KR102518789B1 - 아크 용접 제어 방법 - Google Patents

Abstract

정역 송급 아크 용접에 있어서, 용접 와이어 선단부의 슬래그 부착 상태에 관계없이 양호한 아크 스타트를 행하는 것이다.
용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하는 정역 송급 제어를 행하고, 단락 기간과 아크 기간을 발생시켜 용접하는 아크 용접 제어 방법에 있어서, 용접 개시 시에, 용접 와이어가 송급을 개시하고 나서 용접 와이어가 모재와 1회 또는 복수 회 접촉한 후에 용접 전류 Iw가 통전할 때까지의 초기 기간 Ti 중에는, 정역 송급 제어를 행함과 함께 정송 피크값 Fsi를 20∼50m/분의 범위로 설정한다. 초기 기간 Ti 중의 송급 속도 Fw의 평균값의 조정을, 정송 기간과 역송 기간의 시간 비율을 변화시켜 행한다. 이에 의해, 슬래그 제거를 확실하게 행할 수 있어, 양호한 아크 스타트성을 얻을 수 있다.

Description

아크 용접 제어 방법 {ARC WELDING CONTROL METHOD}

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

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

용접 품질을 더욱 향상시키기 위해, 용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하는 정역 송급 제어를 행하고, 단락 기간과 아크 기간을 발생시켜 용접하는 아크 용접 제어 방법이 사용되고 있다. 여기서, 정송이라 함은, 용접 와이어를 모재에 근접하는 방향으로 송급하는 것이며, 역송이라 함은, 정송과는 역방향, 용접 와이어가 모재로부터 멀어지는 방향으로 송급하는 것이다.

정역 송급 제어 아크 용접에 있어서는, 송급 속도의 정송 기간과 역송 기간을 100Hz 정도의 주파수에서 고속으로 전환한다. 송급 속도의 방향을 고속으로 전환하기 위해서는, 송급 모터에 과도 특성이 좋은 것을 사용할 필요가 있다. 일반적으로, 과도 특성이 좋은 모터는, 최대 토크가 비교적 작아진다.

그런데, 소모 전극식 아크 용접에 있어서는, 용접 종료 시에 용접 와이어의 선단부에 슬래그라고 불리는 절연물이 부착된 상태로 되는 경우가 있다. 슬래그는 용접 와이어에 포함되어 있는 성분이 화학 반응하여 생성된다. 슬래그의 부착 상태는, 용접 와이어의 종류, 평균 용접 전류값, 용접 자세 등의 용접 조건에 따라 상이하다. 용접 와이어의 선단부에 슬래그가 부착된 상태에서, 다음의 아크 스타트를 행하면, 용접 와이어가 모재와 접촉해도, 슬래그가 절연물이므로, 아크가 발생하지 않는 상태가 되어, 아크 스타트 불량이 된다. 정역 송급 제어에 의한 아크 용접의 경우도 마찬가지이다.

정역 송급 제어 아크 용접에 있어서, 슬래그에 의한 아크 스타트 불량을 개선하는 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1의 발명에서는, 용접 개시 시에 용접 와이어의 송급을 개시하고 나서 용접 전류가 통전할 때까지의 초기 기간 중에도, 정역 송급 제어를 행하고 있다. 이에 의해, 용접 와이어 선단부에 슬래그가 부착되어 있으므로 용접 와이어 선단부가 모재와 접촉해도 용접 전류가 통전하지 않을 때에는, 용접 와이어 선단부와 모재의 충돌이 반복되게 된다. 특허문헌 1의 발명에서는, 이 충돌의 반복에 의해 용접 와이어 선단부의 슬래그를 제거하여, 아크를 발생시키고 있다.

일본 특허 제5201266호 공보

그러나, 종래 기술에 있어서는, 초기 기간 중에 정역 송급 제어를 행해도, 슬래그의 부착 상태가 심한 경우에는 슬래그의 제거가 불충분해져, 아크 스타트 불량이 발생한다고 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명에서는, 정역 송급 아크 용접에 있어서, 용접 와이어 선단부의 슬래그 부착 상태에 관계없이, 항상 양호한 아크 스타트를 행할 수 있는 아크 용접 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은,

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

용접 개시 시에 상기 용접 와이어가 송급을 개시하고 나서 상기 용접 와이어가 모재와 1회 또는 복수 회 접촉한 후에 용접 전류가 통전할 때까지의 초기 기간 중에는, 상기 정역 송급 제어를 행함과 함께 정송 피크값을 20∼50m/분의 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 제어 방법이다.

청구항 2의 발명은, 상기 초기 기간 중의 상기 송급 속도의 평균값의 조정을, 상기 정송 기간과 상기 역송 기간의 시간 비율을 변화시켜 행하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 아크 용접 제어 방법이다.

청구항 3의 발명은, 상기 초기 기간 중의 상기 송급 속도의 평균값의 조정을, 상기 정송 피크값과 역송 피크값을 동등한 값으로 설정하고, 또한 상기 정송 기간과 상기 역송 기간의 시간 비율을 변화시켜 행하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 아크 용접 제어 방법이다.

청구항 4의 발명은, 상기 초기 기간 중의 상기 송급 속도의 평균값의 조정을, 1∼3m/분의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 아크 용접 제어 방법이다.

본 발명에 따르면, 용접 와이어 선단부의 슬래그 부착 상태에 관계없이, 확실하게 슬래그를 제거할 수 있다. 이 때문에, 아크 스타트 불량을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 제어 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다.
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.

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 하고, 후술하는 구동 신호 Dv에 따라서 인버터 제어 등에 의한 출력 제어를 행하여, 출력 전압 E를 출력한다. 이 전원 주회로(PM)는, 도시는 생략하지만, 상용 전원을 정류하는 1차 정류기, 정류된 직류를 평활하는 평활 콘덴서, 평활된 직류를 고주파 교류로 변환하는 상기한 구동 신호 Dv에 의해 구동되는 인버터 회로, 고주파 교류를 용접에 적합한 전압값으로 강압한 고주파 변압기, 강압된 고주파 교류를 직류로 정류하는 2차 정류기를 구비하고 있다.

리액터(WL)는, 상기한 출력 전압 E를 평활한다. 이 리액터(WL)의 인덕턴스 값은, 예를 들어 200μH이다.

송급 모터(WM)는, 후술하는 송급 제어 신호 Fc를 입력으로 하고, 정송 기간과 역송 기간을 교대로 전환하여 용접 와이어(1)를 송급 속도 Fw로 송급한다. 송급 모터(WM)에는, 과도 특성이 좋은 모터가 사용된다. 용접 와이어(1)의 송급 속도 Fw의 변화율 및 송급 방향의 반전을 빠르게 하기 위해, 송급 모터(WM)는 용접 토치(4)의 선단부 부근에 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) 내를 송급되어, 모재(2)와의 사이에 아크(3)가 발생한다. 용접 토치(4) 내의 급전 칩(도시는 생략)과 모재(2)의 사이에는 용접 전압 Vw가 인가되어, 용접 전류 Iw가 통전한다.

출력 전압 설정 회로(ER)는, 미리 정한 출력 전압 설정 신호 Er을 출력한다. 출력 전압 검출 회로(ED)는, 상기한 출력 전압 E를 검출하고 평활하여, 출력 전압 검출 신호 Ed를 출력한다.

전압 오차 증폭 회로(EV)는, 상기한 출력 전압 설정 신호 Er 및 상기한 출력 전압 검출 신호 Ed를 입력으로 하고, 출력 전압 설정 신호 Er(+)과 출력 전압 검출 신호 Ed(-)의 오차를 증폭하여, 전압 오차 증폭 신호 Ev를 출력한다. 이 회로에 의해, 용접 전원은 정전압 제어된다.

핫 스타트 전류 설정 회로(IHR)는, 미리 정한 핫 스타트 전류 설정 신호 Ihr을 출력한다. 전류 검출 회로 ID는, 상기한 용접 전류 Iw를 검출하여, 전류 검출 신호 Id를 출력한다.

전류 오차 증폭 회로(EI)는, 상기한 핫 스타트 전류 설정 신호 Ihr 및 상기한 전류 검출 신호 Id를 입력으로 하고, 핫 스타트 전류 설정 신호 Ihr(+)과 전류 검출 신호 Id(-)의 오차를 증폭하여, 전류 오차 증폭 신호 Ei를 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 Id를 입력으로 하고, 이 값이 역치(10A 정도) 이상일 때에는 용접 전류 Iw가 통전하고 있다고 판별하여 High 레벨이 되는 전류 통전 판별 신호 Cd를 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 Cd를 입력으로 하여, 전류 통전 판별 신호 Cd가 High 레벨(통전)로 변화된 시점부터 미리 정한 핫 스타트 기간 중에는 전류 오차 증폭 신호 Ei를 오차 증폭 신호 Ea로서 출력하고, 그 이외의 기간 중에는 전압 오차 증폭 신호 Ev를 오차 증폭 신호 Ea로서 출력한다.

전압 검출 회로(VD)는, 상기한 용접 전압 Vw를 검출하여, 전압 검출 신호 Vd를 출력한다. 단락 판별 회로(SD)는, 상기한 전압 검출 신호 Vd를 입력으로 하여, 이 값이 단락 판별 값(10V 정도) 미만일 때에는, 단락 기간이라고 판별하여 High 레벨이 되고, 이상일 때에는 아크 기간이라고 판별하여 Low 레벨이 되는 단락 판별 신호 Sd를 출력한다.

용접 개시 회로(ST)는, 용접 전원을 기동할 때에 High 레벨이 되는 용접 개시 신호 St를 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 St를 입력으로 하여, 용접 개시 신호 St가 High 레벨(용접 개시)일 때에는 오차 증폭 신호 Ea에 기초하여 PWM 변조 제어를 행하고, 상기한 전원 주회로(PM) 내의 인버터 회로를 구동하기 위한 구동 신호 Dv를 출력한다.

초기 기간 타이머 회로(STI)는, 상기한 용접 개시 신호 St 및 상기한 전류 통전 판별 신호 Cd를 입력으로 하여, 용접 개시 신호 St가 High 레벨(용접 개시)로 변화된 시점에서 High 레벨이 되고, 전류 통전 판별 신호 Cd가 High 레벨(통전)로 변화된 시점에서 Low 레벨이 되는 초기 기간 타이머 신호 Sti를 출력한다.

정상 정송 피크값 설정 회로(FSCR)는, 미리 정한 정상 정송 피크값 설정 신호 Fscr을 출력한다. 정상 역송 피크값 설정 회로(FRCR)는, 미리 정한 정상 역송 피크값 설정 신호 Frcr을 출력한다.

정상 용접 기간 송급 속도 설정 회로(FCR)는, 상기한 단락 판별 신호 Sd, 상기한 정상 정송 피크값 설정 신호 Fscr 및 상기한 정상 역송 피크값 설정 신호 Frcr을 입력으로 하여, 단락 판별 신호 Sd에 기초하여 정송 기간과 역송 기간이 전환되고, 정상 정송 피크값 설정 신호 Fscr에 의해 정해지는 정상 정송 피크값 Fsc 및 정상 역송 피크값 설정 신호 Frcr에 의해 정해지는 정상 역송 피크값 Frc로부터 형성되는 사다리꼴파의 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호 Fcr을 출력한다. 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호 Fcr에 대해서는, 도 2에서 상세하게 설명한다.

초기 정송 피크값 설정 회로(FSIR)는, 미리 정한 초기 정송 피크값 설정 신호 Fsir을 출력한다. 초기 역송 피크값 설정 회로(FRIR)는, 미리 정한 초기 역송 피크값 설정 신호 Frir을 출력한다.

초기 주파수 설정 회로(SIR)는, 초기 기간 중의 정송 기간과 역송 기간을 전환하는 주파수를 설정하기 위한 미리 정한 초기 주파수 설정 신호 Sir을 출력한다. 초기 시간 비율 설정 회로(DIR)는, 초기 기간 중의 정송 기간과 역송 기간의 시간 비율을 설정하기 위한 초기 시간 비율 설정 신호 Dir을 출력한다. 시간 비율＝(정송 기간의 시간 길이)/(정송 기간+역송 기간의 시간 길이)이다. 즉, 초기 주파수 설정 신호 Sir의 역수 1/Sir에 의해 정해지는 1주기에 차지하는 정송 기간의 시간 비율이 된다. 따라서, 정송 기간의 시간 길이＝Dir/Sir이고, 역송 기간의 시간 길이＝(1-Dir)/Sir이다.

초기 기간 송급 속도 설정 회로(FIR)는, 상기한 초기 정송 피크값 설정 신호 Fsir, 상기한 초기 역송 피크값 설정 신호 Frir, 상기한 초기 주파수 설정 신호 Sir 및 상기한 초기 시간 비율 설정 신호 Dir을 입력으로 하여, 초기 주파수 설정 신호 Sir 및 초기 시간 비율 설정 신호 Dir에 기초하여 정송 기간 및 역송 기간이 정해지고, 초기 정송 피크값 설정 신호 Fsir에 의해 초기 정송 피크값 Fsi가 정해지고, 초기 역송 피크값 설정 신호 Frir에 의해 초기 역송 피크값 Fri가 정해지는 사다리꼴파의 초기 기간 송급 속도 설정 신호 Fir을 출력한다. 초기 기간 송급 속도 설정 신호 Fir에 대해서는, 도 2에서 상세하게 설명한다.

송급 속도 설정 회로(FR)는, 상기한 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호 Fcr, 상기한 초기 기간 송급 속도 설정 신호 Fir 및 상기한 초기 기간 타이머 신호 Sti를 입력으로 하여, 초기 기간 타이머 신호 Sti가 High 레벨인 초기 기간 중에는 초기 기간 송급 속도 설정 신호 Fir을 송급 속도 설정 신호 Fr로서 출력하고, 초기 기간 타이머 신호 Sti가 Low 레벨인 정상 용접 기간 중에는 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호 Fcr을 송급 속도 설정 신호 Fr로서 출력한다.

송급 제어 회로(FC)는, 상기한 용접 개시 신호 St 및 상기한 송급 속도 설정 신호 Fr을 입력으로 하여, 용접 개시 신호 St가 High 레벨(용접 개시)일 때에는 송급 속도 설정 신호 Fr의 값에 상당하는 송급 속도 Fw로 용접 와이어(1)를 송급하기 위한 송급 제어 신호 Fc를 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. 도 2의 (A)는 용접 개시 신호 St의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (B)는 송급 속도 Fw의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (C)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (D)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (E)는 전류 통전 판별 신호 Cd의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (F)는 단락 판별 신호 Sd의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (G)는 초기 기간 타이머 신호 Sti의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (H)는 용접 와이어 선단부와 모재 표면의 거리인 용접 와이어 선단부·모재간 거리 Lw의 시간 변화를 나타낸다. 이하, 도 2를 참조하여 용접 개시 시에 있어서의 각 신호의 동작에 대해 설명한다.

도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 0보다 상측이 정송 기간이 되고, 하측이 역송 기간이 된다. 송급 속도 Fw는, 초기 기간 Ti 중에는 초기 기간 송급 속도 설정 신호 Fir에 의해 제어되고, 소정의 주파수에서 정송 기간과 역송 기간이 전환된다. 한편, 송급 속도 Fw는, 정상 용접 기간 중에는 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호 Fcr에 의해 제어되고, 단락 기간과 아크 기간에 동기하여 정송 기간과 역송 기간이 전환된다. 송급 속도 Fw는, 사다리꼴파 형상으로 변화되고 있다. 송급 속도 Fw의 평균값은 양의 값이 되고, 용접 와이어(1)는 평균적으로는 정송되고 있다.

용접 개시 시의 시각 t1에 있어서는, 용접 와이어(1)의 선단부와 모재(2)의 표면은 이격되어 있으므로, 도 2의 (H)에 나타내는 바와 같이, 용접 와이어 선단부·모재간 거리 Lw는 양의 값이 된다. 시각 t1 시점에 있어서의 용접 와이어 선단부·모재간 거리 Lw는 2∼15㎜ 정도이다. 도 2의 (A)에 나타내는 용접 개시 신호 St가 High 레벨이 되는 시각 t1로부터 도 2의 (E)에 나타내는 전류 통전 판별 신호 Cd가 High 레벨이 되는 시각 t7까지의 기간이 초기 기간 Ti가 되고, 그 이후의 기간이 정상 용접 기간 Tc가 된다.

[시각 t1∼t7의 초기 기간 Ti의 동작]

시각 t1에 있어서, 도 2의 (A)에 나타내는 바와 같이, 용접 개시 신호 St가 High 레벨(용접 개시)로 변화되면, 도 2의 (G)에 나타내는 바와 같이, 초기 기간 타이머 신호 Sti가 High 레벨로 변화되어 초기 기간 Ti가 개시된다. 동시에, 용접 전원이 기동되므로, 도 2의 (D)에 나타내는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 최대 출력 전압값의 무부하 전압값이 된다. 용접 와이어(1)의 선단부와 모재(2)의 표면은 이격되어 있으므로, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 용접 전류 Iw는 통전하지 않는다. 동시에, 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 용접 와이어(1)의 송급이 개시된다.

도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 초기 기간 Ti 중의 송급 속도 Fw에 대해서는, 소정의 초기 주파수 Si[Hz]에서 정송 기간과 역송 기간을 교대로 반복하는 정역 송급 제어가 행해진다. 초기 주파수 Si는, 초기 주파수 설정 신호 Sir에 의해 설정된다. 초기 기간 중의 정송 기간 및 역송 기간은, 초기 주파수 설정 신호 Sir 및 초기 시간 비율 설정 신호 Dir에 의해 설정된다. 시각 t1∼t2의 정송 기간 중의 송급 속도 Fw는, 0으로부터 소정의 변화율로 가속하여, 소정의 초기 정송 피크값 Fsi에 도달하면 그 값을 유지하고, 소정의 기간이 경과하면 소정의 변화율로 0까지 감속한다. 초기 정송 피크값 Fsi는, 초기 정송 피크값 설정 신호 Fsir에 의해 설정된다. 시각 t2∼t3의 역송 기간 중의 송급 속도 Fw는, 0으로부터 소정의 변화율로 가속하여, 소정의 음의 값인 초기 역송 피크값 Fri에 도달하면 그 값을 유지하고, 소정의 기간이 경과하면 소정의 변화율로 0까지 감속한다. 초기 역송 피크값 Fri는, 초기 역송 피크값 설정 신호 Frir에 의해 설정된다. 시각 t1∼t3의 기간이 1주기가 되고, 초기 주파수 Si의 역수 1/Si가 된다.

도 2의 (H)에 나타내는 바와 같이, 용접 와이어 선단부·모재간 거리 Lw는, 시각 t1∼t2의 정송 기간 중에는 점차 짧아지고, 시각 t2∼t3의 역송 기간 중에는 점차 길어진다. 단, 시각 t3 시의 Lw의 값은, 시각 t1 시점의 Lw의 값보다 짧게 되어 있다. 이것은, 1주기당 송급 속도 Fw의 평균값이 양의 값으로 되도록 파형 파라미터가 조정되어 있기 때문이다. 이 초기 기간 Ti 중의 송급 속도 Fw의 평균값을 평균 초기 송급 속도 Fi라고 칭하기로 한다. 시각 t3∼t4의 주기에 대해서도, 시각 t1∼t3의 주기와 마찬가지이다.

도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 시각 t4∼t5의 정송 기간 중의 시각 41에 있어서, 용접 와이어(1)의 선단부가 모재(2)의 표면과 접촉(충돌)하면, 도 2의 (H)에 나타내는 바와 같이, 용접 와이어 선단부·모재간 거리 Lw＝0이 된다. 그러나, 용접 와이어(1)의 선단부에 슬래그가 부착되어 있으므로, 비도통 접촉 상태가 된다. 이 때문에, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 용접 전류 Iw는 통전하지 않고, 도 2의 (D)에 나타내는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 무부하 전압값 그대로이다. 시각 t41∼t5의 정송 기간 중의 용접 와이어 선단부·모재간 거리 Lw는 0 그대로이다. 이어지는 시각 t5∼t6의 역송 기간 중에는, 용접 와이어 선단부·모재간 거리 Lw는 0으로부터 점차 길어진다.

도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 시각 t6으로부터의 정송 기간 중의 시각 t7에 있어서, 용접 와이어(1)의 선단부가 모재(2)의 표면과 다시 접촉(충돌)하면, 도 2의 (H)에 나타내는 바와 같이, 용접 와이어 선단부·모재간 거리 Lw＝0이 된다. 용접 와이어(1)의 선단부에 부착된 슬래그는 시각 t41∼t5에 1회째의 접촉(충돌)에 의해 깎여 제거되었으므로, 금회의 접촉에서는 도통 접촉 상태(단락 상태)가 된다. 이 때문에, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 용접 전류 Iw가 통전을 개시하고, 도 2의 (D)에 나타내는 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 무부하 전압값으로부터 저하되어 수 V의 단락 전압값이 된다. 이것에 응동하여, 시각 t7에 있어서, 도 2의 (E)에 나타내는 바와 같이, 전류 통전 판별 신호 Cd가 High 레벨(통전)이 되므로, 도 2의 (G)에 나타내는 바와 같이, 초기 기간 타이머 신호 Sti가 Low 레벨로 변화되어 초기 기간 Ti가 종료한다. 시각 t7에 있어서, 도 2의 (F)에 나타내는 바와 같이, 단락 판별 신호 Sd는 High 레벨(단락)이 된다.

도 2에 있어서는, 시각 t1에 송급을 개시하고 나서 시각 t41에 1회째의 접촉(충돌)이 발생할 때까지의 기간을 3회째의 주기의 도중으로서 묘화하고 있지만, 실제로는 수십 주기가 포함되게 된다. 또한, 도 2에 있어서는, 2회째의 접촉(충돌)에 의해 슬래그가 깎여 도통 상태로 된 경우이지만, 슬래그 부착 상태가 심할 때에는 수십 회의 접촉을 반복하는 경우도 있다. 용접 와이어(1)의 선단부에 슬래그가 거의 부착되어 있지 않을 때에는, 1회째의 접촉으로 도통 상태가 되는 경우도 있다. 즉, 후술하는 이유에 의해, 본 실시 형태에서는, 슬래그 부착 상태가 심할 때, 또는 적을 때에 관계없이, 반드시 도통 상태로 유도할 수 있다.

[시각 t7 이후의 정상 용접 기간 Tc의 동작]

시각 t7에 있어서 단락 상태로 되면, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 미리 정한 핫 스타트 전류값(200∼500A 정도)의 용접 전류 Iw가 통전한다. 핫 스타트 전류는, 시각 t7∼t91의 미리 정한 핫 스타트 기간 중 통전한다.

시각 t7에 전류 통전 판별 신호 Cd가 High 레벨로 변화되고 나서 미리 정한 지연 기간이 경과한 시각 t8에 있어서, 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 송급 속도 Fw는 정송으로부터 역송으로 전환되어, 소정의 정상 역송 피크값 Frc까지 급가속하고, 그 값을 유지한다. 상기한 지연 기간은 1∼10ms 정도로 설정된다. 지연 기간을 0으로 하여, 지연되지 않도록 해도 된다. 이 지연은, 용접 와이어(1)가 모재(2)에 접촉하였을 때, 초기 아크를 원활하게 발생시키기 위해 설정하고 있다.

시각 t9에 있어서 상기 핫 스타트 전류의 통전에 의해, 아크(3)가 발생하면, 도 2의 (D)에 나타내는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수십 V의 아크 전압값으로 급증하고, 이것에 응동하여, 도 2의 (F)에 나타내는 바와 같이, 단락 판별 신호 Sd는 Low 레벨(아크)로 변화된다. 역송 피크 기간 중에 단락 판별 신호 Sd가 Low 레벨(아크)로 변화되면, 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 정송 기간으로의 이행을 개시한다. 송급 속도 Fw는, 시각 t9로부터 소정의 변화율로 감속되어, 시각 t10에 있어서 0이 된다. 역송 감속 기간 중의 시각 t91에 있어서, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 용접 전류 Iw는 핫 스타트 전류값으로부터 아크 부하에 따라서 변화되는 아크 전류값으로 감소한다. 상술한 바와 같이, 시각 t7∼t91의 핫 스타트 기간은 소정값이므로, 핫 스타트 기간이 종료되는 시점에 있어서, 송급 속도 Fw가 어느 기간으로 되어 있는지는 불확정이다. 시각 t9∼t11의 기간이 아크 기간이 된다.

시각 t10부터 정송 기간으로 들어가, 소정의 변화율로 0으로부터 가속되어, 소정의 정상 정송 피크값 Fsc에 도달하면 그 값을 유지한다. 정송 피크 기간 중의 시각 t11에 있어서, 단락이 발생하면, 도 2의 (D)에 나타내는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수 V의 단락 전압값으로 급감하고, 도 2의 (F)에 나타내는 바와 같이, 단락 판별 신호 Sd는 High 레벨(단락)로 변화된다. 이것에 응동하여, 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 송급 속도 Fw는 역송 기간으로의 이행을 개시한다. 송급 속도 Fw는, 시각 t11∼t12의 기간 중에 소정의 변화율로 감속하여 0이 된다. 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 용접 전류 Iw는 시각 t11∼t13의 단락 기간 중에 점차 증가한다.

시각 t12로부터 역송 기간으로 들어가, 소정의 변화율로 0으로부터 가속되어, 소정의 정상 역송 피크값 Frc에 도달하면 그 값을 유지한다. 시각 t13에 있어서, 역송에 의해 아크가 발생하면, 도 2의 (D)에 나타내는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수십 V의 아크 전압값으로 급증하고, 도 2의 (F)에 나타내는 바와 같이, 단락 판별 신호 Sd는 Low 레벨(아크)로 변화된다. 이것에 응동하여, 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 송급 속도 Fw는 정송 기간으로의 이행을 개시한다. 송급 속도 Fw는, 시각 t13∼t14의 기간 중에 소정의 변화율로 감속하여 0이 된다. 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 용접 전류 Iw는 아크 기간 중에 점차적으로 감소한다.

이 이후는, 시각 t10∼t14의 동작을 반복한다. 시각 t7로부터의 용접 와이어 선단부·모재간 거리 Lw의 변화는 이하와 같이 된다. 처음으로 도통 상태(단락 상태)가 되는 시각 t7로부터 아크가 발생하는 시각 t9까지는, Lw＝0이 된다. 시각 t9∼t10의 역송 감속 기간 중에는, Lw는 0으로부터 점차 길어진다. 시각 t10∼t11까지의 정송 기간 중에는, Lw는 점차 짧아져 0이 된다. 시각 t11∼t13의 기간 중에는, Lw는 0 그대로이다. 시각 t13∼t14의 역송 감속 기간 중에는, Lw는 점차 길어진다.

용접 와이어 선단부에의 슬래그 부착 상태가 심한 경우에 있어서도, 복수 회의 접촉에 의해, 확실하게 슬래그를 깎아내어, 도통 상태로 하기 위해서는, 이하의 처치가 필요하다. 정역 송급 제어에 사용하는 송급 모터(WM)는, 과도 특성이 좋은 것을 사용할 필요가 있으므로, 반면 최대 토크가 작아진다. 이로 인해, 접촉 시점에서의 송급 속도 Fw가 저속이면, 토크가 작기 때문에, 슬래그의 깎아냄 상태가 불충분해진다. 이것을 방지하기 위해서는, 접촉 시점에서의 송급 속도 Fw를 고속으로 할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는, 초기 정송 피크값 Fsi를 20m/분 이상으로 설정한다. 이에 의해, 슬래그 부착 상태가 심한 경우라도, 확실하게 도통 상태로 할 수 있어, 아크 스타트 불량을 방지할 수 있다. 또한, 초기 정송 피크값 Fsi를 30m/분 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도통 상태가 될 때까지의 접촉 횟수(충돌 횟수)를 적게 할 수 있어, 아크 스타트에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

평균 초기 송급 속도 Fi는 1∼3m/분으로 설정하는 것이 바람직하다. 평균 초기 송급 속도 Fi가 3m/분을 초과하면, 도통 상태로 변화된 후의 단락 상태로부터 아크 발생까지의 시간이 길어져, 아크 스타트성이 나빠진다. 평균 초기 송급 속도 Fi가 1m/분 미만이 되면, 용접 개시 시점으로부터 1회째의 접촉 상태로 될 때까지의 시간이 길어져, 아크 스타트에 필요로 하는 시간이 길어진다.

초기 정송 피크값 Fsi 및 초기 역송 피크값 Fri가 커질수록, 송급 모터(WM)의 과도 특성이 제한되어, 정송 기간과 역송 기간의 전환에 필요로 하는 시간이 길어진다. 또한, 용접 자세, 용접 누적 시간 등의 영향에 의해 송급 경로의 부하 상태가 변동된다. 이 변동에 수반하여 정송 기간과 역송 기간의 전환 시간이 변동되고, 평균 초기 송급 속도 Fi가 변동되게 된다. 상술한 바와 같이, 평균 초기 송급 속도 Fi가 변동되어 적정 범위 밖이 되면, 아크 스타트성이 나빠진다. 이것을 방지하기 위해서는, 초기 정송 피크값 Fsi는 50m/분 이하일 필요가 있다. 평균 초기 송급 속도 Fi의 변동을 더욱 작게 하여 아크 스타트성을 양호하게 하기 위해서는, 초기 정송 피크값 Fsi는 40m/분 이하인 것이 바람직하다.

평균 초기 송급 속도 Fi를 적정 값으로 조정하기 위해서는, 송급 속도 Fw(초기 기간 송급 속도 설정 신호 Fir)의 파형 파라미터를 조정하게 된다. 이때, 초기 정송 피크값 Fsi 및 초기 역송 피크값 Fri는 평균 초기 송급 속도 Fi에 대해 수십 배 큰 값이며, 이들 값을 조정하여 평균 초기 송급 속도 Fi를 정확하게 조정하는 것은 어렵다. 이 때문에, 초기 주파수 Si를 소정 값으로 설정하고, 정송 기간과 역송 기간의 시간 비율을 조정함으로써, 평균 초기 송급 속도 Fi를 정확하게 조정하고 있다. 즉, 초기 주파수 설정 신호 Sir에 의해 초기 주파수 Si를 설정하고, 초기 시간 비율 설정 신호 Dir에 의해 정송 기간과 역송 기간의 시간 비율을 설정하고 있다. 이때, 초기 정송 피크값 Fsi와 초기 역송 피크값 Fri를 동등한 값으로 설정하면, 시간 비율에 의한 평균 초기 송급 속도 Fi의 조정이 더욱 용이해진다.

본 실시 형태에 있어서의 각 수치의 일례를 이하에 나타낸다.

(초기 기간 Ti)

초기 주파수 Si는 통상 50∼150Hz이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 100Hz 정도이다. 초기 시간 비율은, 통상 0.5017∼0.505이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 0.5033 정도이다. 초기 정송 피크값 Fsi는, 30∼50m/분이고, 바람직하게는 30∼40m/분이다. 초기 역송 피크값 Fri는, 통상 30∼50m/분이고, 바람직하게는 30∼40m/분이다. 평균 초기 송급 속도 Fi는, 1∼3m/분이다.

(정상 용접 기간 Tc)

송급 속도의 1주기는, 통상 8∼20ms이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 10ms 정도이다. 단락 기간은, 통상 2∼10ms이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 4ms 정도이다. 아크 기간은, 통상 3∼15ms이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 6ms 정도이다. 정상 정송 피크값 Fsc는, 통상 30∼100m/분이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 80m/분 정도이다. 정상 역송 피크값 Frc는, 통상 -30∼-100m/분이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 -70m/분 정도이다. 평균 송급 속도는, 통상 3∼15m/분이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 10m/분 정도이다. 정송 기간과 역송 기간의 전환 시의 변화율은, 통상 1ms당 30∼200m/분의 변화이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 1ms당 100m/분 정도의 변화이다. 또한, 평균 용접 전류는, 통상 50∼350A이고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 250A 정도이다.

상술한 실시 형태에 의하면, 용접 개시 시에 용접 와이어가 송급을 개시하고 나서 용접 와이어가 모재와 1회 또는 복수 회 접촉한 후에 용접 전류가 통전할 때까지의 초기 기간 중에는, 정역 송급 제어를 행함과 함께, 정송 피크값을 20∼50m/분의 범위로 설정한다. 이에 의해, 본 실시 형태에서는, 용접 와이어 선단부의 슬래그 부착 상태에 관계없이, 확실하게 슬래그를 제거할 수 있다. 이 때문에, 아크 스타트 불량을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 초기 기간 중의 송급 속도의 평균값(평균 초기 송급 속도 Fi)의 조정을, 정송 기간과 역송 기간의 시간 비율을 변화시켜 행한다. 이에 의해, 평균 초기 송급 속도 Fi를 적정 범위로 정확하게 조정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 초기 기간 중의 송급 속도의 평균값(평균 초기 송급 속도 Fi)의 조정을, 정송 피크값과 역송 피크값을 동등한 값으로 설정하고, 또한 정송 기간과 역송 기간의 시간 비율을 변화시켜 행한다. 이에 의해, 평균 초기 송급 속도 Fi의 조정을, 더욱 정확하고 또한 신속하게 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 초기 기간 중의 송급 속도의 평균값(평균 초기 송급 속도 Fi)의 조정을, 1∼3m/분의 범위로 한다. 이에 의해, 용접 와이어와 모재가 단락 상태가 되고 나서 아크가 발생할 때까지의 시간을 짧게 할 수 있어, 아크 스타트성을 향상시킬 수 있다.

1 : 용접 와이어
2 : 모재
3 : 아크
4 : 용접 토치
5 : 송급 롤
CD : 전류 통전 판별 회로
Cd : 전류 통전 판별 신호
DIR : 초기 시간 비율 설정 회로
Dir : 초기 시간 비율 설정 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
FC : 송급 제어 회로
Fc : 송급 제어 신호
FCR : 정상 용접 기간 송급 속도 설정 회로
Fcr : 정상 용접 기간 송급 속도 설정 신호
Fi : 평균 초기 송급 속도
FIR : 초기 기간 송급 속도 설정 회로
Fir : 초기 기간 송급 속도 설정 신호
FR : 송급 속도 설정 회로
Fr : 송급 속도 설정 신호
Frc : 정상 역송 피크값
FRCR : 정상 역송 피크값 설정 회로
Frcr : 정상 역송 피크값 설정 신호
Fri : 초기 역송 피크값
FRIR : 초기 역송 피크값 설정 회로
Frir : 초기 역송 피크값 설정 신호
Fsc : 정상 정송 피크값
FSCR : 정상 정송 피크값 설정 회로
Fscr : 정상 정송 피크값 설정 신호
Fsi : 초기 정송 피크값
FSIR : 초기 정송 피크값 설정 회로
Fsir : 초기 정송 피크값 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
Lw : 용접 와이어 선단부·모재간 거리
PM : 전원 주회로
SD : 단락 판별 회로
Sd : 단락 판별 신호
Si : 초기 주파수
SIR : 초기 주파수 설정 회로
Sir : 초기 주파수 설정 신호
ST : 용접 개시 회로
St : 용접 개시 신호
STI : 초기 기간 타이머 회로
Sti : 초기 기간 타이머 신호
SW : 전원 특성 전환 회로
Tc : 정상 용접 기간
Ti : 초기 기간
VD : 전압 검출 회로
Vd : 전압 검출 신호
Vw : 용접 전압
WL : 리액터
WM : 송급 모터

Claims (4)

1. 용접 와이어의 송급 속도를 정송 기간과 역송 기간으로 교대로 전환하는 정역 송급 제어를 행하고, 단락 기간과 아크 기간을 발생시켜 용접하는 아크 용접 제어 방법에 있어서,
   용접 개시 시에 상기 용접 와이어가 송급을 개시하고 나서 상기 용접 와이어가 모재와 1회 또는 복수 회 접촉한 후에 용접 전류가 통전할 때까지의 초기 기간 중에는, 상기 정역 송급 제어를 행하고,
   상기 초기 기간 중의 상기 송급 속도의 평균값의 조정을 초기 정송 피크값과 초기 역송 피크값을 동등한 값으로 설정하고, 또한 상기 정송 기간과 상기 역송 기간의 시간 비율을 변화시켜 행하며,
   상기 초기 기간 종료 후의 정상 용접 기간 중에는, 상기 단락 기간과 상기 아크 기간에 동기하여 상기 정송 기간과 상기 역송 기간을 전환하고, 또한 상기 송급 속도의 평균값의 조정을 정상 정송 피크값 및 정상 역송 피크값을 변화시켜 행하는 것을 특징으로 하는, 아크 용접 제어 방법.
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