KR101709758B1 - 스패터 비용착형 용접토치 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접팁 또는 노즐 등을 포함하는 용접토치 선단물의 표면에 코팅층이 형성된 스패터 비용착형 용접토치에 관한 것으로서, 보다 상세하면 용접토치의 용접와이어 인출 부분인 용접팁 또는 인슐레이터에 체결된 상태로 상기 용접팁의 외부에 위치되는 노즐 등을 포함하는 용접토치 선단물의 표면에 비용착 코팅물이 코팅되어, 용접시에 발생되는 용접불똥인 스패터(Spatter)가 용접토치 선단물에 용착되지 않도록 하는 스패터 비용착용 용접토치 및 상기 용접팁의 제조방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 용접팁 및 노즐을 포함하는 용접토치 선단물을 구성하는 금속재질보다 용융점이 더 높은 비용착 코팅물에 의하여 용접토치 선단물의 표면이 코팅되어 용접시에 용접토치 선단물에 가해지는 용접열에 의하여 용접토치 선단물이 가열되는 것을 줄여주어 용접팁의 확장으로 인한 중공 확장을 방지하는 효과를 얻을 수 있고; 그 결과 용접팁 및 노즐을 포함하는 용접토치 선단물의 교체주기를 연장시켜 작업성을 향상시키고, 경제성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

스패터 비용착형 용접토치 제조방법{Manufacturing method of welding torch}
본 발명은 용접팁 또는 노즐 등을 포함하는 용접토치 선단물의 표면에 코팅층이 형성된 스패터 비용착형 용접토치에 관한 것으로서, 보다 상세하면 용접토치의 용접와이어 인출 부분인 용접팁 또는 인슐레이터에 체결된 상태로 상기 용접팁의 외부에 위치되는 노즐 등을 포함하는 용접토치 선단물의 표면에 비용착 코팅물이 코팅되어, 용접시에 발생되는 용접불똥인 스패터(Spatter)가 용접토치 선단물에 용착되지 않도록 하는 스패터 비용착용 용접토치 및 상기 용접토치의 제조방법에 관한 것이다.
용접은 서로 구분되는 금속재료에 열이나 압력, 또는 열과 압력을 동시에 가하여 접합하는 기술을 총칭하는 것으로, 부재 자체의 접합부를 국부가열하여 접합하는 융접(Fusion welding)과, 접합하려는 부재를 맞대고 강압하여 알맞게 가열해서 붙이는 압접(Pressure welding)으로 크게 구분된다.
일반적으로 좁은 뜻의 용접은 상기 융접을 뜻하는 것으로, 상기 융접에는 용접와이어(용접 와이어)를 일정한 속도로 공급하고, 상기 용접 와이어의 끝과 모재 사이에 생기는 아크로 용접부와 용접 와이어를 녹여서 용착시키는 아크 용접 방법이 있다.
다음은 용접토치와 관련된 대표적인 종래기술이다.
대한민국 공개실용신안 제20-2009-0006324호는 아크용접 토치용 용접팁에 관한 것으로서, 내부에 형성된 용접 와이어 관통홀에 용접와이어가 삽입설치되는 용접팁에 있어서, 상기 용접팁의 내부에는 용접와이어가 삽입설치되는 용접와이어 관통홀과, 상기 용접와이어 관통홀과 평행하게 소정간격을 유지하고 보호가스가 공급되는 보호가스 공급홀이 형성되는 구성을 하여, 개선형상 및 용접모재의 두께에 관계없이 용접와이어의 선단까지 보호가스를 원활하게 공급할 수 있는 효과를 실현하였으나, 스패터가 튀어 용접팁 또는 노즐 등을 포함하는 용접토치 선단물의 표면에 붙으므로 인하여 발생되는 문제에 대한 해결이 미흡하여, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.
1. 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0006501호(2009.01.15.) 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0061324호(2014.05.21.) 3. 대한민국 공개실용신안 제20-2009-0006324호(2009.06.25.) 4. 대한민국 공개특허공보 제10-1999-0063948호(1999.07.26.)
본 발명은 스패터 비용착형 용접토치에 관한 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 용접토치는 용접팁과 노즐을 포함하는 용접토치 선단물이 동 또는 동합금물로 만들어지나, 용접열에 의하여 용접토치 선단물이 중점적으로 가열되고, 특히 용접팁 선단의 중공 부분이 가열로 확장되어 용접팁의 중공을 관통한 후 용접부에 공급되는 용접와이어가 흔들려 용접와이어의 지지가 견고하지 못하게 되며, 그 결과 원활한 용접을 할 수 없는 문제가 발생하였고;
원활한 용접을 위하여 중공이 확장된 용접팁 및 스패터 많이 용착된 노즐을 자주 교체해야 하기 때문에 작업성이 떨어지고, 경제성이 떨어지는 문제가 발생하였으며;
전기를 이용한 용접방식에 사용되는 용접팁의 경우에는, 용접와이어가 용융되어 피용접물에 용접되면서 발생된 불똥 형태의 스패터가 용접팁의 외부에 용착되고, 용착된 스패터는 용접와이어를 통하여 공급되는 전류의 세기 또는 전압에 영향을 주어 용접의 품질이 저하되는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
용제 100중량부에 대하여, 흑연(Grapite) 분말 80~100중량부 및 알루미나(Al2O3) 분말 50~70중량부가 혼합된 비용착 코팅물이 용접팁 또는 노즐 중 어느 하나 이상의 것을 포함하는 용접토치 선단물의 표면에 코팅되는 스패터 비용착형 용접토치를 제공하고,
용제 100중량부에 대하여, 흑연(Grapite) 분말 80~100중량부, 알루미나(Al2O3) 분말 50~70중량부가 혼합된 비용착 코팅물을 준비하는 코팅액 준비공정; 용접팁 또는 노즐 중 어느 하나 이상의 것을 포함하는 용접토치 선단물을 상기 비용착 코팅물에 함침시켜 비용착 코팅물을 용접토치 선단물의 표면에 코팅시킨 후 건조시키는 과정을 복수 회 수행하는 코팅공정 및; 상기 코팅공정 처리된 용접토치 선단물을 열처리하는 열처리공정;을 포함하는 스패터 비용착형 용접토치 제조방법을 제공한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 스패터 비용착용 용접토치는 용접팁 및 노즐을 포함하는 용접토치 선단물을 구성하는 금속재질보다 용융점이 더 높은 비용착 코팅물에 의하여 용접토치 선단물의 표면이 코팅되어 용접시에 용접토치 선단물에 가해지는 용접열에 의하여 용접토치 선단물이 가열되는 것을 줄여주어 용접팁의 확장으로 인한 중공 확장을 방지하는 효과를 얻을 수 있고;
그 결과 용접팁 및 노즐을 포함하는 용접토치 선단물의 교체주기를 연장시켜 작업성을 향상시키고, 경제성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며;
특히, 용접팁 및 노즐을 포함하는 용접토치 선단물의 표면 경도를 향상시켜 용접토치 선단물로 튀는 스패터가 용접토치 선단물의 표면에 용착되는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있어, 용접토치 선단물에 대한 스패터의 용착으로 인하여 유발되는 전류 세기 또는 전압 변화에 따른 용접 품질저하 문제를 해결하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 스패터 비용착형 용접토치를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 스패터 비용착형 용접토치를 나타내는 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 스패터 비용착형 용접토치의 제조공정 순서를 나타내는 블럭도.
본 발명은 용접팁(10) 또는 노즐(20) 등을 포함하는 용접토치 선단물의 표면에 코팅층이 형성된 스패터 비용착형 용접토치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 3을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
[스패터 비용착형 용접토치]
우선 본 발명에 의한 용접토치는 용접토치의 선단에 구비되는 용접팁(10) 또는 노즐(20) 중 어느 하나 이상의 구성에 용접시에 발생되는 용접불똥인 스패터가 용착되지 않도록 하거나, 스패터가 용착되더라도 쉽게 제거할 수 있도록 하는 비용착 코팅물이 코팅된 용접토치에 관한 것이다.
이때, 상기 용접팁(10)은 도 2와 같이 가스용접용 토치의 경우 가스디퓨저(40)의 말단에 일측이 체결되고, 길이방향으로 내부에 형성되는 중공에는 용접와이어(30)을 관통시키며, 중공을 관통한 용접와이어(30)은 용접팁(10)의 선단으로 공급시키는 구성을 한다.
또한 상기 노즐(20)은 도 2와 같이 인슐레이터(50)에 일측이 체결되고, 중공에는 상기 용접팁(10)을 내재시키는 구성으로서, 일반적인 노즐(20)에 해당한다.
아울러 본 발명에 의한 용접토치는 일반적인 구조의 용접팁(10) 및 노즐(20)을 이용가능하고, 주된 기술적 사상은 용접토치 선단물에 해당하는 상기 용접팁(10) 및 노즐(20)에 비용착 코팅물이 코팅됨에 있다.
구체적으로, 상기 용제는 흑연 분말 및 알루미나 분말을 슬러리(Slurry, 현탁액) 상태로 만들기 위한 조성물로서, 슬러리 상태의 비용착 코팅물에 대한 흑연 분말 및 알루미나 분말의 분산성 및 안정성, 독성, 점도, 화학적 안정성, 박막코팅 용이성 또는 건조 조건 등을 고려하여, 물, 메탄올, 부틸글리콜, 아이소프로필글리콜, 아릴글리콜, 에틸아세테이트, 다이부틸에테르, 메틸 에틸 케톤 또는 다이메틸포름아미드 등과 같이 R1-O-R2, R1-CO-R2의 구조를 갖는 화합물을 사용할 수 있다.
이때, 상기 치환기(R1, R2)의 탄소 수가 늘어나면, 용제를 구성하는 분자의 부피가 커지고 전자 수가 증가하게 되는데, 이로 인하여 분자내 전자 분포의 비대칭성이 커지며 편극이 일어나 용제 분자의 자체 분산력이 증가하기 때문에, 상기의 분산력은 흑연 분말과 알루미나 분말에 대하여 용제 분자의 정전기 유도현상을 유도하여 전체 분자 간 응집현상을 유발시키고, 상기 응집현상은 흑연 분말과 알루미나 분말 입자가 슬러리 상태의 비용착 코팅물에 효과적으로 분산될 수 없게 하는 문제가 발생시킨다.
따라서 상기 용제의 치환기 R1과 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 ~ 10개의 n-알킬기, iso-알킬기, 헤테로 아릴기, 아릴기 또는 탄소수 1 ~ 10개의 알킬기가 치환된 에테르기, 에스테르기, 아미드기 등으로 구성된 치환기을 이용하는 것이 용제를 구성하는 분자의 분산력에 의해 흑연 분말과 알루미나 분말 입자가 응집을 일으키지 않을 만큼 치환기의 부피와 전자 수가 적당하여, 본 발명의 용제로서 바람직하다.
아울러 본 발명은 용제 100중량부에 대하여, 흑연(Grapite) 분말 80~100중량부 및 알루미나(Aluminium(III) oxide, Al2O3) 분말 50~70중량부가 혼합된 비용착 코팅물이 용접팁(10) 또는 노즐(20) 중 어느 하나 이상의 것을 포함하는 용접토치 선단물의 표면에 코팅되는 스패터 비용착형 용접토치에 관한 것이다.
구체적으로, 상기 비용착 코팅물에 포함되는 흑연은 탄소의 동소체 중의 하나로서, 육방정계로 결정화된 탄소의 광물이고, 내열성이 매우 우수하여 약 3,675℃의 온도에서 용융되는 성질을 가지는 것을 알려져 있으며, 본 발명에 있어서는 용접토치의 선단부에서 생성되는 용접열에 대한 내열성을 발휘하여 용접팁(10) 및 노즐(20)(이하, '용접토치 선단물'이라 칭함.)을 용접열로부터 보호하는 효과를 발휘한다.
이때, 상기 흑연은 분말의 상태로 비용착 코팅물에 혼합되는 것이 바람직하고, 흑연 분말의 입자크기는 당업자의 판단에 따라 다양한 크기로 결정가능하나, 400~1,500nm의 평균입자크기를 가지는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 흑연 분말이 400nm 미만의 평균입자크기를 가지면 흑연 분말의 입자가 지나치게 작아 용제에 대한 흑연 분말의 분산이 용이하지 못하고, 1,500nm를 초과하는 평균입자크기를 가지면 흑연 분말의 입자가 지나치게 커서 용전토치 선단물에 코팅된 비용착물 코팅물의 두께가 지나치게 두꺼워지거나 비용착물 코팅물에서 흑연이 쉽게 박리되는 문제가 발생하므로, 흑연 분말은 상기 범위 내의 평균입자크기를 가지는 것이 바람직하다.
아울러 흑연 분말은 용제 100중량부에 대하여 80~100중량부의 조성비로 비용착 코팅물에 혼합되는 것이 바람직하다.
즉, 흑연 분말이 80중량부 미만으로 비용착 코팅물에 혼합되면 흑연 분말의 조성이 미미하여 흑연에 의한 내열성 향상 효과가 미흡해지는 문제가 발생하고, 100중량부를 초과하면 흑연 분말의 조성이 과다하여 코팅되어 경화된 비용착 코팅물층(70)의 경도가 떨어지기 때문에 용접토치 선단물에서 비용착 코팅물층(70)이 쉽게 박리되는 문제가 발생하므로, 흑연 분말은 상기 범위 내의 조성비로 비용착 코팅물에 포함되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 알루미나(Al2O3)는 알루미늄의 산화물로서, 내열성이 매우 우수하여 약 2,050℃의 온도에서 용융되는 성질을 가지고, 가열조건에서의 연속 사용 시 1,600~1,700℃까지 내열재로 사용가능한 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 있어서는 상기 흑연과 더불어 용접토치의 선단부에서 생성되는 용접열에 대한 내열성을 발휘하여 용접토치 선단물을 용접열로부터 보호하는 효과를 발휘한다.
이때, 상기 알루미나는 분말의 상태로 비용착 코팅물에 혼합되는 것이 바람직하고, 알루미나 분말의 입자크기는 당업자의 판단에 따라 다양한 크기로 결정가능하나, 400~1,500nm의 평균입자크기를 가지는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 알루미나 분말이 400nm 미만의 평균입자크기를 가지면 알루미나 분말의 입자가 지나치게 작아 용제에 대한 알루미나 분말의 분산이 용이하지 못하고, 1,500nm를 초과하는 평균입자크기를 가지면 알루미나 분말의 입자가 지나치게 커서 용전토치 선단물에 코팅된 비용착물 코팅물의 두께가 지나치게 두꺼워지거나 비용착물 코팅물에서 알루미나가 쉽게 박리되는 문제가 발생하므로, 알루미나 분말은 상기 범위 내의 평균입자크기를 가지는 것이 바람직하다.
또한 알루미나 분말의 평균입자크기가 1,500nm를 초과하면, 알루미나 분말이 용제에 혼합된 상태에서 일정의 점성을 발휘하여, 슬러리(Slurry) 상태의 비용착 코팅물이 일정을 점성을 가져야 함에도 불구하고 슬러리(Slurry) 상태의 비용착 코팅물의 점성이 미흡해져, 용접토치 선단물에 대한 코팅력이 떨어지는 문제가 발생한다.
아울러 알루미나 분말은 용제 100중량부에 대하여 50~70중량부의 조성비로 비용착 코팅물에 혼합되는 것이 바람직하다.
즉, 알루미나 분말이 50중량부 미만으로 비용착 코팅물에 혼합되면 알루미나 분말의 조성이 미미하여 알루미나에 의한 내열성 향상 효과가 미흡해지고, 슬러리(Slurry) 상태의 비용착 코팅물의 점도가 다소 미흡하여 코팅력이 떨어지는 문제가 발생하며, 70중량부를 초과하면 알루미나 분말의 조성이 과다하여 코팅되어 경화된 비용착 코팅물층(70)의 경도가 떨어지기 때문에 용접토치 선단물에서 비용착 코팅물층(70)이 쉽게 박리되는 문제가 발생하므로, 알루미나 분말은 상기 범위 내의 조성비로 비용착 코팅물에 포함되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 비용착 코팅물에는 용제에 대한 흑연 분말과 알루미나 분말의 분산력을 향상시키기 위하여 분산제가 더 포함되는 구성을 할 수 있다.
이때, 상기 분산제는 용제에 대하여 무기물질을 원활하게 분산시킬 수 있는 일반적인 유ㆍ무기 분산제를 이용가능하고, 용제 100중량부에 대하여, 분산제 0.5~3중량부의 조성비로 비용착 코팅물에 포함되는 것이 바람직하다.
즉, 분산제가 비용착 코팅물에 0.5중량부 미만으로 혼합되면 분산제에 의한 흑연 분말과 알루미나 분말의 분산 효과가 미흡해지고, 3중량부를 초과하면 분산제에 의한 흑연 분말과 알루미나 분말의 분산 효과는 우수해지나 비용착 코팅물의 점성이 낮아지는 문제가 발생하므로, 분산제는 상기 범위 내의 조성비로 비용착 코팅물에 혼합되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 구성의 분산제는 2-2-2-메톡시에톡시 에톡시 아세틱산(2-2-2-Methoxyethoxy ethoxy acetic acid), 5-메톡시 펜틸옥시 아세틱산(5-Methoxy pentyloxy acetic acid), 3,6,9-트리옥사데칸산(3,6,9-Trioxadecane acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 프로피온산(Propionic acid), 소듐 폴리아크릴레트(Sodium polyacrylate), 암모늄폴리아크릴레이트(Ammonium polyacrylate), 세틸트리메틸암모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide; CTAB), 폴리아크릴소듐염(Polyacrylic sodium salt), 도데실벤젠설포네이트(Dodecyl benzene sulfonate) 또는 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate; SDS) 중 어느 하나 이상을 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 분산제는 알루미나 입자에 흡착하는 작용기가 카복시산(R-COOH; carboxylic acid), 카복시산염(R-COO-; carboxylate),알코올(R-OH; alcohol), 글리콜(R-(OH)2; glycol), 암모늄염(R-NH3+; ammoniate), 소듐염(R-Na+; sodium salt), 설포네이트(R-SO3-; sulfonate) 또는 설페이트(SO42-; sulfate) 중 어느 하나 이상을 이용하고 상기 작용기와 결합하는 알킬(-R) 혹은 알콕시(-OR) 탄소사슬로 구성된 계면활성제이다.
즉, 상기 분산제는 금속산화물인 알루미나의 표면에 친화성이 있어 알루미나가 분산제 표면에 흡착되어 용제에 효과적으로 분산될 수 있도록 하는 작용기를 갖는 동시에, 알루미나가 흡착되어 생성된 분자 자체 구조가 용제 속에서 안정할 수 있도록 하는 사슬 형태의 알킬(-R) 혹은 알콕시(-OR) 와 같은 탄소화합물이 결합된 형태를 갖기 때문에, 일반적 분산제에 비하여 분산성 및 안정성이 우수한 효과를 발휘한다.
상기 구성을 하는 슬러리 상태의 비용착 코팅물이 용접토치 선단물의 표면에 코팅된 후 경화되어 형성된 비용착 코팅물층(70)은 상기 용접토치 선단물을 구성하는 금속재질보다 용융점이 더 높은 탄소와 알루미나 재질을 주된 조성물로 하는 구성으로서, 용접시에 용접토치 선단물에 가해지는 용접열에 의하여 용접토치 선단물이 가열되는 것을 줄이고, 용접시에 튀는 스패터(Spatter)가 용접토치 선단물에 용착되는 것을 방지하는 효과를 발휘한다.
즉, 종래 일반적인 용접와이어(30)은 피용접물의 종류에 따라 다소 차이는 있으나, 대부분 피용접물과 유사한 종류의 것으로 구성되고, 대부분 400~500℃의 용접열에 의하여 용접된다. 이때, 용접열에 의하여 용접와이어(30)이 용융되어 만들어진 용융물의 대분은 피용접물에 용착되어 용접부를 형성하지만, 피용접물에 정상적으로 용착되지 못하고 사방으로 튄 작은 덩어리 상태인 스패터는 피용접물 또는 용접토치 선단물에 용착되는 문제를 발생시킨다.
상기와 같은 스패터는 피용접물에 용착되어 용접의 완성도를 떨어뜨릴 수 있고, 용접토치 선단물에 용착되어 용접토치 선단물의 기능을 저하시킬 수 있는 문제를 발생시킨다.
특히, 용접팁(10)에 용착된 스패터는 용접열에 의하여 가열된 용접팁(10)의 온도를 더욱 상승시키고, 더욱 가열된 용접팁(10)의 중공을 통하여 연속적으로 이송되는 용접와이어(30)은 용접팁(10)의 중공을 확장시켜, 인출되는 용접와이어(30)이 흔들리도록 만들고 용접의 정밀성을 떨어뜨리는 문제를 발생시켰다.
더불어 전기를 이용한 용접방식에 있어서는 용접팁(10)에 용착된 스패터에 의하여 용접와이어(30)에 흐르는 전류 또는 전압의 세기가 순간적으로 일정하지 못해지고, 그로 인하여 스패터의 발생이 더욱 촉진되거나 용접의 완성도가 떨어지는 문제가 발생될 수 있었다.
이에 대하여, 본 발명의 비용착 코팅물층(70)은 용접토치 선단물을 구성하는 재질의 금속보다 더 높은 용융점을 가지는 물질을 포함하는 비용착 코팅물이 용접토치 선단물에 코팅되어 구성됨으로써, 용접열에 의한 용접토치 선단물의 가열을 줄이고(용접토치 선단물의 내열성 향상시키는 효과), 특히 용접토치 선단물의 무름을 방지하여(용접토치 선단물 표면의 경도를 상승시키는 효과) 스패터가 용접토치 선단물의 표면에 용착되는 것을 방지하는 효과를 발휘한다.
[스패터 비용착형 용접토치 제조방법]
본 발명에 의한 스패터 비용착형 용접토치 제조방법은 용제 100중량부에 대하여, 흑연(Grapite) 분말 80~100중량부, 알루미나(Al2O3) 분말 50~70중량부가 혼합된 비용착 코팅물을 준비하는 코팅액 준비공정(S100); 용접팁(10) 또는 노즐(20) 중 어느 하나 이상의 것을 포함하는 용접토치 선단물을 상기 비용착 코팅물에 함침시켜 비용착 코팅물을 용접토치 선단물의 표면에 코팅시킨 후 건조시키는 과정을 복수 회 수행하는 코팅공정(S200) 및; 상기 코팅공정(S200) 처리된 용접토치 선단물을 열처리하는 열처리공정(S300);을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 코팅액 준비공정(S100)은 상기 스패터 비용착형 용접토치에 관한 설명에서 개진한 비용착 코팅물을 제조하는 과정으로서, 용제 100중량부에 대하여, 흑연(Grapite) 분말 80~100중량부, 알루미나(Al2O3) 분말 50~70중량부를 고르게 혼합하는 과정이다.
이때, 상기 비용착 코팅물에 포함된 흑연 분말 및 알루미나 분말은 용제에 용해되지 아니하여 슬러리(Slurry, 현탁액) 상태로 유지되고, 슬러리 상태의 비용착 코팅물은 알루미나 분말에 의하여 일정의 점도를 가져 피코팅되는 용접토치 선단물에 코팅된다.
또한 코팅액 준비공정(S100)에서 준비된 비용착 코팅물에 포함된 흑연 분말 및 알루미나 분말 정치된 상태에서는 용제의 하부로 가라앉기 때문에, 하기 코팅공정(S200)에는 지속적으로 비용착 코팅물을 교반하거나, 주기적으로 비용착 코팅물을 교반하여 사용하여야 한다.
아울러 상기 코팅공정(S200)은 용접팁(10) 또는 노즐(20) 중 어느 하나 이상의 것을 포함하는 용접토치 선단물을 상기 비용착 코팅물에 함침시켜 비용착 코팅물을 용접토치 선단물의 표면에 코팅시킨 후 건조시키는 과정을 복수 회 수행하는 과정으로서, 피코팅되는 용접토치 선단물을 직접 비용착 코팅물에 함침시켜 코팅하는 방식으로 처리된다.
즉, 일반적인 금속의 코팅방식인 용사는 코팅물인 금속을 용융점까지 가열하여 용융시킨 후 피코팅물의 표면에 용융된 금속 코팅물을 코팅시키기 때문에, 금속을 용융시키기 위한 고열이 필요로 하고, 코팅과정의 위험성이 따르는 문제가 있었다.
이에 대하여, 본 발명에 의한 코팅공정(S200)은 슬러리 상태의 비용착 코팅물에 직접 용접토치 선단물을 함침시켜 용접토치 선단물의 표면에 비용착 코팅물이 얇게 코팅되도록 하고, 코팅된 비용착 코팅물을 건조시켜 비용착 코팅물층(70)을 형성시킨 후, 비용착 코팅물층(70)이 형성된 용접토치 선단물을 다시 슬러리 상태의 비용착 코팅물에 함침시키는 과정을 반복하여 처리한다.
상기와 같은 본 발명에 의한 코팅공정(S200)은 비용착 코팅물에 포함된 흑연 및 알루미나를 용융시키기 위한 고열이 불필요하므로, 코팅공정(S200)을 단순화시킬 수 있고, 작업자의 안전성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
아울러 코팅공정(S200) 처리되는 용접토치 선단물은 용접토치 선단물을 만들기 위하여 처리될 수 있는 일반적인 금속가공 공정의 절삭, 연삭 또는 홀가공 시에 처리되는 절삭유, 연삭유 또는 윤활유 등과 같은 유제를 용접토치 선단물의 표면에서 제거하는 세척처리가 먼저 수행된 후 코팅공정(S200) 처리될 수 있다.
이때, 상기 세척처리는 유제가 표면에 부착된 금속재질의 용접토치 선단물을 물을 이용하여 일 회 이상 세척할 수도 있고, 다양한 종류의 세정제를 이용하여 세척할 수도 있다.
또한 용접토치 선단물의 표면은 비용착 코팅물이 보다 용이하게 코팅될 수 있도록 하기 위하여 거칠게 표면처리될 수 있고, 상기 표면처리는 샌딩처리와 같은 방법으로 처리가능하다.
상기와 연관하여, 코팅공정(S200)의 건조과정은 오븐과 같은 가열장치를 이용하여 수행할 수 있으나, 비용착 코팅물층(70)이 급격하게 건조되어 갈라지지 않도록 상온에서 자연건조시키는 것이 바람직하고, 일반적인 크기의 용접팁(10) 또는 노즐(20)은 20~120분의 시간 동안 자연건조시키는 것이 바람직하다.
이때, 상기 코팅공정(S200)은 2~5회 반복처리되도록 구성되고, 1회의 코팅공정(S200)에 의하여 용접토치 선단물의 표면에 4~7㎛의 비용착 코팅물층(70)이 형성되도록 구성될 수 있다.
즉, 1회의 코팅공정(S200)의 수행으로 비용착 코팅물층(70)이 지나치게 두껍게 형성되면, 용접토치 선단물에 코팅된 비용착 코팅물층(70)이 쉽게 박리될 수 있기 때문에, 비용착 코팅물층(70)은 1회의 코팅공정(S200)에 의하여 용접토치 선단물의 표면에 4~7㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기와 같은 단위 두께로 형성된 전체 비용착 코팅물층(70)은 최대 35㎛를 초과하지 않도록 하여, 비용착 코팅물층(70)의 박리를 방지하는 것이 바람직하다.
아울러 열처리공정(S300)은 상기 코팅공정(S200) 처리된 용접토치 선단물을 열처리하는 과정으로서, 코팅공정(S200)의 복수 회 수행으로 용접토치 선단물의 표면에 형성된 복수 층의 비용착 코팅물층(70)을 경화시키는 과정이다.
이때, 열처리공정(S300)의 처리온도 및 시간은 사용된 용제의 종류 및 양에 따라 당업자가 다양한 조건으로 설정가능하고, 보다 바람직하게는 상기 코팅공정(S200) 처리된 용접토치 선단물을 200~400℃로 0.5~3시간 동안 처리하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 열처리온도가 200℃ 미만이면 경화처리 온도가 지나치게 낮아 경화되는 알루미나 분말 입자간의 조직의 치밀성이 미흡해져 경화된 비용착 코팅물층(70)의 강도가 떨어지고 처리시간이 3시간을 초과하여 생산성이 떨어지는 문제가 발생하고, 400℃를 초과하면 처리시간은 0.5시간 미만으로 단축되나 경화처리 온도가 지나치게 높아 비용착 코팅물층(70)에 갈라짐이 발생할 수 있기 때문에, 열처리공정(S300)의 열처리온도는 상기 범위 내의 조건으로 처리되는 것이 바람직하다.
다음은 본 발명에 의하여 스패터 비용착형 용접토치를 제조하는 바람직한 실시예이다. 보다 상세하면 용접토치 선단물의 하나인 용접팁의 표면에 비용착 코팅물층을 형성시키는 방법에 관한 실시예이다.
1. 코팅액 준비공정
① 물 100㎖에 평균입자크기 600㎚인 흑연 분말 90g, 평균입자크기 600㎚인 알루미나 분말 60g 및 5-메톡시 펜틸옥시 아세틱산 1㎖를 혼합하여 교반하여 슬러리 상태의 비용착 코팅물을 만든다.
2. 코팅공정
① 용접팁을 물을 이용하여 2회 세척한다.
② 상기 1-①에서 만들어진 슬러리 상태의 비용착 코팅물에 세척된 용접팁을 함침시켜 용접팁의 표면에 비용착 코팅물을 묻히고 다시 건져내어 상온(25℃)에서 1시간 동안 자연건조시킨다. 이때, 용접팁의 표면에 묻혀져 건조된 비용착 코팅물층의 두께는 약 5㎛로 형성된다.
③ 상기 ②처리과정을 3회 반복 수행하여 약 15㎛의 두께를 이루는 비용착 코팅물층을 형성시킨다.
3. 열처리공정
① 상기 2-③ 처리된 용접팁을 300℃로 가열되는 오븐에 넣은 후 1시간 30분 동안 열처리하여 비용착 코팅물층을 경화시킨 후, 오븐에서 꺼내어 자연냉각시킨다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
10 : 용접팁 20 : 노즐
30 : 용접와이어 40 : 가스디퓨저
50 : 인슐레이터 70 : 비용착 코팅물층
S100 : 코팅액 준비공정
S200 : 코팅공정
S300 : 열처리공정

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  5. 용제인 물 100중량부에 대하여, 400~1,500nm의 평균입자크기를 가지는 흑연(Grapite) 분말 80~100중량부, 400~1,500nm의 평균입자크기를 가지는 알루미나(Al2O3) 분말 50~70중량부, 분산제인 5-메톡시 펜틸옥시 아세틱산(5-Methoxy pentyloxy acetic acid) 0.5~3중량부가 혼합된 비용착 코팅물을 준비하는 코팅액 준비공정(S100); 용접팁(10) 또는 노즐(20) 중 어느 하나 이상의 것을 포함하는 용접토치 선단물을 상기 비용착 코팅물에 함침시켜 비용착 코팅물을 용접토치 선단물의 표면에 코팅시킨 후 건조시키는 과정을 복수 회 수행하는 코팅공정(S200) 및; 상기 코팅공정(S200) 처리된 용접토치 선단물을 열처리하는 열처리공정(S300);을 포함하여 구성되고,
    상기 코팅공정(S200)은,
    2~5회 반복처리되도록 구성되고, 1회의 코팅공정(S200)에 의하여 용접토치 선단물의 표면에 4~7㎛의 비용착 코팅물층(70)이 형성되도록 구성되되, 전체 비용착 코팅물층(70)의 두께는 35㎛를 초과하지 않도록 구성되며,
    상기 코팅공정(S200)에는 지속적으로 비용착 코팅물을 교반시켜 주도록 구성되며,
    상기 코팅공정(S200)의 건조과정은 비용착 코팅물이 코팅된 용접토치 선단물을 20~120분의 시간 동안 자연건조시키도록 구성되며,
    상기 열처리공정(S300)은,
    상기 코팅공정(S200) 처리된 용접토치 선단물을 200~400℃로 0.5~3시간 동안 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스패터 비용착형 용접토치 제조방법.
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