KR101564040B1 - 이산화탄소 아크 용접기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접작업장 내로 누출되는 이산화탄소의 누적 누출량을 감지하여 경보하는 이산화탄소 아크 용접기에 관한 것으로, 용접시 발생하는 이산화탄소의 누적 누출량을 감지하는 센서(210)와, 상기 센서로부터 출력되는 신호에 근거하여, 상기 센서에 의해 감지된 이산화탄소의 누적 누출량이 미리 정해진 기준 값을 초과하는 경우에 경보를 발생시키는 경보부(251)를 포함한다.

Description

이산화탄소 아크 용접기{Carbon Dioxide Arc Welding Machine}

본 발명은 이산화탄소 아크 용접기에 관한 것으로, 특히 용접시에 주위로 누출되는 이산화탄소의 누적 누출량을 검출하여 그 검출량이 일정량 이상일 경우에 경보를 발생시키도록 한 이산화탄소 아크 용접기에 관한 것이다.

일반적으로, 이산화탄소 아크 용접기나 아르곤가스 아크 용접기 등과 같은 가스 아크 용접기는 용접시 외부 공기가 유입되어 용접부위에 산화물이나 질화물이 형성되는 것을 방지하기 위하여 용접 표면을 가스로 감싸면서 용접함으로써 외부 공기와의 접촉을 차단하도록 하고 있다.

이와 같은 이산화탄소 미그 용접기가 특허문헌 1에 기재되어 있다. 도 1은 특허문헌 1의 종래의 이산화탄소 아크 용접기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 이산화탄소 미그 용접기는 원격제어장치(10), 가스통(12), 와이어 피더(14) 및 용접 건(11)으로 구성되어 있다.

원격제어장치(10)는 용접전압 및 용접전류를 조정하는 부분으로서, 가변 저항을 포함하는 볼륨 조정부를 통해 용접전압 및 용접전류를 설정함으로써 아날로그 방식으로 설정 값을 조절한다.

이와 같이 작업자가 용접전압 및 용접전류를 설정하면 원격제어장치(10)에 용접전압 및 용접전류가 설정되며, 이 상태에서 작업자가 용접건(11)의 토치 스위치(18)를 누르면 가스통(12)에 충전된 보호가스인 이산화탄소 가스가 노즐(13)을 통해 분사되는 동시에, 설정된 용접전류에 따라서 전극용 와이어의 이송속도가 조절되면서 전극 와이어(15)가 이송됨으로써 모재(12)와 전극 와이어(13)의 단부에 아크가 발생하여 모재(17)가 용접된다.

이와 같은 이산화탄소 아크 용접기 등의 가스 아크 용접기에 의한 용접작업에서는 이산화탄소의 누출이 필연적이며, 이 가스의 누출량이 소량일 경우에는 큰 문제가 되지 않았으나, 2대 이상의 다수 대의 이산화탄소 아크 용접기에 의한 동시 용접시에는 다수의 이산화탄소 아크 용접기로부터 누출되는 가스가 누적되게 되므로 환경상 큰 문제가 된다.

즉, 이산화탄소 아크 용접기는 이산화탄소 가스의 사용을 전제로 하는 용접기이므로 다소의 이산화탄소의 누출은 당연하나, 예를 들어, 용접교육장 등과 같이 다수 대의 이산화탄소 아크 용접기를 동시에 사용하는 장소에서는 이들 다수의 이산화탄소 아크 용접기로부터 누출되는 이산화탄소가 누적되게 되며, 이산화탄소는 인체에 유해한 가스이므로, 다수의 이산화탄소 아크 용접기로부터 소량씩 누출되어 누적된 이산화탄소 가스의 누적 누출량이 일정한 값 이상이 되면 용접자 등 당해 작업장 내에 있는 사람의 건강에 위해 요인이 될 수 있다.

또, 이들 누적된 이산화탄소 가스는 대기 오염의 문제도 야기하므로, 다수 대의 이산화탄소 아크 용접기를 동시에 사용하는 용접교육장 등의 작업환경에서는 작업장 내의 이산화탄소 가스의 누적 누출량이 일정 양 이상이 되면, 용접작업을 일시 중지하고 작업장 내의 환기를 하는 등의 조치가 필요하나, 종래에는 이와 같은 이산화탄소의 누적 누출량을 감지할 수 있는 용접기는 존재하지 않았다.

등록특허 10-0661813호 공보

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 용접시에 누출되는 이산화탄소의 누적 누출량을 센서로 검출하여, 그 검출량이 일정량 이상일 경우에는 경고를 하도록 함으로써 예를 들어 용접작업을 일시 중지하고 작업장 내의 환기를 하는 등의 필요한 조치를 취할 수 있도록 한 이산화탄소 아크 용접기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소 아크 용접기는, 이산화탄소 아크 용접기로, 용접시 발생하는 이산화탄소의 누적 누출량을 감지하는 센서와, 상기 센서로부터 출력되는 신호에 근거하여, 상기 센서에 의해 감지된 이산화탄소의 누적 누출량이 미리 정해진 기준 값을 초과하는 경우에 경보를 발생시키는 경보부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 센서는, 입력전압에 의해 가열되는 가열부와, 상기 가열부로부터 출력되는 신호에 근거하여 상기 가열부의 온도를 감지하는 온도 감지부와, 상기 온도 감지부로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 연산 증폭기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 센서로는 고체 전해질식 가스센서가 사용된다.

바람직하게는, 상기 경보부가 발생하는 경보는 경고 표시용 램프의 점등 또는 경보음 중 어느 하나 이상이다.

상기한 같은 구성을 구비하는 본 발명의 이산화탄소 아크 용접기는 용접시에 작업장 내로 누출되는 이산화탄소의 누적 누출량을 센서로 검출하여 그 검출량이 일정량 이상일 경우에는 경보를 발생시킴으로써 작업자가 그 상황에 대처 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 이산화탄소 아크 용접기의 일실시예에 의한 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예의 이산화탄소 아크 용접기의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예의 이산화탄소 아크 용접기의 회로 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예의 센서의 구성을 나타낸 회로도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 이산화탄소 아크 용접기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예의 이산화탄소 아크 용접기의 회로 구성을 나타내는 도면이다.

도 2 및 3에 나타내는 것과 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예의 이산화탄소 아크 용접기는 용접용 전력을 공급하는 동시에 용접기의 용접동작을 전체적으로 제어하는 용접기 본체(110)와, 이산화탄소를 저장하는 저장용기(130)와, 용접용 와이어를 공급하는 와이어 피더(170)와, 용접하고자 하는 모재에 아크를 발생시켜 용접을 하는 용접 토치(180)와, 용접기 본체(110)와 피더(170) 및 용접 토치(180)를 전기적으로 연결하는 전력공급선(160)과, 저장용기(130)에 저장된 이산화탄소 가스를 와이어 피더(170)를 개재하여 용접 토치(180)에 공급하는 가스공급선((150) 및 모재 케이블(190)을 포함한다.

또, 본 실시 예의 이산화탄소 아크 용접기는 본 발명의 이산화탄소 아크 용접기를 사용하여 용접작업을 하는 과정에서 작업장 내로 누출되는 이산화탄소의 누적 누출량을 감지하는 이산화탄소 센서(210)와, 상기 이산화탄소 센서(210)가 감지한 이산화탄소의 누적 누출량, 즉, 용접작업장 내의 이산화탄소의 누적 누출량이 미리 정해진 값 이상이 되면 동작하여 경보를 하는 경보부(215)를 더 포함한다.

용접기 본체(110)는 전원케이블(100)을 통해서 예를 들어 220볼트 또는 380볼트 등의 교류 상용전원으로부터 공급되는 전력을 용접에 필요한 전압 및 전류로 변환하는 변압기와, 본 실시 예의 이산화탄소 아크 용접기의 각 부의 동작을 제어하는 제어수단 등을 구비하며, 상기 변압기에서 변환된 용접용 전력은 전력공급선(160)을 통해서, 와이어 피더(170)를 경유하여 용접 토치(180)로 공급된다.

또, 전력공급선(160)은 와이어 피더(170)를 구동시키기 위한 전력과, 상기 제어수단으로부터 공급되는 예를 들어 용접의 시작 및 종료를 알리는 토치 제어신호, 와이어 피더(170)에 내장된 미 도시의 와이어 공급모터의 구동을 제어하는 제어신호, 저장용기(130)에 저장된 이산화탄소 가스를 가스공급선(150)을 통해서 와이어 피더(170)와 연결된 용접 토치(180)로 공급하도록 가스의 개폐를 조절하는 미 도시의 솔레노이드밸브 제어신호 등도 전송한다.

그러나 전력공급선(160)을 통해서는 상기 용접용 전력 및 피더(170) 구동용 전력만을 공급하고, 그 외의 상기 각종 제어신호는 별도의 케이블을 이용해서 공급하는 것으로 해도 좋다.

상기 용접기 본체(110)를 비롯하여, 저장용기(130), 와이어 피더(170), 용접 토치(180), 전력공급선(160), 가스공급선((150) 및 모재 케이블(190)의 구체적인 구성 및 동작은 종래의 이산화탄소 아크 용접기와 동일하므로 여기에서는 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다.

이산화탄소 센서(210)는 본 발명의 이산화탄소 아크 용접기를 이용하여 용접작업을 하는 작업장 내로 누출되어 누적된 이산화탄소의 누적 누출량을 검출하여, 검출된 이산화탄소의 누적 누출량이 미리 정해진 양 이상이 되면 경보부(215)로 하여금 경보를 발생시킬 수 있도록 하는 경보부(215) 동작신호를 제공한다.

도 2에 도시하는 것과 같이 이산화탄소 센서(210)는 용접기 본체(110)의 외함의 적절한 위치에 부착할 수 있으나, 그 위치는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 이산화탄소 아크 용접기를 이용하여 용접작업을 하는 작업장 내로 누출되어 누적된 이산화탄소 가스의 누적 누출량을 검출할 수 있는 위치라면 어느 위치라도 상관없다.

경보부(215)는 상기 이산화탄소 센서(210)가 검출한 작업장 내로 누출되어 누적된 이산화탄소의 누적 누출량이 미리 정해진 양 이상이 되면 동작하여 경보를 발생시키며, 경보의 방법으로는 경고 표시용 램프를 점등시키는 방법, 경보음을 울리는 방법, 경보음과 함께 경고 표시용 램프를 동시에 점등시키는 방법 등 어떤 방법이라도 좋다.

또, 경보음은 예를 들어 벨 등과 같은 단순한 경고음이라도 좋고, 예를 들어 '작업장 내의 이산화탄소의 누적 누출량이 위험수위에 도달하였으므로 용접작업을 중단하고 환기를 하라'는 취지의 미리 녹음된 음성에 의한 경고라도 좋다.

상기 이산화탄소 센서(210)로는 비분산 적외선(Non-Dispersive Infrared, NDIR)형에 비해 저가인 고체 전해질식 가스센서를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이산화탄소를 감지할 수 있는 센서이면 어떤 종류의 센서를 사용해도 좋다.

미 설명의 도면부호 120은 용접기 본체(110)를 접지하는 접지선이고, 140은 저장용기(130)와 가스공급선(150) 사이를 개폐하는 개폐밸브이다. 또, 도면부호 190은 모재(200)에 접지 측 전력을 공급하는 모재 케이블이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예의 이산화탄소 센서(210)의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이산화탄소 센서(210)는 입력전압에 의해 가열되는 가열부(310), 상기 가열부(310)로부터 출력되는 신호에 근거하여 상기 가열부(310)의 온도를 감지하는 온도 감지부(320), 상기 온도 감지부(320)로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 연산 증폭기(330)를 포함한다.

상기 이산화탄소 센서(210)의 입력 임피던스는 100 GΩ미만이며, 상기 이산화탄소 센서(210)의 바이어스 전류는 1pA 미만이고, 상기 가열부(310)의 저항은 15.8±0.3Ω이다.

참고로, 상기 이산화탄소 센서(210)는 물리적으로는 팩 모듈(Pack Module), 시프트 모듈(Shift Module), 발광 다이오드 모듈(LED Module)로 구성된다.

상기 이산화탄소 센서(210)의 일반적인 특성은 다음의 표와 같다.

색 인	특 성	환경 테스트 조건
감지방법	고체 전해질(Solid electro -lyte)	* 표준 테스트 조건(밸런스 기체:청정 공기) ·온도: 20℃± 5℃, ·습도: RH65% ± 10% ·압력: 1atm ·예열시간: 24시간 이상 * 동작온도 & 상대습도 ·10℃~ 60℃, 이슬점 미만 * 저장온도: -20℃~ 70℃ * 산소농도: 21% ± 5% 감도 특성들은 산소 농도에서의 변형 기체에 의해 영향을 받는다.
대상 기체	CO2 (이산화탄소)
측정범위	200 ~ 30,000 ppm
정밀도	±10% 미만
예열시간	안정시간의 시초 : 60분 (95 %)
반응시간	1분 내지 단계적 변화의 95%
회로전압	11.0 V ~ 13.0 V

상기한 것과 같이 구성되는 본 발명의 동작을 상세히 설명한다.

먼저, 용접작업을 하는 작업자가 용접 토치(180)를 조작하여 용접작업을 개시하면 용접기 본체(110)에 내장된 변압기로부터 공급되는 용접용 전력은 상기 전력공급선(160)을 통해서 와이어 피더(170)로 공급되고, 동시에 상기 저장용기(130)로부터 이산화탄소가 가스공급선(150)을 통해 상기 와이어 피더(170)를 통해서 용접토치(180)로 공급되며, 또, 동시에 상기 와이어 피더(170)로부터 용접용 와이어가 용접 토치(180)로 공급된다.

따라서 작업자가 용접 토치(180)를 모재(200)에 접근시켜서, 용접 토치(180)로 공급되는 용접용 와이어의 선단과 모재(200) 사이의 간격이 일정한 값 이내가 되면 용접용 와이어와 모재(200) 사이에서 아크가 발생하면서 용접이 이루어지게 된다.

이때, 용접용 와이어와 모재(200) 사이에서 아크가 발생하는 아크 발생부인 용접부에는 외부공기가 유입되어 산화물이나 질화물이 형성되는 것을 방지하기 위하여 용접 토치(180)를 통해서 배출되는 이산화탄소 가스가 용접부의 표면을 감싸면서 용접함으로써 용접부위와 외부공기의 접촉을 차단하게 된다.

그러나 이때 용접 토치(180)로부터 배출되는 이산화탄소 중의 일부는 용접작업을 하고 있는 작업장으로 누출되게 되며, 작업장 내에 누적된 이산화탄소 가스의 누적 누출량이 미리 정해진 양 이상이 되면 상기 이산화탄소 센서(210)가 이를 검출하여 상기 경보부(215)를 동작시키고, 이에 따라 경보부(215)는 예를 들어 경보음이나 경고 표시용 램프를 점등시키는 등의 미리 정해진 방법에 의해 경보를 하여 작업장 내의 누적 이산화탄소의 누적 누출량이 기준량을 초과했음을 알린다.

따라서 상기 경보에 대응하여 작업자는 예를 들어 용접작업을 중단하고 실내 환기를 하는 등의 필요한 조치를 취할 수 있게 된다.

본 명세서에서 작업장 내로 누출되는 누출 이산화탄소는 기본적으로는 상기 용접 토치(180)를 통해서 배출되어 용접부위를 감싸는 이산화탄소 가스 중 이산화탄소 본래의 기능을 하면서 작업장 내로 누출되는 가스를 포함하며, 그외의 다른 경로에 의해 용접작업을 하는 작업장 내에 누출되어 누적되는 이산화탄소 가스도 포함하는 의미이다. 그러나 실제의 경우에는 상기 용접 토치(180)를 통해서 배출되어 용접부위를 감싸는 용도의 이산화탄소 가스가 누출 가스의 누적량의 대부분을 차지하게 될 것이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 에로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경 또는 변형이 가능함은 당연하다.

100 : 전원 케이블 110 : 본체
120 : 접지선 130 : 이산화탄소 저장용기
140 : 가스 유량조정기 150 : 가스공급선
160 : 전력공급선 170 : 와이어 피더
180 : 용접 토치 190 : 모재 케이블
200 : 모재 210 : 센서
215 : 경보부

Claims (4)

1. 이산화탄소 아크 용접기로,
   용접시 발생하는 이산화탄소의 누적 누출량을 감지하는 센서와,
   상기 센서로부터 출력되는 신호에 근거하여, 상기 센서에 의해 감지된 이산화탄소의 누적 누출량이 미리 정해진 기준 값을 초과하는 경우에 경보를 발생시키는 경보부를 포함하고,
   상기 센서는,
   고체 전해질식 가스센서이며,
   입력전압에 의해 가열되는 가열부와,
   상기 가열부로부터 출력되는 신호에 근거하여 상기 가열부의 온도를 감지하는 온도 감지부와,
   상기 온도 감지부로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 연산 증폭기를 포함하는 이산화탄소 아크 용접기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 경보부가 발생하는 경보는 경고 표시용 램프의 점등 또는 경보음 중 어느 하나 이상인 이산화탄소 아크 용접기.

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