KR920004265B1 - 자동 아아크 용접방법 - Google Patents

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KR920004265B1
KR920004265B1 KR1019880009016A KR880009016A KR920004265B1 KR 920004265 B1 KR920004265 B1 KR 920004265B1 KR 1019880009016 A KR1019880009016 A KR 1019880009016A KR 880009016 A KR880009016 A KR 880009016A KR 920004265 B1 KR920004265 B1 KR 920004265B1
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야스히꼬 니시
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닛뽕 고오깡 가부시기가이샤
야마시로 요시나리
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Abstract

내용 없음.

Description

자동 아아크 용접방법
제 1 도는 본 발명의 자동 아아크 용접방법의 한 실시태양을 나타낸 블록도.
제 2 도는 용입깊이를 파라미터로 하였을때의 홈부의 뿌리가격의 거리와 용접전류 사이의 관계를 나타낸 그래프.
제 3 도는 양면 홈부의 기본예를 나타낸 단면도.
제 4 도는 용접전류와 용접와이어 공급속도와 용접전압과 용접속도사이의 관계를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1A, 1B : 피용접물 2 : 제 1홈(groove)부
3 : 제 2 홈부 4 : 노즐
5 : 이동장치 6 : 제 3 제어기
7 : 용접와이어 8 : 용접와이어 공급기
9 : 제 2 제어기 10 : 제 1 제어기
11 : 용접전원 12 : 텔레비젼 카메라
13 : 화상처리장치 14 : 컴퓨우터
15 : 입력장치 16 : 용접비이드(bead)
본 발명은 소모용접전극으로서의 용접와이어를 사용한 자동 아아크 용접방법, 특허 2개의 피용접물을 그 사이에 형성된 홈부의 길이방향에 따라서 서로 용접함에 있어, 루우트 갭(root gap)의 거리를 변동하여도 버언-드루우(burn-through)를 방지할 수 있고, 또한 용접비이드의 높이를 일정하게 유지할 수 있을뿐 아니라, 아아크의 안정화를 도모할 수 있는 자동 아아크 용접방법에 관한 것이다.
2개의 피용접물을 그 사이에 형성된 홈부의 길이방향에 따라서 소모용접전극으로서의 용접와이어를 사용하여 아아크 용접함에 있어, 홈부의 루우트 갭의 거리는 일반적으로 영, 즉 루우트면(面)이 서로 접촉한 상태에서 용접을 하는 것이 통상이다. 특히, 자동 아아크 용접을 할 경우에는 루우트 갭의 거리가 최대라도 1mm 이하로 유지되도록 루우트 갭의 거리를 엄격하게 관리하고 있다. 이것은 루우트 갭의 거리가 크면 용입이 부족하다거나 버언-드루우가 발생하기 때문이다. 그러나, 현실적으로 기계 가공의 정밀도에 한계가 있으므로 홈부의 길이방향에 있어 루우트 갭의 거리의 변동은 피할 수 없었다.
이 때문에, 종래에는 피용접물을 홈부에 따라서 서로 용접하기 전에 루우트 갭의 거리가 큰 곳을 미리 손용접등으로 메운 다음 홈부의 전체길이에 걸쳐서 루우트 갭의 거리를 허용범위내에서 수정하여 왔다. 또한, 버언-드루우가 발생하지 않도록 루우트면의 높이를 크게 할 필요가 있었다.
그러나, 주요 용접을 하기 전에 루우트 갭을 메우는 이와 같은 수정작업은 용접작업 전체의 능률저하를 초래하였다. 나아가서, 상술한 바와 같이 종래에는 홈부의 루우트면의 높이를 크게 할 필요가 있었다. 그 결과, 피용접물을 그 제 1 면 및 제 2 면의 쌍방으로 부터 양면 용접하는 경우, 제 1 면상에 형성된 제 1 홈부를 용접한 다음 제 2 면상에 형성된 제 2 홈부를 용접하기 전에 양호한 용입을 확실히 하기 위하여 제 2 홈부의 저면이 제 1 홈부내에 형성된 용접비이드에 도달할때까지 제 2 홈부를 구멍뚫기(gouging)등에 따라서 깍아낼 필요가 있었다.
이러한 사실로 부터 홈부의 길이방향에 있어서, 루우트 갭의 거리가 변동하여도 일정한 용입깊이를 얻을 수 있어 루우트면의 높이를 크게 하지 않고도 버언-드루우를 방지할 수 있고, 또한 용접비이드의 높이를 일정하게 유지할 수 있을뿐 아니라, 아아크의 안정화를 도모할 수 있는 자동 아아크 용접방법의 개발이 요망되고 있으나, 그와 같은 자동 아아크 용접방법은 아직 제안된 바 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 홈부의 길이방향에 있어서 루우트 갭의 거리가 변동하여도 일정한 용입깊이를 얻을 수 있어 루우트면의 높이를 크게 하지 않고도 버언-드루우를 방지할 수 있고, 또한 용접비이드의 높이를 일정하게 유지할 수 있을뿐 아니라, 아아크의 안정화를 도모할 수 있는 자동 아아크 용접방법을 제공함에 있다.
본 발명의 특징의 하나는, 2개의 피용접물 사이에 그 제 1면상에 형성된 제 1 홈부를 향하여 소모용접전극으로서의 용접와이어를 노즐을 통하여 실질직으로 수직하게 일정한 공급속도로 연속적으로 공급하고, 전술한 노즐을 용접와이어와 함께 제 1 홈부의 길이방향에 따라서 연속적으로 이동시켜 일정한 용접전류를 용접와이어에 공급하여 용접와이어의 선단과 제 1 홈부 사이에 아아크를 발생시켜, 그리하여 아아크열에 의하여 피용접물을 제 1 홈부에 따라서 일정한 용접속도로 서로 용접하고, 그리고 이어서 제 1 홈부와 서로 대향하여 피용접물의 제 2 면상에 형성된 제 2 홈부를 향하여 용접와이어를 노즐을 통하여 실질적으로 수직하게 일정한 공급속도로 연속적으로 공급하고, 노즐을 용접와이어와 함께 제 2 홈부의 길이방향에 따라서 연속적으로 이동시켜 일정한 용접전류를 용접와이어에 공급하여 용접와이어의 선단과 제 2 홈부 사이에 아아크를 발생시키며, 그리하여 아아크열에 의하여 피용접물을 제 2 홈부에 따라서 일정한 용접속도로 서로 용접하는 자동 아아크 용접방법에 있어서, (A) 피용접물을 제 1 홈부에 따라서 서로 용접할때에, (a) 노즐의 진행방향의 하류측에 있어서의 루우트 갭의 거리를 연속적으로 측정하고, (b) 용입의 깊이가 그 목표치와 일치하는 목표용접전류(I)를 다음의 (1)식에 따라서 연산한다.
I=IO-KG………………………………………………………………………(1)
단, I : 목표용접 전류,
IO: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접전류,
K : 용입의 깊이, 차폐가스의 종류, 용접와이어의 재질등에 의하여 결정되는 정수, 및
G : 루우트 갭의 거리.
그리고, 이와 같이 연산된 목표용접전류에 일치하도록 용접전류를 제어하고, (c) 노즐의 선단으로 부터의 용접와이어의 돌출길이가, 그 목표치와 일치하는 용접와이어의 목표공급속도(Vf)를 다음의 (2)식에 따라서 연산한다.
Vf=4ㆍI+Bㆍ1ㆍI2…………………………………………………………(2)
단, Vf: 용접와이어의 목표공급속도,
I : 용접 전류,
1 : 용접와이어의 돌출길이, 및
A, B : 차폐가스의 종류, 용접와이어의 재질등에 의하여 결정되는 정수.
그리고, 용접와이어의 이와 같이 연산된 목표공급속도에 일치하도록 용접와이어의 공급속도를 제어하고, (d) 용접비이드의 높이가 그 목표치와 일치하는 목표용접속도(V)를 다음의 (3)식에 따라서 연산한다.
Figure kpo00001
단, V : 목표용접속도,
Vf: 용접와이어의 공급속도,
Vfo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접와이어의 공급속도,
Vo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접속도,
d : 용입의 최저점과 용접비이드의 최고점 사이의 거리,
k : 용접와이어의 횡단면적과 용착효율의 적(積), 및
G : 루우트 갭의 거리.
그리고, 이와 같이 연산된 목표용접속도에 일치하도록 용접속도를 제어한다.
그리고, (B) 피용접물을 제 2 홈부에 따라서 서로 용접할때에, (a) 노즐의 진행방향의 하류측에 있어서의 루우트 갭의 거리를 연속적으로 측정하여, (b) 루우트 갭의 거리가 영일때에 제 2 홈부의 목표용입깊이(P2)가 (4)식을 만족하는 목표용접전류를 (1)식에 따라서 연산한다.
P2≥tf-P1…………………………………………………………………(4)
단, P2: 제 2 홈부의 목표용입깊이,
P1: 제 1 홈부의 목표용입깊이, 및
tf: 루우트면의 높이.
그리고, 이와 같이 연산된 목표용접전류에 일치하도록 용접전류를 제어하고, (C) 용접비이드의 높이가 그 목표치와 일치하는 목표용접속도(V)를 다음의 (5)식에 따라서 연산한다.
Figure kpo00002
단, V : 목표용접속도,
Vfo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접와이어의 공급속도,
V0:루우트 갭의 거리가 영일때의 용접속도,
d : 용입의 최저점과 용접비이드의 최고점 사이의 거리,
k : 용접와이어의 횡단면적과 용착효율의 적(積), 및
G : 루우트 갭의 거리.
그리고, 이와 같이 연산된 목표용접속도에 일치하도록 용접속도를 제어한다.
우리들은 상술한 관점으로 부터 홈부의 길이방향에서 갭의 거리가 변동하여도 일정한 용입의 깊이를 얻을 수 있어 루우트면의 높이를 크게하지 않고 버언-드루우를 방지할 수도 있고, 또한 용접비이드의 높이를 일정하게 할 수 있을뿐 아니라, 아아크의 안정화를 꾀할 수 있는 자동 아아크 용접방법을 개발하도록 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 다음의 식견을 얻게 되었다.
(1) 용입의 깊이에 관하여 용접전류와 홈부의 루우트 갭의 거리 사이의 어떤 특정한 관계를 발견한다면, 루우트 갭의 거리를 측정함에 의하여 용입의 깊이가 그 목표치와 일치하는 목표용접전류를 연산함에 따라서 구할 수 있다.
(2) 용접비이드의 높이에 관하여 용접전류와 용접속도의 용접와이어의 공급속도와, 그리고 루우트 갭의 거리 사이의 어떤 특정한 관계를 발견한다면, 상술한 목표용접전류하에서 용접비이드의 높이가 그 목표치와 일치하는 목표용접속도를 연산함에 따라서 구할 수 있다.
(3) 노즐의 선단으로 부터의 용접와이어의 돌출길이에 관하여 용접전류와 용접와이어의 공급속도 사이의 어떤 특정한 관계를 발견한다면, 상술한 목표용접전류하에서 용접와이어의 돌출길이가 그 목표치와 일치하는 용접와이어의 목표공급속도를 연산함에 따라서 구할 수 있다.
본 발명은 상술한 식견에 기초하여 성취한 것이다.
다음에, 본 발명의 자동 아아크 용접방법을 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 자동 아아크 용접방법의 한 실시태양을 나타낸 블록도이다.
제 1 도에 나타낸 바와 같이, 2개의 피용접물(1A), (1B)은 그 사이에 형성된 제 1 홈부(2) 및 제 2 홈부(3)에 따라서 서로 용접하게 된다. 제 1 홈부(2)는 피용접물(1A), (1B)의 제 1 면상에 형성되었으며, 그리고 제 2 홈부(3)는 피용접물(1A), (1B)의 제 2 면상에 제 1 홈부(2)와 서로 대향하여 형성되어 있다.
노즐(4)은 이동장치(5)의 작동에 의하여 제 1 홈부(2) 또는 제 2 홈부(3)에 따라서 연속적으로 이동한다. 이동장치(5)의 이동속도, 즉 용접속도는 나중에 설명하는 바와 같이 용접비이드의 높이가 그 목표치와 일치하도록 제 3 제어기(6)에 의하여 제어된다. 노즐(4)은 그 중심 축선을 중심으로 하여 제 1a 도로 나타낸 방향으로 고속도로 회전한다.
소모용접전극으로서의 용접와이어(7)는 노즐(4)의 중심축선으로 부터 편위하여 노즐(4)내에 삽입되어 있다. 용접와이어(7)는 제 1 홈부(2) 또는 제 2 홈부(3)를 향하여 노즐(4)을 통하여 실질적으로 수직하게 용접와이어 공급기(8)에 의하여 연속적으로 공급된다. 용접와이어 공급기(8)에 의한 용접와이어(7)의 공급속도는 나중에 설명하는 바와 같이 노즐(4)의 선단으로 부터의 용접와이어의 돌출길이가 그 목표치와 일치하도록 제 2 제어기(9)에 의하여 제어된다.
피용접물(1A), (1B)과 용접와이어(7) 사이에 제 1 제어기(10)에 의하여 제안되는 용접전원(11)으로 부터 나중에 설명하는 바와 같이 용입의 깊이가 그 목표치와 일치하는 용접전류가 공급되고, 이것에 의하여 용접와이어(7)의 선단과 제 1 홈부(2) 또는 제 2 홈부(3) 사이에 아아크가 발생하고, 이 아아크열에 의하여 피용접물(1A), (1B)은 제 1 홈부(2) 또는 제 2 홈부(3)에 따라서 서로 용접된다. 제 1 홈부(2) 또는 제 2 홈부(3)는 노즐(4)의 선단 가까이에 설치된 노즐(도면에 없음)에서 분출하는 차폐가스에 의하여 대기로 부터 차폐되어 있다. 더우기, 본 발명은 상술한 이른바 회전 아아크 용접법으로만 적용되는 것이 아님은 더 말한 것 없다.
탤레비젼 카메라(12)는 노즐(4)의 진행방향(제 1b 도로 나타낸 방향)의 하류측에 있어서의 제 1 홈부(2) 또는 제 2 홈부(3)를 연속적으로 촬영한다., 텔레비젼 카메라(12)는 이동장치(5)에 부착되어 있다.
화상처리장치(13)는 텔레비젼 카메라(12)에서의 촬영신호에 따라서 제 1 홈부(2) 또는 제 2 홈부(3)의 루우트 갭의 거리(G)를 연속적으로 측정한다. 화상처리장치 (13)에 의하여 측정된 루우트 갭의 거리의 데이터는 나중에 설명하는 컴퓨우터에 입력된다.
컴퓨우터(14)는, 제 1 제어기(10), 제 2 제어기(9) 및 제 3 제어기(6)의 각각에 나중에 설명하는 연산 결과를 부여한다. 컴퓨우터(14)에는 피용접물(1A), (1B)을 제 1 홈부(2)에 따라서 서로 용접할때에 사용되는 다음 (1)식∼(3)식이 미리 입력되어 있다.
I=Io-KG ………………………………………………………………………(1)
상기 (1)식은 용입의 깊이가 그 목표치와 일치하는 목표용접전류(I)를 연산하기 위한 식이다. (1)식에 있어서,
I : 목표용접전류,
Io: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접전류,
K : 용입의 깊이, 차폐가스의 종류, 용접와이어의 재질등에 의하여 결정되는 정수, 및
G : 루우트 갭의 거리.
컴퓨우터(14)는 목표용접전류의 연산결과를 제 1 제어기(10)에 부여한다. 상술한 "Io" 및 "K"는 입력장치(15)로 부터 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있다.
제 2 도는 용입의 깊이를 파라미터로 하였을때의 홈부의 루우트 갭의 거리와 용접전류 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 즉, 제 2 도의 그래프는 1mm, 2mm 및 3mm의 용입깊이를 달성할때에 측정된 현실의 루우트 갭의 거리와 사용된 현실의 용접전류 사이에는 어떤 특정한 관계가 존재한다는 것을 명확히 나타내고 있으며, 따라서 상기한 (1)식이 유효함을 실증하고 있다.
Vf=AㆍI+Bㆍ1ㆍI2…………………………………………………………(2)
상기한 (2)식은 노즐의 선단으로 부터의 용접와이어의 돌출길이가 그 목표치와 일치하는 용접와이어의 목표공급속도(Vf)를 연산하기 위한 식이다. (2)식에 있어서,
Vf: 용접 와이어의 목표공급속도,
I : 용접 전류,
1 : 용접와이어의 돌출길이, 및
A, B : 차폐가스의 종류, 용접와이어의 재질등에 의하여 결정되는 정수.
컴퓨우터(14)는 용접와이어의 목표공급속도의 연산 결과를 제 2 제어기(9)에 부여한다. 상술한 "1", "A" 및 "B"는 입력장치(15)로 부터 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있다. 용접와이어의 공급속도를 제어하여 용접와이어의 돌출길이를 그 목표치에 일치시키는 것은 아아크의 안정화를 도모하기 위함이다.
제 4 도는 용접전류와 용접와이어의 공급속도와 용접전압과, 그리고 용접속도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 제 4 도에서 용접와이어의 공급속도를 나타낸 선은, 사용된 현실의 용접전류와 용접와이어의 사용된 현실의 공급속도 사이에 어떤 특정한 관계가 존재한다는 것을 명확히 나타내고 있으며, 따라서 상기한 (2)식이 유효함을 실증하고 있다.
Figure kpo00003
상기한 (3)식은 용접비이드의 높이가 그 목표치와 일치하는 목표용접속도(V)를 연산하기 위한 식이다. (3)식에 있어서,
V : 목표용접속도,
Vf: 용접 와이어의 공급속도,
Vfo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접와이어의 공급속도,
Vo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접속도,
d : 용입의 최저점과 용접비이드의 최고점 사이의 거리,
k : 용접와이어의 횡단면적과 용착효율의 적(積), 및
G : 루우트 갭의 거리.
컴퓨우터(14)는 목표용접속도의 연산 결과를 제 3 제어기(6)에 부여한다. 상술한 "Vfo", "Vo", "d" 및 "k"는 입력장치(15)로 부터 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있다.
제 4 도에서 용접속도를 나타내는 선은, 사용된 현실의 용접전류와 사용된 현실의 용접속도 사이에 어떤 특정한 관계가 존재함을 명확히 나타내고 있으며, 따라서 상기한 (3)식이 유효함을 실증하고 있다.
나아가서, 컴퓨우터(14)에는 피용접물(1A), (1B)을 제 2 홈부(3)에 따라서 서로 용접할때에 사용되는 다음의 (4) 및 (5)식이 미리 입력되어 있다.
P2≥tf-P1
단, P2: 제 2 홈부의 목표용입깊이,
P1: 제 1 홈부의 목표용입깊이, 및
tf: 루우트면의 높이.
컴퓨우터(14)는 루우트 갭의 거리가 영일때에 제 2 홈부(3)의 목표용입깊이(P2)가 상기한 (4)식을 만족하는 목표용접전류를 상기한 (1)식에 따라서 연산한다. 루우트 갭의 거리를 영으로 한 것은 제 2 홈부(3)를 용접할때는 제 1 홈부(2)의 용접에 의하여 루우트 갭을 메우게 되고, 따라서 버언-드루우가 발생할 염려가 없기 때문이다. 컴퓨우터(14)는 목표용접전류의 연산 결과를 제 1 제어기(10)에 부여한다. 상기한 "P1", "P2" 및 "tf"는 입력장치(15)로 부터 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있다.
Figure kpo00004
상기한 (5)식은 용접비이드의 높이가 그 목표치와 일치하는 목표용접속도(V)를 연산하기 위한 식이다. (5)식에 있어서,
V : 목표용접속도,
Vfo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접와이어의 공급속도,
Vo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접속도,
d : 용입의 최저점과 용접비이드의 최고점 사이의 거리,
k : 용접와이어의 횡단면적과 용착효율의 적(積), 및
G : 루우트 갭의 거리.
컴퓨우터(14)는 목표용접속도의 연산 결과를 제 3 제어기(6)에 부여한다. 제 2홈부(3)를 용접할때는 용접와이어(7)의 공급속도를 제어할 필요는 없다. 왜냐하면, 상기한 (4)식에 의하여 연산된 목표용접전류는 일정하기 때문이다.
아아크의 보다 한층의 안정화를 도모하기 위하여는 용접전압을 제어하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 컴퓨우터(14)에 다음의 (6)식이 미리 입력되어 있다.
Et=E1+Ea+Er……………………………………………………… (6)
상기한 (6)식은 아아크의 길이가 그 목표치와 일치하는 목표용접전압(Et)을 연산하기 위한 식이다. (6)식에 있어서,
Et: 목표용접전압,
E1: 용접와이어의 돌출길이에 의하여 발생한 전압강하,
Ea: 아아크 전압, 및
Er: 용접전원의 한쪽의 출력단과 노즐 사이의 저항과, 그리고 용접전원의 다른쪽의 출력단과 피용접물 사이의 저항의 합과 같은 저항에 의하여 발생한 전압강하.
상술한 E1, Ea및 Er은 다음의 (7)식으로 부터 (9)식에 의하여 각각 나타낼 수 있다.
E1=aㆍ1ㆍI-bㆍVf/I …………………………………………………………(7)
Ea=E0(1)+xㆍ1a………………………………………………………………(8)
Er=RㆍI ………………………………………………………………………(9)
단, 1 : 용접와이어의 돌출길이,
I : 용접 전류,
Vf: 용접와이어의 공급속도,
a, b : 차폐가스의 종류, 용접와이어의 재질등에 의하여 결정되는 정수,
E0(1): 음극의 전압강하와 양극의 전압강하의 합과 같은 전압강하,
x : 아아크의 전위경사도,
1a: 아아크의 길이, 및
R : 용접전원의 한쪽의 출력단과 노즐 사이의 저항과, 그리고 용접전원의 다른쪽의 출력단과 피용접물 사이의 저항의 합과 같은 저항.
컴퓨우터(14)는 목표용접전압의 연산결과를 제 1 제어기(10)에 부여한다.
제 4 도에서 용접전압을 나타내는 선은, 사용된 현실의 용접전류와 사용된 현실의 용접전압 사이의 어떤 특정한 관계가 존재한다는 것을 명확히 나타내고 있으며, 따라서 상기한 (6)식이 유효하다는 것을 실증하고 있다.
다음에, 본 발명의 방법에 따라서 피용접물(1A), (1B)을 제 1 홈부(2)에 따라서 용접하는 경우에 대하여 설명한다.
노즐(4)은 그 중심축선을 중심으로 하여 고속도로 회전하면서 이동장치(5)의 작동에 의하여 제 1 홈부(2)에 따라서 연속적으로 이동한다. 노즐(4)내에 삽입된 용접와이어(7)에 제 1 제어기(10)에 의하여 제어되는 용접전원(11)으로 부터 용접전류가 공급되고, 이것에 의하여 용접와이어(7)의 선단과 제 1 홈부(2) 사이에 아아크가 발생하며, 그리고 이 아아크열에 의하여 피용접물(1A), (1B)은 제 1 홈부(2)에 따라서 서로 용접된다.
노즐(4)의 진행방향의 하류측에 있어서의 제 1 홈부(2)는 텔레비젼 카메라(12)에 의하여 촬영된다. 텔레비젼 카메라(12)에서의 촬영신호는 화상처리장치(13)에 입력된다. 화상처리장치(13)는 전술한 촬영신호에 따라서 제 1 홈부(2)의 루우트 갭의 거리(G)를 연속적으로 측정한다. 이와 같이 하여 측정된 루우트 갭의 거리의 데이터는 컴퓨우터(14)에 입력된다. 이 컴퓨우터(14)는 용입의 깊이가 그 목표치와 일치하는 목표용접전류(I)를 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있는 (1)식에 따라서 연산한다. 컴퓨우터(14)는 목표용접전류의 연산 결과를 제 1 제어기(10)에 부여한다. 이 제 1제어기(10)는 연산된 목표용접전류와 일치하는 용접전류가 용접와이어(6)에 공급되도록 용접전원(10)을 제어하며, 이것에 의하여 루우트 갭의 거리(G)가 변동하여 제 1 홈부(2)의 용입의 깊이는 항상 그 목표치와 일치한다.
컴퓨우터(14)는 상술한 바와 같이, 연산된 목표용접전류하에서 노즐(4)의 선단으로 부터 용접와이어(7)의 돌출길이가 그 목표치와 일치하는 용접와이어(7)의 목표공급속도(Vf)를 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있는 (2)식에 따라서 연산한다. 컴퓨우터 (14)는 용접와이어의 목표공급속도의 연산 결과를 제 2 제어기(9)에 부여한다. 제 2 제어기(9)는 연산된 목표공급속도와 일치하는 용접와이어의 공급속도에 의하여 용접와이어(7)가 제 1 홈부(2)를 향하여 연속적으로 공급되도록 용접와이어 공급기(8)를 제어하고, 이것에 의하여 용접 전류가 변동하여도 용접와이어(7)의 돌출길이는 항상 그 목표치와 일치하고, 그리하여 아아크의 안정화를 도모하게 된다.
컴퓨우터(14)는 연산된 목표용접전류하에서 용접비이드(16)의 높이가 그 목표치와 일치하는 목표용접속도(V)를 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있는 (3)식에 따라서 연산한다. 컴퓨우터(14)는 목표용접속도의 연산결과를 제 3 제어기(6)에 부여한다. 제 3 제어기(6)는 연산된 목표용접속도와 일치하는 용접속도에 의하여 피용접물(1A), (1B)이 제 1 홈부(2)에 따라서 용접되도록 이동장치(5)를 제어하고, 이것에 의하여 루우트 갭의 거리(G)가 변동하여도 용접비이드(16)의 높이는 항상 목표치와 일치한다.
다음에, 본 발명의 방법에 따라서 피용접물(1A), (1B)을 제 2 홈부(3)에 따라서 용접하는 경우에 대하여 설명한다.
노즐(4)은 그 중심축선을 중심으로 하여 고속도로 회전하면서 이동장치(5)의 작동에 의하여 제 1 홈부(2)에 따라서 연속적으로 이동한다. 노즐(4)내에 삽입된 용접와이어에 제 1 제어기(10)에 의하여 제어되는 용접전원(11)으로 부터 용접전류가 공급되고, 이것에 의하여 용접와이어(7)의 선단과 제 1 홈부(2) 사이에 아아크가 발생하며, 그리고 이 아아크열에 의하여 피용접물(1A), (1B)은 제 1 홈부(2)에 따라서 서로 용접된다.
노즐(4)의 진행방향의 하류측에 있어서의 제 2 홈부(3)는 텔레비젼 카메라(12)에 의하여 촬영된다. 텔레비젼 카메라(12)에서의 촬영신호는 화상처리장치(13)에 입력된다. 화상처리장치(13)는 촬영신호에 따라서 제 2 홈부(3)의 루우트 갭의 거리(G)를 연속적으로 측정한다. 이와 같이 하여 측정된 루우트 갭의 거리의 데이터는 컴퓨우터(14)에 입력된다. 이 컴퓨우터(14)는 루우트 갭의 거리가 영일때에 제 2 홈부(3)의 목표용입(Penetration)깊이(P2)가 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있는 상기한 (4)식을 만족하는 목표용접전류(I)를 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있는 상기한 (1)식에 따라서 연산한다.
컴퓨우터(14)는 목표용접전류의 연산 결과를 제 1 제어기(10)에 부여한다. 제 1 제어기(10)는 연산된 목표용접전류와 일치하는 용접전류가 용접와이어(7)에 공급되도록 용접전류(11)를 제어하고, 이것에 의하여 제 2 홈부(3)에 형성된 용접비이드는 적어도 제 1 홈부(2)에 형성된 용접비이드의 저부에 도달한다.
컴퓨우터(14)는 전술한 연산된 목표용접전류하에서 용접비이드(16)의 높이가 그 목표치와 일치하는 목표공급속도(V)를 컴퓨우터(14)에 미리 입력되어 있는 상기한 (5)식에 따라서 연산한다. 컴퓨우터(14)는 목표공급속도의 연산 결과를 제 3 제어기(6)에 부여한다. 제 3 제어기(6)는 전술된 바 연산된 목표공급속도와 일치하는 용접속도에 의하여 피용접물(1A), (1B)이 제 2 홈부(3)에 따라서 용접되도록 이동장치(5)를 제어한다. 이것에 의하여 루우트 갭의 거리(G)가 변동하여도 용접비이드(16)의 높이는 항상 목표치와 일치한다.
다음에, 본 발명의 자동 아아크 용접방법의 용접방법의 실시예를 설명한다.
[실시예]
2개의 피용접물(1A), (1B)로서 판두께 10mm의 2장의 스테인레스 강판(SUS 304)을 제조하고, 피용접물(1A), (1B) 사이에 제 3 도에 나타낸 바와 같은 형상을 지닌 제 1 홈부(1) 및 제 2 홈부(3)를 형성하였다. 이어서, 제 1 도에 나타낸 자동 아아크 용접장치에 의하여 제 1 홈부(2) 및 제 2 홈부(3)에 따라서 피용접물(1A), (1B)을 서로 용접하였다. 이때, 용접와이어로서 1.6mm의 직경을 지닌 용융제 함유 와이어를 사용하고, 차폐가스로 CO2가스를 사용하였다.
먼저, 피용접물(1A), (1B)을 제 1 홈부(2)에 따라서 서로 용접할때에 다음의 데이터를 컴퓨우터(14)에 미리 입력하였다.
목표용접전류(I)의 연산을 위하여,
P1: 2mm,
Io: 360A, 및
K : 37
단, P1: 제 1 홈부의 목표용입의 깊이,
Io: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접전류, 및
K : 용입의 깊이, 차폐가스의 종류, 용접와이어의 재질등에 의하여 결정되는 정수.
용접와이어의 목표공급속도(Vf)의 연산을 위하여,
1 : 15mm,
A : 0.2, 및
B : 4.59×10_5
단, 1 : 용접와이어의 돌출길이, 및
A, B : 차폐가스의 종류, 용접와이어의 재질등에 의하여 결정되는 정수.
목표용접속도(V)의 연산을 위하여,
Vfo: 161mm/sec,
Vo: 8.3mm/sec,
d : 6.5mm, 및
k : 1mm2
단, Vfo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접와이어의 공급속도,
Vo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접속도,
d : 용입의 최저점과 용접비이드의 최고점사이의 거리, 및
k : 용접와이어의 횡단면적과 용착효율의 적.
다음에, 피용접물(1A), (1B)을 제 2 홈부(3)에 따라서 서로 용접할때의 다음의 데이터를 컴퓨우터(14)에 미리 입력하였다.
P2: 2mm,
P1: 2mm,
tf: 3mm,
Vfo: 161mm/sec,
Vo: 8.3mm/sec,
d : 6.5mm, 및
k : 1mm2
단, P2: 제 2 홈부(3)의 목표용입의 깊이,
P1: 제 1 홈부(2)의 목표용입의 깊이,
tf: 루우트면의 높이,
Vfo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접와이어의 공급속도,
Vo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접속도,
d : 용입의 최저점과 용접비이드의 최고점 사이의 거리, 및
k : 용접와이어의 횡단면적과 용착효율의 적.
제 1 홈부(2) 및 제 2 홈부(3)에 따라서 이와 같이 서로 용접된 피용접물(1A), (1B) 사이에 용접비이드(16)의 높이를 조사하였다.
그 결과, 루우트 갭의 거리(G)의 변동에도 불구하고 용접비이드의 높이는 일정하였다. 그리고, 제 1 홈부(2) 및 제 2 홈부(3)에 있어서의 용입의 깊이는 그 각각의 목표치와 일치하고 있어 결함이 없는 양호한 용접비이드를 얻을 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 루우트 갭의 거리가 변동하여도 일정한 용입의 깊이를 얻을 수 있으며, 이것에 의하여 루우트면의 높이를 크게 하지 않아도 버언-드루우를 방지할 수 있고, 또한 용접비이드의 높이를 일정하게 유지할 수 있을뿐 아니라, 아아크의 안정화를 도모할 수 있어 공업상 유용한 효과를 가져오게 하였다.

Claims (1)

  1. 2개의 피용접물(1A), (1B) 사이에 그 제 1 면상에 형성된 제 1 홈부(2)를 향하여 소모용접전극으로서의 용접와이어(7)를 노즐(4)을 통하여 실질적으로 수직하게 일정한 공급속도로 연속적으로 공급하고, 노즐(4)을 용접와이어(7)와 함께 제 1 홈부(2)의 길이방향에 따라서 연속적으로 이동시켜, 일정한 용접전류를 용접와이어(7)에 공급하여 용접와이어 (7)의 선단과 제 1 홈부(2) 사이에 아아크를 발생시키고, 그리하여 아아크 열에 의하여 피용접물(1A), (1B)을 제 1 홈부(2)에 따라서 일정한 용접속도로 서로 용접하며, 이어서 제 1 홈부와 서로 대향하여 피용접물의 제 2 면상에 형성된 제 2 홈부(3)를 향하여 용접와이어(7)를 노즐(4)을 통하여 실질직으로 수직하게 일정한 공급속도로 연속적으로 공급하고, 노즐(4)을 용접와이어(7)와 함께 제 2 홈부(3)의 길이방향에 따라서 연속적으로 이동시켜서 일정한 용접전류를 용접와이어(7)에 공급하여 용접와이어(7)의 선단과 제 2 홈부(3) 사이에 아아크를 발생시키고, 아아크열에 의하여 피용접물(1A), (1B)을 제 2 홈부(3)에 따라서 일정한 용접속도로 서로 용접하여 자동 아아크 용접방법에 있어서, (A) 피용접물을 제 1 홈부(2)에 따라서 서로 용접할때에, (a) 노즐의 진행방향의 하류측에 있어서의 루우트 갭의 거리를 연속적으로 측정하고, (b) 용입의 깊이가 그 목표치와 일치하는 목표용접전류(I)를 다음의 (1)식에 따라서 연산하여,
    I=Io-KG …………………………………………………………………(1)
    단, I : 목표용접전류, Io: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접전류, K : 용입의 깊이, 차폐가스의 종류, 용접와이어의 재질등에 의하여 결정되는 정수, 및 G : 루우트 갭의 거리.
    이와 같이 연산된 목표용접전류에 일치하도록 용접전류를 제어하며, (c) 노즐의 선단으로 부터의 용접와이어의 돌출길이가, 그 목표치와 일치하는 용접와이어의 목표공급속도(Vf)를 다음의 (2)식에 따라서 연산하고,
    Vf=AㆍI+Bㆍ1ㆍI2………………………………………………………(2)
    단, Vf: 용접와이어의 목표공급속도, I : 용접 전류, 1 : 용접와이어의 돌출길이, 및 A, B : 차폐가스의 종류, 용접와이어의 재질등에 의하여 결정되는 정수.
    그리고, 용접와이어의 이와 같이 연산된 목표공급속도에 일치하도록 용접와이어의 공급속도를 제어하며, (d) 용접비이드의 높이가 그 목표치와 일치하는 목표용접속도(V)를 다음의 (3)식에 따라서 연산하고,
    Figure kpo00005
    단, V : 목표용접속도, Vf: 용접와이어의 공급속도, Vfo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접와이어의 공급속도, Vo:루우트 갭의 거리가 영일때의 용접속도, d : 용입의 최저점과 용접비이드의 최고점 사이의 거리, k : 용접와이어의 횡단면적과 용착효율의 적(積), 및 G : 루우트 갭의 거리.
    그리고, 이와 같이 연산된 목표용접속도에 일치하도록 용접속도를 제어하며, (B) 피용접물을 제 2 홈부(3)에 따라서 서로 용접할때에, (a) 노즐의 진행방향의 하류측에 있어서의 루우트 갭의 거리를 연속적으로 측정하여, (b) 루우트 갭의 거리가 영일때에 제 2 홈부의 목표용입깊이(P2)가 다음의 (4)식을 만족하는 목표용접전류를 (1)식에 따라서 연산하고,
    P2≥tf-P1…………………………………………………………………(4)
    단, P2: 제 2 홈부의 목표용입깊이, P2: 제 1 홈부의 목표용입깊이, 및 tf: 루우트면의 높이.
    이와 같이 연산된, 목표용접전류에 일치하도록 용접전류를 제어하며, (C) 용접비이드의 높이가 그 목표치와 일치하는 목표용접속도(V)를 다음의 (5)식에 따라서 연산하고,
    Figure kpo00006
    단, V : 목표용접속도, Vfo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접와이어의 공급속도, Vo: 루우트 갭의 거리가 영일때의 용접속도, d : 용입의 최저점과 용접비이드의 최고점 사이의 거리, k : 용접와이어의 횡단면적과 용착효율의 적(積), 및 G : 루우트 갭의 거리.
    이와 같이 연산된 목표용접속도에 일치하도록 용접속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 개량된 자동 아아크 용접 방법.
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