP를 전류-전압특성을 이용해서 제어하므로서 일정 전류제어에 비하여 아아크상에서의 첨두전류 주기 TAP에 있어서 단락의 가능성을 현저하게 감소시킬 수가 있다. 결과적으로 용접와이어의 용단율이 떨어지고 아아크길이를 줄이고 용적의 크기를 줄여서 큰 용적의 스패터링을 방지할 수가 있다. 그뿐만 아니라, 단락의 빈도의 증가가 가속되어서 아아크의 동요현상을 제거하며, 용접와이어와 용접푸울과의 사이에 일정거리를 유지하는 효과가 곁들여져서 용접푸울의 요동을 방지하고 비이드형상을 규제한다.As shown in FIG. 16, as a result of experiments employing a different welding current change rate K in peak current period T AP , if the current reduction rate due to voltage increase in peak current period is greater than 10 A / V, in particular, the reduction rate is It was heard that greater than 63A / V, the amount of spatter is reduced and the quality of work is improved. Thus, by controlling the peak current period T AP using the current-voltage characteristic, the possibility of a short circuit in the peak current period T AP on the arc can be significantly reduced as compared to the constant current control. As a result, it is possible to reduce the melt rate of the welding wire, reduce the arc length, and reduce the size of the volume, thereby preventing large volume spattering. In addition, the increase in the frequency of short circuits accelerates the elimination of arc fluctuations, and maintains a certain distance between the welding wire and the welding pool, preventing the welding pool from shaking and restricting the bead shape. do.
본 발명의 방법을 요망실시예로써 설명하였으나 본 발명은 이러한 특정 형태에만 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경 또는 변형의 첨부된 특허청구의 범위가 규정하는 발명의 범위내에서 이루어질 수가 있다.Although the method of the present invention has been described as a preferred embodiment, the present invention is not limited to this particular form, but may be made within the scope of the invention as defined by the appended claims of various changes or modifications.
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