KR101084575B1 - 자동 용접장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 용접장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 본 발명은 용접봉을 아크 열 부분으로 공급할 때 자동으로 공급할 수 있도록 하면서도 일정한 속도를 유지할 수 있고, 필요에 따라 속도 조절이 가능하게 할 목적으로, 홀더(111) 일측에 전극봉(114)을 내재한 가스노즐(113)이 구비된 용접용 토치(110)와, 상기 토치(110)와 용접 모재(30)에 전기를 인가하는 제어부(200)를 포함하는 용접장치에 있어서, 상기 토치(110)는, 용접 와이어(140)를 자동 공급하는 와이어 공급기(120)와, 상기 와이어 공급기(120)의 구동과 상기 가스노즐(113)로의 가스 공급을 제어하는 스위치(112)를 포함하는 자동 용접장치가 개시된다.

Description

자동 용접장치{AUTO WELDING DEVICE}
본 발명은 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접장치와 같이 텅스텐 전극이 구비되고 불활성 가스가 분사되어 아크 방전에 의해 용접을 수행할 수 있도록 하는 통상의 용접장치에서 토치의 일측에 용접봉(용가재)을 자동으로 공급하는 와이어 공급기를 설치하여 용접 작업성과 불량성이 개선된 자동 용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것이다.
일반적으로 용접은 전극봉과 모재를 전기적으로 연결하고 상기 전극봉 주변에 불활성 가스를 분사하여 아크 방전시키며, 이때 용접봉을 상기 아크 방전지역에 투입하여 수행하는데, TIG(Tungsten Inert Gas) 용접은 비소모성 텅스텐 전극봉을 사용하여 모재 사이에 전기적으로 발생하는 아크 열을 이용하여 용접봉을 용융시키고, 용융물을 모재에 쌓아 경화시키는 형태로 용접하는 형태를 지칭한다.
이러한 종래 기술의 예로써 TIG 용접을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 종래 TIG 용접 장치의 용접 형태를 개략적으로 보인 구성도이고, 도 2는 종래 TIG 용접 장치의 용접 부분을 확대하여 보인 상세도이다.
도 1을 참조하는 바와 같이, 토치(10)에는 비소모성 텅스텐 전극봉이 장착되 고 내부로 불활성 가스가 공급되며, 용접기 본체(20)는 상기 토치(10)와 모재(30) 각각에 전기적으로 연결되며, 이 상태에서 상기 토치(10)의 전극봉을 모재(30)와 닿게 하면 전기적 저항인 고열의 아크가 방전된다.
도 2를 참조하는 바와 같이, 토치(10) 하부의 노즐(11) 중심에 텅스텐 전극봉(12)이 구비되고, 상기 전극봉(12)의 주변에 형성된 통로(13)로 불활성 가스가 공급된다. 이 상태에서 전극봉(12)과 모재(30)가 서로 닿으면 불활성 가스에 의해서 아크 열이 발생하며, 이때 용접봉(40)을 상기 아크 열 부분에 근접시키면 아크 열에 의해 용접봉(40)이 용융되며, 이 용융물을 상기 모재(30)의 적정 부분에 쌓음으로써 비드를 형성하여 용접이 진행된다.
그러나 종래의 TIG 용접 형태는, 양호한 용접 상태를 구현하기 위해서 고도의 숙련을 요구하는 단점이 있다. 예컨대 아크 열에 의한 용접봉 용융시 용접봉의 용융 부분이 공기에 노출되는 경우 용접 금속이 오염되거나 내부에 기공이 형성되어 용접부의 내구성이 약화하기 때문에, 작업자가 한 손으로는 토치를 잡고 아크를 발생시키는 동안, 다른 한 손으로는 용접봉(40)의 선단을 용융 속도 혹은 용융 량에 따라 적절하게 하강시켜서 아크 발생 지역 내에 있게 해야 하며, 그 속도는 너무 빨라도, 너무 느려도 적절하지 않게 되는 등, 내구성이 우수한 용접 금속을 형성하기 위해서는 많은 경험을 비롯하여 고도의 숙련이 요구되는 것이다.
이처럼 종래의 TIG 용접 형태는 작업자의 숙련도에 따라 용접 품질이 일률적이지 않고 차이가 크다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래의 용접 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 용접봉을 아크 열 부분으로 공급할 때 자동으로 공급할 수 있도록 하면서도 일정한 속도를 유지할 수 있고, 필요에 따라 속도 조절이 가능하게 하는 자동 용접 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 홀더(111) 일측에 전극봉(114)을 내재한 가스노즐(113)이 구비된 용접용 토치(110)와, 상기 토치(110)와 용접 모재(30)에 전기를 인가하는 제어부(200)를 포함하는 용접장치에 있어서, 상기 토치(110)는, 용접 와이어(140)를 자동 공급하는 와이어 공급기(120)와, 상기 와이어 공급기(120)의 구동과 상기 가스노즐(113)로의 가스 공급을 제어하는 스위치(112)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 와이어 공급기(120)는, 모터(121)와, 상기 모터(121) 구동으로 회전하여 와이어(140)를 송급하는 롤러(122)와, 상기 롤러(122)에 의해 송급되는 와이어(140)를 아크 발생부로 안내하는 와이어 노즐(124)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 형태로서, 상기 와이어 노즐(124)의 상부에 노즐(124)의 상하 방향의 유동을 제어하는 완충수단(123)이 구비되어 와이어가 모재로부터 들뜨거나 불량비드가 발생하지 않게 할 수 있다.
또한, 상기 와이어 공급기(120)는, 릴대(126) 상에서 축 회전 가능하고 상기 와이어(140)를 권취한 와이어 릴(125)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위치(112)는, 아크 발생용 가스 주입 / 와이어 공급 / 와이어 공급 중단 / 가스 주입 중단의 단계로 전환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 송급 모터의 구동에 의해 와이어 릴에 권취된 와이어 용접봉이 아크 열 발생 부분으로 자동 공급되므로, 용접 작업성이 대폭 향상됨은 물론 공급 속도가 일정하므로 용접 품질이 저하되지 않게 된다. 또한, 용접 제어부에 구비된 와이어 송급 속도 조절장치에 의해서 작업자가 용접 모재나 와이어의 특성에 맞도록 송급 속도를 적절하게 조절할 수 있으므로 작업의 다양성에 적의 대응할 수 있으면서도 용접 품질을 최상의 상태로 유지할 수 있다.
더욱이 높은 장소나 용접 장비의 이송이 어려운 곳에서도 용접 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 고도의 숙련자가 아니라도 누구나 단시간 내에 용접 작업을 쉽게 습득할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부된 도 3 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하며, 첨부된 도면의 실시예는 텅스텐 전극봉을 사용한 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접장치를 도시하였으나, 이는 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 용접 형태의 전체 구성을 개략적으 로 보인 구성도이다.
도 3을 참조하는 바와 같이, 자동 용접장치는 크게 토치(110) 및 와이어 공급기(120)를 포함하는 용접부(100)와, 본체(210) 및 속도 조절기(220)를 포함하는 제어부(200)로 대별된다.
상기 본체(210)는 상기 토치(110) 및 와이어 공급기(120)에 각각 전기를 인가하는 한편, 상기 속도 조절기(220)는 와이어 공급기(120)의 와이어 공급 속도를 조절하기 위해 마련된 것으로, 더욱 구체적으로는 후술하는 바와 같이 와이어 공급기(120)의 모터(121) 속도를 제어한다.
도 4는 본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 용접부 정면 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 용접부 평면 구성도이며, 도 6은 본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 용접부 측면 구성도로서, 이하에서 본 발명의 구성 및 사용 양태를 더욱 구체적으로 설명한다.
상기 토치(110)는 작업자가 손으로 잡을 수 있는 홀더(111)와, 상기 홀더(111)의 일측에 형성되어 불활성 가스가 공급되는 가스 노즐(113)과, 상기 가스 노즐(110)의 내주 중심에 형성되어 일부가 외측으로 돌출된 텅스텐 전극봉(114)으로 구비되며, 또한 상기 홀더(111)에는 가스의 분사를 제어하는 스위치(112)가 구비된 것으로, 이는 일반적인 토치 구성이며, 그 작용은 앞서 도 2를 참조하여 설명하였으므로, 본론에서의 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 의하면, 상기 토치(110)의 일측에 고정구(120a)를 매개로 고정된 와이어 공급기(120)가 설치되며, 이는 용접에 사용될 와이어를 자동으로 공 급하기 위한 것이다.
상기 고정구(120a)의 형태는 와이어 공급기(120)를 토치(110)에 고정, 설치할 수 있는 구조이면 제한이 없으며, 예컨대 도시된 바와 같이 토치(110)를 감싼 상태에서 볼트와 같은 고정수단으로 고정한 형태일 수 있다.
상기 와이어 공급기(120)는, 용접용 와이어(140)의 송급 수단으로서 상기 속도 조절기(220)의 제어에 의해서 구동 속도가 제어되는 모터(121)와, 상기 모터(121)의 구동에 의해서 회전하는 롤러(122)를 포함하고, 또한 용접용 와이어(140)의 안내 수단으로서 와이어(140)가 유입되는 입구(120b)와, 상기 롤러(122)에서 송급되는 와이어(140)를 아크 발생지역, 즉 도 6과 같이 전극봉(114)과 용접 모재(30) 사이까지 안내하는 와이어 노즐(124)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 와이어 공급기(120)는, 상기 와이어 노즐(124)의 하단이 용접 모재(30)에 접하여 이동할 때 노즐(124)이 용접 모재(30) 면에서 들뜨지 않게 하기 위해 와이어 노즐(124)의 상/하 유동을 제어하는 완충수단(123)이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 와이어 공급기(120)는, 상기 용접용 와이어(140)를 권취한 와이어 릴(125)을 포함할 수 있고, 상기 와이어 릴(125)은 상기 고정구(120a)의 일측에 형성된 릴대(126)의 상부에서 축 회전 가능하게 설치된다.
이하, 상기 와이어 공급기(120)의 작용을 설명하며, 이를 통해 본 발명의 구성이 더욱 명확해질 것이다.
도 4 및 도 6을 참조하는 바와 같이, 1단계로서 작업자가 홀더(111)의 스위 치(112)를 가동하면, 먼저 상기 토치(110)로 불활성 가스가 공급되어 가스 노즐(113)을 통해 용접 모재(30)로 분사됨과 동시에 전기가 공급되어 전극봉(114) 선단에 아크가 방전된다.
2단계로서 작업자가 스위치(112)를 가동하면, 상기 모터(121)가 구동하여 롤러(122)를 회전시키며, 이때 상기 입구(120b)를 통해 유입된 용접 와이어(140)는 롤러(122)와 밀착되어 있으므로 롤러(122)의 회전에 의해 하강하면서 와이어 노즐(114)의 하단으로 배출되어 아크 발생지역으로 투입되며, 이와 동시에 작업자가 토치(110)를 쥔 상태에서 모재(30) 상면을 원하는 방향으로 이동시키면 상기 와이어(140)가 용융되면서 모재(30) 상에 쌓여 용접 비드가 형성된다.
여기서, 상기 와이어 노즐(124)은 코일 스프링과 같은 완충수단(123)에 의해서 아래 방향으로 힘을 받으면서도 상승 가능하게 탄성적으로 지지되므로, 용접 모재(30) 상면에 굴곡이나 요철이 있더라도 와이어 노즐(124)은 모재(30) 상면에 밀착될 수 있는데, 이러한 구조를 통해 용접시 용접 와이어(140)가 모재(30)에서 들뜨는 현상을 방지하여 불량 비드가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
다음 3단계로서 작업자가 상기 스위치(112)를 다시 작동하면 상기 모터(121)의 가동이 중단되어 용접 와이어(140) 송급이 중단되고, 4단계로서 상기 스위치(112)를 작동하면 상기 가스노즐(113)로 공급되는 불활성 가스의 공급이 차단됨과 동시에 전기 공급이 차단되어 아크가 발생하지 않는다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TIG 용접 장치의 용접부 정면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 더욱 바람직한 실시 형태를 보인 것으로, 와이어 공급기(120)의 하부, 더욱 구체적으로는 고정구(120a) 하부에 가이드바(151)가 연장 설치되고, 상기 가이드바(151) 하부에 가이드휠(150)이 회전 가능하게 설치된 구조이다. 이와 같이 가이드휠(150)이 설치되면, 토치를 용접모재(30) 상에서 이동시킬 때 가이드휠(150)이 용접모재(30) 상면에 접한 상태로 이동하므로 작업자가 용접작업을 할 때 전극봉(114)과 와이어 용접봉(140)이 용접 모재(30)의 상면에서 일정한 높이를 유지할 수 있으므로, 초보자라도 쉽게 고기능 용접을 수행할 수 있다.
여기서 상기 가이드바(151)에 장방홀(152)이 설치되고, 상기 장방홀(152)을 따라 상/하 이동 가능하게 되고 장방홀(152)의 소정 위치에서 조임 고정되는 조절나사(153)가 설치되며, 또한 상기 조절나사(153)의 상/하 가변 이동에 대응하여 상기 가이드휠(150)의 위치도 상/하로 가변되게 설치할 수 있으며, 이는 상기 조절나사(153)의 상/하 이동 및 고정 위치에 따라 가이드휠(150)의 고정 위치가 가변되므로 작업자가 작업 환경에 맞추어 임의로 상기 가이드휠(150)의 설치 높이(위치)를 조절할 수 있게 된다.
이상 설명된 와이어 공급기(120)는 TIG 용접장치에 적용된 예를 들어 설명되었으나, 본 발명의 기술사상에 따르면, 상기 와이어 공급기(120)는 다른 용접장치에 적용될 수 있는 바, 이와 같이 도면에 도시된 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이며, 그러한 변경 및 타 실시예는 하기의 특허청구범위에 포함된다.
도 1은 종래 TIG 용접 장치의 용접 형태를 개략적으로 보인 구성도.
도 2는 종래 TIG 용정 장치의 용접부분을 확대하여 보인 상세도.
도 3은 본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 용접 형태의 전체 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 용접부 정면 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 용접부 평면 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 용접부 측면 구성도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TIG 용접 장치의 용접부 정면 구성도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100...용접부 110...토치
111...홀더 112...스위치
113...가스노즐 114...전극봉
120...와이어 공급기 120a...고정구
121...모터 122...롤러
123...완충수단 124...와이어 노즐
125...릴(reel) 126...릴대
140...와이어 용접봉
150...가이드휠 151...가이드바
152...장방홀 153...조절나사

Claims (8)

  1. 홀더(111) 일측에 전극봉(114)을 내재한 가스노즐(113)이 구비된 용접용 토치(110)와, 상기 토치(110)와 용접 모재(30)에 전기를 인가하는 제어부(200)를 포함하는 용접장치에 있어서,
    상기 토치(110)는, 용접 와이어(140)를 자동 공급하는 와이어 공급기(120)와, 상기 와이어 공급기(120)의 구동과 상기 가스노즐(113)로의 가스 공급을 제어하는 스위치(112)를 포함하며,
    상기 와이어 공급기(120)는, 모터(121)와,
    상기 모터(121) 구동으로 회전하여 와이어(140)를 송급하는 롤러(122)와,
    상기 롤러(122)에 의해 송급되는 와이어(140)를 아크 발생부로 안내하는 와이어 노즐(124)로 이루어지고,
    상기 와이어 노즐(124)의 상부에 와이어 노즐(124)의 상하 방향의 유동을 제어하는 완충수단(123)이 구비되며,
    상기 스위치(112)는, 전극봉에서의 아크 발생 / 와이어 공급 / 와이어 공급 중단 / 가스 및 전기 차단 단계를 순차적으로 전환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 와이어 공급기(120)는, 릴대(126) 상에서 축 회전 가능하게 마련되고 상기 와이어(140)를 권취한 와이어 릴(125)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 와이어 공급기(120)의 저부에 가이드바(151)가 하향 연장되고, 상기 가이드바(151) 하부에 용접 모재의 표면과 접하는 가이드휠(150)이 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 가이드바(151)에 장방홀(152)이 형성되고, 상기 장방홀(152) 내에 가이드휠(150)의 위치를 가변 및 고정시키는 조절나사(153)가 구비된 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
  8. 제 1항 또는 제 4항 또는 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 제어부(200)를 구성하는 본체(210)에 와이어 송급 속도를 조절하는 속도 조절기(220)가 구비된 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
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