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KR102135663B1 - Co2 100% 가스를 이용한 플럭스-코어-와이어 용 펄스용접 파형제어방법 - Google Patents

Co2 100% 가스를 이용한 플럭스-코어-와이어 용 펄스용접 파형제어방법 Download PDF

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KR102135663B1
KR102135663B1 KR1020190017593A KR20190017593A KR102135663B1 KR 102135663 B1 KR102135663 B1 KR 102135663B1 KR 1020190017593 A KR1020190017593 A KR 1020190017593A KR 20190017593 A KR20190017593 A KR 20190017593A KR 102135663 B1 KR102135663 B1 KR 102135663B1
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KR
South Korea
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pulse
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gas
wire electrode
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KR1020190017593A
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이재민
변동섭
신성수
김수민
Original Assignee
현대종합금속 주식회사
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Publication date
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Abstract

100%의 CO2 가스로 이루어진 가스실드 내에 와이어 전극을 송급하고, 상기 와이어 전극에 용접전류를 공급함으로써 상기 와이어 전극과 모재 사이에 아크를 발생시켜서 용접하는 가스보호 펄스아크 용접방법을 공개한다. 상기 용접전류는 펄스 트레인이며, 상기 펄스 트레인 중 임의의 한 개의 펄스는, 상기 펄스의 기저전류구간 동안, 미리 결정된 제3전류값으로부터 상승하여 미리 결정된 미세전류값을 유지하다가 서서히 하강하여 제4전류값에 도달하는 미세펄스구간들이 연속적으로 중첩되어 있는 제5시구간이 포함되어 있다.

Description

CO2 100% 가스를 이용한 플럭스-코어-와이어 용 펄스용접 파형제어방법{Method for controlling a pulse-welding-shape for a flux cored wire using CO2 100% gas}
본 발명은, 가스보호 펄스아크용접 방법에 관한 것으로서, 특히 실드가스로 100%의 CO2를 사용하는 경우에 용접전류의 파형을 제어하는 기술에 관한 것이다.
펄스아크(Pulse Arc)용접에 있어서 MAG 혼합가스(Ar + CO2) 또는 100% Ar을 이용한 방법이 보편화 되어있다. 이는 Ar 가스의 특징에 의한 것으로서 펄스용접 품질을 향상시키는 가장 일반적이고 쉬운 방법이다.
펄스아크용접은 보통 구형파 또는 삼각파 형태의 용접전류를 이용하여 용접을 하는 것을 칭한다. 용접전류의 파형은 주파수(Frequency), 최대전류값(Peak Current), 기저전류(Background(Base) Current), 피크전류값 비율(Peak Current Ratio)의 변수 또는 파라미터에 의해 규정될 수 있다. 상기 파라미터의 정의는 도 1에 제시되어 있다.
펄스아크용접 시 기저전류(background current) 구간에서의 와이어 단락 처리 기법이 주요한 제어기술 중 하나이다. MAG 혼합가스(Ar + CO2) 또는 100% Ar를 이용하면 기저전류 구간에서의 와이어 단락을 기본적으로 억제할 수 있다.
Ar가스와 CO2가스의 성질을 확인하여 보면 도 2에 제시한 표와 같다. 도 2에 제시한 표에 따른 기본적인 성질에 의하여 펄스아크용접에서는 100% CO2 가스를 이용한 기술의 적용이 어렵다. 왜냐하면 펄스아크는 실드가스의 안정성, 열전도도, 용입 등에 의한 성질에 영향을 받기 때문이다.
플럭스 코어 와이어 또는 플러스 코어 와이어 전극에는 가스차폐 및 자체 차폐의 두 가지 유형이 있다. 그 이름에서 알 수 있듯이 가스차폐형 플럭스 코어 와이어는 외부 차폐 가스가 요구된다. 자체 차폐형은 그렇지 않다. 가스차폐 플럭스 코어 와이어 상의 플럭스 코팅은 용융된 용접 재료보다 빠르게 응고된다. 결과적으로, 오버헤드용접 또는 수직 상승 시 용융된 풀을 보유하는 일종의 선반이 생성된다. 가스차폐 플럭스 코어 와이어는 두꺼운 금속을 용접할 때 잘 작동한다. 또한 용접 위치 이탈 (out-of-position) 어플리케이션에 적합하다. 이 유형의 와이어로 슬래그를 쉽게 제거할 수 있다. 자기차폐 플럭스 코어 와이어는 외부 차폐가스를 필요로 하지 않는다. 이러한 유형의 전극에서는 와이어로부터의 플럭스가 연소될 때 가스가 생성됨에 따라 용접풀이 보호된다. 자체차폐 와이어는 자체보호 차폐물을 생성하고 외부 가스탱크가 필요 없기 때문에 휴대가 용이하다.
플럭스 코어 와이어 전극을 사용하면, 높은 증착 속도를 허용하며, 옥외와 바람이 부는 환경에서 잘 작동하며, 올바른 필러 재료를 사용하면 이 전극으로 FCAW를 "모든 위치" 공정으로 만들 수 있으며, 깨끗하고 강한 용접을 만든다는 장점이 있다.
플럭스 코어 와이어 전극을 사용할 때, 전극이 베이스 금속과 접촉하여 두 전극을 함께 융합하면 녹은 접촉 팁이 발생할 수 있으며, 금속이 경화되기 전에 가스가 용접된 영역을 벗어나지 않으면 용접부에 구멍이 생겨 다공성이 될 수 있다는 단점이 있다.
솔리드 와이어 전극은 금속 불활성 가스 용접에 사용된다. 이러한 전극은 가압 기체 용기로부터 전달되는 차폐가스를 필요로 한다. 차폐가스는 대기 오염 물질로부터 용융된 용접 풀을 보호할 수 있다. 솔리드 와이어 전극은 산화를 방지하고 전기 전도성을 돕기 위해 구리로 도금된 연강으로 만들어질 수 있다. 구리 도금은 또한 용접 접촉 팁의 수명을 증가시키는 데 도움이 될 수 있다. 솔리드 와이어 전극은 판금과 같은 얇은 재질로 작업할 때 좋은 결과를 나타낸다. 솔리드 와이어 전극은 바람이 있으면 잘 작동하지 않는다. 차폐가스를 바람에 노출시키면 용접의 완전성이 손상될 수 있다.
플럭스 코어 와이어를 솔리드 와이어와 비교할 때 최상의 선택은 용접 작업 및 위치에 따라 달라진다. 두 가지 유형의 전선 모두 올바르게 수행되면 양호한 용접 비드 모양을 생성할 수 있다. 두꺼운 금속 및 실외 작업의 경우 플럭스 코어 전극이 가장 잘 작동하며, 얇은 금속 및 바람에서 수행되는 작업의 경우, 단선 전극이 아주 잘 작동할 수 있다. MIG 용접에 사용되는 솔리드 와이어 전극은 플럭스 코어 와이어만큼 휴대성이 좋지는 않다. 이는 MIGW에서 차폐 가스가 필요하기 때문이다. 솔리드 와이어 전극과 플럭스 코어 와이어 전극은 모두 비교적 사용하기 쉽지만 플럭스 코어 와이어 전극이 더 비싸다.
코어 와이어 전극을 이용한 아크용접에 관한 종래기술로서 EP01004389A1, US6160241, US8704135, EP02394771B1 등이 공개되어 있지만, 이들 문헌에는 기저전류구간에서의 구체적인 용접전류의 파형에 대하여는 공개되어 있지 않다.
본 발명은 실드가스로서 저가의 CO2 가스만을 이용하는 아크용접에 있어서 용접전류의 형상을 제어하는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따라, 100%의 CO2 가스로 이루어진 가스실드 내에 와이어 전극(14)를 송급하고, 상기 와이어 전극(14)에 용접전류(IW)를 공급함으로써 상기 와이어 전극(14)와 모재(11, 13) 사이에 아크(16)를 발생시켜서 용접하는, 가스보호 펄스아크 용접방법이 제공될 수 있다.
이때, 상기 용접전류(IW)는 펄스 트레인(PT)이며, 상기 펄스 트레인 중 임의의 한 개의 펄스(P1)는, 상기 한 개의 펄스의 시작 시점(TS) 직후 미리 결정된 베이스 전류값(IBASE)으로부터 상승하여 미리 결정된 피크 전류값(IMAX)을 유지하는 제1시구간(T1); 상기 제1시구간의 종료 직후 하강하여 미리 결정된 중간 전류값(IMID)을 유지하는 제2시구간(T2); 상기 제2시구간의 종료 직후 서서히 하강하여 제3전류값(I3)에 도달하는 제3시구간(T3); 및 상기 제3시구간 직후부터 상기 제3전류값(I3)을 유지하는 제4시구간(T4);을 포함할 수 있다.
이때, 상기 피크 전류값은 251 A 내지 500 A이고, 상기 제1시구간과 상기 제2시구간의 총 길이는 상기 한 개의 펄스의 길이의 1% 내지 90% 이며, 상기 제3시구간의 길이는 상기 제1시구간과 상기 제2시구간의 총 길이의 1% 내지 10% 이며, 상기 한 개의 펄스의 길이는 1/255 sec 내지 1 sec이며, 상기 베이스 전류값은 10 A 내지 255 A일 수 있다.
이때, 상기 펄스 트레인 중 임의의 한 개의 펄스(P1)는, 상기 제4시구간의 종료 직후 상승하여 미리 결정된 미세전류값(IMP)을 유지하다가 서서히 하강하여 제4전류값(I4)에 도달하는 미세펄스구간(TMP)들이 연속적으로 중첩되어 있는 제5시구간(T5); 및 상기 제5시구간의 종료 직후부터 상기 한 개의 펄스의 종료 시점(TE)까지 상기 베이스 전류값을 유지하는 제6시구간(T6);을 더 포함할 수 있다.
여기서 '중첩'되어 있다는 것은 서로 다른 미세펄스구간(TMP)들이 연이어 제공된다는 것을 의미할 수 있다. 즉, '연속적으로 중첩'된다는 것은 '연속적으로 제공'된다, 또는 '연속적으로 발생'한다는 의미로 해석될 수 있으며, 이러한 용어들로 대체되어 서술될 수 있다.
이때, 상기 제3전류값은 상기 베이스 전류값일 수 있다.
이때, 상기 제4전류값은 상기 베이스 전류값일 수 있다.
이때, 상기 미세전류값은 상기 중간 전류값보다 작을 수 있다.
이때, 상기 와이어 전극(14)의 직경이, 1.2 mm 또는 1.4 mm일 수 있다.
이때, 상기 모재는 아연 도금 강판일 수 있다.
이때, 상기 미세펄스구간(TMP) 한 개의 길이는 상기 제1시구간(T1)의 길이보다 작고, 상기 제3시구간(T3)의 길이보다 작을 수 있다.
이때, 상기 미세펄스구간(TMP) 한 개의 길이는 상기 제2시구간(T2)의 길이보다 작고, 상기 제4시구간(T4)의 길이보다 작을 수 있다.
이때, 상기 와이어 전극(14)는 플럭스 코어 와이어 전극일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 100%의 CO2 가스로 이루어진 가스실드 내에 와이어 전극(14)를 송급하고, 상기 와이어 전극(14)에 용접전류(IW)를 공급함으로써 상기 와이어 전극(14)와 모재 사이에 아크(16)를 발생시켜서 용접하는 가스보호 펄스아크 용접방법이 제공될 수 있다. 이때, 상기 용접전류(IW)는 펄스 트레인(PT)이며, 상기 펄스 트레인 중 임의의 한 개의 펄스(P1)는, 상기 펄스(P1)의 기저전류구간(background current period) 동안, 미리 결정된 제3전류값(I3)으로부터 상승하여 미리 결정된 미세전류값(IMP)을 유지하다가 서서히 하강하여 제4전류값(I4)에 도달하는 미세펄스구간(TMP)들이 연속적으로 중첩되어 있는 제5시구간(T5)이 포함되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제3전류값(I3) 및 상기 제4전류값(I4)은 10 A 내지 255 A의 크기를 갖는 베이스 전류값(IBASE)일 수 있다.
이때, 상기 펄스(P1)의 기저전류구간은, 상기 제5시구간(T5)의 종료 직후부터 상기 한 개의 펄스(P1)의 종료 시점(TE)까지 10 A 내지 255 A의 크기를 갖는 베이스 전류값(IBASE)을 유지하는 제6시구간(T6)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 웰딩 건(10), 상기 웰딩 건(10)에 설치된 가스 노즐(12), 상기 웰딩 건(10)에 설치된 와이어 전극(14), 상기 와이어 전극(14)을 워크 피이스(11, 13) 방향으로 이동시키는 와이어 구동부(20), 상기 와이어 전극(14)을 연속적으로 제공하는 와이어 릴(wire reel)(22), 및 전류구동부(19)를 포함하는 펄스아크 용접장치(1)가 제공될 수 있다. 이때, 상기 가스 노즐(12)을 통해 100%의 CO2 가스로 이루어진 가스실드를 제공하도록 되어 있고, 상기 가스실드 내에 상기 와이어 전극(14)를 송급하도록 되어 있으며, 상기 전류구동부(19)는, 상기 가스실드 내에 와이어 상기 와이어 전극(14)가 송급하는 동안, 상기 와이어 전극(14)에 용접전류(IW)를 공급하도록 되어 있으며, 상기 용접전류(IW)는 펄스 트레인(PT)이며, 상기 펄스 트레인 중 임의의 한 개의 펄스(P1)는, 상기 펄스(P1)의 기저전류구간(background current period) 동안, 미리 결정된 제3전류값(I3)으로부터 상승하여 미리 결정된 미세전류값(IMP)을 유지하다가 서서히 하강하여 제4전류값(I4)에 도달하는 미세펄스구간(TMP)들이 연속적으로 중첩되어 있는 제5시구간(T5)이 포함되어 있다.
본 발명에 따르면 실드가스로서 저가의 CO2 가스만을 이용함으로써 경제적인 이점을 얻을 수 있으며, MAG 가스에서의 용입 문제 등에 의한 단점을 보완할 수 있다.
도 1은 펄스아크용접을 위해 제공되는 용접전류의 파형을 규정하는 주요 파라미터들을 나타낸 것이다.
도 2는 펄스아크용접을 위해 실드가스로서 사용되는 Ar가스와 CO2가스의 성질을 비교한 표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 플럭스 코어 와이어 전극에 제공되는 용접전류의 모양을 나타낸 것이다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 아크펄스의 발생 상황을 실제로 촬영한 이미지들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스아크 용접방법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은는 일 실시예에 따른 플럭스 코어 와이어 전극(14)의 단면을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 플럭스 코어 와이어 전극에 제공되는 용접전류의 모양을 나타낸 것이다.
도 3에 나타낸 그래프의 가로축은 시간축이며 세로축은 플럭스 코어 와이어 전극의 단부에 제공되는 용접전류의 크기를 나타낸다.
상기 용접전류(IW)는 복수 개의 펄스들이 연이어 발생하는 펄스 트레인(PT)이다.
펄스 트레인(PT) 중 임의의 한 개의 펄스(P1)는 아래에 제시하는 제1시구간(T1), 제2시구간(T2), 제3시구간(T4), 제4시구간(T4), 제5시구간(T5), 및 제6시구간(T6)을 포함하여 정의될 수 있다.
제1시구간(T1)에서, 용접전류(IW)는, 한 개의 펄스(P1)의 시작 시점(TS) 직후, 미리 결정된 베이스 전류값(IBASE)으로부터 상승하여 미리 결정된 피크 전류값(IMAX)을 유지할 수 있다.
제2시구간(T2)에서, 용접전류(IW)는, 상기 제1시구간(T1)의 종료 직후 하강하여 미리 결정된 중간 전류값(IMID)을 유지할 수 있다.
제3시구간(T3)에서, 용접전류(IW)는, 상기 제2시구간(T2)의 종료 직후 서서히 하강하여 미리 결정된 제3전류값(I3)에 도달할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 제3전류값은 상기 베이스 전류값(IBASE)일 수 있다.
제4시구간(T4)에서, 용접전류(IW)는, 상기 제3시구간(T3) 직후부터 상기 제3전류값(I3)을 유지할 수 있다.
제5시구간(T5)에서, 용접전류(IW)는, 상기 제4시구간(T4)의 종료 직후 상승하여 미리 결정된 미세전류값(IMP)을 유지하다가 서서히 하강하여 제4전류값(I4)에 도달하는 미세펄스구간(TMP)들이 연속적으로 중첩되어 있을 수 있다. 도 3에서는 미세펄스구간(TMP)들이 총 4개가 연속으로 중첩된 예를 나타내었다.
상기 각각의 미세펄스구간(TMP)에 존재하는 펄스를 미세펄스라고 지칭할 수 있으며, 이러한 상기 미세펄스들 복수 개가 연속적으로 발생하여 형성되는 펄스 트레인을 '중첩 미세펄스' 또는 '미세 펄스 트레인'이라고 지칭할 수도 있다.
상기 각각의 미세펄스의 시작점은 용접전류(IW)가 제3전류값(I3)으로부터 상승하기 시작하는 시점이고, 상기 각각의 미세펄스의 종료점은 용접전류(IW)가 다시 하강하여 제4전류값(I4)에 도달한 바로 그 시점일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 미세 펄스 트레인을 구성하는 각 미세 펄스들은 서로 동일한 모양을 가질 수 있다.
이때, 상기 미세전류값(IMP)은 상기 중간 전류값(IMID)보다 작고 상기 베이스 전류값(IBASE) 보다는 클 수 있다.
이때, 용접전류(IW)가 상기 제4시구간(T4)의 종료 직후 상승하여 미리 결정된 미세전류값(IMP)을 유지하는 시구간의 길이는 미리 결정된 값(TMP1)을 가질 수 있다.
이때, 용접전류(IW)가 상기 미세전류값(IMP)으로부터 서서히 하강하여 제4전류값(I4)에 도달하는 시구간의 길이는 미리 결정된 값(TMP2)을 가질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 제4전류값(I4)은 상기 베이스 전류값(IBASE)일 수 있다.
제6시구간(T6)에서, 용접전류(IW)는, 상기 제5시구간(T5)의 종료 직후부터 상기 한 개의 펄스(P1)의 종료 시점(TE)까지 상기 베이스 전류값(IBASE)을 유지할 수 있다.
상기 제4시구간(T4), 상기 제5시구간(T5), 및 상기 제6시구간(T6)은 기저전류(background current) 구간으로 지칭될 수 있다. 이러한 정의에 따르면 상기 제1시구간(T1), 상기 제2시구간(T2), 및 상기 제3시구간(T3)은 기저전류구간에 포함되지 않으며, 다른 이름으로 지칭될 수 있다. 예컨대, 상기 제1시구간(T1), 상기 제2시구간(T2), 및 상기 제3시구간(T3)은 메인펄스구간으로 지칭될 수도 있다.
이때, 상기 피크 전류값(IMAX)은 251 A(암페어) 내지 500 A일 수 있다.
이때, 상기 제1시구간(T1)과 상기 제2시구간(T2)의 총 길이(T1+T2)는 상기 한 개의 펄스(P1)의 전체 길이(T1+T2+T3+T4+T5+T6)의 1% 내지 90% 일 수 있다.
이때, 상기 제3시구간(T3)의 길이(T3)는 제1시구간(T1)과 상기 제2시구간(T2)의 총 길이(T1+T2)의 1% 내지 10% 일 수 있다.
이때, 상기 한 개의 펄스(P1)의 길이는 1/255 sec 내지 1 sec일 수 있다.
이때, 상기 베이스 전류값(IBASE)은 10 A 내지 255 A일 수 있다.
이때, 상기 미세펄스구간(TMP) 한 개의 길이는 상기 제1시구간(T1)의 길이보다 작고, 상기 제3시구간(T3)의 길이보다 작을 수 있다.
이때, 바람직한 실시예에서, 상기 미세펄스구간(TMP) 한 개의 길이는 상기 제2시구간(T2)의 길이보다 작고, 상기 제4시구간(T4)의 길이보다 작을 수 있다.
상기 제1시구간(T1)에서, 플럭스 코어 와이어 전극(14)의 선단에 형성된 용융금속방울 전체에 핀치력이 작용할 수 있다. 그리고 상기 제2시구간(T2)에서, 상기 용융금속방울 중하부가 아크에서 싸여지게 되어 상기 핀치력으로부터 해방될 수 있다. 그리고 상기 제3시구간(T3)에서, 플럭스 코어 와이어 전극(14)의 선단으로부터 원형의 용융금속방울이 떨어져 나갈 수 있다. 그리고 상기 제4시구간(T4)에서, 상기 떨어져 나간 용융금속방울이 용접부에게 이행될 수 있다.
제5시구간(T5)에서 제공되는 상기 중첩 미세펄스, 즉 상기 미세 펄스 트레인에 따른 효과는 도 4를 참조하여 설명할 수 있다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 아크펄스의 발생 상황을 실제로 촬영한 이미지들이다.
도 4a는 피크전류 구간인 상기 제1시구간(T1)에서의 아크현상을 나타낸 것이다. 강한 아크가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
도 4b의 (a)는 기저전류(background current) 구간인 제4시구간(T4), 제5시구간(T5), 및 제6시구간(T6) 중 일부인 제5시구간(T5)에 도 3에 제시한 상기 미세 펄스 트레인이 제공되는 경우, 상기 기저전류 구간에서의 아크현상을 나타낸 것이다.
도 4b의 (b)는 기저전류 구간인 제4시구간(T4), 제5시구간(T5), 및 제6시구간(T6)에 도 3에 제시한 상기 미세 펄스 트레인이 제공되지 않는 경우, 상기 기저전류 구간에서의 아크현상을 나타낸 것이다.
도 4b의 (a)에 제시된 아크펄스가 도 4b의 (b)에 제시된 아크펄스보다 강하다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 미세 펄스 트레인을 제공하게 되면, 펄스 이행시 아크가 꺼지는 현상을 방지할 수 있다.
도 4c는 도 4b의 (a)는 기저전류(background current) 구간인 제4시구간(T4), 제5시구간(T5), 및 제6시구간(T6) 중 일부인 제5시구간(T5)에 도 3에 제시한 상기 미세 펄스 트레인이 제공되는 경우, 상기 제5시구간(T5)에서의 아크이행을 촬영한 동영상을 캡쳐하여 시간에 따라 제시한 것이다. 도 4c의 가로축은 시간축이다. 도 4c에서 확인 가능하듯이, 상기 미세 펄스 트레인이 제공되는 경우 아크펄스가 온-오프-온-오프-온-오프를 반복하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 아크의 발생강도가 시간이 흐름에 따라 강함-약함-강함-약함-강함-약함을 나타낸다는 점을 확인할 수 있다.
그러나 본 발명에 따른 상기 미세 펄스 트레인이 제공되지 않는 경우에는 기저전류 구간에서 도 4c와 같은 아크펄스의 간헐적 발생도 일어나지 않는다는 점에서 차이가 있다.
즉 본 발명에 따라 기저전류 구간(베이스전류 구간) 동안 미세 펄스 트레인이 제공되면 아크불빛이 깜빡거리는 것이 관찰되지만, 이와 달리 기저전류 구간 동안 상기 미세 펄스 트레인이 제공되지 않는 경우 아크불빛이 실질적으로 사라지는 것이 관찰된다.
본 발명에 따라 기저전류 구간(베이스전류 구간) 동안 미세 펄스 트레인이 제공되면 CO2 100% 가스를 적용하더라도 아크꺼짐 현상을 방지할 수 있다.
기저전류 아크전압이 낮으면 아크가 꺼지는 현상이 발생하게 되어 용접 불량이 발생한다. 가스 노즐(12)을 통해 CO2 100%의 가스(16)가 제공되는 경우 아크전압이 낮게 되는 현상이 발생하므로, CO2 100%의 가스(16)를 이용하는 경우에는 아크전압을 상승시켜 기저전류 구간에서 아크 안정화를 이룰 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 기저전류 구간에서 상기 미세 펄스 트레인을 제공하는 것은 이러한 필요성을 충족시키기 위한 제안된 것이다. 상기 미세 펄스 트레인(중첩 미세펄스)이 제공됨으로 인하여, 용입이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 1펄스에 다량의 용적방울이 떨어지며, 주파수가 높아질수록 용입 특성이 개선되는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스아크 용접방법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 플럭스 코어 와이어 전극(14)의 단면을 나타낸 것이다.
펄스아크 용접장치(1)는 웰딩 건(welding gun)(10), 웰딩 건(10)에 설치된 가스 노즐(12), 웰딩 건(10)에 설치된 플럭스 코어 와이어 전극(14), 플럭스 코어 와이어 전극(14)을 워크 피이스(모재)(11, 13) 방향으로 이동시키는 와이어 구동부(20), 플럭스 코어 와이어 전극(14)을 연속적으로 제공하는 와이어 릴(wire reel)(22), 및 전류구동부(19)를 포함할 수 있다.
펄스아크 용접장치(1)는 가스 노즐(12)을 통해 아크(16) 주변에 100% CO2 가스(16)를 제공하는 외부 소스(17)를 더 포함할 수 있다.
플럭스 코어 와이어 전극(14)은 워크 피이스(work piece)들(11, 13) 근처에서 아크(18)를 발생시키고, 아크(18)는 가스 노즐(12)로부터 제공된 CO2 100%의 가스(16)에 의해 외부 대기로부터 보호될 수 있다.
플럭스 코어 와이어 전극(14)은 잘 알려진 바와 같이 외부에 드러난 피복(600) 및 그 내부에 형성된 내부충진코어(610)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 피복(600)은 속이 빈 와이어이며, 내부충진코어(610)는 Mn, Si, Ti, Al 등 탈산제 및 아크 안정제가 잠입되어 있을 수 있다.
전류구동부(19)는 플럭스 코어 와이어 전극(14)의 작업 단부에, 가스 노즐(12)을 통해 CO2 100%의 가스(16)가 공급되는 동안, 도 3에 나타낸 파형을 갖는 상기 용접전류(IW)를 제공하도록 되어 있을 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.
1: 펄스아크 용접장치 10: 웰딩 건
11, 13: 모재, 워크 피이스 12: 가스 노즐
14: 플럭스 코어 와이어 전극 16: 아크
19: 전류구동부 20: 와이어 구동부
22: 와이어 릴 PT: 펄스 트레인
P1: 펄스 IW: 용접전류
IBASE: 베이스 전류값 IMAX: 피크 전류값
IMID: 중간 전류값 IMP: 미세전류값
I3: 제3전류값 I4: 제4전류값
T1: 제1시구간 T2: 제2시구간
T3: 제3시구간 T4: 제4시구간
T5: 제5시구간 T6: 제6시구간
TMP: 미세펄스구간 TS: 펄스의 시작 시점
TE: 펄스의 종료 시점

Claims (17)

100%의 CO2 가스로 이루어진 가스실드 내에 와이어 전극(14)를 송급하고, 상기 와이어 전극(14)에 용접전류(IW)를 공급함으로써 상기 와이어 전극(14)와 모재(11, 13) 사이에 아크(16)를 발생시켜서 용접하며,
상기 용접전류(IW)는 펄스 트레인(PT)이며,
상기 펄스 트레인 중 임의의 한 개의 펄스(P1)는,
상기 한 개의 펄스의 시작 시점(TS) 직후 미리 결정된 베이스 전류값(IBASE)으로부터 상승하여 미리 결정된 피크 전류값(IMAX)을 유지하는 제1시구간(T1);
상기 제1시구간의 종료 직후 하강하여 미리 결정된 중간 전류값(IMID)을 유지하는 제2시구간(T2);
상기 제2시구간의 종료 직후 서서히 하강하여 제3전류값(I3)에 도달하는 제3시구간(T3);
상기 제3시구간 직후부터 상기 제3전류값(I3)을 유지하는 제4시구간(T4);
상기 제4시구간의 종료 직후 상승하여 미리 결정된 미세전류값(IMP)을 유지하다가 서서히 하강하여 제4전류값(I4)에 도달하는 미세펄스구간(TMP)들이 연속적으로 중첩되어 있는 제5시구간(T5); 및
상기 제5시구간의 종료 직후부터 상기 한 개의 펄스의 종료 시점(TE)까지 상기 베이스 전류값을 유지하는 제6시구간(T6);
을 포함하는,
가스보호 펄스아크 용접방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1시구간과 상기 제2시구간의 총 길이는 상기 한 개의 펄스의 길이의 1% 내지 90% 이고,
상기 제3시구간의 길이는 상기 제1시구간과 상기 제2시구간의 총 길이의 1% 내지 10% 이며,
상기 한 개의 펄스의 길이는 1/255 sec 내지 1 sec인,
가스보호 펄스아크 용접방법.
제3항에 있어서,
상기 피크 전류값은 251 A 내지 용접전원 정격출력의 최대값[A]이고,
상기 베이스 전류값은 상기 피크 전류값 보다 작은,
가스보호 펄스아크 용접방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제3전류값은 상기 베이스 전류값인, 가스보호 펄스아크 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 제4전류값은 상기 베이스 전류값인, 가스보호 펄스아크 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 미세전류값은 상기 중간 전류값보다 작은, 가스보호 펄스아크 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 와이어 전극(14)의 직경이, 1.2 mm 또는 1.4 mm인, 가스보호 펄스아크 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 모재는 아연 도금 강판인, 가스보호 펄스아크 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 미세펄스구간(TMP) 한 개의 길이는 상기 제1시구간(T1)의 길이보다 작고, 상기 제3시구간(T3)의 길이보다 작은, 가스보호 펄스아크 용접방법.
제11항에 있어서, 상기 미세펄스구간(TMP) 한 개의 길이는 상기 제2시구간(T2)의 길이보다 작고, 상기 제4시구간(T4)의 길이보다 작은, 가스보호 펄스아크 용접방법.
제1항, 제3항 내지 제4항, 및 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이어 전극(14)는 플럭스 코어 와이어 전극인 것을 특징으로 하는, 가스보호 펄스아크 용접방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제3전류값(I3) 및 상기 제4전류값(I4)은 10 A 내지 255 A의 크기를 갖는 베이스 전류값(IBASE)인, 가스보호 펄스아크 용접방법.
제1항에 있어서, 상기 베이스 전류값(IBASE)은 10 A 내지 255 A의 크기를 갖는, 가스보호 펄스아크 용접방법.
웰딩 건(10), 상기 웰딩 건(10)에 설치된 가스 노즐(12), 상기 웰딩 건(10)에 설치된 와이어 전극(14), 상기 와이어 전극(14)을 워크 피이스(11, 13) 방향으로 이동시키는 와이어 구동부(20), 상기 와이어 전극(14)을 연속적으로 제공하는 와이어 릴(wire reel)(22), 및 전류구동부(19)를 포함하는 펄스아크 용접장치(1)로서,
상기 가스 노즐(12)을 통해 100%의 CO2 가스로 이루어진 가스실드를 제공하도록 되어 있고,
상기 가스실드 내에 상기 와이어 전극(14)를 송급하도록 되어 있으며,
상기 전류구동부(19)는, 상기 가스실드 내에 와이어 상기 와이어 전극(14)가 송급하는 동안, 상기 와이어 전극(14)에 용접전류(IW)를 공급하도록 되어 있으며,
상기 용접전류(IW)는 펄스 트레인(PT)이며,
상기 펄스 트레인 중 임의의 한 개의 펄스(P1)는, 상기 펄스(P1)의 기저전류구간(background current period) 동안, 미리 결정된 제3전류값(I3)으로부터 상승하여 미리 결정된 미세전류값(IMP)을 유지하다가 서서히 하강하여 제4전류값(I4)에 도달하는 미세펄스구간(TMP)들이 연속적으로 중첩되어 있는 제5시구간(T5)이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는,
펄스아크 용접장치.
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