KR910003861B1 - 열선을 사용한 교류 tig 용접장치 - Google Patents

열선을 사용한 교류 tig 용접장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

열선을 사용한 교류 TIG 용접장치
제 1 도는 종래의 용접장치의 개략 구성도.
제 2 도는 제 1 도에 나타낸 종래의 용접장치의 아아크 전류 파형도.
제 3 도는 본 발명의 제1의 실시예에 의한 열선을 사용한 교류 TIG 용접장치의 개략구성도.
제 4 도는 제 3 도에 나타낸 2차 제어신호 발생회로와 제어신호 발생회로의 개략도.
제 6a, b 도는 제 3 도에 나타낸 용접장치에 의한 아아크 전류파형도 및 와이어 전류파형도.
제 7a, b, c, d 도는 본 발명의 제 2 의 실시예에 의한 교류 TIG용접장치의 아아크 전류파형도 및 와이어 전류 파형도.
제 8a 도 및 제 8b 도는 본 발명에 의한 아아크 전류 파형도 및 와이어 전류 파형도.
제 9 도는 본 발명의 제3의 실시예에 의한 열선을 사용한 교류 TIG용접장치의 개략 구성도.
제 10 도는 본 발명의 제4실시예에 의한 열선을 사용한 교류 TIG용접장치의 개략 구성도.
제 11a 도, 제 11b 도 및 제 11c 도는 제 10 도에 나타낸 제4의 실시예의와이어 가열 전원의 다른 구성도.
제 12 도는 제 10 도에 나타낸 제4의 실시예의 와이어 가열전원의 또다른 구성도.
제 13 도(a),(b),(c)는 제 10 도에 나타낸 용접장치를 사용하여 열선 용접을 실시했을 때의 전류 파형도.
제 14a 도, 제 15a 도, 제 16a 도 및 제 17a 도는 본 발명에 있어서 전원의 조건을 변화시킨 경우의 아아크 전류의 흐름 경로 표시도.
제 14b 도, 제 15b 도, 제 16b 도 및 제 17b 도는 각각 제 14a 도, 제 15a 도, 제 16a 도 및 제 17a 도에 있어서의 아아크 전류파형, 트랜지스터 제어신호파형 및 와이어 전류파형을 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용접 전원 2 : 구형파 교류아아크 전류 발생회로
3 : 와이어 전류 형성회로 4 : TIG토오치
5 : 비소모 전극 6 : 모재
7 : 아아크 8 : 와이어 공급장치
9 : 첨가와이어 10 : 도관
11 : 접촉 팁 12 : 용융푸울
13 : 용접비이드 21, 27 : 직류전압 발생회로
22, 24 : 스위칭 회로 23 : 대전류 직류회로
25, 26, 30 : 제어신호 발생회로
본 발명은 예를들면 열선(Hot Wire) TIG(Tungsten Inert Gas)용접장치등의 비소모 전극 용접장치에 관한 것으로, 특히 알루미늄 등의 교류 아아크 용접을 고능률로 행하기에 적합한 열선을 사용한 교류 TIG용접장치에 관한 것이다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금의 용접에 있어서, 대략 5mm이하의 박판에는 교류 TIG 용접이, 그 이상 두께의 판에는 MIG(Metal Inert Gas)용접이 사용되는 일이 많다. 용접속도가 빨라 TIG용접에 비교하여 용접률이 높고 입열량이 작은 MIG용접은 열 영향부의 폭도 좁게 할 수 있어 연화(軟化) 및 열 왜곡이 적어지나, 기공(氣孔)이 발생히기 쉽고, 또 용접금속의 내식성이 약간 떨어진다는 결점이 있다. 또, 이 용접은 아아크의 안정성 및 비이드(bead)형성의 점에서 박판의 용접에는 적용할 수 없다.
한편, TIG용접은 용접속도가 비교적 느리고 입열량이 커져 열 영향부의 폭도 커져서 연화 및 열왜곡이 커지는 경향이 있으나, 비이드 형상이 양호하고, 기공의 발생이 적고, 용접금속의 내식성도 우수하다는 특징이 있다. 박판용에는 용융낙하등의 문제 때문에 아아크 전류를 크게할 수 없으므로, 아아크 전류를 크게 하지 않고 용접속도를 향상하는 것이 연화나 열 왜곡을 작게 한다는 관점에서 바람직하다.
제 1 도는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 자동 TIG 용접할 때에 종래에 사용되고 있는 용접장치의 개요를 나타낸 도이다.
제 1 도에 나타낸 바와 같이, 교류아아크 전원(16), TIG 토오치(4) 및 텅스텐 전극(5)에 의하여 모제(base metal)(6)에서 교류 아아크(7)를 형성하고, 여기에 와이어 공급장치(8)를 사용하여 첨가와이어(9)를 도관(conduit)(10)을 통하여 용접부에 안내하고, 아아크로 녹여 용착비이드(13)를 형성하고 있다. 토오치(4)의 수냉계통 및 시일드 가스계통의 도시는 생략하고 있으나, 토오치(4)로부터는 알곤가스등의 불활성 가스를 유출시켜 용접부의 시일드를 행하고 있다.
알루미늄의 TIG용접에 있어서, 모재(6)의 표면에 산화 피막이 있으며 용접이 곤란해지기 때문에 모재(6)측에 아아크의 음극점을 형성시키는 기간을 설치하기 위하여 교류아아크(7)를 사용하고 음극점에 들어가는 이온의 충격 작용에 의하여 모제(6)표면의 산화물을 파괴하는 소위 크리닝 작용을 행한다. 이와 같이 산화 피막을 제거하면서 행하는 TIG용접이 알루미늄용접에 있어서의 가장 일반적인 방식이다. 그러나, 동 또는 동합금을 TIG용접할때에는 직류 역극성 전극을 사용하는 것이 보통이나. 알루미늄 청동이나 밸리튬 청동을 용접할 때에는 크리닝 작용이 얻어지는 교류아아크쪽이 용이하게 용접이 된다. 이와 같은 교류 TIG아아크 용접에서는, 지금까지는 일반적으로 와이어의 통전 가열을 하지 않는 소위 콜드 와이어를 첨가 와이어로서 사용하여 아아크로 용접하여 용착(溶着)금속을 형성하고 있다.
아아크 전원으로서는, 직류전류를 스위치하여 구형차 교류전류를 출력하는 교류 TIG아아크 전원이 자주 사용된다. 그 아아크 잔류 (iA)의 파형의 일예를 제 2 도에 나타낸다. 이 파형의 주기는 7ms로 하고, 그중모재가 음극이 되는 정극성 전극의 반파의 폭을 예를들면 1ms를 1.5ms등으로 조정하여 아아크의 크리닝작용이 생기는 정도를 제어하고 있었다.
그러나, 교류 TIG아아크 용접을 할때에, 열선을 사용하면 와이어의 용용속도가 높아지기 때문에, 용접작업 능률의 향상이 기대된다. 그러나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 고유 저항이 자고, 주울 가열(Joule Heating)에 있어서는 대전류가 필요하며 아아크의 자기블로우(Magnetic blow)가 직렬해질 것이 염려되기 때문에, 열선을 사용하여 용접하는 열이 지금까지는 행하여지지 않고 있다.
한편, 탄소강, 스테인레스 강등에 대해서는 직류 TIG와 함께 열선 TIG용접이 때때로 향하여지고 있다. 여기서의 와이어 가열전류는 직류 또는 교류(참조 : 열선 ; J.F.Saenger, 용접 및 금속제로, 1971년 6월), 또는 아아크의 자기블로우 대책의 관점에서 직류의 펄스(미합중국 특허 제4,614,856호)등도 사용되고 있다.
교류 TIG 아아크와 이들의 와이어 가열 전원을 조합하여 사용해본 결과, 아아크가 불안정하고, 특히 알루미늄의 경우에는 아아크 단절이 발생하기 쉬워 사용하기에는 지장이 많은 상태가 되는 것을 알게 되었다.
상기와 같이 종래의 열선 가열 전원을 교류 TIG아아크와 단순히 조합하는 것만으로서는 아아크가 불안정하여, 열선 와이어 용접을 실용할 수 없다는 문제가 있었다. 그 원인을 알루미늄의 용접에 대하여 조사해보면 크리닝 작용을 발생하는 비소모 전극이 양극일때에, 아아크는 모재 표면의 산화물을 찾아 방황(wanderring)하고 (참고 : 용접아아크현상 ; 고헤이 안도 등 ; 1962년 7월, 141∼144페이지), 만일 이때에 와이어에 통전을 하고 있으면, 와이어 전류에 의하여 생기는 자계에 의한 아아크 자기블로우는 아아크 불안정을 가중시켜, 결국 아아크 단절을 발생하기 쉽게 된다는 것을 알았다.
본 발명의 주된 목적은 아아크 단절이나 자기블로우 등의 불완정 현상을 제거하여, 능률적이고, 용접속도가 빠르며 실용성이 우수한 비소모 전극 용접 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용접되어야 할 모재와 소정의 간격을 두고 대향하도록 배치되는, 예를들면 텅스텐 전극등의 비소모 전극과, 상기 모재와 비소모 전극과의 사이에 접속되는 교류아아크 용접전원과, 모재와 비소모 전극과의 사이에 형성되는 아아크 발생부를 향하여 공금되는 예를들면 알루미늄등의 첨가와이어와, 그 첨가 와이어를 공급하는 와이어 공급수단을 구비한, 예를들면 열선교류 TIG용접장치 등의 비소모 전극 용접장치를 제공한다.
그리고, 이 용접장치에 펄스전류를 출력하는 와이어 가열 전원을 설치한다. 이 와이어 가열 전원부는 상기 교류 아아크 전원으로부터의 동시신호에 응답하여 혹은 그 교류아아크 전원의 아아크 전류 혹은 아아크 전압을 검출하여 출력된 신호에 의거하여, 펄스 전류를 상기 첨가 와이어에 흐르게 하여 와이어를 가열하도록 되어 있다. 상기 비소모 전극과 모재와의 상이에 형성되는 교류 아아크에 의하여 비소모 전극이 음극이 되어 있는 기간중, 상기 첨가외이어에 펄스상의 가열전류를 흘려보내어 가열한다. 한편, 교류아아크에 의하여 비소모 전극이 양극으로 되어 있는 기간중에는 와이어에 전혀 전류를 흘러 보내지 않거나, 흐르게 한다해도 실질적으로 자기블로우를 발생하지 않을 정도의 전류를 상기 첨가 와이어에 흘려보내어 가열하도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이 교류 아아크와 동기를 취하고, 비소모 전극이 음극이 되어 있는 기간중(역극성 반파일때)에 높은 피이크의 펄스 전류를 첨가와이어에 흐르도록 하면, 그 통전기간중에는 아아크는 자기블로우를 발생하나. 이것은 통상의 직류 TIG용접시에 펄스전류를 흐르게 하여 열선 용접하는 (일본국 특개 소 62-130773, 출원번호 60-271343)경우와 동일하며, 그 기간이 비교적 짧으면, 용접 작업을 그다지 방해하지 않는다. 이와같이 하며, 원해 아아크가 상당히 불안정할 때 정극성 반파주기동안은 실질적으로 와이어 통전을 하지 않으므로 그렇지 않을 경우 원활한 용접작업을 저해하게 되는 아아크 단절은 발생하지 않는다.
이하, 본 발명에 의한 열선을 사용한 교류 TIG용접장치를 실시예에 따라 상세히 설명한다.
제 3 도는 본 발명에 의한 열선을 사용한 교류 TIG용접장치의 제1의 실시예의 개략 구성도이다.
제 3 도에 있어서, 제 1 도와 참조번호는 동일 소자를 나타낸다.
1은 용접전원이고, 그 내부에는 구형파 교류아아크 전류발생회로(2)와 펄스전류를 출력하는 와이어 전류발생회로(3)가 있다. 이 와이어 전류 발생회로(3)는 와이어 가열전원을 구성하여 교류 아아크 전루 발생회로(2)와 동기되어 펄스 전류를 출력한다. 4는 TIG토오치, 5는 비소모 전극을 구성하는 텅스텐 전극이고 모재(6)와의 사이에 아아크(7)를 형성한다. 8은 와이어 공급장치이고, 이로부터 공급되는 첨가와이어(9)는 도관(10)에 의하여 용접부에 안내되어 모재(6)와 접촉한다. 도관(10)의 선단에는 접촉 팁(contact tip)(11)이 설치되어 있고, 이 팁은 용접전원(1)의 와이어 전류 출력단자의 한쪽과 접속되어 있다. 이 접촉 팁(11)과 모재(6)의 일부와 혼합되어 용융 푸울(molten pool)(12) 및 용접 비이드(13)를 형성한다.
제 4 도는 제 3 도에 있어서의 용접전원(1)의 구체적인 회로도이다. 구형파 교류아아크 전류(iA)의 출력회로(2)는 전파정류 다이오드(DA1)와 콘덴서(C1)로 이루어진 직류전압 발생회로(21)와, 그 직류전압 발생회로(21)로부터 출력되는 전압을 트랜지스터(Tr1∼Tr4)에서 스위칭하여 20KHz정도의 교류로 변환하는 1차 트랜지스터 스위칭회로(22)와, 그 1차 트랜지스터 스위칭회로(22)로부터 출력되는 교류전류를 변압기(T1)에 의하여 변압하고, 다이오드(D1,D2)에 의하여 정류하고, 코일(L1)에 의하여 평활시켜 대전류 직류를 출력하는 대전류 직류회로(23)와, 그 대전류 작류회로(23)의 직류 출력으로부터 트랜지스터 브리지(Tr5~Tr8)에 100KHz 정도의 구형파 교류를 출력하는 2차 트랜지스터 스위칭회로(24)와, 상기 1차 트랜지스터 스위칭회로(22)용의 제어신호를 출력하는 1차 제어신호 발생회로(25)와, 2차 트랜지스터 스위칭회로(24)용의 제어신호를 출력하는 2차 제어신호 발생회로(26)로 구성되어 있다.
한편, 와이어 가열 전원용의 직류펄스 전류 출력회로(3)는 전파정류 다이오드(DA2)와 콘덴서(C2)로 이루어진 직류 전압 발생회로(27)와, 그 직류전압 발생회로(27)로부터의 전압을 트랜지스터(Tr9),(Tr10)에서 스위칭하여 20KHz정도의 교류를 변압기(T2)에서 변압하고, 다이오드(D3,D4)에 의하여 정류하고, 코일(L2)에 의하여 평활하여 직류 펄스 전류를 출력하는 직류펄스전류 발생회로(29)와, 상기 1차 트랜지스터 스위칭회로(28)용의 제어신호를 출력하는 제어신호 발생회로(30)로 구성되어 있다.
아아크 전류(iA) 및 그 출력파형은 상기 1차 트랜지스터 스위칭회로(22)용의 1차 제어신호 발생회로(25) 및 2차 트랜지스터 스위칭회로(24)용의 2차 제어신호 발생회로(26)에 의하여 제어된다. 특히 그중에서도 구형파 교류의 정의 반파와 부의 반파의 통전 기간을 결정하여 출력한다. 그때의 동기 신호는 와이어 가열 출력회로의 1차 트랜지스터 스위칭회로(28)용의 제어신호 발생회로(30)에도 인가되어, 아아크 전류 파형과 동기하여 와이어 통전용의 펄스 전류(iW)가 출력되도록 되어 있다.
상기 1차 트랜지스터 스위칭회로(22)용의 1차 제어신호 발생회로(25)는 주로 스위칭 레귤레이터용의 집적회로들로 구성하고, 외부로부터 참조전압에 대응한 아아크 전류를 발생하도록 펄스푹 제어신호를 출력한다.
제 5 도는 제 4 도에 나타낸 2차 제어신호 발생회로(26)와 제어신호 발생회로(30)의 개략도를 나타낸다.
상기 2차 제어신호 발생회로(26)은 무안정 멀티바이브레이터(26-1)와 단안정 멀티바이브레이터(26-2)를 중심으로 한 회로로 구성되어 있다.
이 회로의 하이(H) 및 로우(L)의 기간은 가변 저항기(31,32)로 조정되고, 그에 대응한 구형파 교류의 정의 반파와 부의 반파의 통전기간이 정해져, 2차 트랜지스터 스위칭 회로(24)에 인가하도록 되어 있다. 또 그 신호는 제어신호 발생회로(30)에도 인가된다.
제어신호 발생회로(30)에서는 와이어 공급속도에 알맞는 실효전류를 얻기 위하여 톱니파 형성회로(33-3)에서 2차 제어신호 발생회로(26)의 신호로부터 교류아아크 전류의 위상과 동기된 톱니파를 발생시키고, 펄스폭 조정용 가변저항기(33)의 출력과 상기 톱니파를 비교기(33-1)에서 비교하고 있다. 또 발전기(33-4)와 D형 플립, 플롭(33-2)에서 고주파, 예를들면 20KHz의 고주파를 발생시켜, 이 고주파와 비교기(33-1)의 출력과의 논리곱을 NAND회로(33-5,33-6)에서 취한다. 따라서, 텅스텐 전극이 부의 극성이 되었을 때의 교류 아아크 전류의 위상과 동기하여, 제어신호 발생회로(30)로부터 1차 트랜지스터 스위칭회로(28)에 온(ON)신호를 출력하고, 이로써 와이어 가열용의 펄스 전류가 출력되어진다.
제 6a, b 도는 제 3 도에 나타낸 본 발명의 용접장치에 의하여 알루미늄의 열선용접을 실시했을 때의 아아크 전류파형(iA)[제 6a 도]과, 와이어 전류파형(iW)[제 6b 도]의 일예를 나타내고 있다. 첨가와이어(9)로서는 직경 1.2mm의 알루미늄 와이어를 사용하고, 실효 아아크 전류는 200A, 아아크 전류의 역극성 기간은 7ms, 정극성 기간은 3ms로 되어 있다.
한편, 와이어 전류(iW)는 아아크가 역극성이 된 때부터 1.5ms의 기간동안 공급되는 피이크치 500A의 펄스 전류를 통전시켰다.
이와 같이 역극성 아아크일 때에만 와이어 통전을 하도록 하고 있기 때문에, 와이어 통전중에 아아크 단절이 발생되는 일은 없어지고, 직경 1.2mm의 알루미늄 와이어를 4m/min의 속도로 공급하여 양호한 용접비이드를 형성한다.
이 과정에서 와이어전류(iW)는 와이어(9)가 부극이 되도록 해도 용접작업은 가능하나, 와이어 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 자계에 의하여 아아크(7)가 와이어(9)측으로 자기적으로 끌어 당겨지고, 텅스텐 전극(5)과 와이어(9)와의 사이에서도 아아크를 형성하여, 와이어(9)의 용융을 현저하게 진행시킨다. 따라서 와이어(9)가 용해되거나 불안정하게 용융되어 아아크(7)가 산란(흐트러지기)되기 쉽다.
그러므로 와이어(9)가 정극이 되도록 접속하여 통전하면 와이어 통전중에는 아아크(7)는 와이어(9)로부터 떨어지는 방향으로 블로우되어 와이어(9)로부터 아아크(7)가 발생하는 일도 없어져 아아크(7)를 안정시킨다.
다음의 표는 동일 아아크 전류로 깨끗한 비이드를 형성하면서 용접할 수 있는 조건을 구비하기 위하여, 제 3 도의 용접장치를 사용하여 두께 3mm의 알루미늄 판상에서 행한 맞댐 용접(butt welding)의 구체적인 수치를 나타낸 것이다. 표에서 알 수 있는 바와 같이 열선 용접일 때에는 콜드 TIG용접일 때보다 1.3배의 용접속도가 달성된다.
상기 제 1 의 실시예에서는, 아아크 전류는 단순한 구형파에 가까운 교류 파형이다. 따라서, 와이어 통전기간에 있어서의 아아크 전류는 높은 값이므로, 와이어 공급속도가 증가하여 와이어 통전기간이 비교적 길어지면 아아크가 자기 블로우를 받고 있는 기간이 그만큼 길어지므로, 모재의 용융을 방해하는 정도가 증가하게 된다.
제 7a, b, c, d 도는 그 대책으로서 이루어진 본 발명에 의한 제 2 의 실시예의 아아크 전류파형(iA) 및 와이어 (iA)을 나타낸 도이다. 이 제 2 의 실시예의 경우, 역극성 파형에 포함된 와이어 통전기간중 예를들면 3ms의 동안에는 아아크는 단지 지속될 뿐인 낮은 전류치 예를들면 50A정도로 해두고, 그동안만 와이어를 용융하는데 필요한 높은 피이크의 와이어 전류를 통전하고, 와이어통전을 하지 않는 기간에는 아아크 전류를 높게하여 모제의 용융을 행하도록 아아크 전류(iA)를 출력하도록 구성되어 있다.
이와 같이 하면, 낮은 아아크 전류일때에 격렬하게 자기 블로우가 생겨도, 용접 작업을 방해하는 일은 거의 없다. 따라서, 더욱 높은 와이어 용융속도가 되어도 열선교류 TIG 용접을 할 수가 있다.
제 6 도 및 제 7 도에서 설명한 본 발명에 의한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서는 모두 아아크 전류가 역극성 반파를 취한 직후에 와이어의 통전이 개시된다. 또한 역극성 반파의 아아크 전류를 가진 아아크가 형성된 얼마후에 와이어가 통전되더라도 비슷한 효과가 얻어진다.
상시 실시예에서는 비소모 전극이 음극이 되어 있는 기간은 첨가 와이어에 전혀 통전하고 있지 않으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 비소모 전극이 양극으로 될때에, 자기 블로우를 실질적으로 발생하지 않을 정도의 극히 작은 전류를 흐르게 해도 동일한 효과가 얻어진다.
제 8a 도 및 8b 도는 정극성 반파의 기간에 실질적으로 자기블로우가 생기지 않을 정도의 전류를 와이어에 통전했을 경우의 아아크 전류파형[제 8a 도(a) 제 8b (a)]과, 와이어 전류파형[제 8a 도(b), 제 8b (b)]의 예를 나타내고 있다.
상시 제1실시예에서는 교류아아크 용접전원과 와이어 가열잔원이 일체로 구성되어 있는 경우에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명의 취지에서 벗어남이 없이 와이어 가열전원을 아아크 전원으로부터 독립된 회로로하고, 아아크 전원으로부터는 동기신호의 교류출력만으로 응답하는 아아크 전류와 동기하여 가열전류를 출력하도록 구성할 수도 있다.
또, 아아크 전원으로부터의 출력전압 또는 출력전류를 검출하여, 아아크 전류와의 동기를 취하여 와이어 전류를 출력할 수 있게도 구성할 수 있다. 제 9 도는 본 발명의 제3의 실시예를 설명하기 위한 도이고, 홀소자로 이루어진 아아크 전류검출기(14)를 사용하여 아아크전원(16)으로부터 아아크 전류를 검출하고, 검출된 신호와 동기하여 와이어 가열전원(15)의 출력을 제어하도록 되어 있다. 이와 같이하면, 교류 아아크전원(16)은 기존의 것을 사용할 수가 있어, 와이어 가열전원(15)만을 신설하는 것만으로 열선 교류 TIG용접장치를 구성할 수 있어 대단히 경제적이다.
이상 지금까지의 본 발명에 의한 실시예에서는 첨가와이어(9)가 모재(6)에 접촉하고 있는 상태에 대하여 설명하였다. 그러나, 첨가와이어(9)가 모재(6)로부터 떨어졌을 경우에는 아아크 전류는 텅스텐 전극(5)-아아크(7)-모재(6)의 경로로 흐를 뿐만 아니라, 텅스텐(전극(5)-첨가와이어(9)-직류펄스 전류 발생회로(29)-모재(6)의 경로로를 따라서도 흐른다. 이 때문에, 아아크가 첨가와이어(9)로부터 나오게 되어 아아크의 산란을 발생하여 원활한 용접 수행을 방해한다.
제 10 도는 그 대책으로서 이루어진 본 발명에 의한 제4의 실시예의 와이어 가열전원(15)의 구성을 나타낸 것으로, 직류펄스전류 발생회로(29)의 출력에 스위칭 소자로서, 트랜지스터(15-5)를 사용한 것이다. B는 아아크 전류 차단회로로서, 첨가와이어(9)가 모재(6)로부터 떨어졌을 때에 이 트랜지스터(15-5)를 OFF함으로써, 아아크 전류가 첨가와이어(9)에 흘러들어가는 것을 방지한다.
제 11a 도, 제 11b 도, 제 11c 도는 제 10 도에 도시한 제4의 실시예의 와이어 가열전원(15)의 다른 구성을 나타낸 것이다. 제 11a 도에는 상기 직류 펄스전류 발생회로(29)의 다이오드와 상기 트랜지스터(15-5)로서의 이중 작용을 하는 다이리스터(15-1)가 설치되고, 제 11b 도에는 와이어의 펄스전류를 발생하기 위한 위상 제어소자인 TRIAC(15-2)으로 구성하고 있으며, 제 11c 도는 입력을 변압기에서 변압한 후 다이리스터(15-1)만으로 구성하고 있으며, 이들의 구성으로도 제 10 도에 나타낸 제 4 도의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수가 있다.
제 12 도는 제4의 실시예의 와이어 가열전원(15)의 다른 구성을 나타낸 것이다. 직류 발생회로(15-4)의 출력을 콘덴서(15-3)에 충전하고, 상기 트랜지스터(15-5)를 스위칭시켜 콘덴서(15-3)의 방전에 의하여 펄스전류를 형성하는 구성으로서, 제 10 도에 나타낸 제4의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수가 있다.
제 13(a),(b),(c)는 제 10 도의 용접장치를 사용하여 열선 용접을 실시했을 때의 아아크 전류[제 13 도(a)], 트랜지스터(15-5)용의 제어신호[제 13 도(b)], 와이어 전류[제 13 도(c)]를 각각 나타낸 것이다. 제 10 도의 상기 아아크전원(16)으로서는 구형파의 교류 TIG용접장치를 사용하고, 상기 와이어 가열전원(15)의 부(-)출력을 첨가와이어(9)에, 정(+)출력을 모재(9)에 접속한 경우이다. 와이어 통전은 텅스텐 전극(5)이 부(-)가 된 동안에만 행하도록 제어하고 있다. 이 경우에, 텅스텐 전극(5)이 정(+)이 되었을 때 첨가 와이어(9)가 모재(6)로부터 떨어져 있으면 텅스텐 전극(5)-첨가와이어(9)-직류펄스전류 발생회로(29)-모재(6)의 경로로 아아크 전류가 와이어(6)에 흐를 수 있는 준비 상태가 된다.
따라서, 이 기간(텅스텐 전극(5)이 정극성이 되었을 때) 동안에 트랜지스터(15-5)는 OFF상태가 되도록 제어한다. 이에 의하여 텅스텐 전극(5)-첨가와이어(9)-직류펄스 전류 발생회로(29)-모재(6)의 경로가 차단되고, 첨가와이어(9)가 모재(6)로부터 떨어져 아아크(7)속에서 떠있어서도, 아아크 전류가 첨가와이어(9)에 흐르는 일은 없다.
제 14a 도, 제 15a 도 및 제 16a 도는 다음의 조건하에서 각각 제 10 도에 있어서 첨가와이어(9)가 모재(6)로부터 떨어진 상태일 때의 아아크 전류(iA)가 흐르는 경로를 나타낸 것이고, 제 14b 도, 제 15b 도 및 제 16b 도는 각각 아아크 전류파형(a), 트랜지스터(15-5), 제어신호(b), 와이어 전류파형(c)을 나타내고 있다.
제 14 도에서는 제 10 도의 아아크 전원(16)으로서 직류 TIG용접장치를 사용하고, 텅스텐 전극(5)은 음극에, 모재(6)는 양극에 접속한다. 와이어 가열전원(15)의 -출력단자를 첨가와이어(9)에, +단자를 모재(6)에 접속한다.
이와 같이 접속하고, 트랜지스터(15-5)가 ON상태가 되어 있을 경우 첨가와이어(9)가 모재(6)로부터 떨어져도 직류 펄스전류 발생회로(29)에 다이오드가 들어있기 때문에 아아크 전류(iA)가 모재(6)-트랜지스터(15-5)-직류펄스전류 발생회로(29)를 통하여 첨가와이어(9)에 흘러들어가는 경로는 없어지며, 따라서 상기 트랜지스터(15-5)는 ON/OFF할 필요가 없고, 항상 ON상태로만 제어하면 된다.
제 15 도는 제 10 도의 아아크 전원(16)으로서 직류 TIG 용접장치를 사용하고 그 음극에 텅스텐 전극(5)을, 그 양극에 모재(6)를 접속하며, 와이어 가열전원(15)의 출력단자의 +를 첨가와이어(9)에, -를 모재(6)에 접속한 경우이다. 이와 같이 접속하고 트랜지스터(15-5)가 ON상태로 되어 있는 경우, 첨가 와이어(9)가 모재(6)로부터 떨어지면, 모재(6)-직류펄스 전류 발생회로(29)-트랜지스터(15-5)-첨가와이어(9)-텅스텐 전극(5)의 경로로 아아크 전류(iA)가 흐를 가능성이 있다. 따라서 첨가와이어(9)가 모재(6)로부터 아주 떨어져 있을 때 등, 와이어 통전 가열을 하고 싶지 않을 기간에는, 상기 트랜지스터(15-5)를 OFF상태로 유지한다.
제 16 도는 제 10 도의 아아크 전원으로서 교류 TIG용접장치를 사용하고, 와이어 가열전원(15)의 출력단자의 -를 첨가와이어(9)에, +를 모재(6)에 접속한 경우이다. 이와 같이 접속하고 트랜지스터(15-5)가 ON상태가 되어 있는 경우, 텅스텐 전극(5)이 +기간에 첨가 와이어(9)가 모재로부터 떨어지면 텅스텐 전극(5)-첨가와이어(9)-직류펄스 전류발생회로(29)-트랜지스터(15-5)-모재(6)의 경로로 아아크 전류(iA)가 첨가와이어(9)에 흘러들어갈 가능성이 있다. 그러므로, 첨가와이어(9)가 모재(6)로부터 떨어져 있을 때 등, 와이어 통전 가열을 하고 싶지 않은 기간에는 상기 트랜지스터(15-5)를 OFF상태로 제어함으로써 상기 제 4 의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수가 있다.
또한, 제 17 도에 도시한 바와 같이, 제 10 도의 아아크 전원으로서 교류 TIG용접장치를 사용하고, 와이어 가열전원(15)의 출력단자의 +를 첨가와이어(9)에, -를 모재(6)에 연결한 경우를 생각할 수 있다.
텅스텐 전극(5)이 -상태에서 트랜지스터가 ON될때 첨가와이어(9)가 모재로부터 떨어지면, 아아크 전류(iA)의 일부가 모재(6)-직류펄스 전류발생회로(29)-트랜지스터(15-5)-첨가와이어(9)-텅스텐 전극(15)의 경로로 첨가와이어(9)에 흐를 가능성이 있다. 그러나, 텅스텐 전극(5)이 +인 동안에는 직류 펄스 전류 발생회로(29)의 다이오드가 첨가와이어(9)에 아아크 전류(iA)가 흐르는 것을 방지하기 때문에, 실제적으로 용접은 실행하지 않는다. 첨가와이어(9)를 모재(6)로부터 분리하는 등, 와이어 통전 가열을 원하지 않는 동안에는 트랜지스터(15-5)를 OFF상태로 제어한다.
트랜지스터(15-5)를 스위칭하여 OFF하면, 출력 케이블의 인덕턴스등의 존재에 의하여 트랜지스터(15-5)의 콜렉터-에미터간에 스파이크 전압이 발생하며, 이 스파이크 전압을 억제하기 위한 회로(스너버)가 통상은 필요하게 된다. 그러나 제 10 도 및 제 13 도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 1차 트랜지스터 스위칭회로(28)를 제어하여 제 13 도(c)의 와이어 전류(iA)파형을 형성하고, 와이어 전류(iA)가 영(0)이 된 상태, 즉 상기 트랜지스터(15-5)를 흐르는 전류(iA)가 영(0)이 된 상태에서 트랜지스터(15-5)를 OFF하는 제어를 행하면, 트랜지스터(15-5)에는 출력 케이블의 인덕턴스의 존재 등에 의한 스파이크 전압은 발생하지 않는다. 그러므로 트랜지스터(15-5)에 대한 스너버를 설치할 필요가 없어 회로구성이 간단해진다.
지금까지의 실시예에서는 주로 알루미늄의 용접에 대하여 설명했으나. 본 발명의 모재 및 첨가와이어는 알루미늄, 알루미늄 청동 또는 베리륨 청동등에 한정되는 것이 아니라, 연강, 탄소강, 저합금강, 스테인레스강, 기타의 고합급의 용접을 위한 열선 와이어 교류 TIG용접에도 동일 효과를 가지고 적용할 수 가 있다. 이들 경우에 대해서도 불활성 분위기중의 아아크는 정극성 반파일 때에는 음극점을 형성하기쉬운 산화물을 찾아 방황하므로, 그 기간동안 와이어 통전을 하지 않는 편이 아아크가 안정된다.
상기 실시예에서는 비소모 전극으로서 텅스텐 전극을 사용했으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를들면 탄소 전극등 기카의 비소모 전극을 사용하여 용접을 행할 수도 있다.
본 발명에서는 교류 TIG에 대해서만 설명했으나. MAG(Metal Active Gas), MIG(Metal Inert Gas), 서브 머어지 등의 교류 아아크 용접에 대해서도 적용할 수 있고, 이에 의하여 작업성이 좋은 열선 용접이 가능하다.
본 발명에 의하면, 어떠한 자기블로우나 아아크 단절도 없고, 동작 신뢰성이 높은 비소모 전극 용접장치를 제공할 수가 있다. 그러므로 본 발명을 예를들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 용접에 적용하면, 동일한 아아크 전류로서도 용착 속도가 1.5배가 되고, 용접속도도 1.3배로 할 수가 있게 되어, 용접능률의 향상이 도모된다. 또, 접열 영향부의 영역도 좁아져서 열 영향부의 연화(軟化)도 적어지므로, 용접 접합 강도도 행상하는 등 질적 및 경제적으로 우수한 교류 TIG 용접장치를 제공하다.
또 본 발명에 의하여 열선 용접을 할때, 용융금속중을 흐르는 아아크 전류와 펄스상으로 흐르는 와이어 전류의 작용으로 용융푸울(molten-pool)이 진동하여, 용융푸울 중의 기공(blow hole)이 부상(浮上)하기 쉽게 되어 블로우 홀의 형성을 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 용접되는 모재(6)와, 그 모재(6)와 소정의 간격을 두고 대향하도록 배치되는 비소모 전극(5)과, 상기 모재(6)와 대향하도록 배치되는 비소모 전극(5)과, 상기 모재(6)와 상기 비소모전극(5)과의 사이에 접속되는 교류 아아크 용접전원(2)과, 상기 모재(6)와 상기 비소모전극(5)과의 사이에 형성되는 아아크 발생부를 향하여 공급되는 첨가와이어(9)와, 상기 첨가와이어(9)를 공급하는 와이어 공급수단(8) 및 그, 첨가와이어(9)에 통전하는 와이어 가열전원(3)으로 구성되고, 상기 와이어 가열전원(3)은 상기 비소모전극(5)과 모재(6)와의 사이에 형성되는 교류 아아크 전류(iA)의 위상에 동기된 펄스 전류를 상기 첨가와이어에 흐르게 하여 가열하도록 하고, 또 상기 비소모 전극(5)과 모재(6)와의 사이에 형성되는 교류 아아크(7)에 의하여 비소모 전극(5)이 음극이 되어 있는 기간중에 상기 첨가와이어(9)에 펄스상의 와이어 가열전류(iW)를 흐르게 하여 가열하고, 상기 교류 아아크에 의하여 비소모 전극(5)이 양극이 되어 있는 기간중은 와이어 가열전루(iW)를 정지하거나, 또는 실질적으로 자기 블로우를 발생하지 않을 정도의 작은 전류를 상기 첨가와이어(9)에 흐르게 하여 가열하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가와이어(9)에의 펄스전류의 통전시간이 비소모 전극(5)이 음극이 되어 있는 기간보다 짧은 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비소모 전극(5)이 음극이 됨과 거의 동시에 첨가와이어(9)에의 통전이 개시되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 와이어 가열전원(3)으로부터 출력되는 펄스전류의 펄스폭이 용접조건에 따라 조정 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 비소모 전극(5)이 음극으로 되어 있는 기간이 낮은 아아크 전류치의 베이스 기간과 높은 아아크 전류치의 피이크 기간으로 분리되고, 상기 베이스 기간중에 상기 첨가와이어(9)에 통전이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 교류 아아크 용접전원(2)으로부터의 동기신호에 의거하여 상기 와이어 가열전원(3)으로부터 펄스전류를 출력하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 교류 아아크 용접전원(2)의 아아크 전류 또는 아아크 전압을 검출하는 검출수단을 설치하여, 그 검출수단으로부터의 검출 신호에 의거하여 와이어 가열전원(3)으로부터의 검출 펄스전류를 동기하여 출력하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가와이어(9)가 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 와이어 가열전원(3)에 아아크 전류 차단회로를 설치하고, 아아크 전류(iA)가 상기 첨가와이어에 흘러 들어가는 것을 방지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG 용접장치.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 비소모 전극(5)이 음극이 됨과 거의 동시에 첨가와이어(9)에의 통전이 개시되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 아아크 전류 차단회로가, 상기 첨가와이어(9)에 통전 전류가 영(0)이 된 후 동작하여 아아크전류(iA)를 차단하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열선을 사용한 교류 TIG용접장치.
  12. 용접되는 모재(6)와, 그 모재(6)와 소정의 간격을 두고 대향하도록 배치되는 비소모 전극(5)과, 상기 모재(6)와 비소모전극(5)과의 사이에 접속되는 교류아아크 용접전원(2)과, 상기 모재와 비소모전극(5)사이에 형성되는 아아크 발생부를 향하여 공급되는 첨가와이어(9)와, 그 첨가와이어(9)를 공급하는 와이어 공급수단(8) 및 그 첨가와이어(9)에 통전하는 와이어 가열전원(3)으로 구성되고, 상기 와이어 가열전원(3)은 교류 아아크 용접전원(2)의 위상 전환신호를 공급하는 통전 제어소자 및 제어수단을 구비하고, 첨가와이어(9)는 비소모 전극이 음극으로 되어 있는 동안 통전 제어소자가 온될대에 가열되며, 통전 제어소자는 첨가와이어의 통전을 중지하거나 또는 첨가와이어에 실질적으로 어떠한 자기 블로우도 발생하지 않을 정도의 작은 전류를 공급하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 교류 TIG용접장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 교류 아아크용접전원의 비소모 전극이 음극으로 되어 있는 기간은 낮은 아아크 전류치의 베이스 기간과 높은 아아크 전류치의 피이크 기간으로 구분되고, 통전 제어소자는 상기 베이스 기간동안 첨가와이어를 통전 가열하도록 제어수단에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 교류 TIG용접장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 교류 아아크 용접전원의 아아크 전류 또는 아아크 전압을 검출하는 검출수단을 설치하고, 그 검출수단으로부터의 출력에 의거하여 제어수단이 통전제어소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 TIG용접장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 와이어 가열전원(3)에 통전 제어소자를 구비한 아아크 전류 차단회로를 설치하고, 비소모 전극이 양극인 기간중에 통전 제어소자는 차단되어 와이어(9)로의 전류 입력을 차단하며, 아아크 전류가 와이어(9)에 유입되지 않을때 비소모 전극의 음극인 동안에만 통전 제어수단이 온되는 것을 특징으로 하는 교류 TIG용접장치.
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