KR100383014B1 - 핫와이어 티그 용접용 토치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직경이 작고 길이가 긴 파이프 내면의 육성 용접을 원할하게 수행할 수 있는 핫와이어 티그 용접용 토치에 관한 것으로, 연결부(A)와, 상기 연결부에 연결되고 적절한 길이를 가지며 양 끝부분에 절연체(100)로 연결되는 몸체부(B)와, 상기 몸체부(B)의 길이방향에 대하여 각지게 연결되는 전극부(C)로 구성되어, 파이프 내부 직경이 적어도 150mm의 제품까지도 육성 용접이 가능하고, 1.5M 정도의 길이를 갖는 파이프까지도 내부 육성 용접이 가능하므로 직경이 작고 길이가 긴 파이프 내부 육성 용접에 유용하게 적용할 수 있는 것이다.

Description

핫와이어 티그 용접용 토치{Hotwire TIG Torch}

본 발명은 홧와이어에 추가적인 전원을 공급하여 용착량을 증대시킨 용접토치에 관한 것으로, 특히 직경이 작고 길이가 긴 파이프 내면의 육성 용접을 원할하게 수행할 수 있는 핫와이어 티그 용접용 토치에 관한 것이다.

일반적으로 두 물체 사이에 용가제(용접봉)를 첨가하여 접합시키는 용접은 여러가지 종류의 것이 있는데, 그 중에서 핫와이어 티그(Hotwire TIG) 용접은 와이어 릴에 감기어진 와이어(용접봉)가 와이어 공급장치에 의하여 연속적으로 공급되고, 동시에 모재와 팁 사이에는 핫와이어 전원에 의해 와이어가 미리 가열된다. 또한 티그 용접 토치를 통하여는 불황성 보호 가스가 공급된 상태에서 텅스텐봉 선단과 모재와의 사이에 아크(Arc)가 발생되고 발생된 아크에 가열된 와이어가 공급되어 용접부를 용접하게 된다.

그런데, 상기한 핫와이어 티그 용접용 토치는 크기가 커서 직경이 작은 파이프의 경우에는 토치가 소구경 파이프 내부로 들어가지 못하므로 소구경 내부 용접이 불가능하여 불가피하게 수동 티그 용접이 적용되어 오고 있는 문제점이 있다.

또한, 홧와이어 티그에서는 티그 전원(190)에 의해 전극(Electrode)에서 아크가 발생되고, 또한 핫와이어 전원(200)에 의해 와이어가 가열된 상태로 공급된다(도1참조). 따라서 홧와이어 티그에서는 아크 발생 전원과 별도의 홧와이어 전원(200)을 연결하여 와이어가 고온인 상태로 공급되므로 용접 와이어를 더 많이 용융시킬 수 있는 이점이 있어 육성 용접부에 주로 사용되고 있다. 그러나 현재까지의 홧와이어 토치 방식은 토치 자체의 부피 및 무게가 무거워 직경이 작은 파이프 내부의 용접은 불가능한 문제가 있다.

따라서, 홧와이어 티그 용접용 소구경 토치는 파이프 내부 직경이 적어도 150mm의 제품까지도 육성 용접이 가능하고, 1.5M 정도의 길이를 갖는 파이프까지도 내부 육성 용접이 가능하도록 직경이 작고 길이가 긴 파이프의 내부 용접에 적용할 수 있는 것이 요구된다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 원자력 1차 계통의 파이프, 열교환기 노즐 등의 특수 분야에 많이 사용되고 있는 점을 감안할 때, 내부 직경이 150mm의 이내의 노즐 용접의 수행을 위해 토치의 적용 가능 직경을 줄여야 하며, 노즐의 길이 방향 용접 수행을 위해 토치의 길이는 적어도 1.5M 정도 되어야 하며, 또한 자동화 용접 적용시 아크의 진동으로 인한 아크 불안과 미세한 아크 거리 조정을 위해서는 가능한 토치의 무게를 줄이는 구조를 갖는 핫와이어 티그 용접용 토치를 제공하는데 있다.

상기한 토치의 직경을 줄이기 위해서는 토치 몸체의 직경을 줄여야 하는데, 이를 위해서는 토치 몸체 내부로 공급되는 티그 전원 및 핫와이어 전원, 냉각수, 가스, 와이어 등의 공급라인을 최대한 줄일 수 있는 구조가 되어야 하며, 핫와이어 티그 용접의 특성상 아크에 공급되는 와이어 공급 방향이 용접 진행방향의 앞쪽에서 공급되어야 하고, 와이어의 원활한 공급을 위해 와이어 공급라인의 마찰력을 최소한으로 줄여야 한다.

상기한 아크 거리를 자동으로 조정하는 장치가 부착된 자동화 용접에서 토치의 길이를 1.5 미터로 하기 위해서는 아크의 진동으로 인한 아크 불안 해소와 아크 거리의 미세조정을 위해 가능한 토치의 무게를 줄여야 하는데, 이를 위해서는 토치 몸체의 크기 및 재질 선정, 특히 토치 헤드의 구조를 단순화하여야 한다.

상기한 일반 티그 용접과 마찬가지로 홧와이어 티그 용접에서도 아크 스타트시 고주파를 발생시켜 아크를 발생시키므로, 고주파에 의한 노이즈의 발생을 차단하기 위해 토치의 각각 연결부에는 반드시 절연체를 사용하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 핫와이어 티그 용접용 토치로 용접하는 상태를 나타내는 예시도

도 2는 본 발명에 따른 핫와이어 티그 용접용 토치를 나타내는 예시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

A:연결부 10:전원공급 연결구

20:핫와이어 전원 연결구 30:와이어 공급 연결구

40:냉각수 공급/배출 연결구 50:가스공급 연결구

B:몸체부 60:냉각수 공급/배출 파이프

70:가스연결 파이프 80:핫와이어 공급 파이프

100:절연체 110:고정너트

120:토치 절연체 C:전극부

130:토치 헤드 140:헤드 연장 니플

150:노즐 160:텅스텐봉

170:와이어 조절부 180:팁

이하, 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 핫와이어 티그 용접용 토치는 도 2에서와 같이, 외부 설비와 연결되는 연결부(A)와, 이 연결부에 연결되고 적절한 길이를 가지며 양 끝부분에 절연체(100)로 연결되는 몸체부(B)와, 이 몸체부(B)의 끝부분에 약 90도 정도 절곡되는 전극부(C)로 구성된다.

도 2를 통하여 본 발명을 좀더 구체적으로 살펴보면, 연결부(A)는 와이어를 공급하는 와이어 공급 연결구(30)와, 상기 와이어 공급 연결구(30)에 고정되는 핫와이어 전원 연결구(20)와, 냉각수 공급/배출 연결구(40)와, 상기 냉각수 공급/배출 연결구에 고정되는 전원공급 연결구(10)와, 가스공급 연결구(50)로 이루어진다.

상기한 연결부는 용접토치의 장착과 분리를 원활하게 하기 위해 잠금과 풀림이 쉬운 너트, 니플, 커플링으로 연결하고 있으며, 풀림시 냉각수 및 가스가 새지 않도록 자동 잠금장치가 되어 있다.

몸체부(B)는 연결부(A)에서 연결되는 전원, 용접 와이어, 냉각수 및 가스를 전극부(C)에 공급 및 통전하는 역할을 하는 것으로, 와이어 공급 연결구(30)에 연결되고 고정너트(110)에 의해 고정되는 핫와이어 공급 파이프(80)와, 상기 냉각수 공급/배출 연결구(40)에 연결되는 냉각수 공급/배출 파이프(60)와, 상기 가스공급 연결구(50)에 연결되는 가스연결 파이프(70)와, 상기 몸체부를 이루는 각 파이프들을 고정시켜 주는 토치 절연체(120)로 이루어진다.

여기에서, 냉각수 공급/배출 파이프(60)는 티그 용접 아크를 발생시키는 티그 전원과 고전류 사용시에도 토치를 냉각시켜 사용율을 향상시킬 수 있도록 구리 파이프를 사용하여 일체화 시키고, 특히 수냉 냉각장치를 사용하여 직경이 작은 구리 파이프를 선정하고 있다. 또한 아크에 공급되는 와이어를 가열하기 위한 핫와이어 전원과 홧와이어 공급 파이프(80)를 구리 파이프로 일체화 하고, 구리 파이프 내부에는 원활한 와이어 공급을 위해 라이너를 삽입하고 있다.

이와 같이 전원에 의한 발열을 수냉으로 냉각하게 함으로써 연결부에서 전극부로 가는 토치 몸체의 내부 파이프를 직경이 작은 4개의 구리 파이프로 대체하여, 토치 몸체 내부의 구조를 단순화 함으로써 토치 몸체 직경 및 토치 무게를 줄일 수 있으며, 이로 인해 토치의 사용성 및 아크 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한 핫와이어 공급 파이프(80)는 토치의 장착을 용이하게 하기 위해 스테인레스강 파이프 내부로 들어간 후 전극부(C)에서 약 250mm 정도 떨어진 지점에서 몸체부(B) 외부로 굽혀져 나와 핫와이어 공급 파이프 및 전원 공급 파이프(80)의 고정 너트(110)를 거쳐 와이어 조절부(170)와 연결된다. 홧와이어 공급 파이프(80)와 와이어 조절부(170)는 고정 및 연결너트(110)에 의해 와이어 조절부(170)를 조정할 수 있도록 하고 있으며, 와이어 조절부(170)의 밴딩은 아크의 안정성을 고려하여 조절하는 것이 바람직하다. 이 와이어 조절부(170)는 용접시 와이어가 아크에 정확하게 공급되도록 가이드 역할을 하고, 특히 홧와이어 기법의 특성상 용접진행 방향에서 와이어가 원활하게 공급하는 역할을 한다.

전기적 차단 및 고주파 발생에 의한 노이즈를 차단하기 위해 연결부(A)에서 전극부(C)까지 전원을 공급하는 구리 파이프는 외부에 절연처리를 하는 것이 필요하며, 연결부(A)와 몸체부(B) 사이, 그리고 몸체부(B)와 연결부(A) 사이도 절연체(100)를 사용하고 있다. 또한 토치와 토치를 고정하는 지그 사이를 절연하기 위해 몸체부(B) 외부에는 토치 절연체(120)를 장착하고 있다.

전극부(C)는 가스 공급 및 아크, 그리고 냉각수가 순환되는 역할을 하는 것으로, 발생 몸체부(B)의 끝부분에 연결되는 토치 헤드(130)와, 상기 토치 헤드(130)에 연결되는 팁(180)과, 상기 팁의 끝부분에 지지되는 텅스텐봉(160)과, 상기 토치헤드에 연결되고 팁(180) 주위에 형성되는 노즐(150)로 이루어진다.

여기에서, 토치 헤드(130)는 용접성 및 아크 안정성 향상을 위해 5°정도 하향 경사로 가공되고, 토치 헤드 내부에는 용접열 및 티그 전원에 의해 발열되는 열을 냉각시키기 위해 냉각수 공급 및 배출 파이프(60)가 설치되어 냉각수가 순환되게 하고, 용접하고자 하는 제품의 산화 및 아크를 안정시키기 위해 공급되는 가스 공급 파이프(70)와 연결되는 가스 공급 구멍이 뚫어져 있다.

또한 토치 헤드(130)의 무게는 토치 진동 및 아크 안정성에 미치는 영향이 매우 크므로 최소화 시켰으며, 특히 토치 헤드(130)와 노즐(150) 사이에 탈장착이 가능하도록 헤드 연장 니플(140)을 설치하여 용접하고자 하는 제품의 형상에 따라 전극부(C)의 길이를 신축적으로 조정할 수 있다. 이 헤드 연장 니플(140)은 아크 및 티그 전원에 의해 발생하는 열을 공냉 시키기 좋은 구조로 되어 있다.

한편 도 1의 도면번호 중 1은 본 발명의 토치, 210은 와이어 가이드롤, 220은 와이어, 230은 용접하고자하는 제품이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 핫와이어 티그 용접용 토치는 원자력 열교환기 노즐 등의 특수 분야에 유용하게 사용할 있는 것으로, 파이프 내부 직경이 적어도 150mm의 제품까지도 육성 용접이 가능하고, 1.5M 정도의 길이를 갖는 파이프까지도 내부 육성 용접이 가능하도록 길게 만들어져 직경이 작고 길이가 긴 파이프 내부 육성 용접에 유용하게 적용할 수 있는 효과를 갖는다.

나아가, 토치 몸체의 크기 및 재질 선정, 특히 토치 헤드의 구조를 단순화하므로써 토치의 무게를 최소화하여 자동화 용접 적용시 아크의 진동으로 인한 아크 불안과 미세한 아크 거리 조정이 가능한 효과를 가지며,

또한 연결부위마다 절연체를 사용하고 있으므로 고주파에 의한 노이즈의 발생을 차단할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 연결부(A)와, 상기 연결부에 연결되고 적절한 길이를 가지며 양 끝부분에 절연체(100)로 연결되는 몸체부(B)와, 상기 몸체부(B)의 길이방향에 대하여 각지게 연결되는 전극부(C)로 구성하되, 상기 연결부(A)는 와이어를 공급하는 와이어 공급 연결구(30)와, 상기 와이어 공급 연결구(30)에 고정되는 핫와이어 전원 연결구(20)와, 냉각수 공급/배출 연결구(40)와, 상기 냉각수 공급/배출 연결구에 고정되는 전원공급 연결구(10)와, 가스공급 연결구(50)로 이루어지고, 상기 몸체부(B)는 와이어 공급 연결구(30)에 연결되고 고정너트(110)에 의해 고정되는 핫와이어 공급 파이프(80)와, 상기 냉각수 공급/배출 연결구(40)에 연결되는 냉각수 공급/배출 파이프(60)와, 상기 가스공급 연결구(50)에 연결되는 가스연결 파이프(70)와, 상기 몸체부를 이루는 각 파이프들을 고정시켜 주는 토치 절연체(120)로 이루어지며, 상기 전극부(C)는 몸체부(B)의 끝부분에 연결되는 토치 헤드(130)와, 상기 토치 헤드(130)에 연결되는 팁(180)과, 상기 팁의 끝부분에 지지되는 텅스텐봉(160)과, 상기 토치헤드에 연결되고 팁(180) 주위에 형성되는 노즐(150)로 이루어지는 핫와이어 티그 용접용 토치에 있어서,

   상기 몸체부(B)에 설치되어 있는 홧와이어 공급 파이프(80) 끝부분에 와이어 조절부(170)를 설치하는 것을 특징으로 하는 핫와이어 티그 용접용 토치.
3. 연결부(A)와, 상기 연결부에 연결되고 적절한 길이를 가지며 양 끝부분에 절연체(100)로 연결되는 몸체부(B)와, 상기 몸체부(B)의 길이방향에 대하여 각지게 연결되는 전극부(C)로 구성하되, 상기 연결부(A)는 와이어를 공급하는 와이어 공급 연결구(30)와, 상기 와이어 공급 연결구(30)에 고정되는 핫와이어 전원 연결구(20)와, 냉각수 공급/배출 연결구(40)와, 상기 냉각수 공급/배출 연결구에 고정되는 전원공급 연결구(10)와, 가스공급 연결구(50)로 이루어지고, 상기 몸체부(B)는 와이어 공급 연결구(30)에 연결되고 고정너트(110)에 의해 고정되는 핫와이어 공급 파이프(80)와, 상기 냉각수 공급/배출 연결구(40)에 연결되는 냉각수 공급/배출 파이프(60)와, 상기 가스공급 연결구(50)에 연결되는 가스연결 파이프(70)와, 상기 몸체부를 이루는 각 파이프들을 고정시켜 주는 토치 절연체(120)로 이루어지며, 상기 전극부(C)는 몸체부(B)의 끝부분에 연결되는 토치 헤드(130)와, 상기 토치 헤드(130)에 연결되는 팁(180)과, 상기 팁의 끝부분에 지지되는 텅스텐봉(160)과, 상기 토치헤드에 연결되고 팁(180) 주위에 형성되는 노즐(150)로 이루어지는 핫와이어 티그 용접용 토치에 있어서,

   상기 전극부(C)에 설치되어 토치 헤드(130)와 노즐(150) 사이에 길이를 신축할 수 있는 헤드 연장 니플(140)을 설치하는 것을 특징으로 하는 핫와이어 티그 용접용 토치.