KR950007548B1 - 소모성-전극 아크용접 방법 및 이의 실행을 위한 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

소모성-전극 아크용접 방법 및 이의 실행을 위한 장치

제1도는 본 발명에 따라 소모성-전극(consumable-electrode)을 사용하여 금속을 전기아크용접하기 위한 장치를 나타낸 도면.

제2도는 큰 두께의 금속구조물을 고정 소모성-전극을 이용하여 전기 아크용접할 때, 용접의 고정 모멘트에서의 전극판의 단면을 나타낸 도면.

제3도 a 및 b는 전극-판의 에지(edge) 상의 아크위치에 대한 두가지 가능한 용접전류 변화 의존성을 예시한 도면.

본 발명은 큰 두께를 갖는 물품의 용접에 사용가능한 전기 아크용접 방법 및 장치에 관한 것이다.

당 분야의 공지기술로는 일렉트로슬래그 용즘(electroslag welding) 방법 및 이를 실행하기 위한 각종 장치가 있으며, 이들은 주로 큰 두께의 금속부분들을 용접할 때 사용된다. 이러한 용접을 실행하는 중에 성형 고정구(forming fixture)들이 배치되고 함께 용접되어질 에지(edge)들 사이의 공간에 슬래그 배스(slag bath)가 발생하게 하고, 여기에 한개 또는 여러개의 와이어 또는 판 형태의 전극을 침지시킨다. 이 경우에, 물품의 함께 용접될 부분과 전극 사이에 흐르는 전류가 슬래그 배스를 전극금속의 용융점에 달할때까지 가열시킨다. 이로 인하여 침지된 전극은 용융되기 시작하고 물품의 기초금속을 함유하고 있는 용접될 부분의 에지들이 또한 용융된다[참조 : Welding In USSR. Vol 1. 1981, p 292에 실린 M. Nauka의 ＂용접공학의 발전, 용접관련 과학 프로세스, 용접재료 및 장치＂].

그러나 위와 같은 형태의 용접은 낮은 생산성, 높은 전력소모율, 용접된 금속과 그 용접부위 근처의 거리 결정구조 뿐 만 아니라 중합금 및 고합금강의 용접시 용접결함이 발생하는 등의 단점이 있다.

또한 다른 공지기술은 플럭스층 하에 실행되는 자동 전기아크용접법으로, 이를 위해서는 다양한 고정구들 뿐만 아니라 두꺼운 부분들의 용접을 포함하여 용접될 에지들은 사전에 준비되어야 하며, 함께 용접될 부분은 상호 연관지어 고정되어야 하고, 용접부위에 소모성-전극(충전 와이어)을 배치하고 전극과 용접부이 사이에서 아크를 개시하여야 하며, 그리고 소모되어 용접이 완성될 때 까지 용접부위에 연속적으로 전극을 공급하여야 한다. (참조 : Mashinostroenie, 1977, p 22.1에 실린 Akoulov A. I., Bel chuk G. A., Dimyantsevich V. p.의 ＂융해용점을 위한 공정 및 장치＂).

상기한 형태의 용접을 위한 아크전류의 싸이리스터 소스(thyristor source)는 다상전원변압기. 전원 싸이리스터 유니트, 로드전류값을 조정하며 저항들을 갖는 싸이리스터의 위상제어회로, 피드백 유니트로 구성되어 있다(참조 : Mashinostroenie, 19 86, p 254에 실린 Nik-iforov G. D., Bobrov g. V., Nikitin V. M., Dyachenko V. V.의 ＂융해용접을 위한 공정 및 장치＂).

그러나 상기의 방법은 에지(edges)를 준비하는데 노동력 소모성 조작이 요구되고, 이에 따라 용접의 규모를 증가시켜야 하기 때문에 비효율적이며, 또한 충전 와이어 재료로 용접점을 채우는 공정속도가 매우 느린 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점들은 규모가 큰 부위의 용접시 더욱 심각하게 된다.

엔지니어링 본질에 있어서 본 발명과 가장 관계가 깊은 방법은 공간상에서 임의의 위치를 취할 수 있는 고정 소모성-전극을 사용하는 전기 아크 용접법으로, 이 방법에서는 용접 될 물품부위들사이에 배치되는 절연 전극과 물품의 양쪽부위로의 전원전압의 공급과 가압이 아크 전류의 발생을 촉진한다. 이 방법을 실행하기 위해 사용되는 장치는 용접될 물품 부위와 함께 절연 전극이 배치되는 클램핑고정구, 용접전류 제어기가 부착된 아크전류의 싸이리스터 소스, 그리고 소선들이 각각 절연 전극과 용접될 물품 부위들에 접속되어 있는 싸이리스터의 위상제어회로를 포함한다. (참조 : 러시아 발명자중 제 1718465호. 명칭 : 전기 아크용접 방법, 우선일 : 1987년 4월 1일, 분류 : MKI B 23 K 9/225).

상기 공지의 방법 및 장치의 단점은 용접될 물품부위의 상당히 넓은 폭에서 각 단위용접 폭 당 불균일한 전력방출의 결과로 발생되는 융해 부족과 포어형상의 결함으로 인한 용접품질의 저하이다.

따라서 본 발명은 상기한 선행기술에서의 제반 문제점을 감안하여, 단위용접폭 당 균일한 전력방출을 제공하고 용접될 물품부위의 폭을 고려하여 용접중의 결함 발생율을 감소시킴으로써 용접되는 결합점의 품질을 개선시킬 수 있는, 공간상의 임의의 위치에서 고정되는 고정 소모성-전극을 사용하여 금속을 전기 아크용접하는 방법과 이를 수행하기 위한 장치를 제공하는데 그 목적을 두고 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 공간상의 임의의 위치에서 고정되는 고정 소모성-전극을 사용하며, 용접되어질 물품부위들 사이에 절연전극을 배치하고 절연전극과 물품의 양쪽부위에 전원전압의 공급과 가압을 제공하여 아크전류(용접전류)를 발생시켜 금속을 전기 아크용접하는 방법에 있어서, 용접전류가 매 1/2주기의 아크 운동과정에서 용접폭에 따른 아크 주파수의 변동에 대응하는 주파수로 변조되고, 아크전류의 최대치가 용접폭의 중간에 설정되는 것을 특징으로 하는 소모성-전극 아크용접 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 공간상의 임의의 위치에 높이는 고정 소모성-전극을 사용하고, 용접될 물픔부위들과 이들 사이에 설치되는 절연 전극이 배치되는 클램핑 고정구, 아크전류 제어기가 장치된 아크전류의 싸이리스터 소스, 및 리드가 각각 절연전극과 용접될 물품부위들에 접속되는 싸이리스터의 위상제어회로를 포함하는 금속의 전기 아크용접장치에 있어서, 상기 아크전류 제어기가 아크운동의 매1/2주기 과정에서 용접폭의 중간부위에 최대치의 아크전류를 제공하는 변조기형태로 되는 것을 특징으로 하는 소모성-전극 아크용접 장치를 제공한다. 상기 변조기는 옵트로닉 디지탈 변환기, 마스터진동자, 조정가능한 주파수 분리기, 가역카운턴, DA변환기, 증폭기-적분기 및 리드가 아크전류의 싸이리스터 소스의 제어저항의 입력에 접속되는 옵트로닉-아날로그 변환기(O/A 변환기)가 직렬로 접속되어 구성되고, 옵트로닉 디지탈변환기의 입력은 아크전류소스의 싸이리스터의 위상제어 회로에 접속된다.

고정 소모성-전극을 사용하여 전기아크용접을 실행할 때, 1/2주기 과정에서 용접폭에 걸친 아크운동은 불균일하게 발생한다. 즉, 과정의 개시시에는 느린 속도로 운동하고, 중간에는 빠른 속도로 운동하며, 말기에는 다시 느린 속도로 운동한다. 이는 용접되는 결합부위에서의 전열이 불균일한 것과 관련되어 있다.

본 발명에 의하면, 직선변조(linear law) 또는 2승변조(square law)에 기초한 용접전류의 변조가 단위용접폭당 균일한 전력방출을 제공하여 용접품질을 개선시킨다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

고정 소모성-전극을 사용하여 금속을 전기아크용접하기 위한 장치는 용접될 물품부위들(2)과 이들 사이에 설치되는 절연전극(3)이 배치되는 클램핑 고정구(1), 용접전류 제어기가 부착된 아크전류의 싸이리스터소스(4) 및 싸이리스터의 위상제어회로를 포함하며, 이 회로의 리드는 절연전극(3)과 용접될 물품부위들(2)에 절속된다. 용접전류제어기는 변조기형태로 되며 아크운동의 매 1/2주기 내에서 용접폭의 중간부분에 최대치의 아크전류를 제공하며, 옵트로닉 디지탈변환기(5), 마스터진동자(6), 조정가능한 주파수분리기(7), 가역카운터(8), D/A 변환기(9), 증폭기-적분기(10) 및 O/A 변환기(11)가 직렬로 연결되어 구성되며, O/A 변환기(11)의 리드는 아크전류의 싸이리스터소스(4)의 제어 저항자 입력에 연결되고, 옵트로닉 디지탈변환기(5)의 입력은 아크전류의 싸이리스터소스(4)의 위상제어회로에 연결된다.

상술한 장치를 이용하여 공간상의 임의 위치에서 고정 소모성-전극을 사용하여 금속을 전기아크용접하는 방법은 다음과 같이 실현된다.

용접될 물품부위들(2)과 이들 사이에 놓여진 절연전극(3)은 함께 클램핑고정구 (1)에 배치되어 고정된다. 아크전류의 싸이리스터 소스(4)의 리드는 각각 절연전극(3)과 용접될 물품부위들(2)에 연결된다. 용접을 시작하기 위하여 전원전압이 동력 싸이리스터 유니트와 싸이리스터의 위상제어 회로에 공급된다.

전압이 싸이리스터의 위상제어회로에 인가되면, 분해레벨(resolving level)이 옵트로닉 디지탈 변환기(5)에 전달되고, 옵트로닉 디지탈 변환기(5)는 용접전류 변조기의 마스터 진동자(6)를 기동한다. 마스타진동자(6)의 출력에서는 속발 펄스(seque nce of pulses)가 나타나고, 이는 조정가능한 주파수 분리기(7)에 피드되며, 주파수 분리기(7)의 분리인자는 용접 폭에 따라 결정된다. 조정가능한 주파수분리기(7)의 출력으로부터 획득된 펄스는 가역카운터(8)에 설정순서대로 피드된다. 가역카운터(8)의 출력에는 2진 코드(binary code)가 나타나며, 이는 D/A 변환기(9)의 입력으로 피드된다. D/A 변환기(9)의 출력에서의 가역카운터(8)의 순방향 계수(forward counting)에서, 스텝형 성장신호(growing stepped signal)가 존재하며, 이는 증폭기-적분기(10)에 피드된다. 카운터(8)가 넘치게 되면 그 역이 행해지며 역방향 계수를 시작한다. D/A 변환기(9)의 출력에서 가역카운터(8)의 역방향 계수(reverse counting)과정에서, 스텝형 하강신호(falling stepped signal)가 나타나며 이는 증폭기-적분기(10)에 피드된다. 증폭기-적분기(10) 다음에는 톱니형태의 신호를 획득하게 되며, 이 톱니형태는 가역카운터(8)의 순방향계수에서 위를 향하고, 역방향계수에서는 아래를 향한다. 증폭기 -적분기(10)에서는 직선변조(piece-to-linear law)에 따라 변화하는 기존신호로부터 2승변조(piece-to-square law)에 따라 변화된 신호를 획득할 수 있다. 증폭기-적분기(10)의 출력으로부터, 요구되는 신호가 O/A 변환기(11)에 피드되고, O/A 변환기(11)의 출력은 아크전류의 싸이리스터 소스(4)의 제어 저항의 입력에 연결되어 상기한 변조법칙에 따라 용접전류를 변화시킨다.

이하, 본 발명을 실시예의 방법으로 설명하기로 한다.

[실시예]

직류전원을 사용하여 용접을 실행하였으며, 그 무부하 전압은 정격전류 1100 암페어에서 90볼트 였다. 용접전류의 변조기로써 마이크로프로세서 장치에 기초하여 제작된 제어기를 포함하는 용접 전류의 싸이리스터 소스가 사용되었다. 저합금강으로되고 120×80×10mm크기를 갖는 두 판의 용접이 실행되었다. 200×30×1mm크기의 판 -전극 재료는 스텐레스강이다. 절연재료로는 규산나트륨 용액을 이용하여 제조한 0.2 mm 두께의 미분쇄 플럭스가 사용되었다. 20Hz 주파수의 용접전류의 직선변조를 1/2주기의 개시시의 I=300 암페어로 부터 1/2주기의 중간에서 I=600 암페어로 그리고 1/2주기의 말기에서 I=300 암페어의 값으로 변화시키면서 실행하였다. 견본 10개에 대하여 실행한 용접된 결합점의 미세단면 금속 조직분석에 의하면, 견본 10개 중 8개는 결점이 없고 고품질인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 용접폭과 용접폭에 걸친 아크변동의 변조 주파수 선택에 좌우되어 결정된 변조형태(제3도 a 및 제3도 b)[직선변조(li near-to-piece), 2승변조(square-to-piece)]에 의해 단위용접폭당 균일한 전력방출(제2도의 점선)을 제공된다는 사실에 의한 것이다.

Claims (3)

1. 공간상의 임의의 위치에서 놓이는 고정 소모성-전극을 사용하며, 용접되어질 물품부위들 사이에 절연전극을 배치하고 절연전극과 물품의 양쪽 부위에 전원전압의 공급과 가압을 제공하여 아크전류를 발생시켜 금속을 전기 아크용접하는 방법에 있어서, 용접전류가 아크 운동의 매 1/2 주기 과정에서 용접폭에 걸친 아크 자체 주파수의 변동에 대응하는 주파수로 변조되고, 아크전류의 최대치가 용접폭의 중간에 설정되는 것을 특징으로 하는 소모성-전극 아크용접 방법.
2. 공간상의 임의의 위치에 놓이는 고정 소모성-전극을 사용하고, 용접될 물품부위들과 이들 사이에 설치되는 절연 전극이 배치되는 클램핑 고정구, 아크전류 제어기가 장치된 아크전류의 싸이리스터 소스, 및 리드가 각각 절연 전극과 용접될 물품부위들에 접속되는 싸이리스터의 위상제어회로를 포함하는 금속의 전기 아크용접장치에 있어서, 매 1/2주기 과정의 아크운동에서 용접폭의 중간부위에 최대치의 아크전류를 제공하는 변조기를 갖는 아크전류 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 소모성-전극 아크용접장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 변조기는 옵트로닉 디지탈 변환기, 마스터진동자, 조정가능한 주파수 분리기, 가역카운터, DA 변환기, 증폭기-적분기 및 리드가 아크전류의 싸이리스터 소스의 제어 저항의 입력에 접속되는 옵트로닉-아날로그 변환기가 직렬로 접속되어 구성되고, 옵트로닉 디지탈변환기의 입력은 아크전류소스의 싸이리스터의 위상제어 회로에 접속되는 것을 특징으로 하는 소모성-전극 아크용접 장치.