KR100770748B1

KR100770748B1 - 미그 용접용 와이어 히팅장치

Info

Publication number: KR100770748B1
Application number: KR1020060133016A
Authority: KR
Inventors: 김철희; 김준기; 강문진; 김정한
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2007-10-26
Anticipated expiration: 2026-12-22

Abstract

본 발명은 미그 용접장치에 와이어 가열이 가능한 히팅장치를 설치하여 하드페이싱 효과를 높이는 동시에 용접효율과 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 미그 용접용 와이어 히팅장치에 관한 것이다.

이를 위해, 와이어송급장치에 의해 토치 선단에 구비된 용접팁에 와이어를 연속 송급하되, 상기 용접팁과 모재에 용접전원을 각각 연결함으로써 와이어와 모재 사이에 아크를 발생하여 용접을 하는 것에 있어서, 상기 토치 후방 내부에 와이어가 통과하는 가열팁을 장착하고, 상기 토치를 관통하는 와이어를 가열할 수 있게 상기 가열팁에 가열전원의 한쪽 전극을 연결하며, 용접팁에 가열전원의 다른 한쪽 전극을 연결한 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따라, 와이어의 가열을 통한 미그 용접법을 적용하여 용접작업함으로써, 희석율이 낮은 것이 유리한 하드페이싱 공정에 매우 유용한 효과가 있고, 또한 미그 용접을 통해 용접효율과 용접 생산성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

미그(MIG) 용접, 티그(TIG) 용접, 와이어, 가열전원, 가열팁, 하드페이싱.

Description

미그 용접용 와이어 히팅장치{Wire heating apparatus for Metal Inert Gas welding}

도 1은 일반적인 미그 용접장치를 개략적으로 도시한 개념도,

도 2는 일반적인 미그 용접장치에서의 토치 선단부를 확대하여 도시한 일부절개 단면도,

도 3은 일반적인 미그 용접법에서 전류와 아크 압력과의 관계를 나타낸 그래프선도,

도 4는 본 발명에 따른 미그 용접용 와이어 히팅장치를 개략적으로 도시한 개념도,

도 5는 본 발명에 따른 미그 용접용 와이어 히팅장치에서의 용접팁과 가열팁 부분을 확대하여 도시한 개략도,

도 6a와 도 6b는 일반적인 미그 용접법과 본 발명의 미그 용접법을 통한 용입과 비드 형상을 각각 개략적으로 도시한 단면도.

*도면중 주요 부호에 대한 설명*

10 : 용접전원 20 : 와이어송급장치

25 : 와이어 30 : 토치

31 : 노즐 32 : 용접팁

33 : 가열팁 40 : 가열전원

M : 모재

본 발명은 미그 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미그 용접장치에 와이어 가열이 가능한 히팅장치를 설치하여 하드페이싱 효과를 높이는 동시에 용접효율과 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 미그 용접용 와이어 히팅장치에 관한 것이다.

일반적으로 아크용접은 전기적 아크를 발생시켜 이를 열원으로 모재를 용융시켜 용접을 수행하는 용접방법의 하나로, 그 종류는 매우 다양하다.

이처럼 다양한 아크용접 방법 중 불활성 가스 아크 용접에 대해 설명하면, 특수한 용접부를 공기와 차단한 상태에서 용접하기 위하여, 토치에서 불활성 가스(inert gas)를 노즐을 통해 용접부에 공급하면서 용접하는 방법이다. 여기서, 불활성 가스에는 아르곤이나 헬륨 등이 사용되며, 전극으로는 텅스텐봉 또는 금속봉이 사용된다.

이러한, 불활성 가스 아크용접법은 실드 아크 용접이라고도 불리우는데, 불활성 가스 분위기에서 텅스텐 아크에 의한 열원을 사용하는 방법과, 금속 아크에 의한 열원을 사용하는 2가지의 방식으로 분류된다. 즉, 열원으로 사용되는 전극에 따라 녹지 않는 비소모식과, 녹는 소모식이 있는 것이다.

여기서, 비소모식은 텅스텐 전극봉을 사용하므로 불활성 가스 텅스텐아크 용접법(shielded inert gas tungsten arc welding) 또는 티그(TIG) 용접법이라 불리고, 소모식은 긴 심선 용가재(filler metal)를 사용하므로 불활성 가스 아크 용접법 또는 미그(MIG) 용접법이라 불리운다.

첨부 도면 도 1과 도 2는 상기한 미그 용접법에 사용되는 종래의 미그 용접장치에 대해 도시한 것으로, 토치(30)와, 와이어송급장치(20)와, 용접전원(10)으로 구성된다.

설명하면, 용접전원(10)의 한쪽 전극은 용접케이블에 의해 모재(M)에 연결하고, 다른 한쪽 전극은 토치(30) 선단에 구비된 용접팁(32)에 연결하여 용접팁(32) 중앙을 관통하는 와이어(25)에 전기를 걸어준다. 즉, 토치(30)는 불활성가스를 보호가스로 이용하면서 상기 와이어(25)에 전기를 걸어줌으로써, 모재(M)와 와이어(25) 사이에 아크를 발생시킬 수 있게 된다. 이때, 모재(M)와 유사한 재질로 이루어진 와이어(25)는 용융부를 채워주면서 합금화됨으로써, 용접이 이루어진다.

그리고, 상기 와이어(25)는 와이어스풀(21)과 송급모터 및 롤러 등으로 구성된 와이어송급장치(20)에 의해 지속적으로 토치(30) 내부에 공급이 된다. 또한, 상기 토치(30)는 그 선단에 노즐(31)이 구성되고, 상기 노즐(31) 중앙에 용접팁(32)이 내장되며, 상기 용접팁(32) 중앙으로 와이어(25)가 이송된다.

이와 같이 구성되는 상기 미그 용접장치는, 보통 cold-wire형태로 와이어(25)를 실온으로 공급한다. 이때, 상기 용접팁(32)의 끝부분에서 와이어(25)와의 전기적인 접촉이 일어나는데, 와이어(25)를 녹이기 위한 열은 아크로부터 받는 열 과, 용접팁(32) 끝부분에서부터 용융되는 끝부분까지 가는 동안 전류를 통전하면서 받는 열, 이렇게 2가지 형태가 주어진다.

따라서, 많은 양의 용융을 일으키기 위해서는 전류를 많이 흘려주어야 하고, 상기한 아크 전류의 상승은 아크 압력의 상승을 일으켜 용접부 단면에서 용입깊이가 커지게 되는 것이다. 첨부 도면 도 3은 전류와 아크 압력과의 관계를 나타낸 그래프선도로, 와이어 송급속도와 용접전류의 크기는 선형적인 관계가 있음을 확인할 수 있다.

그러나, 하드페이싱(표면경화)을 위한 용접 공정에서는 상기한 아크 용접의 특성과 다른 특성이 요구된다. 즉, 하드페이싱 효과를 높이기 위해서는 용접부의 단면에서 모재(M)의 용융을 최소화하여 희석율(dilution)을 최소로 함으로써, 적층량을 늘리고 용입을 작게 해야 하는 것이다.

이에, 종래에는 상기한 하드페이싱 효과를 높이기 위해 hot-wire형태로 와이어를 공급하는 티그(TIG) 용접방법이 사용되기도 하였으나, 상기한 티그 용접법은 텅스텐봉을 전극으로 이용하는 아크 용접법으로써, 용접효율(21~48%)과 용접 생산성이 미그 용접의 용접효율(66~85%)과 용접 생산성에 비해 현저하게 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 미그 용접장치에 와이어를 가열할 수 있는 가열전원과 가열팁을 설치하여 하드페이싱 효과를 높이는 동시에 용접효율과 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 미그 용 접용 와이어 히팅장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 와이어송급장치에 의해 토치 선단에 구비된 용접팁에 와이어를 연속 송급하되, 상기 용접팁과 모재에 용접전원을 각각 연결함으로써 와이어와 모재 사이에 아크를 발생하여 용접을 하는 것에 있어서, 상기 토치 후방 내부에 와이어가 통과하는 가열팁을 장착하고, 상기 토치를 관통하는 와이어를 가열할 수 있게 상기 가열팁에 가열전원의 한쪽 전극을 연결하며, 용접팁에 가열전원의 다른 한쪽 전극을 연결한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 본 발명의 기술 구성 중 전술한 종래 기술에서 설명된 미그 용접장치와 동일 또는 유사한 기술 구성에 대해서는 동일한 부호를 적용하여 설명 및 도시하였음을 미리 밝혀둔다.

도 4 내지 도 6b는 본 발명의 미그 용접용 와이어 히팅장치에 대한 것으로, 토치(30)와, 와이어송급장치(20)와, 용접전원(10)과, 가열전원(40)으로 구성된다.

도 4와 도 5를 통해 설명하면, 토치(30)는 불활성가스를 보호가스로 이용하면서 와이어(25)에 전기를 걸어주는 역할을 하는 것으로, 상기 토치(30)가 가스용기(22)와 연결되어 헬륨 또는 아르곤 가스와 같은 불활성가스를 분사하게 된다. 그리고, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 토치(30)가 수냉식인 경우 상기 토치(30)의 냉각을 위한 냉각호스를 더 연결 설치할 수도 있다.

이러한, 상기 토치(30) 전방 내부에는 그 중앙으로 와이어(25)가 관통 구비 되고, 상기 와이어(25) 외측에 용접팁(32)이 커버되며, 상기 용접팁(32) 외측에 노즐(31)이 커버된다. 그리고, 상기 토치(30) 후방 내부 역시 그 중앙으로 와이어(25)가 관통 구비되고, 상기 와이어(25) 외측에 가열팁(33)이 커버되며, 상기 가열팁(33) 외측에 노즐(31)이 커버된다.

이때, 상기 가열팁(33)과 용접팁(32)의 거리는 최대한 가깝게 하여 와이어(25)의 가열에 따른 와이어(25) 송급성 저하 문제를 해결하게 된다.

또한, 상기 토치(30) 후방에는 상기 와이어(25)를 토치(30) 내부에 연속적으로 공급할 수 있게 와이어송급장치(20)를 설치한다. 이러한, 상기 와이어송급장치(20)는 와이어스풀(21)에 와이어(25)가 감겨지고, 상기 와이어(25)를 송급모터(도시 생략)에 의해 구동되는 롤러(도시 생략)에 의해 밀어내거나 잡아당겨 토치(30)에 공급한다. 이때, 상기 와이어송급장치(20)는 그 송급방법에 따라 푸시(push)식과 풀(pull)식과 푸시풀(push-pull)식 중 어느 하나를 선택하여 적용하게 된다.

이와 같은 상기 용접팁(32)과 모재(M)에는 용접전원(10)을 연결하여 상기 와이어(25)에 전기를 걸어준다. 즉, 상기 용접전원(10)의 한쪽 전극은 모재(M)에 연결하고, 상기 용접전원(10)의 다른 한쪽 전극은 용접팁(32)에 연결하는 것이다.

그리고, 상기 용접팁(32)과 가열팁(33)에는 가열전원(40)을 연결하여 상기 와이어(25)를 가열한다. 즉, 상기 가열전원(40)의 한쪽 전극은 용접팁(32)에 연결하고, 상기 가열전원(40)의 다른 한쪽 전극은 가열팁(33)에 연결하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같 다.

본 발명의 미그 용접용 와이어 히팅장치를 통해 하드페이싱을 위한 미그용접을 수행하기 위해서는, 와이어송급장치(20)를 통해 토치(30)에 와이어(25)를 연속적으로 공급하면서 가열전원(40)을 구동하여 가열팁(33)을 통과하는 와이어(25)를 가열하고, 용접전원(10)을 구동하여 용접팁(32)을 통과하는 와이어(25)에 전기를 인가한다.

그렇게 되면, 상기 와이어(25)와 용접팁(32)의 접촉이 일어나면서 모재(M)와 와이어(25) 사이에 아크를 발생시키고, 상기 아크로 인해 모재(M)를 용융시키면서 용융부에 와이어(25)가 채워져 용접이 이루어진다.

여기서, 본 발명은 상기한 바와 같이 가열전원(40)과 가열팁(33)의 구성을 통해 와이어(25)를 히팅하는 것이 가능함으로써, 용접부의 단면에서 모재(M)의 용융을 최소화시킬 수 있고, 이에 따라 희석율을 최소로 하여 하드페이싱 효과를 높일 수 있는 것이다.

즉, 용접에 사용되는 와이어(25)를 용접팁(32)에 공급되기 이 전에 미리 가열하므로, 와이어(25) 가열에 많은 전류의 공급이 필요치 않게 된다. 따라서, 용접부 단면의 용입깊이가 커지지 않게 됨으로써, 하드페이싱의 소재가 모재(M)에 깊이 섞이지 않게 되고, 용접부에서의 적층량이 커지게 되어 희석율을 최소화시킬 수 있고, 이에 따라 하드페이싱 효과를 높일 수 있는 것이다.

이를 보다 구체적으로 설명하기 위해 상기한 희석율에 대해 살펴보면, 상기 희석율은 아래의 그림을 통해 다음과 같은 식으로 정의될 수 있다.

즉, Ap(용입)가 작아지고, Ar(적층량)이 커질수록 희석율은 낮아짐을 알 수 있다.

이에, 첨부 도면 도 6a와 도 6b에 도시된 그림을 살펴보면, 도 6a는 일반적인 미그 용접법을 통해 용접된 용입과 비드의 형상을 개략적으로 도시한 것이고, 도 6b는 본 발명의 와이어 히팅장치를 이용한 미그 용접법을 통해 용접된 용입과 비드의 형상을 개략적으로 도시한 것으로, 용입이 작고 적층량이 많으면서 비드의 높이가 높은 도 6b(본 발명)의 용접법이 하드페이싱에 더 적절한 공정이 되는 것이다.

더욱이, 본 발명은 종래와 같이 티그 용접법이 아닌 와이어 히팅장치를 이용한 미그 용접법을 통해 용접 작업함으로써, 용접효율과 용접 생산성을 가일층 향상시킬 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명 백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 와이어의 가열을 통한 미그 용접법을 적용하여 용접작업함으로써, 희석율이 낮은 것이 유리한 하드페이싱 공정에 매우 유용한 효과가 있고, 또한 미그 용접을 통해 용접효율과 용접 생산성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

Claims

와이어송급장치에 의해 토치 선단에 구비된 용접팁에 와이어를 연속 송급하되, 상기 용접팁과 모재에 용접전원을 각각 연결함으로써 와이어와 모재 사이에 아크를 발생하여 용접을 하는 것에 있어서,

상기 토치(30) 후방 내부에 와이어(25)가 통과하는 가열팁(33)을 장착하고, 상기 토치(30)를 관통하는 와이어(25)를 가열할 수 있게 상기 가열팁(33)에 가열전원(40)의 한쪽 전극을 연결하며, 용접팁(32)에 가열전원(40)의 다른 한쪽 전극을 연결한 것을 특징으로 하는 미그 용접용 와이어 히팅장치.