KR970005922B1 - 소모 전극 와이어를 갖는 펄스 아크 용접 장치 - Google Patents

소모 전극 와이어를 갖는 펄스 아크 용접 장치 Download PDF

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KR970005922B1
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사또시 쇼노야
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
기노시따 히루
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Abstract

내용 없음.

Description

소모 전극 와이어를 갖는 펄스 아크 용접 장치
제1도는 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 장치의 제1실시예의 블럭도.
제2도는 본 발명이 적용되는 펄스 아크 용접기의 도면.
제3a도 및 3b도는 평균 전류가 감소되 때 최소의 베이스 폭을 설정할 필요가 있음을 설명하기 위한 펄스 아크 용접기의 작동 도면.
제4a도 및 4b도는 평균 전류가 감소될 때 임계 피크 전류를 설정할 필요가 있음을 설명하기 위한 펄스 아크 용접기의 작동 도면.
제5도는 제2도의 펄스 아크 용접기에서 펄스 결정부의 작동을 설명하는 흐름도.
제6도는 제2도의 펄스 아크 용접기에서 펄스 파형 설정부에 의해 설정된 용접 전류의 펄스 파형을 도시한 챠트.
제7도는 피크 전류와 펄스폭과 임께 피크 전류의 관계를 도시한 챠트.
제8도는 평균 전류를 기초로 한 피크 전류값 및 펄스폭 값의 결정을 설명하는 챠트.
제9도는 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 장치의 제2실시예의 블럭도.
제10도는 본 발명이 적용되는 펄스 아크 용접기의 도면.
제11도는 1펄스당 1용적이 와이어에서 소재에 전달되는 조건을 맞추기 위해 피크 전류 및 펄스 폭의 플롯을 도시한 챠트.
제12a도 내지 12c도는 제10도의 펄스 아크 용접기에서 펄스 파형 설정부에 의해 설정된 용접 전류의 펄스 파형의 도면.
제13a도 및 13b도는 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 방법의 작동을 설명하는 도면.
제14a 및 14b도는 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 실시하는데 사용되는 용접 전류 펄스 파형 및 와이어 공급 속도를 도시한 시간 챠트.
제15도는 제 14a도의 용접 전류 펄스 파형을 이용하여 MAG 용접을 실시할 때 블로홀의 수와 파동 주파수의 관계를 도시한 챠트.
제16도는 제14a도의 용접 전류 펄스 파형을 이용하여 MIG 용접을 실시할 때 블로홀의 수와 파동 주파수의 관계를 도시한 챠트.
17a 및 17b도는 평균 전류가 변할 때 용접 전류 펄스 파형 및 와이어 공급 속도를 도시한 시간 챠트.
제18a도 및 18b도는 와이어 공급 속도가 변할 때 용접 전류 펄스 파형 및 와이어 공급 속도를 도시한 시간 챠트.
제19도는 본 발명의 펄스 아크 용접 방법에 의해 밀봉 용기를 용접하는 과정을 설명하는 도면.
제20도는 본 발명이 적용되는 진동 댐핑 강판의 용접을 설명하는 도면.
제21도는 MAG 용접을 실시할 때 산소 농도와 블로홀의 수의 관계에 관한 실험 결과를 도시한 챠트.
제22도는 MIG 용접을 실시할 때 산소 농도와 블로홀의 수의 관계에 관한 실험 결과를 도시한 챠트.
제23도는 본 발명에 의하여 강판의 펄스 아크 용접 과정을 설명하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,33 : 용접 와이어 2 : 아크
3,31 : 소재 6 : 블로홀(blowhole)
36 : 전압 검출기 38 : 평균 전압 설정부
40 : 전류 검출기 41 : 펄스 파형 제어부
45 : 펄스 결정부 53 : 전원
54,67 : 펄스 파형 설정부 55 : 최적 펄스 결정부
63 : 파동 주기 설정부 66 : 파동 진폭 설정부
[발명의 분야]
본 발명은 일반적으로 펄스 아크 용접 장치에 관한 것으로서, 특히 펄스 아크 용접 전류를 적극 와이어에 공급함으로써 차폐 가스내에 위치한 전극 와이어로서 소재를 용접하는 소모 전극 와이어를 갖는 펄스 아크 용접 장치에 관한 것이다.
[종래 기술]
소모 전극 와이어를 이용하여 소재를 용접하기 위하여 펄스 아크 용접을 실시할 때 아크 전류 때문에 전자기 아크력(arc force)이 소재에 가해진다는 사실은 공지되어 있다.
소재가 용접해야 할 두께가 다양한 부분을 가지면, 소재의 얇은 부분은 펄스 아크 용접에 의해 와이어의 단부에서 아크 열에 의해 완전히 용융될 수 있고, 또, 용접부분에서 바람직하지 않게 구멍이 뚫릴 수도 있다. 이러한 문제점을 제거하기 위하여, 전자기 아크력을 감소시킬 필요가 있다. 종래 펄스 아크 용접 장치의 경우에서는, 소재의 얇은 부분에 대해서 전체 의무 주기(duty-cycle)내에서 피크 펄스 시간의 피크 전류 또는 의무 비율(duty ratio)의 값을 감소시켜서, 소재의 두꺼운 부분에 대해서 전체 의무 주기내에서 피크 펄스 시간의 피크 전류 또는 의무 비율의 값보다 더 작은 값으로 되어 있다.
그러나, 종래 펄스 아크 용접 장치에서, 피크 전류는 용접 작동의 개시 전에 미리 설정되어 있어야 한다. 와이어와 소재간에 방전된 아크는 피크 전류가 더 작은 값으로 변함에 따라 불안정하게 된다. 와이어와 소재간의 아크 길이는 방전 아크가 불안정해지면 일정하게 되지 않을 것이다. 아크 길이가 불안정하면, 종래 펄스 아크 장치에서는 불필요한 스패터(spatter) 및 용접 비드(bead) 문제가 생길 수 있다.
이 때문에 종래 펄스 아크 용접 장치에서, 피크 전류가 비교적 큰 값으로 설정되어 있고, 전체 의무 주기내에서 피크 펄스의 의무 비율이 미리 예정되어서 용접부에 적당한 아크력을 제어하도록 되어있다.
그러나, 두께가 다양한 부분을 갖는 소재를 용접할 때, 불필요한 스패터 및 용접 비드 몸체가 나타나는 것 같다. 만일 의무 주기가 소재의 두꺼운 부분의 용접시에 더 작은 값으로 감소되면, 와이어와 소재간의 아크를 방전시키는데 필요한 평균 전류가 소정 전류에서 유지될 수 없다. 종래 펄스 아크 용접 장치로서는, 용접 와이어에서 소재로 1펄스당 1용적(droplet)을 적절한 속도로서 전달하기가 어렵다. 그결과, 용접 조인트를 위해 적절한 두께를 얻을 수가 없고, 만들어진 용접 조인트의 기계적 강도도 저하될 수 있다.
[발명의 개요]
따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 상술한 문제점을 제거하는 개량된 펄스 아크 용접 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 소정 평균 전류를 기초로 하여 용접 전류의 각 펄스마다 피크 전류 및 펄스 폭을 포함하여 최적 펄스 파형을 결정하고, 이 최적 펄스 파형에서의 용접 전류를 용접 와이어에 공급하여 두께가 다양한 용접부를 갖는 소재에 적당한 펄스 아크 용접 과정을 실시하는 펄스 아크 용접 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 고 피크 전류에 관한 제1펄스 주기와 저 피크 전류에 관한 제2펄스 주기를 포함하는 파동(waving) 주기를, 평균 전류가 용접부 두께 변화에 따라 변할 때, 소재의 용접지가 용접 와이어에 의해 효과적으로 진동될 수 있는 고유 주기와 동일하게 유지할 수 있고 또 용접 전류의 펄스 주기가 변함없이 유지되는 펄스 아크 용접 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 용접중에 용접 조인트에서 블로홀(blowhole)의 함입을 효과적으로 방지할 수 있고 또 블로홀을 유발시키는 구성 재료를 포함한 강판을 용접할 때 용접 조인트의 강도를 증가시킬 수 있는 펄스 아크 용접 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적은 하기에 설명한 펄스 아크 용접 장치에 의해 달성된다. 펄스 아크 용접 장치는, 소재를 향하여 와이어 공급 속도로서 공급되는 소모 전극 와이어와, 아크 열로써 와이어 단부에 용적을 만들기 위하여 용접 전류를 와이어에 공급하는 전원과, 피크 전류 및 펄스 폭을 기초로 하여 전원에 의해 공급된 용접 전류의 펄스 파형(pulse form)을 설정하는 펄스 파형 설정부와, 평균 전류를 기초로 하여 용접 전류의 각 펄스마다 피크 전류 및 펄스 폭을 결정하며, 또 와이어에 공급된 용접 전류의 각각의 피크 전류와 각각의 펄스폭이 와이어 공급 속도와 동일한 속도로서 와이어에서 소재로 각 펄스당 1용적을 전달시키는데 필요한 최소값을 가지도록 피크 전류 및 펄스 폭을 상기 펄스 파형 설정부에 제공하는 최적 펄스 결정부와, 와이어 공급 속도를 기초로 하여 평균 전류를 설정하며 또 소정 평균 전류를 최적 펄스 결정부에 공급하는 평균 전류 설정부를 포함한다.
또한 본 발명의 상기 목적과 기타 목적은 하기에 설명한 펄스 아크 용접 장치에 의해 달성된다. 즉, 펄스 아크 용접 장치는, 소재를 향하여 와이어 공급 속도로서 공급되는 소모 전극 와이어와 ; 아크 열로써 와이어 단부에 용적을 만들기 위하여 용접 전류를 와이어에 공급하는 전원과 ; 기준 펄스 파형을 기초로 하여 전원에 의해 공급된 용접 전류의 펄스 파형을 설정하는 펄스 파형 설정부와 ; 평균 전류를 기초로 하여 비교적 높은 피크 전류를 갖는 제1펄스 각각에 관련된 제1펄스 주기와 비교적 낮은 피크 전류를 갖는 제2펄스 각각에 관련된 제2펄스 주기를 결정하며, 또 기준 펄스 파형이 제1 및 제2펄스 주기와 피크 전류값과 펄스 폭값에 의해 설정되도록 공명 진동 진폭과 피크 전류 차이를 기초로 하여 제1 및 제2펄스에 관련된 피크 전류값 및 펄스 폭 값을 결정하며, 또 기준 펄스 파형을 상기 펄스 파형 설정부에 제공하는 기준 펄스 설정부와 ; 와이어와 소재간의 전압 차이를 측정하여 아크 길이를 검출하는 아크 길이 검출부와 ; 상기 아크 길이 검출부에 의해 검출된 아크 길이에 반응하여 제1 및 제2펄스에 관련된 피크 전류값 및 펄스 폭 값을 조정하며, 또 전원에 의해 공급된 용접 전류의 펄스 파형이 아크 길이 검출부에의해 검출된 아크 길이에 따라 조정되도록 피크 전류값 및 펄스 폭 값을 기준 펄스 설정부에 공급하는 펄스 전류 제어부를 포함한다.
본 발명에 의하여, 두께가 다양한 소재 용접부의 각각에 대해 적절한 용접을 실시하는 최적 펄스 파형으로 배열된 펄스 아크 용접 전류를 소모 전극 와이어에 공급할 수 있다. 와이어와 소재간의 아크는 와이어에 공급되는 용접 전류에 의해 적절하게 제어된다. 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 장치는 소재의 용접부가 여러 가지 두께를 가질 때 양호한 비드 외모와 적절한 용접 강도를 제공할 수 있다.
실시예
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적과, 특징, 장점들은 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 펄스 아크 용접 장치의 제1실시예는 제1도 내지 4b를 참고하여 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 장치의 제1실시예를 도시한다. 제1도에서, 전원(53)은 아크 열로써 용접 와이어(51)의 단부에 용적을 만들어 와이어 공급 속도와 동일한 속도로서 소재(52)에 용적을 전달하기 위하여 용접 전류를 용접 와이어(51)(소모 전극 와이어)에 공급한다. 펄스 파형 설정부(54)는 용접 전류의 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)을 기초로 하여 전원(53)에서 공급된 용접 전류의 펄스 파형을 설정한다. 최적 펄스 결정부(55)는 평균 전류 설정부(56)에서 공급된 소정 평균 전류(Iav)를 기초로 하여 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)을 결정하며, 따라서 평균 전류의 각 펄스가 용접 와이어(51)에서 소재(52)에 각 펄스당 1용적을 와이어 공급 속도와 동일한 속도로서 전달하는데 필요한 최소값을 가지게 된다. 평균 전류 설정부(56)는 적절한 용접 강도와 양호한 비드 외모를 얻기에 적당한 용접 와이어(51)에 와이어 공급 속도를 유지하도록 소정 평균 전류(Iav)를 설정한다.
제2도는 본 발명이 적용되는 펄스 아크 용접기를 도시한다. 제2도에서, 정류기(21), 평활 회로(22) 및 인버터(23)가 고주파 변압기(24)의 주전류측에 설치된다. 이들 부품과 고주파 변압기(24)는 소모 전극 와이어인 용접 와이어(33)에 전력을 공급하는 전원 역할을 한다. 정류기(21)의 출력은 편활 회로(22)의 입력에 연결되고, 평활 회로(22)의 출력은 인버터(23)의 입력에 연결된다. 인버터(23)는 펄스 파형 제어부에서 공급된 신호를 기초로 하여 소정 펄스 파형을 갖는 용접 전류를 배열하는 역할을 하고, 또 이렇게 배열된 용접 전류를 변압기(24)의 입력에 공급한다.
보조 전류측에 있는 변압기(24)의 출력은 양극 단자 및 음극 단자를 가지고, 또 제2도에 도시된 정류기(25)의 입력에 연결된다. 정류기(25)의 출력에 있는 양극 단자는 전력 케이블(28)을 경유하여 접점 팁(30)에 연결되고, 전력 케이블(28)은 리액터(26)와 직렬로 연결된다. 정류기(25)의 출력에 있는 음극 단자는 전력 케이블(29)을 경유하여 소재(31)에 연결되고, 상기 전력 케이블(29)은 분류기(27)와 직렬로 연결된다.
용접기에 의해 사용되는 소모 전극 와이어인 용접 와이어(33)는 와이어 리일(32)에서 공급되어 접점 팁(30)내에 삽입된다. 용접 와이어(33)의 리딩(leading) 모서리는 접점 팁(30)의 중심축을 통과하여 소재(31)부근에 배치된다. 접점 팁(30)내의 용접 와이어(33)는 전력 케이블(28)과 전기적으로 전도되고, 전원에서 용접 와이어(33)에 전력이 공급되어서 소재(31)와 용접 와이어(33)간에 아크를 방전시킨다.
용접 와이어(33)는 모터(도시되지 않음)에 의해 회전되는 한쌍의 공급 롤러(34)에 의하여 와이어 공급 속도로서 소재(31)에 공급된다. 모터 제어 유닛(35)은 용접 와이어(33)를 와이어 공급 속도로서 공급하기 위하여 모터의 회전을 제어하도록 설치된다. 모터 제어 유닛(35)의 출력은 모터에 연결되고, 모터의 회전 속도는 모터 제어 유닛(35)에서 공급된 제어 신호에 따라 제어된다. 따라서, 용접 와이어(33)의 와이어 공급 속도는 모터 제어유닛(35)에서 공급된 신호에 의해 결정된다.
제2도의 펄스 아크 용접기에서, 3상 교류가 정류기(21)에 공급되어서 평활 회로(22)의 출력에서 직류로 변환된다. 인버터(23)에 입력된 직류는 베이스 전류로 되며, 여기에 변압기(24)에서 출력된 펄스 아크 용접 전류가 중첩된다.
변압기(24)의 입력에서 전류의 펄스 파형(또는 피크 전류 및 펄스 폭)은 펄스 파형 제어부(41)에서 공급된 신호에 따라 배열된다. 변압기(24)에 입력된 베이스 전류는 전압 변환을 겪어서 2차 전류로 변환된다. 변압기(24)의 출력에서 2차 전류는 정류기(25)에 의하여 정류된다. 정류기(25)의 출력에서, 평활 회로(22)에서 공급된 베이스 전류와 펄스 파형 제어부(41)에서 공급된 최적 펄스 전류가 펄스 아크 전류에 중첩되어서 나타난다.
상기 펄스가 제어 간격에 따라 반복하는 용접 전류의 흐름은 연속적으로 용접 와이어(33)에 공급된다. 아크는 용접 와이어(33)와 소재(31) 사이에서 방전되어 이 아크 열에 의해 각 펄스마다 1용적을 만들게 된다. 본 발명에 의하여, 용접 전류의 펄스 파형은 모터 제어부(35)에 의해 결정된 와이어 공급 속도와 동일한 속도로서 용접 와이어(33)에서 나온 용적을 소재(31)에 전달하도록 제어된다.
제2도에 도시된 펄스 아크 용접기에서, 전압 검출기(36)가 전력 케이블(28,29)과 병렬로 연결되어 전력 케이블(28,29)간의 전압 차이를 검출하게 된다. 상기 전압 차이는 용접 와이어(33)와 소재(31)간의 아크 전압을 가리킨다. 일반적으로, 용접 와이어(33)의 리딩 모서리에서 소재(31)까지의 아크 길이는 아크 전압에 따라 변하게 된다. 그러므로 아크 길이를 일정한 길이로 유지하기 위하여, 용접 와이어에 가해진 전압(또는 전력 케이블(28,29)간의 전압 차이)을 일정한 레벨로서 유지할 필요가 있다.
전압 검출기(36)는 검출한 전압 차이를 가리키는 신호를 전압 비교기(37)의 한 입력에 공급한다. 평균 전압 설정부(38)는 전압 비교기(37)의 다른 입력에 연결된다. 평균 전압 설정부(38)는 주어진 기준 전압을 전압 비교기(37)의 다른 단부에 공급한다. 전압 비교기(37)는 전압 검출기(36)에서 나온 전압 차이와 평균 전압 설정부(38)에서 나온 기준 전압을 비교하여, 그 비교 결과를 나타내는 신호를 베이스 폭 설정부(39)에 공급한다.
베이스 폭 설정부(39)는 전압 비교기(37)에서 공급된 신호를 기초로 하여 용접 전류의 베이스 폭(Tb)을 설정한다. 따라서, 용접 전류의 베이스 폭(Tb)은 전력 케이블(28,29)간의 측정된 전압 차이(또는 용접 와이어(33)와 소재(31)간의 용접 전류)를 평균 전압 설정부(38)에서 나온 기준 전압에 따른 레벨에서 유지하도록 베이스 폭 설정부(39)에 의해 설정된다.
제2도의 펄스 아크 용접기에서, 전류 검출기(40)는 전력 케이블(29)에 설치된 분류기(27)에 연결된다. 이 전류 검출기(40)는 분류기(27)를 가로지르는 전류를 검출하고, 검출된 전류는 아크 용접 전류로서 용접 와이어(33)와 소재(31)간의 아크를 방전하는데 사용된다. 전류 검출기(40)는 측정한 아크 전류를 가리키는 신호를 펄스 파형 제어부(41)에 제공한다.
제2도의 펄스 아크 용접기에서, 베이스 폭 설정부(39)는 베이스 폭(Tb)의 값을 펄스 파형 제어부(41)에 공급한다. 펄스 결정부(45)(이는 후술하기로 함)는 평균 전류(Iav)를 기초로 하여 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)의 값들을 결정한다. 설정부(42)는 펄스 결정부(45)에 의해 결정된 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)의 값들을 펄스 파형 제어부(41)에 공급한다. 베이스 전류 설정부(43)는 베이스 전류(Ibo)의 값을 설정하고 이값을 펄스 파형 제어부(41)에 공급한다.
제2도에서 펄스 파형 제어부(41)는 베이스 폭 값(Tb), 피크 전류 값(Ip), 펄스 폭 값(Tp) 및 베이스 전류 값(Ibo)을 기초로 하여 용접 전류의 펄스 파형을 결정한다. 펄스 파형 제어부(41)는 결정된 펄스 파형을 갖는 용접 전류를 전류 검출기(36)에서 공급된 측정된 용접 전류와 비교하고, 이 비교 결과를 나타내는 신호를 인버터(23)에 제공한다. 인버터(23)에 의해 변압기(24)에 공급된 용접 전류는 측정한 용접 전류 변화에 적합하도록 용접 전류를 만들기 위하여 펄스 파형 제어부(41)에 의해 제어된다. 용접 저뉴의 펄스 파형은, 베이스 폭 설정부(39)에서 나온 베이스 폭(Tb) ; 설정부(41)에서 나온 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp) ; 및 베이스 전류 설정부(43)에서 나온 베이스 전류(Ibo)에 의하여 설정된다.
예를들면, 용접 와이어 단부와 소재간의 아크 길이가 비교적 작을 때, 전력 케이블간의 전압 차이는 평균 전압 설정부(38)로부터 나온 기준 전압보다 낮은 것으로서 전압 검출기(36)에 의해 검출된다. 이에 따라 베이스 폭 설정부(39)는 베이스 폭(Tb)을 더 작은 값이 되도록 설정한다. 용접 전류는 펄스 파형 제어부(41)에 의하여 용접 전류의 평균을 증가시키도록 제어되므로, 용접 와이어(33)가 더욱 신속하게 소모된다. 따라서, 용접 와이어 단부와 소재간의 아크 길이가 증가되므로 더 긴 아크 길이가 될 것이다.
다른 한편, 아크 길이가 상대적으로 클 때, 전압 차이는 기준 전압보다 높은 것으로서 검출된다. 이에 따라, 베이스 폭 설정부(39)는 베이스 폭(Tb)을 더 큰 값이 되도록 설정한다. 용접 전류는 그 평균을 감소시키도록 제어된다. 따라서 용접 와이어 단부와 소재간의 거리 또는 아크 길이는 감소되므로, 더 작아질 것이다.
펄스 파형 제어부(41)에 공급된 베이스 전류(Ibo)는, 용접 와이어와 소재간의 아크의 방전을 유지하는데 필요한 최소 전류로써 베이스 전류 설정부(43)에 의해 설정된다. 베이스 전류(Ibo)는 고정값으로 프리셋(preset)되고, 전극 와이어의 재료 및 차폐 가스의 재료에 의존하여 결정된다.
제2도에서 펄스 아크 용접기의 펄스 결정부(45)는 제1도의 펄스 아크 용접 장치의 최적 펄스 결정부(55)에 해당한다. 펄스 결정부(45)는 평균 전류(Iav)를 기초로 하여 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)을 결정하여, 결정된 피크 전류 및 펄스 폭에 따라 와이어 공급 속도와 동일한 속도로서 용접 전류의 각 펄스당 하나의 용적을 용접 와이어에서 소재에 전달하므로서 아크 용접을 실시한다. 평균 전류(Iav)는 적절한 용접 강도와 양호한 비드 외모를 얻기에 적당한 용접 와이어(33)의 와이어 공급 속도를 유지할 수 있도록 설정된다. 본 발명에 의하여, 결정된 피크 전류 및 펄스 폭을 갖는 용접 전류에 따라 아크 용접이 실시되고, 용접 전류의 각 펄스마다 적절한 속도로서 하나의 용적을 용접 와이어에서 소재에 전달할 수 있다. 이 펄스 아크 용접 장치로서 양호한 비드 외모와 적절한 용접 강도가 가능하게 된다.
대체로 바람직한 것은, 펄스 결정부(45)에 의해 결정된 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)이 용접 전류의 각 펄스마다 와이어 공급 속도와 동일한 속도로서 하나의 용적을 용접 와이어에서 소재에 전달하기에 적당한 값들이 되도록 항상 유지하는 것이다. 이것이 제3a도에 도시되어 있다. 이 때문에, 평균 전류(Iav)가 비교적 큰 값일 때, 펄스 결정부(45)는 피크 전류(Ip)를, 평균 전류(Iav)를 유지하기 위한 최소 필요값으로 감소시킨다. 피크 전류(Ip)는 최소 필요값으로 감소될 수 있는 반면에, 펄스 폭(Tp)은 최대값만큼 크게 변하고, 베이스 폭(Tb)은 최소값 만큼 작게 변한다. 그러나, 베이스 폭(Tb)이 피크 전류(Tp)를 감소시키기 위해 대단히 작은 값으로 변하면, 제3도에 도시한 바와 같이 용접 와이어에서 나오는 하나의 용적을 적절한 속도로서 소재에 전달할 수가 없다.
전술한 문제점을 제거하기 위하여, 최소 베이스 폭 설정부(46)가 펄스 결정부(45)에 공급되어야 할 베이스 폭의 최소값(Tbo)을 설정하기 위해 제2도의 펄스 아크 용접기에 설치된다. 따라서, 펄스 결정부(45)에 의해 결정된 용접 전류의 펄스 파형에 관한 베이스 폭(Tb)은 최소 베이스 폭 설정부(46)에서 공급된 최소 베이스 폭(Tbo)보다 동일하거나 또는 더 크도록 항상 설정되어 있기 때문에, 용적이 적절한 속도로서 와이어에서 소재로 안정되게 전달된다.
평균 전류(Iav)가 비교적 작은 값일 때, 펄스 결정부(45)는 베이스 폭(Tb)을 증가시키고, 단위 시간당 용접 전류의 펄스 수를 감소시킴으로써, 제4a도에 도시한 바와 같이 하나의 용적이 적절한 속도로서 용접 와이어에서 소재로 전달되는 것을 보장한다. 베이스 폭(Tb)은 최소 베이스 폭(Tbo)보다 크거나 또는 동일하도록 설정된다. 펄스 결정부(45)는 최소 베이스 폭(Tbo)에 따라 피크 전류(Ip)를 결정한다.
대체로, 피크 전류(Ip)는 펄스 폭(Tp)이 가능한 크게 되도록 증가될 때 더 작은 값으로 설정될 수 있다. 그러나, 펄스 폭(Tp)이 과도하게 크게 증가되면, 제4도에 도시한 바와 같이 하나의 용적을 적절한 속도로서 용접 와이어에서 소재에 전달할 수가 없다.
상기 문제점을 제거하기 위하여, 임계 피크 전류 설정부(47)가 펄스 결정부(45)에 공급되어야 할 피크 전류(Ip)의 임계 값을 설정하기 위해 제2도의 펄스 아크 용접기에 설치된다. 따라서, 펄스 결정부(45)에 의해 결정된 용접 전류의 펄스 파형에 관한 피크 전류(Ip)는 평균 전류(Iav)가 비교적 작을 때 임계 피크 전류 설정부(47)로부터 나온 임계 피크 전류값(Ipcr)보다 크거나 또는 동일하도록 항상 설정되어 있다. 펄스 결정부(45)는 용접 와이어에서 나오는 하나의 용적을 적절한 속도로서 소재에 전달하기 위하여 위에서 결정된 피크 전류(Ip)에 따라 펄스 폭(Tp)을 결정한다. 따라서, 제2도의 펄스 아크 용접기는 평균 전류(Iav)가 비교적 작을 때 용접 와이어에서 하나의 용적을 적절한 속도로서 소재에 전달할 수 있다.
다음에, 제2도에 도시된 펄스 결정부(45)의 작동을 제5도 내지 8도를 참고하여 설명한다. 펄스 결정부(45)에서 공급된 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)은 용접 와이어(33)에 공급되어야 할 아크 용접 전류의 최적 펄스 파형을 설정하는데 사용된다.
제5도는 용접 전류의 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)을 결정하기 위하여 펄스 결정부(45)의 작동 과정을 도시하고 있다. 펄스 결정부(45)는 평균 전류(Iav)와, 최소 베이스 폭(Tbo)과 임계 피크 전류(Ipcr)를 기초로 하여, 베이스 폭(Tb)과 피크 전류(Ip)와 펄스 폭(Tp)을 결정한다. 펄스 결정부(45)는 베이스 폭(Tp)을 베이스 폭 설정부(39)에 출력시키고, 또한 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)을 설정부(42)에 보낸다.
제5도에서 펄스 결정부(45)의 작동 개시에서, 단계(101)가 실시된다. 단계(101)는 와이어 공급 속도 설정부(44)로부터 평균 전류(Iav)를 판독하고, 최소 베이스 폭 설정부(46)로부터 최소 베이스 폭(Tbo)을 판독하고, 임계 피크 전류 설정부(47)로부터 임계 피크 전류(Ipcr)를 판독한다.
단계(101)가 수행된 후, 단계(102)는 와이어 공급 속도 설정부(44)에서 판독한 평균 전류(Iav)를 기초로 하여 피크 전류(Ip)를 결정하고, 상기 피크 전류(Ip)에 따라 펄스 폭(Tp)을 결정하므로, 하나의 용적이 적절한 속도로서 용접 와이어에서 소재로 전달되는 것을 확실히 수행한다.
펄스 결정부(45)에 의해 결정된 용접 전류의 펄스 파형에 대한 실예가 제6도에 도시되어 있다. 용접 전류의 펄스 파형은 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)이 결정되면 펄스 결정부(45)에 의해 적절하게 정해질 수 있다. 일반적으로, 평균 전류(Iav)는 다음식에 의해 표현될 수 있다.
여기서 k는 주어진 계수이고, f는 펄스 주파수, Ibo는 아크 용접을 계속하기 위해 필요한 최소 베이스 전류, Tbo는 용접 와이어의 재료 및 직경에 따라 정해진 최소 베이스 폭이다.
이 실시예에서 사용된 최소 베이스 전류(Ibo)는 50A이다. 이 실시예에서, 외경1.2㎜의 강철 전극 와이어가 용접 와이어(33)로써 사용되고, 최소 베이스 폭(Tbo)은 약 0.5초로 프리셋되어 있다.
용접 전류의 각 펄스에 대해 1용적을 용접 와이어에서 소재에 원만하게 전달하기 위하여, 피크 전류(Ip)와 펄스 폭(Tp)간에는 다음 관계를 만족해야 하는 것으로 알려져 있다.
여기서 a는 피크 전류 성분이다. 피크 전류 성분 a의 값은 실험에서 결정될 수 있고, 통상 이 값은 1.5와 2.0사이의 범위에 있다. 제7도는 상기 식(2)에 따라 펄스 폭(Tp)과 피크 전류(Ip)간의 관계를 도시한다. 임계 피크 전류(Ipcr)는 제7도의 챠트에 도시되어 있다.
펄스 주파수는 펄스 파형 작용이 반복하는 속도이다. 이러한 정의를 기초로 하여 방정식(1)에서 펄스 주파수(f)는 다음과 같이 표현된다.
제5도에 도시된 단계(102)에서, 펄스 결정부(45)는 상기 식(1) 및 (2)에 따라 평균 전류(Iav)를 기초로 하여 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)을 결정한다. 덧붙여, 펄스 결정부(45)는 상기 식(3)에 따라 펄스 주파수(f)를 결정한다.
단계(102)가 수행된 후 단계(103)가 실시된다. 단계(103)는 단계(102)에서 결정된 피크 전류(Ip)가 단계(101)에서의 임계 피크 전류(Ipcr)보다 큰 것인지를 검출한다.
단계(103)에서의 결과가 '아니오'(IpIpcr)이면, 용접 전류의 각 펄스에 대해 1용적을 용접 와이어에서 소재로 적절한 속도로서 전달하는 기능이 달성될 수 없는데, 왜냐하면 피크 전류(Ip)가 임계 피크 전류(Ipcr)보다 크지 않기 때문이다. 이때 단계(104,105)가 실시된다. 단계(104)는 임계 피크 전류(Ipcr)와 동일 하도록 피크 전류(Ip)를 설정한다. 단계(105)는 단계(104)에서의 피크 전류(Ip)(=Ipcr)에 해당하는 펄스 폭(Tp)을 결정하고, 상기 식(3)에 따라 펄스 폭(Tp)을 기초로 하여 베이스 폭(Tbo)을 결정한다.
단계(104,105)가 수행된 후, 단계(106)가 실시된다. 단계(106)는 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)을 설정부(42)에 보내고, 베이스 폭(Tbo)을 베이스 폭 설정부(39)에 보낸다. 이때 제5도의 펄스 결정부(45)의 작동이 일시적으로 실시된다.
단계(102)에서 결정된 피크 전류가 임계 피크 전류보다 더 작을 정도로 평균 전류(Iav)가 작으면, 피크 전류(Ip)가 조정되어 임계 피크 전류(Ipcr)와 동일하게 만든다. 또한 베이스 폭(Tbo)도 이렇게 결정된 피크 전류(Ip)에 따라 조정되므로, 상기 식(1)이 피크 전류(Ip)와 펄스 폭(Tp)과 베이스 폭(Tbo)의 조건에 따라 충족될 것이다.
다른 한편, 단계(103)에서의 결과가 '예'(Ip≥Ipcr)이면, 단계(106)가 실시되고, 단계(104,105)는 실시되지 않는다. 이 실예에서, 용접 전류의 1펄스에 대해 1용적을 용접 와이어에서 소재에 적당한 속도로서 전달하는 기능이, 단계(102)에서 피크 전류(Ip)와 펄스 폭(Tp)에 의해 결정된 용접 전류의 펄스 파형을 이용함으로써 달성될 수 있다.
제8도는 평균 전류(Iav)를 기초로 하여 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Ip)이 정해지는 방법을 도시한다. 제8도에서, 피크 전류(Ip)와 펄스 폭(Tp)간의 관계(식(2)에 의한)가 우측 그래프에서 도시되고, 피크 전류(Ip)와 평균 전류(Iav)간의 관계(식(1)에 의한)가 좌측 그래프에서 도시되어 있다.
제8도에서, 평균 전류값(Iav)이 와이어 공급 속도 설정부(44)에서 판독되면, 펄스 결정부(45)는 단계(102)에서 기재한 바와 같이, 좌측 그래프에 따라 평균 전류값(Iav)을 기초로 하여 피크 전류값(Ip1)을 결정한다. 이러한 피크 전류값(Ip1)을 기초로 하여, 펄스 결정부(45)는 제8도의 우측 그래프에 따라 펄스폭 값(Tp1)을 결정한다. 따라서, 1펄스당 1용적을 용접 와이어에서 소재에 적절한 속도로서 전달하는 기능이, 피크 전류값(Ip1) 및 펄스폭 값(Ip1)에 의해 결정된 용접 전류의 펄스 파형에 따라 달성된다.
제8도에서, 임계 평균 전류(임계파크 전류(Ipcr)에 해당하는)보다 더 작은 평균 전류값이 와이어 공급 속도 설정부(44)에서 판독되면, 펄스 결정부(45)는 상기 단계(104)에서 설명한 임계 파크 전류(Ipcr)와 동일하게 되도록 피크 전류(Ip)를 결정한다. 이때 펄스 결정부(45)는 평균 전류를 임계 피크 전류(Ipcr)보다 크거나 또는 동일하게 만들기 위하여 펄스폭 값과 베이스 폭 값을 결정한다.
다음에, 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 장치의 제2실시예를 제9도 내지 12c도를 참조하여 설명한다.
제9도는 펄스 아크 용접 장치의 제2실시예를 도시한다. 제9도에서, 제1도의 대응 부품과 동일한 부품에는 동일한 참고 부호가 기재되고, 그 설명은 생략될 것이다. 제9도의 펄스 아크 용접 장치에서, 전원(53)은 아크 열로서 용접 와이어의 단부에서 용적을 만들기 위하여 용접 전류를 용접 와이어에 공급한다. 이 용적은 와이어 공급 속도와 동일한 속도로서 와이어(51)로부터 소재(52)에 전달된다. 펄스 파형 설정부(54)는 기준 펄스 파형을 기초로 하여 전원(53)에 의해 공급된 용접 전류의 펄스 파형을 설정한다.
제9도의 펄스 아크 용접 장치에서, 기준 펄스 설정부(57)는 평균 전류 및 파동 주기를 기초로 하여, 비교적 높은 피크 전류를 갖는 제1펄스 각각에 관련된 제1펄스 주기와, 비교적 낮은 피크 전류를 갖는 제2펄스 각각에 관련된 제2펄스 주기를 결정한다. 기준 펄스 설정부(57)는 공명 진동 진폭과 피크 전류 차이를 기초로 하여, 제1 및 제2펄스에 관련된 피크 전류값 및 펄스 폭 값을 결정하기 때문에, 이 기준 펄스 설정부(57)가 제1 및 제2펄스 주기와, 피크 전류값과 펄스 폭 값에 의한 기준 펄스 파형을 설정한다. 기준 펄스 설정부(57)는 기준 펄스 파형을 펄스 파형 설정부(54)에 공급한다.
제9도에서, 아크 길이 검출부(58)는 와이어와 소재간의 전압 차이를 측정하여 아크 길이를 검출한다. 펄스 전류 제어부(59)는 아크 길이 검출부(58)에 의해 검출된 아크 길이에 따라 제1 및 제2펄스에 관련된 피크 전류값 및 펄스 폭 값을 조정한다. 펄스 전류 제어부(59)는 피크 전류값 및 펄스 폭 값을 기준 펄스 설정부(54)에 공급하므로, 펄스 파형 설정부(54)가 아크 길이 검출부(58)에 의해 검출된 아크 길이에 따라 전원(53)에서 공급된 용접 전류의 펄스 파형을 조정한다.
본 발명에 의하여, 용접 전류의 펄스 주파수를 변화시키지 않고도 아크 길이의 변화에 따라 용접 와이어에 공급되는 평균 전류를 조정할 수가 있다. 본 발명의 펄스 아크 용접 장치는 적절한 용접 강도 및 양호한 비드 외모를 더욱 안정되게 얻을 수 있다.
제10도는 본 발명이 적용되는 펄스 아크 용접기를 도시한다. 제10도에서, 제2도의 대응 부품과 동일한 부품은 동일한 참고 부호로 기재되고 이의 설명은 생략한다.
제10도의 펄스 아크 용접기는 전술한 기준 펄스 설정부(57)를 갖추고 있으며, 이 기준 펄스 설정부는 주파수 결정부(61), 펄스 시간 결정부(62), 파동 주기 설정부(63), 기준 펄스 설정부(64), 펄스 결정부(65) 및 파동 진폭 결정부(66)를 포함한다.
제10도에서, 모터 제어부(35)는 소정의 와이어 공급 속도에 의한 속도로서 용접 와이어(33)를 공급하도록 모터(도시되지 않음)의 회전 속도를 제어하기 위하여 용접 와이어(33)에 연결된다. 와이어 공급 속도 설정부(44)는 적절한 강도를 갖는 용접 조인트로서 소재(31)를 용접하는데 필요한 와이어공급 속도를 가리키는 신호를 모터 제어부(35)에 공급한다. 와이어 공급 속도 설정부(24)는 용접 와이어(33)에 공급되어야 할 평균 전류(Iav)를 가리키는 신호를 주파수 결정부(61)에 보낸다. 상기 평균 전류(Iav)는 양호한 비드 외모 및 적절한 용접 강도를 얻기 위해 외이어 공급 속도를 적절하게 유지할 수 있도록 설정된다. 대체로, 평균 전류(Iav)는 용접 와이어의 재료 및 직경에 의존하여 프리셋된다.
주파수 결정부(61)는 와이어 공급 속도 설정부(44)에서 공급된 평균 전류(Iav)를 기초로 하여 펄스 주파수(f)를 결정한다. 이 펄스 주파수(f)는 용접 전류의 펄스가 단위 시간당 반복하는 비율이다. 와이어 공급 속도 설정부(44)에서 공급된 평균 전류(Iav)를 알면, 상기 식(1) 내지 (3)에 의하여 펄스 주파수(f)를 결정할 수 있다. 따라서, 주파수 결정부(61)는 상기 식(1) 내지 (3)에 의하여 와이어 공급 속도 설정부(44)로부터 평균 전류(Iav)를 기초로 하여 펄스 주파수(f)를 결정한다.
펄스 시간 결정부(62)는 주파수 결정부(61)에서 나온 펄스 주파수(f)와, 파동 주기 설정부(63)에서 나온 주어진 파동 주기(Tw)를 기초로 하여 제1펄스 주기(TH) 및 제2펄스 주기(TL)를 결정한다. 제1펄스 주기(TH)중에 비교적 높은 피크 전류를 갖는 용접 전류의 제1펄스가 반복되고, 제2펄스 주기중에 비교적 낮은 용접 전류의 제2펄스가 반복된다.
파동 주기 설정부(63)는 실제적으로 높은 피크 전류에 관한 제1펄스 주기(TH)와 낮은 피크 전류에 관한 제2펄스 주기(TL)로 구성된 전체 주기인 파동 주기(Tw)를 설정한다. 본 발명의 제2실시예에서, 파동 주기(Tw)는 소재(31)의 용융지(molten pool)가 용접 과정중에 용접 와이어(33)에 의하여 효과적으로 진동 될 수 있는 그러한 고유 주기(TY)와 동일하도록 프리셋된다.
덧붙여, 펄스 시간 결정부(62)는 파동 주기(Tw)내에서 제1펄스의 수와, 제2펄스의 수를 결정하고, 따라서 용접 와이어(33)에 의해 발생된 아크력이 고유 주기(TY)에 해당하는 속도와 동일한 속도로서 소재(31)의 용융지를 효과적으로 진동하도록 만든다.
파동 진폭 설정부(66)는 소재(31)의 용융지에 관한 소정 공명 진동의 진폭을 설정한다. 상기 공명 진동의 진폭에 부가하여, 제1펄스에 관한 높은 피크 전류와 제2펄스에 관한 낮은 피크 전류와의 차이가 파동 진폭 설정부(66)에 의해 설정된다. 펄스 결정부(65)는 제1펄스 각각에 관한 피크 전류값(Ip) 및 펄스 폭 값(Tp)을 결정하고, 제2펄스 각각에 관한 피크 전류값(Ip) 및 펄스 폭 값(Tp)을 결정하며, 이러한 값은 파동 진폭 설정부(66)에서 공급된 공명 진동 진폭과 피크 전류 차이를 기초로 한 것이다.
기준 펄스 설정부(63)는, 펄스 시간 결정부(62)에서 공급된 제1펄스 주기(TH), 제2펄스 주기(TL),제1펄스의 수 및 제2펄스의 수를 기초로 하고 또, 펄스 결정부(65)에서 공급된 피크 전류 값(Ip) 및 펄스 폭 값(Tp)을 기초로 하여 용접 전류의 기준 펄스 파형을 설정한다. 이에 따라 상술한 기준 펄스 설정부(64)에 의해 설정된 기준 펄스 파형에서의 용접 전류가 용접 와이어(33)에 연속적으로 공급되면, 와이어 공급 속도 설정부(44)에 의해 설정된 평균 전류(Iav)가 적절하게 제어될 수 있다. 소재(31)의 용융지는 적절한 속도로서 용접 와이어(33)에 의해 효과적으로 진동될 수 있다. 용접 전류의 각 펄스에 대해 1용적을 용접 와이어(33)에서 소재(31)에 적절한 속도로서 전달하는 기능이 얻어질 수 있다.
제2도에서의 펄스 아크 용접기와 유사하게, 제10도의 펄스 아크 용접기는 전압 검출기(36), 전압 비교기(37) 및 평균 전압 설정부(38)를 갖추고 있다. 전력 케이블(28,29)간의 전압 차이는 전압 검출기(36)에 의해 검출되고, 측정된 전압 차이의 값은 용접 와이어(33)와 소재(31)간의 아크 길이에 비례한다. 아크 길이를 소정 길이로서 유지하기 위하여, 전력 케이블(28,29)간의 전압 차이를 주어진 기준 전압에서 유지할 필요가 있다.
전압 검출기(36)는 측정한 전압 차이를 나타내는 신호를 전압 비교기(37)의 한 입력에 보낸다. 평균 전압 설정부(38)는 전압 비교기(37)의 다른 입력에 연결된다. 평균 전압 설정부(38)는 주어진 기준 전압을 전압 비교기(37)의 다른 단부에 보낸다. 전압 비교기(37)는 전압 검출기(36)에서 나온 전압 차이와, 평균 전압 설정부(38)에서 나온 기준 전압을 비교하고, 그 비교 결과를 나타내는 신호를 펄스 전류 제어부(70)에 공급한다.
제10도에서 전압 검출기(36) 및 펄스 전류 제어부(70)는 제9도의 아크 길이 검출부(58)와 펄스 전류 제어부(51)에 각각 해당한다.
펄스 전류 제어부(70)는 전압 비교기(37)에서 나온 신호에 반응하여 용접 전류의 각 펄스마다 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)을 조정한다. 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)은 평균 전압 설정부(38)에 의해 설정된 주어진 기준 전압에서 전압 차이를 유지하도록 조정된다. 따라서, 용접 와이어(33)와 소재(31)간의 아크 길이를 소정 길이로서 유지할 수 있다.
펄스 파형 설정부(67)는 펄스 전류 제어부(70)에 의해 조정된 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)에 따라 기준 펄스 설정부(64)(또는 제9도의 기준 펄스 설정부(57))에 의해 설정된 기준 펄스 파형을 병경함으로써 용접 전류의 펄스 파형을 결정한다. 제10도의 펄스 파형 설정부(67)는 제9도의 펄스 파형 설정부(54)에 해당한다.
전술한 제1실시예에서, 베이스 폭 설정부(39)는 전압 비교기(37)에서 나온 신호에 반응하여 용접 전류의 베이스 폭(Tb)을 조정한다. 그러나, 베이스 폭(Tb)이 측정된 전압 차이에 반응하여 변하면(감소되거나 증가되면), 용접 전류의 펄스 주기가 변한다. 따라서, 전술한 제1실시예에서는, 용접 전류의 파동 주기(Tw)가 고유 주기(TY)에서 이탈할 것이며, 또 아크력이 소재의 용융지를 효과적으로 진동하지 못하는 문제가 있다.
상기 제2실시예에서, 펄스 파형 설정부(67)는 펄스 전류 제어부(70)에 의해 조정된 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)에 따라 용접 전류의 펄스 파형을 결정한다. 즉, 기준 펄스 설정부(64)에서 공급된 용접 전류의 기준 펄스 파형이 펄스 제어부(70)에 의해 설정된 용접 전류의 변화에 반응하여 수정된다. 그결과 제2실시예에서는, 용접 전류의 펄스 주기를 변화시킴이 없이 용접 와이어(33)에 공급되는 평균 전류(Iav)를 감소 또는 증가시킬 수 있다.
제12a도는 펄스 파형 설정부(67)에 의해 설정된 용접 전류의 펄스 파형을 도시한다. 이 펄스 파형은 기준 펄스 설정부(64)에 의해 설정된 기준 펄스 파형이다. 제12b도는 펄스 폭(Tp)이 증가될 때 펄스 파형 설정부(67)에 의해 설정된 용접 전류의 펄스 파형을 도시한다. 제12c도는 피크 전류(Ip)가 증가될 때 펄스 파형 설정부(67)에 의해 설정된 용접 전류의 펄스 파형을 도시한다. 제12a도 내지 제12c도에 도시한 바와 같이, 제1펄스 주기(TH)와 제2펄스 주기(TL)는 피크 전류(Ip) 또는 펄스 폭(Tp)이 증가하더라도 변하지 않는다. 용접 전류의 펄스 주파수(f)는 아크 길이의 변화에 따라 평균 전류(Iav)가 증가 또는 감소될때 변하지 않는다.
피크 전류 또는 펄스폭이 변할 때에도 1펄스당 1용적이 와이어에서 소재로 전달되는 조건을 충족시킬 필요가 있다. 제11도는 사익 조건에 맞추기 위한 펄스 폭(Tp) 및 피크 전류(Ip)의 플롯을 도시한다. 이러한 조건을 충족시키기 위하여, 기준 펄스 설정부(64)는 제11도의 챠트에서 음영 부위의 중간에 놓인 피크 전류(Ip) 및 펄스 폭(Tp)의 한 플롯을 선택함으로써 용접 전류의 파형을 결정한다.
제10도의 펄스 아크 용접기에서, 전류 검출기(40)가 전력 케이블(29)의 분류기(27)에 연결된다. 이 전류 검출기(40)는 부뉴기(27)를 통해 흐르는 전류를 검출하거나 또는, 용접 와이어(33)와 소재(31)간의 아크를 실제로 방전시키는데 사용된 아크 전류를 검출한다. 전류 검출기(40)는 측정한 아크 전류를 나타내는 신호를 전류 비교기(69)의 한 입력에 보낸다.
펄스 파형 설정부(67)는 용접 전류를 전류 비교기(69)의 다른 입력을 경유하여 전력 드라이버(power driver)(68)에 공급한다. 전류 비교기(68)는, 펄스 파형 설정부(67)에 의해 설정된 상기 펄스 파형을 갖는 용접 전류가 와이어와 소재간의 아크를 실제로 방전하도록 사용된 아크 전류로써 재생되도록 하는 방법으로서 전력 드라이버(68)를 작동시키는 역할을 한다.
전술한 제1실시예와 유사하게, 인버터(23)는 전력 드라이버(68)에서 나온 신호를 기초로 하여 상술한 펄스 파형을 갖는 용접 전류를 배열하며, 배열된 용접 전류를 변압기(24)의 입력에 공급한다.
상술한 제2실시예에서, 용접 와이어에 공급된 용접 전류의 평균이 용접 전류의 펄스 주기를 변화시킴이 없이 아크 길이의 변화에 따라 변화될 수 있다. 용접 전류의 평균이 변하더라도, 높은 피크 전류에 관한 제1펄스 주기(TH)와 낮은 피크 전류에 관한 제2펄스 주기(TL)로 구성된 전체 주기인 파동 주기(Tw)가, 용접 와이어(33)에 의해 소재의 용융지(31)를 효과적으로 진동시킬 수 있는 고유 주기(TY)와 동일하도록 유지될 수 있다. 평균 전류가 변할 때 펄스 주기의 변화로 인하여 파동 주기(Tw)가 고유 주기(TY)에서 이탈하는 것을 방지할 수 있으므로, 제2실시예는 양질의 용접 조인트와 높은 용접 신뢰성을 제공할 수 있다.
다음에, 소모 전극 와이어를 사용하여 차폐식 금속 아크 용접 과정에 채용된 신규하고 유용한 아크 용접 방법인 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 방법을 설명한다.
차폐식 금속 아크 용접 과정에서, 소재가 소모 전극 와이어로서 용접되는 용접 영역은 대기로부터 용접 영역을 분리시키기 위해 차폐 가스에 의해 보호된다. 이 차폐식 금속 아크 용접에서 사용된 차폐 가스는 보통 아르곤(Ar)과 소량의 이산화탄소(CO2)와 같은 불활성 가스를 포함한다. 이산화탄소 가스는 저렴하고 양호한 차폐 특성을 가지므로, 차폐식 금속 아크 용접의 차폐 가스로서 자주 포함된다.
아연 도금된(또는 아연 도포된) 강판이 전술한 차폐식 금속 아크 용접을 실시함으로써 전극 와이어로서 용접될 때, 아연 도금된 강판에 포함된 아연의 증발로 인하여 다량의 용접 연기가 생기는 것같다. 철의 용융점은 약 1500℃이고, 아연의 비등점은 약 906℃이다. 따라서, 아연 도금된 강판에 포함된 아연이 용접 용접 영역의 온도가 약 906℃보다 높아진 후에 아크 열에 의하여 신속하게 점차로 많이 증발된다. 아연 도금된 강판을 용접하는 경우에 생기는 용접 연기의 양은 비도포된 강판을 용접하는 경우에 생기는 용접 연기의 양보다 거의 3배가 많다.
아연 도금된 강판에서 나오는 아연 증기는 용접중에 용접영역에 가끔 머물게 되고, 여기서 다수의 블로홀(blowhole)을 만든다. 이때 차폐 가스는 용접 조인트에서 블로홀의 함입을 방지하는데 효과적인 조치를 취하지 못한다. 그러므로, 아연 도금된 강판을 차폐식 금속 아크 용접을 하는 경우 만들어진 용접 조인트는 비 도포된 강판을 차폐식 아크 용접을 하는 경우에 용접 조인트의 강도와 비교하여 대단히 약한 강도를 가질 것이다.
일본 공개 특허 공보 제 2-37975호는 아연 도금된 강판을 용접중에 생긴 용접연기 또는 스패터(spatter)의 양을 줄이는 아크 용접법을 설명하고 있다. 제안된 아크 용접법은 이산화탄소가스(CO2)와 산소가스(O2)를 포함한 차폐 가스를 이용한다. 용접 영역은 대기로부터 분리되도록 상기 차폐 가스에 의해 보호된다.
상기 공지된 공보에 설명된 방법에서, 차폐가스에 포함된 산소 농도는 종래 방법으로 이미 사용된 산소 농도보다 더 높은 비율로 증가되었다. 따라서, 이 제안된 방법의 경우에, 아연 도금된 강판에 포함된 아연은 용접시 산화되어서, 용접부분에 다량의 산화 아연(ZnO)이 생성된다. 일반적으로 산화 아연은 약 1720℃에서 승화한다.
아연 도금된 강판이 상기 제안된 방법을 사용하여 용접될 때, 이 강판에서 어떤 양의 아연이 농도가 증가된 산소가스와 산화된다. 용접부의 온도가 아연 용융점 약 9065℃보다 더 높이 증가하면 산화아연의 양이 이에 따라 증가되며, 남아 있는 아연 증기로 인하여 만들어진 용접 연기의 양이 감소된다. 따라서, 제안된 방법을 사용할 때 블로홀의 수는 감소될 수 있고, 용접부의 강도가 용접 연기 및 블로홀로 인하여 감소되는 것을 방지할 수가 있다.
다음에, 상기 공보에 기재된 제안한 아크 용접법이 적용되는 종래 아크 용접 과정에 관한 실험을 수행하여 얻어진 산소 농도와 블로홀의 수의 관계를 제21도 및 제22도를 참조하여 설명한다.
제21도는 상기 제안한 방법이 적용되는 금속 활성 가스 차폐식 아크 용접 과정(MAG 용접 과정)을 수행할 때 산소 농도 및 블로홀의 수의 관계를 도시한다. 제21도의 챠트에 도시한 관계는 MAG 용접 과정에 관한 실험을 수행함으로써 얻어진 실험 결과이다. 아르곤 가스(Ar) 및 이산화탄소가스(CO2)의 혼합물이 실험에서 차폐가스로써 사용되었다.
제21도의 챠트에서, 산소 농도는 산소가스가 첨가된 차폐가스(아르곤 가스 80%와 이산화탄소가스 20%의 혼합물)에 대한 산소가스의 비를 가리킨다. 블로홀의 수는 용접 비드의 단위 길이당(100㎜) 블로홀의 수를 가리킨다. MAG 용접 과정은 아래 조건하에서 실시된다.
시편 : 아연도금된 강판, 도포량 45/㎡
두께 : 1.6㎜
조인트 : 필렛 용접 랩 조인트
구성물 : C(0.05), Si(0.36), Mn(0.53), P(0.005), Nb(0.94), Fe(나머지)
용접속도 : 1m/분
용접전류 : 180A
용접전압 : 20V
제21도에 도시한 바와 같이, 블로홀의 수는 0%와 4%의 범위에서 증가될 때 급격히 감소되고, 블로홀의 최소수는 산소 농도가 약 4-6%일 때 도달된다. 그러나, 산소 농도가 6% 보다 크게 증가되면, 블로홀의 수는 블로홀의 최소수보다 점차 크게 증가된다. 일반적으로, 산소 가스를 10% 보다 많이 포함하는 차폐가스가 사용되면, 차폐식 아크 용접은 기초 재료를 크게 산화시킬 것이며, 기초 재료의 기계적 성질이 심각하게 저하될 것이다. 따라서, 차폐식 아크 용접에서 산소가스를 10% 보다 적게 포함하는 차폐가스를 사용하는 것이 바람직한다.
제22도는 상기 제안한 방법이 적용되는 금속 불활성가스 차폐식 아크 용접 과정(이하 MIG 용접 과정이라 함)이 실시될 때 산소 농도와 블로홀의 수의 관계를 도시한다. 아르곤 가스(Ar)를 포함하는 차폐가스가 실험에서 사용되었다.
제22도의 챠트에서, 산소 농도는 산소가스가 첨가된 차폐가스(아르곤 가스 포함)에 대한 산소가스의 비를 가리킨다. 블로홀의 수는 용접비드의 단위 길이당(100㎜) 블로홀의 수를 가리킨다. MIG 용접 과정이 실시되는 용접 조건은 전술한 MAG 용접 과정의 조건과 실제로 동일하고, 다만 용접 전류가 220A이고 조인트가 필렛 용접 T 조인트인 것이 다르다.
제22도에 도시한 바와 같이, 블로홀의 수는 MIG 용접 과정의 경우에 산소 농도가 0%와 6%의 범위에서 증가될 때 급격히 감소된다. 산소 농도가 6%에서 10%로 증가될 때는 블로홀의 수가 약간 감소된다. 그러나, 산소 농도가 용접 재료의 기계적 성질이 저하하게 될 10%의 상한치보다 더 높으면 모든 블로홀을 완전히 제거할 수가 없다. 산소 농도가 약 2%이면 아크가 다소 불안정하게 된다. 산소 농도가 2% 보다 낮으면 용접 비드를 형성하기가 어렵다.
상기 실험 결과에 의하여, MAG 및 MIG 용접 과정의 양쪽 경우에 용접 비드의 단위 길이당 블로홀의 수는 차폐가스내의 산소가스의 농도가 증가되면 어느정도까지는 감소될 수 있다. 그러나, 아연 도포된 강판을 용접하는 경우, 산소 농도가 약 10%까지 증가되면 용접 조인트에 블로홀이 포함되지 않게 방지하기는 어렵다. 산소 농도가 이보다 더 증가되면, 비도포 강판의 차폐식 금속 아크 용접의 경우에서의 강도와 대등한 용접 조인트의 강도를 얻기가 어렵다.
상술한 문제점을 제거하기 위하여, 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 방법이 차폐식 금속 아크 용접 과정에 적용될 수 있다.
다음에, 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 방법을 제13a도 내지 20도 및 제23도를 참조하여 설명한다.
제13a도 및 13b도는 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 방법의 작동을 도시한다. 제13a 및 13b도에서, 소재(3)는 용접 와이어(1)로서 용접되고, 아크(2)가 용접 와이어(1)에서 소재(3)로 방전된다. 이러한 용접 영역은 아르곤 가스와 25% 이하의 이산화탄소가스를 포함한 차폐가스에 의해 보호된다. 펄스 아크 용접 전류를 용접 와이어(1)에 공급함으로써, 용적이 아크(2)의 열에 의해 만들어져서 적절한 속도로서 와이어(1)에서 소재(3)에 전달된다. 소재(3)에 용융지(4)가 형성된다.
제13a도는 제13b도에 도시된 선 A-A'를 취한 용접 영역을 도시한 단면도이다. 소재(3)는 블로홀 유발 재료를 포함한 강판, 예를들어 아연 도금된 강판이다. 소재(3)는 도포층(7)(예를들어, 아연)을 포함한다. 용융지(4)내에서 다수의 블로홀 또는 기포(6)가 도포층(7)의 부근에서 만들어진다. 용접한 결과, 용접 금속(5)이 소재(3)에 형성된다.
본 발명의 펄스 아크 용접 방법에서, 최적 펄스 파형의 용접 전류가 전술한 펄스 아크 용접 장치의 제1실시예 및 제2실시예와 동일한 방법으로 용접 와이어(1)에 공급된다. 이러한 용접 전류를 용접 와이어(1)에 공급함으로써, 소재(3)의 용융지(4)가 파동 주파수에서 용접 와이어(1)에 의해 진동될 수 있다. 상기 파동 주파수는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 펄스 아크 용접 방법에서, 용접 와이어(1)에 공급된 용접 전류에 관한 평균 전류가 파동 주파수에서 변화한다. 따라서, 아크력은 평균 전류의 주기적 변화에 의한 진동 방법으로서 용융지(4)에 작용한다. 그결과, 소재(3)의 용융지(4)는 제13a도에서 화살표(A)로 도시된 방향으로 용접 와이어(1)에 의해 진동된다.
소재(3)의 용접중에, 다수의 블로홀(6)이 도포층(7)의 부근에 생성된다. 용융지(4)가 진동이 될때, 이 용융지(4)에서 블로홀을 외부로 제거할 수가 있다. 용융지(4)내의 블로홀(6)은 예를들어, 제13a도에서 화살표(B)로 도시된 방향에서 외부로 제거된다. 실험 결과에 의하여, 블로홀(6)이 용융지(4)에서 외부로 가장 효과적으로 제거되는 파동 주파수는 10㎐와 50㎐ 사이의 범위에 있는 것으로 발견되었다. 따라서, 본 발명의 펄스 아크 용접 방법은 아연 도금된 강판의 용접이 실시될 때 용접 조인트내에 블로홀이 포함되지 않도록 효과적으로 방지할 수 있다. 용접 조인트의 기계적 강도는 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 실시함으로써 현저하게 증가될 수 있다.
제14a도 및 14b도는 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 수행하기 위해 사용된 용접 전류 펄스 파형 및 와이어 공급 속도를 도시한다.
제14a도의 용접 전류 펄스 파형에서, 비교적 높은 피크 전류(Ih)와 비교적 작은 펄스폭(th)을 갖는 제1펄스가 제1펄스 주기(TH)중에 반복되고, 비교적 낮은 피크 전류(Il)와 비교적 큰 펄스폭(tl)을 갖는 제2펄스가 제2펄스 주기(TL)동안 반복된다. 본 명세서에서, 이후에 파동 주기(Tw)는 높은 피크 전류(Ih)와 관련된 제1펄스 주기(TH)와 낮은 피크 전류에 관련된 제2펄스 주기(TL)로 구성된 전체 주기라고 정의한다. 얇은 강판의 용접에서 1펄스당 1용적을 와이어에서 소재레 전달하는데 필요한 2펄스간의 기준 시간폭(Tref)은 보통 3밀리초(msec)와 7밀리초 사이에 있다.
대체로, 제1펄스 주기(TH)에 관한 평균 전류는 제2펄스 주기(TL)에 관한 평균 전류와는 다르다. 이때문에, 제1펄스 주기(TH)중에 용융지(4)에 작용하는 평균 아크력(Fh)과, 제2펄스 주기(TL)중에 용융지(4)에 작용하는 평균 아크력(Fl)은 서로 다르다. 평균 아크력(Fh,Fl)은 파동 주기(Tw)에 해당하는 속도로서 진동 방식으로 변화한다. 본 명세서에서, 이후에 파동 주파수는 파동 주기(Tw)에 해당하는 속도라로 정의한다. 이론식으로 파동 주파수는 파동 주기(Tw)의 역이다.
평균 아크력(Fl,Fh)은 아래식으로 표현된다.
여기서 C는 주어진 계수이다. 상기식(4) 및 (5)에서, 평균 아크력(Fl)은 IlIh이므로 평균 아크력(Fh)보다 작다. 따라서, 제1펄스 주기(TH)에 대한 아크력과 제2펄스 주기(TL)에 대한 아크력은 서로 다르다.
평균 전류와 평균 와이어 공급 속도는 제1 및 제2펄스 주기(TH,TL)의 양쪽에 대해 변하지 않는다고 가정한다. 따라서, 이경우에 평균 전류(Iav)에 관하여 아래식이 충족된다.
전술한 바와 같이, 평균 아크력(Fh,Fl)은 서로 다르고, 파동 주파수에서 진동 방식으로 변화한다. 이에따라, 용융지(4)는 제14a도에 도시된 펄스 파형의 용접 전류가 용접 와이어(4)에 공급될 때, 용접 와이어(4)에 의하여 진동된다. 이러한 용접 전류를 용접 와이어(4)에 공급하기 위하여, 전술한 펄스 아크 용접 장치의 제2실시예를 사용할 필요가 있다.
요약하면, 본 발명에 의한 펄스 아크 용접 방법은, 강판이 차폐 가스내에서 와이어를 이용하여 용접되도록 아르곤 가스와 25% 이하의 이산화탄소가스를 포함하는 차폐가스를 용접 영역에 공급하는 단계와 ; 와이어를 와이어 공급 속도로서 강판을 향하여 공급하는 단계와 ; 와이어가 강판을 향하여 와이어 공급 속도로서 공급되는 동안 아크 열로써 와이어 단부에서 용적을 만들기 위하여 펄스 아크 용접 전류를 와이어에 전송하는 단계와 ; 비교적 높은 피크 전류를 갖는 제1펄스 각각에 관련된 제1펄스 주기와, 비교적 낮은 피크 전류를 갖는 제2펄스 각각에 관련된 제2펄스 주기를 평균 전류 및 파동 주파수를 기초로 하여 결정하는 단계와 ; 공명 진동 진폭과 피크 전류 차이를 기초로 하여 제1 및 제2펄스에 관련된 피크 전류값과 펄스 폭 값을 결정하는 단계와 ; 상기 제1 및 제2펄스 주기와 피크 전류 값과 펄스 폭 값을 기초로 하여 용접 전류의 펄스 파형을 설정하는 단계를 포함한다. 이 방법에서, 와이어에 공급된 용접 전류에 관한 평균 전류가 파동 주파수에서 변화하고, 이로써 강판의 용융지가 와이어에 의하여 진동된다.
다음에, 제14a도에 도시된 펄스 파형의 용접 전류가 사용될 때 블로홀의 수와 파동 주파수간의 관계를 설명한다. 이후에, 블로홀의 수는 용접 비드의 단위 길이당 남아있는 블로홀의 수를 가리킨다.
제15도는 제14a도에 도시된 펄스 파형의 용접 전류를 사용하여 MAG 용접 과정이 실시될 때 블로홀의 수와 파동 주파수간의 관계를 도시한다. 각각 0%, 2% 및 4%의 산소가스가 첨가된 경우에 대하여 아르곤 가스와 이산화탄소가스를 포함한 차폐가스에 의한 실험 결과가 파동 주파수 대 블로홀의 수의 좌표로서 도시되어 있다.
제15도에서, 0% 산소가스의 경우에서 실험 결과는 적용된 파동 주파수의 증가가 블로홀의 수를 어느정도까지 감소시킬 수 있음을 보이고 있다. 그러나, 이 경우에 얻어진 블로홀의 수는 적절한 용접 강도를 얻기에는 충분하지 않다. 2% 및 4%의 경우에, 적용된 파동 주파수가 적절한 값을 갖는 것을 선택함으로써 블로홀이 없는 수준에 도달될 수 있다. 파동 주파수가 10㎐와 50㎐ 사이의 범위에서 설정되면, 0%의 경우에서 블로홀의 최소수와 동등한 블로홀 감소 효과가 파동 주파수의 변화에 관계없이 2% 및 4%의 경우에서 얻을 수 있다. 그러므로, 만일 10㎐와 50㎐ 사이의 파동 주파수가 용접 와이어에 적용되면 용접 조인트의 기계적 강도는, 소정 레벨에서 유지될 수 있고 또 높은 용접 신뢰성이 보장될 수 있다.
제16도는 MIG 용접 과정이 제14a도에 도신된 용접 전류 펄스 파형을 이용함으로써 수행될 때 블로홀의 수와 파동 주파수의 관계를 도시한다. 각각 2%, 4% 및 6%의 산소가스가 첨가되는 경우에 대하여 아르곤 가스를 포함하는 차폐가스에 의한 실험 결과가 파동 주파수 대 블로홀의 수의 좌표로서 도시되어 있다.
제16도에서, 블로홀의 수와 파동 주파수의 관계에 관한 블로홀 감소 효과는 제15도에 도시된 것과 유사하다. MIG 용접 과정의 경우에, 10㎐와 50㎐ 사이의 파동 주파수가 용접 와이어에 적용되면, 용접 조인트의 기계적 강도는 소정 레벨에서 유지되고 또 용접 신뢰성이 보장되는 것을 알 수 있다.
제14a도에 도시된 펄스 파형의 용접 전류가 용접 와이어에 적용될 때, 제1펄스 주기(TH)를 위한 전류량(Sh)은, 평균 아크력(Fh,Fl)이 서로 다르더라도, 제2펄스 주기(TL)를 위한 전류량(Sl)과 실제로 동일하다. 즉, 아래식이 충족된다.
그러므로, 용접 전류의 각 펄스에 대한 용접 와이어에서 만들어진 용적의 양이, 제1펄스 주기(TH) 또는 제2펄스 주기(TL)인 것에 관계없이 일정한 양으로 유지다. 본 발명의 펄스 아크 용접 방법에서, 제14a에 도시된 펄스 파형의 용접 전류가 용접 와이어(1)에 적용되면, 용접 와이어(1)의 와이어 공급 속도가 일정한 속도로서 유지될 수 있고, 아크 길이도 소정 길이에서 유지될 수 있다.
전술한 바와 같이, 용융지(4)에 작용하는 평균 아크력(Fl,Fh)이 진동 방식으로 변하기 때문에, 용융지(4)는 파동 주파수(10㎐와 50㎐ 사이)에서 용접 와이어(1)에 의해 상하로 이동된다. 블로홀이 용융지(4)에서 외부로 제거될 수 있으면, 전술한 블로홀 감소 기능은 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 수행함으로써 얻어진다.
제13a도 내지 14b도에서 설명한 실시예에서, 용융지(4)에서 평균 아크력(Fl,Fh)을 변화시키기 위한 작용은 용접 전류 퍼르 파형에서 사용된 제1피크 전류(Ih)와 제2피크 전류(Il) 사이의 피크 전류 차이를 사용함으로써 달성된다. 그러나, 주의할 것은, 소재의 용융지(4)를 진동시키기 위한 작용은 다른 적절한 수단을 사용함으로써 달성될 수 있다는 것이다. 예를들면 용융지 진동 작용은 용접 전류에 관한 평균 전류를 적절하게 변화시키거나 또는 와이어 공급 속도를 적절하게 변화시킴으로써 달성될 수 있다.
제17a도 및 17b도는 평균 전류가 변화할 때 용접 전류 펄스 파형 및 와이어 공급 속도를 도시한다. 제17a도에서 용접 전류 펄스 파형은 평균 전류를 진동 방식으로 변화시킴으로써 용융지 진동 작용을 획득하는데 사용된다. 커다란 펄스 폭(th)과 작은 펄스 폭(tl)은 제14a도에 도시된 것과 동일하다. 제14a도에 도시된 용접 전류 펄스 파형과 비교하면, 제1펄스 주기(TH)중에 높은 피크 전류(Ih)가 증가되고, 제2펄스 주기(TL)중에 낮은 피크 전류(Il)가 감소된다. 제17도에 도시된 펄스 파형의 용접 전류가 용접 와이어(1)에 가해질 때, 평균 아크력(Fh)은 제1펄스 주기(TH)중에 증가되고, 평균 아크력(Fl)은 제2펄스 주기(TL)중에 감소된다. 이에 따라서, 용융지 진동 작용이 얻어질 수 있다.
그러나, 제17a도에 도시된 펄스 파형의 용접 전류가 사용되면, 제1펄스 주기(TH)중에 만들어진 용적량과 제2펄스 주기(TL)중에 만들어진 용적량이 서로 다르다. 그러므로, 용접 전류에 관한 파동 주파수에 따라 와이어 공급 속도를 적절하게 변화시킬 필요가 있다. 제17b도는 이경우에 와이어 공급 속도의 변화를 도시한다.
제18a도 및 18b도는 와이어 공급 속도가 변화할 때 용접 전류 펄스 파형과 와이어 공급 속도를 도시한다. 제18a도에서 용접 전류 펄스 파형은 와이어 공급 속도를 진동 방식으로 변화시킴으로써 용융지 진동 작용을 얻는데 사용된다. 아크 길이를 소정 길이로서 유지하기 위하여, 아크 길이 변화에 비례하여 평균 전류를 적절하게 변화시킬 필요가 있다. 제18a도에 도시된 용접 전류 펄스 파형에서, 제1펄스 주기(TH)중에 제1펄스의 수는 변하지 않고, 제2펄스 주기(TL)중에 제2펄스의 수는 제14a도에 도시된 펄스 파형의 것에 비교하여 감소된다. 제18a도에서 기준 펄스 주기(Tref)와 파동 주기(Tw)는 제14a도에 도시된 것과 동일하다. 제14b도에 도시된 와이어 공급 속도와 비교하면, 제18b도에서 제1펄스 주기(TH)중에 와이어 공급속도는 비교적 높은 공급 속도(VH)까지 증가되고, 제2펄스 주기(TL)중에 와이어 공급 속도는 비교적 낮은 공급 속도(VL)까지 감소된다. 제18a도에서 도시된 펄스 파형의 용접 전류가 제어된 와이어 공급 속도에서 와이어가 공급되는 동안에 와이어에 적용되면, 평균 아크력(Fh)이 제1펄스 주기(TH)중에 증가되고, 평균 아크력(Fl)이 제2펄스 주기(TL)중에 감소된다. 이에 따라서, 용융지 진동 작용이 얻어질 수 있다.
제19도는 본 발명이 적용되는 밀봉 용기를 용접하는 과정을 도시한다. 제19도에서, 밀봉 용기(8)는 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 수행함으로써 용접 와이어(1)로서 용접된다. 아크 열에 의해 팽창된 용기(8)내의 공기는 용융지(4)로 들어가고, 또 블로홀이 용융지내에 남아 있는 공기에 의해 만들어진다고 알려져 있다. 밀봉 용기를 용접하기 위해 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 수행함으로써, 용융지로부터 남아 있는 공기를 용이하게 제거할 수 있다. 블로홀의 수가 현저하게 감소됨에 따라, 용접 조인트의 기계적 강도가 증가될 수 있다.
제20도는 본 발명이 적용되는 진동 댐핑 강판을 용접하는 과정을 도시한다. 제20도에서, 소재(3)가 수지층(8)을 갖는 진동 댐핑 강판인 경우로서, 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 수행함으로써 용접 와이어(1)로서 용접된다. 용융지(4)내의 수지 층(8)은 용접 조인트에서 블로홀(6)을 만드는 요인이 된다고 알려져 있다. 소재(3)를 결합하기 위하여 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 수행함으로써, 용융지(4)로부터 블로홀을 용이하게 제거할 수 있다. 블로홀의 수가 현저하게 감소되므로 용접 조인트의 기계적 강도가 증가될 수 있다.
제23도는 본 발명이 적용되는 비도포 강판을 용접하는 과정을 도시한다. 제23도에서, 비도포 강판(10)은 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 수행함으로써 용접 와이어(1)에 의해 용접된다. 이 용접 영역에서, 차폐 조건이 부족하고, 아크(2) 및 용융지(4)가 부분적으로 대기에 노출된다. 용융지(4)내에서 혼합된 대기의 질소가스는 고체 용접면(11)에서 블로홀(6)을 만드는 요인이 되는 것으로 알려져 있다. 비도포 강판(10)을 용접하기 위해 본 발명의 펄스 아크 용접 방법을 수행함으로써 고체 용접면(11)에 블로홀(6)이 남아 있지 않도록 효과적으로 방지할 수 있다. 블로홀의 수가 현저하게 감소되므로, 용접 조인트의 기계적 강도가 증가될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 제한받지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 여러가지 변경 및 수정이 가능하다.

Claims (16)

  1. 펄스 아크 용접 저뉴를 용접 와이어에 공급함에 의하여 전극 와이어로 소재를 용접하는 장치에 있어서, 소모 전극 와이어가 와이어 공급 속도로서 소재를 향하여 공급되고, 전원 수단이 아크 열로써 와이어 단부에서 용적을 만들기 위하여 펄스 아크 용접 전류를 와이어에 공급하고, 펄스 파형 설정 수단이 피크 전류 및 펄스 진폭을 기초로 하여 전원 수단에 의해 공급된 용접 전류의 펄스 파형을 설정하고, 최적 펄스 결정 수단이 평균 전류를 기초로 하여 용접 전류의 각 펄스에 대하여 피크 전류 및 펄스 진폭을 결정하여서 상기 피크 전류 및 펄스 진폭을 상기 펄스 파형 설정 수단에 공급하며 따라서 용접 전류와 관련된 각 피크 전류 및 각 펄스 진폭은 와이어 공급 속도와 동일한 속도로서 각 펄스에 대하여 하나의 용적을 와이어에서 소재에 전달하는데 필요한 최소값을 가지고, 평균 전류 설정 수단이 와이어 공급 속도를 기초로 하여 평균 전류를 설정하여 이 평균 전류를 상기 최적 펄스 결정 수단에 공급하는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 용접장치.
  2. 제1항에 있어서, 최적 펄스 결정 수단은 베이스 폭이 최소 베이스 폭 값과 동일하거나 또는 크도록 전원 수단에 의하여 공급된 용접 전류의 베이스 폭과 관련된 최소 베이스 폭 값을 설정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  3. 제1항에 있어서, 최적 펄스 결정 수단은 피크 전류가 임계 전류값과 동일하거나 또는 크도록 최적 펄스 결정 수단에 의해 결정된 피크 전류와 관련된 임계 피크 전류 값을 설정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  4. 제1항에 있어서, 와이어와 소재간의 전압 차이에 반응하여 전원 수단에 의하여 공급된 용접 전류와 관련된 베이스 폭을 조정하는 베이스 폭 설정 수단을 구비하고, 이에 따라 용접 전류의 펄스 파형이 상기 베이스 폭 설정 수단에 의하여 조정된 베이스 폭에 따라 펄스 파형 설정 수단에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  5. 제4항에 있어서, 베이스 폭 설정 수단은 와이어와 소재간의 전압 차이가 소정의 일정한 레벨에서 유지되도록 측정한 전압 차이와 기준 전압을 비교함으로써 베이스 폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  6. 제1항에 있어서, 평균 전류 설정 수단은 와이어가 와이어 공급 속도로서 모터에 의해 소재를 향하여 공급되도록 모터 제어 유닛에 와이어 공급 속도를 나타내는 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  7. 펄스 아크 용접 전류를 용접 와이어에 공급함에 의하여 전극 와이어로 소재를 용접하는 장치에 있어서, 소모 전극 와이어가 와이어 공급 속도로서 소재를 향하여 공급되고, 전원 수단이 아크 열로써 와이어 단부에서 용적을 만들기 위하여 펄스 아크 용접 전류를 와이어에 공급하고, 펄스 파형 설정 수단이 기준 펄스 파형을 기초로 하여 전원 수단에 의해 공급된 용접 전류의 펄스 파형을 설정하고, 기준 펄스 설정 수단이 평균 전류 및 파동 주기를 기초로 하여 비교적 높은 피크 전류를 갖는 제1펄스 각각에 관련된 제1펄스 주기와, 비교적 낮은 피트 전류를 갖는 제2펄스 각각에 관련된 제2펄스 주기를 결정하며, 공명 진동 진폭과 피크 전류 차이를 기초로 하여 상기 제1 및 제2펄스에 관련된 피크 전류 및 펄스 폭 값을 결정하고, 따라서 용접 전류에 관련된 기준 펄스 파형이 제1 및 제2펄스 주기와 피크 전류값과 펄스 폭 값에 의해 설정되므로 상기 기준 펄스 파형을 상기 펄스 파형 설정 수단에 공급하고, 아크 길이 검출 수단이 와이어와 소재간의 전압 차이를 측정함으로써 아크 길이를 검출하고, 펄스 전류 제어 수단이 상기 아크 길이 검출 수단에 의해 검출된 아크 길이에 반응하여 제1 및 제2펄스에 관련된 피크 전류 값과 펄스 폭 값을 조정하여서, 상기 피크 전류 값 및 펄스 폭 값을 기준 펄스 설정 수단에 공급하며 따라서 전원 수단에 의해 공급된 용접 전류의 펄스 파형이 아크 길이 검출 수단에 의해 검출된 아크 길이에 따라 조정되는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 용접장치.
  8. 제7항에 있어서, 기준 펄스 결정 수단은 소재의 용융지가 와이어에 의해 효과적으로 진동되는 고유 주기와 동일하도록 파동 주기를 설정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  9. 제7항에 있어서, 기준 펄스 결정 수단은 소재의 용융지와 관련된 공명 진폭을 설정하며, 또 제1펄스에 관련된 높은 피크 전류와 제2펄스에 관련된 낮은 피크 전류와의 차이를 설정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  10. 제7항에 있어서, 펄스 전류 제어 수단은 측정한 전압 차이가 주어진 기준 전압보다 작을 때 용접 전류에 관련된 평균 전류를 증가시키기 위하여 피크 전류 값과 펄스 폭 값을 조정하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  11. 제7항에 있어서, 펄스 전류 제어 수단은 측정한 전압 차이가 주어진 기준 전압보다 클 때 용접 전류와 관련된 평균 전류를 감소시키기 위하여 피크 전류 값과 펄스 폭 값을 조정하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  12. 제7항에 있어서, 와이어 공급 속도를 기초로 하여 평균 전류를 설정하여서 이 평균 전류를 기준 펄스 설정 수단에 공급하는 평균 전류 설정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  13. 제12항에 있어서, 평균 전류 설정 수단은 와이어가 와이어 공급 속도로서 모터에 의해 소재를 향하여 공급되도록 모터 제어 유닛에 공급 속도를 나타내는 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  14. 소모 전극 와이어를 이용함에 의하여 블로홀 유발 재료를 갖는 강판을 용접하는 펄스 아크 용접 방법에 있어서, 강판이 차폐 가스내에서 와이어를 이용함에 의하여 용접되도록 아르곤 가스와 25% 이하의 이산화탄소가스를 포함한 차폐 가스를 용접 영역에 공급하는 단계와, 강판을 향하여 와이어 공급 속도로서 와이어를 공급하는 단계와, 와이어가 와이어 공급 속도로서 강판을 향하여 공급되는 동안 아크 열로써 와이어 단부에서 용적을 만들기 위하여 전원으로부터 와이어에 펄스 아크 용접 전류를 공급하는 단계와, 평균 전류 및 파동 주파수를 기초로 하여 비교적 높은 피크 전류를 갖는 제1펄스 각각에 관련된 제1펄스 주기와, 비교적 낮은 피크 전류를 갖는 제2펄스 각각에 관련된 제2펄스 주기를 결정하는 단계와, 공명 진동 진폭과 피크 전류 차이를 기초로 하여 제1 및 제2펄스와 관련된 피크 전류값과 펄스 폭값을 결정하는 단계와, 상기 제1 및 제2펄스 주기와, 피크 전류값과 펄스 폭 값을 기초로 하여 용접 전류와 관련된 펄스 파형을 설정하는 단계를 구비하고, 이러한 단계에 의하여 와이어에 공급된 용접 전류와 관련된 평균 전류가 파동 주파수에서 변함으로써 강판의 용융지가 와이어에 의해 효과적으로 진동되는 것을 특징으로 하는 용접 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 파동 주파수는 10㎐와 50㎐ 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 용접 방법.
  16. 제14항에 있어서, 차폐 가스는 상기 아르곤 가스 및 이산화탄소가스에 더하여 산소가스를 포함하고, 차폐가스내의 산소가스의 농도는 2%와 6% 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 용접 방법.
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