KR0181928B1 - 도전성 발열용가재를 이용한 도전성 금속벨로우즈의 전기 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기발열용가재(電氣發熱龍駕材)를 이용한 전기용접방법에 관한 것이다.

종래 용접의 경우 용접부위를 이동하면서 용접하는 방법이므로 용접시간이 과다 소요될뿐아니라 용접변형, 열부식, 가스, 화염, 악취, 불똥 등이 파생되어 작업환경이 열악하고 환경위해요인이 있다.

또한 산화방지용 용접플럭스를 사용해야 되며 용접상태와 내력이 불균일하여 사용수명이 짧고, 별도의 마무리가공이 필요한 등의 문제점이 있다.

본 발명은 전기발열체(2)에 의해 융해되는 전기발열용가재를 모재(6)(12) 사이의 용접부에 위치시킨 다음 용접전원(14)이 인가되는 전극(13)(15)으로 가압하면 용가재(4)(10)가 융해되면서 용접모재(6)(12)가 용착되게 하므로서 용접개소가 다수이거나 용접평면적이 넓더라도 동시에 신속히 용접할 수 있게 하여 상기의 종래 문제점들이 일소되게 한 것이다.

Description

도전성 발열용가재를 이용한 도전성 금속 벨로우즈의 전기 용접방법

제1도는 본 발명의 일 실시예의 분해사시도.

제2도는 본 발명의 도전성 금속 벨로우즈의 일부분 용접상태 단면도.

제3도는 본 발명 제2도에 의해 용접된 모재를 펼친 상태의 참고도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : (전기)발열체 4, 10 : 도전성 발열용가재

6, 12 : 도전성 금속 벨로우즈(금속 모재) 8 : 용접부

13, 15 : 가압전극 14 : 용접저원

본 발명은 도전성 발열용가재(發熱龍駕材)를 이용한 도전성 금속 벨로우즈(bellows)의 전기 용접 방법에 관한 것으로, 상세하게는 용접 형태가 연속 및 반복되면서 용접개소가 다수 인 도전성 금속 벨로우즈를 간편하면서도 동시 다발적으로 용접할 수 있게 한 것이다.

용접(Welding)은 2개 또는 여러 개의 모재 금속을 국부적으로 용융 접착시키는 방법으로 현재에는 수십 종류에 이르는 다양한 용접방법들이 공지 고용되어 있고, 용접기ㆍ용접대ㆍ용접전선ㆍ전극홀더ㆍ접지용 단자ㆍ보호용구ㆍ가리개ㆍ용접 플럭스ㆍ차폐판ㆍ용접봉 등과 같은 각종 용접장치를 사용하여 모재를 용접함이 일반적이므로 용접 형태가 연속 및 반복되거나 용접개소가 다수인 경우 공지 공용된 용접 방법들은 비능률적이고 또한 효율성이 낮은 등의 문제점이 있었다

일 예를 들면 우주ㆍ항공ㆍ군사ㆍ제약ㆍ장치산업 및 화학플랜트 등의 산업분야에서 기계적 실링(machanical sealing)ㆍ신축이음(expanion joint)ㆍ가요성 연결(flexidle connector)ㆍ센서 및 밸브의 다이아프램(diaphram)·아네로이드(aneroid)·어큐뮬레이터(accumulator)·머니퓰레이트(manipulator)등의 용도로 널리 사용되는 금속 벨로우즈(matla bellows)의 제조방법에는 포밍방법(formed bellows), 화학적 용착방법(chemically depositde bellows), 전기적 용착방법(welded bellows) 등이 있으나, 롤로에 의해 성형된 두 캡슐을 종방향으로 용접하거나 일정한 금형에서 유압에 의해 이음매가 없도록 성형하는 포밍 방법과, 둘둘 말리게 가공된 금속 모재를 여러 겹 겹쳐서 지그재그로 평행하게 한 다음 전체 둘레를 용접(welding all around)하는 방법으로 제작함이 일반적이다.

상기에서 포밍에 의한 벨로우즈 제작방법은 비교적 저렴한 가격으로 생산할 수 있는 반면 선택할수 있는 재질의 폭이 넓지 못하여 내식성이나 까다로운 물성이 요구되는 경우에는 적용이 어려우며, 포밍에 의해 성형되는 부분의 곡률 반경에 의해 완전히 밀착시킬 수 있는 길이에 한계가 있을 뿐 만 아니라 여타의 제조방법에 비하여 신축성이 떨어진다.

또한, 사용자의 요구에 맞는 크기(stroke)의 벨로우즈를 생산하기 위해서는 매번 새로운 금형을 제작하여야 하므로 소량 다품종 생산에는 부적합하고, 부피가 작거나 큰 제품의 제작에는 큰 어려움이 뒤따라 특수 목적으로 한정되며 그 사용이 점차적으로 감소하는 추세에 있다.

반면, 용접에 의한 벨로우즈 제작방법은 상기 포밍 제작방법에 비하여 제작비가 고가이기는 하나 내식성을 갖는 스텐레스강이나 인코넬(Inconel)ㆍ모넬강(Monel metal)ㆍ하스텔로이(hastelloy)ㆍ티타늄(Titanium) 등과 같은 특수재질을 사용하는데 자유로와 내식성이나 까다로운 물성이 요구되는 경우에도 적용이 자유롭고 밀봉성ㆍ신축성이 뛰어나며, 도한 사용수명이 길어서 그 사용이 보편화된 방법이기는 하나 금속 모재의 가장자리 부분을 서로 접촉시킨 다음 전 둘레 용접을 반복해야 하므로 용접시간이 오래 걸리고 용접 불량요인이 높은 등의 여러 문제점이 있었다.

즉, 용융 금속의 산화방지를 위하여 용접 플럭스를 사용해야 되고, 모재의 가장 자리부분(변부)을 따라 가면서 용접하므로 용접시간이 많이 소요될 뿐 아니라 가열된 모재나 용착 금속이 굳기 전에 냉각되면서 뒤틀리는 이른바 용접변형이 쉽게 발생되며, 열 영향부에 입계(粒界) 부식정도도 심한 편이다.

또한, 용접 중 가스ㆍ화염ㆍ악취ㆍ불똥 등의 용접 파생물이 발생되며, 용접 깊이나 두께 등이 불 균일하여 용접력 또한 불 균일하므로 부분적인 약화요인 및 수명 단축요인이 있으며, 용착부가 깨긋하도록 별도의 마무리 가공이 필요한 등의 문제점이 있다.

한편, 동(銅)을 용접해서 높은 접합강도를 얻도록 하는 동(銅)을 이용한 상호 저항 용접방법이 일본 공개번호 평7-47476호로 공개된 바 있으나, 저항 용접기 사이에 한 쌍의 동판을 장착하고, 상기 동판의 접합부위 사이에 발열재로서 은-아연-주석-합금의 박판을 끼워서 저항방식으로 용접을 하도록 하는 방법이 있으나 이는 평면적인 용접에 적합한 방법으로 본 발명과 같은 도전성 금속 벨로우즈의 용접에는 부적합한 문제점이 있다.

또한, 동(銅)대신 알루미늄을 저항방법으로 용접하도록 한 알루미늄의 저항용접방법이 일본 공개 평-5-69155호로 공개된 바 있으나, 이 또한 평면적인 용접에 적합한 방법으로 본 발명과 같은 도전성 금속 벨로우즈의 용접에는 부적합한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 용접방법의 문제점을 해소하기 위하여 저항발열을 이용하여 용접을 하도록 하되 도전성 금속 벨로우즈 용접에 적합한 발열체와 발열체의 발열에 의해 용해되면서 용접 모재를 용착시키는 도전성 발열용가재를 이용하여 작업이 간편하면서 신속한 방법으로 도전성 금속 벨로우즈(bellows)를 용접할수 있도록 함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 상부면에 발열체가 증착되고, 모재보다 융점이 낮은 도전성 발열 용가재(導電性 發熱 鎔歌才)를 도전성 금속 벨로우즈의 상부에 얹고 발열체의 상부에 발열체가 없거나 발열체가 없거나 발열체가 증착 형성되면서 도전성 금속 벨로우즈보다 융점이 낮은 또 다른 도전성 발열용가재를 얹고, 그상부에 도전성을 갖는 또다른 용접 벨로우즈를 얹은다음 가압하면서 적정 크기의 전기력을 인가하면 도전성 발열용가재가 융해되면서 모재가 융착되게한다.

상기에서 도전성 금속 벨로우즈와 같이 동일 형상 모양의 모재와 같이 용접부가 여러층으로 겹쳐지는 경우 모재의 각 용접부마다 상기와 같은 조건의 도전성 발열용가재와 발열체를 설치 한 다음 적정 압력으로 도전성 금속 벨로우즈를 가압하면서 소정 전위의 전기력을 인가 작용시키면 도전성 금속 벨로우즈가 한꺼번에 용접되며, 용접 대상물의 형상 모양과 용접부의 형상 모양이 반복됨이 없이 상이하더라도 전기적인 용접회로만 형성되면 용접이 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 분해 사시도이고, 제2도는 본 발명의 사용 상태 단면도로, 소정 두께의 전기발열체(2)가 상부표면에 고착된 도전성 발열 용가재(4)를 소정의 형상 모양으로 가공된 금속 벨로우즈(6)의 용접부(8)에 얹고, 상기 발열체(2)의 상부 표면에 또 다른 도전성 발열용가재(10)를 얹고, 그 상부에 도전성 금속 벨로우즈(12)를 얹은 다음 가압전극(13)(15)으로 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)와 도전성 발열용가재(4)(10) 및 발열체(2)가 평면적으로 압접되어 접촉저항이 감소되게 가압한 상태에서 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)에 소정의 용접전원(14)을 적정시간 인가하면 발열체(2)로 기전력이 전도되어 발영되고, 도전성 발열용가재(4)(10)와 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)의 일부분이 용해되면서 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)가 융착되게 한다.

상기에서 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)를 융착시키는 도전성 발열용가재(4)(10)는 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)보다 낮은 융점으로 하여 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)가 손상되지 않도록 하고, 점착력이 증대하고, 압력이나 메질을 가해도 쉽게 깨어지거나 부스러지지 않으며, 또한 고온에서도 쉽게 산화(酸化)하지 않는 단접성(weldability)을 가지면서 전기 전도도와 열 전도도가 우수하며, 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)에 잘 점착되는 성질의 금속 이를테면, 일미라이트계(E4301), 라임 티탄계(E4324), 저수소계(E4316), 철분 저 수소계(E54313), 철분 산화철계(E4327)등을 도전성 발열용가재로 사용할 수 있다.

상기 도전성 발열용가재(filing metla)의 물상은 고체상태 또는 액체 상태로 각각 형성 할 수 있으며, 액체로 형성하는 경우 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)의 용접부에 도포하면 되고, 고체로 형성하는 경우 용접 대상 부분의 형상 모양과 같도록 제작하되, 도전성 발열용가재(4)(10)의 평면적이 크면 여러조각으로 분할되게 구성할 수 있으며, 경우에 따라서는 미리 제작된 평판형의 도전성 발열용가재를 적정크기의 형상, 모양으로 절취하여 사용할 수도 있다.

상기에서 도전성 발열용가재를 분활구조로 하는 경우 분할면은 암ㆍ수 맞춤에 의한 결합구조로 하여 용접을 위한 가압이나 용접시의 내·외압에 의해 도전성 발열용가재의 이탈이나 분리가 방지되게 함이 바람직하다.

또한, 도전성 발열용가재(4)의 표면에 형성하는 발열재(2)는 니켈ㆍ크롬ㆍ망간ㆍ철 등의 금속 혼합분말을 화학증기 증착(chemical vapor cleposition)ㆍ박막코팅(thin film coating)ㆍ전자총 증착(electron beamgun doposition)등의 방법으로 도전성 발열용가재(4)에 고착시키며, 발열체(2)의 상부표면은 평탄시켜 접착되는 도전성 발열용가재(10)와의 접촉 저항을 최소화시키도록 한다.

상기에서 발열체(2)는 일종의 전기저항 발열체로서 도전성 발열용가재(4)(10)가 충분히 융해될 수 있는 고열량이 지속 발생되게 하고, 그 융점은 도전 발열용가재(4)(10)의 융점보다 높도록 하여 용단되거나 발열체로서의 물성이 크게 변화되지 않게 함이 바람직하며, 용접두께에 큰 변화를 주지 않으면서 발열시 용단되지 않게 한다.

상기 발열체(2)는 일측 도전성 발열용가재(4) 또는 양측 도전성 발열용가제(4)(10)의 전체 평면에 걸쳐 형성함이 바람직하며, 소정간격을 갖는 줄무늬 형태나 구물망 형태 또는 점 형태로 형성할 수도 있다.

상기에서 발열체(2)를 줄무늬ㆍ그물망ㆍ점 형태로 형성하는 경우 열 손실량이 상대적으로 많은 도전성 발열용가재의 가장자리 부분에 집중되게 형성할수 있으며, 또한 일측 도전성 발영용가재(4)의 전체 평면에 발열체(2)를 고착시키고 타측 도전성 발열용가재(10)의 가장 자리부분에 상기 형태의 발열체(2)를 고착하여 균일한 용접을 달성할 수 있다.

또한, 도전성 발열용가재(4)(10)의 신장률이 발열체(2) 보다 크므로 발열체(2)의 평면적을 다소 적게 형성할 수 있으나, 용접 시 도전성 발열용가재(4)(10)가 늘어남에 따라 발열체(2)가 도전성 발열용가재(4)(10) 내로 전량 함침되어 몰딩 되므로 발열체(2)와 도전성 발열용가재(4)(10)의 평면적을 같은 면적으로 형성해도 무방하며, 또한 융해열과 가압력에 의해 도전성 발열용가재(4)(10)의 두께가 감소되므로 도전성 발열용가재(4)(10)의 두께는 소망하는 용접두께 보다 다소 두껍게 형성함이 바람직하다.

용접전원(14)은 도전성 발열용가재(4)(10)의 융점과 부피 등을 감안하여 소정 크기의 전류와 전압을 갖는 용접전원을 적정 시간동안 인가하여 용접토록한다.

상기 용접전원(14)은 지속적으로 인가할 경우 융해열의 상승을 유도할 수 있으며, 특정 융해 온도를 지속 유지코자 할 경우 온도 감지가와 온도 제어기를 이용하여 용접전원의 강약을 자동으로 조절하거나, 용접전원을 간헐적으로 인가하여 항온 유지하면 된다.

또한, 용접전원의 공급과 차단을 반복하여 용접부의 냉각과 가열을 반복함으로서 용접부의 구조 강화를 꾀할 수도 있으며, 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)와 발열체(2) 재질 특성 또는 용접특성에 따라 용접전원(14)은 직류ㆍ교류ㆍ맥류ㆍ펄스ㆍ고주파 등 다양한 형태의 전원을 취사 선택하여 소망의 용접특성을 얻을 수 있다.

이와 같이 구성하여서 된 본 발명을 용접하고자 하는 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)의 용접부(8)에 도전성 발열용가재(4)(10)와 발열체(2)를 위치시킨 다음 전극(13)(15)을 가압하여 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)와 도전성 발열용가재(4)(10)와 발열체(2)가 밀착되게 한 상태에서 전극(13)(15)으로 적정 형태의 용접전원(14)을 적정시간 또는 단속적으로 인가하면 도전체인 금속 벨로우즈(6)(12)와 도전성 발열용가재(4)(10)를 통하여 발열체(2)로 전기에너지가 전도되고, 발열체(2)는 발영되어 온도가 상승된다.

상기 발열체(2)의 발생열은 도전성 발열용가재(4)(10)와 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)로 열전도되어 도전성 발열용가재(4)(10)가 융해되면서 도전성 발열용가재(4)(10)간의 경계가 없어지고 도전성 발열용가재(4)(10)와 접한 도전성 금속 베로우즈(6)(12)의 조직 일부도 열화에 의해 부분 융해된다.

따라서, 융해된 도전성 발열용가재(4)(10)가 열화되거나 부분 용해된 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)의 조직 사이로 스며들어 용해되며, 충분하 용해가 이루어지면 용접전원(14)의 공급을 차단하여 냉각시키면 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)가 응고되면서 융착 된다.

상기 고용화 열처리 과정에서 도전성 발열용가재(4)(10)는 융해 온도 이상으로 가열하고, 또한 충분한 시간 동안 유지한 다음 급냉각시켜 합금성분의 석출을 저해 또는 억제하도록 함으로써 고용체의 조직을 얻도록 하고, 냉각이 완료되면 가압 전극(13)(15)을 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)로부터 분리하여 가압력을 제거하면 용접이 완료된다.

본 발명을 실시함에 있어서 도전성 금속 벨로우즈와 같이 용접부의 크기나 형상, 모양이 같은 조건으로 반복되는 경우 도전성 발열용가재와 발열체를 반복위치 시킨 후 가압하면서 상기의 과정으로 전기 용접하면 동시 용접되므로 용접을 간편하면서 신속히 수행할 수 있다.

또한, 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)가 골고루 동시 용접되므로 용접변형 요인이 제거되고, 도전성 발열용가재(4)(10)가 용착되는 부분은 공기 중에 노출되지 아니하므로 도전성 발열용가재(4)(10) 및 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)의 산화가 방지되며 용접 플럭스가 불필요하다.

또한, 본 발명은 전기 발열 용가재를 이용한 융해 융착방법을 이용하므로 가스ㆍ화염ㆍ악취ㆍ불똥 등이 발생되지 아니하므로 주변환경 위해 요인이 없고, 안전하여 작업성이 좋다.

또한, 융착비드(weld-bead)가 외부로 노출 및 돌출되지 아니하므로 별도의 마무리 공정이 불필요하고, 용접불량 및 용접부식이 거의 없어진다.

이상과 같이 본 발명은 전기저항에 의한 도전성 발열용가재를 이용하여 다수 개 또는 넓은 면적의 용접을 동시에 수행할 수 있어서 용접시간이 획기적으로 단축되고, 용접내력이 균일하여 수명이 신장되며, 용접변형이나 열 부식 및 공해요인이 거의 없는 등의 효과가 있다.

Claims (1)

1. 전기 저항방식으로 도전성 모재를 용접하는 저항용접방법에 있어서, 전기발열체(2)가 상부표면에 고착된 도전성 발열용가재(4)를 도전성 금속 벨로우즈(6)의 용접부(8)에 얹고, 발열체(2)의 상부 표면에 또 다른 도전선 발열용가재(10)를 얹고, 그 상부에 도전성 금속 벨로우즈(12)를 얹은 다음 가압전극(13)(15)으로 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)와 도전성 발열용가재(4)(10) 및 발열체(2)를 가압하여 접촉저항을 감소시킨 상태에서 가압전극(13)(15)으로 용접전원(14)을 적정시간 인가하면 발열체(2)로 기전력이 전도되어 발열되고 도전성 발열용가재(4)(10)와 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)의 일부분이 융해되면서 도전성 금속 벨로우즈(6)(12)가 융착되게 한 도전성 발열용가재를 이용한 도전성 금속 벨로우즈의 전기용접방법.