KR100352711B1 - 힌지형 고속 습동 용접토치 - Google Patents

힌지형 고속 습동 용접토치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용접에 관한 것으로서 CO2와이어를 사용하는 용접방식에 의한 조선 및 철구조물의 용접에 있어 판대 판의 맞대기 이음부의 편면용접이나 판과 판이 직교하는 필렛 이음부의 용접에 관련한 것으로서, 편면용접시 양호한 이면 비드를 억기 위하거나 필렛용접의 고속화를 위해 용접와이어를 고속으로 습동함으로서 만족할 만한 결과를 실험적으로 얻을 수 있다.
본 발명은 이러한 용접방법의 실현을 위해 용접와이어를 고속으로 습동하기 위하여 구동수단으로 하는 소형 직류모터와 크랭크 샤프트를 이용한 직선 왕복 기구부를 구성하여 용접 와이어를 일정한 거리만큼 습동 왕복할 수 있는 고속 습동토치를 개발하였다.
이때 기계적 회전 및 직선 운동에 의한 진동 발생 장치는 토치노즐과 연결되어 있어 용접을 실시할 때 진동으로 인한 불안정된 습동 운동을 발생하여 안정된 용접비드를 형성할 수 없기 때문에 노즐을 힌지로 연결하여 힌지를 지점으로 진동할 수 있도록 하여 항상 일정한 간격으로 진동없이 진동할 수 있는 것을 특징으로 하는 고속 습동 용접장치이다. 그리고 장척의 필렛 및 아래보기 맞대기 용접시 고열에 의한 토치 기능 및 수명의 향상을 위해 냉각장치를 설치하여 장척용접에서도 안정된 용접이 가능할 수 있도록 하였다.

Description

힌지형 고속 습동 용접토치{Hinge types arc welding torch}
본 발명은 아래보기 맞대기 이음부의 편면 용접 및 모서리 용접(이하 필렛용접)에 사용하기 위한 고속 습동 아크 용접토치에 관련된 내용으로서, 일반적인 용접작업은 진동없이 용접하거나 용접할 부재와 부대 사이에 갭이 있는 경우 토치를 좌우로 운봉을 해주는 방식으로 용접을 해왔다.
최근 용접 기계화의 일환으로 토치를 주행대차나 로봇등에 장착하여 사용하는 자동용접장치가 많이 개발되었다. 특히 이러한 종래의 용접방식에 있어서, 일반적으로 조선 및 철구조물, 강교에서 철판의 조립과정에서 생기는 평판 및 수직부의 맞대기 모서리 용접부등에서의 용착량의 증대 및 부재 이음부의 갭이 있는 경우 적정비드를 얻기 위하여 토치를 습동시켜야만 하였다.
이때 습동 기구부를 모터와 직선 슬라이드 기구부를 사용하는 전용 습동장치를 이용하여 일반 아크 용접 토치를 탈착하는 방법으로 구성하였다.
그러나 이러한 방법은 기계적 한계성으로 인하여 최대 2∼3㎐가 최대이기 때문에 아크를 고속으로 습동하는 것이 불가능하다.
로봇에 의한 습동 방식은 로봇이 여러개의 모터로 여러 관절의 움직임을 통하여 로봇 끝단을 습동하기 때문에 1∼3㎐정도가 한계이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 첫째 용접와이어를 100㎐까지 고속으로 습동 시켜주기 위한 장치를 구성하고, 둘째로 안정된 용접비드를 형성하기 위하여 와이어를 고속으로 습동시킬때 와이어를 일정한 폭으로 습동시킬 수 있는 기구부를 구성하며, 세째로 와이어를 고속으로 위빙시켜주기 위해 구성되어지는 기구부에서 발생하는 진동을 용접에 영향을 주지않도록하고, 넷째로 이러한 고속습동 토치를 사용함에 있어 길이가 긴 장척의 부재를 용접할 때 발생하는 고열에 의한 컨택트 팁의 마모 및 장비의 수명 향상을 위해 냉각장치를 토치에 탑재하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 토치몸통의 하부 일측면에 실드가스 공급노즐이 형성되고, 상부 일측에 전원케이블 연결부가 형성되며, 그 하부에 일정간격 떨어져 용접노즐이 형성된 용접와이어 체결부가 설치되고, 상기 용접와이어 체결부의 일측에 모터가 설치되며, 상기 모터의 회전축에 크랭크 샤프트가 편심되어 설치되고, 상기 크랭크 샤프트에 힌지가 연결 설치되며, 상기 힌지는 용접노즐의 상단부에 고정된 유니서셜조인트와 연결 설치되고, 상기 용접노즐은 토치몸통의 하부에 설치된 힌지를 지점으로 힌지 반대 방향으로 진동할 수 있게 설치되며, 상기 용접노즐과 용접와이어 체결부를 플렉시블 케이블로 연결하고, 상기 용접노즐의 하단에는 용접팁이 형성되며, 상기 용접노즐의 하단에 용접팁을 감싸며 노즐캡이 설치되고, 상기 토치몸통의 상부에 수냉커플링을 설치하고, 상기 수냉커플링의 하단에 수냉파이프가 연결 설치되며, 상기 수냉파이프는 토치몸통과 용접노즐 사이에 설치된 냉각노즐에 연결 설치되어 냉각수가 수냉파이프를 통하여 냉각노즐을 통한 후 다시 수냉파이프를 통하여 냉각기로 순환되면서 상기 용접노즐과 토치몸통과의 열전도를 차단할 수 있는 것을 특징으로 하는 힌지형 고속 습동 아크 용접 토치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고속 습동 용접토치를 나타내는 측면도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
1 : 모터(DC MOTOR) 2 : 컨택트팁(Contact Tip)
3 : 노즐 캡 4 : 습동노즐
5 : 실드가스 공급노즐 6 : 수냉 노즐
7 : 힌지 8 : 플렉시블 케이블
9 : 수냉커플링 10 : 용접 와이어 체결부
11 : 전원케이블 연결부 12 : 수냉파이프
13 : 크랭크 샤프트 14 : 유니버셜 조인트
15 : 용접와이어 16 : 링크 지지대
17 : 힌지 18 : 토치몸통
19 : 절연 슬리브
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
고속 습동 용접토치는 모터(1)와 모터축에 크랭크 샤프트(13)를 체결하여 크랭크 끝단의 베어링 지지에 의해 고정되며 모터 회전으로 크랭크축도 회전할 수 있도록 하였다.
이 크랭크 샤프트는 모터 회전축으로부터 0.3mm(위빙폭에 따라 가공 수치는 다를 수 있음)정도 편심되어져 있으며 크랭크 샤프트에는 힌지지지대(16)에 설치되어진 베어링이 억지 끼움 형태로 체결되어 진다.
그리고 힌지지지대(16)는 유니버셜조인트 사이에 힌지와 연결되 있어 모터 회전으로 크랭크가 편심회전을 시직하면 힌지지지대와 연결된 힌지(17)가 직선으로 편심되어진 거리만큼 진동하게 된다.
이때 유니버셜 조인트에 의해 사방으로 움직일 수 있지만 유니버셜 조인트와 체결되어진 용접노즐(4)이 힌지(7)에 연결되어져 있기 때문에 좌우로만 요동을 하게 된다. 따라서 힌지가 좌우 요동을 할때 용접와이어(14)는 힌지를 지점으로하여 힌지(17) 반대방향으로 좌우로 요동을 하게 된다.
이때 습동폭은 힌지(7)로부터 와이어 끝단까지의 거리와 힌지(7)로부터 유니버셜 조인트 까지의 거리만큼 비례하기 때문에 크랭크의 편심 위치에 따라 습동폭이 결정된다.
회전아크 발생은 다음과 같은 원리로 이루어진다.
용접와이어는 용접와이어(10)의 체결부를 통하여 인입되어지고 와이어(15)는 용접노즐(4)과 용접팁(2)을 통하여 인출되어진다. 용접아크는 용접전원으로부터 나오는 용접전원케이블(11)을 용접와이어 체결부(10)에 볼트 체결한다. 이때 와이어 공급 노즐은 용접시 장비와의 단락을 방지하기 위해 절연 슬리브(19)를 토치 커버플레이트(18)에 삽입하였다.
와이어까지의 용접전원 인가를 위해 와이어 공급노즐과 습동 용접 노즐(4)을 플렉시블 케이블(8)로 연결하여 용접시 습동중이더라도 용접 전원 공급을 원활하게 할 수 있도록 하는 구조로 구성하였다.
용접보호 가스로 사용하는 CO2가스(이하 탄산가스)는 일반적으로 사용되어지는 와이어 공급장치(일명 피더)로부터 플렉시블 호스를 이용하여 실드가스 공급노즐(5)에 체결되며, 탄산가스는 용접신호와 함께 습동 용접노즐(4) 주위를 통하여 노즐 캡(3) 밖으로 분출할 수 있도록 하였다.
용접전원 및 탄산가스를 연결하고 용접와이어를 적정거리까지(약 20mm 이하) 인출하면 용접준비는 완료된다. 고속용접 아크는 우선 모터구동 전원을 투입하여 와이어를 고속으로 습동시킨다. 와이어를 고속으로 습동하고 난 후 용접시작 신호를 인가하면 와이어인출이 시작되고 와이어(15)가 용접부재의 표면과 단락을 일으킴과 동시에 용접 아크가 발생되며 와이어의 습동으로 인하여 고속 CO2용접아크를 발생할 수 있었다.
또한 본 발명 토치는 용접이음부가 긴 부재의 용접의 경우 용융지에서 발생하는 고열에 의해 컨택트팁(2)과 노즐(4)이 과열되어지면서 아크가 불안정해지거나 팁이 녹는 문제가 발생하여 이러한 부분을 냉각해줄 필요가 있다.
냉각호스를 수냉커플링(9)에 연결하여 냉각수로부터 공급되어지는 냉각수는 수냉파이프(12)를 통하여 토치몸통과 노즐사이에 설치된 냉각노즐(6)를 통한 후 다시 수냉파이프를 통하여 냉각기로 순환되저질 수 있는 구조로 구성하여 노즐(4)과 토치커버 플레이트(18)와의 열전도를 차단할 수 있도록 하여 용접장이 긴 경우의 용접에서도 무리없이 용접이 가능할 수 있도록 구성한 힌지형 CO2고속 습통 아크토치이다.
전술한 바와 같은 본 발명은 선박건조에 있어서, 판대 판의 맞대기 용접 이음부의 편면용접 및 판과 판이 직교하는 필렛용접에서의 용접 고속화를 위해 아크를 고속으로 진동시켜줄때 양호한 용접비드 생성으로 용접생산성을 향상시킬 수 있고, 용접 와이러를 100㎐까지 고속으로 일정한 간격 만큼 진동시킬 수 있는 기구부를 구성하여 장치 구성시 필연적으로 발생하는 기계적 진동 및 소음을 감소시킬 수 있다, 또한 장척의 용접이 가능하도록 토치를 냉각시키기 위한 냉각장치를 추가하여 용접시 고열에 의한 토기 기능 및 수명의 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 토치몸통(18)의 하부 일측면에 실드가스 공급노즐(5)이 형성되고, 상부 일측에 전원케이블 연결부(11)가 형성되며, 그 하부에 일정간격 떨어져 용접노즐(4)이 형성된 용접와이어 체결부(10)가 설치되고, 상기 용접와이어 체결부(10)의 일측에 모터(1)가 설치되며, 상기 모터(1)의 회전축에 크랭크 샤프트(13)가 편심되어 설치되고, 상기 크랭크 샤프트(13)에 힌지(17)가 연결 설치되며, 상기 힌지(17)는 용접노즐(4)의 상단부에 고정된 유니버셜조인트(14)와 연결 설치되고, 상기 용접노즐 (4)은 토치몸통(18)의 하부에 설치된 힌지(7)를 지점으로 힌지(17) 반대 방향으로 진동할 수 있게 설치되며, 상기 용접노즐(4)과 용접와이어 체결부(10)를 플렉시블 케이블(8)로 연결하고, 상기 용접노즐(4)의 하단에는 용접팁(2)이 형성되며, 상기 용접노즐(4)의 하단에 용접팁(2)을 감싸며 노즐캡(3)이 설치된 것을 특징으로 하는 힌지형 고속 습동 아크 용접 토치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토치몸통(18)의 상부에 수냉커플링(9)을 설치하고, 상기 수냉커플링 (9)의 하단에 수냉파이프(12)가 연결 설치되며, 상기 수냉파이프(12)는 토치몸통 (18)과 용접노즐(4) 사이에 설치된 냉각노즐(6)에 연결 설치되어 냉각수가 수냉파이프를 통하여 냉각노즐을 통한 후 다시 수냉파이프를 통하여 냉각기로 순환되면서 상기 용접노즐과 토치몸통과의 열전도를 차단할 수 있는 것을 특징으로 하는 힌지형 고속 습동 아크 용접 토치.
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