KR102636283B1 - 용접 아크 점화 방법 - Google Patents

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Abstract

소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부와 워크피스(W) 사이에 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하는 방법 및 장치로서,
상기 워크피스(W) 표면과 접촉 또는 단락이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극, SDE의 와이어 단부(end)에 의해 요구되는 지속시간(time duration) 또는 거리(S)를 판정하는 단계(S1); 및 상기 판정된 거리 또는 지속시간에 의해 설정된 점화 에너지, EZ 로 상기 용접 아크(SLB)를 점화하는 단계(S2)를 포함한다.

Description

용접 아크 점화 방법
본 발명은 소모성 용접 와이어 전극의 와이어 단부(end)와 워크피스(workpiece) 사이에 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
아크 용접에서, 공정 중에 용융되고 동시에 충전재(filler material)로 제공되는 용접 와이어 전극과 워크피스(work piece) 사이에서 용접 아크는 연소한다. 상기 워크피스와 상기 용접 와이어 전극 사이에서 용접 아크는 연소하고, 4000K 보다 높은 온도에 도달한다. 상기 용접 아크는 상기 워크피스의 매우 작은 표면에서 작용하기 때문에, 아크 용접에서 전력 밀도(power density)가 상대적으로 높아서, 높은 용접 속도를 가능하게 한다. 상기 용접 아크는 소위 접촉 점화에 의하여 점화되며, 여기서 용접 와이어 전극은 상기 워크피스와 접촉한다. 단락(short-circuit)으로 인해 높은 전류(electrical current)가 흐르고, 이로 인해 용접 와이어 전극이 팁(tips) 또는 용접 와이어의 단부에서 용융을 야기하고 용접 아크를 점화한다.
그러나, 상기 점화 공정(ignition procedure) 동안 상기 용접 와이어 전극의 용접 와이어 단부는 공구(tool)와 접촉할 때 상기 공구의 표면에 용접되어 잔류할 수 있고, 따라서 용접 아크의 점화를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 용접 와이어 단부와 상기 워크피스의 표면 사이에 상기 용접 아크는 용접 공정(welding process)동안 중단될 수 있어서, 용접 아크의 재점화가 필요하다. 일반적인 용접 아크 방법의 경우에, 상기 용접 와이어 전극의 와이어 단부의 열상태는 고려하지 않는다. 결과적으로, 일반적인 용접 아크 방법의 경우에, 상기 용접 와이어 전극의 자유(free) 용접 와이어 단부는 적절한 점화 에너지가 공급되지 않아, 재점화 동안 아크 중단(arc break) 또는 용접 개시 불량이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 소모성 용접 와이어 전극의 와이어 단부와 워크피스 사이에 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하는 방법 및 장치를 제공함으로써, 용접 공정에서 용접 개시 불량을 방지하고 확실하게 상기 용접 아크를 점화 또는 재점화하는 것이다. 본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1에 기재된 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명은 소모성 용접 와이어 전극의 와이어 단부와 워크피스(workpiece) 사이에 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하는 방법으로서,
상기 워크피스의 표면과 접촉(contact) 또는 단락(short-circuit)이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극의 자유 와이어 단부에 의해 요구되는 지속시간(time duration) 또는 거리를 판정하는 단계, 및
상기 판정된 거리 또는 판정된 지속시간에 의해 설정된 점화 에너지로 상기 용접 아크를 점화하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 하나의 가능한 구현례(embodiment)에서, 상기 소모성 용접 와이어 전극의 상기 자유 와이어 단부는 녹는 지점(melting point)에서 상기 용접 와이어 전극을 단절(severing)하여 형성된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 가능한 구현례에서, 상기 용접 와이어 전극의 단절은 상기 용접 와이어 전극에 높은 전류(electrical current)의 적용(applying) 및/또는 와이어 공급 속도를 감속하거나 심지어 마이너스가 되게 만드는 것에 의해 영향을 받는다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 용접 와이어 전극의 단절은 상기 용접 와이어 전극과 상기 워크피스 사이의 단락이 검출되자마자 전류를 공급하는 것 및/또는 상기 와이어 공급 속도를 감소하는 것에 의해 영향을 받는다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 소모성 용접 와이어 전극은 상기 용접 아크가 연소되고 있는 동안 와이어 이송 속도로 상기 워크피스의 표면을 향해 이송된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 용접 아크의 소멸은 상기 용접 와이어 전극의 이송 동안 식별된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 워크피스의 표면과 접촉 또는 단락이 될 때까지 녹는 지점(melting point)에서 형성된 상기 소모성 용접 와이어 전극의 와이어 단부에 의해 커버되는 상기 거리는 상기 와이어 이송 속도 및/또는 검출된 시간차에 의해 판정된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 워크피스의 표면과 접촉 또는 단락이 될 때까지 녹는 지점(melting point)에서 형성된 상기 소모성 용접 와이어 전극의 와이어 단부에 의해 커버되는 상기 거리는 와이어 이송 가속도 및 검출된 시간차에 의해 판정된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 검출된 시간차는 상기 소모성 용접 와이어 전극의 단절 및/또는 상기 용접 아크의 소멸 시간과 상기 워크피스의 표면과 상기 소모성 용접 와이어 전극의 상기 와이어 단부의 접촉 또는 단락이 되는 시간 사이의 시간 간격(time period)을 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 워크피스의 표면과 접촉 또는 단락이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극의 상기 와이어 단부에 의해 요구되는 지속시간 또는 거리는 센서에 의해 측정된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하기 위한 점화 에너지는 거리의 증가가 판정될 때 또는 지속시간의 증가가 판정될 때 보통(normal)의 점화 에너지보다 높게 자동적으로 설정된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 용접 파라미터(welding parameters)를 위한 연관된 파라미터 세트(associated parameter sets)는 상기 거리의 다양한 거리 값 또는 검출된 시간차 값에 대한 파라미터 세트 메모리로부터 판독되고, 상기 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하기 위한 상기 점화 에너지는 상기 용접 파라미터의 상기 판독된 파라미터 값에 따라 설정된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 파라미터 세트는 상기 점화 공정 동안 상기 소모성 용접 와이어 전극의 점화 전류, I, 점화 전압, U, 및/또는 펄스 주파수(pulse frequency) 및/또는 와이어 이송 속도, VD, 및/또는 와이어 이송 가속도, ap를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 용접 공정은 점화 단계(ignition phase), 공정 개시 단계(process start phase) 및 주공정 단계(main process phase)를 포함하고, 상이한 단계에서 각기 수행되는 상기 점화 공정의 점화 에너지는 본 발명에 따른 점화 방법에 따라 설정된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하기 위한 상기 점화 에너지는 상기 판정된 거리 또는 판정된 지속시간에 의해 저장된 특성 커브(stored characteristic curve)에 따라 자동적으로 설정된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 상기 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하기 위한 상기 점화 에너지는 상기 판정된 거리 또는 판정된 지속시간에 의해 판정되거나 계산된다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 가능한 구현례에서, 검출된 단락 후에 상기 소모성 용접 와이어 전극을 단절하기 위한 전류 진폭(current amplitude)은 상기 용접 와이어 전극의 직경에 의해 및/또는 상기 용접 와이어 전극의 전기 전도도 및 비열용량(specific heat capacity)에 의해 설정된다.
제2의 양태에 따라, 본 발명은 청구항 12에서 언급된 특징을 갖는 점화 장치를 더 제공한다.
따라서, 본 발명은 소모성 용접 와이어 전극의 와이어 단부와 워크피스 사이에 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하기 위한 점화 장치로서,
상기 워크피스의 표면과 접촉 또는 단락 또는 용접 아크의 점화가 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극의 상기 자유 와이어 단부에 의해 요구되는 지속시간(time duration) 또는 거리를 판정하는데 적합한 판정 수단(determination unit); 및
상기 거리와 지속시간에 의해 상기 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하기 위한 점화 에너지를 설정하는데 적합한 설정 수단(setting unit)
을 포함하는 점화 장치를 제공한다.
나아가 본 발명의 추가 양태에 따르면, 본 발명은 상기 제2의 양태에 따른 점화 장치를 포함하는 아크 용접 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 점화 장치의 가능한 구현례는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 점화 방법의 예시적인 구현례를 설명하기 위한 도식화된 흐름도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 점화 장치의 하나의 가능한 구현례의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 점화 방법의 작동 모드를 설명하기 위한 다이어그램을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 점화 방법의 작동 모드를 설명하기 위한 추가 다이어그램을 나타낸다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부(end)와 워크피스(W) 사이에 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하기 위한, 본 발명에 따른 점화 방법은 본질적으로 2개의 주요 단계를 갖는다.
제1 단계(S1)에서, 상기 워크피스(W)의 표면과 접촉 또는 단락이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부에 의해 요구되는 지속시간(time duration) 또는 거리(S) 가 판정된다.
추가적인 단계(S2)에서, 상기 판정된 거리(S) 또는 상기 판정된 지속시간에 의해 설정된 점화 에너지(EZ)로 상기 용접 아크(SLB)가 점화된다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하기 위한 점화 방법은 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 자유 단부의 전류 열 상태를 고려한다. 이것은 상기 용접 아크를 점화하기 위해 불충분하거나 과도한 점화 에너지가 상기 용접 와이어 단부에 적용되는 것을 방지한다. 이것은 아크 중단(arc break)을 방지할 수 있다. 나아가, 상기 용접 아크(SLB)를 점화할 때 용접 개시 불량을 피할 수 있다.
하나의 가능한 구현례(embodiment)에서, 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부는 녹는 지점(melting point, SS)에서 상기 용접 와이어 전극을 단절하여 형성될 수 있다. 하나의 가능한 구현례에서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 이러한 단절은 상기 용접 와이어 전극에 높은 전류(I)를 가하는 것에 의해 영향을 받는다. 상기 용접 와이어 전극(SDE)은 상기 용접 와이어 전극(SDE)와 상기 워크피스(W) 사이에 장기간 단락 또는 접촉이 검출되는 즉시 전류의 인가에 의해 단절된다.
상기 용접 와이어 전극(SDE)은 연소하는 용접 아크(SLB)와 함께, 와이어 이송 속도(VD)로 상기 워크피스(W)의 표면쪽으로 이송된다. 만일 상기 용접 와이어 전극(SDE)를 이송하기 위한 용접 아크(SLB)가 소멸되면, 이것은 하나의 가능한 구현례에서 검출될 수 있다.
하나의 가능한 구현례에서, 상기 워크피스(W)의 표면과 접촉 또는 단락이 될 때까지 녹는 지점(melting point, SS)에서 형성된 상기 소모성 용접 와이어 전극의 와이어 단부에 의해 커버되는 거리(S)는 알려진 와이어 이송 속도(VD) 및 검출된 시간차(△t)에 의해 판정된다.
하나의 가능한 구현례에서, 상기 검출된 시간차는 전류의 인가에 의해 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)를 단절하는 시간과 상기 워크피스(W)의 표면에 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부의 접촉 또는 단락 시간 또는 상기 용접 아크의 점화 시간 사이의 시간 간격(time period)을 포함한다.
대안적으로, 상기 검출된 시간차는 상기 용접 아크(SLB)의 검출된 소멸 시간과 상기 워크피스(W)의 표면에 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부의 접촉 또는 단락 시간 또는 상기 용접 아크의 점화 시간 사이의 시간 간격을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가로 가능한 대안적인 구현례에서, 상기 워크피스(W) 표면과 접촉 또는 단락이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부에 의해 요구되는 상기 지속시간 또는 거리(S)는 센서에 의해 측정된다.
본 발명에 따른 방법의 하나의 가능한 구현례에서, 상기 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하기 위한 점화 에너지(EZ)는 거리의 증가가 판정될 때 또는 지속시간의 증가가 판정될 때 자동적으로 높게 설정된다.
하나의 가능한 구현례에서, 도 1에 도시된 방법에서, 용접 파라미터(SP)를 위한 연관된 파라미터 세트(associated parameter sets)는 상기 거리의 다양한 거리 값 또는 검출된 시간차 값에 대한 파라미터 세트 메모리로부터 판독되고, 상기 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하기 위한 상기 점화 에너지(EZ)는 상기 용접 파라미터(SP)의 상기 판독된 파라미터 값에 따라 설정된다.
파라미터 세트는 점화 공정 동안 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 점화 전류(I), 점화 전압(U), 및/또는 펄스 주파수(pulse frequency) 및/또는 와이어 이송 속도(VD), 및/또는 와이어 이송 가속도(ap)와 같은 파라미터를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 점화 전류 시간 및/또는 점화 전압 시간과 같은 파라미터를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 파라미터 세트 또는 상기 파라미터는 상기 세트 또는 선택된 용접 공정(예를 들어, 단락 용접 공정 또는 펄스 용접 공정)에 따라 선택된다.
하나의 가능한 구현례에서, 상기 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하기 위한 상기 점화 에너지(EZ)는 상기 판정된 거리 및/또는 판정된 지속시간에 의해 저장된 특성 커브(stored chracteristic curve)에 따라 자동적으로 설정된다. 하나의 가능한 구현례에서, 상기 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하기 위한 상기 점화 에너지(EZ)는 상기 판정된 거리 및/또는 판정된 지속시간에 의해 계산 수단(computing unit)에 의해 계산된다. 이것은 선택된 용접 공정 및 이벤트(event)에 맞게 조정된 방식에 영향을 받는다. 상기 점화 에너지는 보통(normal) 점화와 비교하여 90%까지 변화할 수 있다.
하나의 가능한 구현례에서, 검출된 단락의 이벤트에서 또는 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)을 단절하기 위한 상기 전류 진폭은 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 직경에 의해 설정된다. 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 직경이 클수록, 소모성 용접 와이어 전극(SDE)을 단절하기 위해 요구되는 전류 진폭이 커진다. 나아가, 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)를 단절하기 위한 상기 전류 진폭은 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 전기 전도도 및 비열용량(specific heat capacity)에 의해 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 점화 장치(1)의 하나의 가능한 구현례에 대한 블록도를 도 2는 나타낸다. 상기 도 2에 도시된 상기 점화 장치(1)는 판정 수단(determination unit, 2) 및 설정 수단(setting unit, 3)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 점화 장치(1)는 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부 및 워크피스(W) 사이에 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하기 위해 사용된다. 상기 용접 와이어 전극(SDE)는 용접 토치(4) 상(on)에 위치되며 스풀(spool)에서 풀려서 상기 워크피스(W) 쪽으로 이송될 수 있다. 하나의 가능한 구현례에서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)는 특정된 알려진 와이어 이송 속도(VD)로 이송된다. 상기 점화 장치(1)의 판정 수단(2)은 상기 워크피스(W)의 표면과 접촉 또는 단락 될 때까지 또는 점화될 때까지, 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부에 의해 요구되는 지속시간 또는 거리(S)를 판정하기 위해 고안된다. 하나의 가능한 구현례에서, 상기 워크피스(W)의 표면과 접촉될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부에 의해 커버되는 상기 거리(S)는 상기 용접 와이어 전극의 알려진 와이어 이송 속도(VD) 및 검출된 시간차에 의해 판정 수단(2)에 의해 판정된다. 대안적으로, 상기 워크피스(W)의 표면과 접촉 또는 단락, 또는 점화까지 상기 소모성 용접 와이어 전극의 와이어 단부에 의해 커버되는 상기 거리(S)는 알려진 와이어 이송 가속도(aD) 및 검출된 시간차(△t)에 의해 판정 수단(2)에 의해 계산될 수 있다. 하나의 가능한 구현례에서, 상기 검출된 시간차(△t)는 전류 인가에 의해 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)을 단절하는 시간과 상기 워크피스(W)의 표면과 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부의 접촉 또는 단락 시간 또는 상기 용접 아크(SLB)의 점화 시간 사이의 시간 간격을 포함한다. 나아가, 검출된 시간차(△t)는 상기 용접 아크(SLB)의 확인된 소멸 시간과 상기 워크피스(W)의 표면과 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부의 접촉 또는 단락 시간 또는 상기 용접 아크(SLB)의 점화 시간 사이의 시간 간격을 또한 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 점화 장치(1)의 추가로 가능한 구현례에서, 상기 워크피스(W)의 표면과 접촉 또는 단락이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부에 의해 요구되는 상기 지속시간 또는 거리(S)는 센서의 도움으로 측정되고 판정 수단(2)에 전달된다. 이 구현례에서, 상기 점화 장치(1)는 타이머 또는 시계를 포함한다.
상기 점화 장치(1)의 상기 설정 수단(3)은 상기 판정된 거리 및/또는 판정된 지속시간에 의해 상기 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하기 위한 점화 에너지(EZ)를 자동적으로 설정하기 위해 고안된다. 상기 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하기 위한 점화 에너지(EZ)는 상기 판정된 거리(S) 또는 지속시간에 의해 계산된다. 거리의 증가가 판정될 때 및/또는 지속시간의 증가가 판정될 때 상기 용접 아크(SLB)를 점화 및/또는 재점화하기 위한 점화 에너지는 상기 설정 수단(3)에 의해 자동적으로 높게 설정된다. 상기 거리 또는 상기 요구되는 지속시간이 증가할수록, 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부는 더 냉각되고 차가운 와이어가 더 많이 공급되므로, 상기 용접 와이어 전극(SDE)를 점화 및/또는 재점화하기 위해 더 높은 점화 에너지(EZ)가 요구된다.
하나의 가능한 구현례에서, 용접 파라미터(SP)를 위한 연관된 파라미터 세트(associated parameter sets)는 상기 거리(S)의 다양한 거리 값 또는 검출된 시간차 값을 상기 점화 장치(1)의 파라미터 세트 메모리에 저장된다. 이것들은 상기 설정 수단(3)에 의해 판독된다. 상기 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하기 위한 상기 점화 에너지(EZ)는 상기 용접 파라미터(SP)의 판독된 파라미터 값에 따라 상기 설정 수단(3)에 의해 설정된다. 하나의 가능한 구현례에서, 판독된 파라미터 세트는 상기 점화 공정 동안 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)에 대한 점화 전류(I), 점화 전압(U), 와이어 이송 속도(VD) 및/또는 와이어 이송 가속도(aD)를 포함한다. 펄스 아크에서, 상기 파라미터 세트는 펄스 주파수(pulse frequency)를 추가적으로 포함할 수 있다. 추가로 가능한 구현례에서, 상기 용접 아크를 점화 및/또는 재점화하기 위한 상기 점화 에너지(EZ)는 상기 판정된 거리(S) 및/또는 판정된 지속시간에 의해 저장된 특성 커브(stored characteristic curve)에 따라 상기 설정 수단(3)에 의해 자동적으로 설정될 수 있다. 도 2에 도시된 상기 점화 장치(1)은 아크 용접 장치에 통합되어, 용접 공정이 수행될 수 있다. 나아가 상기 아크 용접 장치의 필요한 구성은 일반적으로 알려져 있고, 여기서 논의되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 상기 점화 장치(1)의 작동 모도를 도식적으로 보여준다. 시간 t0에서, 용접 와이어 전극(SDE)는 워크피스(W)의 표면 방향으로 와이어 이송 속도(VD)로 이송된다. 용접 아크(SLB)는 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 자유 와이어 단부와 상기 워크피스(W)의 표면 사이에 위치될 수 있다. 그러나, 시간 tX에서, 오작동(malfunction) 등의 이유로 상기 SLB는 소멸된다. 상기 SLB의 소멸은 상징적으로 "X"로 표현된다. 이 이벤트(event)에서는 경로 측정이 활성화된다. 시간 t1에서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부는 상기 워크피스(W)의 표면에 접촉한다. 상기 접촉은 상기 용접 아크(SLB)를 점화한다. 시간 t1에서, 접촉이 검출될 수 있다. 상기 공정에서, 약간의 재료 이동(material transition)이 발생할 수 있다. 일부 재료는 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 팁(tip)에서 용융된다. 시간 t2에서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)는 감속된 공급 속도(VD)로 상기 워크피스(W)의 표면으로 이동되며, 도 3에 도식적으로 묘사된 바와 같이, 측정된 거리에 따라 최소로 설정된 점화 에너지(EZ)로, 용접 아크(SLB)가 점화된다. 대안적인 구현례에서, 시간 t2에서 상기 용접 와이어 전극(SDE)는 상기 워크피스(W)의 표면으로부터 멀어질 수 있다. 접촉 시간 t1에서 상기 설정된 점화 에너지(EZ)는 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부의 열 상태를 고려한다. 이를 위해 커버되는 거리(S) 또는 요구되는 시간(△t)이 커질수록, 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부는 더 냉각되고(그리고/또는) 더 차가운 와이어가 공급되고, 본 발명에 따른 방법에서 그리고 본 발명에 따른 점화 장치(1)에서 상기 용접 아크를 점화하기 위한 더 높은 점화 에너지(EZ)가 설정된다.
도 4는 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부가 상기 용접 공정의 개시 공정 동안 상기 워크피스(W)의 표면에 접촉되어 펙킹(pecking)되거나 용접되는 상황을 보여준다. 시간 t0에서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)는 상기 워크피스(W)의 표면 방향으로 알려진 와이어 이송 속도(VD)로 이동하며, 용접 아크(SLB)은 연소할 수 있고; 첫번째 점화 전에 어떠한 점화 아크(SLB)도 시간 t0에서 연소되지 않는다. 시간 t1에서, 상기 용접 와이어 전극의 용접 와이어 단부는 상기 워크피스(W)의 표면에 접촉하고, 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 단부편(end piece)이 바람직하지 않게 상기 워크피스(W)의 표면에 부착되어 있다. 이것을 분리하기 위해서, 시간 t2에서, 높은 전류 진폭을 가진 전류(Ib)가 상기 용접 와이어 전극(SDE)이 단절되도록 하기 위해서 상기 부착된 용접 와이어 전극(SDE)에 인가된다. 나아가 시간 t2에서 상기 와어어 공급 속도(VD)는 감소될 수 있다. 도 4에 나타난 바와 같이, 이것은 시간 tX에서 녹는점(melting point, SS)에서 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 새로운 와이어 단부를 초래한다. 높은 인가 전류(Ib)로 인해, 시간 tX에서, 도 4에서 해칭된 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 분리된 아래 부분은 액상으로 되고 분산(spray away)될 수 있다. 이것은 하나의 이벤트(event)로 인식되고 경로 측정(path measurement)이 시작/활성화된다. 마찬가지로, 새롭게 형성된 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 용접 와이어 단부는 와이어 이송 속도(VD)로 상기 워크피스(W)의 표면 방향으로 이제 이송된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 시간 t3에서 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 - 녹는점(melting point, SS)에서 새롭게 형성된 - 와이어 단부는 상기 워크피스(W)의 표면에 접촉한다. 시간 t4에서, 상기 접촉은 용접 아크(SLB)가 점화되는 것을 야기한다. 하나의 가능한 구현례에서, 상기 녹는점(melting point, SS)에서 형성된 상기 새로운 용접 와이어 단부는 상기 워크피스(W)의 표면으로부터 멀어질 수 있다. 도 4에 도시된 시나리오에서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 새롭게 형성된 와이어 단부는 상기 높은 인가 전류(Ib)로 인해 녹는점(melting point, SS)에서 강하게 가열되고, 용접 공정의 개시시에 예를 들어 용접 와이어 전극의 와이어 단부 보다 상당히(significantly) 따뜻하다. 시간 t3에서, 이 추가 정보는 점화 에너지(EZ)를 설정하기 위한 상기 점화 장치(1)의 설정 수단(3)에 의해 우선적으로 고려된다.
상기 워크피스의 표면에 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 용접 공정 동안(시간 t1) 원치 않는 부착의 결과(이벤트(event))로서, 만일 녹는점(melting point, SS)을 형성하기 위해 높은 전류(Ib)가 상기 용접 와이어 전극(SDE)에 인가되면(t2), 시간 t3에서 요구되는 SLB를 위한 상기 점화 에너지(Ez)는 t4에서 상응하도록 낮게 설정될 수 있다. 이 구현례에서, 상기 점화 에너지(EZ)는 이를 위해 요구되는 지속시간 또는 판정된 거리(S)에 의할 뿐만 아니라, 시간 t2에서 단절 전류(Ib) 흐름의 진폭에 의해 설정되는 것이 바람직하다. 상기 용접 와이어 전극(SDE)를 용융하기 위해 제공된 상기 전류(Ib)의 전류 진폭이 높아질수록, 시간 t3에서 상기 용접 아크(SLB)를 재점화하기 위한 상기 점화 에너지(EZ)는 더욱 낮게 설정 수단(3)에 의해 설정될 수 있다. 하나의 가능한 구현례에서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)에 유입되는 상기 열 또는 에너지는 특별히 용접 파라미터와 용접 와이어 전극(SDE)의 알려진 재료 특성에 기초하여 판정되고, 특히 계산된다. 상기 판정된 열 입력이 높을수록, 상기 점화 에너지(EZ)는 낮게 설정된다.
추가 시나리오에서, 용접 아크(SLB)의 중단(이벤트)은 상기 용접 공정 동안 검출될 수 있다. 상기 용접 아크(SLB)의 중단과 상기 워크피스(W) 표면과 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 접촉 사이의 시간은 측정되거나 기록될 수 있다. 상기 기록된 지속시간 길어질수록, 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 단부는 더욱 냉각되고 상기 점화 장치(1)의 설정 수단(3)에 의해 상기 점화 에너지(EZ)는 더 높게 설정된다. 상기 워크피스(W)에 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 바람직하지 않은 부착은 주로 첫번째 점화 공정 동안 기존의 용접 방법에서 발생한다. 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 아크 중단의 경우에, 점화 불량 후에 일어날 수 있는 드문 상황으로서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 상기 용접 와이어 단부는 상기 워크피스(W)에 용접되거나 부착한다. 이와 같은 단락을 깨기 위해서, 본 발명에 따른 방법에서 상기 용접 와이어 전극(SDE)은 높은 암페어의 전류(Ib)로 통전되는 것이 바람직하다(시간 t2). 이 단락 처리 공정에서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)는 다른 위치 또는 녹는점(melting point, SS)을 통해 용융될 수 있다. 상기 용접 와이어 전극(SDE)을 통해 녹아 내린(melt through) 후, 상기 용접 와이어 전극(SDE)은 상기 워크피스(W)의 표면 방향으로 이송된다. 그 후에, 상기 설정된 점화 에너지(EZ)의 도움으로 새로운 접촉 점화가 영향을 받아서, 용접 아크(SLB)를 형성한다.
본 발명에 따른 상기 점화 장치(1)에서, 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 용융(melt through) 시간으로부터 또는 확인된 아크 중단의 시간으로부터 재점화의 시간까지, 상기 용접 와이어 전극(SDE)에 의해 커버되는 거리(S) 및/또는 이것을 위해 요구되는 시간은 기록되고, 상기 녹는점(melting point) 또는 아크 중단의 위치가 여기로부터 도출된다. 이것은 이벤트에 따라 상기 경로나 시간이 기록된다고도 할 수 있다. 상기 판정된 거리(S) 또는 기록된 시간차는 상기 용접 와이어 전극이 시간 tX에서 용융되는 녹는점(melting point)을 나타낸다. 이것으로부터 상기 요구된 최적의 점화 에너지(EZ)는 판정되거나 계산된다. 예를 들어, 상기 용접 와이어 전극(SDE)이 기준점(base point)(기준점=워크피스에 용접된 지점)에 직접적으로 용융된다면, 높은 단락 전류(Ib)가 상기 단락을 중단하기 위해 사용되고 자유 와이어 단부가 이미 상대적으로 강하게 예열되기 때문에, 상기 점화 에너지(EZ)는 상대적으로 낮게 설정될 수 있다. 그러나, 만일 상기 용접 와이어 전극(SDE)이 상기 용접 토치(4)의 상기 접촉 튜브 방향으로 용융되면, 상기 용접 와이어 전극(SDE)은 상기 워크피스(W)의 표면에 접촉할 때까지 상대적으로 긴 경로 또는 먼 거리(S)를 커버해야 하므로, 증가된 점화 파워(EZ)는 새로 설정된 점화를 위해 설정 수단(3)에 의해 설정된다. 전방으로 이송되는 상기 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부가 전방 이동 동안 냉각되고 추가로 냉각된 와이어가 공급되기 때문에 상기 증가된 점화 파워(EZ)가 요구된다.
시간 tX에서 이벤트의 이유로, 상기 용접 아크(SLB)는 본 발명에 따른 방법에 해당하는 점화 에너지로 점화된다. 점화 또는 재점화 후, 시작 단계는 바람직하게 수행될 수 있고, 상기 파라미터는 마찬가지로 커버되는 거리에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 상기 용접 아크(SLB)가 낮은 점화 에너지 - 예를 들어 상기 용접 와이어가 더 강하게 가열되는 경우 - 로 점화된다면, 와이어 공급은 시작 단계에서 (가파른 경사로) 더 빠르게 증가된다.
상기 시작 단계 후, 설정된 용접 공정이 수행된다. 본 발명에 따른 상기 점화 장치(1)는 와이어 열 제어 아크 점화를 제공하고, 특히 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 단부의 전류 열 상태를 고려한다. 이것은 상기 용접 아크(SLB)를 점화 또는 재점화 하기 위한 점화 에너지(EZ)를 최적의 방식으로 허용한다. 결과적으로, 아크 중단 또는 용접 개시 불량을 상당히 방지할 수 있다. 이에 따라 상기 아크 용접 장치의 생산성이 증가된다.
1: 점화 장치(ignition device)
2: 판정 수단(determination unit)
3: 설정 수단(setting unit)
4: 용접 토치(welding torch)

Claims (16)

  1. 이벤트(event) 후에 소모성 용접 와이어 전극, SDE의 와이어 단부와 워크피스(workpiece)(W) 사이에 용접 아크(SLB)를 재점화하는 방법으로서,
    (a) 상기 워크피스(W)의 표면과 단락(short-circuit)이 될 때까지 또는 상기 용접 아크(SLB)의 재점화까지 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 자유 와이어 단부(free wire end)에 의해 요구되는 거리 또는 지속시간(time duration)을 판정하는 단계(S1); 및
    (b) 상기 판정된 거리 또는 지속시간에 의해 설정된 점화 에너지, Ez로 상기 용접 아크(SLB)를 재점화하는 단계(S2);
    를 포함하는 용접 아크 점화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 자유 와이어 단부에 의해 커버되는(covered) 거리가, 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 와이어 이송 속도(conveyance speed)와 검출된 시간차에 의해 판정되며, 상기 자유 와이어 단부는, 상기 워크피스의 표면과 단락이 될 때까지, 녹는점(melting point)에서 형성되는 용접 아크 점화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 자유 와이어 단부에 의해 커버되는 거리가, 와이어 이송 가속도(wire conveyance acceleration)와 검출된 시간차에 의해 판정되며, 상기 자유 와이어 단부는, 상기 워크피스의 표면과 단락이 될 때까지, 녹는점(melting point)에서 형성되는 용접 아크 점화 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 검출된 시간차는
    상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 단절(severance) 또는 상기 용접 아크(SLB)의 소멸(extinction) 시간과
    상기 워크피스 표면과 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 상기 자유 와이어 단부의 단락의 시간 사이의 시간 간격(time period)을 포함하는 용접 아크 점화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 워크피스의 표면과 단락이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극의 상기 와이어 단부에 의해 요구되는 상기 거리 또는 지속시간이 센서(sensors)에 의해 측정되는 용접 아크 점화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용접 아크를 재점화하기 위한 점화 에너지는, 거리 증가가 판정될 때 또는 지속시간의 증가가 판정될 때 자동적으로 높게 증가되는 용접 아크 점화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    용접 파라미터(welding parameters)를 위한 파라미터 값에 대한 연관된 파라미터 값들의 세트(associated sets of parameter values)는 상기 거리의 다양한 거리 값 또는 검출된 다양한 시간차 값에 대한 파라미터 세트 메모리로부터 판독되고,
    상기 용접 아크를 재점화하기 위한 점화 에너지는 상기 용접 파라미터의 판독된 파라미터 값들의 세트에 의해 설정되는 용접 아크 점화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    각각의 파라미터 값들의 세트는 점화 공정 동안 소모성 용접 와이어 전극의 점화 전류, 점화 전압, 와이어 이송 속도, 및/또는 와이어 이송 가속도를 포함하는 용접 아크 점화 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 각각의 파라미터 값들의 세트는 펄스 주파수(pulse frequency)를 포함하는 용접 아크 점화 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 용접 아크를 재점화하는 상기 점화 에너지는 상기 판정된 거리 또는 지속시간에 의해 계산되는 용접 아크 점화 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 검출된 단락 후에 상기 소모성 용접 와이어 전극을 단절하기(severing) 위한 전류 진폭은, 상기 용접 와이어 전극의 직경 또는, 상기 용접 와이어 전극의 특정 전도도(specific conductance) 및 비열용량(specific heat capacity)에 의해 설정되는 용접 아크 점화 방법.
  12. 소모성 용접 와이어 전극의 와이어 단부(end)와 워크피스 사이에 용접 아크를 재점화하는 점화 장치로서,
    상기 워크피스의 표면과 단락이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극의 자유 와이어 단부에 의해 요구되는 거리 또는 지속시간(time duration)을 판정하는데 적합한 판정 수단(determination unit); 및
    상기 거리와 지속시간에 의해 상기 용접 아크를 재점화하기 위한 점화 에너지를 설정하는데 적합한 설정 수단(setting unit)
    을 포함하는 용접 아크 점화 장치.
  13. 소모성 용접 와이어 전극의 자유 와이어 단부와 워크피스 사이에 용접 아크를 재점화하는 점화장치와 용접 토치를 포함하는 아크 용접 장치로서,
    상기 점화장치는,
    상기 워크피스의 표면과 단락이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극의 상기 자유 와이어 단부에 의해 요구되는 거리 또는 지속시간(time duration)을 판정하는데 적합한 판정 수단(determination unit); 및
    상기 거리와 지속시간에 의해 상기 용접 아크를 재점화하기 위한 점화 에너지를 설정하는데 적합한 설정 수단(setting unit)
    을 포함하는 아크 용접 장치.
  14. 이벤트(event) 후에 소모성 용접 와이어 전극, SDE의 와이어 단부와 워크피스(workpiece)(W) 사이에 용접 아크(SLB)를 점화하는 방법으로서,
    (a) 상기 워크피스(W)의 표면과 접촉이 될 때까지 또는 상기 용접 아크(SLB)의 점화까지 상기 소모성 용접 와이어 전극(SDE)의 자유 와이어 단부(free wire end)에 의해 요구되는 거리 또는 지속시간(time duration)을 판정하는 단계(S1); 및
    (b) 상기 판정된 거리 또는 지속시간에 의해 설정된 점화 에너지, Ez로 상기 용접 아크(SLB)를 점화하는 단계(S2);
    를 포함하는 용접 아크 점화 방법.
  15. 소모성 용접 와이어 전극)의 와이어 단부(end)와 워크피스 사이에 용접 아크를 점화하는 점화 장치로서,
    상기 워크피스의 표면과 접촉이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극의 자유 와이어 단부에 의해 요구되는 거리 또는 지속시간(time duration)을 판정하는데 적합한 판정 수단(determination unit); 및
    상기 거리와 지속시간에 의해 상기 용접 아크를 점화하기 위한 점화 에너지를 설정하는데 적합한 설정 수단(setting unit)
    을 포함하는 용접 아크 점화 장치.
  16. 소모성 용접 와이어 전극의 자유 와이어 단부와 워크피스 사이에 용접 아크를 점화하는 점화장치와 용접 토치를 포함하는 아크 용접 장치로서,
    상기 점화장치는,
    상기 워크피스의 표면과 접촉이 될 때까지 상기 소모성 용접 와이어 전극의 상기 자유 와이어 단부에 의해 요구되는 거리 또는 지속시간(time duration)을 판정하는데 적합한 판정 수단(determination unit); 및
    상기 거리와 지속시간에 의해 상기 용접 아크를 점화하기 위한 점화 에너지를 설정하는데 적합한 설정 수단(setting unit)
    을 포함하는 아크 용접 장치.





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