KR101656556B1 - 용접 장치 및 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 소모성 전극(4)을 용접 퍼들(6) 쪽으로 안내하고, 용접 전류를 상기 제1 소모성 전극(4)으로 전송하기 위한 제1 접촉 튜브(2), 제2 소모성 전극(12)을 상기 용접 퍼들(6) 쪽으로 안내하고, 용접 전류를 상기 제2 소모성 전극(12)으로 전송하기 위한 제2 접촉 튜브(10), 및 상기 제1 및 제2 접촉 튜브(2, 10)에 연결되어 동일한 전위를 상기 두 개의 소모성 전극(4, 12)에 제공하기 위한 단일의 전원(16)을 포함하는 트윈 와이어 용접 장치(1) 및 이러한 장치를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

용접 장치 및 용접 방법{A WELDING APPARATUS AND A METHOD FOR WELDING}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 용접 장치 및 청구항 제19항의 전제부에 따른 용접 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 적어도 두 개의 소모성 전극(consumable electrode)이 단일의 전원에 연결되는 트윈 와이어 용접을 수행하기 위한 용접 장치에 관한 것이다. 적어도 두 개의 소모성 전극은 동일한 전위를 상기 적어도 두 개의 소모성 전극에 제공하는 출력에 연결된다. 본 발명은 또한 이와 같은 트윈 와이어 용접 장치를 위한 트윈 와이어 용접 방법에 관한 것이다.

용접 방법 및 용접 장치는 유지 또는 향상된 용접 품질로 높은 용착 속도(higher deposition rate)를 달성하기 위해 지속적으로 개발되고 있다. 용착 속도를 증가시키는 하나의 방법은 단일의 용접 퍼들(welding puddle)에서의 단일의 용접 프로세스에서 동작하는 복수의 전극을 이용하는 것이다. 단일의 용접 퍼들에서 복수의 용접 전극을 이용하기 위해서는 전극이 서로 가까운 거리에 위치되어야 하는 것을 필요로 한다. 그러나, 전극의 가까운 배치는 각각의 전극에 의해 생성되는 자기장 사이의 상호 작용으로 이어질 것이다. 이것은 왜곡된 용접 결과를 초래할 수 있다.

단일의 용접 프로세스에서 복수의 용접 전극을 이용하는 두 개의 서로 다른 접근 방식, 즉 탠덤 및 트윈 용접 방식은 알려져 있다.

탠덤 용접에서, 각 전극은 별도의 전원을 통해 가동된다. 트윈 용접은 각 전극에 대한 전원 공급 장치의 제어가 용이하므로 많은 응용에서 유리할 수 있다. 탠덤 용접에서, 전극 사이의 자기 간섭은 위상 변이된 용접 전류를 전극에 공급함으로써 감소될 수 있다. 이것은 기존의 스콧 결합 전원, 또는 예를 들어 고주파 변환기와 같은 복잡한 전원의 이용에 의해 달성될 수 있다.

탠덤 용접이 두 개의 별도의 전원의 존재를 필요로 하므로, 탠덤 용접 장치는 값비싸고 부피가 큰 경향이 있다. 따라서, 제약된 공간에서의 용접과 같은 일부 응용의 경우, 트윈 용접은 바람직하거나 유일하게 가능한 솔루션일 수 있다.

이에 반해, 트윈 용접에서는 단일의 전원이 용접 전류를 전극에 공급하는데 이용된다.

트윈 용접 방법의 장점은 용착 속도가 주어진 량의 전원 입력 동안에 증가될 수 있다는 것이다. 트윈 용접 방법에서, 둘 이상의 전극의 이용은 결과적으로 각 전극의 전류 밀도를 증가시키는 전극 직경을 감소시킬 수 있다. 증가된 전류 밀도는 전극의 예열을 증가시켜, 높은 용착 속도가 용접 퍼들로의 열 전달이 적게 유지될 수 있도록 한다.

예를 들어 DE2107617에 개시된 것과 같은 초기 트윈 머신에서, 트윈 용접 프로세스는 한 아크에는 양의 반파 전류가 공급되고, 다른 아크에는 음의 반파 전류가 공급되도록 적용되는 이송 전류 정류를 배열하여 가능하게 되었다. 이와 같은 배열은 전극 사이의 심각한 상호 작용으로 이어졌다. 상호 작용에 따른 문제를 줄이기 위해, 전극은 서로 비교적 상당히 떨어져 위치되어야 하고, 두 전극이 동일한 용접 퍼들에서 동작하는 것을 곤란하게 하였다. 각 전극에 대한 용접 프로세스의 분리가 이루어지는 경우, 용접 프로세스는 악화될 것이다.

두 전극이 동일한 용접 퍼들에서 확실히 동작할 수 있도록 전극의 위치를 더욱 가깝게 하기 위해, 두 와이어가 확실히 동일한 전위를 나타내는 공통의 전기적 전도성 접촉 요소를 통해 트윈 와이어를 공급하는 것이 제안되었다. 이러한 타입의 트윈 와이어 용접 장치의 일례는 US5155330에 개시되어 있다.

두 와이어가 확실히 동일한 전위를 나타내도록 소모성 전극이 공통의 전기적 전도성 접촉 요소를 통해 공급되는 트윈 용접 방법이 가스 금속 아크 용접 방법 및 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding)의 양쪽 모두에 유익한 것으로 나타났지만, 용접 품질을 개선할 뿐만 아니라 용접 프로세스에서 용착 속도를 증가시키기 위해서는 추가적인 개선이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은 적어도 두 개의 소모성 전극이 동일한 전위를 제공하는 단일의 출력에 연결되는 트윈 와이어 용접 장치를 제공하기 위한 것으로서, 트윈 와이어 용접 장치는 용접 품질을 개선하고 용착 속도를 증가시킬 수 있다. 이러한 목적은 청구항 제1항에 따른 트윈 와이어 용접 장치에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 목적은 적어도 두 개의 소모성 전극이 동일한 전위를 제공하는 단일의 출력에 연결되는 트윈 와이어 용접 방법을 제공하기 위한 것으로서, 트윈 와이어 용접 방법은 용접 품질을 개선하고 용착 속도를 증가시킬 수 있다. 이러한 목적은 청구항 제19항에 따른 트윈 와이어 용접 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 트윈 와이어 용접 장치는 제1 소모성 전극을 용접 퍼들 쪽으로 안내하고, 용접 전류를 제1 소모성 전극으로 전송하기 위한 제1 접촉 튜브, 제2 소모성 전극을 상기 용접 퍼들 쪽으로 안내하고, 용접 전류를 제2 소모성 전극으로 전송하기 위한 제2 접촉 튜브를 포함한다. 트윈 와이어 용접 장치는 세 개 이상의 소모성 전극으로 트윈 용접을 가능하게 하기 위한 세 개 이상의 접촉 튜브를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 접촉 튜브는 접촉 팁(contact tip)에서의 두 병렬 리드 스루(lead-through)로 단일의 접촉 팁에 형성될 수 있으며, 여기서 소모성 전극은 전원과 소모성 전극 사이의 접촉을 가능하게 되어 있다. 바람직한 병렬 접촉 튜브의 배치는 단일의 접촉 팁에 배치될 수 있거나 대안적으로 별도의 접촉 팁에 배치될 수 있다. 단일의 접촉 팁에서 둘 이상의 접촉 튜브를 가진 배치는 가까운 거리에 있는 소모성 전극의 병렬 배치를 용이하게 하지만, 접촉 튜브를 수용(housing)하기 위한 별도의 접촉 팁의 사용은 서로에 대해 비스듬히 접촉 튜브의 배치를 용이하게 한다.

별도의 접촉 팁은 접촉 팁이 모든 접촉 튜브를 포함하는 일체식 전도성 구조(monolithic conducting structure)로 형성되지 않는다는 것으로 의도된다. 대신에 각각 단일의 접촉 튜브를 수용하는 복수의 별도의 접촉 팁이 제공된다. 별도의 접촉 팁이 이용되는 경우에, 이러한 접촉 팁은 단일의 전원에 연결될 때에 모든 소모성 전극이 동일한 전위를 나타내게 할 수 있도록 전기적으로 연결될 것이다. 전기적 연결은 접촉 팁, 전원 또는 접촉 팁과 전원 사이의 어느 곳에 제공될 수 있다.

단일의 전원은 상기 제1 및 제2 접촉 튜브에 연결된다. 이것은 전원 공급 장치를 접촉 튜브와 연결하는 케이블과 같은 적절한 도체에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 용접 전류는 전원에서 접촉 튜브를 통해 각각의 소모성 전극으로 분포될 것이다.

본 발명에 따르면, 트윈 와이어 용접 장치는 추가로 제1 및 제2 소모성 전극에 의해 생성된 아크로 형성된 용접 퍼들에 콜드 와이어(cold wire)를 공급하는 공급 장치를 포함한다.

콜드 와이어를 용접 퍼들에 도입하는 것은 용접 퍼들을 원하는 온도로 유지하기 위해 용접 퍼들의 냉각을 가능하게 할 것이다. 용접 퍼들 온도의 감소는 합금 첨가제가 소모성 전극에서 아크에 의해 직접 영향을 받는 영역에서보다 적게 기화되도록 할 수 있다. 이것은 용접 합금의 조성의 개선된 제어로 이어질 수 있으며, 이는 향상된 용접으로 이어질 수 있다. 용접 퍼들에서 피크 온도를 감소할 뿐만 아니라 콜드 와이어로부터 비교적 높은 용착 속도를 유지하기 위해서는, 콜드 와이어를 아크의 부근에, 바람직하게는 소모성 와이어 중 적어도 하나로부터의 아크에 도입하는 것이 바람직하다. 더욱이, 콜드 와이어를 용접 퍼들에 공급하는 것은 최적의 용접 매개 변수로 거의 50%의 생산성을 증대하는 것에 대해 20% 이상의 용착 속도의 증가로 이어질 수 있다. 본 발명은 용접 속도를 증가시키지 않고 높은 용착 속도를 수행할 수 있다. 편의상, 본 발명은 기존의 용접 시스템을 개장(retrofitting)할 수 있으며, 특히 조관기(pipe-mill)와 같은 대형 작업편(work piece)의 용접을 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 콜드 와이어에 대한 공급 장치는 상기 콜드 와이어를 상기 용접 퍼들에 본질적으로 직교하여 공급하도록 배치된다. 콜드 와이어의 비스듬한 도입은, 즉 콜드 와이어가 용접 퍼들의 표면 법선에 대하여 비스듬히 용접 퍼들에 공급될 때, 용접 결과의 악화로 용접 프로세스의 변화로 이어질 수 있다는 것이 발견되었다. 작업편의 높이의 변화는 콜드 와이어가 소모성 전극의 확장과 관련하여 용접 퍼들에 들어갈 위치에 영향을 미친다고 믿어진다. 이러한 변화는 콜드 와이어의 용융 속도 및 또한 용접 퍼들에서 피크 온도에 영향을 미칠 것이다. 용접 퍼들에 본질적으로 직교하여 도입되도록 콜드 와이어를 배치함으로써, 더욱 안정적인 용접 프로세스가 달성된다. 용접 퍼들에 직교한다는 것은 정지한 방해받지 않은 상태(quiescent undisturbed state)에서 용접 퍼들의 상부 표면에 법선인 것으로 의도된다. 용접 퍼들은 용접하는 동안 진동으로 노출될 것이라는 것이 이해된다. 그러나, 정지한 방해받지 않은 상태에서의 용접 퍼들의 상부 표면은 본질적으로 콜드 와이어를 용접 퍼들에 도입하는 지점에 평면을 형성하며, 이러한 평면은 일반적으로 소모성 전극의 팁(tip)에서 용접 퍼들의 가장 가까운 지점으로의 벡터를 가져야 한다.

아크 용접에서, 아크는 전극의 팁과 작업편 사이에 존재한다. 작업편에서의 아크의 접촉 지점은 임의의 방식으로 이동할 것이다. 그러나, 일반적으로 아크는 소모성 전극의 팁에서 작업편으로의 원뿔형(cone)에 존재하는 것으로 추정된다. 원뿔형의 열림각(opening angle)은 용접 케이스에 따라 다를 수 있다. 그러나, 일반적인 열림각은 약 30°일 수 있다. 이런 이유로, 콜드 와이어는 소모성 전극의 팁에서 측정되는 소모성 전극으로부터의 L*cos15°보다 작은 축방향 거리에서 본질적으로 직교 방향으로 용접 퍼들에 들어가도록 콜드 와이어를 위치시키는 것이 바람직하다.

콜드 와이어를 두 소모성 와이어 사이에 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 소모성 와이어는 바람직하게는 용접 퍼들의 표면에서 측정되는 아크의 원뿔형 직경보다 작은 축방향 거리에 설치될 수 있다. 이러한 배치로, 콜드 와이어는 두 소모성 전극의 원뿔형으로 정의된 아크 영역의 외부에 도입될 것이며, 이는 용접 결과에 유익한 것으로 나타났다.

바람직한 실시예에서, 공급 장치는 바람직하게는 표면 법선에 대해 5°미만의 각도, 더욱 바람직하게는 2°미만의 각도에서 상기 용접 퍼들에 상기 콜드 와이어를 공급하도록 배치된다. 이것은 바람직하게는 10°미만, 더욱 바람직하게는 4°미만의 열림각을 가진 원뿔형에 상응한다.

바람직한 실시예에서, 소모성 전극뿐만 아니라 콜드 와이어는 병렬로 배치되며, 용접 퍼들의 표면에 본질적으로 직교 방향으로 용접 퍼들 쪽으로 공급되도록 배치된다.

트윈 와이어 용접 장치는 이점으로 접촉 장치 및 공급부를 포함하는 전기 아크 용접 헤드를 포함하는데, 접촉 장치는 전극 조립체를 포함하며, 전극 조립체는 접촉 팁으로 배치되는 적어도 2개의 소모성 지속 공급 와이어 전극을 포함한다. 전기적으로 절연된 덕트는 접촉 장치의 전극 조립체의 소모성 전극으로부터 전기적으로 절연되도록 콜드 와이어의 전기 절연을 위해 제공된다.

전기적 절연 덕트는 와이어 공급기 및 와이어 직선화 유닛(wire straightening unit) 내의 절연부 뿐만 아니라 공급기 및 직선화 유닛 외부의 안내 튜브를 포함한다. 덕트는 와이어 보빈과 같은 와이어 저장소(wire reservoir)에서 용접될 작업편에 가까운 접촉 장치로 콜드 와이어를 따라 다수의 전기 절연부로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 전기 아크 용접 헤드는 서브머지드 아크 용접에 사용된다. 서브머지드 아크 용접은 완전 기계화 또는 자동화 프로세스로 동작될 수 있으며, 선택적으로는 반자동화될 수 있다. 전형적인 용접 매개 변수는 모두 비드 형상(bead shape), 침투의 깊이, 및 소모성 전극 및 콜드 와이어로부터 용착된 용접 금속의 화학 조성에 영향을 미칠 수 있는 전류, 아크 전압 및 이동 속도이다.

용접 헤드는 또한 가스 금속 아크 용접에 이용될 수 있다. 이 경우에, 가스 컵, 및 가스를 가스 컵에 공급하기 위한 가스 도관은 용접 헤드에 포함될 것이다.

바람직하게는, 용접 헤드는 소형이며, 용접 헤드의 전극 조립체의 소모성 전극에 비해 적어도 하나의 콜드 와이어의 독립적인 조작을 수행할 수 있다. 전극뿐만 아니라 콜드 와이어는 후면 설치된 와이어 보빈에 의해 소위 "칼럼 및 붐(column and boom)" 장치에 공급될 수 있다. 칼럼 및 붐은 용접 헤드를 지닌 레일 이동 매니퓰레이터(manipulator)이다. 칼럼 및 붐은 용접 헤드를 용접 홈에 위치하는데 이용된다. 칼럼 및 붐은 또한 아크 용접 시스템의 기술 분야에 알려진 바와 같이 전원, 플럭스 처리 장비 및 코일과 같은 용접 장비를 지니도록 설계될 수 있다. 바람직하게는, 콜드 와이어는 스프링 하중식(spring-loaded) 접촉 장치를 통해 세라믹 튜브 내부에 공급될 수 있다. 두 개 이상의 소모성 전극 및 콜드 와이어 전극은 별도의 와이어 공급기를 가져, 이것을 비공동(non-synergetic) 설정하며, 공동 설정에 비해 훨씬 넓은 용접 매개 변수 윈도우를 제공할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기적 절연 덕트는 접촉 장치에 전기적 절연 와이어 도관을 포함할 수 있다. 절연 와이어 도관은 접촉 장치에 배치된 세라믹 튜브일 수 있다. 세라믹 튜브는 접촉 장치에 삽입될 수 있거나 접촉 장치의 부분은 전기적 절연을 위해 충분한 두께의 산화물을 형성하도록 처리될 수 있으며, 예를 들어 산화될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기적 절연 덕트는 소모성 전극 및 콜드 와이어 중 하나 이상을 직선화하기 위한 와이어 직선화 유닛에 전기적 절연부를 포함할 수 있다. 소모성 전극 및 콜드 와이어는 동일한 와이어 직선화 장치에서 조작될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전극 조립체의 소모성 전극의 와이어 직선화 유닛과는 별도로 콜드 와이어를 위해 개별의 와이어 직선화 유닛이 제공될 수 있다. 유리하게는, 콜드 와이어는 소모성 전극으로부터 독립적으로 조작될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기적 절연 덕트는 소모성 전극 및 콜드 와이어를 작업편 쪽으로 공급하기 위한 와이어 공급기 유닛에 전기적 절연부를 포함할 수 있다. 소모성 전극 및 콜드 와이어는 동일한 와이어 공급기 장치에서 조작될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전극 조립체의 소모성 전극의 와이어 공급 유닛과는 별도로 콜드 와이어를 위해 개별의 와이어 공급기 유닛이 제공될 수 있다. 유리하게는, 콜드 와이어는 소모성 전극으로부터 독립적으로 조작될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전극 조립체의 소모성 전극의 속도 제어 유닛과는 별도로 콜드 와이어를 위해 개별의 속도 제어 유닛이 제공될 수 있다. 유리하게는, 콜드 와이어는 소모성 전극으로부터 독립적으로 조작될 수 있다.

바람직하게는, 콜드 와이어는 접촉 장치의 소모성 전극으로부터 독립적으로 공급될 수 있다. 이것은 용접 프로세스의 편한 제어를 수행할 수 있다. 콜드 와이어 전극에는 접촉 장치의 소모성 전극으로부터 독립적으로 서로 다른 속도, 특히 가변 속도 및/또는 서로 다른 직경이 공급될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기적 절연 덕트의 콜드 와이어는 작업편의 용접 방향에 대해 선행 소모성 전극과 후행 소모성 전극 사이에서 순차적인 순서로 배치될 수 있다. 콜드 와이어의 순서는 용접 용착 속도를 조정하는데 이용될 수 있다. 이러한 대칭 배치는 매우 높은 용착 속도를 산출할 수 있다. 콜드 와이어의 순차적인 순서는 용접 요건에 따라 선택될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기적 절연 덕트의 콜드 와이어는 작업편의 용접 방향에 대해 전극 조립체의 소모성 전극의 상류쪽에 배치될 수 있다. 용접 요건에 따라, 콜드 와이어의 순차적인 순서가 선택될 수 있다. 최외부 소모성 전극은 다른 전극에 비해 원하는 각도로 기울어질 수 있다. 비대칭 배치는 특히 직선화 방식으로 이러한 각도를 조정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기적 절연 덕트의 콜드 와이어는 작업편의 용접 방향에 대해 전극 조립체의 다른 전극의 하류쪽에 배치될 수 있다. 콜드 와이어의 순차적인 순서는 용접 요건에 따라 선택될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 소모성 전극용의 공급기 유닛 및/또는 직선화 유닛은 공급기 유닛을 통해 콜드 와이어를 안내하기 위한 피드스루(feedthrough)를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 콜드 와이어는 이러한 유닛 또는 소모성 전극과 상호 작용하지 않고 와이어 직선화 유닛 또는 와이어 공급기 유닛을 통해 피드스루 내에 들어갈 수 있다. 콜드 와이어는 동일한 용접 헤드의 동일한 접촉 장치의 소모성 전극으로부터 독립적으로 조작될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 용접 헤드 조립체는 적어도 두 개의 전기적 아크 용접 헤드를 포함하는데, 이 중 적어도 하나는 접촉 장치와 공급부를 포함하고, 접촉 장치는 전극 조립체를 포함하며, 전극 조립체는 접촉 장치에 배치된 적어도 두 개의 소모성 지속 공급 와이어 전극을 포함한다. 콜드 와이어가 전기적으로 전극 조립체의 소모성 전극으로부터 절연되도록 적어도 하나의 콜드 와이어의 전기적 절연을 위해 전기적 절연 덕트가 제공된다. 바람직하게는, 이러한 용접 헤드 조립체는 작업편에 열 영향을 감소시키는 매우 높은 용착 속도를 위한 강력한 도구이다. 따라서, 용접 품질은 개선될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각 용접 헤드의 전극 조립체가 순차적인 순서로 용접 동작 중에 용접 방향을 따라 정렬되도록 제1 용접 헤드는 제2 용접 헤드 전에 순차적인 순서로 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 용접 헤드는 이러한 용접 헤드 조립체를 설계할 때에 큰 자유도(degree of freedom)를 수행할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각 전극 조립체의 콜드 와이어의 순서는 각 전극 조립체의 소모성 전극에 대해 각 용접 헤드에 대해 동일할 수 있다. 본 발명에 따른 용접 헤드는 이러한 용접 헤드 조립체를 설계할 때에 큰 자유도를 수행할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 한 전극 조립체의 콜드 와이어의 순서는 용접 헤드 장치의 다른 전극 조립체의 콜드 와이어의 순서에 대해 반대로 될 수 있다. 본 발명에 따른 용접 헤드는 이러한 용접 헤드 조립체를 설계할 때에 큰 자유도를 수행할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 각 콜드 와이어에는 전극 조립체의 소모성 전극의 와이어 직선화 유닛 및/또는 공급기 유닛으로부터 분리된 와이어 직선화 유닛 및/또는 와이어 공급기 유닛이 제공될 수 있다. 콜드 와이어는 소모성 전극으로부터 독립적으로 조작되어, 물질 및/또는 기하학적 형상 및/또는 용접될 작업편의 주변 조건에 의해 부과된 특정 용접 요건에 용접 매개 변수를 적응시킬 시에 큰 자유도를 제공하는 각 용접 헤드에서 독립적으로 조작될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기적 아크 용접 헤드 및/또는 용접 헤드 조립체에 대한 전기적 아크 용접 접촉 장치가 제안되는데, 이러한 장치는 장치 본체, 접촉 장치를 통해 전기적 절연 방식으로 콜드 와이어를 안내하기 위한 전기적 절연부, 및 장치 본체와 전기적 접촉하는 적어도 두 개의 소모성 전극을 위한 적어도 두 개의 덕트를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 콜드 와이어가 둘 이상의 소모성 전극과 함께 채용될 수 있는 접촉 장치가 제공된다. 둘 이상의 소모성 전극은 용접 중에 아크에서 소모되도록 하기 위해 제공될 수 있는 반면에, 콜드 와이어는 아크에 의해 소모되는 것이 아니라 용접 중에 용접 풀(weld pool)에서 용융되도록 의도된다. 콜드 와이어는 접촉 장치의 소모성 전극으로부터 독립적으로 선택된 다양한 직경과 함께 이용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기적 절연부는 전기적 절연 튜브를 포함할 수 있다. 전기적 절연 튜브는 장치 본체에 쉽게 삽입될 수 있다. 편의상, 튜브는 우수한 전기적 절연뿐만 아니라 양호한 내열성을 제공하는 세라믹으로 만들어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 장치 본체는 주요 부분, 및 주요 부분에 부착될 수 있는 이동식 부분으로 구성될 수 있다. 원하는 순차적인 순서로의 소모성 전극 및 콜드 와이어의 배치는 쉽게 달성되거나 변경될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 팁은 콜드 와이어의 전기적 절연부 및 다른 전극의 덕트를 수용하기 위한 리세스(recess)를 가진 장치 본체의 한 단부에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 소모성 전극 및 전기적 절연부에 대한 리세스는 정의된 방식으로 팁의 홈에 배치되고 동작 중에 안전하게 유지될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기적 절연부는 소모성 전극의 덕트 사이의 대칭 위치에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 콜드 와이어를 안내하기 위한 전기적 절연부는 소모성 전극의 두 덕트 사이에 배치될 수 있다. 이러한 대칭 배치는 용접 중에 높은 용착 속도를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기적 절연부는 장치 본체의 소모 전극의 덕트와 관련하여 편심 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기적 아크 용접 시스템은 작업편에 용접 풀을 생성하기 위해 제공되며, 상술한 특징 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 용접 헤드 또는 적어도 하나의 용접 헤드 조립체를 포함한다. 용접 매개 변수 및 조건을 쉽게 조정할 수 있는 다목적 시스템(highly versatile system)이 제공될 수 있다.

셋 이상의 소모성 전극 및/또는 둘 이상의 콜드 와이어는 본 발명에 따른 용접 장치에 이용될 수 있다는 것이 자명하다. 셋 이상의 소모성 전극 및/또는 둘 이상의 콜드 와이어는 동일한 용접 헤드에 배치될 수 있다.

콜드 와이어는 용접 퍼들에 공급되는 길쭉한 금속 구조인 것으로 의도된다. 콜드 와이어는 계란형, 원형, 타원형, 사각형, 정방형, 삼각형 또는 어떤 다른 적절한 형상과 같은 어떤 단면을 가질 수 있다. 소모성 전극은 동일한 방식으로 계란형, 원형, 타원형, 사각형, 정방형, 삼각형 또는 어떤 다른 적절한 형상과 같은 어떤 단면을 가질 수 있다.

또한, 본 발명은 트윈 와이어 용접 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은

- 제1 소모성 전극을 제1 접촉 튜브를 통해 용접 영역 쪽으로 안내하는 단계,

- 제2 소모성 전극을 제1 접촉 튜브를 통해 용접 영역 쪽으로 안내하는 단계,

- 용접 퍼들을 생성하기 위해 제각기 제1 및 제2 아크를 유지하도록 상기 제1 및 제2 접촉 튜브를 통해 제1 및 제2 소모성 전극에 연결된 단일의 전원에서부터 제1 및 제2 소모성 전극으로 용접 전류를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 단일의 전원은 상기 제1 및 제2 접촉 튜브에서 동일한 전위를 제공한다. 본 발명에 따르면, 콜드 와이어는 본질적으로 상기 용접 퍼들에 직교하여 공급된다.

본 발명의 일 실시예에서, 방법은 상기 제1 및 제2 소모성 전극에 공통인 용접 영역 쪽으로 보호 가스 흐름을 지향시키는 단계를 포함하되, 보호 가스 흐름 하에 상기 제1 및 제2 아크 각각에 의해 용접 퍼들이 유지된다.

방법은 또한 서브머지드 아크 용접에 적용될 수 있다.

전술한 및 다른 목적 및 이점과 함께 본 발명은 실시예에 대한 다음의 상세한 설명에서 가장 잘 이해될 수 있지만, 개략적으로 도시되는 실시예로 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 트윈 와이어 용접 장치를 도시한 도면;
도 1a는 콜드 와이어를 용접 퍼들에 공급하기 위한 방향을 나타내는 좌표계를 가진 용접 퍼들을 도시한 도면;
도 2는 서브머지드 아크 용접을 위해 본 발명에 따른 아크 용접 헤드의 예시적인 실시예의 제1 도면(first view);
도 3은 90°만큼 반시계 방향으로 회전된 도 1의 아크 용접 헤드를 도시한 도면;
도 4는 사시도 또는 도 1의 아크 용접 헤드를 도시한 도면;
도 5a 내지 도 5e는 컷오픈도(cut open view)(도 5a, 5e) 및 측면도(도 5b, 5d) 및 정면도(도 5c)를 가진 두 개의 소모성 전극 및 하나의 콜드 와이어에 대한 접촉 장치의 여러 도면;
도 6은 아크 용접 헤드의 예시적인 실시예의 측면도;
도 7a 내지 도 7c는 두 개의 전극을 포함하는 제1 전극 조립체(도 7a), 중심 전극인 콜드 와이어를 가진 두 개의 소모성 전극을 포함하는 제2 전극 조립체(도 7b), 및 전극 조립체의 외부에 있는 콜드 와이어를 가진 두 개의 소모성 전극을 포함하는 제3 전극 조립체(도 7c)에서 콜드 와이어 및 소모성 전극의 배치도;
도 8a 내지 도 8c는 각 용접 헤드에서 두 개의 전극을 포함하는 제1 전극 조립체(도 8a), 각 용접 헤드에서 두 개의 소모성 전극 및 중심 전극인 콜드 와이어를 포함하는 제2 전극 조립체(도 8b), 및 각 용접 헤드에서 두 개의 소모성 전극 및 전극 조립체의 외부에 있는 콜드 와이어를 포함하는 제3 전극 조립체(도 8c)에서 각각 콜드 와이어 및 소모성 전극을 포함하는 두 개의 아크 용접 헤드의 배치도.

도면에서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 참조 번호로 나타낸다. 도면은 단지 개략적인 표현이며, 본 발명의 특정 매개 변수를 묘사하도록 의도되지 않는다. 더욱이, 도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 도시하도록 의도되며, 그래서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 트윈 와이어 용접 장치(1)의 개략도를 도시한다. 트윈 와이어 용접 장치는 제1 소모성 전극(4)을 용접 퍼들(6) 쪽으로 안내하기 위한 제1 접촉 튜브(2)를 포함한다. 제1 접촉 튜브(2)는 통상적인 방식으로 접촉 팁(8)에 배치된다. 접촉 튜브(2)에서, 용접 전류는 제1 소모성 전극(4)으로 전송된다. 더욱이, 제2 접촉 튜브(10)는 제2 소모성 전극(12)을 용접 퍼들(6) 쪽으로 안내하기 위한 트윈 와이어 용접 장치(1)에 배치된다. 제2 접촉 튜브(10)는 통상적인 방식으로 접촉 팁(14)에 배치된다. 제1 및 제2 접촉 팁은 부품에 의해 통합되는 단일의 본체 또는 별도의 본체에 배치될 수 있다. 제2 접촉 튜브(10)에서, 용접 전류는 제2 소모성 전극(12)으로 전송된다.

단일 전원(16)은 접촉 팁(8, 14)을 포함하고, 제1 및 제2 접촉 튜브(2, 10)를 수용하는 접촉 장치(18)에 연결된다. 접촉 장치(18)는 별도의 접촉 장치(18a, 18b) 또는 두 접촉 팁에 공통의 접촉 장치를 포함할 수 있다. 단일의 전원(16)은 동일한 전위를 제1 및 제2 소모성 전극(4, 12)에 제공한다. 전원은 용접 변환기, 용접 변압기, 정류기, 사이리스터 제어식 정류기 또는 인버터와 같은 트윈 와이어 용접을 위해 동작 가능한 어떤 기존의 타입의 전원일 수 있다.

트윈 와이어 용접 장치(1)는 추가로 콜드 와이어(22)를 용접 퍼들(6)에 공급하기 위한 공급 장치(20)를 포함한다. 공급 장치는 제1 및 제2 접촉 팁으로부터 전기적으로 절연되는 튜브(22)를 포함한다. 콜드 와이어는 튜브(22)를 통해 공급된다. 용접할 때, 아크는 제1 및 제2 소모성 전극(4, 12)에 존재하지만, 콜드 와이어(22)에서는 존재하지 않는다. 콜드 와이어는 콜드 와이어를 용접 퍼들(6)에 도입함으로써 용해된다. 적절하게는, 콜드 와이어는 어떤 전기적 전원에 연결되지 않으며, 그래서 일반적으로 접지 전위를 나타낼 것이다. 그러나, 콜드 와이어를 예열하기 위해 콜드 와이어를 전원에 연결할 수 있다. 그러나, 콜드 와이어는 콜드 와이어와 작업편 사이에 아크를 생성하기 위해 전원에 연결되지 않을 것이다. 튜브(22)는 제1 및 제2 접촉 팁으로부터 절연되는 금속 튜브, 또는 아래에 설명되는 바와 같이 본 발명에 따른 트윈 용접 장치에 적절한 용접 헤드의 실시예에서와 같은 세라믹 튜브일 수 있다.

상기 콜드 와이어용 공급 장치(20)는 상기 콜드 와이어(22)를 본질적으로 상기 용접 퍼들에 직교하여 공급하도록 배치된다. 도 1a에는 기준 좌표계(26)를 포함하는 용접 퍼들(6)의 개략도가 도시된다. 기준 좌표계(26)는 용접 헤드는 용접선(weld seam)이 생성되는 작업편(28)으로 상대적으로 이동되는 방향인 용접 방향 x를 나타낸다. 기준 좌표계(26)는 추가로 횡 방향 y를 포함한다. 용접 방향 및 횡 방향은 용접 퍼들의 상부 표면(30)과 동일 평면인 평면 xy을 형성한다. 용접 퍼들은 용접하는 동안 약간 흔들릴 수 있는 것으로 알려져 있다. 콜드 와이어의 도입 지점(32)에서의 상부 표면은 정지한 방해받지 않은 상태에서 도입 지점(32)에서의 용접 퍼들의 상부 표면(30)인 것으로 간주될 것이다.

정지한 방해받지 않은 상태에서의 용접 퍼들의 상부 표면(30)은 콜드 와이어를 용접 퍼들에 도입하는 지점(32)에 평면 xy을 형성하며, 평면 xy는 소모성 전극의 팁(34)에서 용접 퍼들의 가장 가까운 지점(36)으로의 벡터(38)에 수직이다. 기준 좌표계(26)는 평면 xy에 직교하는 제3 방향 z를 포함한다. 콜드 와이어를 용접 퍼들에 도입하는 방향을 나타내는 벡터 c가 여기에 도시된다. 벡터 c는 본질적으로 평면 xy에 직교해야 한다. 방향 z와의 완전한 공동 정렬(perfect co-alignment)이 바람직하지만, 방향 z로부터의 도입의 방향의 일부 편차가 허용될 수 있다. 완전한 정렬로부터의 편차는 각도 α로 나타낸다. 본 발명의 실시예에서, 공급 장치는 표면 법선에 대해 15°미만, 바람직하게는 5°미만, 더욱 바람직하게는 2°미만의 각도에서 상기 콜드 와이어를 상기 용접 퍼들에 공급하도록 배치된다. 이것은 30°미만, 바람직하게는 10°미만, 더욱 바람직하게는 4°미만의 열림각을 가진 원뿔형에 상응한다.

아크 용접에서, 아크는 전극의 팁과 작업편 사이에 존재한다. 아크(40)는 도 1에 도시되어 있다. 작업편에서의 아크의 접촉부는 임의의 방식으로 이동할 것이다. 그러나, 일반적으로 아크는 소모성 전극(34)의 팁에서 용접 퍼들로의 원뿔형(42)에 존재하는 것으로 추정된다. 원뿔형(42)의 열림각 β는 용접 케이스에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 일반적인 열림각 β는 약 30°이다. 이러한 이유로, 콜드 와이어(22)는 소모성 전극의 팁(34)에서 측정되는 소모성 전극으로부터의 L*cotan(β/2)보다 작은 축방향 거리 D에서 본질적으로 직교 방향으로 용접 퍼들에 들어가도록 해당 콜드 와이어를 위치시키는 것이 바람직하다. 여기서, L은 아크 길이, 즉 전극 팁에서 용접 퍼들의 가까운 지점(36)까지의 거리이다.

콜드 와이어(22)를 두 소모성 와이어 사이에 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 소모성 와이어는 바람직하게는 용접 퍼들(6)의 표면(30)에서 측정되는 원뿔형 직경 d보다 작은 축방향 거리 A에 설치될 수 있다. 이러한 배치로, 콜드 와이어는 두 소모성 전극의 원뿔형(42)으로 정의된 아크 영역의 외부 e에 도입될 것이며, 이는 용접 결과에 유익한 것으로 나타났다.

용접 장치는 상기 제1 및 제2 접촉 튜브의 각각의 팁 사이의 간격을 조정하기 위한 접촉 튜브 간격 기구(contact tube spacing mechanism)를 포함할 수 있다. 용접 장치는 추가로 상기 제1 및 제2 접촉 튜브의 각각의 길이 축 사이의 기울기를 조정하기 위한 접촉 튜브 기울기 기구(contact tube inclination mechanism)를 포함할 수 있다.

도 2 내지 도 4는 서브머지드 아크 용접을 위해 본 발명에 따른 전기적 아크 용접 헤드(100)의 예시적인 실시예의 여러 도면이며, 이러한 도면은 조합하여 설명된다.

길이 방향 확장을 따라 전기적 아크 용접 헤드(100)는 용접 중에 용접될 작업편에 가까이 있는 상기 헤드의 하단에 있는 접촉 장치(160)를 포함한다. 접촉 장치(160)는 전극(172, 176) 및 용접 헤드(100)의 전극 조립체(170)의 콜드 와이어(174)(도 3, 도 4)를 보유한다. 전극(172, 176) 및 콜드 와이어(174)는 용접 동작 중에 작업편을 마주보는 접촉 장치(160)의 하단에 있는 출구(162)를 통해 접촉 장치(160)를 나가게 한다. 전극(172, 176) 및 콜드 와이어(174)는 (도시되지 않은) 코일과 같은 각각의 저장소로부터 아크 용접 헤드(100) 쪽으로 공급될 수 있다.

전극 조립체(170)는 예로서 두 가용성의 지속 공급 소모성 와이어 전극(172, 176) 및 접촉 장치(160)에 배치된 콜드 와이어(174)를 포함한다. 접촉 장치(160)는 콜드 와이어(174)를 위한 전기적 절연부(166)를 포함한다. 콜드 와이어(174)만이 용접 헤드 확장부를 따라 도시된다. 소모성 전극(172, 176)은 접촉 장치(160)에만 도시된다. 소모성 전극(172, 176)은 바람직하게는 더블 와이어 전극 장치와 병렬로 공급되는 소위 트윈 와이어로 배치된다. 전기적 절연부(166)는 바람직하게는 예를 들어 세라믹과 같은 내열성 재료로 만들어지는 여분의 절연 와이어 도관이다.

접촉 장치(160) 위에는, 전극 및 콜드 와이어를 접촉 장치(160) 쪽으로 공급하는 공급기 장치(150)가 배치된다. 전형적으로, 공급기 유닛(150)은 (명확성 이유로 이 부분에 도시되지 않은) 와이어 전극(172, 176)을 접촉 장치(160) 쪽으로 이동시키는 홈붙이 바퀴를 포함한다. 공급기 유닛(150)은 콜드 와이어(174)를 통해 공급하기 위한 전기적 절연부(156)를 포함한다. 전기적 절연부(156)는 전기적으로 절연된 콜드 와이어(174)에 대한 여분의 절연된 홈을 가진 공급기 바퀴로 구성될 수 있다. 전기적으로 절연된 콜드 와이어(174)는 와이어 공급기 유닛(150)을 자유롭게 통과할 수 있다. 공급기 바퀴는 구동 유닛(152), 예컨대 전기 모터에 의해 구동된다.

와이어 공급기 유닛(150)을 제외하고, 서브머지드 아크 용접을 위한 (도시되지 않은) 노즐을 통해 과립형 플럭스(granular flux)를 접촉 장치(160)에 공급하는 플럭스 호퍼(114)가 배치된다. 구동 유닛(152) 외에, 와이어 공급기 유닛(150)은 구동 샤프트를 가진 기어를 포함한다. 기어의 구동 샤프트 상에는, (도시되지 않은) 다른 바퀴에 의해 가압될 수 있는 공급 바퀴(154)(도 6)가 배치된다. 공급 바퀴(154)는 전극을 접촉 장치(160)의 방향으로 구동시킨다.

와이어 공급기 유닛(150) 위에는, 소모성 전극(172, 176)을 직선화하기 위한 와이어 직선화 유닛(140)이 배치된다. 와이어 직선화 유닛(140)의 선두 위치에 도시되는 (참조 번호로 나타내지 않은) 두 롤러는 와이어 직선화 장치의 배면부에서 하나가 다른 하나 위에 수직으로 배치되는 세 개의 고정된 바퀴에 압력을 가하는데 이용된다. 롤러가 바퀴에 가하는 압력은 와이어 직선화 유닛(140)의 외부에 있는 노브를 통해 조정할 수 있다. 세 개의 바퀴에 가해진 롤러의 압력은 와이어를 직선화한다. 와이어 직선화 유닛(140)는 콜드 와이어(174)가 와이어 직선화 유닛(140)을 자유롭게 통과할 수 있는 전기적 절연부(146)를 포함한다.

와이어 직선화 유닛(140) 위에는, 별도의 와이어 공급기 유닛(130)이 콜드 와이어(174)를 접촉 장치(160) 쪽으로 공급하기 위해 배치된다. 와이어 공급기 유닛(130) 상에는, 와이어 공급기 유닛(130)의 공급기 바퀴를 구동하는 구동 유닛(132), 예컨대 전기 모터가 배치된다. 구동 유닛(132) 외에, 와이어 공급기 유닛(130)은 구동 샤프트를 가진 기어를 포함한다. 기어의 구동 샤프트 상에는, (도시되지 않은) 다른 바퀴에 의해 가압될 수 있는 공급 바퀴(134)(도 6)가 배치된다. 공급 바퀴(134)는 콜드 와이어를 접촉 장치(160)의 방향으로 구동시킨다.

와이어 공급기 유닛(130) 위에는, 콜드 와이어(174)를 직선화하기 위한 별도의 와이어 직선화 유닛(120)이 배치된다. 따라서, 용접 헤드(100)의 길이 방향 확장을 따라, 전기적 절연 덕트(180)는 (도시되지 않은) 와이어 보빈과 같은 와이어 저장소로부터 접촉 노즐로 콜드 와이어(174)를 안내하기 위해 제공된다. 공급기 유닛(150 및 130) 사이 및 와이어 직선화 유닛(120) 위에는, 콜드 와이어(174)를 수용하는 전기적 절연 와이어 도관이 배치될 수 있다.

특히, 전기적 절연 덕트(180)는 와이어 직선화 유닛(140)의 전기적 절연부(146), 소모성 전극(172, 176)에 대한 와이어 공급기 유닛(150)의 전기적 절연부(156) 및 접촉 장치(160)의 전기적 절연부(166) 뿐만 아니라 유닛(130, 140, 150, 160) 사이 및 콜드 와이어(174)에 대한 와이어 직선화 유닛(120) 위의 전기적으로 절연된 와이어 도관으로 구성된다.

도 5a 내지 도 5e는 조합하여 설명되는 접촉 장치(160)의 여러 도면을 도시한다. 접촉 장치(160)는 소모성 전극 및 콜드 와이어(도시되지 않음)를 수용하기 위한 덕트를 포함하는 장치 본체(161)를 포함하며, 전기적 절연부(166)는 이러한 덕트 중 하나이다.

예로서, 장치 본체(161)는 길이 방향으로 분리되는 두 부분(161a, 161b)으로 형성되며, 여기서 이동식 부분(161b)은 주요 부분(161a)에 부착된다. 주요 부분(161a)은 원통형 상단 부분, 및 중간을 통한 절단과 관련하여 약간 리세스된 하단 부분을 갖는다(도 5a 및 도 5e). 이동식 부분(161b)은 나사에 의해 주요 부분(161a)의 리세스된 부분에 부착된다.

대안적으로, 장치 본체(161)는 수개의 부품 대신에 소모성 전극 및 콜드 와이어의 통과를 위해 뚫은 하나 이상의 구멍을 가진 일체식 금속 본체일 수 있다.

이동식 부분(161b)과 주요 부분(161b) 사이에는 부분(161a 및 161b)이 서로에 부착될 때에 작은 자유 거리(small free distance)를 유지한다. 이러한 거리는 접촉 장치(160)의 소모성 전극에 대한 여러 와이어 직경을 이용할 수 있다. 콜드 와이어가 전기적 절연부(166)에 별도로 안내됨에 따라, 콜드 와이어의 직경은 장치 본체(161)의 다른 전극의 직경과는 상관없이 선택될 수 있다.

장치 본체(161)의 부분(161a, 161b)은 두 부분(163a, 163b)으로 구성되는 팁(163)을 둘러싸는데, 부분(163a)은 주요 부분(161a)에 부착되며, 부분(163b)은 장치 본체(161)의 이동식 부분(161b)에 부착된다. 팁(163)의 부분(163a, 163b)은 주요 부분(161a) 및 이동식 부분(161b)에 제공되는 각각의 보링(boring)(164a, 164b)에 삽입되는 나사에 의해 제각기 주요 부분(161a) 및 이동식 부분(161b)에 부착될 수 있다.

팁(163)은 주로 원통형 형상을 가질 수 있는 장치 본체(161)의 나머지 부분보다 더 작은 직경을 가질 수 있다. 전기적 절연부(166)는 접촉 장치(166)의 길이 방향 확장을 통해 확장하며, 접촉 장치(160)의 팁(163)의 출구(162)에 있는 (도시되지 않은) 콜드 와이어에 출구(169)를 제공한다.

도 5a 및5e에 제공되는 컷오픈도에서 볼 수 있듯이, 장치 본체(161)는 중앙 위치에 배치된 전기적 절연부(166)를 가진 내부 섹션(167)을 가지고, 전기적 절연부를 (도시되지 않은) 콜드 와이어에 제공한다. 전기적 절연부(166)는 바람직하게는 세라믹 튜브와 같은 절연 튜브이다. 중앙 전기적 절연 부분(166)의 양쪽에는, 용접 중에 아크에 의해 소모되도록 의도되는 (도시되지 않은) 소모성 전극을 위해 덕트(168a, 168b)가 제공된다. 덕트(168a, 168b)는 팁 부분(163a, 163b)의 상응하는 홈 부분을 포함한다. 이동식 부분(161b)이 장치 본체(161)의 주요 부분(161a)에 부착될 때에 홈 부분은 소모성 전극에 인클로저(enclosure)를 형성한다.

장치 본체(161)의 외부에서, 예를 들어 디스크 스프링과 같은 스프링 요소를 경유하여 장치 본체의 부분(161a, 161b)을 결합시키고, 소모성 전극의 실제 직경과는 거의 무관하게 부분(161a, 161b)의 접촉 압력을 제공하는 볼트(165)가 배치된다.

전기적 접촉부는 장치 본체(161)의 주요 부분(161a)에 배치되는 접촉부(164c)의 접촉 장치(160)에 부착될 수 있다. 아크가 장치 본체(161)에 가깝게 전기적 접촉하는 소모성 전극에서 전개할 수 있도록 전원에 연결된 와이어는 전기적 전압 및 전류를 접촉 장치(160)로 전송하기 위한 접촉부(164c)에 연결될 수 있다.

전기적 절연부(166)에서, 콜드 와이어는 (도시되지 않은) 다른 전극과 접촉하지 않고 접촉 장치(160)를 통과할 수 있다.

도 6은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 거의 같은 레이아웃의 아크 용접 헤드(100)의 예시적인 실시예의 측면도이다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 상세한 설명에서 이러한 도면에 동일한 요소를 적용한다. 와이어 직선화 유닛(140) 위쪽에는 두 개의 안내 튜브(142, 144)가 트윈 전극을 위해 제공된다. 안내 튜브(142, 144)는 용접 헤드(100)의 길이 방향 확장부에 십자형으로 배치된다. (도시되지 않은) 콜드 와이어 전극의 와이어 공급기 유닛(130)과 (도시되지 않은) 소모성 전극의 와이어 직선화 유닛(140) 사이에는 (도시되지 않은) 콜드 와이어의 안내 튜브(182)가 배치된다. 구동 유닛(132, 152)에는 전극의 속도 제어를 위한 펄스 센서가 장착될 수 있다. 접촉 장치(160) 근처에는 플럭스 호퍼(114)에 대한 노즐(116)(도 2-4)이 배치되며, 이러한 노즐(116)은 접촉 장치(160)의 길이 방향 축과 평행하게 배치된 로드(116)에 고정된다.

도 7a 내지 도 7c는 용접 방향(20)에 대해 전극 조립체(170)의 전극의 장치를 표시한다.

도 7a는 전기적 절연 콜드 와이어(174) 및 비절연 소모성 전극을 가진 전극 조립체(170)의 제1 변형을 도시한다. 본 발명에 의해 제시된 바와 같이 이러한 용접 헤드는 적어도 두 개의 소모성 전극을 포함하기 위해 추가적 용접 헤드와 조합되어야 한다. 전극 조립체(170)의 제2 변형은 두 개의 소모성 전극(172, 176) 및 콜드 와이어를 포함하는 도 7b에 도시되며, 콜드 와이어(174)는 중앙에 위치된다. 전극 조립체(170)의 제3 변형은 두 개의 소모성 전극(172, 176) 및 콜드 와이어를 포함하며, 전극 조립체의 외부에 있는 콜드 와이어(174)는 도 7c에 표시된다.

도 8a 내지 도 8c는 두 개의 아크 용접 헤드(100a, 100b)를 포함하는 용접 헤드 조립체(200)의 장치를 도시한다. 각 용접 헤드(100a, 100b)는 콜드 와이어(174a, 174b) 및 하나 이상의 소모성 전극(172a, 172b)을 가진 전극 조립체(170a, 170b)를 포함한다. 도 8a에 도시된 용접 헤드 조립체(200)의 제1 변형에서, 각 용접 헤드(100a, 100b)는 각 용접 헤드(100a, 100b)에 두 개의 전극(172a, 172b) 및 두 개의 콜드 와이어(174a, 174b)를 포함한다. 콜드 와이어(174a, 174b)는 용접 헤드 조립체(200)의 최외부 전극이다.

제2 변형은 도 8b에 도시되며, 여기서 각 용접 헤드(100a, 100b)는 세 개의 전극(172a, 176a, 172b, 176b) 및 두 개의 콜드 와이어(174a, 174b)를 가진 전극 조립체(170a, 170b)를 포함하며, 콜드 와이어(174a, 174b)는 각 용접 헤드(100a, 100b)의 중심 전극으로서 두 개의 소모성 전극(172a, 176a, 172b, 176b) 사이의 중간에 배치된다.

도 8c는 각 용접 헤드(100a, 100b)에서 두 개의 소모성 전극(172a, 176a, 172b, 176b) 및 두 개의 콜드 와이어(174a, 174b)를 가진 제3 변형예를 도시하며, 콜드 와이어(174a, 174b)는 용접 헤드 조립체(200)의 외부에 있다.

Claims (20)

1. 제1 소모성 전극(4)을 용접 퍼들(welding puddle)(6) 쪽으로 안내하고, 용접 전류를 상기 제1 소모성 전극(4)으로 전송하기 위한 제1 접촉 튜브, 제2 소모성 전극(12)을 상기 용접 퍼들(6) 쪽으로 안내하고, 용접 전류를 상기 제2 소모성 전극(12)으로 전송하기 위한 제2 접촉 튜브, 및 상기 제1 및 제2 접촉 튜브에 연결되어 동일한 전위를 상기 두 개의 소모성 전극(4, 12)에 제공하기 위한 단일의 전원(16)을 포함하는 트윈 와이어 용접 장치(1)에 있어서,
   상기 트윈 와이어 용접 장치(1)는, 콜드 와이어(cold wire)를 본질적으로 상기 용접 퍼들(6)에 직교하여 공급하도록 배치되는, 상기 용접 퍼들에 상기 콜드 와이어를 공급하기 위한 공급 장치(20)를 더 포함하고,
   상기 제1 및 제2 소모성 전극용의 공급기 유닛(150) 및 직선화 유닛(140) 중 적어도 하나는 상기 공급기 유닛(150)을 통해 상기 콜드 와이어를 안내하기 위한 피드스루(feedthrough)를 제공하는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공급 장치(20)는 표면 법선에 대해 5°미만의 각도에서 상기 콜드 와이어를 상기 용접 퍼들에 공급하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 접촉 튜브는 별도의 접촉 팁(8, 14)에 형성되는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 접촉 튜브는 상기 제1 및 제2 접촉 튜브를 분리하는 제1 및 제2 접촉 장치(18a, 18b)를 통해 상기 단일의 전원(16)에 연결되는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 장치는 상기 제1 및 제2 접촉 튜브의 각각의 팁 사이의 간격을 조정하기 위한 접촉 튜브 간격 기구(contact tube spacing mechanism)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 장치는 상기 제1 및 제2 접촉 튜브의 각각의 길이 축 사이의 기울기를 조정하기 위한 접촉 튜브 기울기 기구(contact tube inclination mechanism)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전극 조립체에서 상기 제1 및 제2 접촉 튜브로부터 전기적으로 절연되도록 상기 콜드 와이어의 전기적 절연을 위해 전기적 절연 덕트(180)가 제공되고, 전극 조립체는 상기 제1 및 제2 접촉 튜브 및 상기 전기적 절연 덕트를 수용하는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 전기적 절연 덕트(180)는 세라믹 튜브인 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 전기적 절연 덕트(180)는 상기 소모성 전극 및 콜드 와이어 중 하나 이상을 직선화하기 위한 와이어 직선화 유닛(120, 140)에 전기적 절연부(146)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 전극 조립체(170)의 상기 제1 및 제2 소모성 전극의 와이어 직선화 유닛(140)과는 별도로 상기 콜드 와이어를 위해 개별의 와이어 직선화 유닛(120)이 제공되는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
11. 제7항에 있어서, 상기 전기적 절연 덕트(180)는 전극 및 콜드 와이어 중 하나 이상을 작업편(10) 쪽으로 공급하기 위한 와이어 공급기 유닛(130, 150)에 전기적 절연부(156)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
12. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 소모성 전극의 와이어 공급 유닛(150)과는 별도로 상기 콜드 와이어를 위해 개별의 와이어 공급기 유닛(130)이 제공되는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 소모성 전극의 속도 제어 유닛(152)과는 별도로 상기 콜드 와이어를 위해 개별의 속도 제어 유닛(132)이 제공되는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
14. 제7항에 있어서, 상기 전기적 절연 덕트(180)의 상기 콜드 와이어는 작업편(10)의 용접 방향(20)에 대해 상기 제1 및 제2 소모성 전극 사이에서 순차적인 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜드 와이어는 작업편(10)의 용접 방향(20)에 대해 상기 제1 및 제2 소모성 전극의 상류쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
16. 제7항에 있어서, 상기 콜드 와이어는 작업편(10)의 용접 방향(20)에 대해 상기 전극 조립체(170)의 상기 소모성 전극의 하류쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
17. 삭제
18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 장치는 보호 가스 흐름을 상기 제1 및 제2 전극에 공통인 용접 영역 쪽으로 지향시키기 위한 가스 컵을 포함하는 가스 금속 아크 용접 장치인 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 장치.
19. 트윈 와이어 용접 방법으로서,
    - 제1 소모성 전극을 제1 접촉 튜브를 통해 용접 영역 쪽으로 안내하는 단계;
    - 제2 소모성 전극을 제2 접촉 튜브를 통해 상기 용접 영역 쪽으로 안내하는 단계; 및
    - 용접 퍼들을 생성하기 위해 제각기 제1 및 제2 아크를 유지하도록 상기 제1 및 제2 접촉 튜브를 통해 제1 및 제2 소모성 전극에 연결된 단일의 전원에서부터 상기 제1 및 제2 소모성 전극으로 용접 전류를 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 단일의 전원은 상기 제1 및 제2 접촉 튜브에서 동일한 전위를 제공하며, 본질적으로 상기 용접 퍼들에 직교하여 콜드 와이어가 공급되고, 상기 제1 및 제2 소모성 전극용의 공급기 유닛(150) 및 직선화 유닛(140) 중 적어도 하나는 상기 공급기 유닛(150)을 통해 상기 콜드 와이어를 안내하기 위한 피드스루(feedthrough)를 제공하는 것을 특징으로 하는 트윈 와이어 용접 방법.
20. 제19항에 있어서,
    - 상기 제1 및 제2 소모성 전극에 공통인 용접 영역 쪽으로 보호 가스 흐름을 지향시키는 단계를 더 포함하되,
    상기 보호 가스 흐름 하에 상기 제1 및 제2 아크 각각에 의해 용접 퍼들이 유지되는 것인 트윈 와이어 용접 방법.

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