KR20160117413A

KR20160117413A - 아크 용접 방법

Info

Publication number: KR20160117413A
Application number: KR1020167015110A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 모리; 종지에 리우; 도시로 우에조노
Original assignee: 가부시키가이샤 다이헨
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-10-10
Also published as: US20160332247A1; JP6555824B2; US11224929B2; KR102199238B1; WO2015125642A1; JPWO2015125642A1; CN105792973A; CN105792973B

Abstract

용접 와이어(1)를 송급하고, 스프레이 이행 형태에 따라 용접하는 아크 용접 방법에 있어서, 제1 기간(T1) 중에는 제1 용접 전류(Iw1)를 통전하고, 제2 기간(T2) 중에는 제2 용접 전류(Iw2)를 통전하고, 제3 기간(T3) 중에는 제3 용접 전류(Iw3)를 통전하고, 0<Iw2<Iw3<Iw1이며, 제1 기간 T1 내지 제3 기간 T3을 반복해서 행하고, 제1 기간(T1)에 의해 용접 와이어(1) 바로 아래의 용융 금속을 얇은 상태로 하고, 제2 기간(T2)에 의해 아크(3)를 용접 와이어(1) 바로 아래에 집중시키고, 제3 기간(T3)에 의해 용융지에 집중해서 가열하고, 그 후는 용융지를 완만하게 함으로써, 깊은 용입을 형성할 수 있어, 고품질화를 도모할 수 있다.

Description

아크 용접 방법{ARC WELDING METHOD}

본 발명은 용접 와이어를 송급해서 스프레이 이행 상태에 따라 용접하는 아크 용접 방법의 고품질화에 관한 것이다.

아르곤 가스와 탄산 가스의 혼합 가스를 실드 가스로 해서 솔리드 와이어를 사용하는 머그 용접, 탄산 가스를 실드 가스로 해서 플럭스 내장 와이어를 사용하는 아크 용접, 실드 가스를 사용하지 않고 셀프 실드용 플럭스 내장 와이어를 사용하는 셀프 실드 아크 용접 등은, 용적 이행 형태가 스프레이 이행 형태로 된다. 스프레이 이행 형태에서는, 아크 열에 의해 용접 와이어 선단이 용융되어 미립으로 되어 용융지로 이행한다. 스프레이 이행 형태에서는, 용적은 단락 이행하는 것이 아니고, 자유 낙하에 의해 이행한다.

스프레이 이행 형태에 의한 아크 용접(이하, 스프레이 이행 용접이라고 함)에는, 정전압 특성의 용접 전원이 사용되고, 용접 와이어는 정속 송급된다. 스프레이 이행 용접에서는, 스패터의 발생량이 적고, 비드 외관도 양호해지는 특징이 있다. 반면, 스프레이 이행 용접에서는, 아크 길이가 단락 이행 용접과 비교해서 길어지고, 아크가 넓어진 형상으로 되기 때문에, 용입이 얕아진다. 이 점은, 워크에 따라서는 용접 품질상 문제가 되는 경우가 있다. 이하, 종래 기술의 스프레이 이행 용접에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 13은, 일반적인 스프레이 이행 용접에 있어서의 전압·전류 파형도이다. 도 13의 (A)는 용접 전원의 정전압 특성의 출력값을 설정하기 위한 전압 설정 신호 Er의 시간 변화를 나타내고, 도 13의 (B)는 용접 와이어와 모재 사이에 인가하는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 13의 (C)는 아크를 통전하는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타낸다. 이하, 도 13를 참조하여 설명한다.

도 13의 (A)에 도시하는 바와 같이, 전압 설정 신호 Er은, 일정값으로 설정되어 있다. 도 13의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 상하로 약간 변동되어 있지만, 대략 일정값으로 되어 있다. 도 13의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw도, 상하로 약간 변동되어 있지만, 대략 일정값으로 되어 있다. 용접 전압 Vw의 순간값이 전압 설정 신호 Er에 의해 설정된다. 용접 전류 Iw의 평균값은, 용접 와이어의 송급 속도에 의해 설정된다.

특허문헌 1의 발명에서는, 스프레이 이행 용접 및 글로뷸 이행 용접에 있어서, 용접 전원의 출력 전압을 100㎐ 이상 600㎐ 이하의 주파수에서 주기적으로 변화시킴으로써, 용접 전류를 20A 이상 100A 이하의 전류 진폭 내에서 변화시켜서 용접한다. 이에 의해, 특허문헌 1의 발명에서는, 스프레이 이행 용접 및 글로뷸 이행 용접에 있어서, 아크 길이의 변동을 억제하고, 용적 이행을 규칙적으로 하여 미립화할 수 있으므로, 용접 상태의 안정성을 향상시킬 수 있다.

일본 특허 공개 2007-229775호 공보

그래서, 본 발명에서는, 스프레이 이행 용접에 있어서, 용입을 깊게 해서 고품질화를 도모할 수 있는 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 용접 와이어를 송급하고, 스프레이 이행 형태에 따라 용접하는 아크 용접 방법에 있어서,

제1 기간 중에는 제1 용접 전류 Iw1을 통전하고, 제2 기간 중에는 제2 용접 전류 Iw2를 통전하고, 제3 기간 중에는 제3 용접 전류 Iw3을 통전하고, 0<Iw2<Iw3<Iw1이며, 상기 제1 기간 내지 상기 제3 기간을 반복해서 행하는, 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 제3 기간은, 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간보다도 긴 기간인, 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법이다.

본 발명은 상기 제3 용접 전류 Iw3으로부터 상기 제1 용접 전류 Iw1로의 변화시의 경사는, 상기 제2 용접 전류 Iw2로부터 상기 제3 용접 전류 Iw3으로의 변화시의 경사보다도 완만한, 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 제1 용접 전류 Iw1로부터 상기 제2 용접 전류 Iw2로의 변화시의 경사는, 미리 정한 기준 경사보다도 완만한, 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 제3 용접 전류 Iw3은, 우측으로 하향하고 있는 계단 형상으로 변화되는 전류인, 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 용접 와이어와 모재 사이에 단락이 발생했을 때는, 이 단락이 해제되어 아크가 재발생한 시점부터 상기 제3 기간을 개시하는, 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 빈도에 따라, 상기 제2 기간 및/또는 상기 제2 용접 전류 Iw2를 변화시키는, 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 빈도에 따라, 용접 전압의 평균값을 변화시키는, 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 시간 길이에 따라, 상기 제2 기간 및/또는 상기 제2 용접 전류 Iw2를 변화시키는, 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 시간 길이에 따라, 용접 전압의 평균값을 변화시키는, 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 제1 기간 중에는, 용융지에 큰 아크 압력이 작용하여, 용융지는 와이어 바로 아래가 오목하게 들어간 오목 형상으로 되고, 와이어 바로 아래의 용융 금속이 얇은 상태가 된다. 계속되는, 제2 기간 중에는, 아크 형상은 오므라든 형상으로 되고, 아크가 와이어 바로 아래의 용융 금속이 얇은 상태로 된 부분에 집중된 상태로 된다. 계속되는, 제3 기간 중에는, 전반에서는 용융지가 오목하게 들어간 부분이 아크에 의해 집중해서 가열되고, 후반에서는 아크 압력이 일정하므로 용융지가 오목하게 들어간 부분이 없어져 완만한 상태로 된다. 본 발명에서는, 이 제1 기간 내지 제3 기간을 반복함으로써, 스프레이 이행 용접에 있어서, 용입을 깊게 해서 고품질화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도.
도 6은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도.
도 7은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도.
도 8은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도.
도 9는 본 발명의 실시 형태 5에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도.
도 10은 본 발명의 실시 형태 6에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도.
도 11은 본 발명의 실시 형태 7에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도.
도 12는 본 발명의 실시 형태 8에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도.
도 13은 종래 기술에 있어서, 일반적인 스프레이 이행 용접에 있어서의 전압·전류 파형도.

[실시 형태 1]

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

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

전원 주 회로 PM은, 3상 200V 등의 상용 전원(도시는 생략)을 입력으로 해서, 후술하는 전압 오차 증폭 신호 Ev에 의한 인버터 제어에 의해 출력 제어를 행하여, 출력 전압 E를 출력한다. 이 전원 주 회로 PM은, 도시는 생략하지만, 상용 전원을 정류하는 1차 정류 회로, 정류된 직류를 평활하는 콘덴서, 평활된 직류를 고주파 교류로 변환하는 인버터 회로, 고주파 교류를 아크 용접에 적합한 전압값으로 강압한 고주파 변압기, 강압된 고주파 교류를 정류하는 2차 정류 회로, 상기 전압 오차 증폭 신호 Ev를 입력으로 해서 PWM 제어 등의 변조 제어를 행하여 상기 인버터 회로를 구동하는 구동 회로를 구비하고 있다. 리액터 WL은, 상기 출력 전압 E를 평활해서 용접 전압 Vw를 출력한다.

용접 와이어(1)는, 송급 모터(도시는 생략)에 결합된 송급 롤(5)의 회전에 의해 용접 토치(4) 내를 송급되고, 모재(2)와의 사이에 아크(3)가 발생해서 용접이 행하여진다. 용접 토치(4) 내의 급전 칩(도시는 생략)과 모재(2) 사이에 용접 전압 Vw가 인가되고, 아크(3) 중을 용접 전류 Iw가 통전된다.

전압 설정 회로 ER은, 미리 정한 전압 설정 신호 Er을 출력한다. 전압 증가값 설정 회로 EUR은, 미리 정한 전압 증가값 설정 신호 Eur을 출력한다. 전압 감소값 설정 회로 EDR은, 미리 정한 전압 감소값 설정 신호 Edr을 출력한다.

제1 기간 설정 회로 T1R은, 미리 정한 제1 기간 설정 신호 T1r을 출력한다. 제2 기간 설정 회로 T2R은, 미리 정한 제2 기간 설정 신호 T2r을 출력한다. 제3 기간 설정 회로 T3R은, 미리 정한 제3 기간 설정 신호 T3r을 출력한다.

전압 제어 설정 회로 ECR은, 상기 전압 설정 신호 Er, 상기 전압 증가값 설정 신호 Eur, 상기 전압 감소값 설정 신호 Edr, 상기 제1 기간 설정 신호 T1r, 상기 제2 기간 설정 신호 T2r 및 상기 제3 기간 설정 신호 T3r을 입력으로 해서, 이하의 처리를 행하여, 전압 제어 설정 신호 Ecr을 출력한다.

1) 제1 기간 설정 신호 T1r에 의해 정해지는 제1 기간 T1 중에는, Ecr=Er+Eur을 출력한다.

2) 계속해서, 제2 기간 설정 신호 T2r에 의해 정해지는 제2 기간 T2 중에는, Ecr=Er-Edr을 출력한다.

3) 계속해서, 제3 기간 설정 신호 T3r에 의해 정해지는 제3 기간 T3 중에는, Ecr=Er을 출력한다.

4) 상기 1) 내지 3)을 반복한다.

출력 전압 검출 회로 ED는, 상기 출력 전압 E를 검출하여, 출력 전압 검출 신호 Ed를 출력한다. 전압 오차 증폭 회로 EV는, 상기 전압 제어 설정 신호 Ecr(+)과 이 출력 전압 검출 신호 Ed(-)와의 오차를 증폭하여, 전압 오차 증폭 신호 Ev를 출력한다. 이 전압 오차 증폭 회로 EV에 의해, 용접 전원은 정전압 제어된다.

도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도이다. 도 2의 (A)는 전압 제어 설정 신호 Ecr의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (B)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (C)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타낸다. 도 2는, 상술한 도 13과 대응하고 있다. 이하, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2의 (A)에 도시하는 바와 같이, 전압 제어 설정 신호 Ecr은, 도 1의 전압 제어 설정 회로 ECR에 의해 주기적으로 진동하는 파형이며, 시각 t1 내지 t2의 미리 정한 제1 기간 T1 중에는 전압 설정 신호 Er에 전압 증가값 설정 신호 Eur을 가산한 값이 되고, 시각 t2 내지 t3의 미리 정한 제2 기간 T2 중에는 전압 설정 신호 Er로부터 전압 감소값 설정 신호 Edr을 감산한 값이 되고, 시각 t3 내지 t4의 미리 정한 제3 기간 T3 중에는 전압 설정 신호 Er의 값이 된다. 전압 제어 설정 신호 Ecr은, 시각 t1 내지 t4를 1주기로 해서 반복되는 진동 파형이 된다. 여기서, Er>0, Eur>0, Edr>0, Ecr>0이다.

도 2의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 전압 제어 설정 신호 Ecr에 의해 설정되므로 진동 파형이 되고, 시각 t1 내지 t2의 제1 기간 T1 중에는, 제3 용접 전압값 Vw3으로부터 경사를 갖고 증가하여 대략 일정값의 제1 용접 전압값 Vw1이 되고, 시각 t2 내지 t3의 제2 기간 T2 중에는, 제1 용접 전압값 Vw1로부터 경사를 갖고 감소하여 대략 일정값의 제2 용접 전압값 Vw2가 되고, 시각 t3 내지 t4의 제3 기간 T3 중에는, 제2 용접 전압값 Vw2로부터 경사를 갖고 증가하여 대략 일정값의 제3 용접 전압값 Vw3이 된다. 제1 용접 전압값 Vw1은 Er+Eur에 의해 설정되고, 제2 용접 전압값 Vw2는 Er-Edr에 의해 설정되고, 제3 용접 전압값 Vw3은 Er에 의해 설정된다.

도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 용접 전압 Vw와 아크 부하에 의해 정해지며, 용접 전압 Vw가 진동하고 있으므로 진동 파형이 되고, 시각 t1 내지 t2의 제1 기간 T1 중에는, 제3 용접 전류값 Iw3으로부터 경사를 갖고 증가하여 대략 일정값의 제1 용접 전류값 Iw1이 되고, 시각 t2 내지 t3의 제2 기간 T2 중에는, 제1 용접 전류값 Iw1로부터 경사를 갖고 감소하여 대략 일정값의 제2 용접 전류값 Iw2가 되고, 시각 t3 내지 t4의 제3 기간 T3 중에는, 제2 용접 전류값 Iw2로부터 경사를 갖고 증가하여 대략 일정값의 제3 용접 전류값 Iw3이 된다. 여기서, 0<Iw2<Iw3<Iw1이다.

도 2에 있어서는, 기간 변화시의 각 경사는, 도 1의 리액터 WL 및 용접 케이블의 합산 인덕턴스값에 의해 정해지는 값이 된다. 따라서, 실시 형태 1에서는, 이 경사를 임의로 설정할 수는 없다.

이어서, 각 기간의 작용 효과에 대해서 설명한다. 제1 기간 T1 중에는, 용접 전류 Iw는 가장 큰 값인 제1 용접 전류값 Iw1이 되므로, 용융지에 큰 아크 압력이 작용하여, 용융지는 와이어 바로 아래가 오목하게 들어간 오목 형상으로 되고, 와이어 바로 아래의 용융 금속이 얇은 상태가 된다. 제2 기간 T2 중에는, 용접 전류 Iw는 가장 작은 값인 제2 용접 전류값 Iw2가 되므로, 아크 형상은 오므라든 형상으로 되고, 아크가 와이어 바로 아래의 용융 금속이 얇은 상태로 된 부분에 집중된 상태로 된다. 제3 기간 T3 중에는, 용접 전류 Iw는 용접 와이어의 송급 속도에 의해 정해지는 용접 전류값과 가까운 중간의 값인 제3 용접 전류값 Iw3이 된다. 이 제3 용접 전류값 Iw3을 대략 일정값으로 유지함으로써, 제3 기간 T3의 전반에서는 용융지가 오목하게 들어간 부분이 아크에 의해 집중해서 가열되고, 후반에서는 아크 압력이 일정하므로 용융지가 오목하게 들어간 부분이 없어져 완만한 상태로 된다. 제1 기간 T1로 이행하는 시점에 있어서, 용융지가 완만한 상태로 되어 있지 않으면, 제1 기간 T1 중에 와이어 바로 아래가 오목하게 들어간 형상으로 되지 않고 찌그러진 형상으로 되어, 용입을 깊게 하는 작용 효과가 상실되게 된다. 따라서, 제3 기간 T3의 종료 시점에 있어서 용융지를 확실하게 완만한 상태로 하기 위해서, 제3 기간 T3은 제1 기간 T1 및 제2 기간 T2보다도 긴 기간으로 설정되는 것이 바람직하다. 이 작용 효과에 의해, 깊은 용입 형상을 안정되게 형성할 수 있다.

제1 용접 전류값 Iw1에 의해, 용융지를 오목하게 들어간 오목 형상으로 변형시킬 수 있도록, 제1 용접 전압값 Vw1(전압 증가값 설정 신호 Eur) 및 제1 기간 T1(제1 기간 설정 신호 T1r)을 설정한다. 또한, 제2 용접 전류값 Iw2에 의해, 아크를 오므라든 형상으로 해서 와이어 바로 아래에 집중시키도록, 제2 용접 전압값 Vw2(전압 감소값 설정 신호 Edr) 및 제2 기간 T2(제2 기간 설정 신호 T2r)를 설정한다. 또한, 제3 용접 전류값 Iw3에 의해, 오목하게 들어간 부분에 집중해서 가열시킨 후에 용융지가 완만한 상태로 되도록, 제3 용접 전압값 Vw3(전압 설정 신호 Er) 및 제3 기간 T3(제3 기간 설정 신호 T3r)을 설정한다. 용접 전류 Iw가 제1 용접 전류값 Iw1 내지 제3 용접 전류값 Iw3이 되도록 정전류 제어하지 않는 것은, 아크 길이를 적정값으로 유지하기 위해서는 정전압 제어할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 간접적으로 용접 전류 Iw를 설정하고 있게 된다. 이 때문에, 아크 부하 상태에 따라, 제1 용접 전류값 Iw1 내지 제3 용접 전류값 Iw3은 약간 변동되게 된다.

이어서, 수치예를 들기로 한다. 용접 와이어에 셀프 실드용 플럭스 내장 와이어(재질: 철강, 직경: 1.6mm)를 사용하고, 평균 용접 전류가 250A, 평균 용접 전압이 21V에서 용접한 경우의 수치예이다. Er=21V, Eur=10V, Edr=10V, T1r=2㎳, T2r=4㎳, T3r=5㎳이다. 이 결과, Vw1=31V, Vw2=11V, Vw3=21V가 되고, Iw1=400A, Iw2=60A, Iw3=250A가 된다.

상술한 실시 형태 1에 의하면, 스프레이 이행 용접에 있어서, 제1 기간 중에는 제1 용접 전류 Iw1을 통전하고, 제2 기간 중에는 제2 용접 전류 Iw2를 통전하고, 제3 기간 중에는 제3 용접 전류 Iw3을 통전하고, 0<Iw2<Iw3<Iw1이며, 상기 제1 기간 내지 상기 제3 기간을 반복해서 행한다. 제1 기간 중에는, 용융지에 큰 아크 압력이 작용하여, 용융지는 와이어 바로 아래가 오목하게 들어간 오목 형상으로 되고, 와이어 바로 아래의 용융 금속이 얇은 상태가 된다. 계속해서, 제2 기간 중에는, 아크 형상은 오므라든 형상으로 되고, 아크가 와이어 바로 아래의 용융 금속이 얇은 상태로 된 부분에 집중된 상태로 된다. 계속해서, 제3 기간 중에는, 전반에서는 용융지가 오목하게 들어간 부분이 아크에 의해 집중해서 가열되고, 후반에서는 아크 압력이 일정하므로 용융지가 오목하게 들어간 부분이 없어져 완만한 상태로 된다. 본 실시 형태에서는, 이 제1 기간 내지 제3 기간을 반복함으로써, 스프레이 이행 용접에 있어서, 용입을 깊게 해서 고품질화를 도모할 수 있다.

[실시 형태 2]

실시 형태 2의 발명에서는, 제3 용접 전류 Iw3으로부터 제1 용접 전류 Iw1로의 변화시의 경사(제1 경사 K1), 제1 용접 전류 Iw1로부터 제2 용접 전류 Iw2로의 변화시의 경사(제2 경사 K2) 및 제2 용접 전류 Iw2로부터 제3 용접 전류 Iw3으로의 변화시의 경사(제3 경사 K3)를 용접 상태가 더 양호해지도록 원하는 값으로 설정하는 것이다.

도 3은, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 3은 상술한 도 1과 대응하고 있고, 동일 블록에는 동일 부호를 붙여서, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 3은, 도 1에 제1 경사 설정 회로 K1R, 제2 경사 설정 회로 K2R 및 제3 경사 설정 회로 K3R을 추가하고, 도 1의 전압 제어 설정 회로 ECR을 제2 전압 제어 설정 회로 ECR2로 치환한 것이다. 이하, 도 3을 참조하여 이들 블록에 대해서 설명한다.

제1 경사 설정 회로 K1R은, 미리 정한 제1 경사 설정 신호 K1r을 출력한다. 제2 경사 설정 회로 K2R은, 미리 정한 제2 경사 설정 신호 K2r을 출력한다. 제3 경사 설정 회로 K3R은, 미리 정한 제3 경사 설정 신호 K3r을 출력한다.

제2 전압 제어 설정 회로 ECR2는, 전압 설정 신호 Er, 전압 증가값 설정 신호 Eur, 전압 감소값 설정 신호 Edr, 제1 기간 설정 신호 T1r, 제2 기간 설정 신호 T2r, 제3 기간 설정 신호 T3r, 상기 제1 경사 설정 신호 K1r, 상기 제2 경사 설정 신호 K2r 및 상기 제3 경사 설정 신호 K3r을 입력으로 해서, 이하의 처리를 행하여, 전압 제어 설정 신호 Ecr을 출력한다.

1) 제1 기간 설정 신호 T1r에 의해 정해지는 제1 기간 T1이 개시되면, Ecr의 값을 Er로부터 제1 경사 설정 신호 K1r에 의해 정해지는 경사로 증가시키고, Er+Eur에 도달하면 그 값을 유지한다.

2) 계속해서, 제2 기간 설정 신호 T2r에 의해 정해지는 제2 기간 T2가 개시되면, Ecr의 값을 Er+Eur로부터 제2 경사 설정 신호 K2r에 의해 정해지는 경사로 감소시키고, Er-Edr에 도달하면 그 값을 유지한다.

3) 계속해서, 제3 기간 설정 신호 T3r에 의해 정해지는 제3 기간 T3이 개시되면, Ecr의 값을 Er-Edr로부터 제3 경사 설정 신호 K3r에 의해 정해지는 경사로 증가시키고, Er에 도달하면 그 값을 유지한다.

4) 상기 1) 내지 3)을 반복한다.

도 4는, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도이다. 도 4의 (A)는 전압 제어 설정 신호 Ecr의 시간 변화를 나타내고, 도 4의 (B)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 4의 (C)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타낸다. 도 4는, 상술한 도 2와 대응하고 있고, 동일한 부분에 관한 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 4를 참조하여 상이한 부분에 대해서 설명한다.

도 4의 (A)에 도시하는 바와 같이, 전압 제어 설정 신호 Ecr은, 도 3의 제2 전압 제어 설정 회로 ECR2에 의해 주기적으로 진동하는 파형이며, 시각 t1 내지 t2의 미리 정한 제1 기간 T1 중에는, Er로부터 미리 정한 제1 경사 K1로 증가하고, Er+Eur에 도달하면 그 값을 유지하고, 시각 t2 내지 t3의 미리 정한 제2 기간 T2 중에는, Er+Eur로부터 미리 정한 제2 경사 K2로 감소하고, Er-Edr에 도달하면 그 값을 유지하고, 시각 t3 내지 t4의 미리 정한 제3 기간 T3 중에는, Er-Edr로부터 미리 정한 제3 경사 K3으로 증가하고, Er에 도달하면 그 값을 유지한다. 전압 제어 설정 신호 Ecr은, 시각 t1 내지 t4를 1주기로 해서 반복되는 진동 파형이 된다. 여기서, Er>0, Eur>0, Edr>0, Ecr>0이다.

도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 전압 제어 설정 신호 Ecr에 의해 설정되므로 진동 파형이 되고, 시각 t1 내지 t2의 제1 기간 T1 중에는, 제3 용접 전압값 Vw3으로부터 제1 경사 K1을 갖고 증가하여 대략 일정값의 제1 용접 전압값 Vw1이 되고, 시각 t2 내지 t3의 제2 기간 T2 중에는, 제1 용접 전압값 Vw1로부터 제2 경사 K2를 갖고 감소하여 대략 일정값의 제2 용접 전압값 Vw2가 되고, 시각 t3 내지 t4의 제3 기간 T3 중에는, 제2 용접 전압값 Vw2로부터 제3 경사 K3을 갖고 증가하여 대략 일정값의 제3 용접 전압값 Vw3이 된다. 제1 용접 전압값 Vw1은 Er+Eur에 의해 설정되고, 제2 용접 전압값 Vw2는 Er-Edr에 의해 설정되고, 제3 용접 전압값 Vw3은 Er에 의해 설정된다.

도 4의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 용접 전압 Vw와 아크 부하에 의해 정해지고, 용접 전압 Vw가 진동하고 있으므로 진동 파형이 되고, 시각 t1 내지 t2의 제1 기간 T1 중에는, 제3 용접 전류값 Iw3으로부터 제1 경사 K1을 갖고 증가하여 대략 일정값의 제1 용접 전류값 Iw1이 되고, 시각 t2 내지 t3의 제2 기간 T2 중에는, 제1 용접 전류값 Iw1로부터 제2 경사 K2를 갖고 감소하여 대략 일정값의 제2 용접 전류값 Iw2가 되고, 시각 t3 내지 t4의 제3 기간 T3 중에는, 제2 용접 전류값 Iw2로부터 제3 경사 K3을 갖고 증가하여 대략 일정값의 제3 용접 전류값 Iw3이 된다. 여기서, 0<Iw2<Iw3<Iw1이다.

제1 경사 K1은 제1 경사 설정 신호 K1r에 의해 설정되고, 제2 경사 K2는 제2 경사 설정 신호 K2r에 의해 설정되고, 제3 경사 K3은 제3 경사 설정 신호 K3r에 의해 설정된다.

제1 경사 K1 내지 제3 경사 K3의 각각의 작용 효과에 대해서 설명한다. 제1 경사 K1이 너무 크면, 아크 압력의 변화가 너무 급준해져, 용융지로부터의 스패터의 비산을 발생한다. 반대로, 제1 경사 K1이 너무 작으면, 아크 압력의 변화가 너무 완만해져, 용융지를 오목하게 들어간 오목 형상으로 한다는 제1 기간 T1의 본래의 작용 효과가 손상된다. 따라서, 제1 경사 K1의 적정 범위는, 100 내지 400A/㎳가 된다. 한편, 제3 경사 K3은, 빠르게 용융지를 완만한 상태로 하기 위해서, 제1 경사 K1보다도 큰 쪽이 바람직하다.

제2 경사 K2가 너무 크면, 용접 전류 Iw의 언더슈트에 의해 아크 절단이 발생한다. 제2 경사 K2가 너무 작으면, 와이어 바로 아래에 아크를 빠르게 집중시킨다는 제2 기간 T2의 본래 작용 효과가 손상된다. 따라서, 제2 경사 K2는, 아크 절단을 발생하는 경사(기준값)보다도 큰 값으로 설정된다.

상술한 실시 형태 2에 의하면, 제3 용접 전류 Iw3으로부터 제1 용접 전류 Iw1로의 변화시의 경사(제1 경사 K1), 제1 용접 전류 Iw1로부터 제2 용접 전류 Iw2로의 변화시의 경사(제2 경사 K2) 및 제2 용접 전류 Iw2로부터 제3 용접 전류 Iw3으로의 변화시의 경사(제3 경사 K3)를 원하는 값으로 설정하고 있다. 이에 의해, 실시 형태 1의 효과 외에, 스패터의 발생을 적게 하여, 아크 절단의 발생을 억제할 수 있다.

[실시 형태 3]

실시 형태 3의 발명은, 제3 용접 전류 Iw3을 우측으로 하향하고 있는 계단 형상으로 변화시키는 것이다.

도 5는, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 5는 상술한 도 3(실시 형태 2)과 대응하고 있고, 동일 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 5는, 도 3에 제2 전압 증가값 설정 회로 EUR2를 추가하고, 도 3의 제2 전압 제어 설정 회로 ECR2를 제3 전압 제어 설정 회로 ECR3으로 치환한 것이다. 이하, 도 5를 참조하여 이들 블록에 대해서 설명한다.

제2 전압 증가값 설정 회로 EUR2는, 미리 정한 제2 전압 증가값 설정 신호 E2ur을 출력한다.

제3 전압 제어 설정 회로 ECR3은, 전압 설정 신호 Er, 전압 증가값 설정 신호 Eur, 전압 감소값 설정 신호 Edr, 제1 기간 설정 신호 T1r, 제2 기간 설정 신호 T2r, 제3 기간 설정 신호 T3r, 제1 경사 설정 신호 K1r, 제2 경사 설정 신호 K2r, 제3 경사 설정 신호 K3r 및 상기 제2 전압 증가값 설정 신호 E2ur을 입력으로 해서, 이하의 처리를 행하여, 전압 제어 설정 신호 Ecr을 출력한다.

1) 제1 기간 설정 신호 T1r에 의해 정해지는 제1 기간 T1이 개시되면, Ecr의 값을 Er로부터 제1 경사 설정 신호 K1r에 의해 정해지는 경사로 증가시키고, Er+Eur에 도달하면 그 값을 유지한다. 이 동작은, 도 3과 동일하다.

2) 계속해서, 제2 기간 설정 신호 T2r에 의해 정해지는 제2 기간 T2가 개시되면, Ecr의 값을 Er+Eur로부터 제2 경사 설정 신호 K2r에 의해 정해지는 경사로 감소시키고, Er-Edr에 도달하면 그 값을 유지한다. 이 동작은, 도 3과 동일하다.

3) 계속해서, 제3 기간 설정 신호 T3r에 의해 정해지는 제3 기간 T3이 개시되면, Ecr의 값을 Er-Edr로부터 제3 경사 설정 신호 K3r에 의해 정해지는 경사로 증가시키고, Er+E2ur에 도달하면 그 값을 유지하고, 제3 기간 T3이 개시되고 나서 소정 기간이 경과하면 우측으로 하향하고 있는 계단 형상으로 Er까지 변화되어 그 값을 유지한다. 당연, 소정 기간<제3 기간이다.

4) 상기 1) 내지 3)을 반복한다.

도 6은, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도이다. 도 6의 (A)는 전압 제어 설정 신호 Ecr의 시간 변화를 나타내고, 도 6의 (B)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 6의 (C)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타낸다. 도 6은, 상술한 도 4와 대응하고 있고, 제3 기간 T3의 동작 이외는 동일하므로, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 6을 참조하여 제3 기간 T3의 동작에 대해서 설명한다.

도 6에 있어서는, 제3 기간 T3이, 시각 t3 내지 t31의 전반과, 시각 t31 내지 t4의 후반으로 2분할되어 있다. 시각 t3 내지 t31의 기간이 소정 기간이 된다. 도 6의 (A)에 도시하는 바와 같이, 전압 제어 설정 신호 Ecr은, 시각 t3 내지 t31의 전반은 Er+E2ur이 되고, 시각 t31 내지 t4의 후반은 Er이 된다. 이것에 응동하여, 도 6의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 시각 t31에 있어서 계단 형상으로 변화되는 파형이 되고, 도 6의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw도 시각 t31에 있어서 계단 형상으로 변화되는 파형이 된다.

제3 기간 T3 중에, 제3 용접 전류값 Iw3을 계단 형상으로 변화시킴으로써 입열이 증대하므로, 용입가 더 깊어진다.

상술한 수치예에 추가하여, 제2 전압 증가값 설정 신호 E2ur=2V로 설정하면, 제3 용접 전압 Vw3의 전반은 23V가 되고, 후반은 21V가 되고, 제3 용접 전류값 Iw3의 전반은 300A가 되고, 후반은 250A가 된다. 소정 기간은 2㎳로 설정된다. 따라서, 제3 기간 T3은, 5㎳이므로, 전반은 2㎳가 되고, 후반은 3㎳가 된다.

상술한 실시 형태 3에 의하면, 제3 용접 전류 Iw3을 우측으로 하향하고 있는 계단 형상으로 변화시킨다. 이에 의해, 본 실시 형태에서는, 입열을 증대시킬 수 있으므로, 실시 형태 1 및 2보다도 용입을 더 깊게 할 수 있다.

[실시 형태 4]

실시 형태 4의 발명은, 용접 와이어와 모재 사이에 단락이 발생했을 때는, 이 단락이 해제되어 아크가 재발생한 시점부터 제3 기간 T3을 개시하는 것이다.

도 7은, 본 발명의 실시 형태 4에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 7은 상술한 도 1(실시 형태 1)과 대응하고 있고, 동일 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 7은, 도 1에 용접 전압 검출 회로 VD 및 단락 판별 회로 SD를 추가하고, 도 1의 전압 제어 설정 회로 ECR을 제4 전압 제어 설정 회로 ECR4로 치환한 것이다. 이하, 도 7을 참조하여 이들 블록에 대해서 설명한다.

용접 전압 검출 회로 VD는, 용접 전압 Vw를 검출하여, 용접 전압 검출 신호 Vd를 출력한다. 단락 판별 회로 SD는, 이 용접 전압 검출 신호 Vd를 입력으로 해서, 이 값이 미리 정한 단락 판별값 미만일 때는 용접 와이어(1)와 모재(2) 사이가 단락 상태에 있다고 판별해서 High 레벨이 되는 단락 판별 신호 Sd를 출력한다. 이 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨일 때는 단락 상태에 있고, Low 레벨일 때는 아크 발생 상태에 있다. 단락 판별값은, 10V 정도로 설정된다.

제4 전압 제어 설정 회로 ECR4는, 전압 설정 신호 Er, 전압 증가값 설정 신호 Eur, 전압 감소값 설정 신호 Edr, 제1 기간 설정 신호 T1r, 제2 기간 설정 신호 T2r, 제3 기간 설정 신호 T3r 및 상기 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 해서, 이하의 처리를 행하여, 전압 제어 설정 신호 Ecr을 출력한다. 이하의 처리 1) 내지 4)는 실시 형태 1과 동일하고, 처리 5)가 추가되어 있다.

4) 상기 1) 내지 3)을 반복한다.

5) 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락 상태)로부터 Low 레벨(아크 발생 상태)로 변화되었을 때는, 어느 기간에 있어서도, 3)의 처리의 개시 시점으로 복귀되고, 그 후에는 1) 내지 3)의 처리를 반복한다.

도 8은, 본 발명의 실시 형태 4에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도이다. 도 8의 (A)는 전압 제어 설정 신호 Ecr의 시간 변화를 나타내고, 도 8의 (B)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 8의 (C)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타낸다. 도 8은, 상술한 도 2와 대응하고 있고, 동일한 부분에 관한 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 8을 참조하여 상이한 부분에 대해서 설명한다.

도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이, 전압 제어 설정 신호 Ecr은, 도 7의 제4 전압 제어 설정 회로 ECR4에 의해 주기적으로 진동하는 파형이며, 도 2와 마찬가지로, 시각 t1 내지 t2의 미리 정한 제1 기간 T1 중에는 전압 설정 신호 Er에 전압 증가값 설정 신호 Eur을 가산한 값이 되고, 시각 t2 내지 t3의 미리 정한 제2 기간 T2 중에는 전압 설정 신호 Er로부터 전압 감소값 설정 신호 Edr을 감산한 값이 되고, 시각 t3 내지 t4의 미리 정한 제3 기간 T3 중에는 전압 설정 신호 Er의 값이 된다. 이것에 응동하여, 도 2와 마찬가지로, 도 8의 (B)에 나타내는 용접 전압 Vw 및 도 8의 (C)에 나타내는 용접 전류 Iw는 진동 파형이 된다.

시각 t4 내지 t5의 기간은 다시 제1 기간 T1이 되고, 시각 t5 내지 t6의 기간은 제2 기간 T2가 된다. 이 제2 기간 T2 중의 시각 t51에 있어서, 용접 와이어(1)이 모재(2)와 단락되면, 도 8의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 몇 V의 단락 전압값으로 저하되고, 도 8의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는 부하가 단락 부하로 변화되었기 때문에 점차 증가한다. 시각 t6부터의 제3 기간 T3 중의 시각 t7에 있어서, 단락이 해제되어 아크가 재발생하면, 도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이, 전압 제어 설정 신호 Ecr은 제3 기간 T3의 개시 시점으로 복귀된다. 즉, 시각 t7부터 제3 기간 T3이 다시 개시되어, 제1 기간 T1 및 제2 기간 T2가 계속되게 된다. 이것에 응동하여, 도 8의 (B)에 나타내는 용접 전압 Vw 및 도 8의 (C)에 나타내는 용접 전류 Iw도, 시각 t7부터 규칙적인 진동 파형이 된다.

상술한 실시 형태 1에서는, 제1 기간 T1 내지 제3 기간 T3을 반복함으로써, 스프레이 이행 용접에 있어서, 용입을 깊게 해서 고품질화를 도모할 수 있다. 그러나, 단락이 발생하면, 이 반복에 의한 작용 효과의 리듬이 흐트러지게 된다. 그래서, 실시 형태 4에서는, 단락이 해제되어 아크가 재발생했을 때는, 제3 기간 T3부터 개시함으로써, 용융지를 완만한 상태로 되돌렸다. 그리고 나서, 제1 기간 T1부터의 반복을 재개함으로써, 용접 상태를 깊은 용입이 얻어지는 상태로 빠르게 이행시켰다. 단락은, 토치 높이의 변동, 용접 와이어의 송급 속도의 변동, 용융지의 불규칙한 운동 등의 외란에 의해 때때로 발생한다. 단락은, 전압 제어 설정 신호 Ecr의 값이 가장 작아지는 제2 기간 T2 중에 발생하기 쉽다.

실시 형태 4는 실시 형태 1을 기초로 하여, 단락 발생시의 처리를 추가하였다. 실시 형태 2 및 3을 기초로 하여, 단락 발생시의 처리를 추가하는 경우도 마찬가지이므로, 설명은 반복하지 않는다.

상술한 실시 형태 4에 의하면, 용접 와이어와 모재 사이에 단락이 발생했을 때는, 이 단락이 해제되어 아크가 재발생한 시점부터 제3 기간을 개시한다. 이에 의해, 실시 형태 4에서는, 실시 형태 1 내지 3의 효과 외에, 단락이 발생해도, 용접 상태를 원래의 안정된 상태로 신속하게 복귀시킬 수 있다.

[실시 형태 5]

실시 형태 5의 발명은, 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 빈도에 따라, 제2 기간 T2 및/또는 제2 용접 전류 Iw2를 변화시키는 것이다.

도 9는, 본 발명의 실시 형태 5에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 9는 상술한 도 7(실시 형태 4)과 대응하고 있고, 동일 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 9는, 도 7에 단락 빈도 검출 회로 NS를 추가하고, 도 7의 전압 감소값 설정 회로 EDR을 제2 전압 감소값 설정 회로 EDR2로 치환하고, 도 7의 제2 기간 설정 회로 T2R을 수정 제2 기간 설정 회로 T2RS로 치환한 것이다. 이하, 도 9를 참조하여 이들 블록에 대해서 설명한다.

단락 빈도 검출 회로 NS는, 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 해서, 단위 시간당의 단락 횟수를 검출하여, 단락 빈도 검출 신호 Ns로서 출력한다. 단위 시간을 1초로 하면, 단락 빈도 검출 신호 Ns는, 1초간당의 단락 횟수(회/초)가 된다.

제2 전압 감소값 설정 회로 EDR2는, 상기 단락 빈도 검출 신호 Ns를 입력으로 해서, 단위 시간마다 단락 빈도 검출 신호 Ns와 미리 정한 기준 횟수를 비교하여, 단락 빈도 검출 신호 Ns가 기준 횟수 이상일 때는 전압 감소값 설정 신호 Edr의 현재값에서 소정 전압값을 감산하고, 미만일 때는 전압 감소값 설정 신호 Edr의 현재값에 상기 소정 전압값을 가산하여, 전압 감소값 설정 신호 Edr을 출력한다. 용접 개시 시점에서는, 전압 감소값 설정 신호 Edr은 미리 정한 전압 감소 초기값으로 설정되어 있다. 전압 감소값 설정 신호 Edr은, 전압 감소 초기값을 상한값으로 하고, 또한 상술한 제2 기간 T2의 작용 효과를 유지할 수 있는 값을 하한값으로 해서 변화된다. 상기 기준 횟수는, 1 내지 10회 정도로 설정된다. 상기 소정 전압값은, 0.1 내지 1.0V 정도의 범위로 설정된다.

수정 제2 기간 설정 회로 T2RS는, 상기 단락 빈도 검출 신호 Ns를 입력으로 해서, 단위 시간마다 단락 빈도 검출 신호 Ns와 상기 기준 횟수를 비교하여, 단락 빈도 검출 신호 Ns가 기준 횟수 이상일 때는 제2 기간 설정 신호 T2r의 현재값에서 소정 시간을 감산하고, 미만일 때는 제2 기간 설정 신호 T2r의 현재값에 상기 소정 기간을 가산하여, 제2 기간 설정 신호 T2r을 출력한다. 용접 개시 시점에서는, 제2 기간 설정 신호 T2r은 미리 정한 제2 기간 초기값으로 설정되어 있다. 제2 기간 설정 신호 T2r은, 제2 기간 초기값을 상한값으로 하고, 상술한 제2 기간 T2의 작용 효과를 유지할 수 있는 값을 하한값으로 해서 변화된다. 소정 시간은, 0.1 내지 1.0㎳ 정도의 범위로 설정된다.

본 발명의 실시 형태 5에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도는, 상술한 도 8과 동일하므로, 설명은 반복하지 않는다. 단, 단락 빈도 검출 신호 Ns의 값에 따라, 전압 감소값 설정 신호 Edr 및 제2 기간 설정 신호 T2r의 값이 자동으로 변화되는 점은 상이하다.

실시 형태 5는 실시 형태 4를 기초로 하여, 단락 빈도 검출 신호 Ns에 의한 처리를 추가하였다. 실시 형태 1 내지 3을 기초로 하여, 이 처리를 추가하는 경우도 마찬가지이므로, 설명은 반복하지 않는다. 실시 형태 5에서는, 전압 감소값 설정 신호 Edr 및 제2 기간 설정 신호 T2r을 모두 변화시키는 경우를 설명했지만, 어느 한쪽만을 변화시키도록 해도 된다.

실시 형태 5에 의하면, 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 빈도에 따라, 제2 기간 및/또는 제2 용접 전류 Iw2를 변화시킨다. 제2 용접 전류 Iw2의 변화는, 제2 기간 중의 전압 제어 설정 신호 Ecr을 변화시킴으로써, 제2 용접 전압 Vw2를 변화시켜서 행한다. 단락의 발생 빈도가 높아지면, 용입을 깊게 하는 작용 효과가 빈번히 흐트러지게 되어, 안정된 깊은 용입이 얻어지지 않게 된다. 그래서, 실시 형태 5에서는, 단락의 발생 빈도에 따라, 제2 기간 및/또는 제2 용접 전류 Iw2를 자동 조정함으로써, 단락의 발생 빈도가 낮아지도록 하고 있다. 제2 기간 및/또는 제2 용접 전류 Iw2를 조정하는 이유는, 단락은 주로 제2 기간 중에 발생하기 때문이다. 이 결과, 실시 형태 5에서는, 실시 형태 1 내지 4의 효과 외에, 단락의 발생 빈도가 높아지는 것에 의한 용입의 불안정화를 억제할 수 있다.

[실시 형태 6]

실시 형태 6의 발명은, 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 빈도에 따라, 용접 전압의 평균값을 변화시키는 것이다.

도 10은, 본 발명의 실시 형태 6에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 10은 상술한 도 7(실시 형태 4)과 대응하고 있고, 동일 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 10은, 도 7에 단락 빈도 검출 회로 NS를 추가하고, 도 7의 전압 설정 회로 ER을 제2 전압 설정 회로 ER2로 치환한 것이다. 이하, 도 10을 참조하여 이들 블록에 대해서 설명한다.

단락 빈도 검출 회로 NS는, 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 해서, 단위 시간당의 단락 횟수를 검출하여, 단락 빈도 검출 신호 Ns로서 출력한다. 단위 시간을 1초로 하면, 단락 빈도 검출 신호 Ns는, 1초간당의 단락 횟수(회/초)가 된다. 이 회로는, 상술한 도 9의 단락 빈도 검출 회로 NS와 동일한 회로이다.

제2 전압 설정 회로 ER2는, 상기 단락 빈도 검출 신호 Ns를 입력으로 해서, 단위 시간마다 단락 빈도 검출 신호 Ns와 미리 정한 기준 횟수를 비교하고, 단락 빈도 검출 신호 Ns가 기준 횟수 이상일 때는 전압 설정 신호 Er의 현재값에 소정 전압값을 가산하고, 미만일 때는 전압 설정 신호 Er의 현재값에서 상기 소정 전압값을 감산하여, 전압 설정 신호 Er을 출력한다. 용접 개시 시점에서는, 전압 설정 신호 Er은 미리 정한 전압 설정 초기값으로 설정되어 있다. 전압 설정 신호 Er은 전압 설정 초기값을 하한값으로 해서 변화된다. 상기 기준 횟수는, 1 내지 10회 정도로 설정된다. 상기 소정 전압값은, 0.1 내지 1.0V 정도의 범위로 설정된다.

본 발명의 실시 형태 6에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도는, 상술한 도 8과 동일하므로, 설명은 반복하지 않는다. 단, 단락 빈도 검출 신호 Ns의 값에 따라, 전압 설정 신호 Er의 값이 자동으로 변화되는 점은 상이하다. 전압 설정 신호 Er이 변화되면, 도 10의 (A)에 나타내는 전압 제어 설정 신호 Ecr이 상하로 평행 이동한 파형이 되므로, 용접 전압의 평균값을 변화시키게 된다. 이에 의해, 단락이 거의 발생하지 않는 상태로 할 수 있다.

실시 형태 6은 실시 형태 4를 기초로 하여, 단락 빈도 검출 신호 Ns에 의한 처리를 추가하였다. 실시 형태 1 내지 3을 기초로 하여, 이 처리를 추가하는 경우도 마찬가지이므로, 설명은 반복하지 않는다.

실시 형태 6에 의하면, 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 빈도에 따라, 용접 전압의 평균값을 변화시킨다. 용접 전압의 평균값은, 전압 설정 신호 Er을 변화시켜서 전압 제어 설정 신호 Ecr을 변화시킴으로써 행한다. 단락의 발생 빈도가 높아지면, 용입을 깊게 하는 작용 효과가 빈번히 흐트러지게 되어, 안정된 깊은 용입이 얻어지지 않게 된다. 그래서, 실시 형태 6에서는, 단락의 발생 빈도에 따라서 용접 전압의 평균값을 자동 조정함으로써, 단락의 발생 빈도가 낮아지도록 하고 있다. 이 결과, 실시 형태 6에서는, 실시 형태 1 내지 4의 효과 외에, 단락의 발생 빈도가 높아지는 것에 의한 용입의 불안정화를 억제할 수 있다.

[실시 형태 7]

실시 형태 7의 발명은, 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 시간 길이에 따라, 제2 기간 T2 및/또는 제2 용접 전류 Iw2를 변화시키는 것이다.

도 11은, 본 발명의 실시 형태 7에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 11은 상술한 도 7(실시 형태 4)과 대응하고 있고, 동일 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 11은, 도 7의 전압 감소값 설정 회로 EDR을 제3 전압 감소값 설정 회로 EDR3으로 치환하고, 도 7의 제2 기간 설정 회로 T2R을 보정 제2 기간 설정 회로 T2RH로 치환한 것이다. 이하, 도 11을 참조하여 이들 블록에 대해서 설명한다.

제3 전압 감소값 설정 회로 EDR3은, 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 해서, 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락)일 때는 전압 감소값 설정 신호 Edr의 현재값을 단락 기간의 시간 경과에 수반해서 점차적으로 감소시키고, Low 레벨(아크)일 때는 전압 감소값 설정 신호 Edr의 현재값을 아크 기간의 시간 경과에 수반해서 점차 증가시켜서, 전압 감소값 설정 신호 Edr을 출력한다. 용접 개시 시점에서는, 전압 감소값 설정 신호 Edr은 미리 정한 전압 감소 초기값으로 설정되어 있다. 전압 감소값 설정 신호 Edr은, 전압 감소 초기값을 상한값으로 하고, 또한 상술한 제2 기간 T2의 작용 효과를 유지할 수 있는 값을 하한값으로 해서 변화된다. 예를 들어, 전압 감소값 설정 신호 Edr을, 단락 기간 중에는 -0.2V/㎳의 감소율로 감소시키고, 아크 기간 중에는 +0.05V/100㎳의 증가율로 증가시킨다.

보정 제2 기간 설정 회로 T2RH는, 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 해서, 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락)일 때는 제2 기간 설정 신호 T2r의 현재값을 단락 기간의 시간 경과에 수반해서 점차적으로 감소시키고, Low 레벨(아크)일 때는 제2 기간 설정 신호 T2r의 현재값을 아크 기간의 시간 경과에 수반해서 점차 증가시켜서, 제2 기간 설정 신호 T2r을 출력한다. 용접 개시 시점에서는, 제2 기간 설정 신호 T2r은 미리 정한 제2 기간 초기값으로 설정되어 있다. 제2 기간 설정 신호 T2r은, 제2 기간 초기값을 상한값으로 하고, 상술한 제2 기간 T2의 작용 효과를 유지할 수 있는 값을 하한값으로 해서 변화된다. 예를 들어, 제2 기간 설정 신호 T2r을, 단락 기간 중에는 -0.1㎳/㎳의 감소율로 감소시키고, 아크 기간 중에는 +0.02㎳/100㎳의 증가율로 증가시킨다.

본 발명의 실시 형태 7에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도는, 상술한 도 8과 동일하므로, 설명은 반복하지 않는다. 단, 단락 판별 신호 Sd에 기초하여, 전압 감소값 설정 신호 Edr 및 제2 기간 설정 신호 T2r의 값이 자동으로 변화되는 점은 상이하다.

실시 형태 7은 실시 형태 4를 기초로 하여, 단락 판별 신호 Sd에 의한 처리를 추가하였다. 실시 형태 1 내지 3을 기초로 하여, 이 처리를 추가하는 경우도 마찬가지이므로, 설명은 반복하지 않는다. 실시 형태 7에서는, 전압 감소값 설정 신호 Edr 및 제2 기간 설정 신호 T2r을 모두 변화시키는 경우를 설명했지만, 어느 한쪽만을 변화시키도록 해도 된다.

실시 형태 7에 의하면, 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 시간 길이에 따라, 제2 기간 및/또는 제2 용접 전류 Iw2를 변화시킨다. 제2 용접 전류 Iw2의 변화는, 제2 기간 중의 전압 제어 설정 신호 Ecr을 변화시킴으로써, 제2 용접 전압 Vw2를 변화시켜서 행한다. 단락의 시간 길이가 길어지면, 용입을 깊게 하는 작용 효과가 저해되게 되어, 안정된 깊은 용입이 얻어지지 않게 된다. 그래서, 실시 형태 7에서는, 단락의 시간 길이에 따라, 제2 기간 및/또는 제2 용접 전류 Iw2를 자동 조정함으로써, 긴 단락이 발생하지 않도록 하고 있다. 제2 기간 및/또는 제2 용접 전류 Iw2를 조정하는 이유는, 단락은 주로 제2 기간 중에 발생하기 때문이다. 이 결과, 실시 형태 7에서는, 실시 형태 1 내지 4의 효과 외에, 단락의 시간 길이가 길어지는 것에 의한 용입의 불안정화를 억제할 수 있다.

[실시 형태 8]

실시 형태 8의 발명은, 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 시간 길이에 따라, 용접 전압의 평균값을 변화시키는 것이다.

도 12는, 본 발명의 실시 형태 8에 관한 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 전원의 블록도이다. 도 12는 상술한 도 7(실시 형태 4)과 대응하고 있고, 동일 블록에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 12는, 도 7의 전압 설정 회로 ER을 제3 전압 설정 회로 ER3으로 치환한 것이다. 이하, 도 12를 참조하여 이들 블록에 대해서 설명한다.

제3 전압 설정 회로 ER3은, 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 해서, 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락)일 때는 전압 설정 신호 Er의 현재값을 단락 기간의 시간 경과에 수반해서 점차 증가시키고, Low 레벨(아크)일 때는 전압 설정 신호 Er의 현재값을 아크 기간의 시간 경과에 수반해서 점차적으로 감소시켜서, 전압 설정 신호 Er을 출력한다. 용접 개시 시점에서는, 전압 설정 신호 Er은 미리 정한 전압 설정 초기값으로 설정되어 있다. 전압 설정 신호 Er은 전압 설정 초기값을 하한값으로 해서 변화된다. 예를 들어, 전압 설정 신호 Er을, 단락 기간 중에는 +0.2V/㎳의 증가율로 증가시키고, 아크 기간 중에는 -0.05V/100㎳의 감소율로 감소시킨다.

본 발명의 실시 형태 8에 관한 아크 용접 방법을 도시하는 전압·전류 파형도는, 상술한 도 8과 동일하므로, 설명은 반복하지 않는다. 단, 단락 판별 신호 Sd에 기초하여, 전압 설정 신호 Er의 값이 자동으로 변화되는 점은 상이하다. 전압 설정 신호 Er이 변화되면, 도 12의 (A)에 나타내는 전압 제어 설정 신호 Ecr이 상하로 평행 이동한 파형이 되므로, 용접 전압의 평균값을 변화시키게 된다. 이에 의해, 긴 단락이 발생하지 않도록 하고 있다.

실시 형태 8은 실시 형태 4를 기초로 하여, 단락 판별 신호 Sd에 의한 처리를 추가하였다. 실시 형태 1 내지 3을 기초로 하여, 이 처리를 추가하는 경우도 마찬가지이므로, 설명은 반복하지 않는다.

실시 형태 8에 의하면, 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 시간 길이에 따라, 용접 전압의 평균값을 변화시킨다. 용접 전압의 평균값은, 전압 설정 신호 Er을 변화시켜서 전압 제어 설정 신호 Ecr을 변화시킴으로써 행한다. 단락의 시간 길이가 길어지면, 용입을 깊게 하는 작용 효과가 저해되게 되어, 안정된 깊은 용입이 얻어지지 않게 된다. 그래서, 실시 형태 8에서는, 단락의 시간 길이에 따라서 용접 전압의 평균값을 자동 조정함으로써, 긴 단락이 발생하지 않도록 하고 있다. 이 결과, 실시 형태 8에서는, 실시 형태 1 내지 4의 효과 외에, 단락의 시간 길이가 길어지는 것에 의한 용입의 불안정화를 억제할 수 있다.

본 발명에 따르면, 용접 와이어를 송급해서 스프레이 이행 상태에 따라 용접하는 아크 용접 방법의 고품질화를 도모할 수 있다.

이상, 본 발명을 특정한 실시 형태에 따라 설명했지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 개시된 발명의 기술 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

본 출원은, 2014년 2월 24일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2014-032968)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 도입된다.

1 : 용접 와이어
2 : 모재
3 : 아크
4 : 용접 토치
5 : 송급 롤
E : 출력 전압
E2ur : 제2 전압 증가값 설정 신호
ECR : 전압 제어 설정 회로
Ecr : 전압 제어 설정 신호
ECR2 : 제2 전압 제어 설정 회로
ECR3 : 제3 전압 제어 설정 회로
ECR4 : 제4 전압 제어 설정 회로
ED : 출력 전압 검출 회로
Ed : 출력 전압 검출 신호
EDR : 전압 감소값 설정 회로
Edr : 전압 감소값 설정 신호
EDR2 : 제2 전압 감소값 설정 회로
EDR3 : 제3 전압 감소값 설정 회로
ER : 전압 설정 회로
Er : 전압 설정 신호
ER2 : 제2 전압 설정 회로
ER3 : 제3 전압 설정 회로
EUR : 전압 증가값 설정 회로
Eur : 전압 증가값 설정 신호
EUR2 : 제2 전압 증가값 설정 회로
EV : 전압 오차 증폭 회로
Ev : 전압 오차 증폭 신호
Iw : 용접 전류
Iw1 : 제1 용접 전류값
Iw2 : 제2 용접 전류값
Iw3 : 제3 용접 전류값
K1 : 제1 경사
K1R : 제1 경사 설정 회로
K1r : 제1 경사 설정 신호
K2 : 제2 경사
K2R : 제2 경사 설정 회로
K2r : 제2 경사 설정 신호
K3 : 제3 경사
K3R : 제3 경사 설정 회로
K3r : 제3 경사 설정 신호
NS : 단락 빈도 검출 회로
Ns : 단락 빈도 검출 신호
PM : 전원 주 회로
SD : 단락 판별 회로
Sd : 단락 판별 신호
T1 : 제1 기간
T1R : 제1 기간 설정 회로
T1r : 제1 기간 설정 신호
T2 : 제2 기간
T2R : 제2 기간 설정 회로
T2r : 제2 기간 설정 신호
T2RS : 수정 제2 기간 설정 회로
T2RH : 보정 제2 기간 설정 회로
T3 : 제3 기간
T3R : 제3 기간 설정 회로
T3r : 제3 기간 설정 신호
VD : 용접 전압 검출 회로
Vd : 용접 전압 검출 신호
Vw : 용접 전압
Vw1 : 제1 용접 전압값
Vw2 : 제2 용접 전압값
Vw3 : 제3 용접 전압값
WL : 리액터

Claims

용접 와이어를 송급하고, 스프레이 이행 형태에 따라 용접하는 아크 용접 방법에 있어서,
제1 기간 중에는 제1 용접 전류 Iw1을 통전하고, 제2 기간 중에는 제2 용접 전류 Iw2를 통전하고, 제3 기간 중에는 제3 용접 전류 Iw3을 통전하고, 0<Iw2<Iw3<Iw1이며, 상기 제1 기간 내지 상기 제3 기간을 반복해서 행하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 기간은, 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간보다도 긴 기간인 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 용접 전류 Iw3으로부터 상기 제1 용접 전류 Iw1로의 변화시의 경사는, 상기 제2 용접 전류 Iw2로부터 상기 제3 용접 전류 Iw3으로의 변화시의 경사보다도 완만한 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 용접 전류 Iw1로부터 상기 제2 용접 전류 Iw2로의 변화시의 경사는, 미리 정한 기준 경사보다도 완만한 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 용접 전류 Iw3은, 우측으로 하향하고 있는 계단 형상으로 변화되는 전류인 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 와이어와 모재 사이에 단락이 발생했을 때는, 이 단락이 해제되어 아크가 재발생한 시점부터 상기 제3 기간을 개시하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 빈도에 따라, 상기 제2 기간 및/또는 상기 제2 용접 전류 Iw2를 변화시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 빈도에 따라, 용접 전압의 평균값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 시간 길이에 따라, 상기 제2 기간 및/또는 상기 제2 용접 전류 Iw2를 변화시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 와이어와 모재 사이에 발생한 단락의 시간 길이에 따라, 용접 전압의 평균값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.