KR102245586B1

KR102245586B1 - 아크 용접 제어 방법

Info

Publication number: KR102245586B1
Application number: KR1020177012540A
Authority: KR
Inventors: 겐토 다카다; 도시아키 나카마타
Original assignee: 가부시키가이샤 다이헨
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2021-04-27
Also published as: EP3222382B1; EP3222382A4; JP6532140B2; KR20170086490A; CN106794541B; US20170225256A1; JPWO2016080166A1; US10413988B2; EP3222382A1; WO2016080166A1; CN106794541A

Abstract

용접 와이어의 송급 속도(Fw)를 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 정역송급 제어를 행하고, 단락 기간과 아크 기간을 발생시켜 용접하는 아크 용접 제어 방법에 있어서 용접 개시 시는 용접 와이어(1)를 정송하고, 용접 와이어(1)가 모재(2)와 접촉하여 용접 전류(Iw)가 통전을 개시한 시점(t2)에서 정상 용접 기간에 수렴할 때까지의 과도 용접 기간(Tk) 중은 정송을 계속하고, 과도 용접 기간(Tk)은 단락 기간에서 종료하고, 과도 용접 기간(Tk) 종료 후에 역송 기간에서 정역송급 제어를 개시함으로써, 안정된 상태에서 용융지를 형성할 수 있고, 용융지가 형성되면, 단락 기간 중에 역송 기간에서 정역송급 제어를 개시하므로, 원활하게 정상 용접 기간으로 이행할 수 있다.

Description

아크 용접 제어 방법{ARC WELDING CONTROL METHOD}

본 발명은, 용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하는 정역송급 제어를 행하고, 단락 기간과 아크 기간을 발생시켜 용접하는 아크 용접 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 소모 전극식 아크 용접에서는, 소모 전극인 용접 와이어를 일정한 속도로 송급하고, 용접 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 용접이 행해진다. 소모 전극식 아크 용접에서는, 용접 와이어와 모재가 단락 기간과 아크 기간을 교대로 반복하는 용접 상태가 되는 경우가 많다.

용접 품질을 더욱 향상시키기 위해, 용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복해서 용접하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조).

특허문헌 1의 발명에서는, 용접 전류 설정값에 따른 송급 속도의 평균값으로 하고, 용접 와이어의 정송과 역송의 주파수 및 진폭을 용접 전류 설정값에 따른 값으로 한다.

특허문헌 2의 발명은, 용접 개시를 지시하여 용접 전류가 통전을 개시한 시점에서 소정의 주파수와 진폭으로 정송과 역송을 주기적으로 반복하는 와이어 송급 속도로 용접 와이어의 송급을 행하고, 그 후에 와이어 송급 속도를 일정 속도로 전환하여 용접을 행하는 아크 용접 제어 방법이다.

일본 특허 제5201266호 공보 일본 특허 제4807479호 공보

상술한 바와 같이, 정상 용접 기간 중에 있어서는, 송급 속도를 소정의 정송 기간과 소정의 역송 기간에서 교대로 전환하여 용접함으로써, 안정된 용접을 행할 수 있다. 그러나, 용접 개시 시부터 정상 용접 기간에 수렴할 때까지의 과도 용접 기간 중에는, 정상 용접 기간과 동일한 정역송급 제어를 행하면, 용접 상태가 불안정하게 된다고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는, 송급 속도의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서 용접 개시 시부터 정상 용접 기간에 수렴할 때까지의 과도 용접 기간 중의 용접 상태를 안정화할 수 있는 아크 용접 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 아크 용접 제어 방법은,

용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하는 정역송급 제어를 행하고, 단락 기간과 아크 기간을 발생시켜 용접하는 아크 용접 제어 방법에 있어서,

용접 개시 시는 용접 와이어를 정송하고, 용접 와이어가 모재와 접촉하여 용접 전류가 통전을 개시한 시점으로부터 정상 용접 기간에 수렴할 때까지의 과도 용접 기간 중은 상기 정송을 계속하고, 상기 과도 용접 기간은 상기 단락 기간에서 종료하고, 상기 과도 용접 기간 종료 후에 상기 역송 기간으로부터 상기 정역송급 제어를 개시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 과도 용접 기간을, 상기 용접 전류가 통전을 개시한 시점부터 소정 기간이 경과한 후의 최초의 상기 단락 기간 중의 시점까지의 기간으로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 과도 용접 기간을, 상기 용접 전류가 통전을 개시한 시점부터 소정 횟수의 상기 단락 기간이 종료된 후의 최초의 상기 단락 기간 중의 시점까지의 기간으로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 아크 용접 제어 방법은, 상기 과도 용접 기간을, 상기 용접 전류가 통전을 개시한 시점부터 용접 토치가 이동을 개시한 후의 최초의 상기 단락 기간 중의 시점까지의 기간으로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 과도 용접 기간 중은 용접 와이어를 정송함으로써 안정된 상태에서 용융지를 형성할 수 있다. 용융지가 형성되면, 단락 기간 중에 역송 기간에서 정역송급 제어를 개시하므로, 원활하게 정상 용접 기간으로 이행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 나타내는, 도 1의 용접 전원에 있어서의 용접 개시 시의 각 신호의 타이밍 차트.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

[실시 형태 1]

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 이하, 도 1을 참조하여 각 블록에 대해 설명한다.

전원 주회로(PM)는, 3상 200V 등의 상용 전원(도시는 생략)을 입력으로 하여, 후술하는 구동 신호(Dv)를 따라 인버터 제어 등에 의한 출력 제어를 행하여, 출력 전압(E)을 출력한다. 이 전원 주회로(PM)는, 도시는 생략하지만, 상용 전원을 정류하는 1차 정류기, 정류된 직류를 평활하게 하는 평활 콘덴서, 평활하게 된 직류를 고주파 교류로 변환하는 상기한 구동 신호(Dv)에 의해 구동되는 인버터 회로, 고주파 교류를 용접에 적합한 전압값으로 강압하는 고주파 변압기, 강압된 고주파 교류를 직류로 정류하는 2차 정류기를 구비하고 있다.

리액터(WL)는, 상기한 출력 전압(E)을 평활하게 한다. 이 리액터(WL)의 인덕턴스 값은, 예를 들어 200μH이다.

송급 모터(WM)는, 후술하는 송급 제어 신호(Fc)를 입력으로 하여, 정송과 역송을 주기적으로 반복하여 용접 와이어(1)를 송급 속도(Fw)로 송급한다. 송급 모터(WM)에는, 과도 응답성이 빠른 모터가 사용된다. 용접 와이어(1)의 송급 속도(Fw)의 변화율 및 송급 방향의 반전을 빠르게 하기 위해, 송급 모터(WM)는 용접 토치(4)의 선단 근처에 설치되는 경우가 있다. 또한, 송급 모터(WM)를 2개 사용하여, 푸시 풀 방식의 송급계로 하는 경우도 있다.

용접 와이어(1)는, 상기한 송급 모터(WM)에 결합된 송급 롤(5)의 회전에 의해 용접 토치(4) 내에 송급되고, 모재(2) 사이에 아크(3)가 발생한다. 용접 토치(4) 내의 급전 칩(도시는 생략)과 모재(2) 사이에는 용접 전압(Vw)이 인가되어, 용접 전류(Iw)가 통전된다.

용접 토치 이동 장치(MD)는, 용접 토치(4)를 탑재해 이동시키고, 이동 중에는 High 레벨이 되고, 정지 중에는 Low 레벨이 되는 용접 토치 이동 신호(Md)를 출력한다. 이 용접 토치 이동 장치(MD)는, 로봇 장치, 자동 대차 등이다.

출력 전압 설정 회로(ER)는, 미리 정한 출력 전압 설정 신호(Er)를 출력한다. 출력 전압 검출 회로(ED)는, 상기한 출력 전압(E)을 검출하여 평활하게 하고, 출력 전압 검출 신호(Ed)를 출력한다.

전압 오차 증폭 회로(EV)는, 상기한 출력 전압 설정 신호(Er) 및 상기한 출력 전압 검출 신호(Ed)를 입력으로 하여, 출력 전압 설정 신호(Er)(+)와 출력 전압 검출 신호(Ed)(-)의 오차를 증폭하고, 전압 오차 증폭 신호(Ev)를 출력한다. 이 회로에 의해, 용접 전원은 정전압 제어된다.

핫 스타트 전류 설정 회로(IHR)는, 미리 정한 핫 스타트 전류 설정 신호(Ihr)를 출력한다. 전류 검출 회로(ID)는, 상기한 용접 전류(Iw)를 검출하여, 전류 검출 신호(Id)를 출력한다.

전류 오차 증폭 회로(EI)는, 상기한 핫 스타트 전류 설정 신호(Ihr) 및 상기한 전류 검출 신호(Id)를 입력으로 하여, 핫 스타트 전류 설정 신호(Ihr)(+)와 전류 검출 신호(Id)(-)의 오차를 증폭하고, 전류 오차 증폭 신호(Ei)를 출력한다. 이 회로에 의해, 핫 스타트 전류가 통전하는 기간(핫 스타트 기간) 중에는 용접 전원은 정전류 제어된다.

전류 통전 판별 회로(CD)는, 상기한 전류 검출 신호(Id)를 입력으로 하여, 이 값이 임계값(10A 정도) 이상일 때는 용접 전류(Iw)가 통전하고 있다고 판별하여 High 레벨이 되는 전류 통전 판별 신호(Cd)를 출력한다.

전원 특성 전환 회로(SW)는, 상기한 전류 오차 증폭 신호(Ei), 상기한 전압 오차 증폭 신호(Ev) 및 상기한 전류 통전 판별 신호(Cd)를 입력으로 하여, 전류 통전 판별 신호(Cd)가 High 레벨(통전)로 변화한 시점에서 미리 정한 핫 스타트 기간 중은 전류 오차 증폭 신호(Ei)를 오차 증폭 신호(Ea)로서 출력하고, 그 이외의 기간 중은 전압 오차 증폭 신호(Ev)를 오차 증폭 신호(Ea)로서 출력한다.

전압 검출 회로(VD)는, 상기한 용접 전압(Vw)을 검출하고, 전압 검출 신호(Vd)를 출력한다. 단락 판별 회로(SD)는, 상기한 전압 검출 신호(Vd)를 입력으로 하여, 이 값이 단락 판별 값(10V 정도) 미만일 때는 단락 기간이라고 판별하여 High 레벨이 되고, 이상일 때는 아크 기간이라고 판별하여 Low 레벨이 되는 단락 판별 신호(Sd)를 출력한다.

용접 개시 회로(ST)는, 용접 전원을 기동할 때에 High 레벨이 되는 용접 개시 신호(St)를 출력한다. 이 용접 개시 회로(ST)는, 용접 토치(4)의 기동 스위치, 용접 공정을 제어하는 PLC, 로봇 제어 장치 등이 상당한다.

구동 회로(DV)는, 상기한 오차 증폭 신호(Ea) 및 상기한 용접 개시 신호(St)를 입력으로 하여, 용접 개시 신호(St)가 High 레벨(용접 개시)일 때는 오차 증폭 신호(Ea)에 기초하여 PWM 변조 제어를 행하고, 상기한 전원 주회로(PM) 내의 인버터 회로를 구동하기 위한 구동 신호(Dv)를 출력한다.

과도 용접 기간 타이머 회로(STK)는, 상기한 전류 통전 판별 신호(Cd), 상기한 단락 판별 신호(Sd) 및 상기한 용접 토치 이동 신호(Md)를 입력으로 하여, 이하의 1) 내지 3)에서 하나를 선택하여 처리를 행하고, 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)를 출력한다.

1) 전류 통전 판별 신호(Cd)가 High 레벨(통전)로 변화된 시점에서 High 레벨로 설정되고, 그 다음에 소정 기간이 경과한 시점에서 Low 레벨로 재설정되는 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)를 출력한다.

2) 전류 통전 판별 신호(Cd)가 High 레벨(통전)로 변화된 시점에서 High 레벨로 설정되고, 그 다음에 단락 판별 신호(Sd)가 소정 횟수의 High 레벨(단락)의 기간이 종료된 시점에서 Low 레벨로 재설정되는 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)를 출력한다.

3) 전류 통전 판별 신호(Cd)가 High 레벨(통전)로 변화된 시점에서 High 레벨로 설정되고, 그 다음에 용접 토치 이동 신호(Md)가 High 레벨(이동)로 변화된 시점에서 Low 레벨로 재설정되는 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)를 출력한다.

평균 송급 속도 설정 회로(FAR)는, 미리 정한 평균 송급 속도 설정 신호(Far)를 출력한다. 주기 설정 회로(TFR)는, 미리 정한 주기 설정 신호(Tfr)를 출력한다. 진폭 설정 회로(WFR)는, 미리 정한 진폭 설정 신호(Wfr)를 출력한다.

정상 용접 기간 송급 속도 설정 회로(FCR)는, 상기한 평균 송급 속도 설정 신호(Far), 상기한 주기 설정 신호(Tfr) 및 상기한 진폭 설정 신호(Wfr)를 입력으로 하여, 진폭 설정 신호(Wfr)에 의해 정해지는 진폭(Wf) 및 주기 설정 신호(Tfr)에 의해 정해지는 주기(Tf)에서 정부 대칭형 형상으로 변화하는 미리 정한 사다리꼴파를, 평균 송급 속도 설정 신호(Far)의 값만 정송측으로 시프트된 파형이 되는 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호(Fcr)를 출력한다. 이 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호(Fcr)의 상세에 대해서는, 도 2에서 후술한다.

송급 속도 설정 회로(FR)는, 상기한 평균 송급 속도 설정 신호(Far), 상기한 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호(Fcr), 상기한 용접 개시 신호(St), 상기한 전류 통전 판별 신호(Cd), 상기한 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk) 및 상기한 단락 판별 신호(Sd)를 입력으로 하여, 이하의 처리를 행하여, 송급 속도 설정 신호(Fr)를 출력한다.

1) 용접 개시 신호(St)가 High 레벨(용접 개시)이 되면, 0으로부터 미리 정한 슬로우 다운 속도로 전환된 송급 속도 설정 신호(Fr)를 출력한다. Fr=0일 때는 용접 와이어(1)의 송급은 정지되어 있다.

2) 전류 통전 판별 신호(Cd)가 High 레벨(통전)이 되면, 상기한 슬로우 다운 속도로부터 미리 정한 가속 기간 중에는 가속하고, 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 도달하면 그 값을 유지하는 송급 속도 설정 신호(Fr)를 출력한다.

3) 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가 Low 레벨로 변화하고, 그 후에 단락 판별 신호(Sd)가 High 레벨(단락)이 되면, 역송 기간부터 시작되는 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호(Fcr)를 송급 속도 설정 신호(Fr)로서 출력한다. 여기서, 상기한 가속 기간은, 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가 High 레벨인 기간 이하의 기간이다. 또한, 전류 통전 판별 신호(Cd)가 High 레벨로 변화된 시점부터 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가 Low 레벨로 변화하고, 그 후에 단락 판별 신호(Sd)가 High 레벨로 변화된 시점까지의 기간이, 과도 용접 기간(Tk)이 된다.

송급 제어 회로(FC)는, 상기한 송급 속도 설정 신호(Fr)를 입력으로 하여, 송급 속도 설정 신호(Fr)의 값에 상당하는 송급 속도(Fw)로 용접 와이어(1)를 송급하기 위한 송급 제어 신호(Fc)를 상기한 송급 모터(WM)에 출력한다.

도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 나타내는 도 1의 용접 전원에 있어서의 용접 개시 시의 각 신호의 타이밍 차트이다. 동 도(A)는 용접 개시 신호(St)의 시간 변화를 나타내고, 동 도(B)는 송급 속도(Fw)의 시간 변화를 나타내고, 동 도(C)는 용접 전류(Iw)의 시간 변화를 나타내고, 동 도(D)는 용접 전압(Vw)의 시간 변화를 나타내고, 동 도(E)는 전류 통전 판별 신호(Cd)의 시간 변화를 나타내고, 동 도(F)는 단락 판별 신호(Sd)의 시간 변화를 나타내고, 동 도(G)는 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)의 시간 변화를 나타낸다. 이하, 동 도를 참조하여 용접 개시 시에 있어서의 각 신호의 동작에 대해 설명한다.

동 도(B)에 도시한 바와 같이, 송급 속도(Fw)는, 0보다도 상측이 정송 기간이 되고, 하측이 역송 기간이 된다. 정송은 용접 와이어(1)를 모재(2)에 접근하는 방향으로 송급하는 것이며, 역송은 모재(2)로부터 이반하는 방향으로 송급하는 것이다. 정상 용접 기간 중의 송급 속도(Fw)는, 사다리꼴파 형상으로 변화하고 있어, 정송측으로 시프트된 파형이 되어 있다. 이 때문에, 송급 속도(Fw)의 평균값은 양의 값이 되고, 용접 와이어(1)는 평균적으로는 정송되어 있다.

동 도(B)에 나타내는 송급 속도(Fw)는, 도 1의 송급 속도 설정 회로(FR)로부터 출력되는 송급 속도 설정 신호(Fr)의 값으로 제어된다. 정상 용접 기간 중의 송급 속도 설정 신호(Fr)는, 진폭 설정 신호(Wfr)에 의해 정해지는 진폭(Wf) 및 주기 설정 신호(Tfr)에 의해 정해지는 주기(Tf)에서 정부 대칭형 형상으로 변화하는 미리 정한 사다리꼴파를, 평균 송급 속도 설정 신호(Far)의 값만 정송측으로 시프트된 파형이 된다. 이 때문에, 동 도(B)에 도시한 바와 같이, 정상 용접 기간 중의 송급 속도(Fw)는, 평균 송급 속도 설정 신호(Far)에 의해 정해지는 파선으로 나타내는 평균 송급 속도(Fa)를 기준선으로, 상하로 대칭이 되는 진폭(Wf) 및 주기(Tf)에서 미리 정한 사다리꼴파 형상의 송급 속도 패턴이 된다. 즉, 기준선에서 상측의 진폭과 하측의 진폭은 동일 값이며, 기준선에서 상측의 기간과 하측의 기간은 동일 값이 되어 있다.

여기서, 0을 기준선으로서 정상 용접 기간 중의 송급 속도(Fw)의 사다리꼴파를 보면, 동 도(B)에 도시한 바와 같이, 시각 t8 내지 t12의 정상 용접 기간 역송 기간은, 각각 소정의 정상 용접 기간 역송 가속 기간, 정상 용접 기간 역송 피크 기간, 정상 용접 기간 역송 피크값 및 정상 용접 기간 역송 감속 기간으로 형성되고, 시각 t12 내지 t16의 정상 용접 기간 정송 기간은, 각각 소정의 정상 용접 기간 정송 가속 기간, 정상 용접 기간 정송 피크 기간, 정상 용접 기간 정송 피크값 및 정상 용접 기간 정송 감속 기간으로 형성된다.

시각 t1에 있어서, 용접 개시 신호(St)가 High 레벨(용접 개시)로 변화하면, 동 도(B)에 도시한 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 0으로 미리 정한 양의 값의 슬로우다운 속도로 변화하고, 용접 와이어(1)는 정송된다. 이 슬로우 다운 속도는, 1m/min 정도의 작은 값으로 설정된다. 동시에, 시각 t1에 있어서 용접 전원이 기동되므로, 동 도(D)에 도시한 바와 같이, 용접 전압(Vw)은 최대 출력 전압값의 무부하 전압값이 된다.

시각 t2에 있어서, 상기한 정송에 의해 용접 와이어(1)가 모재(2)와 접촉(단락)하면, 동 도(D)에 도시한 바와 같이, 용접 전압(Vw)은, 수 V의 단락 전압값으로 급감하고, 용접 전압(Vw)의 값이 미리 정한 단락 판별 값(10V 정도) 미만이 되므로, 동 도(F)에 도시한 바와 같이, 단락 판별 신호(Sd)가 High 레벨(단락)로 변화한다. 동시에, 시각 t2에 있어서 동 도(C)에 도시한 바와 같이, 미리 정한 핫 스타트 전류값(200 내지 500A 정도)의 용접 전류(Iw)가 통전을 개시하고, 동 도(E)에 도시한 바와 같이, 전류 통전 판별 신호(Cd)가 High 레벨(통전)로 변화한다. 여기에 응동하여, 동 도(G)에 도시한 바와 같이, 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가 High 레벨로 변화하고, 후술하는 바와 같이 시각 t7에 Low 레벨로 복귀된다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가 Low 레벨로 변화한 후에 최초로 단락이 발생할 때까지의 시각 t2 내지 t8의 기간이 과도 용접 기간(Tk)이 된다. 상기한 핫 스타트 전류는, 시각 t2 내지 t4의 미리 정한 핫 스타트 기간 중 통전된다.

동 도(B)에 도시한 바와 같이, 송급 속도(Fw)는, 시각 t2에서 미리 정한 가속 기간 중에는 가속하고, 시각 t61에 평균 송급 속도 설정 신호(Far)의 값에 도달하면, 그 값을 과도 용접 기간(Tk)이 종료되는 시각 t8까지 유지한다.

시각 t3에 있어서, 상기한 핫 스타트 전류의 통전에 의해, 아크(3)가 발생하면, 동 도(D)에 도시한 바와 같이, 용접 전압(Vw)은 수십 V의 아크 전압값으로 급증하여, 이것에 응동하여, 동 도(F)에 도시한 바와 같이, 단락 판별 신호(Sd)는 Low 레벨(아크)로 변화된다. 시각 t3에서의 아크 기간 중의 시각 t4에 있어서, 상기한 핫 스타트 기간이 종료되면, 동 도(C)에 도시한 바와 같이, 용접 전류(Iw)는 핫 스타트 전류로부터 아크 부하에 따라 정해지는 전류로 감소된다.

시각 t5에 있어서, 단락이 발생되면, 동 도(D)에 도시한 바와 같이, 용접 전압(Vw)은 수 V의 단락 전압값으로 급감하고, 이것에 응동하여, 동 도(F)에 도시한 바와 같이, 단락 판별 신호(Sd)는 High 레벨(단락)로 변화된다. 동 도(C)에 도시한 바와 같이, 용접 전류(Iw)는 단락 기간 중 서서히 증가한다.

시각 t6에 있어서, 아크가 발생하면, 동 도(D)에 도시한 바와 같이, 용접 전압(Vw)은 수십 V의 아크 전압값으로 급증하고, 이것에 응동하여, 동 도(F)에 도시한 바와 같이, 단락 판별 신호(Sd)는 Low 레벨(아크)로 변화된다. 동 도(C)에 도시한 바와 같이, 용접 전류(Iw)는, 시각 t6 내지 t8의 아크 기간 동안 점차적으로 감소된다.

시각 t7에 있어서, 동 도(G)에 도시한 바와 같이, 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가, Low 레벨로 변화된다. 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가 Low 레벨로 변화되는 타이밍은, 상술한 바와 같이, 시각 t2에 전류 통전 판별 신호(Cd)가 High 레벨(통전)로 변화된 시점부터 소정 기간이 경과한 시점의 시각 t7이다. 또한, 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가 Low 레벨로 변화되는 타이밍을, 단락 판별 신호(Sd)가 소정 횟수의 High 레벨(단락)의 기간이 종료된 시점으로 해도 된다. 또한, 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가 Low 레벨로 변화되는 타이밍을, 용접 토치 이동 신호(Md)가 High 레벨(이동)로 변화된 시점으로 해도 된다.

시각 t7에 과도 용접 기간 타이머 신호(Stk)가 Low 레벨로 변화한 후의 최초의 단락이 시각 t8에 있어서 발생한다. 시각 t2 내지 t8의 기간이 과도 용접 기간(Tk)이 된다. 과도 용접 기간(Tk)의 종료 타이밍을, 시각 t8에 단락이 발생하고 나서 미리 정한 지연 기간이 경과한 단락 기간 중의 시점으로 해도 된다. 이 지연 기간은, 단락 상태가 안정된 상태가 될 때까지의 기간이며, 0.5 내지 3ms 정도로 설정된다.

상기한 과도 용접 기간(Tk)은, 정상 용접 기간과 동일 정도의 사이즈의 용융지가 형성될 때까지의 기간으로 하여 설정된다. 정상 용접 기간과 동일 정도의 사이즈의 용융지가 형성된 것을, 용접 전류(Iw)의 통전 개시부터 소정 기간이 경과한 것, 소정 횟수의 단락 기간이 종료된 것 또는 용접 토치가 이동을 개시한 것에 의해 판별하고 있다. 과도 용접 기간(Tk)은, 50 내지 1000ms 정도의 범위가 된다. 동 도에서는, 과도 용접 기간(Tk) 중에 2회의 단락이 발생한 경우를 묘화하고 있지만, 실제로는 5 내지 100회의 단락이 발생된다.

시각 t8에 있어서, 과도 용접 기간(Tk)이 종료되어 정상 용접 기간에 들어가면, 용접 와이어(1)의 정역송급 제어가 개시된다.

[시각 t8 내지 t12의 제1회째의 정상 용접 기간 역송 기간의 동작]

시각 t8에 있어서 동 도(B)에 도시한 바와 같이, 송급 속도(Fw)는, 평균 송급 속도(Fa)에 의한 정송 상태로부터 역송 상태로 전환할 수 있다. 시각 t8 내지 t9의 기간은, 정상 용접 기간 역송 가속 기간이 되고, 0에서 정상 용접 기간 역송 피크값까지 가속한다. 이 기간 중은 단락 기간 중이므로, 동 도(F)에 도시한 바와 같이, 단락 판별 신호(Sd)는 High 레벨(단락)이 되어 있다.

시각 t9에 있어서 정상 용접 기간 역송 가속 기간이 종료되면, 동 도(B)에 도시한 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 시각 t9 내지 t11의 정상 용접 기간 역송 피크 기간에 들어가고, 상기한 정상 용접 기간 역송 피크값이 된다. 이 기간 중의 시각 t10에 있어서, 역송 및 용접 전류(Iw)의 통전에 의한 핀치력에 의해 아크(3)가 재 발생한다. 이것에 응동하여, 동 도(D)에 도시한 바와 같이, 용접 전압(Vw)은 수십 V의 아크 전압값으로 급증하고, 동 도(F)에 도시한 바와 같이, 단락 판별 신호(Sd)는 Low 레벨(아크)로 변화된다. 동 도(C)에 도시한 바와 같이, 용접 전류(Iw)는 이후 점차적으로 감소된다.

시각 t11에 있어서 정상 용접 기간 역송 피크 기간이 종료되면, 동 도(B)에 도시한 바와 같이, 시각 t11 내지 t12의 정상 용접 기간 역송 감속 기간에 들어가고, 상기한 정상 용접 기간 역송 피크값에서 0으로 감속된다.

[시각 t12 내지 t16의 제1회째의 정상 용접 기간 정송 기간의 동작]

동 도(B)에 도시한 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 시각 t12 내지 t13의 정상 용접 기간 정송 가속 기간에 들어가고, 0에서 정상 용접 기간 정송 피크값까지 가속된다. 이 기간 중은, 아크 기간인 채로이다.

시각 t13에 있어서 정상 용접 기간 정송 가속 기간이 종료되면, 동 도(B)에 도시한 바와 같이, 송급 속도(Fw)는 시각 t13 내지 t15의 정상 용접 기간 정송 피크 기간에 들어가고, 상기한 정상 용접 기간 정송 피크값이 된다. 이 기간 중의 시각 t14에 있어서 정송에 의해 단락이 발생된다. 이것에 응동하여, 동 도(D)에 도시한 바와 같이, 용접 전압(Vw)은 몇 V의 단락 전압값으로 급감하고, 동 도(F)에 도시한 바와 같이, 단락 판별 신호(Sd)는 High 레벨(단락)로 변화된다. 동 도(C)에 도시한 바와 같이, 용접 전류(Iw)는 이 이후는 점차 증가된다.

시각 t15에 있어서 정상 용접 기간 정송 피크 기간이 종료되면, 동 도(B)에 도시한 바와 같이, 시각 t15 내지 t16의 정상 용접 기간 정송 감속 기간에 들어가고, 상기한 정상 용접 기간 정송 피크값에서 0으로 감속된다.

이 이후의 정상 용접 기간 중은, 상기한 정상 용접 기간 역송 기간 및 상기한 정상 용접 기간 정송 기간의 동작을 반복하게 된다. 상술한 바와 같이, 정상 용접 기간에 들어가면, 단락은 정상 용접 기간 정송 피크 기간 중에 발생하고, 아크는 정상 용접 기간 역송 피크 기간 중에 발생한다. 이 결과, 단락 기간과 아크 기간의 주기와, 송급 속도(Fw)의 정송 기간과 역송 기간의 주기가 동기 상태가 된다. 즉, 송급 속도(Fw)의 주기(Tf)를 설정함으로써, 단락 기간과 아크 기간의 주기를 원하는 값으로 제어할 수 있고, 안정된 용접을 행할 수 있다.

정상 용접 기간 중의 송급 속도(Fw)의 사다리꼴파의 수치 예를 이하에 나타낸다.

주기(Tf)=10ms, 진폭(Wf)=60m/min, 평균 송급 속도(Fa)=5m/min, 반주기의 각 경사 기간=1.2ms, 피크 기간=2.6ms, 피크값=30m/min의 사다리꼴파로 설정하면, 이 사다리꼴파를 평균 송급 속도(Fa)=5m/min만 정송측으로 시프트된 파형이 된다. 평균 용접 전류는 약 250A가 된다. 이 경우의 각 파형 파라미터는, 이하와 같이 된다.

정상 용접 기간 역송 기간=4.6ms, 정상 용접 기간 역송 가속 기간=1.0ms, 정상 용접 기간 역송 피크 기간=2.6ms, 정상 용접 기간 역송 피크값=-25m/min, 정상 용접 기간 역송 감속 기간=1.0ms

정상 용접 기간 정송 기간=5.4ms, 정상 용접 기간 정송 가속 기간=1.4ms, 정상 용접 기간 정송 피크 기간=2.6ms, 정상 용접 기간 정송 피크값=35m/min, 정상 용접 기간 정송 감속 기간=1.4ms

상기에 있어서는, 정상 용접 기간 중의 송급 속도(Fw)의 파형이 사다리꼴파의 경우에 대해 설명했지만, 정현파, 삼각파 등의 주기적으로 반복하는 파형이면 된다.

상술한 실시 형태 1에서는, 정상 용접 기간에 수렴할 때까지의 과도 용접 기간 중은 송급 속도를 통상 용접과 마찬가지로 정송 상태로 하고, 정상 용접 기간 중은 송급 속도를 소정의 정송 기간과 소정의 역송 기간을 교대로 전환하는 정역송급 제어를 행한다. 용융지가 충분히 형성되지 않은 과도 용접 기간 중에, 정상 용접 기간과 같이 소정의 정송 기간과 소정의 역송 기간에서 교대로 전환하면, 용접 상태가 불안정해지기 쉽다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 용융지를 형성할 때까지의 과도 용접 기간 중은 송급 속도를 정송 상태로 하고, 용융지가 형성된 후에 정역송급 제어로 전환함으로써, 용접 개시 시의 과도 용접 기간 중의 용접 상태를 안정화할 수 있다.

상술한 실시 형태 1에서는, 과도 용접 기간으로부터 정상 용접 기간의 송급 제어의 전환을, 단락 기간 중에 역송 기간으로부터의 정역송급 제어를 개시함으로써 행한다. 아크 기간 중에 정역송급 제어를 개시하면, 용접 상태가 불안정해지기 쉽다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 정역송급 제어를 단락 기간 중에 역송 기간으로부터 개시함으로써, 전환을 원활하게 행할 수 있다.

상술한 실시 형태 1에 의하면, 용접 개시 시는 용접 와이어를 정송하고, 용접 와이어가 모재와 접촉하여 용접 전류가 통전을 개시한 시점부터 정상 용접 기간에 수렴할 때까지의 과도 용접 기간 중은 정송을 계속하고, 과도 용접 기간은 단락 기간에서 종료하고, 과도 용접 기간 종료 후에 역송 기간으로부터 상기 정역송급 제어를 개시한다. 이에 의해, 본 실시 형태에서는, 과도 용접 기간 중은 용접 와이어를 정송함으로써 안정된 상태에서 용융지를 형성할 수 있다. 용융지가 형성되면, 단락 기간 중에 역송 기간에서 정역송급 제어를 개시하므로, 원활하게 정상 용접 기간으로 이행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 송급 속도의 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하는 용접에 있어서 용접 개시 시부터 정상 용접 기간에 수렴할 때까지의 과도 용접 기간 중의 용접 상태를 안정화할 수 있다.

이상, 본 발명을 특정한 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 개시된 발명의 기술 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

본 출원은, 2014년 11월 18일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2014-233234호)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 포함된다.

1 용접 와이어
2 모재
3 아크
4 용접 토치
5 송급 롤
CD 전류 통전 판별 회로
Cd 전류 통전 판별 신호
DV 구동 회로
Dv 구동 신호
E 출력 전압
Ea 오차 증폭 신호
ED 출력 전압 검출 회로
Ed 출력 전압 검출 신호
EI 전류 오차 증폭 회로
Ei 전류 오차 증폭 신호
ER 출력 전압 설정 회로
Er 출력 전압 설정 신호
EV 전압 오차 증폭 회로
Ev 전압 오차 증폭 신호
Fa 평균 송급 속도
FAR 평균 송급 속도 설정 회로
Far 평균 송급 속도 설정 신호
FC 송급 제어 회로
Fc 송급 제어 신호
FCR 정상 용접 기간 송급 속도 설정 회로
Fcr 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호
FR 송급 속도 설정 회로
Fr 송급 속도 설정 신호
Fw 송급 속도
ID 전류 검출 회로
Id 전류 검출 신호
IHR 핫 스타트 전류 설정 회로
Ihr 핫 스타트 전류 설정 신호
Iw 용접 전류
MD 용접 토치 이동 장치
Md 용접 토치 이동 신호
PM 전원 주회로
SD 단락 판별 회로
Sd 단락 판별 신호
ST 용접 개시 회로
St 용접 개시 신호
STK 과도 용접 기간 타이머 회로
Stk 과도 용접 기간 타이머 신호
SW 전원 특성 전환 회로
Tf 주기
TFR 주기 설정 회로
Tfr 주기 설정 신호
Tk 과도 용접 기간
VD 전압 검출 회로
Vd 전압 검출 신호
Vw 용접 전압
Wf 진폭
WFR 진폭 설정 회로
Wfr 진폭 설정 신호
WL 리액터
WM 송급 모터

Claims

용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하는 정역송급 제어를 행하고, 단락 기간과 아크 기간을 발생시켜 용접하는 아크 용접 제어 방법에 있어서,
용접 개시 시는 용접 와이어를 정송하고, 용접 와이어가 모재와 접촉하여 용접 전류가 통전을 개시한 시점부터 정상 용접 기간에 수렴할 때까지의 과도 용접 기간 중은 상기 정송을 계속하고, 상기 과도 용접 기간은 상기 단락 기간에서 종료하고, 상기 과도 용접 기간 종료 후에 상기 역송 기간으로부터 상기 정역송급 제어를 개시하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 과도 용접 기간을, 상기 용접 전류가 통전을 개시한 시점부터 소정 기간이 경과한 후의 최초의 상기 단락 기간 중의 시점까지의 기간으로 하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 과도 용접 기간을, 상기 용접 전류가 통전을 개시한 시점부터 소정 횟수의 상기 단락 기간이 종료된 후의 최초의 상기 단락 기간 중의 시점까지의 기간으로 하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 과도 용접 기간을, 상기 용접 전류가 통전을 개시한 시점부터 용접 토치가 이동을 개시한 후의 최초의 상기 단락 기간 중의 시점까지의 기간으로 하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법.