KR20160119054A - 아크 용접 전원 - Google Patents

Abstract

용접 와이어(1)의 송급 속도(Fw)를, 정송 가속 기간(Tsu) 중에는 정송 방향으로 가속시키고, 정송 감속 기간(Tsd) 중에는 정송 방향으로 감속시키고, 역송 가속 기간(Tru) 중에는 역송 방향으로 가속시키고, 역송 감속 기간(Trd) 중에는 역송 방향으로 감속시키고, 정송 가속 기간(Tsu)과 정송 감속 기간(Tsd) 사이에 단락 강제 발생 기간(Tsp)을 구비하고, 이 단락 강제 발생 기간(Tsp) 중에는 정송 가속 기간(Tsu) 중보다도 큰 변화율로 송급 속도(Fw)를 가속시키고, 송급 속도(Fw)이 미리 정한 정송 피크값(Fsp)에 도달하면 그 값을 유지시킴으로써, 단락 강제 발생 기간(Tsp) 중에 단락을 강제적으로 발생시킬 수 있어, 단락과 아크의 주기를 안정화시킨다.

Description

아크 용접 전원{ARC-WELDING POWER SUPPLY}

본 발명은 용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복해서 용접하기 위한 아크 용접 전원에 관한 것이다.

일반적인 소모 전극식 아크 용접에서는, 소모 전극인 용접 와이어를 일정 속도로 송급하고, 용접 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜서 용접이 행하여진다. 소모 전극식 아크 용접에서는, 용접 와이어와 모재가 단락 상태와 아크 발생 상태를 교대로 반복하는 용접 상태가 되는 경우가 많다. 평균 용접 전류값이 180A(송급 속도가 4m/min) 정도 미만인 소전류 영역에서는, 단락과 아크는 대략 일정한 주기로 반복된다. 이 때문에, 소전류 영역에서는, 용접 전류 및 용접 전압을 적정하게 제어함으로써, 스패터 발생량이 적고 또한 비드 외관도 양호한 용접을 행할 수 있다.

한편, 평균 용접 전류값이 180A 정도 이상인 대전류역에서는, 단락과 아크의 주기가 적정값보다도 길어지고, 또한 그 주기도 변동이 커진다. 이 때문에, 대전류역에서는, 용접 전류 및 용접 전압을 정밀하게 제어해도, 스패터 발생량이 많아지고, 비드 외관도 나빠지는 경향이 있다. 이것을 개선하기 위해서, 용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복해서 용접하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이하, 이 용접 방법에 대해서 설명한다.

도 8은, 송급 속도의 정송과 역송을 주기적으로 반복하는 용접 방법에 있어서의 파형도이다. 도 8의 (A)는 송급 속도 Fw의 파형을 나타내고, 도 8의 (B)는 용접 전류 Iw의 파형을 나타내고, 도 8의 (C)는 용접 전압 Vw의 파형을 나타낸다. 이하, 동일 도면을 참조하여 설명한다.

도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 0보다도 상측이 정송 기간이 되고, 하측이 역송 기간이 된다. 정송이란 용접 와이어를 모재에 근접시키는 방향으로 송급하는 것이며, 역송이란 모재로부터 이반되는 방향으로 송급하는 것이다. 송급 속도 Fw는, 정현파 형상으로 변화되고 있고, 정송측으로 시프트된 파형으로 되어 있다. 이 때문에, 송급 속도 Fw의 평균값은 양의 값이 되고, 용접 와이어는 평균적으로는 정송되고 있다.

도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t1 시점에서는 0이며, 시각 t1 내지 t2의 기간은 정송 가속 기간이 되고, 시각 t2에서 정송의 최댓값이 되고, 시각 t2 내지 t3의 기간은 정송 감속 기간이 되고, 시각 t3에서 0이 되고, 시각 t3 내지 t4의 기간은 역송 가속 기간이 되고, 시각 t4에서 역송의 최댓값이 되고, 시각 t4 내지 t5의 기간은 역송 감속 기간이 된다.

용접 와이어와 모재의 단락은, 시각 t2의 정송 최댓값의 전후에서 발생하는 일이 많다. 도 8에서는, 정송 최댓값 후의 정송 감속 기간 중의 시각 t21에서 발생한 경우이다. 시각 t21에 있어서 단락이 발생하면, 도 8의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수 V의 단락 전압값으로 급감하고, 도 8의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw도 소 전류값의 초기 전류값으로 감소한다. 그 후, 용접 전류 Iw는, 소정의 경사로 증가하고, 미리 정한 피크값에 도달하면 그 값을 유지한다.

도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t3으로부터는 역송 기간이 되므로, 용접 와이어는 역송된다. 이 역송에 의해 단락이 해제되어, 시각 t31에 있어서 아크가 재발생한다. 아크의 재발생은, 시각 t4의 역송 최댓값의 전후에서 발생하는 일이 많다. 도 8에서는, 역송 피크값 전의 역송 가속 기간 중의 시각 t31에서 발생한 경우이다.

시각 t31에 있어서 아크가 재발생하면, 도 8의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수십 V의 아크 전압값으로 급증한다. 도 8의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 아크 재발생의 예조를 검출하는 용적의 수축부 검출 제어에 의해, 시각 t31보다도 약간 이전의 시점부터 급감하여, 시각 t31의 아크 재발생 시점에서는 소 전류값으로 되어 있다.

도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t31부터 시각 t5까지 역송된다. 이 기간 중에는, 아크 길이가 길어지는 기간이 된다. 시각 t31 내지 t5의 기간 중에는, 도 8의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 소정의 경사로 증가하여 미리 정한 고 아크 전류값에 도달하면 그 값을 소정 기간 유지하고, 그 후에는 감소를 개시한다.

도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 시각 t5부터 정송 기간이 되고, 시각 t6에서 정송 피크값이 된다. 그리고, 시각 t61에 있어서, 단락이 발생한다. 이 시각 t5 내지 t61의 기간 중에는, 도 8의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 점차적으로 감소하고, 도 8의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw도 점차적으로 감소한다.

상술한 바와 같이, 단락과 아크의 주기는, 송급 속도의 정송과 역송의 주기와 대략 일치하게 된다. 즉, 이 용접 방법에서는, 송급 속도의 정송과 역송의 주기를 설정함으로써 단락과 아크의 주기를 원하는 값으로 할 수 있다. 이 때문에, 특히 대전류역에 있어서, 이 용접 방법을 실시하면, 단락과 아크의 주기의 변동을 억제하여 대략 일정하게 하는 것이 가능해져, 스패터 발생량이 적고 또한 비드 외관이 양호한 용접을 행할 수 있다.

그러나, 송급 속도의 정송과 역송을 반복하는 용접 방법에 있어서, 급전 칩·모재간 거리, 용융지의 불규칙한 운동, 용접 자세의 변화 등의 외란에 의해, 단락이 상술한 적정한 타이밍에서 발생하지 않는 경우가 발생한다. 이렇게 되면, 단락과 아크의 주기와 정송과 역송의 주기가 동기되지 않게 되어, 단락과 아크의 주기가 변동되게 된다. 이 동기 어긋남 상태를 원래의 동기 상태로 되돌리기 위한 방법이, 특허문헌 1에 개시되어 있다.

특허문헌 1의 발명에서는, 용접 와이어의 정송 중에서 송급 속도의 감속 중에, 송급 속도가 소정의 송급 속도가 될 때까지 단락이 발생하지 않는 경우에는, 주기적인 변화를 중지해서 송급 속도를 제1 송급 속도로 일정하게 제어하고, 제1 송급 속도에 의한 정송 중에 단락이 발생하면 제1 송급 속도부터 감속을 개시해서 주기적인 변화를 재개하여 용접을 행하는 것이다. 이에 의해, 동기 어긋남 상태를 동기 상태로 되돌리려고 하고 있다.

일본 특허 제4807474호 공보

특허문헌 1의 발명에서는, 단락이 적정한 타이밍에서 발생하지 않을 때에는, 송급 속도를 정송의 일정 속도로 전환하고, 단락이 발생하면 송급 속도를 원래가 주기적인 변화로 되돌렸다. 그러나, 이 제어에서는, 단락과 아크의 주기가 송급 속도의 정송과 역송의 주기와 동기 어긋남 상태에 빠진 후에 처치하게 되어, 용접 상태가 불안정해지기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 대전류역에서는, 외란에 의한 동기 어긋남 상태가 빈번히 발생하기 때문에, 용접 상태의 불안정화가 현저해진다.

그래서, 본 발명에서는, 단락과 아크의 주기와 송급 속도의 정송과 역송의 주기가 동기 어긋남 상태가 되는 것을 억제하여, 안정된 용접을 행할 수 있는 아크 용접 전원을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,

단락 기간 및 아크 기간의 각 기간에 대응한 용접 전압 및 용접 전류를 출력하는 출력 제어부와,

용접 와이어의 송급 속도를, 정송 가속 기간 중에는 정송 방향으로 가속시키고, 정송 감속 기간 중에는 정송 방향으로 감속시키고, 역송 가속 기간 중에는 역송 방향으로 가속시키고, 역송 감속 기간 중에는 역송 방향으로 감속시키는 송급 제어부를 구비한 아크 용접 전원에 있어서,

상기 송급 제어부는, 상기 정송 가속 기간과 상기 정송 감속 기간 사이에 단락 강제 발생 기간을 구비하고, 이 단락 강제 발생 기간 중에는 상기 정송 가속 기간 중보다도 큰 변화율로 상기 송급 속도를 가속시키고, 상기 송급 속도가 미리 정한 정송 피크값에 도달하면 그 값을 유지시키는, 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원이다.

본 발명은, 상기 송급 제어부는, 상기 역송 가속 기간 중에는, 상기 정송 가속 기간보다도 큰 변화율로 상기 송급 속도를 가속시키고, 상기 송급 속도가 미리 정한 역송 피크값에 도달하면 그 값을 유지시키는, 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 송급 제어부는, 상기 역송 감속 기간 중에는, 상기 송급 속도를 상기 역송 피크값으로부터 소정값만큼 감속시키고 그 후는 변화율을 작게 해서 감속시키는, 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 송급 제어부는, 상기 송급 속도의 평균값이 미리 정한 기준 송급 속도 이상일 때 상기 단락 강제 발생 기간을 구비하는, 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 출력 제어부는, 상기 송급 속도가 상기 단락 강제 발생 기간에 들어오면, 상기 아크 기간 중의 상기 용접 전류를 미리 정한 기준 전류값 미만으로 감소시키는, 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 특히 대전류역의 용접에 있어서 외란이 발생해도 단락을 반드시 단락 강제 발생 기간 중에 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 본 발명에서는, 단락과 아크의 주기와 송급 속도의 정송과 역송의 주기가 동기 어긋남 상태가 되는 것을 억제할 수 있으므로, 안정된 용접을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 용접 전원의 블록도.
도 2는 도 1의 아크 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트.
도 4는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 4에 관한 아크 용접 전원의 블록도.
도 6은 본 발명의 실시 형태 5에 관한 아크 용접 전원의 블록도.
도 7은 도 6의 아크 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트.
도 8은 종래 기술에 있어서, 송급 속도의 정송과 역송을 주기적으로 반복하는 용접 방법에 있어서의 파형도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

[실시 형태 1]

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 아크 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 오차 증폭 신호 Ea에 따라서 인버터 제어 등의 출력 제어를 행하고, 용접 전압 Vw 및 용접 전류 Iw를 출력한다. 이 전원 주 회로 PM은, 도시는 생략하지만, 상용 전원을 정류하는 1차 정류기, 정류된 직류를 평활하는 평활 콘덴서, 평활된 직류를 고주파 교류로 변환하는 인버터 회로, 고주파 교류를 용접에 적합한 전압값으로 강압한 고주파 변압기, 강압된 고주파 교류를 직류로 정류하는 2차 정류기, 정류된 직류를 평활하는 리액터, 상기 오차 증폭 신호 Ea를 입력으로 해서 펄스폭 변조 제어를 행하는 변조 회로, 펄스폭 변조 제어 신호를 입력으로 해서 인버터 회로의 스위칭 소자를 구동하는 인버터 구동 회로를 구비하고 있다.

감류 저항기 R은, 상기 전원 주 회로 PM과 용접 토치(4) 사이에 삽입된다. 이 감류 저항기 R의 값은, 단락 부하(0.01 내지 0.03Ω 정도)의 10배 이상 큰 값(0.5 내지 3Ω 정도)으로 설정된다. 이 때문에, 수축부 검출 제어에 의해 감류 저항기 R이 통전로에 삽입되면, 용접 전원 내의 직류 리액터 및 외부 케이블의 리액터에 축적된 에너지가 급방전된다. 트랜지스터 TR은, 감류 저항기 R과 병렬로 접속되어, 후술하는 구동 신호 Dr에 따라서 온 또는 오프 제어된다.

송급 모터 WM은, 후술하는 송급 제어 신호 Fc를 입력으로 해서, 정송과 역송을 주기적으로 반복해서 용접 와이어(1)를 송급 속도 Fw로 송급한다. 이 송급 모터 WM에는, 과도 응답성이 빠른 모터가 사용된다. 용접 와이어(1)의 송급 속도 Fw의 변화율 및 송급 방향의 반전을 빠르게 하기 위해서, 송급 모터 WM은 용접 토치(4)의 선단 근처에 설치되는 경우가 있다. 또한, 송급 모터 WM을 2개 사용하여, 푸시 풀 방식의 송급계로 하는 경우도 있다.

용접 와이어(1)는, 상기 송급 모터 WM에 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) 사이에는 용접 전압 Vw가 인가되고, 용접 전류 Iw가 통전된다.

용접 전류 검출 회로 ID는, 상기 용접 전류 Iw를 검출하여, 용접 전류 검출 신호 Id를 출력한다. 용접 전압 검출 회로 VD는, 상기 용접 전압 Vw를 검출하여, 용접 전압 검출 신호 Vd를 출력한다.

단락 판별 회로 SD는, 상기 용접 전압 검출 신호 Vd를 입력으로 해서, 이 값이 미리 정한 단락/아크 판별값(10V 정도로 설정) 미만일 때는 단락 기간에 있다고 판별해서 High 레벨이 되고, 이상일 때는 아크 기간에 있다고 판별해서 Low 레벨이 되는 단락 판별 신호 Sd를 출력한다.

수축부 검출 기준값 설정 회로 VTN은, 미리 정한 수축부 검출 기준값 신호 Vtn을 출력한다. 용접법, 평균 용접 전류값, 용접 와이어(1)의 재질, 직경 등의 용접 조건에 따라, 이 수축부 검출 기준값 신호 Vtn의 값은 적정값으로 설정된다. 수축부 검출 회로 ND는, 이 수축부 검출 기준값 신호 Vtn, 상기 단락 판별 신호 Sd, 상기 용접 전압 검출 신호 Vd 및 상기 용접 전류 검출 신호 Id를 입력으로 해서, 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락 기간)일 때의 용접 전압 검출 신호 Vd의 전압 상승값이 수축부 검출 기준값 신호 Vtn의 값에 도달한 시점에서 수축부가 형성되었다고 판별해서 High 레벨이 되고, 단락 판별 신호 Sd가 Low 레벨(아크 기간)로 변화된 시점에서 Low 레벨이 되는 수축부 검출 신호 Nd를 출력한다. 또한, 단락 기간 중의 용접 전압 검출 신호 Vd의 미분값이 그것에 대응한 수축부 검출 기준값 신호 Vtn의 값에 도달한 시점에서 수축부 검출 신호 Nd를 High 레벨로 변화시키도록 해도 된다. 또한, 용접 전압 검출 신호 Vd의 값을 용접 전류 검출 신호 Id의 값으로 나누어서 용적의 저항값을 산출하고, 이 저항값의 미분값이 그것에 대응하는 수축부 검출 기준값 신호 Vtn의 값에 도달한 시점에서 수축부 검출 신호 Nd를 High 레벨로 변화시키도록 해도 된다.

저레벨 전류 설정 회로 ILR은, 미리 정한 저레벨 전류 설정 신호 Ilr을 출력한다. 전류 비교 회로 CM은, 이 저레벨 전류 설정 신호 Ilr 및 상기 용접 전류 검출 신호 Id를 입력으로 해서, Id<Ilr일 때는 High 레벨이 되고, Id≥Ilr일 때는 Low 레벨이 되는 전류 비교 신호 Cm을 출력한다. 구동 회로 DR은, 이 전류 비교 신호 Cm 및 상기 수축부 검출 신호 Nd를 입력으로 해서, 수축부 검출 신호 Nd가 High 레벨로 변화되면 Low 레벨로 변화되고, 그 후에 전류 비교 신호 Cm이 High 레벨로 변화되면 High 레벨로 변화되는 구동 신호 Dr을 상기 트랜지스터 TR의 베이스 단자에 출력한다. 따라서, 이 구동 신호 Dr은 수축부가 검출되면 Low 레벨이 되고, 트랜지스터 TR이 오프 상태가 되어 통전로에 감류 저항기 R이 삽입되므로, 단락 부하를 통전하는 용접 전류 Iw는 급감된다. 그리고, 급감된 용접 전류 Iw의 값이 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값까지 감소되면, 구동 신호 Dr은 High 레벨이 되고, 트랜지스터 TR이 온 상태가 되므로, 감류 저항기 R은 단락되어 통상의 상태로 복귀된다.

전류 제어 설정 회로 ICR은, 상기 단락 판별 신호 Sd, 상기 저레벨 전류 설정 신호 Ilr 및 상기 수축부 검출 신호 Nd를 입력으로 해서, 이하의 처리를 행하고, 전류 제어 설정 신호 Icr을 출력한다.

1) 단락 판별 신호 Sd가 High 레벨(단락)로 변화된 시점부터 미리 정한 초기 기간 중에는, 미리 정한 초기 전류 설정값을 전류 제어 설정 신호 Icr로서 출력한다.

2) 그 후는 전류 제어 설정 신호 Icr의 값을, 상기 초기 전류 설정값으로부터 미리 정한 단락시 경사로 미리 정한 피크 설정값까지 상승시키고, 그 값을 유지한다.

3) 수축부 검출 신호 Nd가 High 레벨(수축부 검출)로 변화되면, 전류 제어 설정 신호 Icr의 값을 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값으로 전환해서 유지한다.

4) 단락 판별 신호 Sd가 Low 레벨(아크)로 변화되면, 전류 제어 설정 신호 Icr을, 미리 정한 아크시 경사로 미리 정한 고레벨 전류 설정값까지 상승시키고, 그 값을 유지한다.

오프딜레이 회로 TDS는, 상기 단락 판별 신호 Sd를 입력으로 해서, 이 신호가 High 레벨로부터 Low 레벨로 변화되는 시점을 미리 정한 지연 시간만큼 오프딜레이 시켜서 지연 신호 Tds를 출력한다. 따라서, 이 지연 신호 Tds는, 단락 기간이 되면 High 레벨이 되고, 아크가 재발생하고 나서 지연 시간만큼 오프딜레이 해서 Low 레벨이 되는 신호이다.

전류 오차 증폭 회로 EI는, 상기 전류 제어 설정 신호 Icr(+)과 상기 용접 전류 검출 신호 Id(-)와의 오차를 증폭하여, 전류 오차 증폭 신호 Ei를 출력한다.

전압 설정 회로 VR은, 아크 기간 중의 용접 전압을 설정하기 위한 미리 정한 전압 설정 신호 Vr을 출력한다. 전압 오차 증폭 회로 EV는, 이 전압 설정 신호 Vr(+)과 상기 용접 전압 검출 신호 Vd(-)와의 오차를 증폭하여, 전압 오차 증폭 신호 Ev를 출력한다.

제어 전환 회로 SW는, 상기 전류 오차 증폭 신호 Ei, 상기 전압 오차 증폭 신호 Ev 및 상기 지연 신호 Tds를 입력으로 해서, 지연 신호 Tds가 High 레벨(단락 개시부터 아크가 재발생해서 지연 시간이 경과할 때까지의 기간)일 때에는 전류 오차 증폭 신호 Ei를 오차 증폭 신호 Ea로서 출력하고, Low 레벨(아크)일 때에는 전압 오차 증폭 신호 Ev를 오차 증폭 신호 Ea로서 출력한다. 이 회로에 의해, 단락 기간+지연 기간 중에는 정전류 제어로 되고, 그 이외의 아크 기간 중에는 정전압 제어로 된다.

평균 송급 속도 설정 회로 FAR은, 미리 정한 평균 송급 속도 설정 신호 Far을 출력한다. 송급 속도 설정 회로 FR은, 이 평균 송급 속도 설정 신호 Far을 입력으로 해서, 평균 송급 속도 설정 신호 Far에 대응해서 기억되어 있는 정송 가속 기간, 단락 강제 발생 기간, 정송 감속 기간, 역송 가속 기간 및 역송 감속 기간으로 형성되는 도 2의 (A) 내지 도 4의 (A)에서 후술하는 송급 패턴의 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다. 따라서, 평균 송급 속도 설정 신호 Far에 대응해서 기억되어 있는 송급 패턴의 평균값은, 평균 송급 속도 설정 신호 Far의 값과 동일해진다.

송급 제어 회로 FC는, 이 송급 속도 설정 신호 Fr을 입력으로 해서, 이 설정값에 상당하는 송급 속도 Fw로 용접 와이어(1)를 송급하기 위한 송급 제어 신호 Fc를 상기 송급 모터 WM에 출력한다.

도 2 내지 도 4에 있어서, 아크 용접 전원은, 출력 제어부 및 송급 제어부를 구비한다. 송급 제어부는, 송급 속도 설정 회로 FR 및 송급 제어 회로 FC를 구비한다. 출력 제어부는, 그 이외의 회로를 구비한다.

도 2는, 상술한 아크 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트이다. 도 2의 (A)는 용접 와이어(1)의 송급 속도 Fw의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (B)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (C)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (D)는 수축부 검출 신호 Nd의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (E)는 구동 신호 Dr의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (F)는 지연 신호 Tds의 시간 변화를 나타내고, 도 2의 (G)는 전류 제어 설정 신호 Icr의 시간 변화를 나타낸다. 이하, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는, 0보다도 상측의 플러스값일 때에는 용접 와이어가 정송되고 있는 것을 나타내고, 0보다도 하측의 마이너스값일 때에는 역송되고 있는 것을 나타낸다. 본 명세서에 있어서는, 변화율이라는 기재는 변화율의 절댓값을 의미하고 있다.

시각 t1 내지 t2의 미리 정한 정송 가속 기간 Tsu 중의 송급 속도 Fw는, 0부터 시간 경과에 수반해서 가속되고, 시각 t2에서는 미리 정한 제1 정송값 Fs1이 된다. 도 2에서는, 가속이 직선 형상인 경우를 예시하고 있지만, 곡선 형상이어도 된다. 정송 가속 기간 Tsu는, 예를 들어 5㎳이다. 송급 속도 Fw가 정송만의 일정값인 일반적인 용접의 경우에는, 송급 속도 Fw의 최댓값은 15m/min 정도이다. 이에 비해, 제1 정송값 Fs1은, 2배 이상의 값이며, 예를 들어 50m/min이다.

시각 t2 내지 t3의 미리 정한 단락 강제 발생 기간 Tsp 중의 송급 속도 Fw는, 상기 제1 정송값 Fs1로부터 상기 정송 가속 기간 Tsu 중보다도 5배 이상 큰 변화율로 가속되고, 미리 정한 정송 피크값 Fsp에 도달하면 그 값을 유지한다. 단락 강제 발생 기간 Tsp는, 예를 들어 1.5㎳이다. 정송 피크값 Fsp는, 상기 제1 정송값 Fs1보다도 큰 값이며, 예를 들어 100m/min이다. 변화율을 크게 하는 이유는, 신속히 정송 피크값 Fsp까지 가속하기 위함이다. 큰 값의 정송 피크값 Fsp에 유지함으로써, 용접 와이어를 신속히 용융지와 단락시켰다. 즉, 단락을 강제적으로 발생시키도록 하고 있다.

시각 t3 내지 t4의 미리 정한 정송 감속 기간 Tsd 중의 송급 속도 Fw는, 상기 정송 피크값 Fsp로부터 상기 정송 가속 기간 Tsu 중보다도 큰 변화율로 감속되고, 시각 t4에서는 0이 된다. 변화율을 크게 하고 있는 것은, 단락 기간을 원하는 값으로 해서, 용접 상태를 안정화시키기 위함이다. 정송 감속 기간 Tsd는, 예를 들어 1㎳이다.

시각 t4 내지 t5의 미리 정한 역송 가속 기간 Tru 중의 송급 속도 Fw는, 0부터 정현파 형상으로 가속되고, 시각 t5에서는 미리 정한 역송 피크값 Frp가 된다. 도 2에서는 정현파 형상으로 가속되는 경우를 예시했지만, 직선 형상 또는 정현파 이외의 곡선 형상이어도 된다. 역송 가속 기간 Tru는, 예를 들어 3㎳이다. 역송 피크값 Frp는, 예를 들어 -50m/min이다.

시각 t5 내지 t6의 미리 정한 역송 감속 기간 Trd 중의 송급 속도 Fw는, 상기 역송 피크값 Frp로부터 정현파 형상으로 감속되고, 시각 t6에서는 0이 된다. 도 2에서는 정현파 형상으로 가속되는 경우를 예시했지만, 직선 형상 또는 정현파 이외의 곡선 형상이어도 된다. 역송 감속 기간 Trd는, 예를 들어 3㎳이다.

시각 t6 내지 t7은, 다시 정송 가속 기간 Tsu로 되고, 시각 t7 내지 t8은, 다시 단락 강제 발생 기간 Tsp가 된다. 따라서, 송급 속도 Fw는, 시각 t1 내지 t6의 기간을 1주기로 해서 반복하고 있다. 도 2의 (A)에 나타내는 송급 속도 Fw의 평균값이, 정속 송급하는 일반적인 용접에 있어서의 송급 속도 Fw에 상당한다. 송급 속도 Fw의 평균값은 반드시 플러스값이 된다. 상술한 수치예의 경우에는, 송급 속도 Fw의 평균값은 약 10m/min(평균 용접 전류 300A)이 되었다.

시각 t1 내지 t2의 기간은 정송 가속 기간 Tsu이므로, 도 2의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는 정송 방향으로 가속된다. 이 기간은 아크가 발생하고 있는 기간이므로, 도 2의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw가 통전하고, 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수십 V의 아크 전압값이 된다.

시각 t2에 있어서, 단락 강제 발생 기간 Tsp가 개시되므로, 도 2의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는 정송 방향으로 급가속되어 큰 값의 정송 피크값 Fsp가 된다. 이 때문에, 단락 강제 발생 기간 Tsp 중의 시각 t21에 있어서, 용접 와이어는 모재와 접촉되어, 단락 상태로 된다. 단락 상태로 되면, 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 수 V의 단락 전압값으로 급감된다. 이 용접 전압 Vw가 단락/아크 판별값 Vta 미만으로 된 것을 판별하여, 도 2의 (F)에 도시하는 바와 같이, 지연 신호 Tds는 Low 레벨로부터 High 레벨로 변화된다. 이것에 응동하여, 도 2의 (G)에 도시하는 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr은 시각 t21에 있어서 미리 정한 고레벨 전류 설정값으로부터 작은 값인 미리 정한 초기 전류 설정값으로 변화된다.

시각 t3부터는 정송 감속 기간 Tsd가 되므로, 도 2의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는 급속하게 감속된다. 그리고, 시각 t4부터는 역송 가속 기간 Tru가 되므로, 송급 속도 Fw는 역송 방향으로 전환된다. 도 2의 (G)에 도시하는 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr은, 시각 t21 내지 t31의 미리 정한 초기 기간 중에는 상기 초기 전류 설정값이 되고, 시각 t31 내지 t41의 기간 중에는 미리 정한 단락시 경사로 상승되고, 시각 t41 내지 t42의 기간 중에는 미리 정한 피크 설정값이 된다. 단락 기간 중에는 상술한 바와 같이 정전류 제어되고 있으므로, 용접 전류 Iw는 전류 제어 설정 신호 Icr에 상당하는 값으로 제어된다. 이 때문에, 도 2의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 시각 t21에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 급감되고, 시각 t21 내지 t31의 초기 기간 중에는 초기 전류값이 되고, 시각 t31 내지 t41의 기간 중에는 단락시 경사로 상승하고, 시각 t41 내지 t42의 기간 중에는 피크값이 된다. 예를 들어, 초기 기간은 1㎳로, 초기 전류는 50A로, 단락시 경사는 400A/㎳로, 피크값은 450A로 설정된다. 도 2의 (D)에 도시하는 바와 같이, 수축부 검출 신호 Nd는, 후술하는 시각 t42 내지 t44의 기간은 High 레벨이 되고, 그 이외의 기간은 Low 레벨이 된다. 도 2의 (E)에 도시하는 바와 같이, 구동 신호 Dr은, 후술하는 시각 t42 내지 t43의 기간은 Low 레벨이 되고, 그 이외의 기간은 High 레벨이 된다. 따라서, 도 2에 있어서 시각 t42 이전의 기간 중에는, 구동 신호 Dr은 High 레벨이 되고, 도 1의 트랜지스터 TR이 온 상태로 되므로, 감류 저항기 R은 단락되어 통상의 소모 전극 아크 용접 전원과 동일한 상태로 된다.

도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 용접 전류 Iw가 피크값이 되는 시각 t41 근처로부터 상승한다. 이것은, 용접 와이어의 역송 및 용접 전류 Iw에 의한 핀치력의 작용에 의해, 용적에 수축부가 점차 형성되기 때문이다.

시각 t42에 있어서, 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw가 급상승해서 초기 기간 중의 전압값으로부터의 전압 상승값ΔV가 미리 정한 수축부 검출 기준값 Vtn과 동일해진 것에 의해 수축부를 검출하면, 도 2의 (D)에 도시하는 바와 같이, 수축부 검출 신호 Nd는 High 레벨로 변화된다. 이것에 응동하여, 도 2의 (E)에 도시하는 바와 같이, 구동 신호 Dr은 Low 레벨이 되므로, 도 1의 트랜지스터 TR은 오프 상태로 되고 감류 저항기 R이 통전로에 삽입된다. 동시에, 도 2의 (G)에 도시하는 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr은 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값으로 작아진다. 이 때문에, 도 2의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는 피크값으로부터 저레벨 전류값 Il로 급감된다. 그리고, 시각 t43에 있어서 용접 전류 Iw가 저레벨 전류값 Il까지 감소되면, 도 2의 (E)에 도시하는 바와 같이, 구동 신호 Dr은 High 레벨로 복귀되므로, 도 1의 트랜지스터 TR은 온 상태로 되고 감류 저항기 R은 단락된다. 도 2의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 전류 제어 설정 신호 Icr이 저레벨 전류 설정 신호 Ilr 상태 그대로이므로, 시각 t44의 아크 재발생까지는 저레벨 전류값 Il을 유지한다. 따라서, 트랜지스터 TR은, 시각 t42에 수축부가 검출되고 나서 시각 t43에 용접 전류 Iw가 저레벨 전류값 Il로 감소될 때까지의 기간만 오프 상태로 된다. 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 용접 전류 Iw가 작아지므로 시각 t42부터 일단 감소한 후에 급상승한다. 저레벨 전류값 Il은, 예를 들어 50A로 설정된다.

시각 t44에 있어서, 용접 와이어의 역송 및 용접 전류 Iw의 통전에 의한 핀치력에 의해 수축부가 진행되어 아크가 재발생하면, 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw의 값은 단락/아크 판별값 Vta 이상이 된다.

아크가 재발생한 직후의 시각 t5부터는 역송 감속 기간 Trd가 되므로, 도 2의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는 역송 상태를 유지하면서 감속된다. 시각 t44에 아크가 재발생하면, 도 2의 (G)에 도시하는 바와 같이, 전류 제어 설정 신호 Icr의 값은, 저레벨 전류 설정 신호 Ilr의 값으로부터 미리 정한 아크시 경사로 상승하고, 상기 고레벨 전류 설정값에 도달하면 그 값을 유지한다. 도 2의 (F)에 도시하는 바와 같이, 지연 신호 Tds는, 시각 t44에 아크가 재발생하고 나서 미리 정한 지연 기간 Td가 경과하는 시각 t51까지 High 레벨 상태 그대로이다. 따라서, 용접 전원은 시각 t51까지 정전류 제어되고 있으므로, 도 2의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 시각 t44부터 아크시 경사로 상승하고, 고레벨 전류값에 도달하면 그 값을 시각 t51까지 유지한다. 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는, 시각 t44 내지 t51의 지연 기간 Td 중에는 고레벨 전압값의 상태에 있다. 도 2의 (D)에 도시하는 바와 같이, 수축부 검출 신호 Nd는, 시각 t44에 아크가 재발생하므로, Low 레벨로 변화된다. 예를 들어, 아크시 경사는 400A/㎳로, 고레벨 전류값은 450A로, 지연 기간 Td는 2㎳로 설정된다.

시각 t51에 있어서, 도 2의 (F)에 도시하는 바와 같이, 지연 신호 Tds가 Low 레벨로 변화된다. 이 결과, 용접 전원은 정전류 제어로부터 정전압 제어로 전환된다. 시각 t44에 아크가 재발생하고 나서 시각 t6까지는, 용접 와이어는 역송되고 있으므로, 아크 길이는 점차 길어진다. 시각 t6부터는 정송 가속 기간 Tsu가 되므로, 도 2의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw는 정송으로 전환된다. 시각 t51에 정전압 제어로 전환되면, 도 2의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는 고레벨 전류값으로부터 점차적으로 감소된다. 마찬가지로, 도 2의 (C)에 도시하는 바와 같이, 용접 전압 Vw는 고레벨 전압값으로부터 점차적으로 감소된다.

상술한 바와 같이, 수축부 검출 제어에서는, 시각 t42에 수축부를 검출하면 통전로에 감류 저항기를 삽입함으로써 용접 전류 Iw를 급감시켜서, 시각 t44에 아크가 재발생한 시점에 있어서의 전류값을 작은 값으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 스패터 발생량을 대폭으로 저감할 수 있다.

상술한 바와 같이, 실시 형태 1에서는, 단락은 반드시 단락 강제 발생 기간 Tsp 중에 발생한다. 또한, 도 2에서는 아크가 시각 t5보다도 이전의 역송 가속 기간 Tru 중에 발생하는 경우를 예시했지만, 시각 t5 이후의 역송 감속 기간 Trd 중에 발생하는 경우도 있다.

상술한 실시 형태 1에 의하면, 정송 가속 기간과 정송 감속 기간 사이에 단락 강제 발생 기간을 구비하고, 이 단락 강제 발생 기간 중에는 정송 가속 기간 중보다도 큰 변화율로 송급 속도를 가속시키고, 송급 속도가 미리 정한 정송 피크값에 도달하면 그 값을 유지시킨다. 이에 의해, 특히 대전류역의 용접에 있어서 외란이 발생해도 단락을 반드시 단락 강제 발생 기간 중에 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 단락과 아크의 주기와 송급 속도의 정송과 역송의 주기가 동기 어긋남 상태가 되는 것을 억제할 수 있으므로, 안정된 용접을 행할 수 있다.

[실시 형태 2]

실시 형태 2의 발명에서는, 역송 가속 기간 중에는, 정송 가속 기간보다도 큰 변화율로 송급 속도를 가속시키고, 송급 속도가 미리 정한 역송 피크값에 도달하면 그 값을 유지시킨다.

실시 형태 2에 관한 아크 용접 전원의 블록도는, 도 1과 동일하다. 단, 송급 속도 설정 회로 FR에 미리 설정되어 있는 송급 속도의 송급 패턴이 도 3의 (A)로 되는 점이 상이하다.

도 3은, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 아크 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트이다. 도 3의 (A)는 용접 와이어(1)의 송급 속도 Fw의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (B)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (C)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (D)는 수축부 검출 신호 Nd의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (E)는 구동 신호 Dr의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (F)는 지연 신호 Tds의 시간 변화를 나타내고, 도 3의 (G)는 전류 제어 설정 신호 Icr의 시간 변화를 나타낸다. 도 3은 상술한 도 2와 대응하고 있고, 동일한 동작에 관한 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 3을 참조하여 상이한 동작에 대해서 설명한다.

도 3의 (A)에 나타내는 송급 속도 Fw의 송급 패턴은, 시각 t4 내지 t5의 역송 가속 기간 Tru 중의 변화만이 도 2와는 상이하다. 시각 t4 내지 t5의 미리 정한 역송 가속 기간 Tru 중의 송급 속도 Fw는, 0으로부터 상기 정송 가속 기간 Tsu 중보다도 큰 변화율로 역송 방향으로 가속되고, 미리 정한 역송 피크값 Frp에 도달하면 그 값을 유지한다. 도 3에서는 직선 형상으로 가속되는 경우를 예시했지만, 곡선 형상이어도 된다. 역송 가속 기간 Tru는, 예를 들어 2.5㎳이다. 역송 피크값 Frp는, 예를 들어 -50m/min이다. 변화율을 크게 함으로써, 신속히 역송 피크값 Frp에 도달하도록 하고 있다. 이렇게 함으로써, 아크 재발생의 타이밍을 역송 피크값 Frp를 유지하고 있는 기간 중에 집중시킬 수 있다.

도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이, 시각 t4부터는 역송 가속 기간 Tru가 되므로, 송급 속도 Fw는 역송 상태로 절환되고, 정송 가속 기간 Tsu 중보다도 큰 변화율로 급속하게 가속되어, 역송 피크값 Frp에 도달하면 그 값을 유지한다. 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 시각 t21에 있어서 아크 기간의 용접 전류로부터 급감하여, 시각 t21 내지 t31의 초기 기간 중에는 초기 전류값이 되고, 시각 t31 내지 t41의 기간 중에는 단락시 경사로 상승하고, 시각 t41 내지 t42의 기간 중에는 피크값이 된다. 이 용접 전류 Iw가 피크값인 기간과 송급 속도 Fw가 역송 피크값 Frp인 기간은 겹치게 된다. 이 때문에, 용접 와이어가 고속인 역송에 의한 수축부의 촉진 효과와, 대 전류값의 용접 전류 Iw가 통전하는 것에 의한 수축부의 촉진 효과가 중첩된다. 이 결과, 아크 재발생의 타이밍(시각 t44)은, 송급 속도 Fw가 역송 피크값 Frp가 되는 기간에 집중된다.

상술한 실시 형태 2에 의하면, 역송 가속 기간 중에는, 정송 가속 기간보다도 큰 변화율로 송급 속도를 가속시키고, 송급 속도가 미리 정한 역송 피크값에 도달하면 그 값을 유지시킨다. 이에 의해, 실시 형태 1의 효과 외에, 이하의 효과를 발휘한다. 즉, 실시 형태 2에서는, 역송 가속 기간의 상승 시에 송급 속도의 변화율을 크게 함으로써, 신속히 역송 피크값에 도달하도록 하고 있다. 이렇게 함으로써, 아크 재발생의 타이밍을 역송 피크값을 유지하고 있는 기간 중에 집중시킬 수 있다. 이 때문에, 실시 형태 2에서는, 단락과 아크의 주기와 송급 속도의 정송과 역송의 주기와의 동기 상태를 더 안정화시킬 수 있다.

[실시 형태 3]

실시 형태 3의 발명에서는, 역송 감속 기간 중에는, 송급 속도를 역송 피크값으로부터 소정값만큼 감속시키고, 그 후에는 변화율을 작게 해서 감속시킨다.

실시 형태 3에 관한 아크 용접 전원의 블록도는, 도 1과 동일하다. 단, 송급 속도 설정 회로 FR에 미리 설정되어 있는 송급 속도의 송급 패턴이 도 4의 (A)로 되는 점이 상이하다.

도 4는, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 아크 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트이다. 도 4의 (A)는 용접 와이어(1)의 송급 속도 Fw의 시간 변화를 나타내고, 도 4의 (B)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타내고, 도 4의 (C)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 4의 (D)는 수축부 검출 신호 Nd의 시간 변화를 나타내고, 도 4의 (E)는 구동 신호 Dr의 시간 변화를 나타내고, 도 4의 (F)는 지연 신호 Tds의 시간 변화를 나타내고, 도 4의 (G)는 전류 제어 설정 신호 Icr의 시간 변화를 나타낸다. 도 4는 상술한 도 3과 대응하고 있고, 동일한 동작에 관한 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 4를 참조하여 상이한 동작에 대해서 설명한다.

도 4의 (A)에 나타내는 송급 속도 Fw의 송급 패턴은, 시각 t5 내지 t6의 역송 감속 기간 Trd 중의 변화만이 도 3과는 상이하다. 시각 t5 내지 t6의 미리 정한 역송 감속 기간 Trd 중의 송급 속도 Fw는, 역송 피크값 Frp로부터 소정값ΔF만큼 감속되고, 그 후는 변화율을 작게 해서 감속된다. 도 4에서는 꺾은선 형상으로 감속되는 경우를 예시했지만, 곡선 형상이어도 된다. 역송 가속 기간 Tru는, 예를 들어 3㎳이다.

도 4의 (A)에 도시하는 바와 같이, 시각 t5부터는 역송 감속 기간 Trd가 되므로, 송급 속도 Fw는, 역송 피크값 Frp로부터 소정값ΔF만큼 감속되고, 그 후는 변화율을 작게 해서 감속된다. 도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw는, 아크가 재발생하는 시각 t44부터 아크시 경사로 상승하고, 고레벨 전류값에 도달하면 그 값을 시각 t51까지 유지한다. 따라서, 역송 감속 기간 Trd 중에는, 아크가 발생한 상태에서 용접 와이어를 역송하고 있으므로, 아크 길이를 길게 하고 있게 된다. 동시에, 용접 와이어의 선단이 용융되어 용적이 점차 커진다. 이 때, 역송 감속 기간 Trd가 개시된 직후의 송급 속도 Fw가 고속이면, 용적에 역송 방향의 강한 힘이 작용하여, 용적이 역송 방향으로 들어 올려진 상태가 된다. 이러한 상태로 되면, 용적 이행 상태가 불안정해지기 쉬워진다. 이 때문에, 역송 감속 기간 Trd의 개시 직후에 소정값ΔF만큼 송급 속도 Fw를 급속하게 감속시킴으로써, 용적이 들어 올려진 상태가 되는 것을 방지하고 있다.

상술한 실시 형태 3에 의하면, 역송 감속 기간 중에는, 송급 속도를 역송 피크값으로부터 소정값만큼 감속시키고, 그 후는 변화율을 작게 해서 감속시킨다. 이에 의해, 실시 형태 1 및 2의 효과 외에, 이하의 효과를 발휘한다. 즉, 실시 형태 3에서는, 역송 감속 기간 중에 아크 길이를 길게 할 때, 용적이 역송 방향으로 들어 올려진 상태가 되는 것을 억제함으로써, 용적 이행 상태를 더 안정화시켰다.

[실시 형태 4]

실시 형태 4의 발명은, 송급 속도의 평균값이 미리 정한 기준 송급 속도 이상일 때 단락 강제 발생 기간을 구비하는 것이다. 즉, 단락 강제 발생 기간은, 송급 속도의 평균값이 기준 송급 속도 미만일 때는 마련하지 않고, 이상일 때에만 마련하는 것이다.

도 5는, 본 발명의 실시 형태 4에 관한 아크 용접 전원의 블록도이다. 도 5는 상술한 도 1과 대응하고 있고, 동일한 블록에는 동일 부호를 붙여서 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 5는, 도 1의 송급 속도 설정 회로 FR을 제2 송급 속도 설정 회로 FR2로 치환한 것이다. 이하, 도 5를 참조하여 이 블록에 대해서 설명한다.

제2 송급 속도 설정 회로 FR2는, 평균 송급 속도 설정 신호 Far을 입력으로 해서, 이하의 처리를 행하고, 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

1) 평균 송급 속도 설정 신호 Far의 값이 미리 정한 기준 송급 속도 미만일 때는, 평균 송급 속도 설정 신호 Far에 대응해서 기억되어 있는 정송 가속 기간, 정송 감속 기간, 역송 가속 기간 및 역송 감속 기간으로 형성되는 도 8의 (A)에서 상술한 송급 패턴의 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

2) 평균 송급 속도 설정 신호 Far의 값이 상기 기준 송급 속도 이상일 때는, 평균 송급 속도 설정 신호 Far에 대응해서 기억되어 있는 정송 가속 기간, 단락 강제 발생 기간, 정송 감속 기간, 역송 가속 기간 및 역송 감속 기간으로 형성되는 도 2의 (A) 내지 도 4의 (A)에서 상술한 송급 패턴의 송급 속도 설정 신호 Fr을 출력한다.

상기 기준 송급 속도는, 단락 기간과 아크 기간의 주기의 변동이 작은 소전류 영역과, 주기가 변동되는 대전류역을 구분하는 값으로 설정된다. 예를 들어, 용접 와이어가 철강 와이어이며, 그 직경이 1.2mm일 때는, 4m/min로 설정된다.

도 5에서 상술한 실시 형태 4에 관한 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트는, 도 1 및 도 2 내지 도 4와 마찬가지이므로, 설명은 반복하지 않는다. 즉, 평균 송급 속도 설정 신호 Far의 값이 기준 송급 속도 미만일의 때의 타이밍 차트는 도 1과 마찬가지로 되고, 기준 송급 속도 이상일 때는 도 2 내지 도 4와 마찬가지로 된다.

상술한 실시 형태 4에 의하면, 송급 속도의 평균값이 미리 정한 기준 송급 속도 이상일 때 단락 강제 발생 기간을 구비하고 있다. 이에 의해, 실시 형태 4의 발명에서는, 실시 형태 1 내지 3의 효과 외에, 이하의 효과를 발휘한다. 송급 속도의 평균값이 기준 송급 속도 미만인 소전류 영역의 용접에 있어서, 단락 강제 발생 기간을 설정하면, 워크에 따라서는 스패터가 증가하는 경우가 있다. 소전류 영역의 용접에 있어서는, 단락과 아크의 주기와 송급 속도의 정송과 역송의 주기가 동기 어긋남 상태가 되는 일은 적으므로, 단락 강제 발생 기간을 설정하지 않아도 되는 경우가 많다.

[실시 형태 5]

실시 형태 5의 발명은, 송급 속도가 단락 강제 발생 기간에 들어가면, 아크 기간 중의 용접 전류를 미리 정한 기준 전류값 미만으로 감소시키는 것이다.

도 6은, 본 발명의 실시 형태 5에 관한 아크 용접 전원의 블록도이다. 도 6은 상술한 도 1과 대응하고 있고, 동일한 블록에는 동일 부호를 붙여서 그들의 설명은 반복하지 않는다. 도 6은, 도 1의 전압 설정 회로 VR을 제2 전압 설정 회로 VR2로 치환한 것이다. 이하, 도 6을 참조하여 이 블록에 대해서 설명한다.

제2 전압 설정 회로 VR2는, 송급 속도 설정 신호 Fr을 입력으로 해서, 송급 속도 설정 신호 Fr의 값으로부터 단락 강제 발생 기간에 있는지를 판별하고, 단락 강제 발생 기간이 아닐 때는 미리 정한 전압 설정값의 전압 설정 신호 Vr을 출력하고, 단락 강제 발생 기간일 때는 상기 전압 설정값보다도 작은 값으로 미리 정한 저전압 설정값의 전압 설정 신호 Vr을 출력한다. 이 저전압 설정값은, 아크 기간 중의 용접 전류가 미리 정한 기준 전류값 미만이 되게 설정된다. 기준 전류값은, 예를 들어 100A로 설정된다.

도 7은, 도 6에서 상술한 아크 용접 전원에 있어서의 각 신호의 타이밍 차트이다. 도 7의 (A)는 용접 와이어(1)의 송급 속도 Fw의 시간 변화를 나타내고, 도 7의 (B)는 용접 전류 Iw의 시간 변화를 나타내고, 도 7의 (C)는 용접 전압 Vw의 시간 변화를 나타내고, 도 7의 (D)는 수축부 검출 신호 Nd의 시간 변화를 나타내고, 도 7의 (E)는 구동 신호 Dr의 시간 변화를 나타내고, 도 7의 (F)는 지연 신호 Tds의 시간 변화를 나타내고, 도 7의 (G)는 전류 제어 설정 신호 Icr의 시간 변화를 나타낸다. 도 7은 상술한 도 2와 대응하고 있고, 시각 t2 내지 t21 이외의 기간의 동작은 동일하므로, 그들의 설명은 반복하지 않는다. 이하, 도 7을 참조하여 상이한 동작에 대해서 설명한다.

시각 t2에 있어서, 도 7의 (A)에 도시하는 바와 같이, 송급 속도 Fw가 단락 강제 발생 기간 Tsp에 들어가면, 도 6의 제2 전압 설정 회로 VR2에 의해 전압 설정 신호 Vr은 미리 정한 저전압 설정값으로 전환된다. 이 때문에, 도 7의 (C)에 도시하는 바와 같이, 시각 t2부터 단락이 발생하는 시각 t21까지의 아크 기간 중에는, 용접 전압 Vw는 급격하게 감소해서 작은 값이 된다. 이것에 응동하여, 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류 Iw도 급격하게 감소하여, 미리 정한 기준 전류값 미만의 작은 값이 된다. 이렇게 용접 전류 Iw를 작은 값으로 하면, 단락이 보다 발생하기 쉬워지고 또한 단락이 발생했을 때의 스패터를 적게 할 수 있다.

상기에 있어서는, 실시 형태 5를 실시 형태 1을 기초로 해서 설명했지만, 실시 형태 2 내지 4를 기초로 한 경우도 마찬가지이므로, 설명은 반복하지 않는다.

상술한 실시 형태 5에 의하면, 송급 속도가 단락 강제 발생 기간에 들어가면, 아크 기간 중의 용접 전류를 미리 정한 기준 전류값 미만으로 감소시킨다. 이에 의해, 실시 형태 5에서는, 실시 형태 1 내지 4의 효과 외에, 이하의 효과를 발휘한다. 실시 형태 5에서는, 단락 강제 발생 기간의 아크 기간 중의 용접 전류를 작은 값으로 함으로써, 단락이 보다 발생하기 쉬워지고 또한 단락이 발생했을 때의 스패터를 적게 할 수 있다. 아크 기간 중에 용접 전류를 작은 값으로 유지하고 있는 기간이 너무 길어지면, 비드 외관이 나빠진다. 실시 형태 5에서는, 단락 강제 발생 기간에 들어가고 나서 용접 전류를 감소시키고 있으므로, 감소 기간이 비드 외관에 영향을 줄 만큼 길어지는 일은 없다.

본 발명에 따르면, 특히 대전류역의 용접에 있어서 외란이 발생해도 단락을 반드시 단락 강제 발생 기간 중에 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 본 발명에서는, 단락과 아크의 주기와 송급 속도의 정송과 역송의 주기가 동기 어긋남 상태가 되는 것을 억제할 수 있으므로, 안정된 용접을 행할 수 있다.

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

본 출원은, 2014년 2월 18일 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2014-028675)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 도입된다.

1 : 용접 와이어
2 : 모재
3 : 아크
4 : 용접 토치
5 : 송급 롤
CM : 전류 비교 회로
Cm : 전류 비교 신호
DR : 구동 회로
Dr : 구동 신호
Ea : 오차 증폭 신호
EI : 전류 오차 증폭 회로
Ei : 전류 오차 증폭 신호
EV : 전압 오차 증폭 회로
Ev : 전압 오차 증폭 신호
FAR : 평균 송급 속도 설정 회로
Far : 평균 송급 속도 설정 신호
FC : 송급 제어 회로
Fc : 송급 제어 신호
FR : 송급 속도 설정 회로
Fr : 송급 속도 설정 신호
FR2 : 제2 송급 속도 설정 회로
Frp : 역송 피크값
Fs1 : 제1 정송값
Fsp : 정송 피크값
Fw : 송급 속도
ICR : 전류 제어 설정 회로
Icr : 전류 제어 설정 신호
ID : 용접 전류 검출 회로
Id : 용접 전류 검출 신호
Il : 레벨 전류값
ILR : 저레벨 전류 설정 회로
Ilr : 저레벨 전류 설정 신호
Iw : 용접 전류
ND : 수축부 검출 회로
Nd : 수축부 검출 신호
PM : 전원 주 회로
R : 감류 저항기
SD : 단락 판별 회로
Sd : 단락 판별 신호
SW : 제어 전환 회로
Td : 지연 기간
TDS : 오프딜레이 회로
Tds : 지연 신호
TR : 트랜지스터
Trd : 역송 감속 기간
Tru : 역송 가속 기간
Tsd : 정송 감속 기간
Tsp : 단락 강제 발생 기간
Tsu : 정송 가속 기간
VD : 용접 전압 검출 회로
Vd : 용접 전압 검출 신호
VR : 전압 설정 회로
Vr : 전압 설정 신호
VR2 : 제2 전압 설정 회로
Vta : 단락/아크 판별값
VTN : 수축부 검출 기준값 설정 회로
Vtn : 수축부 검출 기준값(신호)
Vw : 용접 전압
WM : 송급 모터
ΔF : 소정값
ΔV 전압 상승값

Claims (5)

1. 단락 기간 및 아크 기간의 각 기간에 대응한 용접 전압 및 용접 전류를 출력하는 출력 제어부와,
   용접 와이어의 송급 속도를, 정송 가속 기간 중에는 정송 방향으로 가속시키고, 정송 감속 기간 중에는 정송 방향으로 감속시키고, 역송 가속 기간 중에는 역송 방향으로 가속시키고, 역송 감속 기간 중에는 역송 방향으로 감속시키는 송급 제어부를 구비한 아크 용접 전원에 있어서,
   상기 송급 제어부는, 상기 정송 가속 기간과 상기 정송 감속 기간 사이에 단락 강제 발생 기간을 구비하고, 이 단락 강제 발생 기간 중에는 상기 정송 가속 기간 중보다도 큰 변화율로 상기 송급 속도를 가속시키고, 상기 송급 속도가 미리 정한 정송 피크값에 도달하면 그 값을 유지시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원.
2. 제1항에 있어서,
   상기 송급 제어부는, 상기 역송 가속 기간 중에는, 상기 정송 가속 기간보다도 큰 변화율로 상기 송급 속도를 가속시키고, 상기 송급 속도가 미리 정한 역송 피크값에 도달하면 그 값을 유지시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원.
3. 제2항에 있어서,
   상기 송급 제어부는, 상기 역송 감속 기간 중에는, 상기 송급 속도를 상기 역송 피크값으로부터 소정값만큼 감속시키고 그 후는 변화율을 작게 해서 감속시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 송급 제어부는, 상기 송급 속도의 평균값이 미리 정한 기준 송급 속도 이상일 때 상기 단락 강제 발생 기간을 구비하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 출력 제어부는, 상기 송급 속도가 상기 단락 강제 발생 기간에 들어가면, 상기 아크 기간 중의 상기 용접 전류를 미리 정한 기준 전류값 미만으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원.

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