KR980008422A - 소모전극식 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접 갭(welding gap) 이 있는 모재를 용접하기 위한 소모전극식 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치에 관한 것으로, 상하 방향으로 연장된 제 1 모재와, 상단부가 상기 제 1 모재의 중간에 위치되고 상기 제 1 모재를 따라 배치된 박판으로 이루어진 제 2 모재를 용접하기 위한 소모전극식 아크 용접 방법에 있어서, 상기 제 2 모재의 상단부 방향으로 상기 제 1 모재의 대향측 상에서 경사지게 위쪽으로부터 아크를 발생시켜, 상기 제 2 모재의 상단으로부터 소정 높이만큼 상기 제 2 모재를 용융시키고, 용융접 갭을 검출하는 단계, 그리고 상기 용접 갭이 커질 때 상기 제 2 모재가 용융되는 상기 소정 높이를 증된 제 2 모재를 용접 금속의 일부로 만드는 단계와, 상기 제 1 모재와 상기 제 2 모재의 상단 사이의 용가시키는 단계로 구성되는 것을

Description

소모전극식 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치
본 발명은 용접 갭(welding gap) 이 있는 모재를 용접하기 위한 소모전극식 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치에 관한 것이다.
제10도는 종래의 소모전극식 아크 용접 장치에 의한 용접을 설명하기 위한 모식도이다. 제10도에서 도면 부호 "1"은 상하로 연장되어 있는 제 1 모재를 나타내고, 도면 부호 "2"는 그 상단이 제 1 모재(1)의 중간부에 위치하고 제 1 모재(1)를 따라 배치되어 있는 제 2 모재를 나타낸다. 이 제 1 모재(1)와 제 2 모재(2)는 판두께가 약 2.8mm인 박판으로 만들어진다. 제 1 모재 (1)와 제 2 모재(2)의 상단부 사이에 용접 갭(G)이 형성되는데, 이 용접 갭(G)은 제 1 및 제 2 모재(1)(2)의 판금공정 또는 프레스 공정에서 발생한다. 제10도에서 도면부호 "33"은 용접 토치(welding torch)(도시하지 않음) 안의 콘택트 칩(contact chip)(도시하지 않음)을 통과하여 와이어 공급장치(wire feeder)(도시하지 않음)에 의해 제 1 및 제 2 모재(1)(2)를 향해 공급되는 용접 와이어이다. 제10도에서 화살표는 용접 와이어(33)의 표적이 되는 위치와 제 2 모재(2)의 상단면의 연장선과 제 1 모재(1)의 표면이 교차되는 위치를 나타낸다. 용접시 일반적으로 용접 전원(도시하지 않음)의 양극을 용접 와이어(33)에 연결하고, 용접 전원의 음극은 제 1 및 제 2 모재(1)(2)에 연결한다. 용접 와이어(33)를 제10도의 화살표 방향으로 공급하는 동안 용접 와이어(33)의 선단부와 제 1 및 제 2 모재(1)(2) 사이에 아크(arc)가 발생한다. 발생된 아크에 의해 용접 와이어(33)의 선단부가 용융되고, 이에 따라 제 1 및 제 2 모재(1)(2) 사이에 용접 금속이 형성된다. 그러므로, 용접 갭(G)에서 용접 금속을 채울 수 있도록 용접을 행한다. 그러므로, 용접 갭(G)의 크기가 2 내지 3mm 이하인 경우에는 용접이 비교적 안정적으로 행해질 수 있다. 전술한 바와 같은 종래의 아크 용접 장치 및 아크 용접 방법에 따르면 크기가 2 내지 3mm 이하인 용접 갭에 대하여는 비교적 안정적으로 용접할 수 있다. 그러나 제 1 및 제 2 모재(1)(2)의 두께가 약 2.8mm인 경우에는 피용접 물체에 따라 때때로 크기가 약 6 내지 7mm인 용접 갭이 발생한다. 이와 같이 큰 용접 갭에 대하여는 다량의 용접 금속을 형성시킬 필요가 있다. 이를 위하여 용접 전류를 증가시키거나 용접 속도를 감소시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나 이러한 경우에는 제 1 및 제 2 모재(1)(2)에 대한 아크 입열(heat input)이 증가되어, 제 1 모재 (1)에 버언 스루(burn-through)가 발생하거나 또는 제 2 모재(2)의 상단부가 쉽게 용락(burn through)된다. 따라서 제 1및 제 2 모재(1)(2) 사이에 안정한 비드(bead)를 형성하는 것이 곤란하게 되는 문제가 있다. 전술한 문제를 해결하기 위하여 일본국공개특허공보 제 소56-80376호 또는 제 소56-80377호가 개시되어 있다. 그러나 상기 공보에서는 단락 전류(short-circuit current)에 의해 용접 와이어를 여러 차례 반복적으로 용단(fusing)한 후 정상 아크(stationary arc)로 용접을 행한다. 그러므로 제 2 모재 (2)의 버언 스루는 방지되지만 용접 속도가 감소한다. 한편 용접 갭(G)은 제 1 및 제 2 모재(1)(2)의 판금 공정 또는 프레스 공정에서 발생한다. 그러므로 용접 갭(G)의 크기는 용접선을 따라 일정하지 않고 변화하는 것이 보통이다. 일본국공개특허공보 제 소58-122179호 및 제 소60-54011호는 용접선을 따라 구비된 용접 경로를 자동적으로 발생시켜 용접을 행하는 것을 개시하고 있다. 또한 용접선을 따라 변화하는 용접 갭(G)의 크기에 따라 용접조건이 자동적으로 변화되어 안정한 용접이 가능하여야 한다는 요청을 충족시킬 필요가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 결점을 해소하기 위한 것으로서, 모재의 판두께보다 큰 용접 갭 등에 대해 고속으로 안정한 용접이 가능하고, 또 용접선을 따라 변화하는 용접 갭의 크기에 따라 용접 조건이 자동적으로 변화하여 안정한 용접이 가능한 소모전극식 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상하 방향으로 연장된 제 1 모재와, 상단부가 상기 제 1 모재의 중간에 위치되고 상기 제 1 모재를 따라 배치된 박판으로 이루어진 제 2 모재를 용접하기 위한 소모전극식 아크 용접 방법에 있어서, 상기 제 2 모재의 상단부 방향으로 상기 제 1 모재의 대향측 상에서 경사지게 위쪽으로부터 아크를 발생시켜, 상기 제 2 모재의 상단으로부터 소정 높이만큼 상기 제 2 모재를 용융시키고, 용융된 제 2 모재를 용접 금속의 일부로 만드는 단계와, 상기 제 1 모재와 상기 제 2 모재의 상단 사이의 용접 갭을 검출하는 단계, 그리고 상기 용접 갭이 커질 때 상기 제 2 모재가 용융되는 상기 소정 높이를 증가시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상하 방향으로 연장된 제 1 모재와, 상단부가 상기 제 1 모재의 중간에 위치되고 상기 제 1 모재를 따라 배치된 박판으로 이루어진 제 2 모재를 용접하기 위한 소모전극식 아크 용접 장치에 있어서, 상기 제 2 모재의 상단부 방향으로 상기 제 1 모재의 대향측 상에서 경사지게 위쪽으로부터 아크를 발생시켜, 상기 제 2 모재의 상단으로부터 소정 높이만큼 상기 제 2 모재를 용융시키고, 용융된 제 2 모재를 용접 금속의 일부로 만들기 위한 아크발생 수단과, 상기 제 1 모재와 상기 제 2 모재의 상단 사이의 용접 갭을 검출하기 위한 검출 수단, 그리고 상기 아크 발생 수단을 제어하여 상기 용접 갭이 커질 때 상기 제 2 모재가 용융되는 상기 소정 높이를 증가시키기 위한 제어 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치에 있어서, 제 2 모재는 용융되어 용접 속의 일부가 된다. 그러므로, 같은 용접 전류에 대해서 용접 금속의 양이 증가될 수 있다. 또한, 제 2 모재의 상단으로부터 소정 높이 만큼 제 2 모재가 용융되기 때문에, 제 1 모재에 대한 입열이 제한되어 제1 모재의 버언 스루가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 아크 힘(arc force)이 제 2 모재의 용융부로 경사지게 아래쪽으로, 즉 제 2 모재 쪽으로 작용하여 제 2 모재의 버언 스루에 의하여 불일치(nonconformity)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 제 1 모재의 판두께보다 큰 용접 갭에 대해서도 안정한 용접이 가능하다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 방법의 제 1 추가 특징은 용접 전류를 변화시켜 용융된 제 2 모재의 소정 높이가 증감된다는 것이다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 장치의 제 1 추가 특징은 용접 전류를 변화시켜 용융된 제 2 모재의 소정 높이가 증감되도록 제어수단이 아크 발생 수단을 제어한다는 것이다.
본 발명에 따른 제 1 추가 특징을 가지는 소모전극식 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치에서 제 2 모재의 용융량이 용접 전류에 의하여 증감된다. 따라서 용접 속도가 유지되어 고속에서도 안정한 용접이 가능하도록 한다. 또한 용접 갭에 따라 용접 전류를 변화시켜 안정한 용접이 되도록 용접 조건이 자동적으로 변화될 수 있다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 방법의 제 2 추가 특징은 용접 속도를 변화시켜 용융되는 제 2 모재의 소정 높이가 증감된다는 것이다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 장치의 제 2 추가 특징은 용접 속도를 변화시켜 용융되는 제 2 모재의 소정 높이가 증감되도록 제어 수단이 아크 발생 수단을 제어한다는 것이다.
본 발명에 따른 제 2 추가 특징을 가지는 소모전극식 용접 방법 및 장치에서 큰 용접 갭에 대해서도 확실하게 안정한 용접을 할 수 있다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 방법의 제 3 추가 특징은 용접 갭이 소정의 값 이상을 가질 때, 용접 갭의 값이 커짐에 따라 용접 전류는 더욱 작은 값으로 제한된다는 것이다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 장치의 제 3 추가 특징은 용접 갭이 소정값 이상을 가질 때, 용접 갭의 값이 커짐에 따라 제어 수단이 용접 전류를 더욱 작은 값으로 제한하도록 제어를 행한다는 것이다.
본 발명에 따른 제 3 추가 특징을 가지는 소모전극식 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치에서, 큰 용접 갭에 대해서도 언더컷(undercut)과 버언 스루를 발생시키지 않고 확실한 용접이 가능하다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 방법의 제 4 추가 특징은 용접 갭이 소정 기준값 이상일 때 용접선과 직교하는 방향으로 진동성분을 가지도록 발생한 아크를 진동시키도록 아크 발생 수단을 제어하는 것이다.
본 발명에 따는 제 4 추가 특징을 가지는 소모전극식 아크 용접 방법 또는 아크 용접 장치에서는, 아크를 진동시키기 때문에 폭이 큰 비드를 안정적으로 형성시킬 수 있다. 따라서 큰 용접 갭에 대해서도 안정한 용접을 행할 수 있다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 방법의 제 5 추가 특징은 용접 갭이 더 커질 때 진폭이 증가되도록 아크를 진동시키는 것이다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 장치의 제 5 추가 특징은 제어수단이 용접 갭이 더 커질 때 진동하는 아크의 진폭이 증가되도록 아크 발생 수단을 제어하는 것이다.
본 발명에 따른 제 5 추가 특징을 가지는 소모전극식 아크 용접 방법 또는 장치에서는 진동의 진폭이 용접 갭의 크기에 따라 변화된다. 그러므로, 용접 조건이 용접 갭에 따라 자동적으로 변화되어 큰 용접 갭에 대해서도 안정한 용접을 행할 수 있다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 방법의 제 6 추가 특징은 진동하는 아크의 진폭이 증가할 때 용접 속도가 감소된다는 것이다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 장치의 제 6 추가 특징은 제어수단이 진동하는 아크의 진폭이 증가할 때 용접 속도가 감소되도록 아크 발생 수단을 제어한다는 것이다.
본 발명에 따른 제 6 추가 특징을 가지는 소모전극식 아크 용접 방법 또는 아크 용접 장치에서는 큰 용접 갭에 대해서도 더욱 안정한 용접을 행하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 방법의 제 7 추가 특징은 아크가 제 2 모재의 상단부에서 제 1 모재의 대향측의 모서리 근방을 향해 발생한다는 것이다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 장치의 제 7 추가 특징은 아크 발생 수단이 제 2 모재의 상단부에서 제 1 모재의 대향측의 모서리 근방을 향해 아크를 발생시키는 것이다.
본 발명에 따른 제 7 추가 특징을 가지는 소모전극식 아크 용접 방법 또는 아크 용접 장치에서는 안정한 용접을 확실하게 행하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 방법의 제 8 추가 특징을 판두께가 약 2.4 내지 3.2mm인 제 2 모재에 대해 직경이 약 1.2 내지 1.4mm인 용접 와이어를 사용하고, 제 2 모재의 모서리 둘레의 영역에 대해 수평과의 각도가 약 25??내지 50??인 아크를 발생시키며, 모서리로부터 위쪽으로의 거리가 약 1mm인 제 2 모재의 상단면상의 한 위치와 모서리로부터 아래쪽으로의 거리가 약 1mm인 제 1 모재의 대향측면상의 한 위치 사이에 상기 영역을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 아크 용접 방법 또는 아크 용접 장치에 의한 용접을 설명하는 모식도.
제2도는 본 발명의 아크 용접 방법의 일례를 설명하는 모식도.
제3도는 본 발명의 아크 용접 장치의 일례의 시스템의 개략도.
제4도는 본 발명의 아크 용접 장치의 제어동작을 설명하는 블록도.
제5도는 회전 아크를 행하는 메카니즘을 도시하는 사시도.
제6도는 아크의 궤적을 도시하는 설명도.
제7도는 용접 금속의 양과 용접 전류 사이의 관계를 도시하는 그래프.
제8도는 아크의 궤적을 도시하는 설명도.
제9도는 용접 전류의 적정 제어 영역을 도시하는 그래프.
제10도는 래기술에 따른 용접을 설명하는 모식도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1：1 모재 2： 2 모재
3：접 와이어 4：접 토치
5：이저 센서 6：서 컨트롤러
7：보트 8：어부
L: 소정 높이 G：접 갭
t：두께 α：치 각도
이하 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 소모전극식 아크 용접 장치의 바람직한 실시형태와 소모전극식 아크 용접 방법의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다.
제3도는 아크 용접 장치의 개략도이다. 제3도에서 도면 부호 "5"는 용접 갭(G)의 크기, 용접선의 위치 등을 검출하는 레이저 센서(검출수단)이다. 레이저 센서(5)의 출력 신호는 센서 컨트롤러(6)에 의해 증폭 및 가공되어 RS232C 통신선을 통해 로보트 컨트롤러(제어수단)(7)로 송신된다. 도면부호 "4"는 용접 토치(welding torch)이고, 도면부호 "8"은 용접 전원과 용접 와이어 공급장치를 구비한 아크 제어부(86)(도 4 참조)와 용접 토치(4)를 이동시키기 위한 로보트 아암(8a)(도 4 참조) 등을 포함하는 용접제어부를 나타낸다. 용접 제어부(8)와 용접 토치(4)는 아크 발생 수단을 구성한다. 용접제어부(8)와 용접 토치(4)는 아크 발생 수단을 구성한다. 용접 전원에서 부여된 전력은 용접 토치(4)로부터 용접선상의 모재를 향하여 공급되는 직경이 약 1.2 내지 1.4mm인 용접 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시킨다.
제4도는 아크 용접 장치의 제어동작을 설명하기 위한 블럭도이다. 레이저 비임은 레이저 센서(5)로부터 모재를 향해 방출되고, 그 반사광에 따른 출력 신호는 센서 컨트롤러(6)로 공급된다. 센서 컨트롤러(6)는 전술한 바와 같이 상기 신호를 증폭 및 가공하여 로보트 컨트롤러(7), 센서 좌표계에 의해 계산된 용접위치, 갭 폭 등에 송신한다. 로보트 컨트롤러(7)는 마이크로컴퓨터의 기능을 포함하는 집적 회로를 이용하여 구성되어, 수신된 신호에 대한 좌표변환(7a)을 수행하고 로보트 좌표계에 의해 용접 와이어(3)의 표적이 되는 위치와 용접 갭(G)의 크기를 파악하는 작용을 한다. 이 결과를 이용하여 적응 제어 테이블(7d)로부터 필요한 제어값을 판독하여 아크 제어부(8b)의 전류, 전압 등을 제어하는 한편 로보트 아암(8a)의 궤도수정(7c)을 행한다. 도면 부호 "7b"는 센서 컨트롤러(6)로부터 로보트 컨트롤러(7)로의 전송에 필요한 시간을 고려하여 적절한 궤도수정(7c)을 행하는 데드 타임 처리(dead time processing)를 나타낸다.
이하 아크 용접 장치의 동작을 설명한다. 도 1은 용접 모재와 용접 와이어(3)의 표적이 되는 위치를 설명하기 위한 도면이다. 용접 모재는 상하로 연장된 제 1 모재(1)와 제 1 모재(1)의 중간에 상단부가 위치되고, 제 1 모재(1)를 따라 배치된 제 2 모재(2)를 포함한다. 크기가 약 0 내지 7mm인 용접 갭이 제 1 및 제 2 모재(1)(2) 사이에 형성된다. 제 1 및 제 2 모재(1)(2)는 판두께가 약 2.8mm인 박판으로 형성되는데 그 재질은 압연강판이다. 제 2 모재(2)의 상단부의 위치가 레이저 센서(5)에 의해 검출될 때, 로보트 컨트롤러(7)가 로보트 아암(8a)을 제어한다. 용접 와이어(3)의 표적이 되는 위치는 제 2 모재(2)의 상단부에서 상기 제 1 모재 반대측상의 모서리 주위에 형성된 영역(R) 내에 설정된다. 상기 영역(R)은 모서리로부터 위쪽으로 거리(m)가 약 1mm 떨어진 상단면상의 위치와 아래쪽으로 거리(n)가 약 1mm 떨어진 제 1 모재(1)의 대향측면상의 위치 사이에서 형성된다. 용접 와이어(3)는 표적이 되는 위치에 대해 수평과의 각도가 약 25o내지 50o의 토치 각도(a)만큼 제 1 모재(1) 반대측위로 경상지게 공급된다. 타켓 위치와 토치 각도는 본 발명의 효과가 확실히 획득될 수 있는 범위로 설정된다. 하지만 상기 범위를 이탈하는 경우에도 본 발명의 효과가 전부 배제되는 것은 아니다.
제2도는 전술한 아크 용접 장치에 의한 용접을 설명하는 도면이다. 제1도를 참조하여 설명한 바와 같이, 용접 와이어 (3)가 공급될 때, 아크가 제 2 모재(2)의 상단부 상에서 제 1 모재(1)의 대향측 상으로 경사지게 발생한다.
따라서, 제 2 모재(2)는 아크에 의해 용융되어 그 상단부로부터 소정 높이 (L)만큼 아크 압력에 의해 제 1 모재(1)측으로 유출되어 용접 갭(G)을 크로스링크하는 용접 금속의 일부가 된다. 제 2 모재(2)의 용융량은 용접 전류의 증가시 증가된다. 그러므로 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 용접 금속의 전체량은 거의 용접 와이어(3)만 용융시켜 용접 금속을 발생시키는 종래의 아크 용접 장치에 비하여 용접 전류가 증가할 때 더욱 증가하게 된다. 용접 전류는 레이저 센서(5)에 의해 검출된 용접 갭(G)의 크기에 따라 제어되어 용융 금속의 양을 증가 또는 감소시킨다. 즉, 용접 갭(G)이 큰 경우에는 용접 금속의 양이 증가한다. 그러나 용접 와이어 (3)의 공급 속도에는 한계가 있다. 이러한 이유로 용접 금속의 양이 한계 이상으로 증가되어야 하는 경우에는 용접 속도를 감소시키도록 로보트 아암(8a)이 제어된다.
용접 전류의 적응 제어 범위가 도 9에 사선으로 도시되어 있다. 영역(A)에서는 험핑 비드(humping bead)가 생긴다. 영역(B)에서는 언더컷과 버언 스루가 생긴다. 영역(C)에서는 용접 와이어(3)의 공급 속도가 상한을 초과한다. 따라서 용접 갭(G)이 큰 경우에는 동작점이 영역(B)으로 들어가지 않도록 용접 전류를 낮추는데, 이것은 용접 속도의 감소에 의한 것을 보상한다. 아크 용접 장치에서 제 2 모재(2)의 용융량은 전술한 바와 같이 검출된 용접 캡(G)의 크기에 따라 증가 또는 감소된다. 이러한 경우에서 용접 갭(G)의 크기와 제 2 모재(2)를 용융시킨 상기 소정 높이(L)는 아래 표1에 나타낸 관계가 있다.
표 1
용접 갭(G)이 3.5mm 이상일 때 아크 용접 장치는 고속 회전 아크로 용접을 행한다. 도 5에 도시된 메카니즘에서 용접 와이어(3)의 선단부는 회전 모터(11)와 자동조심 베어링(selfaligning bearing)을 포함하는 편심 기어(12)에 의해 고속으로 회전하게 된다. 예를 들어 용접 갭(G)이 약 3.5mm일 때에는 회전 주파수가 약 60Hz로 설정되고, 용접 갭(G)이 약 6 내지 7mm일 때에는 약 100Hz로 설정된다. 그러므로 용접 갭(G)의 증가에 따라 회전은 더욱 고속으로 수행된다. 또한 용접 갭(G)이 5.2mm 이상일 때에는 추가로 용접 와이어(3)의 위빙(weaving)을 행한다. 로보트 아암(8a) 등의 토치 이동 메카니즘을 구동시킴에 의해 용접선과 직교하는 방향으로 진동성분을 가지도록 발생한 아크가 진동하게 한다.
그 진폭은 용접 갭(G)이 증가할 때 더 커지도록 만들어진다. 예를 들어 용접 갭(G)이 5.2mm일 때에는 진폭이 약 1.0mm이고, 용접 갭(G)이 6 내지 7mm일 때에는 약 1.5mm이다. 전술한 회전 아크와 위빙을 수행하여 얻어진 아크의 궤적을 모식적으로 도시하고 있다. 한편 위빙을 행한 아크의 이동은 용접선과 수직한 성분을 포함한다. 그러므로 용접 속도는 진폭에 따라 감소한다.
전술한 구조를 가지는 아크 용접 장치와 이 아크 용접 장치를 이용하는 아크 용접 방법에서, 제 2 모재(2)는 용융되어 용접 금속의 일부가 된다. 따라서, 용접 금속의 양은 종래 기술보다 증가되고 큰 용접 갭(G)에 대해서도 안정한 용접이 가능하다. 또한 입열의 분산이 아크의 표적이 되는 위치에 따라 제어되어 안정한 용접이 가능하게 되도록 한다. 특히 아크의 표적이 되는 위치는 제 2 모재(2)의 상단 모서리 부근에 설정하며, 그 위에서 아크가 위로 경사지게 발생한다. 그러므로 제 1 모재(1)에 가하여야 할 입열이 감소하여 버언 스루 등이 방지되도록 한다. 또한 제 2 모재(2)가 그 상단부로부터 소정 높이(L)만큼 용융되고, 아크 힘을 제 1 모재(1) 방향으로 작용하게 하여 비드가 제 1 모재(1)와 제 2 모재(2) 사이의 용융되지 않은 부분에 형성되도록 한다. 따라서, 제 2 모재(2)가 용락하여 용접이 불안정하게 수행되는 종래 기술에 따른 문제를 해결할 수 있다. 제 2 모재(2)의 용융량은 레이저 센서(5)에 의해 검출된 용접 갭(G)의 크기에 따른 용접 전류에 의해 증가 또는 감소한다. 그러므로 용접 갭(G)에 따라 용접 조건이 자동적으로 변할 수 있고 필요한 양만큼의 제 2 모재(2)가 용융되어 안정한 비드를 형성한다. 또 용접 속도도 고속으로 유지될 수 있다. 용접 와이어(3)의 공급 속도가 상한에 도달하면, 용접 속도가 감소하여 용접 금속의 양을 증가시키도록 한다. 나아가 용접 전류는 소정 값 이상을 가지는 용접 갭(G)에 한정되어 도 9에 도시된 영역(B)으로 들어가지 않게 한다. 이로써 큰 용접 갭(G)에 대해서도 언더컷과 버언 스루를 일으키지 않고 용접이 확실히 행해질 수 있다.
상기 설명에 있어 용접 갭(G)이 3.5mm 이상일 때에는 회전 아크에 의해 용접을 행한다. 따라서, 아크 압력, 아크열 등이 용융 풀(molten pool)에 균일하게 분산된다. 그러므로, 용융금속의 버언 스루에 의해 형성된 형상은 중앙 집중형에서 주변 분산형으로 변화하며 비드의 표면도 평활화된다. 또한 용접 갭(G)이 5.2mm 이상일 때에는, 위빙을 행한다. 따라서 비드 폭이 증가되는 경우에도 안정한 용접이 가능하다. 위빙의 진폭은 검출되는 용접 갭(G)의 폭에 따라 증가 또는 감소한다. 이에 따라 용접 속도가 제어된다.
그러므로 판두께가 2.8mm인 제 1 및 제 2 모재(1)(2)는 레이저 센서(5)에 의해 검출되는 크기가 약 6 내지 7mm인 용접 갭(G)까지는 안정하게 용접될 수 있다. 위빙과 회전 아크를 함께 사용함으로써 아크 힘의 뚜렷한 저하로 인해 고속 한계의 험핑이 잘 일어나지 않게 된다. 따라서 용접 속도가 증가 될 수 있다.
용접선은 용접 대상물의 형태 등에 따라 굴곡된 것이 보통이다. 그러므로 제 1 및 제 2 모재(1)(2)에 대한 토치 각도, 즉 전진각, 후퇴각, 다운힐(downhill) 또는 토치 각도(α) 등이 다양하게 변화하는 경우에는 용접 안정도가 매우 중요하다. 전술한 바와 같이. 제 2 모재(2)가 용접 금속의 일부이기 때문에 충분한 양의 용접 금속이 보장된다. 따라서 토치 각도가 다양하게 변화하는 경우에도 충분한 용접 안정도가 보장된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다. 용접 갭(G)이 큰 경우 위빙과 회전 아크를 병용하여 사용하였지만 도 8에 도시된 바와 같이 용접 갭(G)이 3.5mm 이하인 경우 단지 위빙만을 행할 수도 있다. 위빙은 로보트 아암(8a)에 의해 행해진다. 그러므로 도 5에 도시된 메카니즘은 필요하지 않다. 따라서 안정한 용접을 행할 수 있고 장치가 단순화될 수 있다. 판두께(t)가 약2.8mm인 박판이 사용되었으나 본 발명에 판두께(t)가 약 2.4 내지 3.2mm인 박판을 적용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 본 발명의 효과는 상기 범위의 판두께에서 확실히 얻어질 수 있다. 이것은 본 발명의 효과가 상기 범위를 이탈하는 경우에는 얻어질 수 없다는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 첨부도면을 참조로 하여 실시예에 의거 설명되었지만 당해 분야의 전문가들에게는 다양한 변경과 수정은 자명한 것으로 이해되어야 한다. 그러므로 이러한 변경과 수정이 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 상하 방향으로 연장된 제 1 모재와, 상단부가 상기 제 1 모재의 중간에 위치되고 상기 제 1 모재를 따라 배치된 박판으로 이루어진 제 2 모재를 용접하기 위한 소모전극식 아크 용접 방법에 있어서, 상기 제 2 모재의 상단부 방향으로 상기 제 1 모재의 대향측 상에서 경사지게 위쪽으로부터 아크를 발생시켜, 상기 제 2 모재의 상단으로부터 소정 높이만큼 상기 제 2 모재를 용융시키고, 용융된 제 2 모재를 용접 금속의 일부로 만드는 단계와, 상기 제 1 모재와 상기 제 2 모재의 상단 사이의 용접 갭을 검출하는 단계, 그리고 상기 용접 갭이 커질 때 상기 제 2 모재가 용융되는 상기 소정 높이를 증가시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 2 모재가 용융되는 상기 소정 높이는 용접 전류를 변화시킴에 따라 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제 2 모재가 용융되는 상기 소정 높이는 용접 속도를 변화시킴에 따라 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 용접 갭이 소정값 이상일 때, 상기 용접 전류는 상기 갭이 커짐에 따라 더욱 작은 값으로 한정되는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 용접 갭이 소정기준값 이상일 때 발생한 아크는 용접선과 수직한 방향으로 진동성분을 가지도록 진동하게 되는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 아크는 상기 용접 갭이 커질 때 상기 진동하는 아크의 진폭이 증가하도록 진동하게 되는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 진동하는 아크의 진폭이 증가할 때 용접 속도는 감소하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 아크는 상기 제 2 모재의 상단부 상에서 상기 제 1 모재의 대향측 모서리 부근을 향해 발생하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법.
  9. 제8항에 있어서, 판두께가 2.4 내지 3.2mm인 상기 제 2 모재에 대해 직경이 1.2 내지 1.4mm인 용접 와이어를 사용하고 상기 모서리로부터 위쪽으로의 거리가 1mm인 상단면 상의 위치와 아래쪽으로의 거리가 1mm인 상기 제 1 모재의 대향측면상의 위치 사이의 영역에 대해 수평과의 각도가 25°내지 50°로 상기 모서리 주위에 아크를 발생시키는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 방법.
  10. 상하 방향으로 연장된 제 1 모재와, 상단부가 상기 제 1 모재의 중간에 위치되고 상기 제 1 모재를 따라 배치된 박판으로 이루어진 제 2 모재를 용접하기 위한 소모전극식 아크 용접 장치에 있어서, 상기 제 2 모재의 상단부 방향으로 상기 제 1 모재의 대향측 상에서 경사지게 위쪽으로부터 아크를 발생시켜, 상기 제 2 모재의 상단으로부터 소정 높이만큼 상기 제 2 모재를 용융시키고, 용융된 제 2 모재를 용접 금속의 일부로 만들기 위한 아크발생 수단과, 상기 제 1 모재와 상기 제 2 모재의 상단 사이의 용접 갭을 검출하기 위한 검출 수단, 그리고 상기 아크 발생 수단을 제어하여 상기 용접 갭이 커질 때 상기 제 2 모재가 용융되는 상기 소정 높이를 증가시키기 위한 제어 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 아크 발생 수단을 제어하여 용접 전류를 변화시켜 상기 제 2 모재가 용융되는 소정 높이를 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어 수단을 제어하여 용접 속도를 변화시켜 상기 제 2 모재가 용융되는 소정 높이를 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 용접 갭이 소정값 이상일 때, 상기 제어수단은 상기 갭이 커짐에 따라 상기 용접 전류를 더욱 작은 값으로 한정하도록 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 용접 갭이 소정 기준값 이상일 때 발생한 아크가 용접선과 수직한 방향으로 진동성분을 가지도록 아크 발생 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 용접 갭이 커질 때 상기 진동하는 아크의 진폭이 증가하도록 상기 아크 발생 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 진동하는 아크의 진폭이 증가할 때 용접 속도가 감소하도록 상기 아크 발생 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 아크 발생 수단은 상기 제 2 모재의 상단부 상에서 제 1 모재의 대향측 모서리 부근을 향해 아크를 발생시키는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치.
  18. 제17항에 있어서, 판두께가 2.4 내지 3.2mm인 상기 제 2 모재에 대해 직경이 1.2 내지 1.4mm인 용접 와이어를 사용하고, 상기 모서리로부터 위쪽으로의 거리가 1mm인 상단면 상의 위치와 아래쪽으로의 거리가 1mm인 상기 제 1 모재의 대향측면상의 위치사이의 영역에 대해 수평과의 각도가 25??내지 50??로 상기 모서리 주위에 아크를 발생시키는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크 용접 장치.
    ※ 참고사항：최초출원 내용의 의하여 공개하는 것임.
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