KR101471518B1 - 티그용접기용 용접토치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 티그용접기용 용접토치에 관한 것으로, 그 목적은 토치헤드에 장착되어 불활성가스 분출을 안내하는 가스디퓨저의 구조를 개선하여 불활성가스가 소용돌이 현상을 발생시키지 않으면서 용접부위에 고르게 분출시킬 수 있도록 하는 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 티그용접기용 용접토치의 가스디퓨저(50)에 의하면; 후단부 외주에 수나사(51a)가 가공되어 토치-손잡이(20)의 헤드(30)에 장착되며 내부에는 가스통로(51b)가 형성되고, 중앙부위 벽면에는 복수개의 제1분출공(51c)이 천공되며, 선단부에는 전극봉(40)이 관통할 수 있도록 전극봉-홀(51d)이 천공된 통 형상의 디퓨저-몸체(51)와; 제1분출공(51c)이 천공된 디퓨저-몸체(51)의 중앙부위를 이격되게 감싸 가스 저장공간(53)을 형성하며 외주에는 세라믹-캡(60)이 결합되도록 수나사(52a)가 가공된 링 형상으로 이루어지고, 선단면(52b) 중앙에는 디퓨저-몸체(51)의 선단부가 관통하는 관통홀(52c)이 천공되고, 선단면(52b) 가장자리에는 원주방향으로 제2분출공(52d)들이 일정한 간격으로 천공된 분출가이드(52)를 구비하여; 디퓨저-몸체(51)의 내부로 유입된 불활성가스는 제1분출공(51c)들을 통해 가스 저장공간(53)으로 빠져나간 후 제2분출공(52d)들을 통해 전극봉(40)과 나란한 방향으로 분출되는 것을 특징으로 한다.

Description

티그용접기용 용접토치{WELDING-TORCH FOR TIG WELDER}
본 발명은 티그용접기의 용접토치에 관한 것으로; 불활성가스(통상 아르곤가스)를 용접부에 고르게 분출시켜 산화를 방지할 수 있도록 용접토치 선단부에 장착되는 가스디퓨저(gas diffuser)를 갖춘 『티그용접기용 용접토치』에 관한 것이다.
일반적으로 산업분야에서 사용되는 용접기는 가스, 아크, 전기, 저항열, 마찰열 등의 열원을 이용하여 용접부위를 용융상태로 하여 접합하는 것들과, 가열된 부재 또는 상온 상태의 부재를 서로 접촉시키고 인가된 전압에 의거하여 부재에 압력을 가하여 상호 접합시키는 것들이 있다.
이러한 용접기들 중에서 불활성가스(일명 차폐가스, 아르곤가스)를 이용하는 티그용접기(Tungsten Inert Gas Welding; TIG)는 텅스텐 전극봉을 이용하며 철구조물, 선박, 자동차 등의 제작 시 가장 많이 사용되는 것으로, 불활성가스가 저장되는 가스탱크와, 이 가스탱크의 출구측에 배치되어 가스를 일정압력으로 유출시키기 위한 레귤레이터와, 이 레귤레이터의 출구측과 가스호스(통상적으로 플렉시블 고무호스로 이루어짐)를 통해 연결되며 각종 전장품 및 가스공급을 제어하기 위한 솔레노이드밸브 등이 배치되는 용접기 본체와, 이 용접기 본체측과 콘트롤 케이블을 통해 전기적으로 연결되며 솔레노이드밸브를 제어하기 위한 스위치가 마련되어 가스를 공급받는 용접토치와, 용접기 본체에 전기적으로 접속되며 모재와 연결되는 베이스 케이블을 갖추고 있다.
따라서 종래 티그 용접기에서는 베이스 케이블(+전극)을 용접대상물인 모재에 연결한 후 용접토치를 접촉(-전극)시키면 서로 다른 전기적 특성에 의해 아크를 발생시키면서 용접이 이루어지게 된다. 또한, 용접이 시작되면, 용접토치 선단부에서 불활성가스(아르곤가스)가 분출되면서 펜스를 형성함으로써, 용접이 진행되는 부위와 외부공기와의 접촉을 막는다. 이에 따라 미려한 용접 비드를 얻을 수 있고 피복이 없기 때문에 뒷마무리가 간단하고 깨끗하게 된다.
이러한 티그 용접기에 사용되는 용접토치에는 내부에 가스공급로가 마련된 토치손잡이와, 이 토치손잡이의 헤드부에 결합되며 나사 결합방식으로 체결되며 중앙부위에 텅스텐 전극봉이 관통하도록 배치되는 가스디퓨저와, 가스디퓨저의 선단부에 나사 체결되는 원통형 세라믹 캡이 마련되어 있다. 도 1을 참조하면; 종래 가스디퓨저(1)는 선단 벽면에 반경 방향으로 다수의 가스 배출구(2)가 천공되어 있는데, 이를 통해 불활성가스가 용접부위를 통해 분출(도 1의 화살표 방향 참조)되어 산화를 방지하게 된다. 미설명 부호 "3"은 세라믹 캡(5) 결합을 위해 가공된 수나사부이고, "4"는 가스디퓨저(1) 내부를 관통하여 배치되는 텅스텐 전극봉이다.
그러나 종래 용접토치에 적용된 가스디퓨저(1)에서는 가스 배출구(2)가 벽면부에 반경 방향으로 천공되어 있기 때문에, 가스 배출구(2)들을 통해 불활성가스 분출되는 과정에서 유로가 급격하게 변하며 이로 인해 가스 분출영역(A 부위), 즉 가스디퓨저(1) 선단부와 세라믹 캡(5) 내벽 사이공간에서 소용돌이(와류) 현상이 발생된다. 이 소용돌이 현상으로 인해 불활성가스의 분출이 고르게 이루어지지 않으며, 이러한 것이 용접부위의 산화 원인이 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 발명의 목적은 토치헤드에 장착되어 불활성가스 분출을 안내하는 가스디퓨저의 구조를 개선하여 불활성가스가 소용돌이 현상을 발생시키지 않으면서 용접부위에 고르게 분출시킬 수 있는 『티크용접기용 용접토치』를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 상단부에 헤드가 이루어지며 내부에 가스공급로가 마련된 토치-손잡이와, 상기 토치-손잡이의 헤드에 후단부가 나사 결합방식으로 장착되어 상기 가스공급로와 연통되며 내부에는 텅스텐 전극봉이 길이방향으로 관통 배치되는 가스디퓨저와, 상기 가스디퓨저의 선단부에 나사 결합방식으로 장착되어 분출가스를 용접부위로 안내하는 세라믹-캡을 갖춘 티그용접기용 용접토치에 있어서;
상기 가스디퓨저가; 후단부 외주에 수나사가 가공되어 상기 토치-손잡이의 헤드에 장착되며 내부에는 가스통로가 형성되고, 중앙부위 벽면에는 복수개의 제1분출공이 천공되며, 선단부에는 상기 전극봉이 관통할 수 있도록 전극봉-홀이 천공된 통 형상의 디퓨저-몸체와; 상기 제1분출공이 천공된 상기 디퓨저-몸체의 중앙부위를 이격되게 감싸 가스 저장공간을 형성하며 외주에는 상기 세라믹-캡이 결합되도록 수나사가 가공된 링 형상으로 이루어지고, 선단면 중앙에는 상기 디퓨저-몸체의 선단부가 관통하는 관통홀이 천공되고, 상기 선단면 가장자리에는 원주방향으로 제2분출공들이 일정한 간격으로 천공된 분출가이드를 구비하여; 상기 디퓨저-몸체의 내부로 유입된 불활성가스는 상기 제1분출공들을 통해 상기 가스 저장공간으로 빠져나간 후 상기 제2분출공들을 통해 상기 전극봉과 나란한 방향으로 분출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은; 상기 분출가이드의 후단부가 상기 디퓨저-몸체의 중앙부위에 돌출되게 마련된 대경부에 접합되어 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 티그용접기용 용접토치에 의하면; 용접과정 시 불활성가스가 가스 저장공간으로부터 가스디퓨저의 제2분출공들을 통해 유로 변경없이 직선상으로 분출됨으로써 소용돌이 현상이 발생되지 않으면서 용접부위에 고르게 분출되는 장점이 있다.
즉, 디퓨저-몸체의 내부로 유입된 불활성가스가 제1분출공을 통해 가스 저장공간으로 빠져나간 후 분출가이드의 선단면에 천공된 제2분출공들을 통해 더 이상의 유로변화 없이 텅스텐 전극봉과 나란한 방향으로 고르게 분출되기 때문에, 차폐 펜스가 용접부위에 집중하여 정확하게 형성되며 이로 인해 산화현상이 발생되지 않고 보다 깨끗한 용접비드가 이루어지는 장점이 있다.
도 1은 종래 티그용접기의 용접토치에 적용되는 가스디퓨저의 단면구조를 개략적으로 보인 것이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 티그용접기용 용접토치를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 티그용접기용 용접토치의 헤드 내부 구조를 보인 부분단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 티그용접기용 용접토치의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 티그용접기용 용접토치의 분해단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 가스디퓨저를 발췌하여 보인 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 가스디퓨저의 내부 구조를 보인 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 티그용접기용 용접토치에서 불활성가스 분출과정을 보인 것이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.(본 발명은 불활성가스를 사용하는 티그용접기의 용접토치에 관한 것으로, 이해의 편의를 위해 본 발명이 적용될 수 있는 티그용접기의 구성을 다시한 번 상술한 후 본 발명에 따른 용접토치의 구성을 설명한다)
<본 발명이 적용되는 용접기 구성 설명>
본 발명이 적용될 수 있는 용접기는 고압의 불활성가스(아르곤 가스)가 저장되며 상부에 개폐밸브가 마련된 저장탱크와, 이 저장탱크의 개폐밸브측과 가스호스를 통해 연결되는 용접기본체와, 이 용접기본체에 필요한 전원을 공급하며 과부하 시 자동 차단되는 과부하차단기(NFB;No Fuse Breaker)와, 용접기본체와 콘트롤케이블을 통해 연결되는 용접토치(통상적으로 -전극)와, 용접기본체에 전기적으로 접속되며 용접대상물인 모재와 연결되는 베이스케이블(통상적으로 +전극)을 구비하고 있다.
또한, 용접기본체에는 용접토치측으로의 가스 공급을 제어하기 위한 솔레노이드밸브가 배치되는데, 이것은 용접토치에 마련된 스위치 동작으로 개폐된다. 따라서 용접작업자가 용접토치에 마련된 스위치를 누르면서 용접토치측의 텅스턴 전극봉을 모재(용접대상물)에 접촉시키면, 베이스케이블측과 용접토치와의 서로 다른 전기적 특성에 의해 아크가 발생되면서 용접이 이루어지게 된다. 아울러, 용접토치의 스위치 푸시동작에 따라 솔레노이드밸브가 개방되어 저장탱크의 불활성가스가 가스호스를 통해 공급되며, 이것은 용접토치의 후술하는 가스디퓨저를 통해 분출되면서 펜스를 형성한다. 이러한 불활성가스 펜스가 용접이 진행되는 부위와 외부공기와의 접촉을 차단시킴으로써, 미려한 용접비드를 얻을 수 있게 된다.
그리고 용접작업자가 용접토치를 용접대상물인 모재로부터 이격시키면서 스위치를 놓으면, 솔레노이드밸브가 닫혀 용접가스 공급이 차단된다. 이와 같이, 불활성가스 분출은 작업자가 용접토치에 마련된 스위치를 눌러 솔레노이드밸브가 개방되는 동안 이루어지며, 스위치를 놓으면 솔레노이드밸브는 순간적으로 닫혀 불활성가스 분출이 차단되게 된다.
<본 발명에 따른 티크용접기용 용접토치의 구성 설명>
도 2와 도 3을 참조하면; 본 발명에 따른 용접토치는 전기배선과 가스호스가 일체로 이루어진 콘트롤케이블(10)을 통해 용접기본체(미도시)측과 연결되는데, 이것은 내부에 가스공급로(21)가 마련되며 상부에 헤드(30)가 마련된 토치-손잡이(20)와, 이 토치-손잡이(20)의 헤드(30) 선단에 나사 결합방식으로 장착되며 내부에는 텅스텐 전극봉(40)이 길이방향으로 관통 배치되는 가스디퓨저(50)와, 이 가스디퓨저(50)의 선단부에 나사 결합방식으로 장착되어 가스 분출을 가이드하는 통 형상의 세라믹-캡(60)을 갖추고 있다.
토치-손잡이(20)의 헤드(30) 내벽에는 암나사가 마련되며, 이의 중앙부에는 가스호스(미도시)와 연계되도록 가스공급로(21)가 천공되어 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 가스디퓨저(50)는 토치-손잡이(20)의 헤드(30) 선단에 장착되며 불활성가스를 외부(용접부위)로 고르게 분출시키기 위한 것으로; 후단부가 토치-손잡이(20)의 헤드(30) 선단에 직결식으로 장착되며 내부에는 전극봉(40)이 관통 배치되는 디퓨저-몸체(51)와, 이 디퓨저-몸체(51)의 중앙부위 외곽에 배치되며 불활성가스를 전극봉(40)과 나란한 방향으로 분출시키기 위한 분출가이드(52)로 정의된다.
도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이; 디퓨저-몸체(51)는 후단부 외주에 수나사(51a)가 가공되어 토치-손잡이(20)의 헤드(30) 선단에 나사 결합방식으로 장착되며, 내부에는 가스통로(51b)가 형성되고, 중앙부위 벽면에는 복수개의 제1분출공(51c)이 천공되며, 선단부에는 전극봉(40)이 관통할 수 있도록 전극봉-홀(51d)이 천공된 통 형상으로 이루어져 있다. 이러한 디퓨저-몸체(51)의 내부에는 전극봉(40)을 파지하기 위한 콜렛(70;collet)이 길이방향으로 여유있게 배치되며, 이러한 콜렛(70)은 선단부위가 분기되어 있으며, 토치-손잡이(20) 헤드(30)의 후단에 나사 결합방식으로 조립되는 백캡(80)에 의해 가압됨으로써, 전극봉(40)이 견실하게 고정 배치된다. 또한, 제1분출공(51c)들은 콜렛(70) 선단부위와 일정한 간격 떨어진 디퓨저-몸체(51)의 중앙부위 벽면에 천공함이 바람직하다. 이러한 것은 용접작업시 분기된 콜렛(70) 선단부위가 열에 의해 부풀어 오르는 경우도 있는데, 콜렛(70) 선단부가 변형되더라도 불활성가스가 배출되는 제1분출공(51c)을 막지 않도록 하기 위함이다.
그리고 분출가이드(52)는 링 형상으로 이루어지며 가스 제1분출공(51c)이 천공된 디퓨저-몸체(51)의 중앙부위를 이격되게 감싸 가스 저장공간(53)을 형성하며 외주에는 세라믹-캡(60)이 결합되도록 수나사(52a)가 가공되어 있다. 또한, 분출가이드(52)의 선단면(52b) 중앙에는 디퓨저-몸체(51)의 선단부가 관통하는 관통홀(52c)이 천공되어 있고, 이의 선단면(52b) 가장자리에는 원주방향으로 가스 제2분출공(52d)들이 일정한 간격으로 천공되어 있다. 또한, 분출가이드(52d)의 후단부는 디퓨저-몸체(51) 중앙부위에 돌출되게 마련된 대경부(51e)에 접합되어 견실하게 고정됨으로써, 분출가이드(52)는 디퓨저-몸체(51)의 중심과 동심을 이루며 배치된다. 이에 따라 디퓨저-몸체(51)의 내부로 유입된 불활성가스는 가스 제1분출공(51c)을 통해 가스 저장공간(53)으로 빠져나간 후 가스 제2분출공(52d)을 통해 전극봉(40)과 나란한 방향으로 분출되게 된다. 이러한 디퓨저-몸체(51)와 분출가이드(52)는 가공성 및 접합성이 우수한 동 재질로 제작된다.
그리고 세라믹-캡(60)은 열에 강한 세라믹으로 제작되며, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 가스디퓨저(50)를 통해 분출되는 불활성가스를 모아가면서 용접부위로 안내할 수 있도록 원통 형상으로 이루어져 있다. 즉, 세라믹-캡(60)은 가스디퓨저(50)의 분출가이드(52) 수나사(52a)에 나사 결합방식으로 체결되는 원통 장착부(61)와, 이 원통 장착부(61) 선단에 내경이 작게 형성된 분출구(62)로 정의된다.
<본 발명에 따른 용접토치의 가스 분출작동 및 이에 따른 효과 설명>
다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 티그용접기용 용접토치의 가스 분출작동 및 이에 따른 작용효과를 설명한다.
먼저, 용접작업자가 스위치(미도시)를 누르면서 용접토치의 전극봉(40) 선단을 모재(용접대상물)에 접촉시키면, 베이스케이블(미도시)측과 용접토치 전극봉(40)과의 서로 다른 전기적 특성에 의해 아크를 발생시키면서 용접이 이루어진다. 이와 함께 용접토치의 스위치 누름동작에 따라 솔레노이드밸브(미도시)가 개방되어 불활성가스가 가스호스를 통해 공급되며, 이것은 용접토치의 가스디퓨저(50)를 통해 분출되면서 차폐 펜스를 형성한다. 이러한 불활성가스 차폐 펜스가 용접이 진행되는 부위와 외부공기와의 접촉을 차단시킴으로써, 미려한 용접비드를 얻을 수 있다.
즉, 도 8에 도시한 바와 같이, 불활성가스는 토치-손잡이(20)의 가스공급로(21) → 디퓨저-몸체(51)의 가스통로(51b) → 디퓨저-몸체(51)의 제1분출공(51c)들 → 분출가이드(52)의 가스 저장공간(53) → 제2분출공(52d)들을 통해 분출되며(도 8의 점선 화살표 방향 참조), 계속하여 세라믹-캡(60)에 의해 모아지면서 용접부위에 집중 분출되어 차폐 펜스를 형성한다. 특히, 가스디퓨저(50) 가스 저장공간(53)내의 불활성가스는 더이상의 유로 변화없이 제2분출공(52d)들을 통해 거의 직선상이면서 전극봉(40) 선단 외곽에 고르게 분출되며, 이로 인해 소용돌이(와류) 현상이 발생되지 않는다.
10..콘트롤케이블 20..토치-손잡이
21..가스공급로 30..헤드
40..전극봉 50..가스디퓨저
51..디퓨저-몸체 51a..수나사
51b..가스통로 51c..제1분출공
51d..전극봉-홀 51e..대경부
52..분출가이드 52a..수나사
52b..선단면 52c..관통홀
52d..제2분출공 53..가스 저장공간
60..세라믹-캡 61..원통 장착부
62..분출구 70..콜렛
80..백캡

Claims (2)

  1. 상단부에 헤드(30)가 이루어지며 내부에 가스공급로(21)가 마련된 토치-손잡이(20)와, 상기 토치-손잡이(20)의 헤드(30)에 후단부가 나사 결합방식으로 장착되어 상기 가스공급로(21)와 연통되며 내부에는 텅스텐 전극봉(40)이 길이방향으로 관통 배치되는 가스디퓨저(50)와, 상기 가스디퓨저(50)의 선단부에 나사 결합방식으로 장착되어 용접부위로 분출가스를 안내하기 위한 세라믹-캡(60)을 갖춘 티그용접기용 용접토치에 있어서;
    상기 가스디퓨저(50)는;
    후단부 외주에 수나사(51a)가 가공되어 상기 토치-손잡이(20)의 헤드(30)에 장착되며 내부에는 가스통로(51b)가 형성되고, 중앙부위 벽면에는 복수개의 제1분출공(51c)가 천공되며, 선단부에는 상기 전극봉(40)이 관통할 수 있도록 전극봉-홀(51d)이 천공된 통 형상의 디퓨저-몸체(51)와;
    상기 제1분출공(51c)이 천공된 상기 디퓨저-몸체(51)의 중앙부위를 이격되게 감싸 가스 저장공간(53)을 형성하며 외주에는 상기 세라믹-캡(60)이 결합되도록 수나사(52a)가 가공된 링 형상으로 이루어지고, 후단부는 상기 디퓨저-몸체(51)의 중앙부위에 돌출되게 마련된 대경부(51e)에 접합 고정되며, 선단면(52b) 중앙에는 상기 디퓨저-몸체(51)의 선단부가 관통하는 관통홀(52c)가 천공되고, 상기 선단면(52b) 가장자리에는 원주방향으로 제2분출공(52d)들이 일정한 간격으로 천공되어 상기 디퓨저-몸체(51)의 내부로 유입된 불활성가스가 상기 제1분출공(51c)들을 통해 상기 가스 저장공간(53)으로 빠져나간 후 상기 제2분출공(52d)들을 통해 상기 전극봉(40)과 나란한 방향으로 분출 안내하는 분출가이드(52)를; 구비하는 것을 특징으로 하는 티그용접기용 용접토치.
  2. 삭제
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