KR950001778B1 - 아아크용접 전원장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

아아크용접 전원장치

제1도는 본 발명에 따른 아아크용접 전원장치의 블럭도.

제2a도 및 b도는 제1도의 팁파형 제어회로의 상세회로도 및 진리표.

제3도는 제1도의 타이밍도.

제4도는 일반적인 단락이행시 전압, 전류 및 전력의 파형도.

제5도는 종래의 단락이행시 전압, 전류 및 전력의 파형도.

제6도는 본 발명에 따른 단락진행시 전압, 전류 및 전력의 파형도.

제7도는 종래의 아아크용접 전원장치의 블럭도.

제8도는 제7도의 팁파형 제어회로의 상세회로도.

제9도는 제7도의 타이밍도이다.

본 발명은 소모 전극식 아아크용접 전원장치에 관한 것으로, 특히 용접용 와이어와 모재의 단락순간을 판정하여 스패터를 감소시키고 재아아크의 안정된 발생을 위해 효율적인 전력을 제어할 수 있는 아아크용접 전원장치에 관한 것이다.

일반적으로 소모 전극식 아아크 용접에서는 용접와이어와 모재 사이의 용적 이행이 7단계로 나누어진다. 즉 제1단계는 아아크 방전이 용접와이어와 모재 사이에서 발생하는 단계이고, 제2단계는 아아크 방전에 의해 용접와이어의 용적이 형성되는 단계이고, 제3단계는 용접와이어의 용적이 증가하여 모재에 접촉하기 직전의 단계이고, 제4단계는 용접와이어의 용적이 모재에 접촉한 직후의 단계이고, 제5단계는, 용접와이어의 용적이 모재에 충분히 접촉되어 용적이 네킹(necking)하는 단계이고, 제6단계는 용접와이어 용적이 더욱 네킹하는 단계이고, 제7단계는 용접와이어의 용적이 용접와이어로 부터 분리되어 모재에 적충되고 스패터(spatter)가 형성되는 단계이다.

한편, 일반적인 소모전극식 아아크 용접의 단락 이행시 전압, 전류 및 전력의 파형도는 제4도에 도시한 바와 같다. 즉, 용접전압은 용적이행의 제1단계에서 평균전압(Vave) 이상의 일정한 크기를 가지고, 용적이행의 제2단계에서 평균전압이하로 급격히 감소하고, 용적이행의 제3단계에서 평균전압 이하로 급격히 감소하고, 용적이행의 제3단계에서 거의 즉 단락직전의 전압으로 되고, 용적이행의 4단계에서 모재에 접촉된 용적에 의해 악간 증가하고, 용적이행의 5단계에서 용적이행의 4단계의 전압보다 약간 더 증가하고, 용적이행의 6단계에서 급격히 증가하여 평균 전압이상의 최정점에 도달하고, 용적이행의 제7단계에서 서서히 감소하여 제1단계의 전압을 유지한다. 여기서, 제4,5,6단계는 단락된 상태를 나타낸다.

그리고 용접전류는 용적이행의 제1단계에서 평균전류(Iave) 이하로 서서히 감소하고, 용적이행의 제2단계에서 급격히 증가하고, 용적이행의 제3,4,5단계인 단락상태에서 지수함수적으로 증가하여 평균전류이상의 최정점에 도달하고 용적이행의 제6,7단계에서 감소한다. 한편, 용접전류와 용접전압의 곱으로 표시되는 용접전력은 용적이행의 제7단계인 단락해소시 즉 재아아크 방전이 발생하기 직전의 상태에서 급격히 증가한다.

최종적으로 단락순간의 전압 및 전류는 제4도(a) 및 (b)에 나타낸 바와 같고, 상기 전류는 단락순간부터 지수함수적으로 증가함을 알 수 있다. 그리고 단락해소시 즉 재아아크가 일어나기 직전에 전류값과 전압값의 곱으로 표시되는 전력량이 제4도(c)에 도시한 바와 같이 급격히 증가한다. 이때, 스패터의 발생량은 결정적으로 영향을 받는다. 따라서, 단락순간동안 급격한 전류의 증가를 억제하는 것이 용접품질을 평가하는 요소중의 하나인 스패터의 발생을 감소시키는 방법으로 연구되어왔다.

이에따라 종래에는 일본국 특개평 1-266966에 의해 제안된 바와 같이 단락 판정회로가 단락 순간을 판정하여 단락구간동안 팁펄스라는 짧은 임펄스 형태의 신호를 인가함으로써 급격한 전류의 증가를 억제하여 단락해소시기에 과도한 큰 전력을 억제한다. 따라서 스패터의 발생량이 감소될 수 있게 된다.

제7도에 도시한 바와 같이, 아아크 용접기의 입력단자(1)는 주변압기(2)를 통하여 정류 평활회로부(3)에 연결되고, 상기 정류평활 회로부(3)의 일측출력단자는 용접출력제어소자(4)인 트랜지스터와 리액터(5)를 순차적으로 거쳐 출력단자(7a)에 연결되며, 상기 정류평활 회로부(3)의 타측출력단자는 전류검출기(6)을 거쳐 출력단자(7b)에 연결되는 한편, 팁펄스 발생회로(16)는 상기 전류검출기(6)에 출력단에 연결되는 용접전류 검출회로(11)와 용접전압 검출회로(12) 및 단락판정회로(13)에 연결되고, 펄스파형제어회로(15) 또한 상기 용접전류 검출회로(11)와 용접전압 검출회로(12) 및 단락판정회로(13)에 연결되며, 팁파형 제어회로(14)는 상기 단락판정회로(13)과 팁펄서 발생회로(16) 및 펄스파형 제어회로(15)에 연결된다. 그리고 스위칭소자(17)는 상기 팁펄스 발생회로(16)과 펄스파형 제어회로(15)및 팁파형 제어회로(14A)에 연결되고, 용접출력제어소자 구동회로(18)을 통하여 상기 용접출력제어소자(4)에 연결된다.

한편, 용접용 와이어(9)가 내재된 통전용 접촉기(8)는 출력단자(7a)에 연결되고 모재(10)는 출력단자(7b)에 연결된다. 여기서 팁파형 제어회로(14)는 단락 판정회로의 신호의 역과 신호(Vs)의 논리곱이 고준위일때만 팁펄스를 공급한다.

이와 같이 구성된 아아크용접 전원장치의 작용을 제9도를 중심으로 살펴보면 다음과 같다.

T₁의 구간은 단락이 없는 경우로서 아아크 단락형상 판정회로(13)의 단락판정신호(V_AS)가 고준위(High) 상태를 나타낸다. 그리고 파형스위치 신호(V_F2)는 저준위(Low)상태를 나타낸다.

한편, 시각(t₁₀)에서 펄스 동기 신호(V_tp)를 출력하고 펄스주기에 있는 시간을 계수한다. 펄스파형회로부(15)는 상기 동기펄스신호(V_tp)의 하강 에지(falling edge)에서 펄스신호와 베이스신호를 펄스회로가 갖는 시정수에 의해 설정된 일정한 동작 시간률(duty)로 신호(V_p) 가 출력한다. 스위칭소자(17)은 스위칭신호(V_F2)에 따라 펄스파형제어회로(15)의 펄스신호(V_q)팀펄스발생회로(16)의 팁펄스신호(V_d)를 교대로 연결하여 신호(V_q)를출력하여 용접출력제어소자 구동회로(18)을 구동한다.

이어서 T₃의 구간에서는 상기 주기(t_p1)의 계수가 끝난후에 단락 즉, 용접전압(V_w)의 일시적인 로우상태가 발생한 경우이다. 이 경우 파형 스위칭신호(V_F2)에 의해 펄스파형에서 팁파형으로 스위칭되는 것을 보여주고 있다. 스위칭소자(17)의 출력신호(V_q)가 구동회로(18)에 가해져서 스패터를 감소시킨다.

제8도를 참조하여, 팁파형 제어회로(14)의 구체적인 회로도는 각각 독립된 시간의 계수를 위해 타이머(141),(142),(143)를 사용한다. D형 플립플롭(144)는 클리어(clear) 및 리세트(reset) 기능이 있다. 그리고 플립플롭(145)은 B단자의 입력이 하강에지(falling edge)에서 콘덴서(14C)와 저항(14R)에 의해 정해지는 시간 간격동안 역 Q(NOT Q) 단자에서 저준위(Low)신호 출력하고 다른 조건에서는 고준위(High)을 출력하는 소자이다.

플립플롭(144),(145)의 입력에 의한 출력변화의 진리표는 제2도(b)에 도시한 바와 같다.

기본클럭제공기(146)는 기준클럭을 제공하는 소자이고, 논리소자(14A),(14B),(14C)는 앤드게이트이며, 논리소자(14D),(14E),(14F)는 오아게이트인 한편, 논리소자(14G),(14H),(14I)는 반전게이트이다.

세개의 타이머(141),(142),(143)중에서 타이머(141)는 신호(G₁)을 기동입력으로 할 경우에는 상승 에지트리거(rising edge trigger)에서 클럭이 하강에지로 반전하는 것을 기점으로해서 계수를 시작한다. 계수 구간 이외의 구간에서는 고준위를 출력한다. 그리고 타이머(142) 또한 타이머(141)과 같은 타이머 회로이다.

이어서, 타이머(143)는 입력이 고준위일때 클럭신호가 고준위에서 저준위로 반전되는 횟수를 계수하고 소정의 시간(t_pd)동안 저준위를 출력하고 그 이외의 구간에서는 고준위를 출력한다. 입력이 저준위 일때는 출력을 고준위로 해서 출력을 중지한다. 제3도에서 V_ts가 고준위에서 저준위로 반전되는 시기, 즉, 하강에지(falling edge)에서 저항(14R), 콘덴서(14C)의 값에 의해 정해지는 시간폭(t_ps)의 펄스를 출력한다.

제9도를 참조하면, 제7도의 단락 판정회로(13)는 단락(short)이라는 것이 용접전압(V_w)이 0인 것을 말하므로 거의 0에 가까운 전압을 기준으로 하여 기준전압보다 낮으면 단락이라고 인식하고 높으면 비단락으로 인식하도록 하였다.

따라서, 일본국 특개평 1-266966에 의한 결과 나타난 용접출력단에서의 각 파형도는 제5도와 같게 나타난다고 하수 있는데 제5도의(a)의 전압파형은 제4도(a)의 전압파형과 같으나 제5도(b)의 전류파형에서 단락기간동안 증가율이 훨씬 둔화되어 단락해소시의 큰 전력을 방지함으로써 스패터의 감소에 효과적일 수 있는 방법이나 단락해소 직후에 큰 적력을 공급하지 못하는 결과를 초래할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 단락 판정회로에서 단락의 해소시기에 스패터 저감을 위한 임펄스신호의 제공이후에 즉, 단락해소 직후에 재아크시의 안정된 아아크 발생과 용접와이어의 초기 용융의 효율을 증가시키기 위해 큰 전력을 유도하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 주변압기의 출력을 정류, 평활시키는 정류평활회로부와, 상기 정류평활회로부의 일측 출력단자에 연결되어 출력전원을 제어하는 용접출력제어소자와, 상기 용접출력제어소자의 후단에 연결되는 리액터와, 상기 정류평활회로부의 타측 출력단자에 연결되어 출력전류를 검출하는 전류검출기와, 용접시 단락상태를 판정하는 단락판정회로와, 용접시 용접전압을 검출하는 용접전압 검출회로와 상기 전류검출기의 출력에 의해 용접전류를 검출하는 용접전류 검출회로와, 상기 용접전압 검출회로와 단락판정회로 및 용접전류 검출회로의 출력을 안가받아 팁펄스를 발생시키는 팁펄스 발생회로와, 상기 용접전압 검출회로와 단락판정회로 및 용접전류 검출회로의 출력을 인가받아 펄스파형을 발생시키는 펄스파형 발생회로와, 팁파형 제어회로의 출력에 제어되어 팁펄스 발생회로 및 펼스파형 제어회로의 출력을 선택적으로 스위칭하는 스위칭회로와, 상기 스위칭회로의 출력에 따라 상기 용접출력제어소자를 구동시키는 구동회로와, 상기 팁파형 제어회로의 출력에 따라 재아아크 파형을 제공하는 재아아크 파형제공기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1도를 참조하면, 논리게이트를 이용하여 단락해소직후에 강제적으로 펄스를 제공하는 재아아크 파형제공기(19)가 추가된 것을 제외하면 제7도의 회로와 동일하다. 여기서, 재아아크 파형제공기(19)는 논리게이트를 이용하여 단락해소직후에 강제적으로 펄스를 제공시키는 것이다.

재아아크 파형 제공기회로(19)가 신호를 발생하는 순간은 제3도의 신호(Vs)가 고준위인 동안에 단락을 판정하는 신호(V_AS)를 논리곱하여 고준위신호가 발생하는 즉시 타이머 회로(141),(142),(143)를 초기화하므로써 단락현상이 소멸된 직후부터 펄스전류를 가하도록 함으로써 아아크의 절단현상의 방지나 효율적인 전류의 공급으로 와이어의 재용융시기를 단축할수 있다.

그래서, 신호(V_S)가 저준위일 경우는 신호(V_P)를 출력하고 고준위인 경우는 두가지로 다시 나누어 신호(A_AS)가 저준위인 경우에는 스패터 감소를 위해서 팁펄스를 출력하고, 고준위에서는 재아아크 파형제공기(19)를 가동하여 타이머를 초기화함으로써 펄스신호 부터 주기적인 신호들이 제공되도록 전력소자를 제어할 수 있는 제어신호를 출력한다. 여기서, 스위치(17) 대신에 디코어(decorder)나 디먹서(demuxer)를 사용하거나 단락시기의 해소직후시기를 결정하는 순간을 Vs와 Vz의 논리곱이 고준위되는 순간이라고 하여도 발명의 기본에는 변화가 없을 것이다.

제7도를 참조하면, 단락해소시의 과도한 전력을 방지한 다음 단락 해소직후에 바로 팁펄스가 아닌 펄스파형을 가하여 전류를 크게 상승시킴으로써, 전력을 발생시킨다.

따라서, 본 발명은 재아아크 안정화와 초기 용융와이어의 용융효율을 원활하게 하는 효과가 있게 된다.

Claims (1)

1. 주변압기의 출력을 정류, 평활시키는 정류평활회로부와, 상기 정류평활회로부의 일측 출력단자에 연결되어 출력전원을 제어하는 용접출력제어소자와, 상기 용접출력제어소자의 후단에 연결되는 리액터와, 상기 정류평활회로부의 타측 출력단자에 연결되어 출력전류를 검출하는 전류검출기와, 용접시 단락상태를 판정하는 단락판정회로와, 용접시 용접전압을 검출하는 용접전압 검출회로와, 상기 전류검출기의 출력에 의해 용접전류를 검출하는 용접전류 검출회로와 상기 용접전압 검출회로와 단락판정회로 및 용접전류검출회로의 출력을 인가받아 팁펄스를 발생시키는 팁펄스 발생회로와, 상기 용접전압 검출회로와 단락판정회로 및 용접 전류검출회로의 출력을 인가받아 펄스파형을 발생시키는 펄스파형 발생회로와, 팁파형 제어회로의 출력에 제어되어 팁펄스 발생회로 및 펄스파형 제어회로의 출력을 선택적으로 스위칭하는 스위칭회로와, 상기 스위칭회로의 출력에 따라 상기 용접출력제어소자를 구동시키는 구동회로와, 상기 팁파형 제어회로의 출력에 따라 재아아크 파형을 제공하는 재아아크 파형제공기를 포함하는 것을 특징으로 하는 아아크용접 전원장치.