KR20210039482A - 용접 전원, 용접 시스템, 용접 전원의 제어 방법 및 프로그램 - Google Patents

Abstract

소모 전극인 와이어의 선단의 정송급과 역송급을 주기적으로 반복함으로써 아크 용접하는 경우에, 와이어에 대전류를 흘려도 스패터의 발생을 억제할 수 있도록 한다. 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하는 소모 전극식 아크 용접 전원은, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 제어 수단을 갖는다.

Description

용접 전원, 용접 시스템, 용접 전원의 제어 방법 및 프로그램

본 발명은, 용접 전원, 용접 시스템, 용접 전원의 제어 방법 및 프로그램에 관한 것이다.

가스 실드 아크 용접은, 자동차, 철골, 건설 기계, 조선 그 밖에 다양한 업종의 용접에서 이용되고 있지만, 현장에서는, 작업 효율의 더한층의 개선이 요구되고 있다. 예를 들면 스패터의 저감이 요구되고 있다. 스패터가 모재(워크)에 부착되면, 그 제거 작업 등을 위해서 작업 효율이 저하되기 때문이다.

스패터의 저감에 효과적이라고 여겨지는 종래의 방법에, 용접 와이어의 정송급(正送給)과 역송급(逆送給)을 주기적으로 반복하는 방법이 있다. 이 방법은, 단락(短絡) 상태와 아크 발생 상태를 교대로 반복하는 단락 이행 시에 이용된다. 구체적으로는, 용접 와이어의 선단을 용융지(溶融池)에 접촉시켜 단락시키고, 그 후, 전류에 의한 핀치력과 역송에 의한 되돌림에 의해 단락을 안정적으로 해제하고, 용적을 용융지에 강제적으로 이행시키는 방법이 된다.

용접 와이어의 송급에 상기 기술을 활용하는 종래 기술에는, 예를 들면 특허문헌 1 및 2가 있다.

특허문헌 1에는, 「용접 와이어의 정송과 역송을 주기적으로 반복하는 용접 방법에 있어서, 용접 상태의 안정성을 향상시킨다. 용접 와이어의 송급 속도 Fw의 정송과 역송을 주기적으로 반복하여 단락 기간과 아크 기간을 발생시키고, 아크 기간 중에는 제 1 용접 전류 Iw1을 통전시킨 후에 제 1 용접 전류보다도 작은 제 2 용접 전류 Iw2를 통전시키는 아크 용접 제어 방법에 있어서, 아크 기간으로부터 단락 기간으로 이행한 시점 t21의 송급 속도 Fw의 위상을 검출하고, 검출된 위상에 따라 제 1 용접 전류의 값 Iw1 및/또는 통전 기간 Tw1을 변화시킨다. 이에 의해, 외란에 의한 단락 발생 시의 송급 속도의 위상이 변동하는 것을 억제할 수 있으므로, 용접 상태의 안정성을 향상시킬 수 있다」라고 기재되어 있다.

또, 특허문헌 2에는, 「용접 와이어와 용접 대상물의 사이에 피크 전류와 베이스 전류를 펄스 형상으로 반복하여 공급하는 펄스 아크 용접 제어 방법으로서, 피크 전류 기간 중의 제 1 시점부터 베이스 전류 기간 중의 제 2 시점까지의 소정 기간의 사이에는, 상기 용접 와이어의 송급 속도를, 상기 피크 전류의 상승 시점의 송급 속도보다도 낮게 하거나, 또는, 상기 용접 와이어를 상기 용접 대상물로부터 떼어 놓은 방향으로 송급하는 역송으로 한다. 이에 의해 아크 길이를 짧게 함과 더불어, 용적 이탈 시의 단락을 억제한다」라고 기재되어 있다.

국제공개 제2015/163101호 일본 특허공개 2014-83553호 공보

특허문헌 1에 기재된 기술은, 스패터의 저감을 실현 가능하지만, 단락을 수반하는 제어 방법으로서, 용적 이행의 이행 형태가 단락 이행이라는 성질상, 필연적으로 적용 가능한 전류 범위는 낮아지는 것이 일반적이다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 저(底)입열의 용접이 요망되는 박판(薄板)의 용접에는 적합하지만, 고(高)입열의 용접이 요망되는 후판의 용접에 대해서는, 일정한 용입을 확보할 수 없기 때문에, 적합하지 않다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 기술을 후판의 용접에 적용하는 경우, 입열의 부족에 의한 용입 부족의 발생에 더하여, 비드의 외관이 볼록 형상이 되는 등의 과제가 있다. 구체적으로는, 용접 전류에 상한이 있는 특허문헌 1에 기재된 기술을 후판의 구조물에 적용해도, 용착량이 적기 때문에 용접 효율이 나쁠 뿐만 아니라, 저입열을 위해서 용접 품질을 충분히 확보할 수 없다.

또, 특허문헌 2에 기재된 기술은, 펄스 전류의 주기적인 변화를 기준으로 정한 이탈 예측 기간에 와이어를 역송하기 위한 송급 속도의 지령값을 제어하는 것을 기재할 뿐이고, 안정된 이탈을 실현하는 조건은 기재되어 있지 않다. 환언하면, 스패터의 억제를 안정적으로 실현하는 조건이 기재되어 있지 않다.

본 발명의 목적은, 소모 전극인 와이어의 선단의 정송급과 역송급을 주기적으로 반복하는 아크 용접 방식에 있어서, 높은 입열로 효율 좋게 용접할 수 있고, 단락 이행 이외의 이행 형태를 취하는 고전류역의 경우에 의해서도 스패터의 저감을 실현하는 것이다.

이러한 목적하에, 본 발명은, 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하는 용접 전원에 있어서, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 제어 수단을 갖는 용접 전원을 제공한다.

여기에서, 제어 수단은, 상기 와이어의 송급 속도의 지령값에 따라, 상기 와이어의 선단 위치를 산출해도 된다.

또, 제어 수단은, 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치가, 변동 범위의 상하점으로 규정되는 파고의 1/2의 위치보다도 모재측에 위치하는 경우에, 용접 전류를 미리 정한 전류값보다도 저하시키는 저전류 기간을 개시해도 된다.

한편, 저전류 기간은, 와이어의 선단이 정송급되는 기간으로부터 역송급되는 기간으로 전환되는 시점에 있어서의 와이어의 선단 위치로부터, 역송급으로 전환된 와이어의 송급 속도의 지령값이 최대가 되는 시점에 있어서의 와이어의 선단 위치까지의 범위 내에서 개시되어도 된다. 또는, 저전류 기간은, 와이어의 선단 위치가, 변동 범위의 최하점으로부터 파고의 1/2에 도달하기까지의 사이에서 개시되어도 된다.

또한, 저전류 기간은, 역송급으로 전환된 와이어의 송급 속도의 지령값이 최대가 된 시점에 있어서의 와이어의 선단 위치로부터, 와이어의 선단이 역송급되는 기간으로부터 정송급되는 기간으로 전환되는 시점에 있어서의 와이어의 선단 위치까지의 범위 내에서 종료되어도 된다. 또는, 저전류 기간은, 와이어의 선단 위치가, 파고의 1/2로부터 변동 범위의 최상점에 도달하기까지의 사이에서 종료되어도 된다.

여기에서, 와이어의 송급 속도의 지령값과 실측된 송급 속도의 위상차에 근거하여 저전류 기간의 개시를 보정해도 되고, 와이어의 송급 속도의 지령값과 실측된 송급 속도의 위상차에 근거하여 저전류 기간의 종료를 보정해도 된다.

또, 용접 전류는, 평균값보다 큰 전류가 흐르는 제 1 기간과 평균값보다도 작은 전류가 흐르는 제 2 기간이 주기적으로 반복하는 펄스 파형을 갖고, 저전류 기간은, 제 2 기간에 대응하고, 저전류 기간 이외는, 제 1 기간에 대응해도 된다.

여기에서, 제 2 기간의 종료단과 제 1 기간의 개시단의 사이에는 상승 천이 기간이 마련되고, 제 1 기간의 종료단과 제 2 기간의 개시단의 사이에는 하강 천이 기간이 마련되어도 된다. 한편, 상승 천이 기간에 있어서의 용접 전류는 계단 형상으로 변화해도 된다.

또, 와이어와 모재의 이탈을 검출하는 검출 수단을 더 갖고, 와이어의 선단이 역송급되는 기간 중에 와이어의 이탈이 검출 수단에 검출되지 않았던 경우, 제어 수단은, 와이어의 선단이 역송급되는 기간의 종료 후에 미리 정한 일정 속도로 와이어를 송급시키는 제어를 개시하고, 와이어가 일정 속도로 송급되는 동안에 와이어의 이탈이 검출 수단에 검출된 경우, 제어 수단은, 와이어의 선단이 정송급되는 기간과 역송급되는 기간이 주기적으로 반복되는 초기 조건으로 전환해도 된다.

또, 와이어와 모재의 이탈을 검출하는 검출 수단을 더 갖고, 와이어의 선단이 정송급되는 기간에 와이어의 송급 속도의 지령값이 최대가 되는 시점으로부터, 와이어의 선단이 역송급되는 기간으로 전환되는 기간까지의 사이에서 와이어의 이탈이 검출 수단에 검출된 경우, 제어 수단은, 와이어의 선단이 역송급되는 기간으로부터 정송급되는 기간으로 전환되는 시점에서 미리 정한 일정 속도로 와이어를 송급시키는 제어를 개시하고, 와이어가 일정 속도로 송급되는 동안에 와이어의 이탈이 검출 수단에 검출된 경우, 제어 수단은, 와이어의 선단이 정송급되는 기간과 역송급되는 기간이 주기적으로 반복되는 초기 조건으로 전환해도 된다.

또, 본 발명은, 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하여 아크 용접하는 용접 시스템에 있어서, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 당해 와이어의 선단 위치에 따라 상기 용접 전류를 변화시키는 제어 수단을 갖는, 용접 시스템을 제공한다.

또, 본 발명은, 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하는 용접 전원의 제어 방법에 있어서, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 상기 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는, 용접 전원의 제어 방법을 제공한다.

또, 본 발명은, 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하여 아크 용접하는 용접 시스템의 컴퓨터로 하여금, 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 기능을 실행하게 하는 프로그램을 제공한다.

본 발명에 의하면, 소모 전극인 와이어의 선단의 정송급과 역송급을 주기적으로 반복하는 아크 용접 방식에 있어서, 높은 입열로 효율 좋게 용접할 수 있고, 단락 이행 이외의 이행 형태를 취하는 고전류역의 경우에 의해서도 스패터의 저감을 실현할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 아크 용접 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 용접 전원의 제어계 부분의 구성예를 설명하는 블록 구성도이다.
도 3은 와이어 송급 속도의 시간 변화를 설명하는 파형도이다.
도 4는 용접 와이어의 선단 위치의 시간 변화를 설명하는 파형도이다.
도 5는 본 실시형태에 있어서의 용접 전류의 제어예를 설명하는 플로 차트이다.
도 6은 용접 전류의 전류값을 지정하는 전류 설정 신호의 제어예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 7은 용접 와이어의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 제어 수법의 특징을 나타내는 설명도이다.
도 8은 이탈이 있는 경우와 이탈이 없는 경우의 각각에 대한 이벤트의 천이의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 9는 변형예에 따른 전류 설정 신호의 파형을 나타내는 파형도이다. (a)∼(c)는 상승이 계단 형상으로 천이하는 경우, (d)는 상승도 하강도 계단 형상으로 천이하는 경우, (e)는 상승이 계단 형상이고, 하강이 감소인 경사로 천이하는 경우이다.
도 10은 다른 변형예에 따른 전류 설정 신호의 파형을 나타내는 파형도이다. (a)는 상승이 증가인 경사이고, 하강이 감소인 경사로 천이하는 경우, (b)는 상승이 증가인 경사이고, 하강이 곡선 모양인 경사로 천이하는 경우, (c)는 상승이 계단 형상이고, 하강이 곡선 모양인 경사로 천이하는 경우, (d)는 상승이 경사 모양인 경사이고, 하강이 감소인 경사로 천이하는 경우, (e)는 주파수 성분이 중첩되어 있는 예이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 용접 전원, 용접 시스템, 용접 전원의 제어 방법 및 프로그램의 실시형태의 예를 설명한다. 한편, 각 도면은, 본 발명의 설명을 위해서 작성된 것이고, 본 발명의 실시형태는, 도시된 내용에 한하지 않는다.

<시스템의 전체 구성>

도 1은, 본 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1)을 나타내는 구성도이다.

아크 용접 시스템(1)은, 용접 로봇(120)과, 로봇 컨트롤러(160)와, 용접 전원(150)과, 송급 장치(130)와, 실드 가스 공급 장치(140)를 구비하고 있다.

용접 전원(150)은, 플러스의 파워 케이블을 통하여 용접 전극에 접속되고, 마이너스의 파워 케이블을 통하여 피용접물(이하 「모재」 또는 「워크」라고도 함)(200)과 접속되어 있다. 이 접속은, 역극성으로 용접을 행하는 경우이고, 정극성으로 용접을 행하는 경우, 용접 전원(150)은, 플러스의 파워 케이블을 통하여 모재(200)에 접속되고, 마이너스의 파워 케이블을 통하여 용접 전극에 접속된다.

또, 용접 전원(150)과 소모식 전극(이하 「용접 와이어」라고도 함)(100)의 송급 장치(130)는, 신호선에 의해 접속되고, 용접 와이어의 전송 속도를 제어할 수 있다.

용접 로봇(120)은, 엔드 이펙터(end effector)로서, 용접 토치(110)를 구비하고 있다. 용접 토치(110)는, 용접 와이어(100)에 통전시키는 통전 기구(콘택트 팁)를 갖고 있다. 용접 와이어(100)는, 콘택트 팁으로부터의 통전에 의해, 선단으로부터 아크를 발생시키고, 그 열로 용접의 대상인 모재(200)를 용접한다.

또한, 용접 토치(110)는, 실드 가스를 분출하는 기구를 구비하는 실드 가스 노즐을 구비한다. 실드 가스는, 탄산 가스, 아르곤+탄산 가스(CO₂) 등의 혼합 가스 중 어느 것이어도 된다. 한편, 탄산 가스가 보다 바람직하고, 혼합 가스의 경우는 Ar에 10∼30%의 탄산 가스를 혼합한 계(係)가 바람직하다. 실드 가스는, 실드 가스 공급 장치(140)로부터 공급된다.

본 실시형태에서 사용하는 용접 와이어(100)는, 플럭스를 포함하지 않는 솔리드 와이어와 플럭스를 포함하는 플럭스 코어드 와이어 중 어느 것이어도 된다. 용접 와이어(100)의 재질도 따지지 않는다. 용접 와이어(100)의 재질은, 예를 들면 연강이어도 되고, 스테인리스, 알루미늄, 타이타늄이어도 된다. 또한, 용접 와이어(100)의 지름도 특별히 따지지 않는다. 본 실시형태의 경우, 바람직하게는, 용접 와이어(100)의 지름의 상한을 1.6mm, 하한을 0.8mm로 한다.

로봇 컨트롤러(160)는, 용접 로봇(120)의 동작을 제어한다. 로봇 컨트롤러(160)는, 미리 용접 로봇(120)의 동작 패턴, 용접 개시 위치, 용접 종료 위치, 용접 조건, 위빙 동작 등을 정한 티칭 데이터를 유지하고, 용접 로봇(120)에 대해서 이들을 지시하고 용접 로봇(120)의 동작을 제어한다. 또, 로봇 컨트롤러(160)는, 티칭 데이터에 따라, 용접 작업 중의 전원을 제어하는 지령을 용접 전원(150)에 준다.

여기에서의 아크 용접 시스템(1)은, 용접 시스템의 일례이다. 또, 용접 전원(150)은, 용접 전류를 변화시키는 제어 수단의 일례이기도 하다.

<용접 전원의 구성>

도 2는, 용접 전원(150)의 제어계 부분의 구성예를 설명하는 블록 구성도이다.

용접 전원(150)의 제어계 부분은, 예를 들면 컴퓨터에 의한 프로그램의 실행을 통해서 실행된다.

용접 전원(150)의 제어계 부분에는, 전류 설정부(36)가 포함된다. 본 실시형태에 있어서의 전류 설정부(36)는, 용접 와이어(100)에 흐르는 용접 전류를 규정하는 각종의 전류값을 설정하는 기능과, 용접 전류의 전류값이 억제되는 기간이 개시되는 시간과 종료되는 시간을 설정하는 기능(전류 억제 기간 설정부(36A))과, 용접 와이어(100)의 선단 위치의 정보를 구하는 와이어 선단 위치 변환부(36B)를 갖는다.

본 실시형태의 경우, 용접 전류는 펄스 전류로서, 전류 설정부(36)는, 피크 전류 Ip, 베이스 전류 Ib, 용적 이탈용의 정상 전류 Ia를 설정한다. 본 실시형태의 경우, 용접 전류는, 기본적으로, 피크 전류 Ip와 베이스 전류 Ib의 2진으로 제어된다. 이 때문에, 전류값이 억제되는 기간이 개시되는 시간 t1은, 베이스 전류 Ib가 개시되는 시간(베이스 전류 개시 시간)을 나타내고, 전류값이 억제되는 기간이 종료되는 시간 t2는 베이스 전류 Ib가 종료되는 시간(베이스 전류 종료 시간)을 나타낸다.

용접 전원(150)의 전원 주회로는, 교류 전원(1)과, 1차측 정류기(2)와, 평활 콘덴서(3)와, 스위칭 소자(4)와, 트랜스(5)와, 2차측 정류기(6)와, 리액터(7)로 구성된다. 교류 전원(1)은, 여기에서는 삼상 교류 전원을 예시하고 있다.

교류 전원(1)으로부터 입력된 교류 전력은, 1차측 정류기(2)에 의해 전파(全波) 정류되고, 또한 평활 콘덴서(3)에 의해 평활되어 직류 전력으로 변환된다. 다음에, 직류 전력은, 스위칭 소자(4)에 의한 인버터 제어에 의해 고주파의 교류 전력으로 변환된 후, 트랜스(5)를 통하여 2차측 전력으로 변환된다. 트랜스(5)의 교류 출력은, 2차측 정류기(6)에 의해 전파 정류되고, 또한 리액터(7)에 의해 평활된다. 리액터(7)의 출력 전류는, 전원 주회로로부터의 출력으로서 용접 팁(8)에 주어지고, 소모 전극으로서의 용접 와이어(100)에 통전된다.

용접 와이어(100)는, 송급 모터(24)에 의해 송급되고, 모재(200)와의 사이에 아크(9)를 발생시킨다. 본 실시형태의 경우, 송급 모터(24)는, 용접 와이어(100)의 선단을 평균 속도보다도 빠른 속도로 모재(200)에 송출하는 정송급 기간과, 용접 와이어(100)의 선단을 평균 속도보다도 느린 속도로 모재(200)에 송출하는 역송급 기간이 주기적으로 전환되도록, 용접 와이어(100)를 송급한다. 역송급 기간에 있어서의 용접 와이어(100)의 선단은, 모재(200)로부터 멀어지는 방향으로 이동한다.

송급 모터(24)에 의한 용접 와이어(100)의 송급은, 송급 구동부(23)로부터의 제어 신호 Fc에 의해 제어된다. 송급 속도의 평균값은, 거의 용융 속도와 동일하다. 본 실시형태의 경우, 송급 모터(24)에 의한 용접 와이어(100)의 송급도 용접 전원(150)에 의해 제어된다.

전류 설정부(36)에는, 용접 팁(8)과 모재(200)의 사이에 가하는 전압의 목표값(전압 설정 신호 Vr)이 전압 설정부(34)로부터 주어진다.

여기에서의 전압 설정 신호 Vr은, 전압 비교부(35)에도 주어지고, 전압 검출부(32)에 의해 검출된 전압 검출 신호 Vo와 비교된다. 전압 검출 신호 Vo는, 실측값이다.

전압 비교부(35)는, 전압 설정 신호 Vr과 전압 검출 신호 Vo의 차분을 증폭하고, 전압 오차 증폭 신호 Va로서 전류 설정부(36)에 출력한다.

전류 설정부(36)는, 아크(9)의 길이(즉 아크 길이)가 일정해지도록 용접 전류를 제어한다. 환언하면, 전류 설정부(36)는, 용접 전류의 제어를 통해서 정전압 제어를 실행한다.

전류 설정부(36)는, 전압 설정 신호 Vr과 전압 오차 증폭 신호 Va에 근거하여, 피크 전류 Ip의 값, 베이스 전류 Ib의 값, 피크 전류 Ip를 주는 기간, 또는, 피크 전류 Ip의 값, 베이스 전류 Ib의 값의 크기를 재설정하고, 재설정된 기간 또는 값의 크기에 따른 전류 설정 신호 Ir을 전류 오차 증폭부(37)에 출력한다.

본 실시형태의 경우, 피크 전류 Ip를 주는 기간은, 베이스 전류 Ib가 주어지는 기간 이외의 기간이다. 환언하면, 피크 전류 Ip를 주는 기간은, 전류가 억제되고 있지 않는 기간(전류 비억제 기간)이다. 이 피크 전류 Ip를 주는 기간은, 제 1 기간의 일례이다.

한편, 베이스 전류 Ib를 주는 기간을 전류 억제 기간이라고도 한다. 전류 억제 기간은 저전류 기간의 일례임과 더불어, 제 2 기간의 일례이기도 하다.

전류 오차 증폭부(37)는, 목표값으로서 주어진 전류 설정 신호 Ir과 전류 검출부(31)에서 검출된 전류 검출 신호 Io의 차분을 증폭하고, 전류 오차 증폭 신호 Ed로서 인버터 구동부(30)에 출력한다.

인버터 구동부(30)는, 전류 오차 증폭 신호 Ed에 의해 스위칭 소자(4)의 구동 신호 Ec를 보정한다.

전류 설정부(36)에는, 용접 와이어(100)의 선단으로부터의 용적의 이탈을 검지하는 신호(이탈 검출 신호 Drl)도 입력된다. 이탈 검출 신호 Drl은, 이탈 검출부(33)로부터 출력된다. 이탈 검출부(33)는, 전압 검출부(32)가 출력하는 전압 검출 신호 Vo의 변화를 감시하고, 그 변화로부터 용접 와이어(100)로부터의 용적의 이탈을 검지한다. 이탈 검출부(33)는, 검출 수단의 일례이다.

여기에서의 이탈 검출부(33)는, 예를 들면 전압 검출 신호 Vo를 미분 또는 이계(二階) 미분한 값을 검출용의 임계값과 비교하는 것에 의해, 용적의 이탈을 검출한다. 검출용의 임계값은, 미도시된 기억부에 미리 기억되어 있다.

한편, 이탈 검출부(33)는, 실측값인 전압 검출 신호 Vo와 전류 검출 신호 Io로부터 산출되는 저항값의 변화에 근거하여 이탈 검출 신호 Drl을 생성해도 된다.

전류 설정부(36)에는, 송급되는 용접 와이어(100)의 평균 송급 속도 Fave도 주어진다. 평균 송급 속도 Fave는, 평균 송급 속도 설정부(20)가 미도시된 기억부에 기억되어 있는 티칭 데이터에 근거하여 출력한다.

전류 설정부(36)는, 주어진 평균 송급 속도 Fave에 근거하여, 피크 전류 Ip, 베이스 전류 Ib, 정상 전류 Ia, 베이스 전류 Ib가 개시되는 시간 t1, 베이스 전류 Ib가 종료되는 시간 t2의 값을 결정한다.

본 실시형태에서는, 도 2와 같이, 평균 송급 속도 Fave를 전류 설정부(36)에 입력하고 있지만, 전류 설정부(36)에 입력되는 신호는 평균 송급 속도 Fave에 관련되는 값을 설정값으로서, 평균 송급 속도 Fave로 치환하여 이용해도 된다. 예를 들면, 미도시된 기억부에 평균 송급 속도와, 그 평균 송급 속도에 대해서 최적인 용접이 가능하게 되는 평균 전류값의 데이터베이스가 기억되어 있는 경우, 평균 전류값을 설정값으로서, 평균 송급 속도 Fave로 치환하여 이용해도 된다.

평균 송급 속도 Fave는, 진폭 송급 속도 설정부(21)와 송급 속도 지령 설정부(22)에도 주어진다.

여기에서의 진폭 송급 속도 설정부(21)는, 입력된 평균 송급 속도 Fave에 근거하여, 진폭 Wf와 주기 Tf의 값을 결정한다. 진폭 송급이란, 평균 송급 속도 Fave보다도 송급 속도가 빠른 기간(정송급 기간)과 평균 송급 속도 Fave에 대해서 송급 속도가 느린 기간(역송급 기간)이 교대로 나타나는 송급 방식을 말한다. 진폭 Wf는 평균 송급 속도 Fave에 대한 변화폭을 주고, 주기 Tf는 반복하여 단위인 진폭 변화의 시간을 준다. 진폭 송급 속도 설정부(21)는, 결정된 진폭 Wf와 주기 Tf의 값에 따른 진폭 송급 속도 Ff를 생성하여 출력한다.

송급 속도 지령 설정부(22)는, 진폭 송급 속도 Ff와 평균 송급 속도 Fave에 근거하여, 송급 속도 지령 신호 Fw를 출력한다.

본 실시형태의 경우, 송급 속도 지령 신호 Fw는, 다음 식으로 표시된다.

Fw=Ff+Fave　　　　…식 1

단, 식 1로 표시되는 송급 속도 지령 신호 Fw는, 용접 와이어(100)의 선단으로부터의 용적의 이탈이 상정하는 기간 내에 검지되고 있는 경우에 한정된다.

상정하는 기간 내에 용적의 이탈이 검출되지 않았던 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)는, 송급 속도 지령 신호 Fw를 일정 속도에 의한 송급 제어로 전환한다. 예를 들면 평균 송급 속도 Fave에 의한 송급으로 전환한다. 평균 송급 속도 Fave에 의한 송급으로부터 식 1로 표시되는 송급 제어로의 전환은, 용적의 이탈이 검지되는 타이밍에 따라 정해진다. 구체적인 제어예에 대해서는 후술한다.

송급 속도 지령 설정부(22)는, 이탈 검출부(33)로부터 주어지는 이탈 검출 신호 Drl에 의해, 진폭 송급의 어떤 위상에서 이탈이 발생했는지를 검지한다.

송급 속도 지령 신호 Fw는, 위상 어긋남 검출부(26)와, 송급 오차 증폭부(28)와, 전류 설정부(36)에 출력된다.

송급 오차 증폭부(28)는, 목표 속도인 송급 속도 지령 신호 Fw와 송급 모터(24)에 의한 용접 와이어(100)의 송급 속도를 실측한 송급 속도 검출 신호 Fo의 차분을 증폭하고, 오차분을 보정한 속도 오차 증폭 신호 Fd를 송급 구동부(23)에 출력한다.

송급 구동부(23)는, 속도 오차 증폭 신호 Fd에 근거하여 제어 신호 Fc를 생성하고, 송급 모터(24)에 준다.

여기에서의 송급 속도 변환부(25)는, 송급 모터(24)의 회전량 등을 용접 와이어(100)의 송급 속도 검출 신호 Fo로 변환한다.

본 실시형태에 있어서의 위상 어긋남 검출부(26)는, 송급 속도 지령 신호 Fw와 측정값인 송급 속도 검출 신호 Fo를 비교하고, 위상 어긋남 시간(위상차) Tθd를 출력한다. 한편, 위상 어긋남 검출부(26)는, 진폭 송급을 규정하는 파라미터(주기 Tf, 진폭 Wf, 평균 송급 속도 Fave)를 가변한 경우에 있어서의 송급 모터(24)의 송급 동작을 측정하여 위상 어긋남 시간 Tθd를 구해도 된다.

위상 어긋남 시간 Tθd는, 전류 설정부(36)의 와이어 선단 위치 변환부(36B)에 주어진다. 와이어 선단 위치 변환부(36B)는, 송급 속도 지령 신호 Fw와 위상 어긋남 시간 Tθd에 근거하여, 모재(200)를 기준면으로 한 용접 와이어(100)의 선단 위치를 산출하고, 산출된 선단 위치의 정보를 전류 억제 기간 설정부(36A)에 준다.

여기에서, 전류 억제 기간 설정부(36A)는, 용접 와이어(100)의 선단 위치의 정보에 근거하여, 또는, 용접 와이어(100)의 선단 위치의 정보와 송급 속도 지령 신호 Fw에 근거하여 용접 전류를 억제하는 기간, 즉, 전류 설정 신호 Ir을 베이스 전류 Ib로 제어하는 기간을 설정한다.

여기에서의 전류 설정부(36)는, 용접 와이어(100)의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 제어 수단의 일례이다.

<용접 전류의 제어예>

이하에서는, 용접 전원(150)에 의한 용접 전류의 제어예에 대해 설명한다.

용접 전류의 제어는, 용접 전원(150)을 구성하는 전류 설정부(36)에 의해 실현된다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 전류 설정부(36)는, 프로그램의 실행을 통해서 제어를 실현한다.

본 실시형태에 있어서의 전류 설정부(36)는, 용접 와이어(100)의 송급 속도 지령 신호 Fw와 용접 와이어(100)의 선단 위치의 정보에 근거하여 용접 전류의 전류값의 전환을 제어한다. 이 때문에, 용접 전류의 제어의 설명에 앞서, 송급 속도 지령 신호 Fw의 시간 변화와 용접 와이어(100)의 선단 위치의 시간 변화에 대해 설명한다.

도 3은, 송급 속도 지령 신호 Fw의 시간 변화를 설명하는 파형도이다. 가로축은 시간(위상)이고, 세로축은 속도이다. 세로축의 단위는 분당 미터(m/min) 또는 회전수이다. 단, 수치는 일례이다. 예를 들면 용접 와이어(100)(도 2 참조)의 직경을 1.2mm로 하는 경우, 평균 송급 속도 Fave는 12∼25분당 미터이다. 무엇보다도, 후술하는 글로뷸(globule) 이행 또는, 스프레이 이행을 유지하기 위해서는, 용접 와이어(100)의 돌출 길이에도 따르지만, 송급 속도를 8분당 미터 이상으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면 용접 와이어(100)의 돌출 길이를 25mm로 하는 경우, 용접 전류는 225A 정도가 된다. 단락 이행과 글로뷸 이행의 임계 영역은, 대략 250A이다.

도 3에서는, 평균 송급 속도 Fave보다도 빠른 속도를 양값으로 나타내고, 평균 송급 속도 Fave보다도 느린 속도를 음값으로 나타내고 있다. 한편, 용접 와이어(100)(도 2 참조)는 모재(200)(도 2 참조)에 가까워지도록 송출된다.

본 실시형태의 경우, 송급 속도 지령 신호 Fw는, 주기 Tf와 진폭 Wf로 규정되는 정현파 형상으로 변화한다. 이하에서는, 송급 속도가 평균 송급 속도 Fave보다도 빠른 기간을 정송급 기간이라고 하고, 반대로 송급 속도가 평균 송급 속도 Fave보다도 느린 기간을 역송급 기간이라고 한다. 또, 설명의 편의상, 각 송급 기간의 전반을 전기, 후반을 후기라고 한다.

평균 송급 속도 Fave는, 와이어 용융 속도 Fm이라고 간주할 수 있다.

이하에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 정송급 기간과 역송급 기간이 주기적으로 반복되는 진폭 송급을 초기 조건이라고 하는 경우가 있다.

도 4는, 용접 와이어(100)(도 2 참조)의 선단 위치(와이어 선단 위치)의 시간 변화를 설명하는 파형도이다. 가로축은 시간(위상)이고, 세로축은 모재(200)의 표면(모재 표면)으로부터 법선 방향 상방으로의 거리(높이)를 나타내고 있다.

단, 도 4에서는, 용접 와이어(100)가 평균 송급 속도 Fave로 송급되는 경우에 있어서의 거리(높이)를 기준 거리로 하고, 기준 거리보다도 큰 거리를 양값, 기준 거리보다도 작은 거리를 음값으로 나타내고 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 시간의 경과와 함께 모재 표면에 가까워지는 기간이 정송급 기간이고, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 시간의 경과와 함께 모재 표면으로부터 멀어지는 기간이 역송급 기간이다.

도 4에서는, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 모재 표면에 가장 가까워진 위치(최하점)에 대응하는 시점을 T0, T4로 나타내고, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 모재 표면으로부터 가장 멀어진 위치(정점(頂點))에 대응하는 시점을 T2로 나타내고 있다. 여기에서의 정점은, 최상점의 일례이다.

또, 기준 거리에 대응하는 시점을 T1, T3로 한다. T1은, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 모재 표면에 가장 가까워진 위치(최하점)로부터 가장 멀어지는 위치(정점)를 향하는 중간의 시점이다. T3은, 용접 와이어(100)의 선단 위치가 모재 표면에 가장 멀어진 위치로부터 가장 가까워지는 위치를 향하는 중간의 시점이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 용접 와이어(100)의 선단 위치와 평균 송급 속도 Fave의 차분이 진폭이다. 또, 주기적으로 변동하는 용접 와이어(100)의 선단 위치의 변화폭, 즉, 선단 위치의 변동 범위에 있어서의 상하점으로 규정되는 변화폭이 파고이다.

도 5는, 본 실시형태에 있어서의 용접 전류의 제어예를 설명하는 플로 차트이다. 도 5에 나타내는 제어는, 전류 설정부(36)(도 2 참조)에 있어서 실행된다. 도면 중의 기호 S는 스텝이다.

도 5에 나타내는 제어는, 용접 와이어(100)의 선단 위치의 변화(1주기)에 대응한다. 이 때문에, 도 5에 있어서는, 시간 T가 시점 T0인 상태를 스텝 1로 한다.

본 실시형태에 있어서의 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir의 제어를 위해서, 용접 와이어(100)의 선단 위치를 산출한다.

평균 송급 속도 Fave는, 와이어 용융 속도 Fm과 동등하다. 따라서, 송급 속도 지령 신호 Fw와 와이어 용융 속도 Fm(≒Fave)의 차분을 적분하면, 용접 와이어(100)의 선단 위치를 구할 수 있다.

그래서, 전류 설정부(36)는, 다음 식에 근거하여, 용접 와이어(100)의 선단 위치를 설정한다.

와이어 선단 위치=∫(Fw-Fave)·dt　　　…식 2

식 2에서 계산되는 선단 위치의 변화는, 도 4에 대응한다.

단, 용접 와이어(100)의 송급에 송급 모터(24)(도 2 참조)를 이용하는 경우, 지령과 실제의 송급 속도, 즉, 송급 속도 검출 신호 Fo의 사이에 위상 어긋남이 생기는 경우가 있다. 그래서, 전류 설정부(36)는, 위상 어긋남 검출부(26)로부터 주어지는 위상 어긋남 시간 Tθd에 의해, 평균 송급 속도 Fave 및 송급 속도 지령 신호 Fw로부터 계산되는 용접 와이어(100)의 선단 위치에 따라 계산되는 베이스 전류 개시 시간 t1을 보정한다. 구체적으로는, 다음 식에 나타내는 바와 같이, 베이스 전류 개시 시간 t1의 값을 재설정한다.

t1=t1+Tθd　　　…식 3

동일하게, 전류 설정부(36)는, 위상 어긋남 시간 Tθd에 의해, 평균 송급 속도 Fave 및 송급 속도 지령 신호 Fw로부터 계산되는 베이스 전류 종료 시간 t2를 보정한다.

t2=t2+Tθd　　　…식 4

여기에서는, 송급 속도의 관점에서 베이스 전류 개시 시간 t1과 베이스 전류 종료 시간 t2를 제어하는 경우에 대해 설명하고 있지만, 위치 제어의 관점에서도 마찬가지이다.

도 6은, 용접 전류의 전류값을 지정하는 전류 설정 신호 Ir의 제어예를 나타내는 타이밍 차트이다. 가로축은 시간이고, 세로축은 전류 검출 신호 Io이다. 도면 중의 시점 T0, T1, T2, T3, T4는, 각각 도 4의 시점 T0, T1, T2, T3, T4에 대응한다. 여기에서의 시점 T0, T1, T2, T3, T4는, 평균 송급 속도 Fave 및 송급 속도 지령 신호 Fw로부터 계산된 용접 와이어(100)의 선단 위치로부터 결정된다.

도 6에 나타내는 바와 같이 베이스 전류 개시 시간 t1은, 용접 와이어(100)의 선단이 최하점에 위치하는 시점 T0, 즉, 정송급 기간으로부터 역송급 기간으로 전환되는 시점으로부터 느린 위상을 표현한다. 한편, 도 6에는, 베이스 전류 개시 시간 t1의 최대값을 t1'로 나타내고 있다.

도 5의 설명으로 되돌아간다.

용접 와이어(100)의 선단 위치가, 시점 T0의 최하점이 되면, 전류 설정부(36)는, 시점 T0으로부터 계측을 개시한 시간 T가 베이스 전류 개시 시간 t1 이상인지 여부를 판정한다(스텝 2).

스텝 2의 판정 결과가 부정(False)인 동안, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 피크 전류 Ip를 출력한다(스텝 3).

이 기간은, 도 6에 있어서의 전류 비억제 기간에 대응한다.

그런데, 베이스 전류 Ib로 전환되기 직전의 피크 전류 Ip의 공급 기간은, 피크 전류 Ip에 의한 용접 와이어(100)의 용융이 진행되고, 그 선단에 형성되는 용적이 크게 성장하고 있는 기간이다. 또, 용접 와이어(100)의 선단 위치는, 모재 표면에 가까워져 가는 기간이기도 하다. 이 기간은, 단락이 발생하기 쉽고, 단락에 수반하는 스패터가 발생하기 쉬운 기간이기도 하다.

그래서, 본 실시형태에서는, 시간 t1이 경과하기까지는 피크 전류 Ip를 주고, 단락의 발생을 방지 또는 억제한다. 환언하면, 단락이 생기지 않도록, 용접 전류의 공급을 제어한다.

본 실시형태의 경우, 피크 전류 Ip의 바람직한 범위는, 300A∼650A이다. 또, 베이스 전류 Ib의 바람직한 범위는, 10A∼250A이다.

한편, 단락의 발생의 가능성이 있는 동안에는, 역송급 기간이 개시된 후에도, 피크 전류 Ip의 공급이 바람직하다. 이 기간은, 대체로 시점 T0∼T1의 사이이다. 환언하면, 용접 와이어(100)의 선단 위치가, 변동 범위의 최하점으로부터 파고의 1/2에 도달하기까지의 사이이다. 이 때문에, 피크 전류 Ip가 공급되는 기간(전류 비억제 기간)의 종료는, 시점 T0∼T1의 사이에서 실행되는 것이 바람직하다. 즉, 시점 T0과 그 근방은, 아크의 힘으로 밀어내어진 용융지 내에, 둘러싸여지도록 와이어 선단의 용적이 위치하는, 이른바 「매몰 아크」의 상태가 되고, 단락되기 쉬운 상황이 되기 때문에, 피크 전류 Ip가 공급되는 기간의 종료를 시점 T0∼T1의 사이에서 실행하는 것에 의해, 아크에 의한 용융지 표면의 밀어내림 작용이나 용적의 들어올림 작용을 유지할 수 있어, 「매몰 아크」 시에 있어서의 단락의 발생을 방지할 수 있다.

따라서, 바람직하게는, 용접 와이어(100)의 선단이 최하점에 위치하는 시점 T0보다도 조금 경과한 시점, 예를 들면, 시점 T0를 기점으로 하여 약 π/18∼π/3(10°∼60°)의 시점에서, 베이스 전류 Ib로의 전환이 실행되도록 시간 t1을 설정하는 것이 바람직하다.

도 5의 설명으로 되돌아간다.

스텝 2의 판정 결과가 긍정(True)이 되면, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 베이스 전류 Ib의 출력을 개시한다(스텝 4). 전술한 바와 같이, 베이스 전류 Ib로의 전환이 개시된 시점에서는, 용접 와이어(100)의 송급은, 이미 역송급 기간으로 전환되고 있고, 용접 와이어(100)의 선단은, 모재 표면으로부터 멀어지는 방향으로의 이동을 시작하고 있다.

피크 전류 Ip가 큰 경우, 용접 와이어(100)의 선단으로부터 이탈하는 용적은, 적용한 실드 가스나 전류역에 의해 변화하는 이행 형태에 따라서 상이하지만, 예를 들면, 글로뷸 이행이 되는 경우에는 용접 와이어(100)의 직경보다도 큰 대립(大粒) 형상이 되고, 스프레이 이행이 되는 경우에는 소립(小粒)의 형상이 된다.

한편, 실드 가스에 탄산 가스를 이용한 경우에는, 아크가 긴축되고, 용융지 표면과 대향하는 용적의 바닥부에 아크 반력이 집중되기 때문에, 용적을 들어 올리는 힘이 커져, 글로뷸 이행이 된다. 또, 실드 가스가 아르곤 가스 또는 아르곤의 혼합율이 높은 가스를 이용한 경우에는, 스프레이 이행이 된다.

용접 와이어(100)의 선단이 최하점에 위치하는 시점 T0 근방에 있어서의 용적은, 용융지 근방에 위치하고 있으므로 아크 길이가 짧아진다. 또, 시점 T0 이후에는, 역송급 기간으로 전환된다. 즉, 용접 와이어(100)의 선단은, 끌어 올려지도록 이동한다. 성장한 용적 전체에는, 모재(200)(도 2 참조)에 가까워지는 방향인 정송급 방향으로의 관성력이 작용하고 있는데 비해, 용접 와이어(100)는, 그 역방향이 되는 모재(200)로부터 멀어지는 방향으로 이동하기 때문에, 용적은 보다 현수(懸垂) 형상으로 변화하여, 이탈이 더 촉진된다.

게다가, 이탈이 예측되는 기간에 용접 전류의 전류값을 베이스 전류 Ib로 전환해 둠으로써, 피크 전류 Ip가 공급되는 기간보다도, 아크 반력을 저하시킬 수 있다. 이 결과, 용적을 들어 올리는 힘이 더 약해져, 용적은, 한층 현수 형상이 되기 쉬운 상황이 된다.

한편, T0∼T1의 기간은, 전술한 바와 같이, 와이어 선단의 용적이 용융지에 묻힌 「매몰 아크」의 상태가 되기 때문에, 용적에 대해, 핀치력 등을 기인으로 한 전단력이 크게 작용하여, 이탈이 보다 촉진된다.

이와 같이, 용접 전류를 억제하고 있는 기간(전류 억제 기간) 중에, 용적을 용접 와이어(100)의 선단으로부터 이탈시킴으로써, 스패터의 저감을 기대할 수 있다.

도 5의 설명으로 되돌아간다.

전류 설정 신호 Ir을 베이스 전류 Ib로 전환한 전류 설정부(36)(도 2 참조)는, 시간 T가 베이스 전류 종료 시간 t2 이상인지 여부를 판정한다(스텝 5). 도 6에서는, 베이스 전류 종료 시간 t2의 최대값을 t2'로 나타내고 있다.

스텝 5의 판정 결과가 부정(False)인 동안, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 베이스 전류 Ib를 출력한다(스텝 4).

베이스 전류 Ib의 공급이 개시된 후, 용접 와이어(100)의 선단은, 용적의 이탈을 수반하면서 정점, 즉, 선단이 모재(200)로부터 가장 멀어진 위치까지 끌어 올려지도록 이동된다.

용적의 이탈 후에는, 용접 와이어(100)를 용융시키고 용적을 형성하기 위해서, 베이스 전류 Ib의 공급 기간(전류 억제 기간)을 종료하고, 피크 전류 Ip를 공급하는 기간(전류 비억제 기간)으로 전환할 필요가 있다.

따라서, 베이스 전류 Ib의 공급은, 시점 T1∼T2의 사이에 종료되는 것이 바람직하다.

한편으로, 베이스 전류 Ib로부터 피크 전류 Ip로의 전환이 지나치게 빠르면, 용적의 성장이 과다하게 되고, 용접 와이어(100)가 최하점에 위치한 시점에서 단락이 발생하기 쉬워지는, 비대화된 용적이 지나치게 솟아 오르는, 비대화된 용적이 이탈하기 어려워지는 등의 문제가 발생한다.

이 때문에, 더 바람직하게는, 베이스 전류 Ib의 공급 기간의 종료 사이, 즉, 베이스 전류 종료 시간 t2가, 2π/3∼π(120∼180°)의 사이로 한다.

스텝 5의 판정 결과가 긍정(True)이 되면, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 피크 전류 Ip의 출력을 개시한다(스텝 6).

계속해서, 전류 설정부(36)는, 시점 T0으로부터 계측을 개시한 시간 T가 시점 T4가 되었는지 여부를 판정한다(스텝 7).

스텝 7의 판정 결과가 부정(False)인 동안, 전류 설정부(36)는, 전류 설정 신호 Ir로서 피크 전류 Ip를 출력한다(스텝 6).

한편, 스텝 7의 판정 결과가 긍정(True)이 되면, 전류 설정부(36)는, 스텝 1로 되돌아간다.

이상의 제어에 의해, 전류 설정 신호 Ir은, 피크 전류 Ip와 베이스 전류 Ib를 주기적으로 반복하는 펄스 파형이 된다.

도 7은, 용접 와이어(100)의 선단 위치에 따라 용접 전류를 변화시키는 제어 수법의 특징을 나타내는 설명도이다.

도 7에 있어서의 종래예는, 특허문헌 1에 대표되는 진폭 송급에서 채용되는 수법, 구체적으로는 송급 속도의 위상을 기준으로 통전 기간을 변화시키는 수법에 대응한다.

본 실시형태의 경우, 이행 형태가 글로뷸 이행 또는 스프레이 이행 등의 단락 이행 이외의 이행 형태를 적합한 대상으로 하고 있는데 비해, 종래예는 단락 이행이다. 이 때문에, 실시형태의 수법은, 종래예보다도 고입열 또한 고능률의 용접이 가능하게 된다. 또, 본 실시형태의 경우, 형성되는 비드의 외관이 플랫이 되는 데 비해, 단락 이행의 형태를 이용한 종래예는 볼록 형상이 된다.

또, 본 실시형태의 경우, 용입 깊이가 깊고, 용착량도 많아지는 데 비해, 종래예는, 용입 깊이가 얕고, 용착량도 적다는 차이가 있다.

이 특성의 차이로부터, 종래예는 대체로 9mm 이하의 박판의 아크 용접을 용도로 하는 데 비해, 본 실시형태의 수법은 대체로 9mm 이상의 중후판(中厚板)의 아크 용접을 용도로 한다.

<용적의 이탈의 타이밍과 제어의 관계>

도 5에 나타내는 용접 전류의 제어는, 베이스 전류 Ib가 공급되는 기간(전류 억제 기간)에 용적이 용접 와이어(100)의 선단으로부터 이탈하는 것을 전제로 하고 있지만, 현실의 용접에서는, 상정 그대로의 이탈이 생기지 않을 가능성을 고려할 필요가 있다.

용적의 이탈은, 이탈 검출부(33)(도 2 참조)에 의해 검출되고, 이탈 검출 신호 Drl로서 전류 설정부(36)(도 2 참조) 및 송급 속도 지령 설정부(22)(도 2 참조)에 주어지고 있다.

본 실시형태에 있어서의 송급 속도 지령 설정부(22)는, 미리 정한 기간 내에 액적의 이탈이 검출되지 않았던 경우, 용접 와이어(100)의 송급 속도를, 송급 속도 지령 신호 Fw에 의한 제어로부터 일정 속도에 의한 제어로 전환함과 더불어, 전류 설정 신호 Ir을 정상 전류 Ia로 설정한다. 여기에서의 송급 속도의 제어에는, 속도 전환 신호 SW가 이용된다.

이하에서는, 일정 속도로 용접 와이어(100)가 송급되는 기간을 정속 송급 기간이라고 한다. 정속 송급 기간의 용접 전류는, 정전압 제어에 의해 흐르는 정상 전류 Ia로 설정된다.

즉, 용적의 이탈이 상정하는 기간 내에 실행되지 않았던 경우, 용접 와이어(100)의 송급은 진폭 송급으로부터 정속 송급으로 전환되고, 용접 전류는 정상 전류 Ia로 전환된다.

예를 들면 시점 T2가 된 시점에서, 시점 T0∼T2의 기간 내, 즉, 역송급 기간 내에 용적의 이탈이 검출되고 있지 않았던 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)는, 진폭 송급 기간으로부터 정속 송급 기간으로 제어를 전환한다.

한편, 정속 송급 기간 중에 용적의 이탈이 검출된 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)는, 진폭 송급 기간으로 복귀한다. 여기에서는, 시점 T1로부터 복귀한다.

용적의 이탈이 검출되더라도, 상정 외의 기간에 이탈이 발생하는 경우도 생각할 수 있다. 예를 들면 시점 T3∼T4의 사이, 즉, 용접 와이어(100)의 송급 속도가 최대가 되고 나서 역송급이 개시되기까지의 사이에서 용적의 이탈이 검출된 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)는, 시점 T4로부터 정속 송급 기간으로 제어를 전환한다.

즉, 용접 와이어(100)의 송급은 진폭 송급으로부터 정속 송급으로 전환되고, 용접 전류는 정상 전류 Ia로 전환된다.

정속 송급 기간 중에 용적의 이탈이 검출된 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)는, 진폭 송급 기간으로 복귀한다. 여기에서는, 시점 T1로부터 복귀한다.

도 8은, 이탈이 있는 경우와 이탈이 없는 경우의 각각에 대한 이벤트의 천이의 관계를 나타내는 설명도이다.

도 8에서는, 역송급 기간의 전기(시점 T0∼T1)를 상태 A로 표현하고, 역송급 기간의 후기(시점 T1∼T2)를 상태 B로 표현하고, 정송급 기간의 전기(시점 T2∼T3)를 상태 C로 표현하고, 정송급 기간의 후기(시점 T3∼T4)를 상태 D로 표현하고, 정속 송급 기간을 상태 E로 표현한다.

상태 A에서는, 용적의 이탈이 검출되어도 검출되지 않아도, 송급 속도 지령 설정부(22)의 제어는 상태 B로 이행한다.

상태 B에서 용적의 이탈이 검출된 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)의 제어는, 상태 C로 이행하지만, 용적의 이탈이 검출되지 않는 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)의 제어는, 정속 송급 기간인 상태 E로 이행한다.

상태 C에서는, 용적의 이탈이 검출되어도 검출되지 않아도, 송급 속도 지령 설정부(22)의 제어는, 상태 D로 이행한다.

상태 D에서 용적의 이탈이 검출된 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)의 제어는, 정속 송급 기간인 상태 E로 이행하지만, 용적의 이탈이 검출되지 않는 경우, 전류 설정부(36)의 제어는 상태 A로 이행한다.

상태 E에서 용적의 이탈이 검출된 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)의 제어는 상태 B로 이행하지만, 용적의 이탈이 검출되지 않는 경우, 송급 속도 지령 설정부(22)의 제어는 유지된다.

한편, 송급 제어의 전환은, 송급 속도 지령 설정부(22) 대신에 송급 구동부(23)에서 행해져도 된다.

<다른 실시형태>

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 전술의 실시형태에 기재된 범위로 한정되지 않는다. 전술의 실시형태에, 여러 가지의 변경 또는 개량을 가한 것도, 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것은, 특허청구의 범위의 기재로부터 분명하다.

예를 들면 전술의 실시형태의 설명에서는, 송급 구동부(23)(도 2 참조)와 전류 설정부(36)(도 2 참조)를 모두 용접 전원(150)(도 2 참조)에 내장하는 경우에 대해 설명했지만, 이들의 양쪽 또는 한쪽을 로봇 컨트롤러(160)(도 1 참조)나 송급 장치(130)에 내장해도 된다.

예를 들면 송급 구동부(23)와 전류 설정부(36)의 양쪽을 로봇 컨트롤러(160)에 내장해도 된다. 또, 송급 구동부(23)와 전류 설정부(36)의 양쪽을 송급 장치(130)에 내장해도 된다. 또, 송급 구동부(23)는 용접 전원(150)에 내장하지만, 전류 설정부(36)는 로봇 컨트롤러(160) 또는 송급 장치(130)에 내장해도 된다. 또, 송급 구동부(23)는 로봇 컨트롤러(160)에 내장하고, 전류 설정부(36)는 송급 장치(130)에 내장해도 된다.

또, 전술의 실시형태에 있어서는, 전류 설정부(36)의 내부에, 전류 억제 기간 설정부(36A) 및 와이어 선단 위치 변환부(36B)를 마련하는 경우에 대해 설명했지만, 각 부를 독립한 기능으로서 전류 설정부(36)와는 별도로 마련해도 된다. 그 경우, 독립의 기능으로서 전류 설정부(36)의 외부에 추출된 기능은, 로봇 컨트롤러(160)나 송급 장치(130)에 내장되어도 된다.

또, 전술의 실시형태에 있어서는, 전류 설정 신호 Ir(도 6 참조)을 피크 전류 Ip와 베이스 전류 Ib의 2진으로 규정되는 구형파(rectangular wave)로서 정의하고 있지만, 용적의 성장 과다를 방지하기 위해서, 베이스 전류 Ib로부터 피크 전류 Ip로의 천이는, 단계 형상이어도 되고, 증가인 경사여도 되고, 곡선 모양인 경사여도 된다. 마찬가지로, 피크 전류 Ip로부터 베이스 전류 Ib로의 천이는, 단계 형상이어도 되고, 감소인 경사여도 되고, 곡선 모양인 경사여도 된다.

도 9 및 도 10에, 전류 설정 신호 Ir의 변형예를 나타낸다. 도 9 및 도 10에 있어서는, 전류 억제 기간(제 2 기간)의 종료단과, 전류 비억제 기간(제 1 기간)의 개시단의 사이에 상승 천이 기간이 마련되고, 전류 비억제 기간(제 1 기간)의 종료단과(전류 억제 기간), 제 2 기간의 개시단의 사이에 하강 천이 기간이 마련된다.

도 9는, 변형예에 따른 전류 설정 신호 Ir의 파형을 나타내는 파형도이다. (a)∼(c)는 상승이 계단 형상으로 천이하는 경우, (d)는 상승도 하강도 계단 형상으로 천이하는 경우, (e)는 상승이 계단 형상이고, 하강이 감소인 경사로 천이하는 경우이다.

도 9에서는, 계단의 단수가 2단이지만, 3단 이상이어도 된다.

한편, (a)는 1단째와 2단째의 변화가 균등한 예이고, (b)는 1단째의 변화가 작고 2단째의 변화가 큰 예이고, (c)는 1단째의 변화가 크고 2단째의 변화가 작은 예이다.

도 10은, 다른 변형예에 따른 전류 설정 신호 Ir의 파형을 나타내는 파형도이다. (a)는 상승이 증가인 경사이고, 하강이 감소인 경사로 천이하는 경우, (b)는 상승이 증가인 경사이고, 하강이 곡선 모양인 경사로 천이하는 경우, (c)는 상승이 계단 형상이고, 하강이 곡선 모양인 경사로 천이하는 경우, (d)는 상승이 경사 모양인 경사이고, 하강이 감소인 경사로 천이하는 경우, (e)는 주파수 성분이 중첩되어 있는 예이다.

도 10의 경우도, 계단의 단수는 2단에 한하지 않는다. 또, 상승과 하강의 양쪽이 곡선 모양인 경사여도 된다.

또, 전술의 실시형태에 있어서는, 직류의 정전압에 의해 용접 전류를 제어하고 있지만(도 2 참조), 용접 전류는 소정의 정전류에 의해 제어해도 상관없다.

본 출원은, 2018년 9월 26일 출원된 일본 특허출원(특원 2018-180184)에 근거하는 것이고, 그 내용은 본 출원 내에 참조로서 원용된다.

1…아크 용접 시스템, 23…송급 구동부, 33…이탈 검출부, 36…전류 설정부, 36A…전류 억제 기간 설정부, 36B…와이어 선단 위치 변환부, 100…소모식 전극(용접 와이어), 110…용접 토치, 120…용접 로봇, 130…송급 장치, 140…실드 가스 공급 장치, 150…용접 전원, 160…로봇 컨트롤러, 200…모재

Claims (17)

1. 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하는 용접 전원에 있어서,
   상기 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 당해 와이어의 선단 위치에 따라 상기 용접 전류를 변화시키는 제어 수단
   을 갖는 용접 전원.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어 수단은, 상기 와이어의 송급 속도의 지령값에 따라, 상기 와이어의 선단의 위치를 산출하는
   것을 특징으로 하는 용접 전원.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어 수단은, 주기적으로 변동하는 상기 와이어의 선단 위치가, 변동 범위의 상하점으로 규정되는 파고의 1/2의 위치보다도 상기 모재측에 위치하는 경우에, 상기 용접 전류를 미리 정한 전류값보다도 저하시키는 저전류 기간을 개시하는
   것을 특징으로 하는 용접 전원.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 저전류 기간은,
   상기 와이어의 선단이 정송급되는 기간으로부터 역송급되는 기간으로 전환되는 시점에 있어서의 당해 와이어의 선단 위치로부터, 역송급으로 전환된 당해 와이어의 송급 속도의 지령값이 최대가 되는 시점에 있어서의 당해 와이어의 선단 위치까지의 범위 내에서 개시되는,
   것을 특징으로 하는 용접 전원.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 저전류 기간은,
   상기 와이어의 선단 위치가, 상기 변동 범위의 최하점으로부터 상기 파고의 1/2에 도달하기까지의 사이에서 개시되는,
   것을 특징으로 하는 용접 전원.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 저전류 기간은,
   역송급으로 전환된 상기 와이어의 송급 속도의 지령값이 최대가 된 시점에 있어서의 당해 와이어의 선단 위치로부터, 당해 와이어의 선단이 역송급되는 기간으로부터 정송급되는 기간으로 전환되는 시점에 있어서의 당해 와이어의 선단 위치까지의 범위 내에서 종료되는
   것을 특징으로 하는 용접 전원.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 저전류 기간은,
   상기 와이어의 선단 위치가, 상기 파고의 1/2로부터 상기 변동 범위의 최상점에 도달하기까지의 사이에서 종료되는,
   것을 특징으로 하는 용접 전원.
8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 와이어의 송급 속도의 지령값과 실측된 송급 속도의 위상차에 근거하여 상기 저전류 기간의 개시를 보정하는, 용접 전원.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 와이어의 송급 속도의 지령값과 실측된 송급 속도의 위상차에 근거하여 상기 저전류 기간의 종료를 보정하는, 용접 전원.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 전류는, 평균값보다 큰 전류가 흐르는 제 1 기간과 당해 평균값보다도 작은 전류가 흐르는 제 2 기간이 주기적으로 반복하는 펄스 파형을 갖고,
    저전류 기간은, 상기 제 2 기간에 대응하고, 당해 저전류 기간 이외는, 상기 제 1 기간에 대응하는,
    것을 특징으로 하는 용접 전원.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 기간의 종료단과 상기 제 1 기간의 개시단의 사이에는 상승 천이 기간이 마련되고,
    상기 제 1 기간의 종료단과 상기 제 2 기간의 개시단의 사이에는 하강 천이 기간이 마련되는,
    것을 특징으로 하는 용접 전원.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 상승 천이 기간에 있어서의 상기 용접 전류는 계단 형상으로 변화하는,
    것을 특징으로 하는 용접 전원.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어와 상기 모재의 이탈을 검출하는 검출 수단을 더 갖고,
    상기 와이어의 선단이 역송급되는 기간 중에 당해 와이어의 이탈이 상기 검출 수단에 검출되지 않았던 경우, 상기 제어 수단은, 당해 와이어의 선단이 역송급되는 기간의 종료 후에 미리 정한 일정 속도로 당해 와이어를 정송급시키는 제어를 개시하고,
    상기 와이어가 일정 속도로 정송급되는 동안에 당해 와이어의 이탈이 상기 검출 수단에 검출된 경우, 상기 제어 수단은, 당해 와이어의 선단이 정송급되는 기간과 역송급되는 기간이 주기적으로 반복되는 초기 조건으로 전환하는
    것을 특징으로 하는 용접 전원.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어와 상기 모재의 이탈을 검출하는 검출 수단을 더 갖고,
    상기 와이어의 선단이 정송급되는 기간에 당해 와이어의 송급 속도의 지령값이 최대가 되는 시점으로부터, 당해 와이어의 선단이 역송급되는 기간으로 전환되는 기간까지의 사이에서 당해 와이어의 이탈이 상기 검출 수단에 검출된 경우, 상기 제어 수단은, 당해 와이어의 선단이 역송급되는 기간으로부터 정송급되는 기간으로 전환되는 시점에서 미리 정한 일정 속도로 당해 와이어를 정송급시키는 제어를 개시하고,
    상기 와이어가 일정 속도로 정송급되는 동안에 당해 와이어의 이탈이 상기 검출 수단에 검출된 경우, 상기 제어 수단은, 당해 와이어의 선단이 정송급되는 기간과 역송급되는 기간이 주기적으로 반복되는 초기 조건으로 전환하는
    것을 특징으로 하는 용접 전원.
15. 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하여 아크 용접하는 용접 시스템에 있어서,
    상기 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 당해 와이어의 선단 위치에 따라 상기 용접 전류를 변화시키는 제어 수단
    을 갖는, 용접 시스템.
16. 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하는 용접 전원의 제어 방법에 있어서,
    상기 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 상기 와이어의 선단 위치에 따라 상기 용접 전류를 변화시키는,
    것을 특징으로 하는 용접 전원의 제어 방법.
17. 소모 전극으로서의 와이어에 용접 전류를 공급하여 아크 용접하는 용접 시스템의 컴퓨터로 하여금,
    상기 와이어의 선단이, 정송급되는 기간과 역송급되는 기간의 주기적인 전환을 수반하면서 모재를 향해 송급되는 경우에, 모재의 표면과의 거리가 주기적으로 변동하는 상기 와이어의 선단 위치에 따라 상기 용접 전류를 변화시키는 기능
    을 실행하게 하는 프로그램.

Images