KR101687507B1 - 아크 용접 방법, 및 제1 및 제2 전극을 가지는 아크 용접 배열체 - Google Patents

아크 용접 방법, 및 제1 및 제2 전극을 가지는 아크 용접 배열체 Download PDF

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Abstract

본원은 아크 용접 배열체(1)와 함께 이용되는 전기 아크 용접 방법에 관한 것으로서, 아크 용접 배열체는 제1 전원, 제1 전원에 연결된 제1 전극, 및 제2 전극(7)을 포함하고, 제1 전극(2)은 제1 아크 영역(31) 내에 존재하는 제1 전기 아크를 통해서 용접 풀(28)을 생성하도록 구성되고, 제2 전극(7)은 제2 아크 영역 내에 존재하는 제2 전기 아크를 통해서 용접 풀을 생성하도록 구성된다. 제1 전극(2)은 점화된 제1 아크를 유지하도록 구성된 용접 매개변수에서 동작된다. 제2 전극(7)은, 점화된 제2 아크를 유지하는데 있어서 적어도 제1 전극(2)으로부터의 과다 에너지를 필요로 하도록 구성된 용접 매개변수에서 동작된다. 방법은, 점화된 제2 아크를 유지하기 위해서 제1 전극(2)으로부터의 과다 에너지를 소비할 수 있게 하도록, 제2 전극(7)을 공급하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 그러한 방법을 실행하기 위한 배열체(1)에 관한 것이다.

Description

아크 용접 방법, 및 제1 및 제2 전극을 가지는 아크 용접 배열체{ARC WELDING METHOD AND ARC WELDING ARRANGEMENT WITH FIRST AND SECOND ELECTRODES}
본 발명은 전기 아크 용접을 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 제1항의 전제부에 따른 전기 아크 용접을 위한 방법에 관한 것으로서, 용접은 적어도 2개의 접촉 장치를 가지는 용접 헤드에 의해서 이루어지고, 각각의 접촉 장치는 전극과 공작물 사이의 아크 점화(ingnition)를 가능하게 하기 위해서 각각의 전극과 각각의 전원에 연결된다. 본 발명은 또한 상기의 방법을 실행하기 위한 배열체에 관한 것이다.
연속적으로 공급되는 전극을 가지는 전기 아크 용접은 여러 가지 기술을 이용하여 실시된다. 이러한 기술은, 용접이 용제(flux)의 보호 층 하에서 실시되는 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding), 및 용접이 보호 가스 차폐 하에서 실시되는 가스 금속 아크 용접을 포함한다.
생산성을 높이기 위해서, 용접 공정에서 하나 초과의 전극을 이용하는 것이 제안되었다. 공지된 그러한 용접 공정은, 용접시에 생산 속도를 높이기 위해서 이용되는, 직렬 및 이중(tandem and twin) 용접 방법이다.
직렬 용접은, 2개의 독립적인 전극이 공통 용접 풀(pool) 내에서 용접을 실시하도록 배열되는 용접 기술이다.
전류 및 전압을 포함하는 용접 조건이 전극에 대해서 독립적으로 제어될 수 있도록, 2개의 전극의 각각이 분리된 전원에 연결된다. 전극은, 예를 들어 용접 방향에 대해서 횡단 방향으로 외측으로 천이되어(shifted out) 배치된 또는 용접 방향으로 서로로부터 거리를 두고 배치된 전극과 같은, 다양한 설정으로 장착될 수 있다. 전극이 횡단 방향으로 외측으로 천이되는 경우에, 전극이 나란히 배치될 수 있다. 이는 표면 용접을 위해서 또는 넓은 접합이 요구되는 특별한 접합을 위해서 이용된다. 나란히 이루어지는 용접은 작은 침투(lower penetration) 및 보다 넓은 폭을 유도한다.
대안적으로, 전극이 용접 방향으로 서로로부터 거리를 두고 배치된다. 이러한 경우에, 용접 방향을 따른 제1 전극이 일반적으로 선행 전극으로서 지칭되는 한편, 제2 전극이 일반적으로 후행 전극으로 지칭된다. 일반적으로, 선행 전극 및 후행 전극이 용접 프로세스에서 상이한 역할들을 한다. 예를 들어, 후행 전극이 용접 비드(bead) 외관, 윤곽 및 충진을 제어하는 동안, 희망하는 침투 정도를 획득하도록 선행 전극을 제어하는 것이 공지되어 있다.
직렬 용접은 침착(deposition) 속도 증가를 가능하게 하고 그에 따라 용접의 경제성을 향상시킨다. 직렬 용접은 또한, 선행 전극 및 후행 전극으로 상이한 과제를 할당할 수 있는 가능성으로 인해서, 용접 품질 개선을 가능하게 한다. 상이한 전극들에 상이한 과제들이 할당될 수 있게 하기 위해서, 전극들은, 바람직하게, 양 전극이 공통의 단일 용접 풀 내에서 동작할 수 있게 할 정도로 충분히 근접하여야 한다. 전극들이 서로로부터 너무 멀리 분리되는 경우에, 후행 전극이 용탕(puddle)에 도달하기 전에, 선행 전극에 의해서 생성되는 용접 풀이 응고될 수 있다. 이러한 경우에, 2개의 전극은 2개의 연속적인 용접 통과(pass)의 과제를 많거나 적게 수행한다.
이중 용접은 직렬 용접과 유사하고, 차이점은 전극들이 동일한 전원에 연결된다는 것이다.
침착 속도를 개선하기 위한 다른 방식은, 아크를 형성하지 않고 용융되는 하나 이상의 소모성 전극을 부가하는 것이다. 이러한 전극은 종종 콜드(cold) 와이어로서 지칭되는 한편, 아크 생성을 위해서 배열되는 전극은 핫 와이어로서 지칭된다. 콜드 와이어가 하나 이상의 핫 와이어의 아크 내로 연속적으로 공급되고, 그 곳에서 핫 와이어(들)에 의해서 생성된 과다 에너지에 의해서 콜드 와이어가 용융된다. 전류가, 콜드 와이어의 가열을 위해서 콜드 와이어의 부분을 통해서 전달될 수 있다.
콜드 와이어 재료를 용접 풀 내로 도입하는 것은 용접 합금의 조성 제어의 개선을 유도할 수 있을 것이고, 이는 용접 개선을 유도할 수 있다. 콜드 와이어 재료를 용접 풀 내로 공급하는 것은, 최적화된 용접 매개변수로 100%까지의 생산성 증가를 유도할 수 있다. 다시 말해서, 콜드 와이어는 열 입력을 증가시키지 않고도 빠른 침착 속도를 가능하게 한다.
콜드 와이어와 연관된 문제는, 콜드 와이어가 균일한 보조 속도(even pace)로 용융되지 않을 때 용접 공정 불안정성을 종종 증가시킨다는 것이다. 와이어가 또한 용융 풀을 통해서 모재료를 타격할 수 있다. 이는, 용융되지 않은 콜드 와이어 재료로 이루어진, 용접 금속 내의 개재물 및 용접 결함을 유발할 수 있다. 또한, 용접 풀로 부가될 수 있는 콜드 와이어의 양은 핫 와이어에 의해서 생성되는 과다 에너지의 양에 의해서 제한된다.
본 발명의 제1 목적은, 증가된 생산 속도를 가능하게 하는, 효율적인 전기 아크 용접 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은, 증가된 생산 속도 및 보다 효율적인 용접을 가능하게 하는, 전기 아크 용접 배열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 목적은 용접 배열체와 함께 이용되는 전기 아크 용접 방법으로 달성된다. 용접 배열체는 제1 전원, 제1 전극을 공급하는 제1 와이어 공급기 및 제2 전극을 공급하는 제2 와이어 공급기를 포함한다. 용접 배열체는 제1 전극을 안내하기 위한 제1 도관을 수용하고 제1 전원과 제1 전극 사이의 전기 접촉을 제공하는 제1 접촉 장치 및 제2 전극을 안내하기 위한 제2 도관을 수용하고 전원과 제2 전극 사이의 전기 접촉을 제공하는 제2 접촉 장치를 포함하는 전기 아크 용접 헤드를 더 포함한다. 제1 및 제2 접촉 장치가 서로로부터 전기적으로 절연된다. 제1 전극이 제1 아크 영역 내에서 제1 전극과 공작물 사이에 존재하는 제1 전기 아크를 통해서 용접 풀을 생성하기 위해서 공작물 상에 작용하도록 구성되고, 제2 전극은 제2 아크 영역 내에서 제2 전극과 공작물 사이에 존재하는 제2 전기 아크를 통해서 용접 풀을 생성하기 위해서 공작물 상에 작용하도록 구성된다. 그에 따라 생성된 열이 전극 재료를 용융시키는 것을 보조할 것이고, 그에 따라 생성된 자기장이 전극으로부터 용접 풀로의 금속 전달을 보조할 것이다.
제1 전극은, 점화된 제1 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제1 전극으로부터 용접 풀로 전달하는 용접 매개변수에서 동작된다. 즉, 제1 전원만이 점화된 아크를 유지하고 용융 전극 재료를 제1 전극으로부터 용융 풀로 전달할 수 있도록, 제1 전극의 용접 매개변수가 구성된다. 제2 전극은, 점화된 제2 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제2 전극으로부터 용융 풀로 전달하는 것을 보장하는데 있어서 적어도 제1 전극으로부터의 과다 에너지를 필요로 하도록, 용접 매개변수에서 동작된다.
이 방법은, 제2 전극이 제1 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하여 제2 아크를 점화하고 유지하도록 그리고 용융된 전극 재료를 제2 전극으로부터 용접 풀로 전달하도록 허용하기 위해서, 제2 전극을 제1 아크 영역 내로 또는 그 근접부 내로 공급하는 단계를 포함한다. 전원으로부터의 전력 및 제1 전극으로부터의 소비된 과다 에너지가 제2 전극과 공작물 사이에서 아크를 점화 및 유지하는 데 있어서, 그리고 제2 전극의 일부를 용융시키고 용융된 전극 재료를 제2 전극으로부터 용융 풀로 전달하는데 있어서 충분하도록, 제2 전극의 용접 매개변수가 결정된다. 다시 말해서, 제2 전극은, 제2 전원으로부터 직접적으로 수신되는 전력이 제2 전극과 공작물 사이에서 아크를 점화하기에 충분하지 않도록 보장하는 용접 매개변수로 동작된다. 물론, 적은 양의 용융 금속이 제2 전극으로부터 용접 풀로 의도하지 않게 그리고 제어가능하지 않게 전달될 수 있다. 제1 전극으로부터 제2 전극으로의 과다 에너지의 전달은, 제2 전원으로부터의 최소 에너지 입력으로 침착 속도를 증가시킬 수 있게 한다. 이는 증가된 생산 속도를 가능하게 하는데, 이는 용접 공정이 허용가능한 레벨에서 에너지 입력을 유지하려 하는 요구에 의해서 일반적으로 제한되기 때문이다(너무 많은 에너지 입력은 용접하고자 하는 공작물을 파괴할 것이다).
제2 전극이 절반-핫 와이어이다. 절반-핫 와이어는, 상응하는 전원으로부터 절반-핫 와이어로 전달되는 에너지의 양을 제한하는 용접 매개변수로 전극이 제어되기 때문에, 자체적으로 아크를 생성할 수 없고 용융된 전극 재료를 공작물로 제공할 수 없다는 점에서, 핫 와이어와 상이하다. 절반-핫 와이어는, 절반-핫 와이어가 용접 전류를 수신하고 공작물로 전달하도록 배열되는 반면 예열된 콜드 와이어는 콜드 와이어로부터 멀리 전극 가열 전류를 전달하도록 구성된 라인에 연결된다는 점에서, (예열된) 콜드 와이어와 상이하다. 공작물로의 용접 전류의 전달은, 절반-핫 와이어가 핫 와이어로부터의 과다 에너지를 흡수하여 아크를 생성하고 공작물로의 금속 전달을 개시할 수 있도록, 절반-핫 와이어를 핫 와이어 근접부에 배치하는 것에 의해서 달성된다.
금속 전달은 단락 회로 공정, 구형 공정(globular process), 분무 아크 공정 및 서브머지드 아크 용접에서 이루어질 수 있다.
제2 전극은, 제1 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하게 보장하도록, 제1 아크 영역 내로 유리하게 공급된다.
선택적으로, 전기 아크 용접 헤드는 제3 전극을 안내하기 위한 제3 도관을 수용하고 전원과 제3 전극 사이의 전기적 접촉을 제공하는 제3 접촉 장치를 포함한다. 제3 전극은, 제3 아크 영역 내에서 제3 전극과 공작물 사이에 존재하는 제3 전기 아크를 통한 용접 풀의 생성을 위해서 공작물에 작용하도록 구성된다. 제1 및 제3 아크 영역이 중첩되는 영역을 생성하도록, 제1 및 제3 전극이 정방향으로 공급된다. 제3 전극은, 점화된 제3 아크를 유지하고 용융된 금속을 제3 전극으로부터 용접 풀로 전달하는 용접 매개변수에서 동작될 수 있다. 방법은, 제1 및 제3 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하여 제2 아크를 점화하고 점화된 제2 아크를 유지하도록 그리고 용융된 전극 재료를 제2 전극으로부터 용접 풀로 전달하도록 허용하기 위해서, 제2 전극을 제1 및 제3 아크 영역의 중첩 영역 내로 또는 그 근접부 내로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및 제3 전극이 동일한 크기 및 원뿔 형상의 아크 영역을 생성한다. 전극들의 단부 부분 중심 축들 사이의 거리가 전극 중 하나에 의해서 생성되고 용융 풀의 표면에서 측정된 아크 원뿔의 원뿔 직경보다 짧도록 하는 방식으로, 전극들이 공급된다.
유리하게, 제2 전극은, 제2 전극이 제1 및 제3 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하도록 보장하기 위해서, 제1 및 제3 아크 영역의 중첩 영역 내로 공급된다.
제3 핫 와이어를 포함하는 이러한 해결책은, 제2 전극이 제1 및 제3 전극으로부터의 과다 에너지를 소비할 수 있게 한다. 이러한 목적을 위한 적합한 전극 배열은 제2 전극을 제1 전극과 제3 전극 사이에 위치시키는 것이다.
제1 및 제2 전극이 동일한 전원에 의해서 전력을 공급받을 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 전극이 상이한 전원들에 의해서 전력을 공급받을 수 있다.
제1, 제2 및 제3 전극이 동일한 전원에 의해서 전력을 공급받을 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 전극이 하나의 전원에 의해서 전력을 공급받고 제3 전극이 상이한 전원에 의해서 전력을 공급받을 수 있다. 또한, 동일한 전원으로 제1 및 제3 전극으로 전력을 공급하고 상이한 전원으로 제2 전극으로 전력을 공급할 수 있다. 마지막으로, 제1, 제2 및 제3 전극이 상이한 전원들에 의해서 전력을 공급받게 할 수 있다.
제3 전극은, 점화된 제3 아크를 유지하기 위해서 그리고 용융된 전극 재료를 제3 전극으로부터 용융 풀로 전달하기 위해서 적어도 하나의 부가적인 전극으로부터의 과다 에너지를 필요로 하도록 보장하는 용접 매개변수로 또한 동작될 수 있다. 이러한 실시예에서, 방법은 제3 아크를 점화하고 유지하기 위해서 그리고 용융된 전극 재료를 제3 전극으로부터 용융 풀로 전달하기 위해서 제1 아크 영역의 근접부 내로 또는 바람직하게 제1 아크 영역 내로 제3 전극을 공급하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예에서, 제3 도관이 적어도 제1 도관으로부터 절연된다. 다시 말해서, 용접 배열체가 임의 수의 핫 와이어 및 절반-핫 와이어를 포함할 수 있다. 절반-핫 와이어가 하나 초과의 핫 와이어로부터의 과다 에너지를 소비할 수 있고, 핫 와이어는 하나 초과의 절반-핫 와이어로 과다 에너지를 제공할 수 있다.
전극들의 단부 부분들이 병렬로 배열되도록 보장하기 위해서, 제1, 제2 및 제3 도관 중 적어도 2개 그리고 바람직하게 3개 모두가 병렬로 공급된다.
제1 및 제3 전극이 제1 평면 내에서 공급될 수 있고, 제2 전극이, 제1 평면에 직교하는 제2 평면 내에서 공급될 수 있다. 이는, 제1 및 제3 전극과 관련한 제2 전극의 대칭적 배치를 가능하게 한다. 제1 및 제3 전극에 대한 제2 전극의 대칭적 배치는, 제2 전극의 위치에서의 보다 안정적인 아크 플라즈마 조건을 허용한다. 그에 따라, 제2 전극의 보다 안정적인 침착 속도가 성취될 수 있다. 대안적으로, 제1, 제2 및 제3 전극이 제1 평면 내에서 모두 공급된다.
유리하게, 절반-핫 전극의 단부 부분이 2개 이상의 핫 와이어의 단부 부분들 사이에서 공급된다. 이는, 절반-핫 전극이 하나 초과의 핫 와이어로부터의 과다 에너지를 소비할 수 있게 한다.
유리하게, 핫 와이어의 단부 부분이 2개의 절반-핫 전극들 사이에서 공급된다. 절반-핫 와이어는 바람직하게 핫 와이어의 대향 측부들(sides) 상에 위치된다. 이는, 핫 와이어가 하나 초과의 절반-핫 와이어로 과다 에너지를 전달할 수 있게 한다. 결과는 보다 에너지 효율적인 해결책이 된다. 핫 와이어가 제2 및 제3 전극에 대비하여 비교적 큰 직경을 가질 수 있다.
제2 와이어 공급기의 와이어 공급 속도는, 적어도 하나의 핫 와이어의 하나 이상의 용접 매개변수에 의존하여 제어된다. 이는, 핫 와이어의 용접 매개변수가 제2 전극의 용융을 보조하기 위해서 이용가능한 과다 에너지의 크기를 결정하고 그에 따라 그러한 와이어 공급 속도로 제2 전극이 공작물을 향해서 공급될 수 있다는 점에서, 유리하다. 제2 전극은 전력 공급 속도(Wmax)의 0.2 내지 0.9, 보다 바람직하게 0.6 내지 0.8의 와이어 공급 속도로 유리하게 공급되고, Wmax는 제2 전극에 의해서 소비되는 과다 에너지가 제2 전극에서 아크를 점화하는데 필요한 에너지에 상응하는 와이어 공급 속도이다.
입력 전력 대 와이어 공급 부피 사이의 비율을, 이웃하는 전극으로부터의 과다 에너지가 없는 경우에 용융 금속의 전달이 발생되지 않을 전극에 대한 비율보다, 이웃하는 전극으로부터의 과다 에너지가 없는 경우에도 용융 재료의 전달이 발생될 수 있는 전극에 대해서 상당히 더 크게 유지하는 것이 유리하다. 이러한 방식에서, 열 입력이 낮은 레벨로 유지될 수 있다는 것, 그리고 큰 생산 속도가 성취될 수 있다는 것이 보장된다.
본 발명은, 전류, 전압 및 와이어 공급 속도를 포함하는 제2 전극에 대한 용접 매개변수의 이용을 고려하고, 그러한 제2 전극에 대한 전류, 전압 및 와이어 공급 속도는 서로 독립적으로 선택될 수 있다.
본 발명은 전류, 전압, 및 와이어 공급 속도를 포함하는 제1 전극에 대한 용접 매개변수의 이용을 추가적으로 고려한다. 전류 및 전압이 설정된 매개변수일 수 있을 것이고, 와이어 공급 속도가 안정적인 아크를 가능하게 하기 위해서 선택된 결과적인 매개변수일 수 있다. 대안적으로, 와이어 공급 속도가 설정된 매개변수일 수 있을 것이고, 전류가 아크 전압 레벨을 유지하기 위해서 자동적으로 조정된다. 용접 전류가 또한 본질적으로 일정하게 유지될 수 있는 반면, 아크 전압은, 핫 와이어가 공작물을 향해서 공급되는 속도에 의존한다.
본 발명의 제2 목적은 전술한 방법을 실행하기 위한 아크 용접 배열체로 달성된다. 용접 배열체는 제1 전원, 제1 전극을 공급하는 제1 와이어 공급기 및 제2 전극을 공급하는 제2 와이어 공급기를 포함한다. 용접 배열체는 제1 전극을 안내하기 위한 제1 도관을 수용하고 제1 전원과 제1 전극 사이의 전기 접촉을 제공하는 제1 접촉 장치 및 제2 전극을 안내하기 위한 제2 도관을 수용하고 제2 전원과 제2 전극 사이의 전기 접촉을 제공하는 제2 접촉 장치를 포함하는 전기 아크 용접 헤드를 더 포함한다. 제1 및 제2 전극이 서로로부터 전기적으로 절연되고, 제1 전극은 제1 아크 영역 내에서 제1 전극과 공작물 사이에 존재하는 제1 전기 아크를 통해서 용접 풀을 생성하기 위해서 공작물 상에 작용하도록 구성되고, 제2 전극은 제2 아크 영역 내에서 제2 전극과 공작물 사이에 존재하는 제2 전기 아크를 통해서 용접 풀을 생성하기 위해서 공작물 상에 작용하도록 구성된다.
제1 전극은, 점화된 제1 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제1 전극으로부터 용접 풀로 전달하는 용접 매개변수에서 동작하도록 배열된다. 즉, 제1 전극은 아크를 생성하기 위해서 다른 전극으로부터의 과다 에너지를 필요로 하지 않는다.
제2 전극은, 점화된 제2 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제2 전극으로부터 용융 풀로 전달하는 것을 보장하는데 있어서 적어도 하나의 부가적인 전극으로부터의 과다 에너지를 필요로 하도록 보장하는, 용접 매개변수에서 동작되도록 배열될 수 있다.
제2 전극이 제1 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하여 제2 아크를 점화하고 유지하도록 그리고 용융된 전극 재료를 제2 전극으로부터 용접 풀로 전달하게 허용하도록, 제2 전극이 제1 아크 영역 내로 또는 그 근접부 내로 공급되게끔, 제1 및 제2 도관이 배열된다.
유리하게, 제2 전극이 제1 아크 영역 내로 공급될 수 있도록 제1 및 제2 도관이 배열된다. 즉, 제1 도관의 중심 축과 제2 도관의 중심 축 사이의 거리가, 제1 전극에 의해서 생성되고 용접 풀의 표면에서 측정된 아크 원뿔의 직경의 절반을 초과하지 않아야 한다.
대안적인 실시예에서, 제1 및 제2 아크 영역이 적어도 부분적으로 중첩되도록, 제1 및 제2 도관을 배열하는 것으로 충분할 수 있다.
제2 전극이 제1 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하게 하기 위해서 필요한 제1 전극의 단부 부분의 중심 축과 제2 전극의 단부 부분의 중심 축 사이의 거리가 복수의 인자, 예를 들어 와이어 치수, 와이어 재료, 와이어 돌출 길이(stick-out), 전류, 전압, 공정 모드(CA, CW, CC), 주파수 및 용접 속도에 따라 달라진다.
제1 아크는 상당한 양의 에너지를 생성하는 한편, 제2 전극은 제1 전극으로부터의 과다 에너지를 흡수하고 그에 따라 최소 에너지 입력으로 침착 속도를 증가시킨다. 이는, 용접 공정이 일반적으로 허용가능한 레벨에서 에너지 입력을 유지하려 하는 요구에 의해서 제한되기 때문에, 생산 속도가 증가될 수 있게 하고, 보다 에너지 효율적인 용접 공정을 가능하게 한다.
아크 용접 헤드는 제3 전극을 안내하기 위한 제3 도관을 수용하고 전원과 제3 전극 사이의 전기적 접촉을 제공하는 제3 접촉 장치를 포함할 수 있다. 제3 전극은, 제3 아크 영역 내에서 제3 전극과 공작물 사이에 존재하는 제3 전기적 아크를 통해서 용접 풀을 생성하기 위해서 공작물 상으로 작용하도록 구성되고, 제1 및 제3 도관은 제1 및 제3 아크 영역이 중첩 영역을 가질 수 있게 허용하도록 배열된다. 제3 전극은, 점화된 제3 아크를 유지하고 용융된 금속을 제3 전극으로부터 용접 풀로 전달하는 용접 매개변수에서 동작되도록 구성된다. 제2 도관은, 점화를 위해서 그리고 용융된 전극 재료를 제2 전극으로부터 용융 풀로 전달하기 위해서 제1 및 제3 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하기 위해서 제1 및 제3 아크 영역의 중첩 영역 내로 또는 그 근접부 내로 제2 전극이 공급될 수 있게 허용하도록 배열된다.
유리하게, 제2 전극이 제1 및 제3 아크 영역의 중첩 영역 내로 공급되도록 제1, 제2 및 제3 도관이 배열된다. 이는, 제2 전극이 하나 초과의 전극으로부터의 과다 에너지를 소비할 수 있도록 그에 따라, 제1 및 제3 아크 중 하나가 소멸될 때 제2 아크가 또한 유지될 수 있음에 따라, 보다 안정적인 용접 공정을 제공할 수 있도록 보장할 것이다.
대안적으로, 아크 용접 헤드는 제3 전극을 안내하기 위한 제3 도관을 수용하고 전원과 제3 전극 사이의 전기적 접촉을 제공하는 제3 접촉 장치를 포함한다. 제3 전극은, 제3 아크 영역 내에서 제3 전극과 공작물 사이에 존재하는 제3 전기 아크를 통한 용접 풀의 생성을 위해서 공작물에 작용하도록 구성된다. 제3 전극은, 점화된 제3 아크를 유지하기 위해서 그리고 용융된 전극 재료를 용융 풀로 전달하기 위해서 제3 전극이 적어도 하나의 부가적인 전극으로부터의 과다 에너지를 반드시 소비하도록 보장하는 용접 매개변수로 동작되도록 구성될 수 있다. 제3 전극이 제1 전력 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하여 제3 아크를 점화하고 유지하도록 그리고 제3 전극으로부터의 용융된 전극 재료를 용접 풀로 전달하도록 허용하기 위해서, 제3 전극이 제1 아크 영역 내로 또는 그 근접부 내로 공급되도록, 제1 및 제3 도관이 배열된다.
유리하게, 제3 전극이 제1 아크 영역 내로 공급될 수 있도록 제1 및 제3 도관이 배열된다. 임의 경우에, 이는, 제3 전극이 제1 전극으로부터 과다 에너지를 흡수하기 위해서 제1 전극에 충분히 근접될 수 있도록 배열된다.
유리하게, 용접 중에 제2 및 제3 전극의 단부 부분이 제1 도관의 대향 측부들 상에 위치되는 것을 보장하기 위해서, 제1, 제2 및 제3 도관이 제1 도관의 대향 측부들 상에 배열된다. 이는 특히, 제2 및 제3 전극 모두가 제1 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하도록 구성되는 실시예의 경우이다.
제2 도관이 또한 제1 및 제3 도관 사이에 위치될 수 있다. 이는, 제2 전극이 제1 및 제3 전극으로부터의 에너지를 소비할 수 있다는 점에서 유리하다.
일부 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 도관 중 적어도 2개가 병렬로 배열된다.
일부 실시예에서, 제1 및 제3 도관이 제1 평면 내에서 배열되고, 제2 도관은, 제1 평면에 직교하는 제2 평면 내에 배열된다. 이는, 제1 및 제3 전극과 관련한 제2 전극의 대칭적 배치를 가능하게 한다. 제1 및 제3 전극에 대한 제2 전극의 대칭적 배치는, 제2 전극의 위치에서의 보다 안정적인 아크 플라즈마 조건을 허용한다. 그에 따라, 제2 전극의 보다 안정적인 침착 속도가 성취될 수 있다. 대안적으로, 제1, 제2 및 제3 도관이 제1 평면 내에 모두 배열된다.
유리하게, 용접 배열체는 와이어 공급 수단 및 전원 중 하나 이상을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.
일 실시예에서, 제어기는 절반-핫 전극을 공급하도록 배열된 와이어 공급기에 연결된다. 제어기는, 절반-핫 전극으로 과다 에너지를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 핫 와이어의 용접 매개변수에 따라서 절반-핫 전극의 와이어 공급 속도를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 절반-핫 전극의 와이어 공급 속도는 절반-핫 전극으로 인가되는 전류 또는 전압에 의존하지 않는다. 예를 들어, 제2 와이어 공급기가, 제1 및/또는 제3 전력 전극의 용접 매개변수에 따라서 제어될 수 있다.
제어기는 또한, 절반-핫 전극으로 과다 에너지를 제공하도록 배열된 전극을 공급하도록 배열된 적어도 하나의 와이어 공급기의 와이어 공급 속도에 따라서, 절반-핫 전극을 공급하도록 배열된 와이어 공급기의 와이어 공급 속도를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 와이어 공급기의 와이어 공급 속도가 제1 및/또는 제3 와이어 공급기의 와이어 공급 속도(들)에 따라서 제어될 수 있다.
아크를 생성하기 위해서 적어도 하나의 인접한 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하여야 하는 전극이, 과다 에너지를 제공하도록 구성된 전극의 와이어 공급 속도보다 더 빠른 와이어 공급 속도를 가지도록 구성될 수 있다.
절반-핫 와이어에 대한 용접 매개변수가 전류, 전압 및 와이어 공급 속도를 포함할 수 있다. 절반-핫 전극에 대한 전류, 전압 및 와이어 공급 속도가 서로 독립적으로 선택될 수 있다.
핫 와이어에 대한 용접 매개변수가 전류, 전압 및 와이어 공급 속도를 포함할 수 있다. 전류 및 전압이 설정된 매개변수일 수 있을 것이고, 와이어 공급 속도가 안정적인 아크를 가능하게 하기 위해서 선택된 결과적인 매개변수일 수 있다. 대안적으로, 와이어 공급 속도가 설정된 매개변수일 수 있을 것이고, 전류가 아크 전압 레벨을 유지하기 위해서 자동적으로 조정된다. 용접 전류가 또한 본질적으로 일정하게 유지될 수 있는 반면, 아크 전압은, 핫 와이어가 공작물을 향해서 공급되는 속도에 의존한다.
이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 용접 헤드의 정면도를 도시한다.
도 2는 도 1 내의 용접 헤드의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 3는 도 1 내의 용접 헤드의 다른 실시예의 측면도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 또한 도시된 실시예에 관한 도 1에서 A-A 및 B-B에서 취한 횡단면도를 도시한다.
도 4c 및 도 4d는 도 3에 또한 도시된 실시예에 관한 도 1에서 A-A 및 B-B에서 취한 횡단면도를 도시한다.
도 5는 도 2의 D-D에서 취한 횡단면도이다.
도 6은 도 3의 F-F에서 취한 횡단면도이다.
도 7은 공작물을 용접하도록 배열된 용접 헤드를 도시한다.
도 8은 서브머지드 아크 용접을 위한 아크-용접 배열체의 실시예의 도면을 도시한다.
도 9는 반시계방향으로 90°만큼 회전된 도 8의 아크-용접 배열체를 도시한다.
도 10은 도 8의 아크-용접 배열체의 사시도를 도시한다.
도 11은 아크 용접 시스템을 도시한다.
본 발명에 따른 아크 전기 용접 헤드의 제1 실시예가 도 1, 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다.
도 1은 전기 아크 용접 헤드(1)의 정면도를 도시한다. 정면도는 용접 방향에 반대되는 방향으로 용접 헤드를 향한 도면이다. 용접 방향은, 용접 중에 용접 헤드 또는 하나 이상의 전극이 이동되는 방향이다. 도 1의 아크 용접 헤드(1)는 제1 전극(2)을 공급하기 위한 제1 도관(5)을 수용하고 제1 전원(미도시)과 제1 전극(2) 사이의 전기적 접촉을 제공하는 제1 접촉 장치(3)를 포함한다.
도 4a, 도 4b는 도 1의 A-A 및 B-B에서 각각 취한 횡단면도를 도시한다. 도 4a 및 도 4b에 명확히 도시된 바와 같이, 제2 접촉 장치(11)가 아크 용접 헤드(1) 내에서 제1 접촉 장치(3) 뒤에 배치된다. 제2 접촉 장치(11)가 제2 전극(7)을 공급하기 위한 제2 도관(13)을 수용하고 제2 전원(미도시)과 제2 전극(7) 사이의 전기 접촉을 제공한다. 제1 및 제2 접촉 장치(3, 11)가 절연 본체(15)에 의해서 서로로부터 전기적으로 절연된다.
제1 및 제2 전극(2, 7)을 위한 도관(5, 13)이 동일한 직경을 가진다. 제1 및 제2 전극(2, 7)이 또한 동일한 직경을 가진다. 대안적인 실시예에서, 도관(5, 13) 및 전극(2, 7)이 상이한 직경을 가질 수 있을 것이고; 예를 들어, 제1 전극(2)의 직경이 제2 전극(7)의 직경보다 클 수 있다.
제1 및 제2 접촉 장치(3, 11)가 유지부(retainer)(41) 내의 요홈부(39) 내에서 유지된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 유지부(41)가 제1 및 제2 유지부 요소(43a, 43b)를 포함한다. 제1 유지부 요소(43a)가 제1 접촉 플레이트(3a)(제1 접촉 장치(3)의 부분)를 고정하기 위한 조임(jaw) 부분을 가지는 제1 부분(43a1) 및 제1 부분(43a1)을 캐리어(53)(도 1)에 고정하기 위한 부착 부분을 포함한다. 제1 유지부 요소(43a)가 또한 제2 접촉 플레이트(3b)(제1 접촉 장치(3)의 부분)를 고정하기 위한 조임 부분을 가지는 제2 부분(43a2) 및 제2 부분(43a2)을 캐리어(53)에 고정하기 위한 부착 부분을 포함한다.
제1 유지부 요소(43a)는 제1 및 제 2 접촉 플레이트(3a, 3b)와 각각 대면하는 제1 및 제2 벽 부분(45a, 45b)을 가진다. 제1 벽 부분(45a)은 제1 접촉 플레이트(3a)의 수평 벽 부분(47a)과 접촉 지지되어(abut) 배열되고, 제2 벽 부분(45b)은 제2 접촉 플레이트(3b)의 수평 벽 부분(47b)과 접촉 지지되어 배열된다.
유사하게, 제2 유지부 요소(43b)가 제1 접촉 플레이트(11c)(제2 접촉 장치(11)의 부분)를 고정하기 위한 조임 부분을 가지는 제1 부분(43b1) 및 제1 부분(43b1)을 캐리어(53)에 고정하기 위한 부착 부분을 포함한다. 제2 유지부 요소(43b)가 또한 제2 접촉 플레이트(11d)(제2 접촉 장치의 부분)를 고정하기 위한 조임 부분을 가지는 제2 부분(43b2) 및 제2 부분(43b2)을 캐리어(53)에 고정하기 위한 부착 부분을 포함한다.
제2 유지부 요소(43b)가, 제1 및 제2 접촉 플레이트(11c, 11d)와 각각 대면하는 제1 벽 부분 및 제2 벽 부분(45c, 45d)을 가진다. 제1 벽 부분(45c)은 제1 접촉 플레이트(11c)의 수평 벽 부분(47c)과 접촉 지지되어 배열되고, 제2 벽 부분(45d)은 제2 접촉 플레이트(11d)의 수평 벽 부분(47d)과 접촉 지지되어 배열된다.
제1 접촉 장치(3)는, 제1 전극(2)을 위한 도관(5)의 일부를 형성하는 길이방향 연장 요홈부(51a)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있는 제1 접촉 플레이트(3a)를 포함한다. 제1 접촉 장치(3)는 또한, 제1 전극(2)을 위한 도관(5)의 일부이고, 길이방향으로 연장하는 요홈부(51b)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있는 제2 접촉 플레이트(3b)를 포함한다.
동일한 방식으로, 제2 접촉 장치(11)는, 제2 전극(7)을 위한 도관(13)의 일부를 형성하는 길이방향 연장 요홈부(51c)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있는 제1 접촉 플레이트(11c)를 포함한다. 제2 접촉 장치(11)는 또한, 제2 전극(7)을 위한 도관(13)의 일부이고, 길이방향으로 연장하는 요홈부(51d)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있는 제2 접촉 플레이트(11d)를 포함한다.
제1 접촉 장치(3)의 제1 및 제2 접촉 플레이트(3a, 3b)가 스프링 작용에 의해서 서로에 대해서 편향될 수 있다. 제2 접촉 장치(11)의 제1 및 제2 접촉 플레이트(11c, 11d)가 스프링 작용에 의해서 서로에 대해서 편향될 수 있다.
제1 유지부 요소(43a) 그리고 제1 및 제2 접촉 플레이트(3a, 3b)를 가지는 제1 접촉 장치(3)가 용접 헤드(1)(도 1)의 전방 측부에 도시되어 있다. 전극(2)이 제1 및 제2 접촉 플레이트들 사이의 공간 내에 개재될 수 있도록 그리고 길이방향으로 연장하는 요홈부 내에 고정될 수 있도록, 제1 및 제2 접촉 플레이트(3a, 3b)가 갭에 의해서 분리된다. 제1 유지부 요소(43a)의 제1 및 제2 부분(43a1, 43a2)이 서로에 대해서 이동가능하도록 배열되고, 그에 따라 제1 및 제2 접촉 플레이트들 사이의 갭이 보다 크게 또는 좁게 만들어질 수 있다. 스프링(55)은, 접촉 플레이트(3a, 3b)와 접촉 플레이트들(3a, 3b) 사이에 배치되는 전극(2) 사이의 힘을 제어하도록 배열된다.
접촉 플레이트(3a, 3b)가 나사(57)에 의해서 제1 및 제2 부분(43a1, 43a2) 각각에 고정된다. 제1 부분은 나사(59)에 의해서 캐리어(53)에 고정된다. 접촉 플레이트(3a, 3b)가 서로에 대해서 편향될 수 있도록, 제2 부분이 스프링(55) 형태의 탄성 수단을 가지는 나사(60)에 의해서 캐리어(53)에 고정된다.
제2 유지부 요소(43b) 그리고 제1 및 제2 접촉 플레이트(11c, 11d)를 가지는 제2 접촉 장치(11)가 용접 헤드(1)의 후방 측부에 위치된다. 전극(7)이 제1 및 제2 접촉 플레이트들 사이의 공간 내에 개재될 수 있도록 그리고 길이방향으로 연장하는 요홈부 내에 고정될 수 있도록, 제1 및 제2 접촉 플레이트(11c, 11d)가 갭에 의해서 분리된다. 제2 유지부 요소(43b)의 제1 및 제2 부분(43b1, 43b2)이 서로에 대해서 이동가능하도록 배열되고, 그에 따라 제1 및 제2 접촉 플레이트들(11c, 11d) 사이의 갭이 보다 크게 또는 좁게 만들어질 수 있다. 스프링(55)은, 접촉 플레이트들과 접촉 플레이트들(11c, 11d) 사이에 배치되는 와이어 전극(7) 사이의 힘을 제어하도록 배열된다.
이제 도 4b를 참조하면, 제1 접촉 플레이트(3a)를 반송하는(carrying) 제1 유지 요소(43a)의 제1 부분(43a1) 및 제2 접촉 플레이트(3b)를 반송하는 제1 유지 요소(43a)의 제2 부분(43a2)이 절연 본체(15)의 일 측부 상에 위치되도록, 그리고 제1 접촉 플레이트(11c)를 반송하는 제2 유지 요소(43b)의 제1 부분(43b1) 및 제2 접촉 플레이트(11d)를 반송하는 제2 유지 요소(43b)의 제2 부분(43b2)이 절연 본체(15)의 타 측부 상에 위치되도록, 제1 및 제2 유지부 요소(43a, 43b) 그리고 제1 및 제2 접촉 장치(3, 11)가 절연 본체(15)에 의해서 분리된다.
제1 및 제2 유지 요소(43a, 43b)의 제1 및 제2 부분(43a1, 43a2, 43b1, 43b2)이 캐리어(53)의 노오즈(nose) 부분(65)에서 캐리어(53)에 부착된다.
도 2는 도 1에 도시된 용접 헤드(1)의 실시예의 측면도이다. 도 2의 용접 헤드(1)가 2개의 전극(2, 7)을 수용하도록 배열된다. 도 2로부터 명확한 바와 같이, 절연 본체(15)가 용접 헤드(1)를 통해서 연장하여 용접 헤드(1)를 제1 및 제2 절반체로 분리한다. 제1 절반체는 제1 유지부 요소(43a) 및 제1 유지부 요소(43a)에 연결된 제1 및 제2 접촉 플레이트(3a, 3b)를 포함한다. 제2 절반체는 제2 유지부 요소(43b) 및 제2 유지부 요소(43b)에 연결된 제1 및 제2 접촉 플레이트(11c, 11d)를 포함한다.
캐리어(53)는, 절연 본체(15)에 의해서 서로로부터 전기적으로 절연된 2개의 절반체(53a, 53b)로 유사하게 분리된다. 제1 및 제2 유지부 요소(43a, 43b) 뿐만 아니라 캐리어 절반체(53a, 53b)를 분리하는 단일 절연 본체(15)가 이용될 수 있다. 대안적으로, 2개의 절반체들(53a, 53b) 사이에 절연 층을 형성하기 위해서 복수의 절연 본체가 이용될 수 있다. 2개의 절반체(53a, 53b)가 절연된 연결부(61)에 의해서 함께 연결된다. 절연된 연결부(61)가 절연 재료의 파이프에 의해서 형성될 수 있다. 나사(63)가 절연 파이프를 통해서 연장하여 2개의 절반체(53a, 53b) 및 절연 본체(15)를 함께 고정할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 캐리어(53)가, 절연 본체(15)가 사이에 개재된 제1 및 제2 플레이트(53a, 53b)에 의해서 형성된다. 제1 및 제2 플레이트(53a, 53b)가 절연 연결부(61)를 통해서 서로 고정된다. 절연 연결부(61)가, 제1 및 제2 플레이트(53a, 53b)를 통해서 연장하는 절연 재료의 파이프에 의해서 형성될 수 있다. 나사(63)가 절연 재료의 파이프를 통해서 연장한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 캐리어(53)가 노우즈 부분(65)을 가질 수 있다. 제1 및 제2 유지부 요소(43a, 43b)가 노우즈 부분(65)에 부착된다. 제1 및 제2 유지부 요소(43a, 43b)가 절연 본체(15)에 의해서 분리된다. 제1 및 제2 유지부 요소(43a, 43b)가 절연 요소(61)를 통해서 연결된다. 이러한 절연 요소(61)가 절연 파이프에 의해서 형성될 수 있고, 그러한 절연 파이프를 통해서 나사(63)가 연장할 수 있다. 바람직하게 절연 재료로 이루어진 절연 와셔를 이용하여 용접 헤드(1)의 측벽을 나사로부터 절연시킨다.
도 3, 도 4c 및 도 4d는 3개의 전극(2, 7, 8)을 가지는 도1에 도시된 바와 같은 용접 헤드(1)의 실시예를 도시하고, 용접 헤드(1)는 중앙의 연속적으로 공급되는 전극(2) 및 2개의 둘레의 연속적으로 공급되는 전극(7, 8)을 수용하도록 배열된다. 그에 따라, 도 3의 용접 헤드(1)는, 제3 전극(8)을 공급하기 위한 제3 도관(6)을 수용하고 전원(미도시)과 제3 전극(8) 사이의 전기적 접촉을 제공하는 부가적인 제3 접촉 장치(4)와 함께, 도 1 및 도2에 도시된 바와 같은 용접 헤드(1)를 기초로 한다. 제1 및 제3 접촉 장치(3, 4)가 절연 본체(20)에 의해서 서로로부터 전기적으로 절연된다.
제1, 제2 및 제3 전극(2, 7, 8)을 위한 도관(5, 6, 13)이 동일한 직경을 가질 수 있을 것이고, 동일한 직경을 가지는 전극을 수용한다.
대안적으로, 도관들 및 전극들이 상이한 직경을 가질 수 있다. 특히, 점화된 아크를 유지하고 용융된 재료를 전극으로부터 용접 풀로 전달하는 역할을 하는 용접 매개변수에서 동작되는, 연결된 전극들을 수용하는 도관 또는 도관들의 직경이, 생성되는 전력이 아크를 점화 및 유지하고 전극으로부터 용접 풀로 용융된 전극 재료를 연속적으로 전달하기 위해서 요구되는 전력보다 작도록 보장하는 용접 매개변수에서 동작되는 전극을 수용하는 도관 또는 도관들과 상이할 수 있다.
제3 접촉 장치(4)가 유지부(41) 내의 요홈부(39) 내에서 유지된다(도 1).
도 4c에 도시된 바와 같이, 캐리어(53)가 제1 절연 본체(15) 및 제2 절연 본체(20)가 사이에 개재된 제1, 제2 및 제3 플레이트(53a, 53b, 53c)에 의해서 형성될 수 있다. 플레이트(53a, 53b, 53c)가 절연 요소(61)를 통해서 서로에 대해서 고정된다. 절연 연결부(61)가, 플레이트(53a, 53b, 53c)를 통해서 연장하는 절연 재료의 파이프에 의해서 형성될 수 있다. 나사(63)가 절연 재료의 파이프를 통해서 연장한다.
도 1 및 도 4d를 참조하면, 캐리어(53)가 노우즈 부분(65)을 가질 수 있다. 유지부(41)의 제1, 제2 및 제3 유지부 요소(43a, 43b, 43c)가 노우즈 부분(65)에 부착된다. 제1, 제2 및 제3 유지부 요소(43a, 43b, 43c)가 절연 본체(15 및 20)에 의해서 분리된다. 제1, 제2 및 제3 유지부 요소(43a, 43b, 43c)가 절연 요소(61)를 통해서 연결된다. 이러한 절연 요소(61)가 절연 파이프에 의해서 형성될 수 있고, 그러한 절연 파이프를 통해서 나사(63)가 연장할 수 있다. 바람직하게 절연 재료로 이루어진 절연 와셔를 이용하여 용접 헤드의 측벽을 나사로부터 절연시킨다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 제1 유지부 요소(43a)가, 제1 접촉 장치(3)의 제1 접촉 플레이트(3a)를 고정하기 위한 조임 부분을 가지는 제1 부분(43a1) 및 제1 부분(43a1)을 캐리어(53)에 고정하기 위한 부착 부분을 포함한다. 제1 유지부 요소(43a)가 제1 접촉 장치(3)의 제2 접촉 플레이트(3b)를 고정하기 위한 조임 부분을 가지는 제2 부분(43a2) 및 제2 부분(43a2)을 캐리어(53)에 고정하기 위한 부착 부분을 더 포함한다.
제1 유지부 요소(43a)가, 제1 접촉 플레이트(3a)와 대면하는 제1 벽 부분(45a) 및 제2 접촉 플레이트(3b)와 대면하는 제2 벽 부분(45b)을 가진다. 제1 및 제2 벽 부분(45a, 45b)이 제1 접촉 장치(3)의 수평 벽 부분(47a, 47b) 각각과 접촉지지되어 배열된다.
유사하게, 제2 유지부 요소(43b)가 제2 접촉 장치(11)의 제1 접촉 플레이트(11c)를 고정하기 위한 조임 부분을 가지는 제1 부분(43b1) 및 제1 부분(43b1)을 캐리어(53)에 고정하기 위한 부착 부분을 포함한다. 제2 유지부 요소(43b)는 제2 접촉 장치(11)의 제2 접촉 플레이트(11d)를 고정하기 위한 조임 부분을 가지는 제2 부분(43b2) 및 제2 부분(43b2)을 캐리어(53)에 고정하기 위한 부착 부분을 더 포함한다.
제2 유지부 요소(43b)가, 제1 접촉 플레이트(11c)와 대면하는 제1 벽 부분(45a) 및 제2 접촉 플레이트(11d)와 대면하는 제2 벽 부분(45d)을 가진다. 제1 및 제2 벽 부분(45c, 45d)이 제2 접촉 장치(11)의 수평 벽 부분(47c, 47d) 각각과 접촉지지되어 배열된다.
유사하게, 제3 유지부 요소(43c)가 제3 접촉 장치(4)의 제1 접촉 플레이트(4e)를 고정하기 위한 조임 부분을 가지는 제1 부분(43c1) 및 제1 부분(43c1)을 캐리어(53)에 고정하기 위한 부착 부분을 포함한다. 제2 유지부 요소(43b)는 제3 접촉 장치(4)의 제2 접촉 플레이트(4d)를 고정하기 위한 조임 부분을 가지는 제2 부분(43c2) 및 제2 부분(43c2)을 캐리어(53)에 고정하기 위한 부착 부분을 포함한다.
제3 유지부 요소가, 제1 접촉 플레이트(4e)와 대면하는 제1 벽 부분(45e) 및 제2 접촉 플레이트(4f)와 대면하는 제2 벽 부분(45d)을 가진다.
제1 및 제2 벽 부분(45e, 45f)이 제3 접촉 장치(4)의 수평 벽 부분(47e, 47f)과 접촉 지지되어 배열된다.
제1 접촉 장치(3)의 제1 접촉 플레이트(3a)가, 제1 전극(2)을 위한 도관(5)의 일부를 형성하는, 길이방향 연장 요홈부(51a)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있고, 제2 접촉 플레이트(3b)가, 제1 전극(2)을 위한 도관(5)의 일부를 형성하는, 길이방향 연장 요홈부(51b)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있다.
유사한 방식으로, 제2 접촉 장치(11)의 제1 접촉 플레이트(11c)가, 제2 전극(7)을 위한 도관(13)의 일부를 형성하는, 길이방향 연장 요홈부(51c)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있고, 제2 접촉 플레이트(11d)가, 제2 전극(7)을 위한 도관(13)의 일부를 형성하는, 길이방향 연장 요홈부(51d)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있다.
제3 접촉 장치(4)의 제3 접촉 플레이트(4e)가, 제3 전극(8)을 위한 도관(6)의 일부를 형성하는, 길이방향 연장 요홈부(51e)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있고, 제2 접촉 플레이트(4f)가, 제3 전극(8)을 위한 도관(6)의 일부를 형성하는, 길이방향 연장 요홈부(51f)를 가지는 본질적으로 직사각형인 플레이트에 의해서 구성될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 접촉 장치(3, 4, 11)의 제1 및 제2 접촉 플레이트(3a, 3b, 4a, 4b, 11a 및 11 b)가 스프링 작용에 의해서 서로에 대해서 편향될 수 있다.
제1 및 제2 유지부 요소(43a, 43b)가 절연 본체(15)에 의해서 분리되고, 제1 및 제3 유지부 요소(43a, 43c)가 절연 본체(20)에 의해서 분리된다.
용접 헤드가 절연 본체에 의해서 분리되는 임의 수의 유지부 요소를 포함할 수 있다.
도 4a는 2개의 전극(2, 7)을 수용하도록 배열된 용접 헤드(1)의 실시예에 관한 것이고 도 1의 A-A에서 취한 횡단면을 도시한다. 그러한 도면은, 캐리어(53)의 일부를 형성하고 절연 본체(15)에 의해서 분리된, 제1 및 제2 플레이트 요소(53a, 53b)를 도시한다. 제1 및 제2 플레이트 요소(53a, 53b) 각각이 전극(2, 7)을 위한 도관(5, 13)을 수용한다. 절연 본체(15)가 단일체형(monolithic)일 수 있거나, 도관(19) 생성을 위해서 요홈부들이 생성되는 2개의 부분에 의해서 제조될 수 있다. 제1 플레이트 요소(53a), 제2 플레이트 요소(53b) 및 절연 본체(15)가 절연 부재(61)에 의해서 통합된다.
도 4c는 3개의 전극(2, 7, 8)을 수용하도록 배열된 용접 헤드(1)의 실시예에 관한 것이고 도 1의 A-A에서 취한 횡단면을 도시한다. 그러한 도면은, 캐리어(53)의 일부를 형성하고 절연 본체(15 및 20)에 의해서 분리된, 제1, 제2 및 제3 플레이트 요소(53a, 53b, 53c)를 도시한다. 제1, 제2 및 제3 플레이트 요소(53a, 53b, 53c) 각각이 전극(2, 7, 8)을 위한 도관(5, 13, 6)을 수용한다. 제1 플레이트 요소(53a), 제2 플레이트 요소(53b), 제3 플레이트 요소(53c) 및 절연 본체(15, 20)가 절연 부재(61)에 의해서 통합된다.
도 5에서 도 2의 D-D에서 취한 횡단면도가 도시된다. 여기에서, 전극(2)을 위한 제1 도관(5)을 가지는 제1 플레이트 요소(53a), 전극(7)을 위한 제2 도관(13)을 가지는 제2 플레이트 요소(53b) 및 절연 본체(15)가 도시되어 있다.
도 3의 F-F에서 취한 횡단면도가 도 6에 도시된다. 여기에서, 전극(2)을 위한 제1 도관(5)을 가지는 제1 플레이트 요소(53a), 전극(7)을 위한 제2 도관(13)을 가지는 제2 플레이트 요소(53b), 전극(8)을 위한 제3 도관(6)을 가지는 제3 플레이트 요소(53c) 및 플레이트 요소(53a, 53b, 53c)를 분리하는 절연 본체(15, 20)가 도시되어 있다.
도 7은 용접 헤드(1)의 측면도를 도시한다. 용접 헤드(1)가 공작물(27)을 용접하기 위해서 배열된다. 용접 헤드(1)가 화살표(25)에 의해서 표시된 바와 같은 용접 방향으로 이동된다. 용접 헤드(1)는 도 3에 도시된 용접 헤드(1)와 유사한 구성을 가진다. 그러나, 도 7의 제1 및 제3 전극(2, 8)은, 인접 전극의 도움이 없이 아크를 생성하도록 구성된 핫 와이어이다. 각각의 아크가 전극(2, 8)의 선단부와 공작물(27) 사이에 형성된다. 제2 전극(7)은 제1 및 제3 전극(2, 8) 사이에 위치된 절반-핫 와이어이다. 제2 전극(7)은, 제1 및/또는 제3 전극으로부터의 과다 에너지를 소비하지 않는 경우에, 아크를 생성할 수 없다.
아크 용접에서, 아크가 전극(2, 8)의 선단부와 공작물(27) 사이에 존재한다. 공작물(27)에서의 아크의 접촉 지점이 무작위 방식으로 이동될 것이다. 그러나, 일반적으로, 아크가 소모성 전극(2, 8)의 선단부로부터 공작물(27)까지 원뿔 형상의 또는 포물선형의 아크 영역(31, 33) 내에 존재할 것이다. 원뿔(31, 33)의 개방 각도가 용접의 경우 마다 달라질 수 있다. 그러나, 일반적인 개방 각도(α)가 약 30°일 수 있다.
제2 전극(7)은 도 7에서 제1 및 제3 전극(2, 8) 사이에 배열되어 있다. 이러한 배열이 바람직하나, 필수적인 것은 아니다. 바람직하게, 제1 및 제3 소모성 전극(2, 8)은, 용접 풀(28)의 표면에서 측정된 아크 원뿔(31, 33)의 원뿔 직경보다 짧은 축방향 거리에서 장착된다. 바람직하게, 제2 전극(7)은, 제1 및 제3 전극(2, 8)의 아크 원뿔(31, 33)의 중첩 부분(35)의 외측 부분 내로 도입되고, 이는 용접 결과에 유리하다.
바람직한 실시예에서, 공급 배열체는, 용접부(28) 표면 법선(normal)에 대해서 바람직하게 5도 미만, 보다 바람직하게 2도 미만의 각도로 제2 전극(7)을 공급하도록 배열된다.
바람직한 실시예에서, 소모성 전극(2, 8)이 병렬로 배열되고 용접 풀(28)의 표면에 대해서 본질적으로 직교하는 방향으로 용접 풀(28)을 향해서 공급되도록 배열된다.
각각의 아크는, 전극(2, 8) 선단부와 공작물(27) 사이에서 연장하는 본질적으로 원뿔 형상인 또는 포물선 형상인 아크 영역(31, 33) 내에 존재한다. 각각의 원뿔 형상의 또는 포물선 형상의 아크 영역(33)이 플라즈마 영역을 형성하고, 그러한 플라즈마 영역 내에서 용접시에 아크 플라즈마가 존재할 것이다. 원뿔(31, 33)이 개방 각도(2α)를 가질 것이고, 그러한 개방 각도는 공작물(27)과 전극 선단부 사이의 거리 및 전극(2, 8)과 공작물(27) 사이의 전압에 의존한다. 제1 전극(2)의 플라즈마 영역(31)과 제3 전극(8)의 플라즈마 영역(33) 사이에 중첩 영역(35)이 생성되도록, 제1 및 제2 전극(2, 8)이 서로의 근접부 내에 배치된다. 이러한 것을 달성하기 위해서, 용접 헤드(1)의 제1 및 제3 도관(5, 6)은, 제1 및 제2 전극(2, 8)과 용접하고자 하는 공작물(27) 사이의 아크가 중첩 영역(35)을 가지게 할 수 있는 거리에 배열된다.
제2 전극(7)이 중첩 영역(35) 내로 공급된다.
바람직한 실시예에서, 제2 전극(7)을 수용하기에 적합한 중첩 부분(35)의 생성을 가능하게 하기 위해서, 제2 및 제1 도관(13, 5)의 중심들 사이의 거리가 제1 도관(5)의 직경의 3배 미만이 될 수 있다. 또한, 제2 및 제3 도관(13, 6)의 중심들 사이의 거리가 제3 도관(6)의 직경의 3배 미만이 될 수 있다.
조합되어 설명되는 도 8 내지 도 10은, 서브머지드 아크 용접을 위한 전기 아크 용접 배열체(100)의 예시적인 실시예의 상이한 도면들을 도시한다.
전기 아크 용접 배열체(100)는, 그 길이방향 연장선을 따라서, 그 하부 단부에서 아크 용접 헤드(160)를 포함하고, 그러한 아크 용접 헤드(160)는, 용접 중에, 용접하고자 하는 공작물(미도시)에 대해서 밀접한 근접부 내에 위치된다. 아크 용접 헤드(160)는 도 1 내지 도 7과 관련하여 설명된 유형이고 용접 배열체(100)의 전극 조립체(170)의 전극(2, 7, 8)를 유지한다. 전극(2, 7, 8)은, 용접 동작 중에 공작물과 대면하는, 아크 용접 헤드(160)의 하부 단부에 위치하는 배출구(162)를 통해서 아크 용접 헤드(160)를 빠져나온다. 와이어 전극(2, 7, 8)이 코일(미도시)과 같은 각각의 저장부로부터 아크 용접 배열체(100)를 향해서 공급될 수 있다.
전극 조립체(170)가, 예를 들어, 아크 용접 헤드(160) 내에 배열된 3개의 용융가능한 연속적으로-공급되는 와이어 전극(2, 7, 8)을 포함한다. 연속적으로 공급되는 와이어 전극(2, 7, 8)이 서로로부터 전기적으로 절연된다.
와이어 공급기 유닛(150)이 아크 용접 헤드(160) 위에 배열되어 아크 용접 헤드를 향해서 전극을 공급한다. 전형적으로, 공급기 유닛(150)이, 아크 용접 헤드(160)를 향해서 와이어 전극 또는 콜드 와이어를 이동시키는 홈형(grooved) 바퀴부를 포함한다. 공급기 유닛(150)이 제1 및 제3 전극(2, 8) 중 하나 또는 양자 모두 또는 제2 전극(7) 또는 모든 전극(2, 7, 8)을 공급하도록 배열될 수 있다. 공급기 유닛(150)이 하나 초과의 전극(2, 7, 8)을 공급하는 경우에, 적어도, 자체적으로 아크를 생성할 수 없는 전극(7)이 자체적으로 아크를 생성할 수 있는 전극(2, 8)으로부터 전기적으로 절연되도록, 공급기 유닛(150)이 각각의 개별적인 전극(2, 7, 8)을 통해서 공급하기 위한 전기적 절연 부분을 전형적으로 포함할 것이다. 전기 절연 부분이, 전기적으로 절연된 전극(7)을 위한 여분의 절연된 홈을 가지는 공급기 바퀴부로 이루어질 수 있다.
공급기 바퀴부가 구동 유닛(152), 예를 들어 전기 모터에 의해서 구동된다. 와이어 공급기 유닛(150)과 별개로, 서브머지드 아크 용접을 위해서 과립형 용제를 노즐(미도시)을 통해서 아크 용접 헤드(160)로 공급하는 용제 호퍼(hopper)(114)가 배열된다. 구동 유닛(152) 이외에, 와이어 공급기 유닛(150)이 구동 샤프트를 가지는 기어를 포함한다. 기어의 구동 샤프트 상에, 다른 바퀴부에 의해서 가압될 수 있는 공급 바퀴부가 배열된다. 공급 바퀴부는 아크 용접 헤드(160)의 방향을 따라 정방향으로 전극(2, 7, 8)을 구동시킨다.
와이어 직선화 유닛(140)이 와이어 공급기 유닛(150) 위에 배열된다. 와이어 직선화 유닛(140)의 최전방 위치에 도시된 2개의 롤러를 이용하여, 직선화 장치의 후방 부분 내에서 서로 수직으로 상하로 배열되는 3개의 고정된 바퀴부 상으로 압력을 가한다. 롤러가 바퀴부로 가하는 압력은, 와이어 직선화 유닛(140)의 외측에 위치하는 손잡이를 통해서 조정될 수 있다. 3개의 바퀴부 상의 롤러의 압력이 와이어(들)를 직선화한다. 와이어 직선화 유닛(140)이, 전극(2, 7, 8)을 서로로부터 분리하도록 구성된 전기 절연 부분을 포함할 수 있다.
모든 전극에 대해서 단일 와이어 공급 유닛(150)을 가지는 대신에, 분리된 와이어 공급기 유닛을 각각의 전극에 대해서 이용할 수 있다. 도 8 내지 도 10에서, 분리된 공급기 유닛(130)이 제2 전극(7)을 아크 용접 헤드(160)를 향해서 공급하기 위해서 제공된다. 와이어 공급기 유닛(130)의 공급기 바퀴부를 구동하는 구동 요소(132), 예를 들어 전기 모터가 와이어 공급기 유닛(130) 상에 배열된다. 구동 유닛(132) 이외에, 와이어 공급기 유닛(130)이 구동 샤프트를 가지는 기어를 포함한다. 기어의 구동 샤프트 상에, 다른 바퀴부에 의해서 가압될 수 있는 공급 바퀴부가 배열된다. 공급 바퀴부는 아크 용접 헤드(160)의 방향을 따라 정방향으로 전극(7)을 구동시킨다.
단일 와이어 직선화 유닛(140)을 가지는 대신에, 개별적인 전극을 직선화하기 위한 분리된 와이어 직선화 유닛들이 배열될 수 있다. 여기에서, 제2 전극(7)을 위한 단일 와이어 직선화 유닛(120)이 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 용접 헤드(160)의 길이방향 연장선을 따라서, 전기 절연 도관(180)이 제공되어 제2 전극(7)을 와이어 보빈과 같은 와이어 저장부로부터 접촉 노즐로 안내한다. 전기 절연 도관(180)이 와이어 직선화 유닛(140)의 전기 절연 부분, 와이어 공급기 유닛(150)의 전기 절연 부분, 및 아크 용접 헤드(160)의 전기 절연 부분뿐만 아니라, 유닛(130, 140, 150, 160) 사이의 그리고 제2 전극(7)을 위한 와이어 직선화 유닛(120) 위의 전기 절연된 와이어 도관으로 구성된다.
도 11은 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같은 아크 용접 배열체(202)를 포함하는 아크 용접 시스템(200)을 도시한다. 아크 용접 배열체(202)는 본 발명에 따른 아크 용접 헤드(1)를 포함한다. 아크 용접 배열체(202)는, 제어기(208)에 의해서 제어되는 3개의 분리된 전원(204, 205, 206)을 더 포함한다. 전원은, 예를 들어 US 6,291,798에서 설명된 바와 같은, 인버터 유형일 수 있다. 아크 용접 시스템은 제1 소모성 전극(2)을 공급하기 위한 제1 와이어 공급기(210), 제2 소모성 전극(7)을 공급하기 위한 제2 와이어 공급기(212), 및 제3 소모성 전극(8)을 공급하기 위한 제3 와이어 공급기(214)를 포함한다. 제1 전원(204)이 제1 전원(204)과 제1 전극(2) 사이의 전기 접촉을 제공하기 위해서 제1 접촉 장치에 연결된다. 제2 전원(205)이 제2 전원(205)과 제2 전극(7) 사이의 전기 접촉을 제공하기 위해서 제2 접촉 장치에 연결된다. 제3 전원(206)이 제3 전원(206)과 제3 전극(8) 사이의 전기 접촉을 제공하기 위해서 제3 접촉 장치에 연결된다. 제1 전원(204)이 동작되어, 점화된 제1 아크를 유지하고 용융 금속을 제1 전극으로부터 용접 풀까지 전달한다. 제3 전원(206)이 동작되어, 점화된 제3 아크를 유지하고 용융 금속을 제3 전극(8)으로부터 용접 풀까지 전달한다. 제2 전원 상의 제2 전극(7)이 제2 아크를 자체적으로 생성하지 못하게 보장하도록, 제2 전원(205)이 동작된다.
아크가 제2 전극(7)에서 생성되게 하고 용융된 전극 재료가이 제2 전극(7)으로부터 공작물로 전달되게 하는 양으로, 핫 와이어(2, 8)로부터의 과다 에너지를 소비하도록, 절반-핫 제2 전극(7)이 2개의 인접한 제1 및 제3 핫 와이어(2, 8)의 중첩 아크 영역 내로 이동된다.
대안적인 실시예에서, 전극과 공작물 사이에서 점화된 아크를 유지하는 용접 매개변수에서 동작되는 전극이, 전극과 공작물 사이에서 아크를 자체적으로 생성할 수 없도록 하는 용접 매개변수에서 동작되는 2개의 전극들 사이에 위치될 수 있다.
보호 범위는 전술한 실시예로 제한되지 않는다. 전술한 실시예는, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 많은 다양한 방식으로 수정 및 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 용접 헤드(1)가 3개 초과의 전극을 포함할 수 있고, 도 11의 제1 및 제3 전극이 동일한 전원에 연결될 수 있다.

Claims (15)

  1. 아크 용접 배열체(100; 202)와 함께 이용되는 전기 아크 용접 방법으로서, 상기 용접 배열체(100; 202)가 제1 전원(204), 제1 전극(2)을 공급하는 제1 와이어 공급기(210), 제2 전극(7)을 공급하는 제2 와이어 공급기(212), 전기 아크 용접 헤드(1; 160)를 포함하고, 상기 전기 아크 용접 헤드는 제1 전극(2)을 안내하기 위한 제1 도관(5)을 수용하고 제1 전원(204)과 제1 전극(2) 사이의 전기 접촉을 제공하는 제1 접촉 장치(3), 및 제2 전극(7)을 안내하기 위한 제2 도관(13)을 수용하고 전원(204; 205)과 상기 제2 전극(7) 사이의 전기 접촉을 제공하는 제2 접촉 장치(11)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 접촉 장치(3, 11)가 서로로부터 전기적으로 절연되고, 상기 제1 전극(2)이 제1 아크 영역(31) 내에서 제1 전극(2)과 공작물(27) 사이에 존재하는 제1 전기 아크를 통해서 용접 풀(28)을 생성하기 위해서 공작물(27) 상에 작용하도록 구성되고, 상기 제2 전극(7)이 제2 아크 영역 내에서 제2 전극(7)과 공작물(27) 사이에 존재하는 제2 전기 아크를 통해서 용접 풀(28)을 생성하기 위해서 공작물(27) 상에 작용하도록 구성되는, 전기 아크 용접 방법에 있어서:
    - 상기 제1 전극(2)은, 점화된 제1 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제1 전극(2)으로부터 용접 풀(28)로 전달하도록 구성된 용접 매개변수에서 동작되고;
    - 상기 제2 전극은, 점화된 제2 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제2 전극(7)으로부터 용접 풀(28)로 전달하기 위해 적어도 제1 전극으로부터의 과다 에너지가 요구되는 것을 보장하도록 구성된 용접 매개변수에서 동작되는 것을 특징으로 하고;
    상기 방법은:
    - 제2 아크를 점화하고 점화된 제2 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제2 전극(7)으로부터 용접 풀(28)로 전달하기 위해서 제1 전극(2)으로부터의 과다 에너지를 소비할 수 있도록, 제2 전극(7)을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 아크 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극(2, 7)이 동일한 전원(204)에 의해서 전력을 공급받는, 전기 아크 용접 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극(2, 7)이 상이한 전원(204, 205)에 의해서 전력을 공급받는, 전기 아크 용접 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아크 용접 헤드(1; 160)는 제3 전극(8)을 안내하기 위한 제3 도관(6)을 수용하고 전원(204; 205; 206)과 제3 전극(8) 사이의 전기적 접촉을 제공하는 제3 접촉 장치(4)를 포함하고, 상기 제3 전극(8)은, 제3 아크 영역(33) 내에서 제3 전극(8)과 공작물(27) 사이에 존재하는 제3 전기 아크를 통한 용접 풀(28)의 생성을 위해서 공작물(27)에 작용하도록 구성되고, 상기 제1 및 제3 아크 영역(31, 33)이 중첩되는 영역(35)을 가질 수 있게 하는 방식으로 제1 및 제3 전극(2, 8)이 공급되고, 상기 제3 전극(8)은, 점화된 제3 아크를 유지하고 용융된 금속을 제3 전극(8)으로부터 용접 풀(28)로 전달하도록 구성된 용접 매개변수에서 동작되고, 상기 방법은, 제2 아크를 점화하고 점화된 제2 아크를 유지하기 위해 그리고 용융된 전극 재료를 제2 전극(7)으로부터 용접 풀(28)로 전달하기 위해 제1 및 제3 전극(2, 8)으로부터의 과다 에너지를 소비할 수 있도록 제2 전극(7)을 공급하는 단계를 포함하는, 전기 아크 용접 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 전극(2, 8)이 동일한 전원(204)에 의해서 전력을 공급받는, 전기 아크 용접 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 전극(2, 8)이 상이한 전원들(204)에 의해서 전력을 공급받는, 전기 아크 용접 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극(7)의 와이어 공급 속도가, 상기 제1 및 제3 전극(2, 8) 중 적어도 하나의 용접 매개변수와 따라서 제어되는, 전기 아크 용접 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극(7)의 와이어 공급 속도가, 상기 제1 및 제3 전극(2, 8) 중 적어도 하나의 와이어 공급 속도에 따라서 제어되는, 전기 아크 용접 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    아크를 유지하기 위해서 인접한 전극(2, 8)으로부터의 과다 에너지를 소비하여야 하는 전극(7, 8)에 대한 전류, 전압 및 와이어 공급 속도가 서로 독립적으로 선택될 수 있는, 전기 아크 용접 방법.
  10. 제1항에 따른 방법을 실시하기 위한 아크 용접 배열체(100; 202)로서, 상기 아크 용접 배열체(100; 202)가 제1 전원(204), 제1 전극(2)을 공급하는 제1 와이어 공급기(210), 제2 전극(7)을 공급하는 제2 와이어 공급기(212), 전기 아크 용접 헤드(1; 160)를 포함하고, 상기 전기 아크 용접 헤드는 제1 전극(2)을 안내하기 위한 제1 도관(5)을 수용하고 제1 전원(204)과 제1 전극(2) 사이의 전기 접촉을 제공하는 제1 접촉 장치(3), 및 제2 전극(7)을 안내하기 위한 제2 도관(13)을 수용하고 전원(204; 205)과 상기 제2 전극(7) 사이의 전기 접촉을 제공하는 제2 접촉 장치(11)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 접촉 장치(3, 11)가 서로로부터 전기적으로 절연되고, 상기 제1 전극(2)이 제1 아크 영역(31) 내에서 제1 전극(2)과 공작물(27) 사이에 존재하는 제1 전기 아크를 통해서 용접 풀(28)을 생성하기 위해서 공작물(27) 상에 작용하도록 구성되고, 상기 제2 전극(7)이 제2 아크 영역 내에서 제2 전극(7)과 공작물(27) 사이에 존재하는 제2 전기 아크를 통해서 용접 풀(28)을 생성하기 위해서 공작물(27) 상에 작용하도록 구성되는, 아크 용접 배열체(100; 202)에 있어서:
    - 상기 제1 전극(2)은, 점화된 제1 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제1 전극(2)으로부터 용접 풀(28)로 전달하도록 구성된 용접 매개변수에서 동작되도록 구성되고;
    - 상기 제2 전극은, 점화된 제2 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제2 전극(7)으로부터 용접 풀(28)로 전달하기 위해 적어도 제1 전극(2)으로부터의 과다 에너지가 요구되는 것을 보장하도록 구성된 용접 매개변수에서 동작되도록 구성되며; 그리고
    - 제2 아크를 점화하고 점화된 제2 아크를 유지하고 용융된 전극 재료를 제2 전극(7)으로부터 용접 풀(28)로 전달하기 위해서 상기 제2 전극(7)이 상기 제1 전극(2)으로부터의 과다 에너지를 소비할 수 있도록, 제1 및 제2 도관(5, 13)이 배열되는 것을 특징으로 하는, 아크 용접 배열체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극(2, 7)이 동일한 전원(204)에 의해서 전력을 공급받는, 아크 용접 배열체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극(2, 7)이 상이한 전원(204, 205)에 의해서 전력을 공급받는, 아크 용접 배열체(200).
  13. 제10항에 있어서,
    상기 아크 용접 헤드(1; 160)는 제3 전극(8)을 안내하기 위한 제3 도관(6)을 수용하고 전원(204; 205; 206)과 제3 전극(8) 사이의 전기적 접촉을 제공하는 제3 접촉 장치(4)를 포함하고, 상기 제3 전극(8)은, 제3 아크 영역(33) 내에서 제3 전극(8)과 공작물(27) 사이에 존재하는 제3 전기 아크를 통한 용접 풀(28)의 생성을 위해서 공작물(27)에 작용하도록 구성되고, 제1 및 제3 도관(5, 6)은 상기 제1 및 제3 아크 영역(31, 33)이 중첩되는 영역(35)을 가질 수 있도록 배열되고, 상기 제3 전극(8)은, 점화된 제3 아크를 유지하고 용융된 금속을 제3 전극(8)으로부터 용접 풀(28)로 전달하는 용접 매개변수에서 동작되고, 상기 제2 도관(13)은 제2 아크를 점화하고 점화된 제2 아크를 유지하기 위해서 그리고 용융된 전극 재료를 제2 전극(7)으로부터 용접 풀(28)로 전달하기 위해서 제2 전극(7)이 제1 및 제3 전극(2, 8)으로부터의 과다 에너지를 소비하도록 배열되는, 아크 용접 배열체(200).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극(2, 8)이 동일한 전원(204)에 의해서 전력을 공급받는, 아크 용접 배열체.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 전극(2, 8)이 상이한 전원들(204, 206)에 의해서 전력을 공급받는, 아크 용접 배열체(100; 200).
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