KR101607763B1 - 소형 보강재 용접 전용 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 선체 외판 등에 부착되는 일정 크기 이하의 소형 보강재를 용접할 때 부재와 장비 간의 간섭을 피하여 자동용접을 할 수 있도록 함으로써 생산성 및 효율성을 향상시킬 수 있도록 한 소형 보강재 용접 전용 노즐에 관한 것으로서,
용접장치의 토치(50)에 탈부착 가능하게 결합되는 용접 노즐에 있어서, 선단부를 통해 보호가스가 분사되고 후단부에 암나사부(11)가 형성된 중공 형상의 노즐 팁(10)과; 선단부에 상기 노즐 팁(10)이 체결되는 수나사부(21)가 형성되고 후단부가 상기 토치(50)에 체결되도록 암나사부(22)가 형성됨과 아울러 상기 수나사부(21)와 암나사부(22) 사이에 다른 부분에 비해 외경이 상대적으로 작은 일정 폭의 소경부(23)가 구비된 중공 형상의 노즐 바디(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

소형 보강재 용접 전용 노즐{Gas Nozzle for Small Stiffner Welding}

본 발명은 선박의 선체 외판 등에 부착되는 소형 보강재의 용접을 위한 노즐에 관한 것으로서, 특히 일정 크기 이하의 소형 보강재를 용접할 때 부재와 장비 간의 간섭을 피하여 자동용접을 할 수 있도록 함으로써 생산성 및 효율성을 향상시킬 수 있도록 한 소형 보강재 용접 전용 노즐에 관한 것이다.

선박 건조에 있어서 선체의 구조적인 안정성을 만족하기 위하여 선체 외판이나 기타 부위에 T-바('ㅜ' 형상)와 앵글('ㄱ' 형상) 형태의 보강재가 주로 사용되고 있다. 이러한 보강재는 도 1에 도시된 바와 같이, 소조립 단계와 중조립 단계에서 주판(Main Plate)에 필릿 용접(Fillet Welding)에 의해 부착되어 종방향 보강재로 사용되고 있다. 또한, 필렛 용접은 수동용접도 가능하지만 대부분의 조선소 야드에서는 도 2의 (a)와 같이 자동용접주행장치를 이용하여 자동용접 실시하고 있으며, 그로 인해 생산성 및 효율성이 높은 편이다. 하지만, 이러한 보강재 중에서 소형 보강재의 경우에는 그 크기가 작아 기존 자동용접 주행장치를 사용할 경우 부재와 장비 간의 간섭(Interference)으로 인해 작업을 할 수 없게 된다. 이에 따라 소형 보강재의 경우에는 도 2의 (b)와 같이 용접사에 의한 수동 용접을 통해 부착하고 있다.

구체적으로, 현재 조선소에서 사용하고 있는 소형 보강재의 최소 사이즈는 50㎜×50㎜인데 기존의 용접 노즐로는 용접 작업각의 확보가 어려우며, 부재와의 간섭을 피하기 위하여 작업각을 낮춘다 하더라도 용접 부등변 각장이 형성되어 품질 기준에 부합하지 못하게 된다. 즉, 필렛 용접시 품질 기준을 만족시키기 위해서는 작업각이 최소 40도가 되어야 하지만 이 경우에는 도 3의 (a)와 같이 소형 보강재와의 사이에 간섭이 발생하여 작업이 불가하고, 소형 보강재와의 간섭을 피하기 위해 도 3의 (b)와 같이 작업각을 35도 이하로 할 경우에는 품질 기준을 맞출 수가 없어 작업이 불가하다.

이에 따라 소형 보강재와의 간섭을 피할 수 있도록 직경이 작은 노즐을 사용하기도 한다. 즉, 소형 보강재와의 간섭 문제로 인해 도 4의 (a)와 같은 통상의 용접 노즐을 사용할 수 없는 경우, 도 4의 (b)와 같이 노즐 바디의 직경이 작은 소구경의 용접 노즐을 사용하는 것이다. 그런데, 용접 노즐의 노즐 바디의 직경이 작아지면 용접시 발생하는 용접 스패터 양이 증가하게 되고, 스패터의 집적으로 인한 아크 끊김 현상 등이 발생함으로써 용접 품질이 저하된다. 그리고, 노즐 바디의 직경이 감소함에 따라 보호가스에 의한 보호 영역이 작아져 쉴딩 효과도 떨어지게 된다.

다시 말해서 도 4의 (a)는 일반적인 직경을 갖는 상용 노즐로서, 가스 쉴딩 능력이나 노즐 끝단부에서의 스패터 융착 문제 등에 대하여는 양호한 편이나, 소형 보강재 용접과 같은 협소한 구역에 대한 용접시에는 부재와의 간섭이 발생하여 적용할 수가 없다. 이에 따라 협소한 구역에서는 도 4의 (b)에 도시된 소구경 노즐을 사용하게 되는데, 소구경 노즐의 경우 소형 보강재의 용접과 같은 협소한 구역에 적용할 수 있지만, 노즐의 작은 직경으로 인해 용접 스패터의 융착이 심하고 보호가스의 영역이 좁아 쉴딩 능력이 떨어질 수밖에 없으며, 그로 인해 풍량이 많은 외부 작업시에는 쉴딩 효과가 현저히 감소하게 되어 용접 결함의 주요 원인이 되고 있다.

특허문헌 1은 이산화탄소 용접기용 토치에 설치되어 용접작업을 할 경우에 발생하는 용접 스패터(spatter)가 눌어붙어 무게가 무거워지는 것을 방지함은 물론이고, 고열에 의해 녹아내리는 현상을 방지하면서 내구성과 강도를 유지할 수 있게 한 이산화탄소 용접기용 토치의 노즐을 개시하고 있다.

특허문헌 2는 용접토치의 토치바디에 연결장착되는 노즐장착부와 노즐의 선단부에 위치되는 노즐교체부로 분리 구성되어 고열의 아크에 의해 쉽게 열변형되거나 용접슬래그가 들러붙는 노즐교체부만을 분리하여 교체하고 노즐장착부는 장기간 사용되도록 함으로써 용접비용 및 원자재소모가 절감되도록 함과 아울러, 노즐교체부의 교체관 선단부 내주면에는 직선형의 가스유도홈을 일정간격으로 복수개 형성하여 토치바디에 장착된 가스디퓨져로부터 토출되는 가스가 전방으로 직진되게 가이드되면서 토출되도록 하여 원활한 용접이 이루어지도록 하는 이산화탄소 용접토치용 교체식 노즐을 개시하고 있다.

특허문헌 3은 불활성 가스 저장 탱크를 통해서 토치의 노즐 내부에서 외부로 분사되는 불활성 가스를 회전시키는 볼텍스 수단이 구비되어, 바람이 심하게 부는 외부에서의 작업성이 우수한 불활성 가스 아크 용접용 토치를 개시하고 있다.

KR 20-0436619 Y1 KR 20-2012-0000369 U KR 10-2013-0130170 A

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 노즐 바디의 형상을 일부 변경하여 소형 보강재와의 간섭이 일어나지 않도록 함으로써 소형 보강재에 대한 자동용접이 가능하여 용접 작업의 생산성과 효율성이 향상되도록 한 소형 보강재 용접 전용 노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명은 소형 보강재의 필렛 용접시 구조적인 간섭의 문제를 극복하고, 용접가능한 용접간 거리(CTWD)의 확보와 아크 포인트의 정확한 제어를 통한 깊은 용입을 갖도록 하고 가스 디퓨져의 형상 변화를 통해 가스 쉴딩 능력이 향상되도록 한 소형 보강재 용접 전용 노즐을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기존 상용 캐리지에 모두 호환이 가능하여 단순히 노즐 및 가스 디퓨저의 교체만으로 소형 보강재의 필렛 용접시 자동용접이 가능해지도록 한 소형 보강재 용접 전용 노즐을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐은, 용접장치의 토치에 탈부착 가능하게 결합되는 용접 노즐에 있어서, 선단부를 통해 보호가스가 분사되고 후단부에 암나사부가 형성된 중공 형상의 노즐 팁과; 선단부에 상기 노즐 팁이 체결되는 수나사부가 형성되고 후단부가 상기 토치에 체결되도록 암나사부가 형성됨과 아울러 상기 수나사부와 암나사부 사이에 다른 부분에 비해 외경이 상대적으로 작은 일정 폭의 소경부가 구비된 중공 형상의 노즐 바디;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐에 따르면, 상기 노즐 바디의 내측에 수용되어 가스 배출공을 통해 노즐 바디의 내부로 보호가스를 배출함과 아울러 용접 와이어를 지지하는 중공 형상의 가스 디퓨저가 구비되고,

상기 가스 디퓨저는 후단부가 상기 토치에 나사 결합되는 디퓨저 바디와, 상기 노즐 팁의 내부까지 연장 형성되도록 상기 디퓨저 바디의 선단부에 연결되며 후단측에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 가스 배출공이 형성된 안내노즐과, 상기 용접 와이어가 삽입되도록 관통공이 형성되고 상기 안내노즐의 선단부에 결합되는 컨택트 팁을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐에 따르면, 상기 가스 배출공은 출구측을 향하여 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐에 따르면, 축방향을 기준으로 상기 가스 배출공의 경사각도는 20~40도인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐은 노즐 바디에 일정 폭의 소경부가 구비되어 'T' 형상 또는 'ㄱ' 형상의 소형 보강재와의 간섭이 일어나지 않게 되므로 용접 캐리지와 같은 자동용접장치에 적용되어 소형 보강재에 대한 자동 용접이 가능하게 되고 그로 인해 생산성 및 효율성이 향상되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐에 따르면, 보호가스를 배출하는 가스 디퓨저에 출구측으로 경사진 가스 배출공이 형성됨에 따라 소경부의 협소한 공간에서도 보호가스가 원활하게 유동하게 되고 그로 인해 보호가스의 부족으로 인한 아크 불안정 및 스패터 증가 현상 등이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐에 따르면, 기존 상용 캐리지에 모두 호환이 가능하여 단순히 노즐 및 가스 디퓨저의 교체만으로 소형 보강재의 필렛 용접시 자동용접이 가능해지는 효과가 있다.

도 1은 선박에 적용된 보강재를 나타낸 참고도.
도 2는 종래의 소형 보강재 용접부에 대한 자동용접 및 수동용접 모습이 도시된 참고도.
도 3은 소형 보강재 용접부에 대한 기존 노즐의 적용 예를 나타낸 참고도.
도 4는 통상적인 용접 노즐이 도시된 참고도.
도 5는 본 발명에 의한 소형 보강재 용접 전용 노즐이 도시된 구성도.
도 6은 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐에 가스 디퓨저를 적용한 상태를 나타낸 구성도.
도 7은 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐에 기존 가스 디퓨저를 적용할 경우의 가스 흐름도.
도 8은 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐에 개선된 가스 디퓨저를 적용할 경우의 가스 흐름도.
도 9는 본 발명에 의한 소형 보강재 용접 전용 노즐의 외관도.
도 10은 소형 보강재 용접부에 대한 소형 보강재 용접 전용 노즐의 적용 예를 나타낸 참고도.
도 11은 본 발명의소형 보강재 용접 전용 노즐을 용접 캐리지에 결합시킨 모습을 나타낸 참고도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 소형 보강재 용접 전용 노즐을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 소형 보강재 용접 전용 노즐은 도 5 내지 6에 도시된 바와 같이, 용접장치의 토치에 탈부착 가능하게 결합되는 것으로서, 선단부를 통해 보호가스가 분사되고 후단부에 암나사부(11)가 형성된 중공 형상의 노즐 팁(10)과; 선단부에 상기 노즐 팁(10)이 체결되는 수나사부(21)가 형성되고 후단부가 상기 토치(50)에 체결되도록 암나사부(22)가 형성됨과 아울러 상기 수나사부(21)와 암나사부(22) 사이에 다른 부분에 비해 외경이 상대적으로 작은 일정 폭의 소경부(23)가 구비된 중공 형상의 노즐 바디(20)와; 상기 노즐 바디(20)의 내측에 수용되어 출구측을 향하여 경사지게 형성된 가스 배출공(35)을 통해 노즐 바디(20)의 내부로 보호가스를 배출함과 아울러 용접 와이어(40)를 지지하는 중공 형상의 가스 디퓨저(30);를 포함하여 이루어진다.

상기 가스 디퓨저(30)는 도 6과 8에 도시된 바와 같이, 후단부가 상기 토치(50)에 나사 결합되는 디퓨저 바디(31)와, 상기 노즐 팁(10)의 내부까지 연장 형성되도록 상기 디퓨저 바디(31)의 선단부에 연결되며 후단측에 원주 방향을 따라 일정 간격을 두고 상기 가스 배출공(35)이 형성된 안내노즐(32)과, 상기 용접 와이어(40)가 삽입되도록 관통공이 형성되고 상기 안내노즐(32)의 선단부에 결합되는 컨택트 팁(33)으로 이루어진다. 다만, 상기 노즐 바디(20)의 소경부(23) 내에 위치한 상기 안내노즐(32)의 가스 배출공(35)이 도 7과 같이 반경 방향으로 형성될 경우 상기 안내노즐(32)의 외경과 소경부(23)의 내경 사이의 간격이 협소하여 보호가스의 유동이 원활하게 이루어지지 않고, 그로 인해 보호가스의 양이 부족해지는 현상이 발생하여 아크가 불안정해지고 스패터가 증가하기 때문에, 상기 가스 배출공(35)을 도 8과 같이 출구측을 향하여 경사지게 형성한다. 이때, 상기 가스 배출공(35)은 축방향을 기준으로 20~40도의 경사각을 갖는 것이 바람직하며, 대략 30도 정도의 경사각을 갖는 것이 더욱 바람직하다.

이에 따라 상기 가스 디퓨저(30)로부터 가스 배출공(35)을 통해 배출되는 보호가스의 유동이 원활하게 이루어지게 되고, 그로 인해 소형 보강재(60)의 용접시 발생하는 보호가스의 부족 현상이 해소됨은 물론 일반적인 용접시에도 기존 가스 디퓨저에 비해 20~30% 정도 적은 가스 유량으로도 충분한 쉴딩(Shielding) 효과를 얻을 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 소형 보강재 용접 전용 노즐은 자동용접 캐리지의 토치에 결합되어 T 바 형상 또는 앵글 형상의 소형 보강재에 대한 자동 필렛 용접이 가능하게 한다.

노즐 바디(20)의 수나사부(21)를 노즐 팁(10)의 암나사부(11)에 결합시킨 후, 상기 노즐 바디(20)의 내측에 컨택트 팁(33)이 결합된 안내노즐(32)과 디퓨저 바디(31)로 이루어진 가스 디퓨저(30)를 삽입하여 고정시킨다. 이어, 자동용접 캐리지의 용접 와이어(40)를 상기 가스 디퓨저(30)에 삽입하여 상기 용접 와이어(40)의 선단이 상기 컨택트 팁(33)을 통과하도록 한 상태에서, 상기 가스 디퓨저(30)와 노즐 바디(20)를 자동용접 캐리지의 토치(50)에 각각 결합시킨다. 그리고, 상기 컨택트 팁(33)의 외부로 노출된 용접 와이어(40)의 선단이 노즐 팁(10)의 끝단으로부터 일정 정도 이격된 위치에 이르도록 상기 용접 와이어(40)의 위치를 조정한다.

이후, 상기 가스 디퓨저(30)를 통해 보호가스를 공급하면서 소형 보강재(60)에 대한 용접을 실시한다. 이때, 상기 노즐 바디(20)의 소경부(23)가 다른 부분에 비해 외경이 작아 소형 보강재(60)와의 간섭이 일어나지 않게 되므로, 자동용접 캐리지를 이용한 자동 필렛 용접이 가능하게 되어 생산성과 효율성이 향상된다. 그리고, 상기 가스 디퓨저(30)의 안내노즐(32)에 형성된 가스 배출공(35)이 경사지게 형성됨에 따라 상기 노즐 바디(20)의 소경부(23)로 인해 유동 공간이 협소해지더라도 보호가스가 원활하게 유동하게 되어, 아크가 불안정해지고 스패터가 증가하는 등의 보호가스 부족으로 인한 문제가 발생하지 않게 된다. 따라서, T 형상 또는 앵글 형상의 소형 보강재(60)에 대한 용접 품질이 좋아지게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...노즐 팁
11...암나사부
20...노즐 바디
21...수나사부
22...암나사부
23...소경부
30...가스 디퓨저
31...디퓨저 바디
32...안내노즐
33...컨택트 팁
35...가스 배출공
40...용접 와이어
50...토치

Claims (4)

1. 용접장치의 토치(50)에 탈부착 가능하게 결합되어 T 바 형상 또는 앵글 형상의 소형 보강재에 대한 자동 필렛 용접이 가능하게 하는 용접 노즐로서,
   선단부를 통해 보호가스가 분사되고 후단부에 암나사부(11)가 형성된 중공 형상의 노즐 팁(10)과;
   선단부에 상기 노즐 팁(10)이 체결되는 수나사부(21)가 형성되고 후단부가 상기 토치(50)에 체결되도록 암나사부(22)가 형성됨과 아울러 상기 수나사부(21)와 암나사부(22) 사이에 다른 부분에 비해 외경이 상대적으로 작은 일정 폭의 소경부(23)가 구비된 중공 형상의 노즐 바디(20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 보강재 용접 전용 노즐.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 노즐 바디(20)의 내측에 수용되어 가스 배출공(35)을 통해 노즐 바디(20)의 내부로 보호가스를 배출함과 아울러 용접 와이어(40)를 지지하는 중공 형상의 가스 디퓨저(30)가 구비되고,
   상기 가스 디퓨저(30)는 후단부가 상기 토치(50)에 나사 결합되는 디퓨저 바디(31)와, 상기 노즐 팁(10)의 내부까지 연장 형성되도록 상기 디퓨저 바디(31)의 선단부에 연결되며 후단측에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 상기 가스 배출공(35)이 형성된 안내노즐(32)과, 상기 용접 와이어(40)가 삽입되도록 관통공이 형성되고 상기 안내노즐(32)의 선단부에 결합되는 컨택트 팁(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 보강재 용접 전용 노즐.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 가스 배출공(35)은 출구측을 향하여 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 소형 보강재 용접 전용 노즐.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   축방향을 기준으로 상기 가스 배출공(35)의 경사각도는 20~40도인 것을 특징으로 하는 소형 보강재 용접 전용 노즐.

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