KR0144541B1 - 용접와이어팁 및 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어를 안정하게 공급하고 외부 물질을 배출하며, 전류제어를 안정하게 할 수 있고 팁을 저렴하게 제조할 수 있는 방법을 지닌 용접팁에 관한 것이다. 용접팁 (30) 에 개방되어 제공된 안내구멍 (31) 의 단면을 통과할 수 있는 비원형모양으로 와이어를 형성하여 만든다. 안내구멍의 단면 모양은 다각형, 타원 및 이와 비슷한 모양이 될 수 있다. 안내구멍의 단면 모양을 다격형으로 만듬으로써 안내구멍에 끼워질 와이어의 외부 직경 보다 직경이 0.02 ∼ 0.20㎜ 만큼 큰 원에 외접하는 다각형과 같은 원에 외접하는 다각형으로 만드는 것이 바람직하다. 특히, 이를 삼각형으로 하는 것이 바람직하다.

Description

용접와이어 팁 및 어셈블리

도 1은 본 발명의 제1의 바람직한 실시예로 용접팁을 도시한 단면도.

도 2는 도 1의 A-A선의 단면도.

도 3은 도 1의 B-B선의 단면도.

도 4는 본 발명의 제2의 바람직한 실시예로 용접팁을 도시한 단면도.

도 5는 안내구멍의 단면형상의 다른예를 예시한 설명도.

도 6은 본 발명의 제3의 바람직한 실시예로 용접팁을 도시한 단면도.

도 7은 본 발명의 제4의 바람직한 실시예로 용접팁을 도시한 단면도.

도 8은 도 7의 C-C선의 단면도.

도 9는 본 발명의 제5의 바람직한 실시예를 용접팁을 도시한 단면도.

도 10은 선행기술에서 공지된 용접팁의 제1예를 도시한 단면도.

도 11은 선행기술의 제1예의 용접팁을 통해 와이어를 통과시키는 상태를 도시한 단면도.

도 12는 선행기술에서 공지된 용접팁의 제2예를 도시한 단면도.

도 13은 선행기술에서 공지된 용접토치를 도시한 개략도.

도 14는 본 발명의 용접팁의 안내구멍의 작동을 도시한 설명도.

도 15는 본 발명에 사용된 용접팁 재료의 단면도.

도 16은 본 발명의 용접팁을 제조하는 공정을 설명한 평면도.

도 17은 본 발명의 용접팁을 제조하는 또 다른 공정의 평면도.

도 18은 본 발명이 적용되는 열선 TIG 용접기기의 와이어 토치를 도시한 도면.

도18a, 도 18b, 도 18c, 도 18d, 도 18e 및 도 18f는 도18의 A-A, B-B, C-C, D-D E-E 및 F-F선의 단면도.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 세라믹 안내부를 도시한 단면도.

도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 세라믹 안내부를 도시한 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30,40,823:팁 31,43:안내구멍

32:유입구 35,42:모서리부재

38:판스프링 820:V 채널

본 발명의 자동아크 용접장치에 구비되는 용접 와이어 안내팁(이하, 용접팁이라고 함)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 위에서 설명한 용접팁에 개설된 와이어 안내구멍의 구성에 관한 것이다.

종래의 가스금속아크(이하, GMA라고 함) 용접에서 전극으로써 사용되는 와이어와, 텅스텐 삽입가스아크(아하, TIG라고 함) 용접에서 대표되는 비소모성 전극아크 용접에 사용되는 첨가 와이어의 단면은 대부분의 경우가 원형이며, 그 와이어를 용접부에 안내하는 용접팁의 안내구멍은 모두 원형이다.

도 10은 선행기술에서 공지되어 있는 GMA 용접용 전류접촉팁(1)의 양 안내구멍(2)을 표시한 단면도이다. 보통, 팁(1)의 길이는 약 40㎜이고, 팁입구부(3)측에서는 직경이 크고 팁출구부(4)측에서는 직경이 작은 계단식 원형안내구멍(2)이 방사상 방향으로 중심부에 개설되어 있다. 큰 직경부의직경(D)은 예컨대 그속을 통과하는 와이어의 직경이 약 1.2㎜인 경우에는 이 와이어의 직경보다 1㎜ 정도 큰 값으로 설정되고, 작은 직경부의 직경(d)은 와이어의 직경보다 약 0.2∼0.4㎜ 정도 큰 값으로 설정된다. GMA용 와이어를 용접하는 팁(1)의 재질은 내마모성 및 전류접촉의 관점에서 크롬동이나 베릴륨동 등이 사용된다. 와이어는 팁출구부(4)에서 확실히 전류접촉이 수행될 수 있도록 다소 구부러진 상태로 팁입구부(3)측으로부터 공급된다. 도11은 팁출구부(4)를 도시한 단면도이고, 와이어(5)가 팁(1)의 안내구멍(2)을 통과하는 상태를 도시한다. 전류접촉은 단면이 원형인 안내구멍(2)의 내측에 단면이 원형인 와이어(5)가 선과 점 사이의 1점에서 접촉하는 식으로 수행된다.

용접팁(1)은 도시하지 않은 용접토치(welding torch)에 설치되고, 그 토치는 반자동용접에 사용되거나 용접로봇에 적재되거나 한다. 용접토치가 용접로봇에 적재된 경우, 용접에 앞서서 용접시의 상태를 상정하여서 와이어(5)가 팁(1) 밖으로 이동한다. 와이어(5)의 선단에서 용접홈을 추적함으로써 기억되고 그 다음에 재생하여서 용접을 수행한다. 용접홈을 추적하는 공정에 있어서는 용접홈에의한 접촉압력이 와이어(5)에 작용하기 때문에 안내구멍(2)과 와이어(5) 사이의 접점이 변화하고, 다음 용접중 플레이 재생시에 와이어팁의 위치와, 첫 번째 와이어팁의 위치가 가끔 변할 수 있다. 와이어(5)의 팁이 용접중 목표위치에서 벗어나거나, 비이드(bead)가 지그재그로 되는 결점이 발생하기 쉽다.

따라서, 이러한 결점을 해소하기 위하여 와이어(5)는 가능한 직선상태로 하고, 안내구멍(2)의 틈새를 작게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 와이어(5)를 원할히 공급하기 위하여 어느 정도의 틈새가 필요하므로, 직선 와이어를 직선 안내 구멍을 통과하도록 배열하면, 안내구멍(2)과 와이어(5) 사이의 접촉통전위치가 고정될 수 없고, 안정한 용접작업이 어렵다는 문제점이 발생한다. 따라서, 이러한 직선 와이어가 채택되면 스프링에 의해 와이어를 통전팁 구멍면에 수평으로 밀여붙이는 장치를 필요로 한다(일본국 특허공개 소64-18582호 공보).

동시에, 용접팁(1)에 공급된 와이어(5)는 항상 깨끗한 것이 아니라 표면에 녹(rust)이 부착되고, 와이어의 도관 또는 팁(1)의 내면 사이의 접촉에 의해 발생한 칩(chip)과 배출물질이 와이어 공급장치의 공급롤러를 통과할 때 발생한다. 연강 와이어의 표면은 녹방지용 동도금(copper plating)이 수행되어 있어 이 경우에, 금속판금으로부터의 배출물질외에 상기한 이물질이 부착될 수 있다. 이 이물질이 와이어(5)와 더불어 용접팁(1)에 들어가서 안내구멍(2)과 와이어(5) 사이에 끼워서 와이어(5)의 원활한 공급을 방해하거나 이 와이어(5)에의 전류접촉을 방해한다. 따라서, GMA의 경우에 불규칙 아크가 자주 발생하고, 스패터(spatter)발생이 흔히 일어나며, 아크의 불안정이 발생한다는 문제점이 야기된다. 어떤 경우에는 용접초기에 와이어 사이의 스파크에 의해 와이어가 녹아붙은 일도 있다.

안내구멍의 직경이 작고 와이어의 직경이 근접할 때 안내구멍의 직경이 와이어 직경보다 약 0.2∼0.4㎜만큼 크게 설정되기 때문에 상기한 문제점이 쉽게 발생한다.

추출이물질을 원활히 처리하기 위해 일본국 실용신안공개 소56-142880호 공보의 도 12에 도시한 바와 같이 공간(40)을 안내구멍(2)의 도중에 설치함과 동시에 이 공간(40)에서 통전팁(18)의 둘레면을 관통하는 수평구멍(6)을 설치하여, 거기에서 이물질을 배출하는 구조를 제안하고 있다. 그러나, 이 방법에서 접촉팁의 구멍직경을 통상값보다 작게 하면, 역시 이물질의 막힘이 발생하므로 안내구멍의 직경이 통상값과 변함이 없고, 따라서 안내구멍(2)내에서의 와이어(5)의 래틀(rattle)에 대해서는 개선되고 있지 않다.

열선 TIG 용접에 사용되는 세라믹 안내팁의 상세한 설명은 다음과 같다. 열선 TIG 용접에 있어서 필러선 안내용 세라믹 물질의 절연팁은 필러선을 오래 통전시키므로서 열을 발생시키는 신장부를 길게 하고, 와이어팁의 변동을 작게 하기 위해 와이어가 접촉팁을 통과한 후에 보통 위치한다.

도 13은 본 발명의 발명자가 전에 제한한 TIG 토치의 팁부의 구조를 도시한 단면도이다(이는 일본국 특허공개 평3-297574호 공보에 개시되어 있다). 토치(16)는 필러선(5)이 텅스텐 적극(9)과 근접하면서 평행하게 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 토치의 둘레를 아주 작게 할 수 있으므로 좁은 공간에서 용접가공이 쉬게 된다. 이는 아크길이의 허용오차를 향상시키는 효과가 생겨 TIG 용접로봇의 실용성능을 크게 개선시킨다. 또한 와이어(5)에도 통전시켜서 와이어 용착량을 중가시키기 위하여 열선방법을 채택하고 있다.

도 13에 있어서 중공토치몸체(7)의 모서리에 설치된 로드팁(8)에 필러선(5)과 텅스텐 적극(9)을 공급하기 위한 절연안내팁(10)이 각각의 교환가능한 기구, 예를 들면 나사고정기구 등에 의해 지지되어 있다. 또한, 세라믹으로 만들어진 차폐노즐(11)이 토치몸체(7)의 모서리 외주에 끼워져 있다. 또한, 토치몸체(7)의 내측에는 차폐가스로 아르곤용 통로(도시없음)가 있어 노즐(11)의 모서리의 내주부에 송풍되도록 되어 있다. 동으로 만들어진 전도성 이중관형 구조를 지닌 수냉파이프(도시없음)가 중공토치몸체(7)의 내측에 설치되어 있고, 이 수냉동파이프의 팁이 로드팁(8)을 냉각시킴과 동시에 로드팁(8)과 텅스텐 전극(9)을 통전하고, 텅스텐 전극과 베이스강철(12) 사이에서 아크가 발생할 수 있다. 토치몸체(7)의 내측에는 와이어 안내튜우브(14)가 노즐(11)의 축방향으로 배치되어 있고, 그 하부팁에는 와이어를 사용하기 위하여 로드팁(15)이 위치하고 있다. 와이어(5)는 전류 접촉팁(15)과 와이어 절연안내팁(10)을 통과하므로써 베이스강철에 도달한다.

도 13의 TIG 토치(16)에서 TIG 토치 작동을 쉽게 하기 위하여 와이어(5)를 가능한 아크(13) 아래로만 공급하는 것이 바람직하다. 한편, 자동용접이 수행되는 동안, 와이어(5)가 어떤 이유로 베이스강철(12)에서 분리되고, 용전이 텅스텐(9)과 접촉하고, 아크(13)가 방해되어 텅스텐 전극(9)과 와이어(5)가 서로 매우 근접하는 경우, 용접작업이 불안정하게 된다. 이를 방지하기 위해 텅스텐 전극(9)과 와이어(8)의 표면 사이의 틈새를 어느 정도 넓히는 것이 바람직하다.

와이어(5)와 안내구멍(17) 사이에 틈새가 없고, 또한 와이어(5)가 직선인 경우에는 텅스텐 전극(9)과 와이어(5) 사이의 간격이 0.5㎜ 보다 짧거나 약 1㎜인 것이 바람직하다. 그러나, 절연안내팁(10)의 와이어 안내구멍(17)의 직경은 1.2㎜의 와이어에 대해 직경이 1.4㎜의 원형단면으로 하고 있으므로 와이어(5)와 안내구멍(17) 사이의 래틀과 와이어(5)의 구부러짐의 불균형등 때문에 실제로 평균적인 설정상태에서 서로 1.5㎜ 이상 떨어지지 않으면, 용적이 텅스텐 전극(9)과 접촉하는 경향이 있다. 와이어가 멀리 떨어지고, 텅스텐 전극(9)과 가장 근접할때 아크열의 큰 차이가 발생한다는 문제가 발생하여 와이어의 용해상태를 조절하기가 어렵다.

이러한 이유 때문에 와이어(5)의 텅스텐 전극(9) 사이의 거리를 일정하게 하기 위해 와이어(5)을 안내하는 절연팁(10)의 안내구멍(17)의 직경을 가능한 작게 함으로써 와이어(5)가 안내구멍(17) 사이의 래틀을 감소시키는 것이 바람직하다. 안내구멍의 직경이 와이어의 직경 1.2㎜에 상응하는 1.3㎜ 이상 또는 이하로 설정 할 때, 안내구멍(2)은 동판금의 칩과 같은 이물질에 의해 막히어 와이어를 공급할 수 없게 되거나, 와이어(5)가 안내팁(10)의 입구에서 와이어가 깎이어서 칩(chip)이 되고, 이 칩은 토침몸체(7)의 측에 의해 고이게 되고, 접촉팁(15)과 텅스텐 전극(9)이 토치몸체(7)내에서 아크를 보장하도록 서로 짧아져 토치(16)에 상처를 주게 된다. 따라서, 안내구멍(17)의 직경을 1.4㎜ 또는 그 이상으로 만들어야 한고, 이물질(19)이 고이지 않도록 주기적으로 토치몸체(7)를 청소해야 한다.

위에서 설명한 선행기술에서 와이어(5)와 안내구멍(2) 사이의 큰 틈으로 인해 와이어가 공급됨에 따라 와이어(5)의 팁위치가 넓게 진동한다는 단점이 있다. 또한, 이물질이 팁(1)이 설치된 수평구멍(6)으로부터 이물질을 추출하는 방법에서 팁구조가 복잡하고, 이 팁은 고가일뿐만아니라 이물질의 침입으로 인한 팁의 플러그 없이 발생한다는 단점을 지니고 있다.

그러나, 이 방법에서 원형단면의 와이어를 원형단명의 안내구멍을 지닌 통전팁에 끼움으로써 연속 통전이 유지되기 어렵고, 와이어(5)와 안내구멍(2)의 내부면이 선과점 사이의 접점에서 서로 접촉하기 때문에 순간적인 통전 불량으로 인한 아크절단(arc off)을 발생하기 쉽다는 단점을 지니고 있다. 한점에서 큰 전류가 흐르기 때문에 통전이 플러그 상태에서 시작되는 경우, 와이어와 팁 사이에서 스파크가 일어나 와이어가 팁에서 용해되어 와이어를 공급할 수 없게 한다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 제1목적은 와이어와 팁구멍 사이를 비교적 작게 하여서 와이어팁 위치의 변동을 작게 하면서도 동판금에서의 용착물과 같은 이물질에 의한 팁막힘(plugging-up)이 발생하지 않고 통전도 양호하게 행해져서 간단한 구조로 저렴하게 제작할 수 있는 통전팁을 제공하려는 것이다.

본 발명의 제2목적은 와이어와 팁구멍 사이의 틈새를 매우 작게 하여서 와이어팁 위치의 변동을 작게 하면서도 동판금에서의 용착물과 같은 이물질에 의해 팁 막힘이 발생시키지 않고, 간단한 구조의 비통전성 세라믹으로 구성하는 팁을 제공하려는 것이다.

본 발명의 제3목적은 이들 기능을 지닌 팁을 저렴한 가격으로 제조하는 방법을 제공하려는 것이다.

위에서 설명한 제1 및 제2목적은 안내구멍의 단면형상을 비원형으로 형성하여 와이어를 삽입할 수 있게 함으로써 달성된다.

위에서 설명한 안내구멍의 단면형상은 다각형, 타원형이거나 이들에 근사한 형상이어도 좋다. 안내구멍의 면형상을 다각형으로 설정하는 경우에는 원에 외접하는 다각형, 예컨대 안내구멍의 삽통되는 와이어에 외부직경보다도 직경이 0.02∼0.20㎜ 정도 큰 원에 외접하는 다각형으로 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 삼각형 또는 능형으로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 안내구멍의 단면형상을 타원형으로 만들 경우에는 타원형 안내구멍의 작은 직경을 상기한 안내구멍에 삽입되는 와이어의 외부직경보다 0.02∼0.20㎜ 정도 큰 타원형상으로 하는 것이 바람직하다.

여하튼, 이물질을 추출하기 위해 단면이 원형인 와이어가 안내구멍에 삽입되고, 상기한 와이어의 외주면이 상기한 안내구멍을 구성하는 두 개의 면과정확히 접촉할 때, 상기한 와이어와 정확히 접촉하는 두 개의 면과 상기한 와이어의 외주면 사이의 상기한 와이어의 외부직경의 하나인 제3직경을 지닌 원에 내접하도록 충분한 공간을 지니는 형상으로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 용접팁은 전체를 동 또는 동합금으로 일체로 형성할수도 있고, 전체의 용접팁을 내열성 세라믹으로 일체로 형성할수도 있다. 또한, 용접팁은 팁의 주몸체가 상기한 팁의 주몸체의 팁에 포함된 모서리부재를 포함하고, 이 모서리 부재에 안내구멍이 구성되어 있다. 또한, 용접팁은 팁의 주몸체와 상기한 용접팁의 주몸체의 팁에 설치된 길이가 25㎜ 이상의 내열성 세라믹으로 된 모서리부재를 포함하고, 상기한 안내구멍이 팁의 주몸체와 모서리부재 모두에 개설되어 있다.

또한, 와이어를 상기한 팁의 안내구멍의 내부면과 접촉하게 슬라이딩시키는 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 예컨대, 안내구멍의 중심선을 와이어의 이송방향에 대하여 구부리거나, 부분적으로 안내구멍의 외측에 돌출한 탄성부재를 제공함으로써 탄성부재가 안내구멍에 끼워진 와이어의 외부면과 정확히 접촉하도록 위에서 설명한 팁을 구성할 수 있다.

또한, 상기한 제3목적은 동제팁에 관해서는 동 또는 동합금의 원통형 재료를 택함으로써 달성된다. 비원형 단면의 코어 와이어를 삽입하여 원통형 재료에 외력을 가함으로써 그 내면에 상기한 코어 와이어의 외부면에 단단히 밀착한 다음, 코어 와이어를 잡아빼는 것에 의해 비원형 단면의 안내구멍을 지닌 용접팁을 형성 한다고 하는 방법을 취하므로써 달성된다.

안내구멍이 비원형, 예컨대 삼각형, 장방형 또는 타원형일 때 안내구멍내에 최대직경을 한 와이어를 삽입하더라고 삽입된 와이어의 외주면과 안내구멍의 내부면 사이에 큰 공간이 형성된다. 따라서, 이물질에 의한 막힘은 중가함과 동시에 와이어의 래틀이 감소할 수 있다.

예컨대, 도 14에 도시되어 있는 바와 같이 직경이 D인 내접원(20)을 지닌 정삼각형(21)의 안내구멍을 생각하면, 내접원(20)과 정삼각형(21)의 한 모서리부에 내접하는 원(22)의 직경 d는 D/3과 같다. 따라서, D를 1.2㎜라고 하면 d는 0.4㎜이다. 이는 안내구멍의 직경이 1.2㎜의 와이어를 여지없이 안내할 수 있는 삼각형일지라도 직경이 0.4㎜의 구형의 이물질이 통과한다는 것을 의미한다. 위에서 설명한 바와 같이, 직경이 1.2㎜의 와이어를 원형단면의 안내구멍에 삽입하는 경우에 보통 안내구멍이 직경이 1.4㎜로 형성되고, 이를 통과할 수 있는 구형인 이물질의 직경이 0.2㎜이다. 이와같이, 안내구멍을 정삼각형으로 할 때, 와이어의 래틀이 감소함과 동시에 칩의 용착물보다 큰 이물질이 안내구멍을 통해 배출되어 와이어 막힘과 불규칙한 공급이 발생하지 않는다.

정삼각형 안내구멍을 한 전류접촉팁에서는 와이어가 안내구멍의 모서리에 대하여 밀어붙이도록 하면, 와이어는 두 개 이상의 점과 접촉하게 되어 통전의 통전접촉이 하나의 점에서 수행되는 원형 안내구멍에 비해 더 안정하게 수행될 수 있다. 또 안내구멍에 이물질이 축적되지 않게되므로 이물질이 와이어와 팁접촉면 사이의 틈새에 들어가서 접촉불량이 발생하지 않는다.

팁에서 와이어가 V 채널에 끼워지고 탄성부재로 압축되는 경우에 삼각형 안내구멍이 형성됨과 동시에 와이어가 서로 접촉할 삼각형의 양측에 가압된다.

따라서, 통전접촉이 한점에서 수행되는 원형 안내구멍의 경우에 비하여 더 안정하게 수행된다. 와이어가 고온까지 가열되어 직선으로 보정되고 와이어의 진동이 방지된다.

도 1은 이 실시예에 이용되는 GMA 용접용 전류접촉팀을 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 A-A선의 단면도이다. 도 3은 도 1의 B-B선의 단면도이다.

본 실시예의 용접팁은 크롬동으로 40㎜의 팁(30) 주몸체의 축심상에 직경이 1.2㎜의 와이어를 삽입하기 위한 안내구멍(31)이 개설되어 있다. 이 안내구멍(31)의 유입구(32)는 와이어가 쉽게 삽입될 수 있도록 바깥쪽으로 펴져 개설된 데 이퍼면을 지니도록 배열되어 있다. 이 유입구(32)로부터 와이어가 삽입되어 타단의 유출구(33)에서 밖으로 나온다. 용접작업중에는 와이어를 팁(30)과 접촉되어서 통전이 수행된다. 이 안내구멍(31)은 유입구(32)와 중간점 사이의 직경이 3.6㎜의 원형구멍이고, 유출구(33)측의 L=10㎜인 경우, 단면은 직경이 1.25㎜원에 외접하는 정삼각형을 형성한다. 그러나, 정삼각형의 각각의 모서리 위치는 0.2R 보다 작은 곡률의 형상으로 되어 있다.

본 실시예의 용접팁은 안내구멍(31)의 유출구 직경이 1.25㎜인 원에 외접하는 직각삼각형이 형성되어 있으므로 직경이 1.2㎜의 와이어를 끼울 때, 와이어의 외주면과 안내구멍(31)의 내부면 사이의 틈새가 약 0.1㎜ 정도가 된다. 따라서, 선행기술의 원형단면의 안내구멍을 가진 용접팁에 비해서 와이어 공급시의 래틀(rattle)을 작게 할 수 있다.

다음, 도 14에 도시한 바와 같이 정삼각형 안내구멍의 각각의 모서리부에는 최소직경이 0.4㎜인 구형의 이물질이 끼워질 수 있는 틈새가 형성되고, 또 삼각형에 내접하는 원과 와이어의 직경 사이의 차이의 부분에서는 직경이 0.45㎜의 이물질이 끼워질 수 있는 틈새가 형성된다. 따라서, 동판금, 칩 및 재용해로부터의 용착과 같은 이물질이 삼각형의 안내홈의 3개의 모퉁이를 통과해서 방출된다. 또한, 삼각형의 안내구멍부가 긴 경우 마찰저항이 더 커진다. 따라서, 안내구멍부가 짧은 것이 바람직하다. 그러나, 짧으면 와이어팁에서의 정확도가 떨어진다. 이러한 결함이 문제가 될 수 있을지라도 팁의 유출구측의 길이가 7㎜ 이상이면, 연장길이가 20㎜의 와이어의 팁에서의 변동이 0.8㎜내에서 제어되기 때문에 실제 사용할 때 문제가 발생하지 않는다. 그러나, 삼각형의 안내구멍에서 각각의 면은 클램핑(clamping)시킴으로써 세로방향으로 와이어가 이동하는 것을 정지시키고, 그 와이어의 이동방향으로 틈새를 형성하기 위해 클램핑 및 정지면으로 기능을 한다. 다음, 이 응용의 목적은 클램핑과 정지면을 구성하는 안내구멍을 지닌 팁으로 달성할 수 있다.

도 1에 도시된 팁(30)은 직경이 3.6㎜인 원형구멍을 가진 거의 소정의 팁에 가까운 형상의 크롬동을 구성하는 팁재료의 일단을 고정시키고, 원형구멍내에 단면이 정삼각형의 경도선을 끼운채 타단부의 외주에 다이스(dies)를 밀어붙여서 스웨이징(swaging) 가공하고, 단면이 정삼각형의 경도선에 재료내부면을 밀착시킨후에 경도선을 잡아빼므로써 제작할 수 있다.

도 15∼도17은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 도 15는 팁의 최종형상으로 처리된 팁재료(151)의 단면도이다. L2로 도시한 범위의 팁(152)은 외부직경이 5.0㎜이고, 내부직경이 2.2㎜인 원통형으로 배설되어 있다. 도 16에 도시한 바와 같이, 이 팁재료의 L2부는 선반 등에 사용되는 3개의 네일척(nail chuck)(161, 162, 163)을 사용함으로써 3개의 방향으로부터 압착함으로써 압착된다. 네일팁(nail tip)(164)의 반경을 3∼5㎜로 만드는 경우에, 구성의 내부면에 코어 와이어를 삽입하지 않고도 직경이 1.24±0.01의 원에 외접하는 정삼각형에 가까운 형상의 구멍(165)이 된다. 그리고, 이것은 직경이 1.2㎜의 와이어용 전류접촉팁으로 이용될 수 있다. 도17에 도시한 바와 같이 네일팁(177)이 균일한 경우, 팁의 구멍모양(178)이 각측의 중간에서 약간 확장된 삼각형이 된다. 도 16에 도시한 바와 같이 원형반경을 3∼5㎜로 한 경우, 팁의 외주는 다소 볼록하게 만들어지지만 내부에 있어서의 삼각형은 평평한 삼각형 형상을 이룬다.

본 공정에 따른 구멍크기의 정밀도는 상술한 코어 와이어를 이용하는 것보다 다소 떨어지지만 코어 와이어는 코어 와이어를 뽑아서 삽입공정을 필요로하지 않게 되어 용접팁을 더 경제적으로 제조할 수 있다.

또한, 본 공정에 의해 처리되는 경우에 도 6에 도시된 축방향 코어방향으로 구부러진 안내구멍을 지닌 팁은 본 공정을 통해 처리하는 경우 3대의 네일이 팁형상에 대해 서로 네일팁의 축방향으로 오목네일과 볼록네일을 결합함으로써 쉽게 준비될 수있다.

본 발명의 실시예에서 용접팁은 동시에 3개의 네일척에 의해 전체를 프레싱파쇄(crushing)함으로써 마련된다. 그러나, 3개의 네일척 대신 3개의 로울러를 사용함으로써 팁은 프레싱과 파쇄와 팁의 길이방향으로 롤링함으로써 준비된다.

도 4는 본 발명의 제2의 바람직한 실시예로 전류접촉팁을 도시한 단면도이다. Cu-W의 소결합금으로 되는 내부직경이 1.25㎜, 길이가 7㎜, 외부직경이 4㎜인 원에 외접하는 정삼각형 안내구멍(31)을 지닌 모서리부재(35)는 전류접촉팁(34)의 주몸체의 팁에 포함되어 있다. 즉, 직경이 4㎜인 구멍은 전류접촉팁의 유출구측에 설치되어 있고, 모서리부재(35)는 전류접촉팁(34)의 본체의 외부 원주를 클램핑함으로써 고정된다. 따라서, 전류접촉팁의 유효수명은 팁의 내마모성 및 경화재를 구현함으로써 연장할 수 있다. 그리고, W와, Ag-W는 모서리부재(35)에 이용될 수 있다.

이 내접한 원의 크기에 대하여는 국부적인 조그만 변형이 어떤 이유로 와이어에 나타난다는 것을 알 수 있다. 실질적으로 문제가 없는 정도까지의 국부적인 변형으로 인해 와이어 막힘을 발생하는 가능성을 이르키기 위하여 와이어 직경에 0.02㎜ 가산한 값 보다 큰 안내구멍의 내접원의 직경을 증가할 필요가 있다. 또한, 실제 사용할 때 와이어 변동의 팁 위치와 같은 문제를 방지하도록, 이 내접원을 와이어 직경에 0.20㎜를 가산한 직경보다 작게 만들어야 한다.

도 6은 본 발명의 제3의 바람직한 실시예를 도시한다. 정삼각형 안내구멍이 개설된 전류접촉팁(36)을 준비한 다음, 삼각형 안내구멍의 실선중 하나가 중심축에서 분리되도록 경사진 안내구멍(37)이 중심부의 팁(36)을 세로방향으로 구부려 형성된다. 따라서, 직선 와이어가 팁(36)을 통과할 때 와이어가 삼각형 구멍의 한쪽 모서리에 대해 밀어 붙여진다. 와이어가 팁의모서리에서 안내구멍의 내부면의 두점과 접촉하기때문에 전류접촉 통전이 더 안정하게 수행된다.

도 7은 본 발명의 제4실시예를 도시한다. 본 실시예의 용접팁(40)은 도4의 경우와 같은 방식으로 Cu-W의 소결합금을 구성하는 삼각형 구멍을 지닌 모서리 부재(35)를 팁유출구에 삽입함으로써 형성된다. 삼각형 구멍의 한쪽 모서리에 와이어를 밀어 붙이도록 나사(41)에 의해 한쪽 단에 고정된 판스프링(38)을 통해서 내마모성 슬라이더(39)로 와이어(5)를 누른다. 와이어는 도 8에 도시된 바와 같이 2점에서 팁모서리부재와 접촉하고 있어 접점에 이물질의 양이 감소함과 동시에 접촉통전이 보다 안정하게 수행되고 아크절단의 발생도 크게 감소한다. 본 실시예에서는 내마모성으로 크롬동보다 뛰어난 Cu-W를 사용하는 것이 팁의 수명은 연장될 수 있다. 또한, 직선 와이어(5)는 스프링(38)으로 눌러서 강제적으로 접촉통전시키므로써 사용할 수 있고, 와이어 모서리의 변동을 크게 감소시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 제5의 바람직한 실시예를 도시한다. 본 실시예의 용접팁은 내열성 세라믹에서 제작된 모서리부재를 도 7의 통전팁(40)의 모서리에 설치하는 것을 특징으로 한다. 도 9에서 참조번호(42)는 모서리부재이고, 참조번호(43)는 모서리부재(42)에 개설된 안내구멍을 표시하고, 기타 번호는 도 7에 도시된 부분과 같다.

팁(40)의 주몸체에 설치된 모서리부재(42)에는 축방향 코어부에서 직경이 1.25㎜인 원에 외접하는 단면이 정삼각형인 길이가 40㎜의 안내구멍(43)이 개설되어 있어, 직경이 1.2㎜인 연강 와이어가 안내할 수 있도록 되어 있다.

GMA 용접시에는 모서리부재(42)의 와이어 유출구로부터 와이어를 10㎜까지 돌출한 곳에서 아크를 형성하여 용접한다. 용접하는 동안, 와이어(5)는 모서리부재(42)의 안내구멍(43)을 통과하는 와이어는 흐르는 아크전류로 인해 주울열에 의해 가열된다. 연화 와이어(softened wire)(5)가 직선안내구멍(43)을 통과하는 동안 와이어의 구부러지는 경향은 제거되고, 와이어가 직선상태로 모서리부재(42)의 와이어 유출구로부터 밖으로 공급된다. 동시에, 만일 안내구멍(42)의 길이가 충분하면 와이어가 연화되지 않기 전에 모서리부재(42)를 통과하기 때문에 도 5의 구부러지는 경향을 안전히 제거할 수 있다. 와이어(5)의 구부러지는 경향을 충분히 보정할 수 있는 안내구멍(42)의 길이는 아크전류의 값에 의존하지만, 연강 와이어를 사용함으로써 아크전류가 250A인 경우에 길이가 15㎜이상이면 충분하다. 본 발명의 용접팁을 사용하는 경우에 와이어(5)의 구부러지는 습성으로 인한 비이드의 지그재그가 제거될 수 있다.

예로, 열선 TIG 용접용 안내팁에 관하여 내열성 세라믹을 구성하는 용접팁용 제조공정의 상세한 설명을 다음에서 할 것이다. 먼저, 안내구멍에 대응하는 코어 와이어가 마련되고, 알루미나(Al₂O₃) 분말로 싸서 고무성의 요홈틀에 넣고 약 20MPa의 정수압 압력하에서 프레스한 후, 코어 와이어를 잡아빼서 그린보디(greenbody)를 제작하고 이를 약 1,000℃로 가소한 후에, 외주를 팁형상으로 기계적으로 처리한다. 팁형 제품이 팁을 제공하기 위해 산출된다. 열선 TIG 용접에 본 실시예의 팁을 이용하는 경우에 고온의 와이어가 매우 정밀하게 소정의 용접부에 위치할 수 있다. 동시에, 본 실시예에서 세라믹으로써 알루미나(Al₂O₃)를 이용 하였으나, 질화규소(Si₃N₄)와 멀라이트(mullite)와 같은 다른 재료가 사용될 수 있다. 본 예의 제조공정은 위에서 설명한 제5의 바람직한 실시예의 모서리부재(42)의 제조에 이용된다.

안내구멍의 모양은 위에서 설명한 각각의 바람직한 실시예의 정삼각형으로 제한되지 않는다. 여러 다른 형상의 안내구멍이 이용될 수 있다. 도5는 안내구멍용 단면이 다른 형상을 도시하였다. 안내구멍의 예는 (가) 정사각형, (나) 마름모형, (다) 육각형, (라) 십자형, (마) 타원형이 있다. 와이어 직경보다 0.02∼0.20㎜만큼 큰 원에 외접하는 면을 이들은 갖는다. 이물질을 반송 시키기 위한 2개 이상의 틈새(31a)가 와이어를 따라서 형성된다. 이 경우에,본 예의 안내구멍의 형상은 와이어 공금이 안정하고, 와이어 변동이 감소되며, 선행기술과 비교해 이물질의 반출능력이 향상된다.

도 18은 본 발명의 바람직한 실시예가 적용되는 열선 TIG 용접기계의 와이어 토치를 도시한다. 이는 열선용 와이어 토치(816)의 구조를 도시한다. 도 18a∼도 18f는 도 18의 A-A선∼F-F선을 택한 단면도이다.

와이어(86)가 예시하지 않은 와이어 공급장치로부터 도관(88)을 통과한 후 토치몸체(817)에 공급된다. 다음, 와이어(86)가 토치몸체(817)의 안내구멍(18)을 통과한 후 V 채널부재(819)의 V 채널(820)을 따라 와이어 토치(816)의 팁에 도달한다. 다음, 이것은 와이어 토치(816)를 통과하고 베이스 강철의 융융된 풀(molten pool)에 도달한다. V 채널부재(819)는 실리콘 니트리드와 같은 내열 및 내마모성을 지닌 절연세라믹으로 구성되어 있으며, 나사(21h) 및 (21i)를 설치 함으로써 토치몸체에 고정된다.

V 채널(820)은 깊이가 D와 1.4D 사이인 정삼각형이다.

여기서, D는 와이어의 직경이다. 따라서, 깊이가 1.7㎜인 정삼각형으로 가정했을 때, 직경이 1.2㎜ 또는 1.6㎜인 와이어를 사용할 수 있다. 토치몸체(817)는 예시되지 않은 와이어 가열전원의 출력단자에 연결되어 유연한 통전동위치(812)와 통전팁(823)을 통해 와이어(86)에 통전된다. 통전팁(823)은 와이어에 대해 전류접촉을 실행하기 위해 나사(824e, 824f)에 의해 V 채널부재(819)측에 대하여 압착됨과 동시에 유효기간이 통전팁(823)이 다소 나빠질지라도 이를 이용할 수 있도록 되어 있다.

와이어(86)의 팁은 예시하지 않은 베이스 강철로 토치되어 있고, 팁(823)과 베이스 강철 사이에서 전기적으로 가열된다. 또한, 와이어(86)는 고온으로 가열되고 연화된다. 탄성부재(825)는 규소질화물과 같은 내열 및 내마모성을 지닌 절연세라믹부재로 구성되어 있다. 다음, 구부러지는 습성이 있는 와이어(86)가 V 채널(820)을 포함하는 3개의 축에 의해 연화상태에서 직선으로 되어있고, 직선 와이어(86)는 와이어 토치(816)의 팁으로부터 바깥에 공급된다.

또한, 본 발명은 열선용접의 와이어 토치로 한정하는 일이 없이, MAG 용접과 같은 차폐노즐이 설치된 소비전극에도 적용할 수 있다. 선행기술의 MAG 용접의 경우에 비이드 지그재그가 와이어의 구부러지는 습성으로 인해 아크위치에 변동에 의해 발생하는 것이 제거되고, 로버트 용접에 의해 용접작업의 재현성이 현저히 증가하고, 비이드 지그재그에 의거한 용접불량의 발생이 현저히 감소한다. 도 18에 도시된 실시예에서는 삼각형 단면은 평면을 지닌 V 채널의 조합에 의해 형성된다. 그러나, 도 19는 다른 바람직한 실시예와 같은 세라믹 안내부를 도시한 단면과, 이의 유사가능은 탄성부재(927)의 볼록부가 V 채널부재(926)의 V 채널에 삽입형상을 한 단면과 같다. 이 경우에, V 채널은 와이어 직경이 D라고 하면 깊이가 1.7D 또는 3D의 정삼각형이다.

도 20은 또 다른 바람직한 실시예로 세라믹 안내부를 도시한 단면도로서, V 채널부재(928)와 탄성부재(929)가 정삼각형의 V 채널인 경우이다. 이것은 V 채널에 가까운 다른 형과 유사할지라도, 예컨대 V 채널과 같은 단면형상이라도 유사한 기능을 발휘하는 한 본 발명에 속한다.

V 채널은 이용함으로써 본 발명에 따른 팁부분의 구조가 커지고 복잡해지지만 V 채널과 평면에 대해 대표되는 오목채널을 구성하는 삼각형의 3개의 변은 와이어의 외주와 접촉하도록 가압된다. 따라서, 와이어가 더 보정되고 와이어 삽입 위치가 더 안정하게 되어 와이어 직경보다 더 큰 직경을 지닌 내접원을 갖도록 준비된 삼각형 구멍 세라믹팁을 사용하는 경우에 비해 용접작업을 안정하게 할 수 있다.

또한, 삼각형 구멍팁의 경우에 하나의 팁이 공칭인접 와이어 직경에만 적용 할 수 없었으나, 본 발명의 용접팁 어셈블리에 따라 그 어셈블리에 적용할 수 있는 공칭인접 와이어 직경의 선택범위가 확대된다.

본 발명에 따라서 오목한 채널을 지닌 세라믹부재는 그린보디를 절삭가공함으로써 마련할 수 있거나, 저렴한 간단한 금형으로써 성형할 수 있다. 또한, 탄성부재는 평판이 좋으므로 제작이 쉽다. 이들 부재에 필요한 제작의 허용 가능한 오차범위는 삼각형 구멍 세라믹팁의 경우에 비하여 상당히 크게 되어 제작시의 수득률이 매우 향상된다.

동판금으로부터의 이물질은 탄성부재와 오목부재 사이에 형성된 틈새로부터 배출되어 와이어의 막힘이 전혀 발생하지 않는다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 용접팁의 안내구멍을 비원형으로 만듬으로써, 이 안내구멍내에 원활히 통과할 수 있는 최대직경의 와이어를 삽입하므로써, 삽입된 와이어의 원주면과 안내구멍의 내부면과의 사이에 커다란 틈새가 형성되고, 와이어의 래틀이 감소할 수 있는 동시에, 안내구멍에 이물질의 축적이 감소될 수 있다. 또한, 안내구멍의 내부면에 와이어를 적어도 두 개 이상의 점과 접촉시킬 수 있으므로, 통전전류접촉이 1점에서 되는 선행기술의 원형안내구멍을 지닌 용접팁의 경우에 비해 더 안정하게 행할 수 있다.

Claims (10)

1. 횡단면이 원형인 와이어의 안내구멍이 형성된 용접 와이어에 안내팁(40)에 있어서, 상기 안내구멍(31)은 단면형상이 정확하게 3개면으로 형성되었으며, 그 횡단면은 안내구멍의 중심축선에 대하여 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁
2. 청구항 1에 있어서, 안내구멍(31)의 횡단면 형상이 상기 안내구멍(31)에 삽입되는 와이어의 외부직경보다 직경이 0.02∼0.20㎜ 큰 원에 외접되는 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 안내팁(40)에 길이가 15㎜ 이상인 열저항성 세라믹으로된 모서리부재(42)를 연속ㆍ연결하고 안내구멍(43)은 안내팁(40) 및 상기 모서리부재(42)의 양쪽에서 개구되는 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 안내구멍(43)은 동 또는 동합금에 의하여 일체로 구성된 안내팁(40)의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 안내구멍(43)은 열저항성 세라믹에 의하여 일체로 구성된 안내팁(40)의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁.
6. 청구항 3에 있어서, 안내구멍(43)의 횡단면 형상은 안내구멍(43)에 삽입되도록 와이어의 외부직경보다 직경이 0.02∼0.05㎜ 큰 원에 외접시키는 다각형인 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁.
7. 청구항 4에 있어서, 안내구멍(43)을 구부러지게 형성하여 와이어(5)의 이동 방향에서 안내구멍(37)의 중심선이 구부러져서 상기 와이어(5)가 상기 안내구멍(37)의 내면과 단단히 슬라이딩 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁.
8. V 채널에 형성한 내열성 및 내마모성 세라믹 안내부재와; 와이어가 상기 V 채널에 따라 공급되도록 이 와이어를 V 채널에 접촉시키는 세라믹 부재를 구비하며, 상기 두개의 부재는 삼각형 와이어 안내구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁 어셈블리.
9. V 채널을 지닌 내열성 및 내마모성 세라믹 안내부재와; 와이어가 상기 V 채널에 따라서 공급되도록 이 와이어를 V 채널에서 가압하는 세라믹부재를 구비하며, 상기 2개의 부재는 상기 V 채널과 삼각형 와이어 안내구멍을 형성하고, 상기 안내구멍의 길이가 15㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁 어셈블리.
10. 청구항 9에 있어서, 세라믹 부재의 와이어 입구측에 설치된 와이어 안내팁을 더 구비하고, 이 와이어 안내팁으로 V 채널에 와이어를 접촉되게 하여서 접촉ㆍ통전을 하는 것을 특징으로 하는 용접 와이어 안내팁 어셈블리.