KR101460518B1 - 위빙 용접 캐리지 - Google Patents

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Abstract

대차와, 상기 대차 상에 탑재된 위빙 용접 모듈 및 조작 패널을 포함하는 위빙 용접 캐리지가 개시된다. 여기에서, 상기 위빙 용접 모듈은, 토치 본체와; 용접 노즐과; 상기 토치 본체와 상기 용접 노즐 사이에 결합된 위빙 구동 유닛과; 하부 말단부에 용접 팁을 구비하고, 상기 위빙 구동 유닛에 의해 구동되어 상기 용접 노즐 내에서 위빙하는 토치 코어 로드를 포함한다. 상기 위빙 구동 유닛은 중심 회전축에 회전가능하게 연결된 토치 코어 로드를 상기 토치 코어 로드 상부에서 편심 캠으로 구동하여 위빙시킨다.

Description

위빙 용접 캐리지{WEAVING WELDING CARRIAGE}
본 발명은 위빙 용접 캐리지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 신뢰성 있는 용접 팁의 고속 위빙을 통해 용접 이음부의 양호한 비드 성형 및 용접 고속화를 이룰 수 있고, 더 나아가, 용접 팁의 고속 위빙에 이용되는 위빙 구동유닛을 와류 CO2 가스를 이용하여 냉각시킴으로써 복사열로 인한 위빙 구동모터의 작동 부조를 막고 이에 의해 용접 팁의 일정한 위빙 패턴을 구현할 수 있는 고속 위빙 용접 캐리지에 관한 것이다.
금속을 접합하는 용접 방법 또는 금속 표면에 특정 성질을 부여하는 용접 방법의 하나로서, 용접 부위에 용접 와이어를 연속적으로 공급하는 방법이 알려져 있다.
CO2 용접은 CO2 가스로 용접 부위를 대기와 차단하고 그 안으로 용접 와이어를 연속적으로 송급하는 방식을 따른다.
또한 조선소 등에서는 용접 자동화를 위해 용접 캐리지가 이용되고 있다.
용접 와이어와 CO2 가스를 이용한 용접 방식은 용접 기본 변수(전류, 전압, 속도)에 의한 용접 이음부 건전성의 확보 의존도가 크고, 전력 불안정 및 기기 노이즈 발생에 따른 와이어 송급 헌팅이 발생할 수 있고, 용접기 파워 소스의 출력 전력의 불안정이 있을 수 있다.
이러한 이유들로 인하여 양호한 비드를 얻으면서 고속 용접화를 구현하는데 한계가 있다.
용접 전류의 과도함은 언더컷, 오버랩 및 볼록 비드와 같은 용접 불량을 야기하며, 용접 이동 속도의 상승은 용입 물량, 언더컷 및 블로우 홀 등의 발생을 초래한다.
또한 용접부 입력 제어 팩터의 한계로 인하여 박판 용접의 변형량이 증가할 수 있다.
용접부 입열량 제어 팩터는 용접 전류, 전압 및 속도를 포함한다.
또한 용접시 대기에 대한 차폐 기능을 하는 CO2 가스 부족시, 블로홀 결함을 야기한다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 용접 캐리지의 용접 팁 위빙 방식에 대한 다양한 연구가 있어 왔다.
일예로서, 웜 기어 구동에 의해 용접 팁을 상하 왕복 구동시키는 방식이 있었는데, 이러한 방식은 웜 기어를 이용하여 토치 바디를 직접 기계식으로 위빙시키는 것으로서, 불안정한 습동의 문제점과, 위빙 속도의 한계로 인한 기공성 용점 결함의 문제가 있다.
다른 일예로서, 상부 모터의 축에 대하여 편심되게 토치를 연결한 방식이 있었는데, 이 방식은 토치 회전에 따른 용접 전류 맥동의 발생과 과도한 중량으로 인한 핸들링의 불편함이 문제점으로 지적된다.
또 다른 일예로서, 힌지형 고속 습동 방식이 있는데, 이 방식은 위빙 구동 모터의 자체 발열 및 용접시 발생한 복사열에 의한 내구성 저하의 문제가 있다.
또 다른 일예로서, 전자석 마그넷 스위치를 이용한 고속 습동 방식이 있는데, 이 방식은 용접시 발생하는 복사열과 스패터(spatter)로 인한 내구성 저하의 문제와 아크와 전자석이 인접해 아크열에 의해 가열된 전자석의 자력이 저하되어 발생하는 위빙 패턴의 변화가 문제시된다.
위빙 패턴의 변화는 용접 품질을 균일성을 떨어뜨린다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 용접 팁의 고속 위빙을 통해 용접 이음부의 양호한 비드 성형 및 용접 고속화를 이룰 수 있는 고속 위빙 용접 모듈 및 이를 포함하는 위빙 용접 캐리지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 용접 팁의 고속 위빙에 이용되는 위빙 구동유닛을 와류 CO2 가스를 이용하여 냉각시킴으로써 복사열로 인한 위빙 구동모터의 작동 부조를 막고 이에 의해 용접 팁의 일정한 위빙 패턴을 구현할 수 있는 고속 위빙 용접 모듈 및 이를 포함하는 위빙 용접 캐리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 위빙 용접 캐리지는, 대차와, 상기 대차 상에 탑재된 위빙 용접 모듈 및 조작 패널을 포함하고, 상기 위빙 용접 모듈은, 토치 본체와; 용접 노즐과; 상기 토치 본체와 상기 용접 노즐 사이에 결합된 위빙 구동 유닛과; 하부 말단부에 용접 팁을 구비하고, 상기 위빙 구동 유닛에 의해 구동되어 상기 용접 노즐 내에서 위빙하는 토치 코어 로드를 포함하며, 상기 위빙 구동 유닛은 중심 회전축에 회전가능하게 연결된 토치 코어 로드를 상기 토치 코어 로드 상부에서 편심 캠으로 구동하여 위빙시킨다.
일 실시예에 따라, 상기 토치 코어 로드의 상부에는 캠홀이 구비되고, 상기 중심 회전축은 상기 캠홀의 아래쪽에 위치하되 높이 조절이 가능하며, 상기 위빙 구동 유닛은 위빙 구동 모터 및 상기 위빙 구동 모터의 원동축에 연결된 편심 캠을 포함하며, 상기 편심 캠은 상기 캠홀 내에서 편심 회전 운동하도록 배치되되,
X = G × Y / (T - Y)
(여기에서, X = 위빙 폭, G = 원동축 중심과 편심 캠 중심 사이의 거리(편심 거리), T = 원동축 중심으로부터 용접 팁 말단 사이의 거리, Y는 중심 회전축과 용접 팀 말단 사이의 거리)
상기 용접 팁의 위빙 폭(X)은 위의 식에 의해 정해진다.
일 실시예에 따라, 토치 코어 로드에는 상기 중심 회전축의 높이 조절을 위한 가이드 슬롯이 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 위빙 구동 유닛은 케이싱을 포함하고, 상기 케이싱은, 상기 토치 코어 로드의 상부 및 용접 케이블로부터 연장된 라이너를 수용하는 한편 상기 캠홀과 상기 편심 캠의 협동이 이루어지는 로드 케이싱부와, 상기 로드 케이싱부과 교차하며 상기 위빙 구동 모터가 수용되는 모터 케이싱부를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 위빙 용접 캐리지는 상기 토치 본체에서 분사된 CO2 가스를 와류 현상에 의해 저온 CO2 가스와 고온 CO2 가스로 분리하고 저온 CO2 가스로 상기 고속 위빙 구동 유닛을 냉각시키는 냉각유닛을 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 냉각유닛은 와류 현상에 의해 저온 CO2 가스와 고온 CO2 가스로 분리하는 와류 발생기와, 상기 토치 본체로부터 측방향으로 연장되어 상기 와류 발생기에 연결되고 상기 토치 본체로부터의 CO2 가스가 상기 와류 발생기내로 분사되도록 해주는 CO2 가스 분사 배관과, 상기 와류 발생기 내 와류 현상에 의해 분리된 고온 CO2 가스와 저온 CO2 가스 각각을 상기 위빙 구동 유닛 측과 상기 용접 노즐 측으로 내보내는 저온 CO2 가스 배관 및 고온 CO2 가스 배관을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 저온 CO2 가스 배관은 상기 위빙 구동 유닛의 케이싱 중에서 상기 위빙 구동 모터가 수용된 모터 케이싱부에 접속되고, 상기 고온 CO2 가스 배관은 상기 용접 노즐의 상부 측에 연결되며, 상기 저온 CO2 가스 배관을 통해 상기 케이싱에 유입된 저온 CO2 가스는 상기 위빙 구동 모터를 냉각시킨 후 상기 용접 노즐로 들어가 상기 용접 노즐로 유입된 상기 고온 CO2 가스와 혼합된다.
일 실시예에 따라, 상기 용접 노즐의 내주면에는 CO2 가스에 대하여 와류를 발생시키는 돌기가 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 토치 본체의 중공 내부로 용접 토치 케이블의 일부가 길게 수용되며 상기 용접 토치 케이블로부터 직선 방향으로 연장된 라이너가 용접 토치 본체의 말단을 지나 상기 로드 케이싱부의 후방 구멍을 통해 삽입되되, 상기 토치 본체를 상기 로드 케이싱부와 만나는 위치까지 밀 때, 상기 라이너는 상기 토치 코어 로드의 상부 연결부에 분리 가능하게 접속된다.
일 실시예에 따라, 상기 용접 노즐의 상부 내주면에는 상기 토치 코어 로드와 상기 용접 노즐 사이를 절연하는 인슐레이터가 설치된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 위빙 용접 모듈은, 토치 본체와; 용접 노즐과; 상기 토치 본체와 상기 용접 노즐 사이에 결합된 위빙 구동 유닛과; 하부 말단부에 용접 팁을 구비하고, 상기 위빙 구동 유닛에 의해 구동되어 상기 용접 노즐 내에서 위빙하는 토치 코어 로드와; 상기 토치 본체에서 분사된 CO2 가스를 와류 현상에 의해 저온 CO2 가스와 고온 CO2 가스로 분리하고 저온 CO2 가스로 상기 고속 위빙 구동 유닛을 냉각시키는 냉각유닛 포함한다. 이때, 상기 냉각유닛은 와류 현상에 의해 저온 CO2 가스와 고온 CO2 가스로 분리하는 와류 발생기와, 상기 토치 본체로부터 측방향으로 연장되어 상기 와류 발생기에 연결되고 상기 토치 본체로부터의 CO2 가스가 상기 와류 발생기 내로 분사되도록 해주는 CO2 가스 분사 배관과, 상기 와류 발생기 내 와류 현상에 의해 분리된 고온 CO2 가스와 저온 CO2 가스 각각을 상기 위빙 구동 유닛 측과 상기 용접 노즐 측으로 내보내는 저온 CO2 가스 배관 및 고온 CO2 가스 배관을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용접 팁의 고속 위빙을 통해 용접 이음부의 양호한 비드 성형 및 용접 고속화를 이룰 수 있는 위빙 용접 캐리지가 구현된다.
또한 본 발명에 따르면 용접 품질이 크게 향상되며, 이 향상된 용접 품질에는 상하 각장 0.5mm 이내(등각장), 용착 금속 내부 가스 방출을 통한 용접 결합을 최소화할 수 있고, 용접 아크 안정화를 통한 균일한 용접 품질을 획득할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 입열량 제어에 따라 용접 잔류 응력을 최소화할 수 있으며, 이는 박판 용접시 변형을 최소화한다.
또한, 본 발명에 따르면, 쉴드 가스의 내풍 특성이 향상된다. 기존에는 풍속 2m/sec 이상의 조건일 경우, 옥외 작업이 불가능하여, 바람막이 등이 별도로 설치되었지만, 본 발명에 따르면, 내풍 특성의 향상에 의해 풍속 4m/sec 이상의 옥외 작업 조건에서 바람막이 없이 신뢰성 있는 용접 품질로 용접이 가능하였다.
또한, 본 발명은 용접 팁의 고속 위빙에 의해, 용융풀 교반에 의한 용착량 증대 효과, 출력 안정성 향상 효과, 용접 와이어 송급 장애 발생시의 용접성 향상, 저전류 아크 안정성 향상, 아크 스타트 및 크레이터 특성 안정성 향상의 이점을 제공한다.
또한, 본 발명은 전자세 용접성 향상에도 기여한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 위빙 용접 캐리지를 도시한 정면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 위빙 용접 캐리지를 도시한 평면도이고,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 고속 위빙 용접 캐리지의 고속 위빙 용접 모듈을 도시한 정단면도이고,
도 4는 도 3의 I-I를 따라 취해진 측단면도이며,
도 5 및 도 6은 도 5의 고속 위빙 용접모듈 내 토치 코어 로드 및 이에 구비된 용접 팁의 위빙 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면들이며,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 위빙 용접 캐리지 및 용접 케이블의 인라인(in line)화를 설명하기위한 분해도이며,
도 8은 본 발명에 따른 위빙 용접 캐리지를 이용하여 실제 CO2 용접하였을 때의 조건 및 결과를 보여주는 표와 사진이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다.
따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위해 과장되어 표현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 위빙 용접 캐리지를 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 위빙 용접 캐리지를 도시한 평면도이고, 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 고속 위빙 용접 캐리지의 고속 위빙 용접 모듈을 도시한 정단면도이고, 도 4는 도 3의 I-I를 따라 취해진 측단면도이며, 도 5 및 도 6은 도 5의 고속 위빙 용접모듈 내 토치 코어 로드 및 이에 구비된 용접 팁의 위빙 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면들이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 위빙 용접 캐리지 및 용접 케이블의 인라인(in line)화를 설명하기위한 분해도이며, 도 8은 본 발명에 따른 위빙 용접 캐리지를 이용하여 실제 CO2 용접하였을 때의 조건 및 결과를 보여주는 표와 사진이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 위빙 용접 캐리지는 고속 위빙 용접 모듈(1)과, 조작 패널(2) 등을 포함한다.
또한 상기 고속 위빙 용접 캐리지는 대차(3)를 포함하며, 상기 대차(3) 상에 전술한 고속 위빙 용접 모듈(1) 및 조작 패널(2) 등의 구성요소들이 탑재된다.
대차(3)는 주행모터에 의해 구동되는 주행 휠(3a)들을 포함하며, 주행 휠(3a)의 주행에 의한 대차 이동(3) 이동에 의해 고속 위빙 용접 캐리지의 이동이 가능하다.
상기 고속 위빙 용접 모듈(1)은 용접 와이어가 공급되는 케이블과 인라인화되며, 이하 자세히 설명되는 바와 같이, 토치 본체(10), 고속 위빙 구동 유닛(20), 토치 코어 로드(30; 도 3 내지 도 6 참조) 및 용접 노즐(40) 등이 조립되어 구성된다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 고속 위빙 용접 모듈(1)은 토치 본체(10)와 중공형 용접 노즐(40) 사이에 고속 위빙 구동 유닛(20)이 결합된 구조를 포함한다.
또한 상기 고속 위빙 용접 모듈(1)은 용접 팁(31)을 말단에 구비한 토치 코어 로드(30)를 포함하며, 상기 토치 코어 로드(30)는 상기 용접 노즐(40)의 중공 내에 수용된 채 상기 용접 노즐(40)의 상부에 결합된 고속 위빙 구동 유닛(20)의 케이싱(21) 내부까지 길게 연장되어 있다.
상기 토치 코어 로드(30)의 말단, 더 구체적으로는, 상기 용접 팁(31)의 말단과 상기 용접 노즐(40)의 말단이 대략 동일 레벨 상에 위치하는 것이 좋다.
상기 토치 코어 로드(30)의 상부에는 대략 타원형의 캠홀(39)이 구비된다.
또한 상기 토치 코어 로드(30)는 상기 캠홀(39)로부터 소정 거리 떨어진 중간 부분에서 중심 회전축(38)에 회전 가능하게 연결된다.
중심 회전축(38)은 이하 설명되는 바와 같이 그 높이가 조정될 수 있으며, 이러한 높이 조정에 의해 상기 캠홀(39)로부터의 거리는 변화될 수 있다.
상기 고속 위빙 구동 유닛(20)의 원동축(28)에 원형의 편심 캠(29)이 연결된다.
상기 편심 캠(29)은 상기 캠홀(39) 내에서 편심 회전 운동을 하는데, 상기 편심 회전 운동은 상기 편심 캠(29)의 중심과 상기 원동축(28)의 중심이 일정 거리(본 실시예에서는 0.3mm)로 편심되는 것에 의해 일어난다.
상기 편심 캠(29)은 상기 캠홀(39)의 캠면을 따라 편심 회전한다.
상기 편심 캠(29)의 편심 회전 운동에 의해, 상기 토치 코어 로드(30) 및 그 말단에 구비된 용접 팁(31)은 상기 용접 노즐(40)의 중공 내에서 일정 진폭으로 위빙(weaving)된다.
용접 케이블과 용접 노즐(40)이 고정되고, 용접 노즐(40) 내부의 용접 팁(31)의 위빙에 의해 예컨대 30Hz고속 위빙이 달성된다.
상기 중심 회전축(38)과 상기 원동축(28)의 중심을 지나는 수직의 중심 축선에 대하여, 상기 용접 팁(31)이 위빙되며, 이때, 위빙 폭(X)은 아래의 식 (1)에 의해 결정된다.(도 5의 (b) 참조)
X = G × Y / (T - Y)...............................(1)
(여기에서, X = 위빙 폭, G = 원동축 중심과 편심 캠 중심 사이의 거리(편심 거리), T = 원동축 중심으로부터 용접 팁 말단 사이의 거리, Y는 중심 회전축과 용접 팀 말단 사이의 거리)
도 5의 (a) 및 (b)에 잘 도시딘 바와 같이, 원동축(28)의 중심과 상기 편심 캠(29) 사이의 편심 거리(G)와 원동축(28)의 중심으로부터 용접 팁(31)의 말단 사이의 거리(T)는 고정되며, 중심 회전축(38)과 용접 팁(31) 말단 사이의 거리(Y)는 가변 가능하다.
상기 가변에 의해, 용접 팁(31)의 위빙 폭(X) 및 그에 따른 편측 위빙각을 조정할 수 있으며, 이 조정에 의해, 상기 용접 팁(31) 위빙의 최적 진폭 조건을 설정할 수 있으며, 최상의 용접 조건을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 원동축(28) 중심으로부터 상기 용접 팁(31) 말단 사이의 거리(T)가 175mm로 고정되고, 상기 편심 거리(G)가 0.3mm로 고정된 조건에서, 중심 회전축(38)의 높이, 즉, 중심 회전축(38)과 용접 팁(31) 말단 사이의 거리(Y)를 조절함으로써, 아래의 식 (2)에 따라 위빙 폭(X)을 조정할 수 있으며, 이에 의해, 최상의 용접 조건을 구현할 수 있다.
이때 상기 용접 팁(31)의 말단과 상기 토치 코어 로드(30)의 말단이 동일한 것을 의미함은 물론이다.
X = 0.3 × Y / (175 - Y)...............................(2)
상기 중심 회전축(38)의 높이 조절을 위해, 상기 토치 코어 로드(30)의 캠 홀(39) 아래에는 상기 중심 회전축(38)의 높이 조절을 위한 가이드 슬롯(37)이 길이 방향으로 형성된다.
또한 가이드 슬롯(37)을 따라 높이가 변화된 중심 회전축(38)을 예컨대 체결 방식으로 고정하는 수단이 상기 토치 코어 로드(30)에 제공된다.
도 3 내지 도 6을 다시 참조하면, 상기 고속 위빙 구동 유닛(20)은 대략 "T"형의 케이싱(21)을 포함한다.
또한 상기 케이싱(21)은 상기 토치 코어 로드(30)의 상부 및 라이너를 수용하고 상기 캠홀(39)과 이에 수용된 편심 캠(29)의 협동(cooperation)이 이루어지는 로드 케이싱부(212)와, 상기 로드 케이싱부(212)에 대략 직각으로 교차하는 모터 케이싱부(214)를 포함한다.
또한 상기 고속 위빙 구동 유닛(20)은 상기 모터 케이싱부(214)에 수용되는 위빙 구동 모터(22)와, 상기 위빙 구동 모터(22)의 회전축인 원동축(28)과, 상기 원동축(28)의 말단에서 상기 원동축(28)에 편심되게 연결된 원형의 편심 캠(29)을 포함한다.
상기 위빙 구동 모터(22)가 구동되어 상기 원동축(28)이 회전하면, 상기 원동축(28)이 상기 캠홀(39) 내에 위치한 상기 편심 캠(29)을 편심 회전시키며, 상기편심 캠(29)의 편심 회전에 의해, 상기 토치 코어 로드(30)가 상기 중심 회전축을 중심으로 하여 일정 각 범위 내에서 진자 회전하여 상기 토치 코어 로드(30) 말단의 용접 팁(31)은 전술한 중심 회전축(38)의 높이 가변으로 정해진 위빙 폭(또는, 위빙 각)과 특정 진폭으로 고속 위빙되면서 모재에 대하여 용접을 수행하게 된다.
도 3에 잘 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 위빙 용접 모듈(1)은 중공형 토치 본체(10)에서 측방향으로 분사된 CO2 가스를 와류 현상에 의해 저온 CO2 가스와 고온 CO2 가스로 분리하고 저온 CO2 가스로 상기 고속 위빙 구동 유닛(20)을 냉각시키는 냉각유닛(50)을 더 포함한다.
상기 냉각유닛(50)은 와류 현상에 의해 저온 CO2 가스와 고온 CO2 가스로 분리하는 무동력 와류 발생기(51)와, 상기 중공형 토치 본체(10)로부터 측방향으로 연장되어 상기 와류 발생기(51)에 연결되고 상기 토체 본체(10)로부터의 CO2 가스가 상기 와류 발생기(51) 내로 1.5Bar ~ 2.5 Bar로 분사되도록 해주는 CO2 가스 분사 배관(52)과, 상기 와류 발생기(51) 내 와류 현상에 의해 분리된 고온 CO2 가스와 저온 CO2 가스 각각을 상기 위빙 구동 유닛(20) 측과 용접 노즐(40) 측으로 내보내는 저온 CO2 가스 배관(53) 및 고온 CO2 가스 배관(54)을 포함한다.
저온 CO2 가스 배관(53)은 위빙 구동 모터(22)가 수용된 모터 케이싱부(214)에 접속한다.
저온 CO2 가스는 상기 모터 케이싱부(214)로 유입되어 위빙 구동 모터(22)를 냉각시킨 후 모터 케이싱부(214)와 연결되어 있는 수직의 로드 케이싱부(212)를 거쳐 용접 노즐(40) 측으로 흐른다.
저온 CO2 가스는 위빙 구동 모터(22)를 냉각시키므로, 위빙 구동 모터(22) 자체 발생열 그리고 용접시 복사열에 의해 위빙 구동 모터(22)의 전자석 자력이 저하되는 것을 막는다.
위빙 구동 모터(22)의 전자석 자력 저하는 결과적으로 용접 팁(31)의 위빙 패턴을 변화시킨다는 점에서, 저온 CO2 가스에 의한 위빙 구동 모터(22)의 냉각은 용접 팁(31) 위빙 패턴의 균일성을 보장한다.
고온 CO2 가스 배관(54)은 상기 용접 노즐(40)의 상부 측 또는 상기 용접 노즐(40)과 상기 로드 케이싱부(212)의 접속 부분에 연결된다.
고온 CO2 가스는 위빙 구동 모터(22)를 거친 저온 CO2 가스와 용접 노즐(40) 내부에서 혼합된다.
혼합 CO2 가스는 상기 용접 노즐(40)의 하단을 통해 분사되어 대기와 용접 부분을 분리하는 쉴드 가스로서 작용한다.
상기 용접 노즐(40)의 내측면에는 와류 발생을 위한 환형 돌기(42)가 형성되며, 상기 돌기(42)는 와류를 발생시켜 상기 용접 노즐(40) 내 고온 CO2 가스와 저온 CO2 가스의 혼합이 더 잘 되도록 돕고, 용접시 CO2 가스 쉴드 효과를 높여 용접성을 향상시키며, 용접 스패터(spatters)가 용접 노즐(40)의 내부면과 용접 팁(31)에 부착되는 것을 방지하여, 이들 부품들 및 그 관련 부품들의 수명 연장을 돕는다.
또한 상기 와류 발상에 의해 CO2 가스의 유속이 증가되며, 이 유속 증가는 CO2 쉴드 가스 내 풍압성을 높여진다.
종래의 경우, CO2 쉴드 가스가 2m/s 풍속 이상에서 보호 가스의 역할을 상실하였지만, 본 실시예의 경우, CO2 쉴드 가스가 4m/sec 풍속에도 보호 가스의 역할을 할 수 있었다.
본 실시예에서는, 압입 가공으로 형성된 하나 이상의 환형 돌기(42)가 이용되었지만, 나선형 돌기 또는 복수의 환형 돌기를 이용할 수도 있다. 와류 발생 효과면에서는 나선형 돌기의 이용이 상대적으로 더 효과적이었다.
고온 CO2 가스 배관(54)에는 용접 노즐(40)에 들어가는 고온 CO2 가스의 양을 조절하는 트로틀 밸브(542)가 설치되는 것이 좋다.
트로틀 밸브(542)에 의해 용접 노즐(40) 내에서의 고온 CO2 가스와 저온 CO2 가스의 혼합비와 그에 따른 CO2 가스 온도를 조절할 수 있다.
상기 용접 노즐(40)의 상부 내주면에는 인슐레이터(44)가 마련되며, 상기 인슐레이터(44)는 위빙하는 토치 코어 로드(30)와 용접 노즐(40) 사이를 전기적으로 절연한다.
상기 토치 코어 로드(30)의 하부 요소는 앞에서 자세히 설명되는 바와 같이 용접 팁(31)이며, 상기 토치 코어 로드(30)의 하부 연결부(33)는 종래에 사용되었던 가스 디퓨저를 그대로 채용할 수 있다.
또한, 상기 토치 코어 로드(30)의 상부 연결부(34)는, 전술한 중심 회전축(38) 및 캠홀(39)이 마련된 부분으로서, 위빙 구동유닛(20)의 로드 케이싱부(212) 내에 수용된 채, 상기 하부 연결부(33)에 분리가능하게 연결된다.
도 8을 참조하면, 고속 위빙 용접 캐리지의 고속 위빙 용접 모듈이 용접 케이블이 인라인(in line)화되는 상태를 잘 보여준다.
도 8을 참조하면, 용접 토치 본체(10)의 중공 내부로 용접 토치 케이블(11)의 일부가 길게 수용되며 상기 용접 토치 케이블(11)로부터 직선 방향으로 연장된 라이너(12)가 용접 토치 본체(10)의 말단을 지나 위빙 구동 유닛(20)의 로드 케이싱부(212)의 후방 구멍을 통해 삽입된다는 것을 알 수 있다.
용접 토치 본체(10)를 상기 로드 케이싱부(212)와 만나는 위치까지 밀면, 상기 라이너(12)는 상기 토치 코어 로드(30)의 상부 연결부에 분리 가능하게 접속되며, 이에 의해, 고속 위빙 용접 모듈, 더 나아가서는 고속 위빙 용접 캐리지가 용접 토치 케이블과 인라인화된다.
이러한 구성에 의해, 기존 용접 토치 케이블 및 토치 본체를 포함하는 각종 용접용 소모품의 공용화 설계가 가능하며, 탈부착 방식에 의해 조립성이 향상되며, 기존에 기 보급되어 있는 용접 장치에도 호환적으로 이용될 수 있다.
한편, 용접 노즐(40)은 및 인슐레이터(44)는 로드 케이싱부(212)에 탈부착 가능하게 결합되고, 용접 팁(31)은 가스 디퓨저 부품일 수 있는 하부 연결부(33)에 탈부착 가능하게 결합되며, 용접 팁(31)이 결합된 하부 연결부(33)는 로드 케이싱부(212) 내부에 있는 상부 연결부에 탈부착가능하게 결합된다.
앞에서도 언급한 바와 같이, 상기 용접 팁, 하부 연결부 및 상부 연결부 각각은 토치 코어 로드에 일부로 통합된다.
도 8은 본 발명에 따른 위빙 용접 캐리지를 이용하여 실제 CO2 용접하였을 때의 조건 및 결과를 보여주는 표와 사진이다.
1: 위빙 용접 모듈 10: 토치 본체
20: 위빙 구동 유닛 30: 토치 코어 로드
31: 용접 팁 40: 용접 노즐

Claims (12)

  1. 대차와, 상기 대차 상에 탑재된 위빙 용접 모듈 및 조작 패널을 포함하는 위빙 용접 캐리지로서, 상기 위빙 용접 모듈은,
    토치 본체;
    용접 노즐;
    상기 토치 본체와 상기 용접 노즐 사이에 결합된 위빙 구동 유닛;
    하부 말단부에 용접 팁을 구비하고, 상기 위빙 구동 유닛에 의해 구동되어 상기 용접 노즐 내에서 위빙하는 토치 코어 로드를 포함하며,
    상기 위빙 구동 유닛은 케이싱을 포함하고, 상기 케이싱은, 상기 토치 코어 로드의 상부 및 용접 케이블로부터 연장된 라이너를 수용하는 한편 상기 토치 코어 로드의 상부에 구비된 캠홀에 결합된 편심 캠이 편심 회전 운동하는 로드 케이싱부와, 상기 로드 케이싱부과 교차하며 상기 위빙 구동 모터가 수용되는 모터 케이싱부를 포함하고,
    상기 토치 본체의 중공 내부로 용접 토치 케이블의 일부가 길게 수용되며 상기 용접 토치 케이블로부터 직선 방향으로 연장된 라이너가 용접 토치 본체의 말단을 지나 상기 로드 케이싱부의 후방 구멍을 통해 삽입되되, 상기 토치 본체를 상기 로드 케이싱부와 만나는 위치까지 밀 때, 상기 라이너는 상기 토치 코어 로드의 상부 연결부에 분리 가능하게 접속되며,
    상기 위빙 구동 유닛은 중심 회전축에 회전가능하게 연결된 토치 코어 로드를 상기 토치 코어 로드 상부에서 편심 캠으로 구동하여 위빙시키는 것을 특징으로 하는 위빙 용접 캐리지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 토치 코어 로드의 상부에는 캠홀이 구비되고, 상기 중심 회전축은 상기 캠홀의 아래쪽에 위치하되 높이 조절이 가능하며, 상기 위빙 구동 유닛은 위빙 구동 모터 및 상기 위빙 구동 모터의 원동축에 연결된 편심 캠을 포함하며, 상기 편심 캠은 상기 캠홀 내에서 편심 회전 운동하도록 배치되되,
    X = G × Y / (T - Y)
    (여기에서, X = 위빙 폭, G = 원동축 중심과 편심 캠 중심 사이의 거리(편심 거리), T = 원동축 중심으로부터 용접 팁 말단 사이의 거리, Y는 중심 회전축과 용접 팀 말단 사이의 거리)
    상기 용접 팁의 위빙 폭(X)은 위의 식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 위빙 용접 캐리지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 토치 코어 로드에는 상기 중심 회전축의 높이 조절을 위한 가이드 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 위빙 용접 캐리지.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 토치 본체에서 분사된 CO2 가스를 와류 현상에 의해 저온 CO2 가스와 고온 CO2 가스로 분리하고 저온 CO2 가스로 상기 위빙 구동 유닛을 냉각시키는 냉각유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위빙 용접 캐리지.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 냉각유닛은 와류 현상에 의해 저온 CO2 가스와 고온 CO2 가스로 분리하는 와류 발생기와, 상기 토치 본체로부터 측방향으로 연장되어 상기 와류 발생기에 연결되고 상기 토치 본체로부터의 CO2 가스가 상기 와류 발생기내로 분사되도록 해주는 CO2 가스 분사 배관과, 상기 와류 발생기 내 와류 현상에 의해 분리된 고온 CO2 가스와 저온 CO2 가스 각각을 상기 위빙 구동 유닛 측과 상기 용접 노즐 측으로 내보내는 저온 CO2 가스 배관 및 고온 CO2 가스 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 위빙 용접 캐리지.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 저온 CO2 가스 배관은 상기 위빙 구동 유닛의 케이싱 중에서 상기 위빙 구동 모터가 수용된 모터 케이싱부에 접속되고, 상기 고온 CO2 가스 배관은 상기 용접 노즐의 상부 측에 연결되며, 상기 저온 CO2 가스 배관을 통해 상기 케이싱에 유입된 저온 CO2 가스는 상기 위빙 구동 모터를 냉각시킨 후 상기 용접 노즐로 들어가 상기 용접 노즐로 유입된 상기 고온 CO2 가스와 혼합되는 것을 특징으로 하는 위빙 용접 캐리지.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 용접 노즐의 내주면에는 CO2 가스에 대하여 와류를 발생시키는 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 위빙 용접 캐리지.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 용접 노즐의 상부 내주면에는 상기 토치 코어 로드와 상기 용접 노즐 사이를 절연하는 인슐레이터가 설치된 것을 특징으로 하는 위빙 용접 캐리지.
  11. 삭제
  12. 삭제
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