KR900003877B1

KR900003877B1 - 용접전원의 제어방법과 장치

Info

Publication number: KR900003877B1
Application number: KR1019840002401A
Authority: KR
Inventors: 사다오 나까니시; 요시히로 나까지마; 히도시 가와노; 아끼히꼬 이오찌; 다까아끼 오가사와라; 도꾸시 마루야마
Original assignee: 가부시끼가이샤 고오베세이꼬오쇼; 마끼 후유히꼬; 신꼬오덴끼 가부시끼가이샤; 이노미다 시게오
Priority date: 1983-05-04
Filing date: 1984-05-03
Publication date: 1990-06-04
Also published as: KR840009238A; US4544826A; JPH0525594B2; EP0127777A1; DE3473737D1; JPS59206159A; EP0127777B1

Abstract

내용 없음.

Description

용접전원의 제어방법과 장치

제 1(a)도 내지 제 1(f) 도는 용적이 이동하는 순차적 단계를 나타낸 개략도.

제 2 도는 정전압 특성을 가진 전원장치의 용접전류 파형도.

제 3 도는 "넥킹(necking)"현상을 검출하기 위한 표본전압레벨의 개략도.

제 4 도는 종래의 인버터형 용접전원장치의 구성 개략도.

제 5(a) 도 내지 제 5(f) 도는 제 4 도 회로 각부분의 파형도.

제 6 도는 본 발명에 따른 회로구성의 개략도.

제 7(a) 도 내지 제 7(f) 도는 제 6 도 회로 각부분의 파형도.

제 8 도는 변형된 회로구성의 개략도.

제 9 도는 본 발명에 의한 쵸퍼(chopper)형 전원장치의 개략도.

제 10(a) 도 및 제 10(b) 도는 종래 전원장치의 출력전류 파형도 및 본 발명에 따른 전원장치의 출력전류 파형도.

제 11 도는 본 발명에 따른 TIG 용접용 전원장치의 개략도.

본 발명은 용접전원장치의 개량에 관한 것으로, 특히 고응답으로 출력전류를 감소시킬 수 있는 전원장치의 제어에 관한 것이다. 더 엄밀히 말하면, 소모성 전극 아아크 용접시 스패터(spatter)를 억제하거나 TIG 용접시 우수한 용접특성을 갖도록 전원장치를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

소모성 전극을 이용한 아아크 용접에서 스패터로 인하여 용접와이어 접합효율의 저하, 분산되는 스패터 등을 제거할 필요성에 의한 작동효율의 저하 등 많은 문제가 발생한다. 그러므로 스패터 발생을 최소로 억제하는 것이 큰 과제로 되어왔다.

스패터를 일으키는 요인을 분석하기 위하여, 제 1(a) 도 내지 제 1(f) 도는 소모성전극(이하 ''용접와이어"라 한다)의 용적(molten droplet)이 이동되는 순차적 단계를 나타내고 있다.

이 도면에서, 1은 용접와이어, 2는 작업물, 3은 아아크를 나타낸다. (a)는 회로가 단락되기 직전의 단계로서 용접와이어와 작업물사이에 아아크가 발생한다. (b)는 회로가 단락되는 초기단계로서 용적이 용융지(weld pool)에 접촉한다. (c)는 단락의 중간단계로서 용적이 용융지와 완전히 접촉한다. (d)는 단락의 최종단계로 용적이 용융지로 이동하므로써 용접와이어와 용적사이에 "넥킹"이 발생한다. (e)는 단락되었던 회로가 끊어지면서 다시 아아크가 발생하는 순간이다. 그리고 (f)는 다시 아아크가 발생하면서 용접와이어의 말단이 녹기 시작하여 용적이 커지는 단계이다. 용적 작업중에는 제 1(a) 도부터 제 1(f)도 까지의 과정이 반복적으로 생긴다.

이러한 상황에서, 즉, 제 1(e) 도의 단계에서, 스패터는 단락회로의 끊어짐에 의해 아아크(3)를 다시 발생시키는 순간에 발생하며, 종래기술에서 잘 알려진 대로 아아크가 다시 발생하는 순간에 용접전류가 더 많이 흘러 스패터가 더 많이 생긴다.

이와 관련하여, 이런 종류의 용접작업시에 일반적으로 사용되는 전원장치는 정전압 특성의 DC 전원장치로서 제 2 도에 보여진 것같은 파형의 용접전류를 공급하는데, 여기서 주기(T1)는 단락주기(제 1(b) 내지 1(d) 도 참조)이고 주기(T2)는 아아크 주기이다. 여기에서 보여진대로, 용접전류는 그 주기동안 전기회로의 시정수에 의해 결정된 것같은 비율로 단락주기(T1)에서 증가되고, 아아크 주기(T2)에서는 그 주기동안 시정수에 의해 결정된것같은 비율로 감소된다.

따라서, 종래의 전원장치의 용접전류는 단락회로가 끊어지는 순간에, 또는 아아크(제 1(e) 도)를 다시 발생시키는 순간에 최고치가 되어 스패터가 발생한다. 그리하여 스패터가 가장 일어나기 쉬운 조건에서 용접작업을 수행한다.

그러므로 종래의 용접전원장치를 사용한 용접에서는 다량의 스패터로 인하여, 분산된 스패터가 차폐가스 노즐에 달라붙어 차폐가스의 흐름을 방해하거나, 질소나 공기가 용융금속에 침입하여 용접의 기계적 강도를 떨어뜨리는 등 여러가지 문제가 발생한다.

이런 문제를 해결하기 위하여 차폐가스로 불활성 가스(즉, 헬륨, 아르곤 등)와 활성가스(즉, 일산화탄소 등)의 혼합물로 사용함으로써 스패터를 방지하는 것이 제안된 바 있다 그러나, 이 방법은 용접전류가 일정치 이상 크거나 용적이 자유롭게 움직이는 스프레이 상태도 이동하지 않으면 스패터를 억제하는 효과가 전혀 없다는 것이 발견되었다.

또, 제 2 도의 단락주기(T1)와 아아크주기(T2)에서 용접전류의 증가 및 감소율을 조정하기 위하여 용접작업중 회로의 저항과 인덕턴스를 적절히 프리세트하여 아아크가 다시 발생할 때의 용접전류를 낮추는 방법이 채택되어 왔다. 그러나, 저항과 인덕턴스의 값은 용접조건에 따라 변화하므로, 이 값들을 프리세트하는 것은 매우 어렵고, 이 방법은 스패터를 억제하는 현실적 방법이 되지 못한다.

이같이, 종래의 스패터방지방법은 이 문제를 해결하거나 실제적인 개선을 이루는데 모두 실패하였다.

본 발명의 목적은 앞서 언급한 문제점을 극복할 수 있는 용접전원장치를 제어하는 방법과 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 주목적은 소모성전극 아아크 용접의 전원장치를 제어하는 방법과 장치를 제공하며, 빠른 응답으로 출력전류를 급격히 감소시켜 스패터발생을 최소한으로 억제할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 TIG 용접에서 아아크 편향과 용접와이어 가열전원장치(wire heating power supply)를 제어하는 방법과 장치를 제공하는 것으로, 출력전류를 급격히 제어하여 양호한 용접결과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따라, 용접전원장치를 제어하는 방법과 장치가 제공되어 있으며, 필수적으로 온 및 오프되어 전원장치의 출력전류를 제어하는 여러개의 스위치로 구성된 제 1 스위치 수단 ; 제 1 스위치수단이 오프되었을때 용접전류 감쇠로(attenuation path)에 연결되는 제 2 스위치 수단 ; 제 2 스위치 수단에 병렬로 접속된 임피던스 소자로 이루어진다.

본 발명은 출력전류감쇠에 따라 빨리 응답하므로 소모성 전극아아크용접의 스패터를 최소한으로 억제할 수 있고, TlG 용접에서 양호한 용접결과를 얻을 수 있다.

이상 기재한 본 발명의 목적과 형태 및 장점들은 다음의 설명과 특허청구의 범위, 이 발명을 구체화시킨 몇가지 첨부도면에서 명백해 질 것이다.

본 발명은 다음 원리에 기초를 둔 것이다. 이전에 언급하였듯이, 스패터의 양은 아아크가 다시 발생하는 순간(제 1 도의 (e)단계)의 용접전류값에 비례한다. 그러므로, 이순간의 용접전류를 감소시키면 스패터발생을 억제할 수 있다. 이렇게 용접전류를 제어하려면 아아크가 다시 발생하는 순간을 정확히 예측하여 즉시 전류를 낮추어야 한다.

이를 위하여 본발명에 따른 전원장치제어는 제 1 도(d) 처럼 아아크를 다시 발생시키기 직전에 용융금속 브리지에 일어나는 "넥킹"현상을 전기적으로 검출하여 아아크가 다시 발생하는 순간을 미리 검출하고, 재아아크 발생때에 신속히 용접전류를 낮출 수 있게 하였다.

여기서 "넥킹"은 다음과 같이 전기적으로 검출될 수 있다. 먼저, 전극이 단락상태이거나 아아크 상태가 부하 양단 (또는 토오치와 작업물사이의 갭양단)전압레벨로부터 검출되든지간에, 단락 상태에 있으면 용접전류를 어떤 레벨로 제어한다. "넥킹"이 전극에 발생하면, 전극의 단면적이 줄어 부하저항이 증가하므로 부하 양단의 전압은 부하저항의 증가에 따라 증가된다. 그러므로 부하 전압의 증가로부터 "넥킹"을 검출할 수 있다.

그러나, "넥킹"발생직후의 저항증가는 10%정도이지만, 저항증가검출시의 신호대 잡음비(S/N ratio)는 전원장치의 스위치 개폐에 따른 용접전류에서의 맥동성분으로 인하여 상당히 낮아진다. 그러므로 "넥킹"을 식별하는 표본레벨은 비교적 큰 여유가 있어야한다.

예를들면, 넥킹때, 전압(V)은 제 3 도와 같이 변하고 맥동성분이 없는경우(C1 곡선)에 L1에 있을 수 있는 식별레벨은 제어 에러를 피하도록 맥동성분(톱니곡선 C2)이 있을때 L2로 상승되어야 한다. 이것은 검출의 시점이 레벨 L1에서의 것과 비교하여 △t에 의해 지연된다.

제 3 도의 그래프는 t1은 "넥킹"이 시작되는 순간이고 t2는 L1레벨에서 "넥킹"을 검출하는 순간이며, t3는 L2레벨에서 "넥킹"을 검출하는 순간이다. 많은 경우 "넥킹"이 시작되는 순간은 아아크가 다시 발생하기 500μs 정도전인데, "넥킹"을 검출하는 순간과 실제 "넥킹"이 시작되는 순간에는 시간지연이 존재한다. 결과적으로 아아크가 다시 발생하기전에 용접전류의 충분한 감소를 달성하기 위하여 용접전류를 500μs에서 검출지연시간을 뺀 아주 짧은시간내에 낮추어야하며 그렇치 못할경우 스패터의 억제는 실질적으로 기대할수 없다.

앞으로 이 점에 대하여 더 설명할 것이다.

제 4 도는 일반적으로 사용되는 인버터형 용접전원장치의 블럭다이어그램인데,1은 토오치, 2는 용접와이어, 3은 작업물을 표시한다. 용접와이어(2)는 도시되지 않은 와이어 공급장치(wire feeder)에 의해 소모율에 따라 적절한 속도로 연속적으로 공급된다. L은 용접케이블(4)에서 발생하는 플로팅 인덕턴스를 나타내고, D1, D2는 정류 다이오드, Rs는 용접전류를 검출하기 위한 션트저항이다. 또 E는 직류전원, SW1부터 SW4까지는 스위치이고, T는 변압기이다.

션트저항(Rs)에 걸리는 전압은 출력단자에서 검출되는 용접전류(SI)를 만드는 연산증폭기(5)에 의해 증폭된다. 이 전류신호(SI)는 저항(R1), 캐패시터(C1), 연산증폭기(6)로 구성된 적분회로(7)로 입력된다.

적분회로(7)의 출력신호(S1)(제 5(a) 도)는 톱니파발생기(8)로부터 소정의 주파수(제 5(a) 도)를 갖는 톱니파 신호(S2)와 함께 비교기(COM1)로 들어간다. 9는 비교기(COM1)의 출력신호(S3)(제 5(b) 도)와 주파수분할기(13)의 출력신호(SA 및 SB)(제 5(c) 도 및 제 5(d) 도에 따라 스위치(SW1 내지 SW4)를 개폐하는 구동기를 보여준다. 도시된 특정 실시예에서, 스위치(SW1 및 SW4)가 한쌍으로서 구동되고 스위치(SW2 및 SW3)는 다른쌍(제 5(e) 도 및 제 5(f) 도)으로서 구동된다. 10은 단락상태에서 용접전류를 프리세트하는 가변저항으로서, 프리세트된 값의 신호는 저항(R2)을 통하여 편차 검출점(11)으로 들어간다.

이 회로에서 스위치(SW1 내지 SW4)의 온-오프는 편차검출점(11)에서 편차의 값이 0(Zero)가 되도록 제어되어 용접전류(I)가 프리세트된 값(Is)을 유지하게 된다. 아아크가 발생할때, 이 회로에는 프리세트된 값에 따라 정전압제어 또는 정전류제 어를 제공하도록 동작하나, 이 점에 대하여는 잘 알려져 있으므로 설명은 생략한다.

위에서 설명한 제어회로에는 부하에 걸리는 전압변동으로부터 "넥킹"을 검출하 도록 넥킹검출기(12)가 제공되고, 용접전류는 모든 스위치(SW1 내지 SW4)를 오프시키도록 넥킹검출기(12)의 출력신호에 응답하여 구동기(9)의 작동을 멈추게 함으로써 낮춰지게 될 수 있다.

이제, 스위치(SW1 내지 SW4)가 "넥킹"의 검출시 넥킹검출기(12)에 의해 오프될때, 다음식에 따라 작업물(3)→션트저항(Rs)→다이오드D1(D2)→인덕턴스(L)→토오치(1)→용접와이어(2)→작업물(3)의 루프를 통하여 감쇠된다.

(여기서 I는 스위치(SW1 내지 SW4)가 오프된 순간의 용접전류의 초기치, R은 단락되었을때 션트저항(Rs)을 포함한 전극의 저항이다.) 용접 케이블의 길이는 통상 30cm정도이므로 여기에는 50μH보다 큰 값을 가진 인덕턴스(L)가 존재한다. 이는 더 낮은 값일수는 없다.

더욱이, 용접와이어의 저항(R)의 값은 직경이 1.2mm일때 약 20mΩ이고, 일반적으로 단락주기의 끝에서 전류의 초기치(I)는 약 400A이다. 그러므로, 이 값들을 제 (1)식에 대입하면,

또, 제(2)식에 "넥킹"시작부터 아아크가 다시 발생할때 까지의 시간 500μs를 대입하면

I(500μs)=400·e^-0.2=327(A) …………………………………………… (3)

그러나, 스패터를 억제하기 위해서는 아아크가 다시 발생하는 순간의 용접전류가 150A 이하로 되어야 하므로, 위에 설명한 회로에서와 같이 넥킹검출시 상술된 스위치(SW1 내지 SW4)를 단순히 오프하는 것만으로는 스패터 억제효과를 기대하기 어렵다.

그래서 본 발명에 따라 전류감쇠속도를 가속시키기 위하여 넥킹 검출시 전류 감쇠 루프에 저항이 연결된다.

제 6 도는 본 발명을 구체화시킨 용접전원장치의 개략도로 제 4 도와 공통되는 부분은 동일한 문자로 표기하고 반복을 피하여 그 설명은 생략하였다.

제 6 도에서, 14는 단락 주기의 초기 및 최종부분에서 용접전류 제어치를 프리세트하는 가변저항을 나타내며, 15는 단락주기의 중간부분에서 용접전류 제어치를 프리세트하는 가변저항, 16은 아아크주기에서 용접전류제어치를 프리세트하는 가변저항이고, 이들 저항의 제어치(Io, Ic, Ia)는 스위치(SW5)에 의해 선정되어 저항(R2)을 통하여 편차검출점(11)으로 들어간다.

부재번호(17)는 토오치와 작업물간의 용접회로전압을 검출하여 증폭시키는 증폭기로서 그 출력신호는 단락검출기(21)로 들어가고, 동시에 스위치(SW6)를 통하여 넥킹 검출기(26)로도 들어간다.

단락검출기(21)는 단락검출레벨(L1), 저항(18 및 19) 및 비교기(COM2)를 프리세트하는 가변저항(20)에 의해 구성되며, 그리고 증폭기(17)의 출력신호가 레벨(L1)이하로 떨어질때 출력신호(S4)를 "하이(high)"레벨로 변환시킨다.

넥킹검출기(26)는 넥킹 검출레벨(L2)(L1〉L2)을 프리세트하는 가변저항(25), 저항기(23,24), 비교기(COM4)로 구성되고, 스위치(SW6)를 통하여 수신되는 증폭기의 출력신호가 레벨(L2) 이상 올라갈때 그 출력신호를 "하이"레벨로 변환시킨다.

22는 프리세트기간 T(단락의 안정화를 위한 지속시간)가 경과함에 따라 그 출력신호를 "하이"레벨로 변환시키는 온딜레이 타이머(on-delay timer)를 표시하고, 23은 S4신호의 증가에 따라 펄스신호(S5)(제 7(i) 도)를 발생시키는 원 숏 멀티바이브레이터(one-shot multivibrator)이다.

27은 세트-리세트 플립플롭(이하 FF로 한다), 28은 FF(27)를 리세트하는 인버어터, 그리고 29는 OR게이트이다. 한편, 비교기(COM3)는 용접전류(I)가 제어치(Io)보다 약간 큰 프리세트값(Io')이하로 떨어지면 출력신호(S7)를 "하이"레벨로 변환시킨다.

SWD는 다이오드 D1(D2)와 용접케이블 사이에 제공되는 스위치를 표시하고, RA는 스위치(SWD)와 병렬 연결된 저항이다. 스위치(SWD)의 개폐를 제어하는 구동기(30)는 오프단자에 들어온 신호의 상승시 출력신호를 "로우(low)"레벨로 변환시키고(SWD오프)온단자에 들어온 신호(S7)의 상승시 "하이"레벨(SWD온)로 변환시킨다.

또 구동기(30)의 출력신호는 구동기(9)의 오프단자로 들어가고, 이는 오프단자에서 "로우"레벨신호의 수신시 모든 스위치 (SW1 내지 SW4)를 오프시킨다.

본 발명에 따른 상술한 용접전류 제어회로는 다음과 같이 작동한다.

제 6 도의 회로의 여러 부분에 나타나는 신호파형을 나타낸 제 7(a) 도 내지 제 7(k) 도를 참조하면, 전류제어치는 t1 순간(아아크상태)전에 (d)도 처럼 Ia로 세트되는데, 결국 용접전류를 Ia와 대응하는 값과 같게하는 방법으로 스위치(SW1) 내지 SW4)의 온-오프를 제어한다. 회로가 단락되는 t1 순간에 증폭기(17)의 출력 전압은 레벨(L1)(제 7(k) 도) 이하로 떨어진다.

그결과 단락검출기(21)의 출력신호(S4)는, "하이"레벨로 되어 이 신호가 스위치(SW5)로 입력되어 전류제어치는 Io로 되고 원 숏 멀티바이브레이터(23)는 (i)와 같은 펄스신호(S5)를 발생시킨다.

펄스신호(S5)에 의하여 구동기(30)의 오프단자가 "하이"레벨로 되어 그 출력신호는 "로우"로 되므로 스위치(SWD)를 오프시킨다. 동시에 구동기(9)에 의해 작동되는 스위치(SW1 내지 SW4)는 모두 오프로 된다.

결국, 용접전류 I는 작업물(3)→션트저항(Rs)→다이오드 D1(D2)→저항(RA)→전극(2)의 경로를 따라 감쇠된다. 이 예에서, 전류감쇠속도는 SWD와 저항(RA)의 연결에 의하여 뚜렷이 가속되는데, 이는 다음에 설명할 것이다.

다음에, 용접전류 I가 t2 순간에 프리세트된 값(Io')에 대응하는 값 이하로 떨어지면, 비교기(COM3)의 출력신호가 "하이"레벨로 되어, 구동기(30)의 온단자를 ''하이''레벨로 상승시킨다. 그때문에, 구동기(30)의 출력신호가 "하이"레벨로 되면 스위치(SWD)를 다시 온시키고 용접전류와 Io가 일치되게 스위치(SW1 내지 SW4)의 개폐를 제어한다.

그러면 t3의 순간에 원 숏 멀티바이브레이터(23)의 출력신호가 정지되고, 계속하여 t4의 순간에 온 딜레이 타이머(22)의 출력신호(S6)(제 7(h) 도)는 상승한다. 신호(S6)의 상승시, 스위치(SW5)는 제어치(Ic)를 선정하고 증폭기(17)의 출력신호가 넥킹검출기(26)로 들어가도록 스위치(SW6)가 온된다.

용접와이어(2)에 ''넥킹''이 일어나자마자, 증폭기(17)의 출력전압이 증가되고 t5의 순간, 전압증가분이 레벨(L2)을 초과하면, 넥킹 검출기(26)의 출력신호가 ''하이"레벨로 되어 FF(27)을 세트시켜 그 출력신호(S8)를 "하이"레벨(제 7(f)도)로 한다. 그 결과, 구동기(30)의 오프단자가 ''하이"레벨로 되어 그 출력신호가 ''로우"레벨로 떨어져, 스위치(SWD 및 SW1 내지 SW4)를 오프시킨다. 따라서 t1에서 t2시간 동안에서와 똑같은 경로를 따라 용접전류가 감소된다. FF(27)이 세트되면 스위치(SW5)는 다시 제어치(Io)를 선정하고 t6 순간의 용접전류가 프리세트된 값(Io')보다 떨어지면 비교기(COM3)의 출력신호는 "하이"레벨로된다.

그 결과 구동기(30)의 온단자가 ''하이"레벨로 되고, 그 출력신호가 "하이"레벨로 되면 스위치(SWD)가 온되어, 제어치(Io)에 따라 스위치(SW1 내지 SW4)이 개폐를 제어한다. 그러면 t6 보다 약 100μs 뒤인 t7순간에 아아크가 다시 발생하고 증폭기(17)의 출력전압이 레벨(L1)을 넘게된다. 그러면 신호(S4)가 "로우''레벨로 되어 스위치(SW5)는 제어치(Ia)를 선정하고 FF(27)를 리세트시킨다. 그후 이상 설명한 작동이 반복된다.

이상 설명한 작동에서 스위치(SWD)와 저항(RA)의 기능을 살펴볼때, RA의 값이 전극저항 R=20mΩ보다 19배 크다고 하면, 즉 0.38Ω이면 용접전류 감쇠의 시간정수는 L/(RA+R)=50μH/0.4Ω=125μs이고 제 (1)식은 다음과 같이 된다.

예를들어 I=400A, t=150μs라면,

I(500μs)=400·e^-2=120(A) ……………………………………………… (5)

그러므로 t가 150μs 같이 작은 값이더라도 용접전류는 스패터 억제효과가 있는 정도까지 낮아질 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 예에서, 저항(RA) 대신에 제너다이오드나, 캐패시터와 방전저항의 직렬회로, 또는 에너지를 소비하는 어떤 다른 수단을 쓸 수 있다.

이제 스위치(SWD)의 기능을 살펴볼때, 스위치(SWD)가 커졌을 경우 스위치(SW1 내지 SW4)의 동작주파수가 10KHz라고 하면, 스위칭주기의 끝에서 용접전류는,

이고 맥동성분은 다음식에서처럼 16A보다 작다.

400-384=16(A) …………………………………………………………… (7)

이것은 4%의 절대값의 맥동성분만이 있다는 것을 뜻하는데, 이는 부하에 걸리는 전압으로부터 "넥킹"의 검출에서 실제로 받아들일 수 있다.

제 3 도에 나타난 바와같이, 맥동성분이 커지면, 넥킹의 검출의 큰 지연이 생기는 경우에, 넥킹 검출레벨을 올려야 하므로 현실적 적용이 불가능하다. 저항(RA)에 의하여 손실되는 에너지(RA가 흡수하는 L의 에너지)는, 용접시 전극의 단락주파수는 초당 약 50이므로, t5에서 t6의 주기에서 손실(W_RA1)은,

이고, 아아크회로 조건에서 전류가 200A 라면, t1에서 t2주기에서 손실은

이다. 그러므로 위에서 설명한 실시예에서 총손실 Wtotal은 현실적인 다음의 값을 갖는다.

Wtotal=182+32=214W …………………………………………………… (10)

반면에, 회로에서 스위치(SWD)가 없을 경우에는 (즉 저항 RA만 전류감쇠회로내에 있을때, 단막조건에서 맥동성분은 "넥킹"을 검출할 수 없을 정도로 커진다.

맥동성분을 15A로 줄이려면 스위치(SW1 내지 SW4)의 작동주파수를 100KHz 이상으로 해야한다. 또, 스위치(SWD)가 없으면, 저항(RA)으로 인한 손실이 수십 kw보다 더 크게되어 현실적으로 적용할 수 없다.

그리하여, 스위치(SWD)는 맥동성분과 전기에너지의 손실을 감소시키고, 저항(RA)는 전류감쇠속도를 개선시키는 것이다.

이상 설명한 실시예에서 "넥킹"이 일어나는 때 뿐아니라, 단락의 직후 어느 주기(제 7 도의 t1에서 t2의 주기)에서 용접전류가 급격히 감소한다. 그리하여, 그렇지 않을때 그 주기에서 전류 증가에 의해 야기될 스패터를 억제하는 것이 가능하다. 뿐만아니라, 용접전류가 프리세트값(Io') 이하로 떨어지면 스위치(SWD)가 커져서 아아크가 다시 발생할때 전류가 너무 낮아 아아크가 발생하지 않는 것을 방지해 준다. 스위치(SW1 내지 SW4) 대신에 제 8 도에 나타낸 바와같이 스위치(SW1A 및 SW2A)를 채용할수도 있다. 이경우, 스위치(SW1A)는 스위치(SW1 및 SW4)와 동시에 작동되고, 스위치(SW2A)는 스위치(SW2 및 SW3)와 동시에 작동된다.

본 발명은 제 9 도에 그 일예를 보여준 쵸퍼형 전원장치에도 물론 적용할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 원리는 TIG 용접의 아아크편향 및 용접와이어 가열용 용접전원장치의 제어에 적용될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 원리는 티그 용접의 아아크편향 및 용접와이어 가열용 용접전원장치의 제어에 적용될 수 있다.

종래 TIG 용접에 있어서는 와이어를 통해 전류치를 변경하여 아아크편향을 변화시키는 아아크발진을 통해 질이 높은 용접이 얻어질 수 있다. 또한 이 효과는 발진 주파수를 높임으로써 향상될 수 있었다.

그러나, 종래의 전원장치는 순방향 및 역방향 발진운동사이에 속도의 차를 야기시키는, 외부결선의 인덕턴스, 리플을 최소화시키기 위해 마련된 대용량 내부 리액터 및 용적의 작업물과 와이어의 단락에 의한 저부하 저항에 기인하는 전류상승과 비교하여 전류강하가 늦어지는 문제점을 지니고 있다. 더욱이, 평균전류는 발진주파수와 더불어 증가하고 적절한 평균전류의 회복은 발진의 불충분한 영향을 가져오기 때문에 발진주파수는 십수 Hz에 한정된다.

제 10(a) 도는 종래 전원장치의 출력전류의 파형을 나타낸 것이고, 제 10(b) 도는 본 발명에 의한 전원장치의 출력전류의 파형도이다.

제 10(a) 도에 나타낸 바와같이, 상승시간(Trise)은 하강시간(Tfall) 보다 짧으며, 평균전류는 종래 전원장치의 경우에 높다.

본 발명에 따르면, 고레벨(IH)에서 저레벨(IL)로 전류를 스위칭하는 시점에서 제 1 및 제 2 스위치수단을 오프함에 의해 Trise=Tfall인 전원장치를 제공할 수 있게 된다. 그러므로, 주파수가 고정상태의 레벨(IH및 IL)에 따라 증가하더라도, 순방향 및 역방향 발진운동을 같게하도록 평균전류를 변하지 않게 유지할 수가 있다.

제 11 도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 것으로 소모성 전극 아아크 용접에 의한 제 4 도의 실시예와 유사한 구조를 갖는다, 제 11 도에서, 비소모성 전극에 별도의 TIG 전원장치로부터 전류(I2)가 공급된다.

본 발명의 전원장치로부터 전류가 공급되는 와이어(2)는 토오치(1)와 작업물(3)사이의 갭 양단에 발생되는 아아크를 향해 공급된다. 전원장치는 발진주파수를 프리세트하고 "H"와 "L"신호를 번갈아 만드는 발진기 및 발진기의 출력이 각각 "H"와 "L"레벨에 있을때 프리세트된 고레벨(IH)과 프리세트된 저레벨(IL)을 선택하도록된 스위치(SW5)를 포함한다. 스위치(SW5)에 의해 선택된 신호는 저항(R2)을 통해 증폭기(7)에 공급한다.

한편, 실제전류(I)는 검출기저항기(Rs)에 의해 검출되고 증폭기(5)에 의해 증폭되어 전류신호(SI)를 만든다. 전류신호(SI)는 앞의 실시예에 있어서와 동일한 방법으로 소정치의 출력을 유지하도록 스위치(SW1 내지 SW4)를 온 및 오프하기 위해 저항(R1)을 통해 증폭기(7)에 공급된다.

신호(SI)는 또한 IL보다 약간 높게 프리세트된 신호(Io')를 다른 입력단자에서 수신하는 비교기(COM3)에 공급한다. 비교기(COM3)는 SI가 Io'보다 높았을때 "L"레벨의 출력신호를 발생한다. 이 신호(S7)와 발진기로부터의 신호(SI0)는 AND 게이트의 반전입력단자에 각각 연결되는데, 여기에서 그의 입력 신호들이 둘다 "L"이었을때 "H"레벨의 신호를 발생시킨다.

즉 "H"의 출력은 프리세트된 값(IL)이 선택되어 출력전류가 Io'보다 클때에만 발생된다. 이 출력신호(S11)에 응하여, 구동기회로는 스위치(SWD)를 열며, 그에 의해 전술한 바와 똑같은 방법으로, 급격히 출력전류를 감소시킨다. 이와같이, 본 발명에 의한 전원장치는 100Hz보다 높은 주파수에서 발진을 허용한다.

전술된 상세한 설명에서, 본 발명에 의한 전원장치는 출력전류를 제어하기위해 온 및 오프될 적어도 하나의 스위치로 구성되는 제 1 스위치수단 ; 제 1 스위치수단이 오프-상태에 있을때 용접전류 감쇠로에 연결되도록 제 2 스위치수단 ; 및 제 2 스위치수단과 병렬로 연결된 적어도 하나의 임피던스 소자로 구성되는 임피던스수단을 포함하고 있어, 전극이 작업물과 접촉하고 있는 단락상태이거나 재아아크의 징후를 검지함에따라 급격히 출력전류를 낮추고, 그에 의해 소모성 전극 아아크 용접에서 스패터발생을 방지하도록 재아아크의 시점에서 급격히 전류치를 최소화하도록 제 1 및 제 2스위치수단을 오프시킨다.

더욱이 TIG 용접에 있어서 고레벨에서 저레벨로 필러(filler)와이어에 전류를 스위칭하는 때에 제 1 및 제 2 스위치수단을 오프함에 의해 급격한 발진을 통해 높은 질의 용접을 얻을 수가 있게된다. 제 2 스위치 수단의 온-오프 제어에 의해 전기 에너지의 손실을 줄이고 맥동 성분을 억제시키는 것이 또한 가능하게 된다.

비록 본 발명이 특정실시예를 통해 기술 및 도시되었으나 첨부된 특허청구범위에 명시된 바와같이 본 발명의 범위내에서 많은 변형과 수정이 가해질수 있음을 주목해야할 것이다.

Claims

용접전원장치의 제어장치에 있어서, 출력전류를 제어하기위해 온 및 오프될 적어도 하나의 스위치로 구동되는 제 1 스위치수단 ; 상기 제 1 스위치수단이 오프상태에 있을때 용접전류 감쇠로에 연결되도록 된 제 2 스위치 수단 ; 및 상기 제 2 스위치수단과 병렬로 연결된 적어도 하나의 임피던스소자로 구성되는 임피던스수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접전원장치의 제어장치.
소모성 전극 용접전원장치를 제어하는 방법에 있어서, 적어도 하나의 스위치로 구성되는 제 1 스위치수단의 온-오프 제어에 의해 상기 전원장치의 출력전류를 제어하는 단계 ; 상기 제 1스위치수단이 오프상태에 있을때 용접전류 감쇠로에 연결된 제 2 스위치 수단을 제공하는 단계 ; 상기 제 2 스위치 수단과 병렬로 적어도 하나의 임피던스 소자로 구성되는 임피던스 수단을 연결하는 단계 ; 적어도 전극이 작업물(work)과 접촉하고 있는 단락상태이거나 재아아크(re-arcing)의 징후의 검지때 상기 제 1 및 제 2 스위치수단을 오프시키는 단계를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
소모성전극 용접전원장치를 제어하는 방법에 었어서, 적어도 하나의 스위치로 구성되는 제 1 스위치수단의 온-오프 제어에 의해 상기 전원장치의 출력전류를 제어하는 단계 ; 상기 제 1 스위치수단이 오프상태에 있을때 용접전류 감쇠로에 연결될 제 2 스위치수단을 제공하는 단계 ; 상기 제 2 스위치수단과 병렬로 적어도 하나의 임피던스소자로 구성되는 임피던스수단을 연결시키는 단계 ; 적어도 전극이 작업물과 접촉하고 있는 단락상태이거나 재아아크의 징후의 검지때 상기 제 1 및 제 2 스위치 수단을 오프시키는 단계 ; 및 용접전류가 상기 스위치 수단의 오프주기동안에 프리세트값 이하로 떨어졌을때 상기 제 2 스위치수단을 온시키고 상기 제 1 스위치수단의 온-오프를 재개시키는 단계를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
TIG 용접의 아아크 편향 및 와이어 히이팅용으로 사용될 용접전원장치를 제어하는 방법에 있어서, 적어도 하나의 스위치로 구성되는 제 1 스위치수단의 온-오프제어에 의해 상기 전원장치의 출력전류를 제어하는 단계 ; 상기 제 1 스위치수단이 오프상태에 있을때 용접전류감쇠로에 연결될 제 2 스위치 수단을 제공하는 단계 ; 상기 제 2 스위치수단과 병렬로 적어도 하나의 임피던스소자로 구성되는 임피던스수단을 연결하는 단계 ; 상기 제 1 스위치수단의 제어하에 출력전류를 적어도 고(high)와 저(low)값 사이에서 교대로 스위칭함에 의해 아아크를 편향시키는 단계 ; 상기 저(low)값으로 출력전류를 스위칭하는 시점에서 상기 제 1 및 제 2 스위치수단을 오프시키는 단계를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.