KR101435194B1

KR101435194B1 - 플럭스 코어드 용접 와이어와 그의 제조 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101435194B1
Application number: KR1020120043854A
Authority: KR
Inventors: 곽희진; 김영수
Original assignee: 주식회사 세아에삽
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2014-09-01
Also published as: WO2013162960A1; EP2841232A4; JP2017024082A; KR20130120735A; EP2841232B1; EP2841232A1; US20150044506A1; JP2015514593A; JP6449825B2; US10124444B2

Abstract

본 발명은 스트립 내에 충전되는 플럭스의 외부 누출 및 외부 습기의 유입을 안정적으로 방지하면서도 제조 시간의 증가는 방지될 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어와, 그의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 평판 스트립의 양 끝단을 말아서 심(seam) 부위를 갖는 관체로 형성되며, 내부에는 플럭스가 충전되는 내부 관체; 그리고, 평판 스트립의 양 끝단을 말아서 심(seam) 부위를 갖는 관체로 형성됨과 더불어 상기 내부 관체의 둘레면을 감싸되면서 밀착되도록 형성되는 외부 관체:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어와, 이 플럭스 코어드 와이어를 제조하는 장치 및 방법이 제공된다.

Description

플럭스 코어드 용접 와이어와 그의 제조 방법 및 장치{flux cored wire and manufacturing method thereof and manufacturing device thereof}

본 발명은 플럭스 코어드 용접 와이어(Flux Cored welding Wire;FCW) 것으로써, 더욱 구체적으로는 저온에서의 수소 크랙과 용접 후 기공의 발생 억제를 보증하는 저수소계 FCW를 제조하는 방법 및 제품에 관한 것이다.

일반적으로 플럭스 코어드 와이어(FCW;Flux Cored Wire)는 슬래그 형성제, 아크 안정제, 탈산제, 탈질제, 합금제 및 철분 등으로 이루어진 플럭스(flux)가 성형된 강재 내부에 충전되어 이루어진 아크 용접용 와이어이다.

상기한 플럭스 코어드 와이어는 솔리드 와이어에 비해 아크가 매우 안정되고, 스패터의 입자가 미세하고 양이 적으며, 비드 외관이 매우 미려하여 퍼짐성이 우수하고, 슬래그가 완전히 덮히고, 박리성이 매우 양호하며, 특히 내균열성이 뛰어나다는 장점을 가지며, 이러한 장점들로 인해 조선, 차량, 교량, 건축, 철골구조물 등의 맞대기 및 필렛용접에 주로 사용되고 있다.

한편, 전술된 플럭스 코어드 와이어는 첨부된 도 1과 같이 스트립 공급기에 감겨서 제공되는 박판의 스트립(10)이 복수의 1차 조관롤러(21)를 통과하는 과정에서 양측 부위가 점차 상향 절곡되면서 충전 공간을 갖는 관의 형상을 이루게 되고, 이렇게 관의 형상을 이루는 스트립(10)의 내부에 플럭스 호퍼(22)를 통한 플럭스(30)의 공급이 이루어지며, 계속해서 복수의 2차 조관롤러(23)를 통과하면서 둥글게 말린 후 인발다이(24) 및 인발드럼(25)를 통과하면서 인발이 이루어진 상태로 와이어릴(26)에 감겨 그 제조가 완료된다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래 기술의 제조 방법을 통해 제조된 플럭스 코어드 와이어는 첨부된 도 2의 (a) 혹은, (b)와 같이 상기 스티립(10)의 말려진 양 끝단 사이에 심(seam)(11)이 존재하는 형태의 플럭스 코어드 와이어로써, 상기 심(11)을 통하여 외부 수소원인 수소를 함유한 공기가 내부 플럭스(30)에 부착되어 용접 재료의 수소 함유량을 높여 용접 결함을 초래하며, 또한 이러한 심(11)을 통하여 내부 플럭스(30)가 용접 중 유출되어 아크 안정성을 해치는 문제를 가지고 있다.

즉, 종래의 플럭스 코어드 와이어는 저수소계 용접재료에 적합하지 않았던 것이다. 이때 저수소계 용접재료라 함은 용접부위 100g 당 5ml이하의 수소함유량을 보증하는 용접재료이다.

이에 따라, 상기한 심(11)을 용접 등으로 제거한 심리스 타입의 플럭스 코어드 와이어도 추가로 제공되고 있으며, 이러한 심리스 타입의 플럭스 코어드 와이어는 첨부된 도 3의 (a)와 같이 상기 2차 조관롤러(23)를 통과한 스트립(10)의 심(11)에 고주파 저항 용접이나 레이저 용접 등으로 용접하여 도 3의 (b)와 같이 심(11)이 제거된 심리스 타입으로 만들어지도록 구성된다. 이때, 첨부된 도 1의 도면부호 91은 상기 심(11)의 제거를 위한 용접기이다.

하지만, 상기한 심리스 타입의 플럭스 코어드 와이어의 용접중 고주파 저항 용접 공정에서는 용접 작업시 강한 자기장과 성형 작업 속도에 의한 진동으로 플럭스(30)가 심(11)에 부착되면서 용접됨에 따라 비메탈계 플럭스가 용접 결함을 일으켜, 인발 과정 중 단선을 일으키면서 가동효율을 떨어뜨린 문제점을 야기하였다.

이에 유럽특허 EP 0489167B1에서는 이러한 용접 결함으로 인한 생산성의 저하를 막기 위한 기술이 제공되었으나, 제조 공정이 복잡해지고, 막대한 열처리비용을 초래하였던 어려움이 있다. 또한 열처리공정을 2회 이상 실시하는 공정의 복잡성을 해결하기 위하여 레이저 용접기가 적용되고 있으나, 설비 가동에 의한 진동으로 플럭스가 심에 부착되어 용접되는 결함을 피할 수 없었으며, 이에 국내 등록특허 제10-0821365호에서는 단면을 오버랩으로 성형한 후 레이저용접하는 방법이 제공되고 있다.

또한, 최근에는 등록특허 제10-987346호와 같이 심 부위를 용접하지 않고, 스트립을 일부 겹치도록 말은 상태에서 이 플럭스 코어드 와이어의 바깥둘레면 전체에 액상수지로 도포하는 구성을 제시함으로써 전술된 심리스 타입의 플럭스 코어드 와이어에 대한 문제점이 해소될 수 있도록 하였다.

하지만, 상기한 방법은 액상수지의 도포 후 이를 경화하는 작업이 필요시되었고, 이러한 경화 작업은 플럭스 코어드 와이어의 제조 과정과는 연속적으로 수행되지 못하기 때문에 전체적인 작업 시간이 더욱 오래 걸릴 수밖에 없고, 더욱이 통상의 수지류가 고온의 열에 약함을 고려할 때 고온의 작업 환경에서는 그의 사용이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 스트립 내에 충전되는 플럭스의 외부 누출 및 외부 습기의 유입을 안정적으로 방지하면서도 제조 시간의 증가는 방지될 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어와, 그의 제조 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 장기보관 중에 FCW의 심부로 유입되는 수소원 즉 수분의 침투를 방지하여 용접부위 100g 당 5ml이하의 수소함유량을 보증하는 저수소계 용접재료로서의 사용이 가능하며, 아크 안정성을 향상시키기 위한 표면 동도금 처리에 필수적인 완전한 심리스 플럭스 코어드 와이어를 제조하기 위한 심부 용접을 기존의 외경에서 실시할 수 있도록 함으로써 제조공정과 생산성이 기존과 동일하게 유지하는 것이 가능하도록 하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플럭스 코어드 와이어에 따르면, 평판 스트립의 양 끝단을 말아서 심(seam) 부위를 갖는 관체로 형성되며, 내부에는 플럭스가 충전되는 내부 관체; 그리고, 평판 스트립의 양 끝단을 말아서 심(seam) 부위를 갖는 관체로 형성됨과 더불어 상기 내부 관체의 둘레면을 감싸면서 밀착되도록 형성되는 외부 관체를 포함하여 구성되고; 상기 내부 관체의 심 부위와 상기 외부 관체의 심 부위는 서로 일치되지 않는 위치에 배치되고, 플럭스가 충전된 내부 관체와 상기 내부 관체의 외부를 감싸는 외부관체가 직경이 축소되도록 인발되어 성형되며, 상기 내부 관체 및 상기 외부 관체는 평판 스트립의 양 끝단이 서로 밀착되어 단면이 둥근 형태로 형성한 관으로 구성되고, 상기 외부 관체의 두께는 상기 내부 관체의 두께 이상으로 형성되며, 상기 내부 관체 내에 충전되는 플럭스의 충전량은, 상기 내부 관체를 포함한 총 중량 대비 30~40% 범위이고, 상기 내부 관체와 상기 외부 관체를 포함한 전체 중량 대비 12~15% 범위이며, 상기 내부 관체와 외부 관체는 상기 인발에 의해 단일체를 이루는 것을 특징으로 한다.

삭제

이와 함께, 상기 내부 관체의 심 부위와 상기 외부 관체의 심 부위 간은 각 관체의 중심을 기준으로 60°이상의 각도만큼 이격된 위치에 배치되도록 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 관체의 심 부위는 용접을 통해 제거되도록 하여 심리스(seamless) 구조로 형성됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플럭스 코어드 와이어 제조 장치에 따르면, 내부 관체의 성형을 위한 박판의 스트립이 권취된 상태로 상기 스트립을 공급하는 제1스트립 공급부; 외부 관체의 성형을 위한 박판의 스트립이 권취된 상태로 상기 스트립을 공급하는 제2스트립 공급부; 상기 제1스트립 공급부로부터 공급되는 스트립을 제공받아 상기 스트립의 양측 부위를 점차 상향 절곡시키면서 충전 공간을 갖는 둘레면 일부가 개구된 내부 관체를 이루도록 성형하는 제1성형기의 제1성형부; 상기 제1성형부에 의해 일부가 개구된 내부 관체 내로 플럭스를 충전하는 플럭스 충전부; 상기 플럭스가 충전된 내부 관체의 개구 부위가 서로 밀착되도록 성형하는 제1성형기의 제1클로징부; 상기 제2스트립 공급부로부터 공급되는 스트립을 제공받아 상기 스트립의 양측 부위를 점차 상향 절곡시키면서 상기 제1클로징부를 통해 성형된 내부 관체의 둘레면을 감싸는 외부 관체를 성형하는 제2성형기; 그리고, 상기 제2성형기를 통해 성형된 외부 관체를 제공받아 직경을 점차 축소시켜 플럭스 코어드 와이어로 성형하는 인발부를 포함하여 구성되고; 상기 제1성형기 및 제2성형기는 각각의 스트립이 통과될 때 상기 스트립이 관체를 이루도록 성형하는 복수의 성형롤러를 포함하여 구성하고; 상기 제1성형기의 클로징부를 이루는 각 성형롤러와 상기 제2성형기를 이루는 각 성형롤러는, 내부 관체의 양 끝단 간이 밀착되는 심 부위와 외부 관체의 양 끝단 간이 밀착되는 심 부위가 서로 일치되지 않도록 배치되며, 상기 제1성형기의 제1클로징부는 상기 제1스트립 공급부로부터 공급되는 스트립의 양 끝단을 서로 밀착시켜 단면이 둥근 형태의 관으로 형성하고, 상기 제2성형기는 상기 제2스트립 공급부로부터 공급되는 스트립의 양 끝단을 서로 밀착시켜 단면이 둥근 형태의 관으로 형성하며, 상기 제1스트립 공급부 및 상기 제2스트립 공급부는, 상기 외부 관체의 두께가 상기 내부 관체의 두께 이상이 되도록 각각 스트립을 공급하며, 상기 플럭스 충전부에 의해 상기 내부 관체 내에 충전되는 플럭스의 충전량은, 상기 내부 관체를 포함한 총 중량 대비 30~40% 범위이고, 상기 내부 관체와 상기 외부 관체를 포함한 전체 중량 대비 12~15% 범위이며, 상기 인발부에 의해 상기 내부 관체와 외부 관체는 단일체를 이루게 되는 것을 특징으로 한다.

삭제

이와 함께, 상기 제2성형기와 상기 인발부 사이의 공정 위치에는 상기 제2성형기에 의해 성형된 외부 관체의 심 부위를 용접하는 용접부가 더 포함되어 배치됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플럭스 코어드 와이어 제조 방법에 따르면, 내부 관체의 성형을 위한 박판의 스트립을 제공받아 상기 스트립의 양측 부위를 점차 상향 절곡시키면서 충전 공간을 갖는 둘레면 일부가 개구된 내부 관체를 이루도록 성형하는 제1단계; 상기 제1단계에 의해 성형된 내부 관체의 개구 부위를 통해 상기 내부 관체 내로 플럭스를 충전하는 제2단계; 상기 제2단계를 통해 플럭스가 충전된 내부 관체의 개구 부위가 서로 밀착되도록 하는 제3단계; 외부 관체의 성형을 위한 박판의 스트립을 제공받아 상기 스트립의 양측 부위를 점차 상향 절곡시키면서 상기 제3단계를 통해 성형된 내부 관체의 둘레면을 감싸는 외부 관체를 성형하는 제4단계; 그리고 상기 제4단계를 통해 성형된 외부 관체를 제공받아 직경을 점차 축소시키는 인발 과정을 통해 플럭스 코어드 와이어로 성형하는 제5단계를 포함하고; 상기 제4단계에서 성형되는 외부 관체의 양 끝단 간이 밀착되는 부위는 상기 제3단계를 통해 성형된 내부 관체의 양 끝단 간이 밀착되는 부위와 서로 일치되지 않도록 성형되며, 상기 제3단계에서, 상기 내부 관체는 박판의 스트립의 양 끝단을 서로 밀착시켜 단면이 둥근 형태의 관으로 형성되고, 상기 제4단계에서, 상기 외부 관체는 박판의 스트립의 양 끝단을 서로 밀착시켜 단민이 둥근 형태의 관으로 형성되며, 상기 외부 관체의 두께는 상기 내부 관체의 두께 이상으로 형성되며, 상기 제2단계에서 상기 내부 관체 내에 충전되는 플럭스의 충전량은, 상기 내부 관체를 포함한 총 중량 대비 30~40% 범위이고, 상기 내부 관체와 상기 외부 관체를 포함한 전체 중량 대비 12~15% 범위이며, 상기 제5단계에서의 인발 과정을 통해 상기 내부 관체와 외부 관체는 단일체를 이루는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 제4단계의 수행 후 상기 제5단계가 수행되기 전에는 상기 제4단계를 통해 성형된 외부 관체의 양 끝단 간이 밀착된 부위인 심 부위를 용접하여 심리스(seamless) 구조로 성형하는 단계가 더 포함되어 진행됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명의 플럭스 코어드 와이어는 이중관 구조를 이루도록 구성되면서 각 관체의 심 부위는 서로 어긋난 위치에 배치되도록 구성되기 때문에 높은 수소 함량의 원인이 되는 수분을 함유한 공기가 플럭스 내부로 침투할 수 없을 뿐 아니라 플럭스가 용접 중 외부로 누출되어 송급 및 아크 안정성을 악화시키는 원인을 제거할 수 있게 된 효과를 가진다.

뿐만 아니라, 외부 관체의 심 부위는 용접을 통한 제거가 가능하기 때문에 심리스 타입의 플럭스 코어드 와이어로 제조될 수도 있게 된 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어 제조 장치 및 방법은 이중관 구조의 플럭스 코어드 와이어에 대한 제조가 가능하면서도 전체적인 기기들은 연속적인 공정의 진행이 가능하도록 배치됨에 따라 이중관 구조로 형성함에도 불구하고 전체적인 구조가 단순하면서도 제조 시간의 증가를 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1은 종래 기술에 따른 플럭스 코어드 와이어의 제조 장치를 설명하기 위해 나타낸 구성도
도 2는 종래 기술에 따른 심이 있는 플럭스 코어드 와이어의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 3은 종래 기술에 따른 심이 없는 심리스 타입 플럭스 코어드 와이어의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심이 있는 플럭스 코어드 와이어의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심이 없는 심리스 타입 플럭스 코어드 와이어의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어 제조 장치를 설명하기 위해 나타낸 구성도
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어가 제조되는 과정을 설명하기 위해 나타낸 상태도
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어 제조 장치를 설명하기 위해 나타낸 구성도

이하, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어와 그 제조 장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명하도록 한다. 첨부된 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어의 단면 구조를 도시하고 있다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어(FCW;Flux Cored Wire)(이하, “와이어”라 함)는 크게 내부 관체(50)와, 외부 관체(60)를 포함하여 구성됨을 특징으로 제시한다. 상기 내부 관체(50)는 와이어의 내측 부위를 이루는 관으로써, 내부에 플럭스(flux)(30)가 충전되는 부위이다.

삭제

이러한 내부 관체(50)는 평판 스트립(51)의 양 끝단(52)을 말아 서로 밀착시켜서 단면이 둥근 형태로 형성한 관으로 구성되며, 상기 내부 관체(50)의 양 끝단(52) 간의 밀착 부위는 미세한 틈을 갖는 심(53) 부위를 이룬다. 이때, 상기 내부 관체(50)의 양 끝단(52)은 첨부된 도 5와 같이 일부가 겹쳐지도록 구성할 수도 있는데, 이의 경우 심(53) 부위는 상기 겹쳐진 부위 중 외측에 위치되는 어느 한 끝단의 끝단면 위치가 된다.

그리고 상기 내부 관체(50) 내에 충전되는 플럭스(30)의 충전량은 내부 관체(50)를 포함한 총 중량 대비 30~40% 범위에 해당되도록 함이 바람직하다. 이는, 부족한 충전양(30% 미만)에 의한 용접 불량(해당 플럭스 코어드 와이어를 이용한 용접 작업시의 용접 불량)을 방지하면서도 과도한 충전양(40% 초과)에 의한 제조 불량을 미연에 방지하며, 또한 최종 제품의 완성시 외부 관체(50)를 포함한 전체 중량 대비 상기 플럭스(30)의 충전량이 12~15%를 만족할 수 있도록 하기 위함이다. 이때, 상기 플럭스(30)의 과도한 충전양에 의한 제조 불량이라 함은 플럭스(30)의 충전양이 과다하여 인발 과정 도중 단선이 발생하여 생산성을 떨어뜨리는 현상을 의미한다.

삭제

그리고, 상기 외부 관체(60)는 와이어의 외측 부위를 이루는 관으로써, 상기 내부 관체(50)를 감싸면서 상기 내부 관체(50)의 심(53) 부위를 통한 플럭스(30)의 누출이나 외부 습기의 유입을 방지할 수 있도록 하는 구성이다. 이러한 외부 관체(60)는 평판 스트립(61)의 양 끝단(62)을 말아 서로 밀착시켜 단면이 둥근 형태로 형성한 관으로 구성됨과 더불어 상기 내부 관체(50)의 둘레면을 감싸면서 밀착되도록 형성된다.

삭제

이때, 상기 외부 관체(60)의 양 끝단(61) 간의 밀착 부위는 미세한 틈을 갖는 심(63) 부위를 이룬다. 여기서 본 발명의 실시예에서는 상기 내부 관체(50)의 심(53) 부위와 상기 외부 관체(60)의 심(63) 부위가 서로 일치되지 않는 위치에 배치되도록 구성되도록 구성되고 있다.

삭제

즉, 각 심(53,63) 부위 간이 서로 불일치되는 부위에 각각 배치되도록 함으로써 상기 내부 관체(50)의 심(53) 부위를 통한 플럭스(30)의 누출이 발생될 수 없도록 함과 더불어 상기 외부 관체(60)의 심(63) 부위를 통해 유입될 수 있는 수분이 함유된 공기가 플럭스(30)에 까지는 도달할 수 없도록 한 것이다.

그리고, 상기한 외부관체(63)을 용접하지 않고 제품을 생산할 경우에는 내부관체(50)의 심(53) 부위와 상기 외부관체(60)의 심(63) 부위 간은 각 관체(50,60)의 중심을 기준으로 60°이상의 각도만큼 이격된 위치에 배치되도록 함이 바람직하다. 이는 상기 두 심(53,63) 부위 간의 이격 각도가 60°이내일 경우라면 상기 내부 관체(50)의 심(53) 부위로부터 외부관체(60)의 심(63)의 이격 거리가 짧아 밀봉 효과가 감소할 가능성이 있기 때문이다.

그러나, 생산 작업과 저수소계 보증도 같이 고려할 경우 상기 각 심(53,63) 부위 간의 이격 각도는 대략 90° 내외임이 가장 바람직하다. 즉, 각 심(53,63) 부위 간의 이격 각도가 90°를 초과할 경우에는 상기 외부 관체(60)를 말기 위한 각 성형롤러의 설치 및 동작이 어려울 수 있기 때문에 각 심(53,63) 부위 간의 이격 각도를 90°로 설정함이 가장 바람직한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 외부 관체(60)의 두께가 상기 내부 관체(50)의 두께에 비해 같거나 혹은, 더욱 두껍게 형성됨을 추가로 제시한다. 이는, 상기 외부 관체(60)의 경우 외부로 노출되는 부위이기 때문에 외부 환경에 따른 마모나 충격 등에 의한 손상 우려가 큰데 반해, 상기 내부 관체(50)는 상기 외부 관체(60)에 의해 외부 환경으로부터 보호되고 있는 상태이며 단순히 플럭스(30)의 누출 방지만 안정적으로 수행할 수 있을 정도의 두께로 형성되면 됨에 따라 상기 외부 관체(60)를 상기 내부 관체(50)에 비해 상대적으로 두껍게 형성함이 가장 바람직한 것이다.

삭제

물론, 상술한 내부 관체(50)와 외부 관체(60)의 두께는 와이어의 전체 직경을 고려하여 적절히 결정되어야 하며, 본 발명의 실시예에서는 상기 외부 관체(60)의 경우 그의 제조를 위한 스트립(61)의 두께가 0.6㎜~1.2㎜의 두께를 갖도록 함과 더불어 상기 내부 관체(50)의 경우 그의 제조를 위한 스트립(51)은 0.4㎜~0.8㎜의 두께를 갖도록 하여 제조됨을 그 예로 제시한다.

한편, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 와이어는 실질적으로 외부 관체(60)에 심(63) 부위가 존재하기 때문에 심(63) 부위를 갖는 플럭스 코어드 와이어로 볼 수 있다. 하지만, 첨부된 도 5와 같이 필요에 따라 상기한 외부 관체(60)의 심(63) 부위를 용접 등으로 제거함으로써 심리스 타입의 플럭스 코어드 와이어로 구성하는 것도 본 발명의 일 실시예라고 할 수 있다.

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그리고 상술한 본 발명의 실시예에 따른 와이어는 비록 내부 관체(50)와 외부 관체(60)가 서로 별개의 스트립(51,61)을 이용하여 제조되는 별개 구성으로 볼 수 있지만, 해당 와이어의 제조 과정 중 인발 공정을 거치게 되면 상기 내부 관체(50)와 외부 관체(60)는 실질적으로 단일체를 이루게 된다.

다음에는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 와이어를 제조하기 위한 플럭스 코어드 와이어 제조 장치(이하, “와이어 제조 장치”라 함)에 대하여 설명하도록 한다. 첨부된 도 6과 같이 본 발명의 실시예에 따른 와이어 제조 장치는 크게 제1스트립 공급부(100)와, 제2스트립 공급부(200), 제1성형기(300), 플럭스 충전부(400), 제2성형기(500), 그리고 인발부(700)를 포함하여 구성되고 있다.

삭제

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 상기 제1스트립 공급부(100)는 내부 관체(50)의 성형을 위한 박판의 스트립(51)을 공급하는 부위이다.

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상기한 제1스트립 공급부(100)는 상기 박판의 스트립(51)이 감긴 릴(reel)로 구성되며, 이때 상기 스트립(51)은 0.4㎜~0.8㎜의 두께를 갖도록 형성된다. 그리고, 상기 제2스트립 공급부(200)는 외부 관체(60)의 성형을 위한 박판의 스트립(61)을 공급하는 부위이다. 상기한 제2스트립 공급부(200) 역시 상기 제1스트립 공급부(100)와 같이 릴(reel)로 구성되며, 이때 상기 스트립(61)은 0.6㎜~1.2㎜의 두께를 갖도록 형성된다.

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그리고, 상기 제1성형기(300)는 상기 제1스트립 공급부(100)로부터 스트립(51)을 제공받아 상기 스트립(51)이 일부가 개구된 내부 관체(50)를 이루도록 성형하는 기기로써, 상기 제1스트립 공급부(100)의 스트립 반출측에 배치되는 제1성형부(310)와 후술될 플럭스 충전부(400)의 후공정에 배치되는 제1클로징부(320)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 제1성형부(310)는 상기 스트립(51)의 단면이 대략 ‘U’형을 이루도록 성형하는 복수의 성형롤러를 포함하여 구성됨을 제시하며, 이때의 각 성형롤러는 상기 스트립(51)의 이송 방향을 따라 상기 스트립(51)의 양측(혹은, 상하측)에 서로 복수의 쌍을 이루도록 각각 배치됨과 더불어 상기 스트립(51)의 가공이 진행될수록 상기 스트립(51)의 양측 부위가 점차 상향 절곡되도록 그 형상 및 서로 간의 간격이 각각 결정되도록 구성된다.

그리고 상기 플럭스 충전부(400)는 상기 제1성형부(310)에 의해 성형된 내부 관체(50)의 개구 부위를 통해 플럭스(30)를 충전하는 기기로써, 상기 제1성형부(310)의 내부 관체 반출 측에 배치된다. 이러한 플럭스 충전부(400)는 도시하지는 않았지만 플럭스(30)가 저장된 플럭스 저장통 및 상기 플럭스 저장통 내의 플럭스(30)를 상기 내부 관체(50)의 개구 부위로 공급하는 공급 벨트를 포함하여 구성된다.

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그리고, 상기 제1클로징부(320)는 상기 플럭스(30)의 충전이 이루어진 내부 관체(50)의 개구 부위가 서로 밀착되도록 성형하는 기기로써, 상기 플럭스 충전부(400)의 내부 관체 반출측에 배치된다.

상기한 제1클로징부(320)는 상기 플럭스(30)가 충전된 내부 관체(50)를 원형의 관 구조로 성형하기 위한 복수의 성형롤러(도시는 생략됨)로 구성되며, 이때의 각 성형롤러는 상기 내부 관체(50)의 이송 방향을 따라 상기 내부 관체(50)의 양측(혹은, 상하측)에 서로 복수의 쌍을 이루도록 각각 배치된다.

이때, 상기한 제1클로징부(320)는 상기 내부 관체(50)의 양 끝단(52)을 이루는 끝단면 간이 서로 마주보면서 밀착되는 구조로 성형하도록 구성됨을 그 예로 하지만, 필요에 따라 상기 내부 관체(50)의 양 끝단(52) 일부가 서로 상하로 겹치는 구조로 성형하도록 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 제2성형기(500)는 상기 플럭스 충전부(400)를 통해 플럭스(30)가 충전된 내부 관체(50)의 둘레면을 상기 제2스트립 공급부(200)로부터 제공받은 스트립(61)으로 감싸는 외부 관체(60)의 성형을 위한 기기로써, 상기 제1성형기(300)를 이루는 제1클로징부(320)의 내부 관체 반출측에 배치된다.

상기한 제2성형기(500)는 상기 스트립(61)의 단면이 대략 ‘U’형을 이루도록 성형하는 제2성형부(510) 및 상기 제2성형부(510)에 의해 성형된 스트립(61)의 양 끝단(62) 간을 밀착시키는 제2클로징부(520)를 포함하여 구성된다.

이와 함께, 상기한 제2성형기(500)의 제2성형부(510) 및 제2클로징부(520)는 상기 제2스트립 공급부(200)로부터 제공받은 스트립(61)을 원형의 관 구조로 성형하기 위한 복수의 성형롤러를 포함하며, 이때의 각 성형롤러는 제1클로징부(320)로부터 반출된 내부 관체(50)의 이송 방향을 따라 상기 내부 관체(50)의 양측(혹은, 상하측)에 서로 복수의 쌍을 이루도록 각각 배치된다.

특히, 상기한 제2클로징부(520)를 이루는 각 성형롤러는 그의 동작에 의해 성형되는 외부 관체(60)의 양 끝단(62) 간이 밀착되는 심(63) 부위가 상기 제1성형기(300)의 제1클로징부(320)에 의해 성형된 내부 관체(50)의 양 끝단(52) 간이 밀착되는 심(53) 부위와 서로 일치되지 않도록 배치된다.

이때, 첨부된 도 6의 도면부호 620은 상기 제1성형기(300)의 제1클로징부(320)로부터 반출된 내부 관체(50)가 상기 제2성형기(500)의 제2클로징부(520)를 이루는 각 성형롤러들 사이로 정확히 통과할 수 있도록 안내하는 교정롤이다.

그리고 상기 인발부(700)는 상기 제2성형기(500)를 통해 성형된 외부 관체(60)를 제공받아 직경을 점차 축소시킴으로써 최종적인 플럭스 코어드 와이어로 성형하는 기기로써, 상기 제2성형기(500)의 외부 관체 반출측에 배치된다. 상기한 인발부(700)는 비록 상세하게 도시되지는 않았지만, 통상의 와이어 인발을 위한 복수의 다이스(710) 및 인발드럼(720)을 포함하여 구성된다.

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한편, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 제조 장치는 상기 인발부(700)를 통해 인발이 완료된 와이어를 권취하는 와이어릴(800)이 더 포함되어 구성되며, 상기한 와이어릴(800)은 상기 인발부(700)의 와이어 반출측에 배치된다.

다음으로, 전술된 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 제조 장치를 이용한 플럭스 코어드 와이어의 제조 과정에 대하여 첨부된 도 7을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 와이어 제조 장치를 구성하는 제1스트립 공급부(100)로부터 내부 관체(50)를 위한 박판의 스트립(51)이 반송되며, 이렇게 반송되는 스트립(51)은 제1성형기(300)로 제공되어 상기 제1성형기(300)를 이루는 제1성형부(310)의 각 성형롤러들을 통과하게 된다.

이렇게 상기 스트립(51)이 상기 제1성형부(310)의 각 성형롤러를 통과하는 과정에서는 상기 각 성형롤러들에 의해 상기 스트립(51)의 양 끝단(52)이 점진적으로 상향 절곡되면서 그 단면이 대략 ‘U’형을 이루도록 가공되며, 이러한 가공에 의해 상기 스트립(51)은 플럭스(30) 충전 공간을 가지면서 둘레면 일부가 개구된 내부 관체(50)를 이루게 된다.

그리고 상기한 바와 같이 제1성형부(310)를 통과한 일부가 개구된 구조의 내부 관체(50)는 플럭스 충전부(400)를 지나게 되며, 이의 과정에서 상기 플럭스 충전부(400)에 의한 플럭스(30) 충전이 이루어진다. 이는, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같다. 이때, 상기 내부 관체(50) 내에 충전되는 플럭스(30)의 충전량은 내부 관체(50)를 포함한 총 중량 대비 30~40% 범위에 해당되도록 충전된다.

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이로 인해, 후 공정에서 부족한 충전양(30% 미만)에 의한 용접 불량 및 제조 불량을 미연에 방지할 수 있음과 더불어 추후 외부 관체(50)를 포함한 전체 중량 대비 상기 플럭스(30)의 충전량은 12~15%를 만족할 수 있게 된다. 그리고, 상기와 같이 플럭스(30)가 충전된 내부 관체(50)는 제1성형기(300)의 제1클로징부(320)로 제공되어 상기한 제1클로징부(320)의 각 성형롤러들을 통과하게 된다.

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또한, 상기와 같이 내부 관체(50)가 상기 제1클로징부(320)의 각 성형롤러를 통과하는 과정에서는 상기 각 성형롤러들에 의해 첨부된 도 7의 (b)와 같이 상기 내부 관체(50)의 개구된 양 끝단(52) 간이 점진적으로 오므려지면서 서로 밀착되도록 가공되며, 이러한 가공에 의해 상기 내부 관체(50)는 상기 밀착되는 부위에 존재하는 미세한 틈새(심 부위)만을 갖는 관으로 형성된 후 계속해서 제2성형기(500)로 제공된다.

또한, 전술한 바와 같은 내부 관체(50)의 성형을 위한 일련의 과정이 진행되는 도중에는 제2스트립 공급부(200)를 통해 외부 관체(60)의 성형을 위한 박판의 스트립(61)이 공급되며, 상기와 같이 공급되는 스트립(61)은 제2성형기(500)를 이루는 제2성형부(510) 및 제2클로징부(520)를 순차적으로 통과하게 된다.

이때, 상기 외부 관체(60)의 성형을 위한 스트립(61)은 상기 제2성형부(510) 및 제2클로징부(520)의 각 성형롤러를 순차적으로 통과하는 과정에서 상기 각 성형롤러들에 의해 양 끝단(62)이 점차적으로 오므려지면서 상기 플럭스 충전부(400)를 통과하여 상기 제2성형기(500)를 통과하는 내부 관체(50)의 둘레면을 감싸는 외부 관체(60)로 성형된다. 이는, 도 7의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같다.

따라서, 상기 제2성형기(500)를 통과한 외부 관체(60)는 첨부된 도 7의 (e)와 같이 그 내부에 내부 관체(50)가 감싸여진 상태로 존재하게 됨과 더불어 상기 내부 관체(50) 내에는 플럭스(30)가 충전된 상태를 이루게 된다.

특히, 상기한 과정이 진행되는 도중 상기 외부 관체(60)의 양 끝단(62)이 서로 밀착되는 심(63) 부위는 상기 내부 관체(50)에 존재하는 심(53) 부위의 위치와는 일치되지 않도록 형성되며, 이로 인해 상기 내부 관체(50) 내에 충전된 플럭스(30)로 수분을 함유한 외부 공기의 유입을 막을 수 있게 된다.

그리고, 상기한 제2성형기(500)를 통과한 내부 관체(50)가 내장된 외부 관체(60)는 인발부(700)로 제공되며, 이후 상기 인발부(700)를 통과하는 과정에서 직경이 점차 축소되면서 첨부된 도 7의 (f)와 같이 플럭스 코어드 와이어로 성형되고, 계속해서 상기 플럭스 코어드 와이어는 와이어릴(800)에 감겨 반출된다.

이때, 상기 외부 관체(60)와 내부 관체(50) 간은 상기한 인발부(700)를 통과하면서 인발되는 도중 점진적인 직경의 축소만 이루어질 뿐 아니라 서로 간이 밀착되는 경계 부위가 점차 사라지면서 실질적으로 단일체를 이루게 된다.

따라서, 전술한 일련의 제조 공정을 통해 제조된 플럭스 코어드 와이어는 외부 관체(60)에 심(63) 부위가 형성되는 구조를 이루지만 상기 외부 관체(60)는 내부 관체(50)의 둘레면에 완전히 밀착된 상태로 일체형을 이룸에 따라 서로 간의 틈새를 통한 플럭스(30)의 유출 및 외부 공기의 유입은 방지되며, 더욱이 상기한 외부 관체(60)의 심(63) 부위는 상기 내부 관체(50)의 심(53) 부위와 서로 일치되지 않는 위치에 각각 형성되기 때문에 상기 플럭스(30)의 누출 및 외부 공기의 유입은 더욱 안정적으로 방지될 수 있게 된다.

한편, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어 제조 장치 및 제조 방법은 심 부위가 존재하는 형태의 플럭스 코어드 와이어만을 제조하는 용도에만 적용되는 것은 아니다. 즉, 심리스 타입의 플럭스 코어드 와이어의 제조에도 그 적용이 가능한 것이다.

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이는, 첨부된 도 8과 같이 와이어 제조 장치를 이루는 제2성형기(500)와 인발부(700) 사이의 공정 위치에 상기 제2성형기(500)에 의해 성형된 외부 관체(60)의 심(63) 부위를 용접하는 용접부(910)를 더 포함하여 구성함과 더불어 이를 이용한 공정을 추가로 수행함으로써 최종적으로 완성되는 플럭스 코어드 와이어는 심리스 구조를 이룰 수 있게 되는 것이다.

특히, 상기한 용접부(910)는 레이저 용접기 뿐만 아니라 고주파 저항용접 및 TIG 용접 등 필요에 따라 다양한 형태의 용접기로 선택하여 구성될 수 있다. 이는 상기 용접부(910)에 의해 용접되는 부위가 플럭스(30)의 누출이 발생되지 않을 뿐 아니라 상기 용접 부위를 통해 수분을 함유한 외부 공기의 유입이 방지될 수 있기 때문이며, 또한 완제품으로 용접시 와이어와 용접팁 간의 전류 전도성을 향상시켜 안정적인 아크 발생과 송급성을 가지는 플럭스 코어드 와이어를 제공할 수 있게 된다.

결국, 본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어는 심리스 구조를 위한 용접을 수행하지 않더라도 저수소 함유량을 가진 용접 재료를 보증할 수 있게 되며, 심리스 구조를 위한 용접을 수행할 경우에는 극저 수소계 용접재료를 생산할 수 있으며, 안정적인 송급성과 아크 안정성을 제공할 수 있게 된다는 장점을 가진다.

30. 플럭스 50. 내부 관체
60. 외부 관체 51,61. 스트립
52,62. 양 끝단 53,63. 심
100. 제1스트립 공급부 200. 제2스트립 공급부
300. 제1성형기 310. 제1성형부
320. 제1클로징부 400. 플럭스 충전부
500. 제2성형기 510. 제2성형부
520. 제2클로징부 620. 교정롤
700. 인발부 710. 다이스
720. 인발드럼 800. 와이어릴
910. 용접부

Claims

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평판 스트립의 양 끝단을 말아서 심(seam) 부위를 갖는 관체로 형성되며, 내부에는 플럭스가 충전되는 내부 관체; 그리고,
평판 스트립의 양 끝단을 말아서 심(seam) 부위를 갖는 관체로 형성됨과 더불어 상기 내부 관체의 둘레면을 감싸면서 밀착되도록 형성되는 외부 관체를 포함하여 구성되고;
상기 내부 관체의 심 부위와 상기 외부 관체의 심 부위는 서로 일치되지 않는 위치에 배치되고, 플럭스가 충전된 내부 관체와 상기 내부 관체의 외부를 감싸는 외부관체가 직경이 축소되도록 인발되어 성형되며,
상기 내부 관체 및 상기 외부 관체는 평판 스트립의 양 끝단이 서로 밀착되어 단면이 둥근 형태로 형성한 관으로 구성되고, 상기 외부 관체의 두께는 상기 내부 관체의 두께 이상으로 형성되며,
상기 내부 관체 내에 충전되는 플럭스의 충전량은, 상기 내부 관체를 포함한 총 중량 대비 30~40% 범위이고, 상기 내부 관체와 상기 외부 관체를 포함한 전체 중량 대비 12~15% 범위이며,
상기 내부 관체와 외부 관체는 상기 인발에 의해 단일체를 이루는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
제 2 항에 있어서,
상기 내부 관체의 심 부위와 상기 외부 관체의 심 부위 간은 각 관체의 중심을 기준으로 60°이상의 각도만큼 이격된 위치에 배치되도록 구성됨을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
제 2 항에 있어서,
상기 외부 관체의 심 부위는 용접을 통해 제거되도록 하여 심리스(seamless) 구조로 형성됨을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
내부 관체의 성형을 위한 박판의 스트립이 권취된 상태로 상기 스트립을 공급하는 제1스트립 공급부;
외부 관체의 성형을 위한 박판의 스트립이 권취된 상태로 상기 스트립을 공급하는 제2스트립 공급부;
상기 제1스트립 공급부로부터 공급되는 스트립을 제공받아 상기 스트립의 양측 부위를 점차 상향 절곡시키면서 충전 공간을 갖는 둘레면 일부가 개구된 내부 관체를 이루도록 성형하는 제1성형기의 제1성형부;
상기 제1성형부에 의해 일부가 개구된 내부 관체 내로 플럭스를 충전하는 플럭스 충전부;
상기 플럭스가 충전된 내부 관체의 개구 부위가 서로 밀착되도록 성형하는 제1성형기의 제1클로징부;
상기 제2스트립 공급부로부터 공급되는 스트립을 제공받아 상기 스트립의 양측 부위를 점차 상향 절곡시키면서 상기 제1클로징부를 통해 성형된 내부 관체의 둘레면을 감싸는 외부 관체를 성형하는 제2성형기; 그리고,
상기 제2성형기를 통해 성형된 외부 관체를 제공받아 직경을 점차 축소시켜 플럭스 코어드 와이어로 성형하는 인발부를 포함하여 구성되고;
상기 제1성형기 및 제2성형기는 각각의 스트립이 통과될 때 상기 스트립이 관체를 이루도록 성형하는 복수의 성형롤러를 포함하여 구성하고;
상기 제1성형기의 클로징부를 이루는 각 성형롤러와 상기 제2성형기를 이루는 각 성형롤러는, 내부 관체의 양 끝단 간이 밀착되는 심 부위와 외부 관체의 양 끝단 간이 밀착되는 심 부위가 서로 일치되지 않도록 배치되며,
상기 제1성형기의 제1클로징부는 상기 제1스트립 공급부로부터 공급되는 스트립의 양 끝단을 서로 밀착시켜 단면이 둥근 형태의 관으로 형성하고,
상기 제2성형기는 상기 제2스트립 공급부로부터 공급되는 스트립의 양 끝단을 서로 밀착시켜 단면이 둥근 형태의 관으로 형성하며,
상기 제1스트립 공급부 및 상기 제2스트립 공급부는, 상기 외부 관체의 두께가 상기 내부 관체의 두께 이상이 되도록 각각 스트립을 공급하며,
상기 플럭스 충전부에 의해 상기 내부 관체 내에 충전되는 플럭스의 충전량은, 상기 내부 관체를 포함한 총 중량 대비 30~40% 범위이고, 상기 내부 관체와 상기 외부 관체를 포함한 전체 중량 대비 12~15% 범위이며,
상기 인발부에 의해 상기 내부 관체와 외부 관체는 단일체를 이루게 되는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어 제조 장치.
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제 5 항에 있어서,
상기 제2성형기와 상기 인발부 사이의 공정 위치에는
상기 제2성형기에 의해 성형된 외부 관체의 심 부위를 용접하는 용접부가 더 포함되어 배치됨을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어 제조 장치.
내부 관체의 성형을 위한 박판의 스트립을 제공받아 상기 스트립의 양측 부위를 점차 상향 절곡시키면서 충전 공간을 갖는 둘레면 일부가 개구된 내부 관체를 이루도록 성형하는 제1단계;
상기 제1단계에 의해 성형된 내부 관체의 개구 부위를 통해 상기 내부 관체 내로 플럭스를 충전하는 제2단계;
상기 제2단계를 통해 플럭스가 충전된 내부 관체의 개구 부위가 서로 밀착되도록 하는 제3단계;
외부 관체의 성형을 위한 박판의 스트립을 제공받아 상기 스트립의 양측 부위를 점차 상향 절곡시키면서 상기 제3단계를 통해 성형된 내부 관체의 둘레면을 감싸는 외부 관체를 성형하는 제4단계; 그리고
상기 제4단계를 통해 성형된 외부 관체를 제공받아 직경을 점차 축소시키는 인발 과정을 통해 플럭스 코어드 와이어로 성형하는 제5단계를 포함하고;
상기 제4단계에서 성형되는 외부 관체의 양 끝단 간이 밀착되는 부위는 상기 제3단계를 통해 성형된 내부 관체의 양 끝단 간이 밀착되는 부위와 서로 일치되지 않도록 성형되며,
상기 제3단계에서, 상기 내부 관체는 박판의 스트립의 양 끝단을 서로 밀착시켜 단면이 둥근 형태의 관으로 형성되고,
상기 제4단계에서, 상기 외부 관체는 박판의 스트립의 양 끝단을 서로 밀착시켜 단민이 둥근 형태의 관으로 형성되며,
상기 외부 관체의 두께는 상기 내부 관체의 두께 이상으로 형성되며,
상기 제2단계에서 상기 내부 관체 내에 충전되는 플럭스의 충전량은, 상기 내부 관체를 포함한 총 중량 대비 30~40% 범위이고, 상기 내부 관체와 상기 외부 관체를 포함한 전체 중량 대비 12~15% 범위이며,
상기 제5단계에서의 인발 과정을 통해 상기 내부 관체와 외부 관체는 단일체를 이루는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어 제조 방법.
삭제
제 8 항에 있어서,
상기 제4단계를 통해 성형된 외부 관체의 양 끝단 간이 밀착된 부위인 심 부위를 용접하여 심리스(seamless) 구조로 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어 제조 방법.