KR101234556B1

KR101234556B1 - 용사 장치

Info

Publication number: KR101234556B1
Application number: KR1020100134424A
Authority: KR
Inventors: 박광수; 김진홍; 이경황; 박종원; 신홍철
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2013-02-19
Also published as: KR20120072589A

Abstract

본 발명은 금속 재질의 선재를 용융시켜 분사하는 용사 장치에 관한 것으로서, 선재를 용융시켜 분사시키는 용사기; 용융된 선재를 분사시키는데 필요한 압력을 제공하는 압력발생장치; 및 상기 압력발생장치로부터 공급되는 기체의 압력에 의해 작동하며, 선재를 용사기의 노즐 방향으로 이송시키는 이송장치;를 포함한다.

Description

용사 장치{Thermal spray apparatus}

본 발명은 용사 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기압을 이용하여 금속 선재를 공급할 수 있는 용사 장치에 관한 것이다.

용사 장치는 봉 형태 또는 분말 형태의 코팅 소재를 용융 또는 용융에 가까운 온도로 가열하고, 가열된 코팅 소재를 코팅될 대상물에 분사하여 코팅하는 장치이다. 이러한 용사 장치에 의해 이루어진 용사 코팅은 부품 및 제품의 표면에 금속 코팅층을 형성하여 내마모성, 내식성 및 내열성을 증대시키거나 전기 전도성과 절연성을 향상시킨다.

일반적으로 용사 장치는 금속 선재를 코팅 소재로 사용한다. 용사 장치는 금속 선재를 용사기 내부로 공급하는 방식에 따라 풀 타입(Pull Type), 푸시 타입(Push Type) 및 풀-푸시 타입(Pull-Push Type)으로 구분된다.

풀 타입의 용사 장치는 용사기 내부에 모터를 구비하고, 이 모터의 회전력을 이용하여 금속 선재를 공급받는다. 푸시 타입의 용사 장치는 용사기 외부에 설치된 선재 공급 장치에 의해 금속 선재를 공급받는다. 그리고 풀-푸시 타입은 선재 공급 장치에서 선재를 밀어 이송시킴과 동시에 용사기 내부의 모터가 선재를 잡아당김으로써 금속 선재를 공급받는다.

전술된 3가지 유형의 용사 장치 중, 풀 타입과 풀-푸시 타입의 용사 장치는 능동적으로 선재를 공급하므로, 선재의 공급효율이 좋고 사용자의 행동에 제약이 크지 않다.

그러나, 이들 2가지 유형의 용사 장치는 내부에 모터를 구비하므로, 상대적으로 무겁다는 단점이 있다. 때문에 이들 유형의 용사 장치는 작업자에게 많은 피로감을 주는 단점이 있다.

반면, 푸시 타입의 용사 장치는 용사기의 내부에 모터가 설치되지 않으므로, 상대적으로 가볍다. 따라서 이 유형의 용사 장치는 작업자가 용사기(또는 용사 건)를 들고서 용사 코팅작업을 수행하기에 편리하다

그러나 푸시 타입의 용사 장치는 선재 공급 장치와 항상 일정한 거리 및 위치 관계(선재가 휘어지면 선재의 공급이 원활하게 이루어지지 않는다)를 유지해야 하므로, 실질적으로 작업자가 작업하는데 많은 제약이 따른다.

따라서 용사 장치 또는 용사기의 부피를 줄이면서 선재의 공급이 원활하게 이루어질 수 있는 용사 장치 또는 용사기의 개발이 절실히 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용사 장치의 무게를 줄이면서 선재의 공급이 원활하게 이루어질 수 있는 용사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따르면, 선재를 용융시켜 분사시키는 용사기; 용융된 선재를 분사시키는데 필요한 압력을 제공하는 압력발생장치; 및 상기 압력발생장치로부터 공급되는 기체의 압력에 의해 작동하며, 선재를 용사기의 노즐 방향으로 이송시키는 이송장치;를 포함하는 용사 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 이송장치는, 상기 기체의 압력에 의해 작동하는 공압 모터; 및 선재와 접촉한 상태에서, 상기 공압 모터에 의해 회전하며 선재를 이송시키는 롤러;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 롤러는 선재가 끼워지는 홈을 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 용사기는 제1분사구와 제2분사구를 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2분사구는 상기 제1분사구를 중심으로 원형 배치될 수 있다.

본 발명은 선재를 이송시키는데 필요한 구동부의 구성을 최소화하여 용사 장치를 경량화시킬 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 용사기가 가벼워져 작업자가 용사작업을 편안하고 안정적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 용사에 필요한 기체를 선재 이송장치의 동력원으로 활용하므로, 용사 장치에 필요한 소비전력을 절감시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 롤러에 형성된 홈에 의해 롤러와 선재 간의 접촉이 효과적으로 이루어지므로, 롤러를 통한 선재의 이송을 안정적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 용사 장치의 구성도이고,
도 2는 도 1에 도시된 용사기의 일부 구성을 나타낸 도면이고,
도 3은 도 1에 도시된 이송장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 용사 장치의 용사기를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 4에 도시된 용사기의 정면을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 용사 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 용사 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 용사기의 일부 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 이송장치의 구성을 나타낸 도면이다.

제1실시 예에 따른 용사 장치(100)는 용사기(110), 아크 발생 부재(120, 122), 기체 분사기(130), 선재 이송장치(140), 압력발생장치(150)를 포함한다.

용사기(110)은 작업자가 휴대할 수 있는 크기로 제작되며, 용사 코팅을 위한 용융 금속을 실질적으로 분사하는 부분이다. 용사기(110)은 용융 금속의 분무를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 노즐 형태의 제1분사구(112)를 가진다.

용사기(110)은 내부에 다른 장치들을 수용할 수 있는 수납공간을 가진다. 수납공간에는 아크 발생 부재(120, 122), 기체 분사기(130), 선재 이송장치(140)가 설치된다.

참고로, 용사기(110)은 작업자가 사용하기 편리하도록 손잡이를 구비하는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 용사기(110)은 내부에 장착된 장치들을 작동시킬 수 있는 스위치들을 구비할 수 있다.

아크 발생 부재(120, 122)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1아크 발생 부재(120)와 제2아크 발생 부재(122)로 이루어진다. 각각의 아크 발생 부재(120, 122)는 서로 다른 전극에 연결된다. 예를 들어 제1아크 발생 부재(120)에는 양의 전극이 연결되고, 제2아크 발생 부재(122)에는 음의 전극이 연결된다.

이와 같이 서로 다른 극성을 갖는 제1아크 발생 부재(120)와 제2아크 발생 부재(122)는 소정의 각(바람직하게는 예각을 이루는 것이 좋다)을 이룬 상태로 설치된다. 그러나 제1아크 발생 부재(120)와 제2아크 발생 부재(122)는 소정의 거리를 유지한 채 접촉하지 않는다.

제1아크 발생 부재(120)와 제2아크 발생 부재(122)는 선재(200)를 안내하기 위한 안내 홈이나 통로를 각각 갖는다. 이 안내 홈 또는 통로를 지나는 선재들(200)은 아크 발생 부재(120, 122)의 길이방향을 따라 이동하면서 서로 접촉하게 된다.

여기서, 제1아크 발생 부재(120)를 따라 이동하는 선재(200)와 제2아크 발생 부재(122)를 따라 이동하는 선재(200)는 서로 다른 극성을 가지므로, 접촉 시 아크를 발생시킨다. 이 경우 선재(200)의 접촉된 부분들은 용융되면서 금속 가스 형태로 변한다. 금속 가스 형태로 변화된 용융 선재는 기체 분사기(130)에 의해 분사된다.

한편, 본 실시 예에서는 선재(200)를 용융시키는 열원으로 아크를 이용하고 있으나, 화염 또는 플라즈마 등이 사용될 수 있다. 또한, 용사 코팅을 위한 선재(200)의 재질로는 금속, 세라믹, 복합소재 등 피 코팅 대상에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

기체 분사기(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 아크 발생 부재(120, 122) 사이에 설치된다. 기체 분사기(130)는 압력발생장치(150) 또는 다른 기체저장탱크로부터 기체를 공급받아 제1분사구(112)로 기체를 분사한다. 기체 분사기(130)는 기체를 분사하여 용융된 금속을 미립자 형태로 분무시킨다. 여기서 기체 분사기(130)는 기체의 고속 분사를 위해 노즐 형태로 제작될 수 있다.

기체 분사기(130)를 통해 분사되는 기체는 공기를 포함한 어떠한 기체도 가능하다. 다만, 고품질의 용사 코팅을 요구하는 경우에는, 용융 금속이 분사되면서 산화되는 것을 방지하기 위해 헬륨, 아르곤과 같은 불활성 기체를 사용하는 것이 좋다. 그러나 이러한 완전 불활성 기체는 다른 기체에 비해 상대적으로 고가이므로, 질소와 같이 상대적으로 저렴한 기체를 사용하는 것이 바람직하다.

참고로, 질소는 용융 금속과 질화물을 형성할 염려가 있는 경우에는 사용하지 않는 것이 바람직하다.

선재 이송장치(140)는 금속 선재(200)를 용사기(110)의 제1분사구(112) 쪽으로 이송시킨다. 선재 이송장치(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 공압 모터(142)와 롤러(144, 146)를 포함한다.

공압 모터(142)는 압력발생장치(150)와 연결되며, 압력발생장치(150)로부터 발생한 기체(공기, 질소 등을 포함한다)에 의해 작동한다. 이러한 공압 모터(142)는 기체를 동력원으로 작동하므로, 그 구성이 매우 간단하다.

따라서 본 실시 예와 같이 공압 모터(142)를 사용하면, 전기 모터를 사용하는 종래 기술에 비해 선재 이송장치(140)의 크기를 상당히 소형화할 수 있다. 특히, 공압 모터(142)는 전기 모터와 달리 코일, 코어, 영구자석 등과 같은 무거운 부품을 구비하지 않으므로, 선재 이송장치(140)의 무게 또한 대폭 감소시킬 수 있다.

아울러, 본 실시 예는 기체 분사기(130) 또는 용융 금속을 분사하는데 사용될 기체를 공압 모터(142)의 동력원으로 활용할 수 있으므로, 용사 장치(100)의 작동에 필요한 소비전류량을 대폭 감소시킬 수 있다.

롤러(144, 146)는 용사기(110) 내부에 설치되며, 선재(200)를 실질적으로 이송시킨다. 본 실시 예에서는 1개의 선재(200)를 이송시키기 위해 2개의 롤러(144, 146)를 사용한다. 즉, 2개의 선재(200)를 이송시키는 경우에는 4개의 롤러(144, 146)가 설치된다.

제1롤러(144)는 도 3에 도시된 바와 같이 공압 모터(142)와 연결된다. 도 3에서는 제1롤러(144)가 공압 모터(142)에 직접 연결된 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 복수의 기어들로 이루어진 감속기를 매개로 연결될 수 있다. 제1롤러(144)는 공압 모터(142)의 작동 시 회전운동한다. 제1롤러(144)는 용사기(110) 내부로 투입된 선재(200)와 접촉하도록 설치된다.

제2롤러(146)는 제1롤러(144)와 일정한 간격을 두고 설치된다. 그러나 필요에 따라, 제2롤러(146)는 제1롤러(144)와 접촉되도록 설치될 수 있다. 본 실시 예에 따른 제2롤러(146)는 축을 중심으로 자유 회전된다. 따라서 제1롤러(144)와 직접적으로 또는 간접적으로 접촉하지 않은 상태에서는 회전운동하지 않는다. 그러나 선재(200)의 원활한 이송 또는 상대적으로 중량의 선재(200)를 이송시키는 경우에는, 제2롤러(146)도 제1롤러(144)와 마찬가지로 공압 모터(142)에 의해 회전되도록 설치될 수 있다. 이 경우 제2롤러(146)는 제1롤러(144)와 기어조립체에 의해 연결될 수 있다. 여기서 제2롤러(146)는 제1롤러(144)와 반대 방향으로 회전한다.

제1롤러(144)와 제2롤러(146)의 둘레에는 홈(148)이 형성될 수 있다. 홈(148)은 선재(200)의 곡률반경과 동일하거나 유사한 것이 좋다. 롤러(144, 146)에 형성된 홈(148)은 롤러(144, 146)와 선재(200) 간의 상호 접촉면적을 증대시키므로, 롤러(144, 146)에 의한 선재(200)의 이송효율을 높여준다.

위와 같이 구성된 이송장치(140)는 선재(200)가 제1롤러(144)와 제2롤러(146) 사이로 투입되면, 공압 모터(142)에 의해 회전하는 롤러(144, 146)의 회전력을 통해 선재(200)를 일 방향으로 이송시킨다. 여기서 롤러(144, 146)는 선재(200)의 표면과 연속적으로 접촉하므로, 선재(200)를 일정한 속도로 이송할 수 있다.

참고로, 선재(200)의 이송속도는 공압 모터(142)의 변속비를 변경하여 조절할 수 있다.

압력발생장치(150)는 소정의 기체를 저장하는 탱크(152)와 펌프(154)를 포함한다. 압력발생장치(150)는 연결관(156)을 통해 용사기(110)와 연결된다.

탱크(152)는 공기를 포함한 기체를 저장한다. 바람직하게는 탱크(152)는 기체 분사기(130)에서 사용될 불활성 기체(예를 들어 질소)를 저장하는 것이 좋다. 탱크(152)의 크기는 용사 장치(100)의 크기에 따라 비례할 수 있다. 다만, 기체 분사기(130)가 공기를 사용하는 경우에는, 탱크(152)를 구비하지 않을 수 있다. 선택적으로 탱크(152)는 이동의 편의성을 위해 바퀴를 구비할 수 있다.

펌프(154)는 탱크(152)에 저장된 기체를 용사기(110)로 공급한다. 더욱 상세하게는, 펌프(154)는 탱크(152)의 기체를 기체 분사기(130)와 공압 모터(142)로 공급한다. 여기서 펌프(154)는, 기체 분사기(130)를 통한 기체의 고속분사와 기체에 의한 공압 모터(142)의 원활한 작동을 위해, 기체를 고속 또는 고압으로 공급하는 것이 바람직하다.

펌프(154)는 기체 분사기(130) 및 공압 모터(142)와 각각의 연결관(156)을 통해 연결될 수 있다. 그러나 바람직하게는, 펌프(154)와 공압 모터(142)가 연결되고, 공압 모터(142)와 기체 분사기(130)가 연결되는 공압 회로를 갖는 것이 좋다. 이러한 공압 회로는, 펌프(154)에서 공급된 기체가 공압 모터(142)를 회전시킨 후 기체 분사기(130)를 통해 분사되는 구조이므로, 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 용사 장치의 용사기를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 용사기의 정면을 나타낸 도면이다. 제2실시 예는 제2분사구를 더 구비한 점에 있어서 제1실시 예와 차이점을 갖는다. 참고로, 제2실시 예에서 제1실시 예와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제2실시 예의 용사 장치(100)는 제1분사구(112)와 함께 제2분사구(114)를 구비한다.

제1분사구(112)는 용사기(110)의 중앙에 형성되고, 제2분사구(114)는 제1분사구(112)를 중심으로 형성된다. 바람직하게는, 제2분사구(114)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1분사구(112)를 중심으로 원형 배치될 수 있다.

제1분사구(112)는 앞서 설명한 바와 같이 기체 분사기(130)로부터 공급되는 기체를 분사하여, 용융 금속이 미립자 형태로 분사되게 한다.

제2분사구(114)는 외부로부터 공급받은 기체를 용사기(110)의 전방으로 분사한다. 여기서 제2분사구(114)는 펌프(154)로부터 공급받은 기체를 분사할 수 있다(이 경우 기체 분사기(130)와 제2분사구(114)를 통해 분사되는 기체는 동종의 기체이다). 이와 달리, 제2분사구(114)는 별도의 기체공급수단으로부터 공급받은 기체를 분사할 수 있다(이 경우 기체 분사기(130)와 제2분사구(114)를 통해 분사되는 기체는 이종(異種)의 기체일 수 있다).

제2분사구(114)로 분사될 기체의 종류는 용사 장치(100)의 용도 또는 선재(200)의 종류에 따라 달라질 수 있다.

한편, 제2분사구(114)를 통해 분사되는 기체는 제1분사구(112)를 통해 분사되는 용융 금속의 분사 범위(즉 용사 코팅 범위)를 좁히거나 또는 확장시키는 구실을 한다.

예를 들어, 제2분사구(114)가 제1분사구(112)와 평행하게 형성되거나 또는 제1분사구(112)를 통해 분사되는 분무 형상(210)의 바깥쪽으로 분사되도록 형성된 경우에는, 분무 형상(210)이 넓게 퍼지는 것을 방해하므로, 용사 코팅 범위를 좁힌다.

반대로, 제2분사구(114)가 제1분사구(112)를 통해 분사되는 분무 형상(210)의 안쪽으로 분사되도록 형성된 경우에는, 분무 형상(210)에 난류발생을 더욱 촉진하면서 분무 형상(210)을 퍼지게 하므로, 용사 코팅 범위를 넓힌다.

이와 같이 구성된 본 실시 예에 따른 용사 장치(100)는 제2분사구(114)의 배치를 변경하여, 최대 수십 ㎜의 두께의 코팅층 형성하거나 코팅면적을 넓힐 수 있다. 따라서 본 실시 예의 용사 장치(100)는 해양 구조물, 조선기자재, 발전소, 보일러 설비, 송전탑, 교량 등의 다양한 구조물을 용사 코팅하는데 활용될 수 있다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

100 용사 장치
110 용사기 또는 용사기 112 제1분사구
114 제2분사구
120, 122 아크 발생 부재
130 기체 분사기 140 (선재) 이송장치
142 (공압) 모터 144, 146 롤러
148 홈
150 압력발생장치 156 연결관

Claims

선재를 용융시켜 분사시키는 용사기;
용융된 선재를 분사시키는데 필요한 압력을 제공하는 압력발생장치; 및
상기 압력발생장치로부터 공급되는 기체의 압력에 의해 작동하며, 선재를 용사기의 노즐 방향으로 이송시키는 이송장치;를 포함하는 용사 장치.
제1항에 있어서,
상기 이송장치는,
상기 기체의 압력에 의해 작동하는 공압 모터; 및
선재와 접촉한 상태에서, 상기 공압 모터에 의해 회전하며 선재를 이송시키는 롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용사 장치.
제2항에 있어서,
상기 롤러는 선재가 끼워지는 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 용사 장치.
제1항에 있어서,
상기 용사기는 제1분사구와 제2분사구를 갖는 것을 특징으로 하는 용사 장치.
제4항에 있어서,
상기 제2분사구는 상기 제1분사구를 중심으로 원형 배치되는 것을 특징으로 하는 용사 장치.