KR101401075B1 - 세라믹 코팅 용접토치용 노즐 - Google Patents

세라믹 코팅 용접토치용 노즐 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 코팅 용접토치용 노즐에 관한 것으로, 이산화탄소 용접토치의 토치바디 선단부에 장착되는 노즐에 있어서, 일단이 토치바디에 설치되며, 토치바디의 선단부에 설치된 가스디퓨져 및 가스디퓨져의 선단부에 설치되는 콘텍트팁을 감쌀 수 있도록 형성된 메인관부와, 메인관부의 내열성을 향상시키기 위해 메인관부 표면에 세라믹 소재의 코팅제를 도포하여 형성한 보강코팅층을 구비한다.
본 발명에 따른 이산화탄쇼 용접토치용 노즐은 메인관부 표면에 형성된 보강코팅층에 의해 메인관부의 내열성을 향상시키며, 메인관부를 황동보다 저렴한 재질로 제작 가능하므로 제작비용이 저렴하다는 장점이 있다.

Description

세라믹 코팅 용접토치용 노즐{Ceramic coated nozzle for welding torch}
본 발명은 세라믹 코팅 용접토치용 노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접시 발생하는 고열에 의해 노즐에 결함이 발생되는 것을 방지하기 위해 내열성을 향상시키는 세라믹 코팅 용접토치용 노즐에 관한 것이다.
일반적으로 이산화탄소 용접기는 이산화탄소나 아르곤 등의 불활성 가스 속에서 용접이 이루어지는 것으로, 용접봉에 의해 용융금속이 대기와 접촉되지 않아 산화나 질화를 방지하도록 되어 있으며, 이로 인해 철은 물론 알루미늄이나 동, 스테인레스강, 특수강 등의 용접에 널리 사용되고 있다.
이러한 이산화탄소 용접기에 사용되는 용접토치는 내측으로 용접용 와이어와 가스가 공급되는 토치바디와, 상기 토치바디의 선단부에 연결장착되면서 가스를 토출시키는 가스디퓨져(gas diffuser)와, 상기 가스디퓨져의 외주면에 끼움결합되면서 토치바디의 선단부에 장착되어 노즐과 용접토치를 절연시키는 인슐레이터(insulator)와, 상기 가스디퓨져의 선단부에 연결장착되어 토치바디로부터의 용접용 와이어가 내측으로 공급되면서 용접용 와이어에 전류를 전달하는 콘텍트팁(contact tip)과, 상기 인슐레이터의 선단부에 연결장착되면서 가스디퓨져로부터의 가스를 모아 전방으로 토출시키는 노즐(nozzle)로 구성되어 있어 상기 용접용 와이어는 모재와의 사이에서 아크(arc)를 발생시키고 가스디퓨져로부터의 가스는 노즐을 통해 용접부분을 감싸면서 토출되어 용접이 이루어지게 된다.
상기와 같은 이산화탄소 용접토치에 사용되는 노즐은 통상적으로 황동재질로 형성되는 데, 단가가 비싸고 무게가 무거워서 현장에서 장시간 사용하는 경우 힘이 많이 소모되고 작업효율이 떨어지는 단점이 있다.
이에 한국 등록실용신안공보 제20-0431793호에는 이산화탄소 용접기용 토치의 노즐이 개시되어 있다. 상기 이산화탄소 용접기용 토치의 노즐은 원통형상으로 이루어지고 내측에 관통공이 형성되며, 내측 우측부에는 체결공이 형성되고, 외측표면에는 스플라인부가 형성됨과 아울러 노즐의 내측 및 외측 표면에 코팅층이 형성되는 데, 상기 코팅층은 하드 아노다이징 처리에 의해 형성된 산화 알루미늄 피막이다.
그러나 상기 이산화탄소 용접기용 토치의 노즐은 표면에 코팅층이 마련되어 있으나, 상기 코팅층은 산화 알루미늄 피막으로 알루미늄을 하드 아노다이징 처리하여 제조하는 것으로서, 노즐의 재질이 알루미늄으로 제한되며, 하드 아노다이징 처리하는 데 많은 비용과 시간이 소요되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 용접시 발생하는 아크에 대한 내열성을 향상시키며, 황동보다 저렴한 다양한 소재로 노즐을 제작할 수 있는 세라믹 코팅 용접토치용 노즐을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹 코팅 용접토치용 노즐은 용접토치의 토치바디 선단부에 장착되는 노즐에 있어서, 일단이 상기 토치바디에 설치되며, 상기 토치바디의 선단부에 설치된 가스디퓨져 및 상기 가스디퓨져의 선단부에 설치되는 콘텍트팁을 감쌀 수 있도록 형성된 메인관부와, 상기 메인관부의 내열성을 향상시키기 위해 상기 메인관부 표면에 세라믹 소재의 코팅제를 도포하여 형성한 보강코팅층을 구비한다.
상기 코팅제는 이산화규소, 산화철, 산화알루미늄 또는 탄화규소 중 적어도 어느 하나가 포함되어 이루어진 것이 바람직하다.
상기 보강코팅층은 상기 콘텍트팁에 인접된 상기 메인관부의 타단부 표면에 형성된 제1코팅영역과, 상기 제1코팅영역을 제외한 상기 메인관부의 표면에 형성된 제2코팅영역을 포함하고, 상기 제1코팅영역은 상기 제2코팅영역보다 두께가 두껍게 형성된다.
한편, 상기 메인관부는 일단이 상기 토치바디에 분리가능하게 결합된 장착관과, 상기 장착관의 타단에 분리가능하게 결합된 교체관을 구비할 수도 있다.
상기 보강코팅층은 상기 장착관의 표면에 형성된 제3코팅영역과, 상기 교체관의 표면에 형성된 제4코팅영역을 포함하고, 상기 제4코팅영역은 상기 제3코팅영역의 두께보다 더 두껍게 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이산화탄쇼 용접토치용 노즐은 메인관부 표면에 형성된 세라믹 소재의 코팅제를 도포하여 형성된 보강코팅층에 의해 메인관부의 내열성을 향상시키며, 메인관부를 황동보다 저렴한 재질로 제작 가능하므로 제작비용이 저렴하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 코팅 용접토치용 노즐에 대한 분리 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 코팅 용접토치용 노즐에 대한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 세라믹 코팅 용접토치용 노즐에 대한 분리 사시도이고,
도 4는 도 3의 세라믹 코팅 용접토치용 노즐에 대한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 세라믹 코팅 용접토치용 노즐을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명에 따른 세라믹 코팅 용접토치용 노즐(1)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 세라믹 코팅 용접토치용 노즐(1)은 이산화탄소 용접토치용 교체식 노즐(1)은 이산화탄소 용접토치(10)의 토치바디(11) 선단부에 장착되는 노즐로서, 일단이 상기 토치바디(11)에 분리가능하게 결합되며, 토치바디(11)의 선단부에 설치된 가스디퓨져(13) 및 콘텍트팁(14)이 관통되게 삽입될 수 있도록 관통구가 마련된 메인관부(20)와, 메인관부(20)의 내열성을 향상시키기 위해 메인관부(20) 표면에 세라믹 소재의 코팅제를 도포하여 형성한 보강코팅층(30)을 구비한다.
메인관부(20)는 가스디퓨져(13) 및 콘텍트팁(14)이 내부에 삽입될 수 있도록 제1중공(21)이 마련된 원통형으로 형성되며, 콘텍트팁(14)을 감쌀 수 있도록 타단부가 콘텍트팁(14)의 선단부보다 전방에 위치하도록 소정길이 연장형성된다. 토치바디(11)의 선단부에 장착되어 노즐과 용접토치를 절연시키는 인슐레이터(12)의 제1숫나사부(17)에 나사결합될 수 있도록 메인관부(20)는 일단부 내주면에 제1암나사부(22)가 형성되어 있다. 이때, 메인관부(20)는 스테인레스 스틸, 고력알루미늄, 듀랄미늄, 청동 중 어느 하나의 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
메인관부(20)는 작업자가 용이하게 파지할 수 있도록 가운데 부분 외주면에 원주방향을 따라 다수의 제1요철(23)이 형성되어 있다. 다수의 제1요철(23)에 의해 작업자가 메인관부(20)를 파지시 미끄럼 발생이 감소하여 메인관부(20)를 용이하게 인슐레이터(12)에 분리하거나 결합시킬 수 있다.
보강코팅층(30)은 세라믹 소재의 코팅제를 메인관부(20) 내외측 표면에 도포하여 형성한다. 상기 코팅제는 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe3O4) 또는 탄화규소(SiC) 중 적어도 어느 하나가 포함되어 이루어진다. 작업자는 액상의 코팅제를 도장용 붓 또는 스프레이를 사용하여 메인관부(20)의 내외측 표면에 도포하고, 경화시켜 보강코팅층(30)을 형성한다. 이때, 메인관부(20)는 샌드블라스팅으로 표면을 다듬어 마무리하고, 세척 및 건조시킨 다음 상기 코팅제를 표면에 도포하는 것이 바람직하다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 보강코팅층(30)은 제1 및 제2코팅영역(31,32)으로 분할될 수 있다. 제1코팅영역(31)은 콘텍트팁(14)에 인접된 메인관부(20)의 타단부 표면에 형성되고, 제2코팅영역(32)은 제1코팅영역(31)을 제외한 메인관부(20)의 표면에 형성된다. 이때, 제1코팅영역(31)은 용접시 발생된 아크에 인접되어 제2코팅영역(32)보다 아크로부터 발생된 열에 대한 영향을 더 많이 받으므로 제2코팅영역(32)보다 두께가 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 언급된 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹 코팅 용접토치용 노즐(1)은 메인관부(20)의 내열성을 향상하기 위해 코팅제를 메인관부(20) 표면에 도포하여 보강코팅층(30)을 형성하므로 메인관부(20)의 재질에 대한 제한이 낮아 황동보다 저렴하고 무게가 가벼운 알루미늄이나 스테인레스 스틸과 같은 다양한 소재로 메인관부(20)를 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 코팅제가 세라믹 소재로 형성되어 있으므로 용접시 발생하는 용접 스팟터(spatter)가 메인관부(20) 표면에 눌러붙는 것을 방지하여 작업시 노즐의 무게가 증가하는 것을 방지한다.
한편, 도 3 및 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 세라믹 코팅 용접토치용 노즐(100)이 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 메인관부(200)는 일단이 토치바디(11)에 분리가능하게 결합된 장착관(210)과, 장착관(210)의 타단에 분리가능하게 결합된 교체관(220)을 구비한다.
장착관(210)은 토치바디(11)의 선단부에 설치된 가스디퓨져(13) 및 콘텍트팁(14)이 관통되게 삽입될 수 있도록 제2중공(211)이 마련된 원통형으로 형성되며, 가스디퓨져(13) 및 콘텍트팁(14)과 나란하게 소정길이 연장형성된다.
장착관(210)은 인슐레이터(12)의 제1숫나사부(17)에 나사결합될 수 있도록 일단부 내주면에 제2암나사부(212)가 형성되어 있다. 또한, 장착관(210)은 교체관(220)에 나사결합될 수 있도록 타단부 내주면에 제3암나사부(213)가 형성되어 있다. 장착관(210)은 작업자가 용이하게 파지할 수 있도록 가운데 부분 외주면에 원주방향을 따라 다수의 제2요철(214)이 형성되어 있다. 상기 다수의 제2요철(214)에 의해 작업자가 장착관(210)을 파지시 미끄럼 발생이 감소하여 장착관(210)을 용이하게 인슐레이터(12)로부터 분리하거나 결합시킬 수 있다.
상기 언급된 바와 같이 구성된 장착관(210)은 스테인레스 스틸, 알루미늄, 듀랄미늄, 청동 중 어느 하나의 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 장착관(210)은 도면에 도시되진 않았지만, 내경과 외경 사이의 두께가 교체관(220)의 내경과 외경사이의 두께보다 더 두껍게 형성되며, 바람직하게는 교체관(220)의 두께보다 1.5배 내지 2배 더 두껍게 형성된다. 장착관(210)이 교체관(220)보다 두께가 두꺼우므로 상대적으로 내구성 및 강도가 향상되어 용접시 발생되는 고열의 아크에 의한 열변형율이 감소된다. 따라서, 장착관(210)의 수명이 상대적으로 연장되어 용접비용 및 원자재 소모를 절감할 수 있다.
교체관(220)은 제2중공(211)에 연통되는 제3중공(221)이 관통되게 형성되며, 장착관(210)의 연장방향과 나란하게 소정길이 연장된 원통형으로 형성된다. 교체관(220)의 일단면에는 장착관(210) 방향으로 돌출되며, 장착관(210)의 제3암나사부(213)와 나사결합될 수 있도록 외주면에 제2숫나사부(224)가 마련된 결합부(222)가 형성된다.
상기 결합부(222)는 장착관(210) 내부로 인입되므로 결합부(222)와 장착관(210)이 접하는 내측 경계선이 상대적으로 교체관(220)의 타단부로부터 토치바디(11) 측으로 인입된 위치에 형성되므로 용접시 발생한 용접슬래그가 교체관(220) 내부로 인입되더라도 결합부(222) 및 장착관(210)의 내측 경계에 들러붙는 것이 방지되므로 교체관(220)을 교체시 장착관(210)으로부터 용이하게 교체관(220)을 분리시킬 수 있다.
교체관(220)은 작업자가 용이하게 파지할 수 있도록 가운데 부분 외주면에 원주방향을 따라 다수의 제3요철(223)이 형성되는 것이 바람직하다. 다수의 제3요철(223)에 의해 작업자가 교체관(220)을 파지시 미끄럼 발생이 감소하여 교체관(220)을 용이하게 장착관(210)으로부터 분리하거나 결합시킬 수 있다. 상기 언급된 바와 같이 구성된 교체간은 스테인레스 스틸, 알루미늄, 청동 중 어느 하나의 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 보강코팅층(300)은 제3 및 제4코팅영역(301,302)으로 분할될 수 있다. 제3코팅영역(301)은 장착관(210)의 내외측 표면에 형성되고, 제4코팅영역(302)은 교체관(220)의 내외측 표면에 형성된다. 이때, 제4코팅영역(302)은 용접시 발생된 아크에 인접되어 제3코팅영역(301)보다 아크로부터 발생된 열에 대한 영향을 더 많이 받으므로 제3코팅영역(301)보다 두께가 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다. 제4코팅영역(302)이 제3코팅영역(301)보다 두께가 두꺼우므로 상대적으로 교체관(220)의 내구성 및 강도가 향상되어 용접시 발생되는 고열의 아크에 의한 교체관(220)의 열변형율이 감소된다.
작업자는 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe3O4) 또는 탄화규소(SiC) 중 적어도 어느 하나가 포함된 액상의 코팅제를 도장용 붓 또는 스프레이를 사용하여 장착관(210) 및 교체관(220)의 내외측 표면에 도포하고, 경화시켜 보강코팅층(300)을 형성한다. 이때, 장착관(210)과 교체관(220)은 샌드블라스팅으로 표면을 다듬어 마무리하고, 세척 및 건조시킨 다음 상기 코팅제를 표면에 도포하는 것이 바람직하다.
상기 언급된 바와 같이 구성된 세라믹 코팅 용접토치용 노즐(100)의 설치방법은 다음과 같다.
먼저, 제2중공(211)에 가스디퓨져(13)가 관통되게 삽입되도록 장착관(210)을 설치하고, 인슐레이터(12)의 제1숫나사부(17)에 장착관(210)의 제2암나사부(212)를 체결하여 인슐레이터(12)에 장착관(210)을 설치한다. 장착관(210)의 타단에 결합부(222)를 나사결합하여 장착관(210)에 교체관(220)을 결합시킨다.
용접토치의 콘텍트팁(14)을 통해 공급되는 용접용 와이어와 가스디퓨져(13)를 통해 공급되는 가스를 통해 피용접물의 용접이 이루어지게 된다. 이때, 용접과정에서 발생되는 고열의 아크에 의해 콘텍트팁(14)을 감싸는 교체관(220)이 열변형되거나 용접시 발생되는 용접슬래그가 들러붙어 더이상 사용이 불가능할 경우, 교체관(220)을 장착관(210)으로부터 분리시키고, 새로운 교체관(220)을 장착관(210)에 설치한다. 상기 언급된 바와 같이 용접시 발생하는 열변형 및 용접슬래그에 의해 결함이 발생할 경우, 교체관(220)만을 분리하여 교환하므로 용접비용 및 원자재 소모를 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 세라믹 코팅 용접토치용 노즐
10: 용접토치
11: 토치바디
12: 인슐레이터
13: 가스디퓨져
20: 메인관부
21: 제1중공
22: 제1암나사부
23: 제1요철
30: 보강코팅층
210: 장착관
220: 교체관
300: 보강코팅층

Claims (5)

  1. 용접토치의 토치바디 선단부에 장착되는 노즐에 있어서,
    일단이 상기 토치바디에 설치되며, 상기 토치바디의 선단부에 설치된 가스디퓨져 및 상기 가스디퓨져의 선단부에 설치되는 콘텍트팁을 감쌀 수 있도록 형성된 메인관부와;
    상기 메인관부의 내열성을 향상시키기 위해 상기 메인관부 표면에 세라믹 소재의 코팅제를 도포하여 형성한 보강코팅층;을 구비하고,
    상기 보강코팅층은
    상기 콘텍트팁에 인접된 상기 메인관부의 타단부 표면에 형성된 제1코팅영역과, 상기 제1코팅영역을 제외한 상기 메인관부의 표면에 형성된 제2코팅영역을 포함하고,
    상기 제1코팅영역은 상기 제2코팅영역보다 두께가 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 용접토치용 노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅제는 이산화규소, 산화철, 산화알루미늄 또는 탄화규소 중 적어도 어느 하나가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 용접토치용 노즐.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 용접토치의 토치바디 선단부에 장착되는 노즐에 있어서,
    일단이 상기 토치바디에 설치되며, 상기 토치바디의 선단부에 설치된 가스디퓨져 및 상기 가스디퓨져의 선단부에 설치되는 콘텍트팁을 감쌀 수 있도록 형성된 메인관부와;
    상기 메인관부의 내열성을 향상시키기 위해 상기 메인관부 표면에 세라믹 소재의 코팅제를 도포하여 형성한 보강코팅층;을 구비하고,
    상기 메인관부는
    일단이 상기 토치바디에 분리가능하게 결합된 장착관과,
    상기 장착관의 타단에 분리가능하게 결합된 교체관을 구비하고,
    상기 보강코팅층은
    상기 장착관의 표면에 형성된 제3코팅영역과, 상기 교체관의 표면에 형성된 제4코팅영역을 포함하고, 상기 제4코팅영역은 상기 제3코팅영역의 두께보다 더 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 용접토치용 노즐.








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