KR101804723B1 - 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법 - Google Patents

이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 재질의 노즐체와 금속 재질의 중간체가 접합층에 의해 일체화됨으로 용접 과정의 높은 고열에서 노즐이 녹아내리는 현상을 방지함은 물론 스패터가 눌러붙는 현상을 방지하고 경량화 및 높은 내구성과 강도를 가지는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해 노즐은 세라믹 재질의 노즐체와, 노즐체에 본딩 결합하는 중간체로 구성되는데, 준금속 또는 금속 분말의 합금 페이스트를 열처리 브레이징 용접함으로 접합층을 형성하여 일체화시킨다.

Description

이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법{Ceramic nozzle for carbon dioxide welding torch and manufacturing method thereof}
본 발명은 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 재질의 노즐체와 금속 재질의 중간체가 접합층에 의해 일체화됨으로 용접 과정의 높은 고열에서 노즐이 녹아내리는 현상을 방지함은 물론 스패터가 눌러붙는 현상을 방지하고 경량화 및 높은 내구성과 강도를 가지는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
용접기술은 열이나 기계적인 힘을 가하여 소재를 접합하는 기술로 제품 생산 과정에 도입되어 제품의 품질 및 생산성에 중요한 영향을 줄 뿐만 아니라, 높은 부가가치를 창출하며 기업의 규모나 종류를 막론하고 모든 공업 분야에 걸쳐 필수적으로 사용되는 공통 생산기술이다.
일반적으로, 가스메탈아크용접(GMA용접)은 차폐를 위한 보호 가스를 사용하면서 소모전극인 용접 와이어를 모재쪽으로 연속적으로 공급하여 송급된 용접 와이어의 선단과 모재 사이에서 아크가 발생되도록 하는 용접법이다.
이러한 용접법은 통상 이산화탄소 아크, 수소, 질소, 헬륨, 아르곤 따위의 보호 가스 속에서 진행된다.
도 1은 종래 기술에 따른 노즐을 장착한 통상의 이산화탄소 용접기용 용접 토치를 보여주는 도면으로, 이를 참조하여 종래의 용접 토치(1)를 살펴보면 하기와 같다.
도시한 바와 같이, 종래 사용되는 용접 토치(1)는, 크게 토치바디(Torch body, 10), 가스디퓨즈(Gas difuse, 20), 노즐(Nozzle, 60) 및 콘택트 팁(Contact tip, 50)을 포함하여 구성된다.
이러한 용접 토치(1)는 사용 용도에 따라 일직선과 곡선의 형상으로 제작되며, 후단에는 미도시 되었지만 작동 스위치가 구비된 손잡이부 및 용접케이블이 결합된다.
또한, 절연체인 인슐레이터(Insulator, 30)와 오리피스(Orifice, 40)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성요소를 가지는 종래의 용접 토치(1)의 작동관계와 결합관계는 널리 알려진 통상의 기술로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상술의 용접 토치(1)를 구성하는 노즐(60)은 인슐레이터(30)의 선단에 결합되어 내부의 콘택트 팁(50)에서 공급되는 용접용 와이어가 전기와 보호 가스와 함께 작용하여 높은 고열에 의해 용접을 하게 한다.
따라서, 이러한 토치의 노즐(60)은 용융점이 높은 구리 등의 금속 재질을 사용하고 있다.
그러나, 기존의 노즐(60)은 재질이 구리로 되어 있어 비중이 높아 자체적인 무게가 많기 때문에 용접 작업의 능률성이 크게 저조할 뿐만 아니라 구리 자체의 가격이 높아 소모품인 노즐의 교체로 인한 경제성이 저조한 문제점이 따랐다.
한편, 이러한 문제점을 해결하기 위해 알미늄으로 된 노즐을 개발하여 안출된 바 있으나, 이러한 알미늄은 비중이 낮아 비교적 가벼운 장점이 있는 대신 내열성(용융점 약 670℃)이 크게 저조하여 용접 도중 고온에 의해 노즐이 녹아내리는 경우가 발생하기도 하였다.
한편, 통상 노즐(60)이 용접 부위와 근접한 거리에서 이루어지기 때문에 많은 양의 스패터(Spatter)가 발생하게 되고, 이러한 스패터는 노즐(60)의 표면에 엉겨붙어 노즐의 수명을 저하시킬 뿐만 아니라, 스패터를 제거하기 전에 녹아서 완전히 엉겨붙어 재사용이 불가능하게 된다.
또한 이러한 스패터는 보호 가스의 흐름을 방해하여 용접 효율을 저하시키는 문제점이 된다.
(특허문헌 0001) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0431793호에서는, 이러한 문제점을 해소하기 위해 알미늄으로 된 노즐의 표면에 하드 아노다이징(hard anodizing) 공법으로 코팅층을 형성하고 있다.
그러나, 어느 정도의 강도는 보장할 수 있으나, 근본적으로 고열에 의한 용접시 전체적으로 녹아내리는 현상을 방지하기에는 사실상 불가능할 뿐만 아니라, 노즐의 표면에 하드 아노다이징 공법으로 코팅층을 형성하는 공정이 매우 복잡하고 어려워 제작상 원가가 상승되는 요인으로 작용하였다.
그리고, 이러한 노즐을 통해 고열이 가스디퓨즈 및 토치바디에 까지 전달되기 때문에, 가스디퓨즈를 포함한 주재료는 값비싼 동이나 황동으로 해야했다.
또한, 이러한 코팅층은 사용시 벗겨질 가능성이 있고 벗겨진 틈을 따라 스패터가 엉겨붙어 종래의 문제점이 그대로 다시 발생하는 일이 생겼다.
또한, (특허문헌 0002) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0005654호에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(60)의 선단부 표면에 스패터가 잘 붙지 않도록 세라믹 소재의 코팅제를 도포하여 보강 코팅층을 형성하고 있으나, 선단부 부분에만 세라믹 소재로 형성됨에 따라 시간의 흐름에 따라 상기 코팅층은 깨지거나 부서져 틈으로 스패터가 엉겨붙는 문제점이 발생하였다.
한편, 상기의 문제점을 해결하기 위해 (특허문헌 0003) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0011185호(2009.02.02. 공개)에서는 노즐 전체를 세라믹 재질로 제조하는 기술이 안출된 바 있다.
그러나, 이러한 종래의 세라믹 재질의 노즐은 세라믹 자체에 결합을 위한 나사산을 형성하고 다른 주요 부품들을 결합하는 방식을 가지고 있다.
이와 같이 세라믹 재질의 노즐 자체 내부에 내주면을 따라 나사산을 가공하는 것은 매우 힘든 공정으로 가공 과정상 세라믹이라는 재질 특성에 따라 깨져 부서지는 문제점이 발생될 수 있으며 이는 제작 단가를 높이고 노즐 제작의 생산 효율을 저하시키는 문제점이 된다.
또한, 세라믹 재질 자체에 나사산을 가공하는 경우 나사결합의 용이를 위해 필수적으로 수반되는 결합 공차에 의해 노즐(60)과 콘택트 팁(50)과의 사이에 편심이 발생하게 되고 이는 보호 가스의 흐름 유속 변화로 이어져 외부 공기가 유입되어 용접 효율을 저하시키는 요인이 되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 세라믹 재질과 주요 부품을 접착제를 이용한 본딩 방법을 이용해 일체화시키는 방안이 고려될 수 있으나, 용접 토치(1)를 사용하는 작업 과정의 특성상 고온의 환경에서 용접이 이루어질 수 밖에 없으며, 이러한 접착제를 이용한 본딩은 쉽게 저온에서도 노즐과 부품의 분리 이탈을 유발하게 되어 용접 토치(1) 자체를 파손하게 되는 등 고온에서는 전혀 사용할 수 없는 문제점을 초래하였다.
이와 같은 상술의 종래 기술의 문제점을 해결하면서 용접 토치를 구성하는 주요 부품인 노즐을 세라믹 재질로 제작하여 경량화를 구현할 뿐만 아니라 스패터가 눌러붙어 무거워지거나 고열에 녹아내리는 현상을 방지함은 물론 높은 내구성과 강도를 가지는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0431793호 (2006.11.17 등록) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0005654호(2014.01.15. 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0011185호(2009.02.02. 공개)
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로, 노즐을 세라믹 재질로 제조하여 용접 과정의 높은 고열에서도 노즐이 녹아내리거나 스패터가 눌러붙는 현상을 방지하도록 이루어진 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 노즐을 세라믹 재질로 제조함에 따라 경량화를 구현하고 높은 내구성과 강도를 가지는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그리고, 세라믹 재질의 노즐체와 금속 재질의 중간체에 준금속 또는 금속 분말을 포함하는 합금 페이스트를 도포하고 설정온도에서 열처리하여 브레이징 용접함으로 일체화시켜 노즐을 구성한 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 세라믹 재질의 노즐체와 금속 재질의 중간체를 일체화시켜 노즐을 구성함에 따라 노즐과 다른 부품의 결합이 용이하고 용접 시 발생되는 높은 온도에도 결합이 분리되지 않도록 이루어진 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법은, 이산화탄소 용접 토치에 장착하는 노즐에 있어서, 길이를 가지는 원통 관형상으로 세라믹 재질의 노즐체와; 노즐체의 일단부 내주면에 일체화되는 금속 재질을 가지는 중공의 중간체로 구성된다.
이때, 노즐체의 일단부 내주면과 중간체의 외주면 사이에는 준금속 또는 금속 분말을 포함하는 합금 페이스트를 도포하고 설정온도에서 열처리하여 브레이징 용접함으로 형성된 접합층을 포함하여 노즐체와 중간체는 일체화된다.
일 실시예로, 합금 페이스트는, 크롬, 실리콘, 철, 탄소 중의 적어도 하나와 붕소의 혼합물을 이용하여 제조된다.
다른 실시예로, 합금 페이스트는, 이산화규소 분말을 이용하여 제조된다.
바람직하게, 노즐체의 일단부 내주면 또는 상기 중간체(120)의 외주면(B)에는 다수개의 홈부를 더 형성하여 단면적을 넓힌다.
한편, 일 실시예로, 중간체는, 내주면을 따라 나사산(120a)이 형성된 금속 재질의 관 형상이다.
또한 다른 실시예로, 중간체는, 금속 재질의 관 형상으로 외주면(B)을 가지는 고정부(121)와, 전단에 콘택트팁(50)이 결합되도록 상기 고정부(121)의 전단이 연장형성된 디퓨즈부(122)와, 상기 고정부(121)의 후단이 돌출 연장형성되고 외주면에 나사산(123a)이 형성된 연결부(123)로 구성된다.
한편, 이와 같은 세라믹 노즐을 제조하는 방법에 있어서 노즐체와 중간체는 하기의 과정을 포함하여 제조된다.
구체적으로, 길이를 가지는 원통 관형상으로 세라믹 재질의 노즐체와, 노즐체의 일단부 내주면에 일체화된 금속 재질을 가지는 중간체로 구성되고, 노즐체(110)의 일단부 내주면과 중간체의 외주면 사이에는 준금속 또는 금속 분말을 포함하는 합금 페이스트를 열처리하여 브레이징 용접함으로 형성된 접합층을 포함하여 노즐체와 중간체는 일체화된 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐을 제조한다.
이때, 접합층은, (S1) 준금속 또는 금속 분말을 포함하는 합금 페이스트(paste)를 제조하는 과정과; (S2) S1과정의 합금 페이스트를 노즐체(110)의 내주면 표면에 도포하는 과정과; (S3) S2 과정을 통해 도포된 층을 설정 온도에서 열처리하여 브레이징 용접 처리하는 과정을 통하여 형성된다.
그리고, S2 과정 이후에 S1 과정의 합금 페이스트를 중간체(120)의 외주면 표면에 도포하는 과정을 더 포함하여 이루어진다.
바람직하게, 일 실시예로, 합금 페이스트는, 크롬, 실리콘, 철, 탄소 중의 적어도 하나와 붕소의 혼합물을 이용하여 제조된다.
다른 실시예로, 합금 페이스트는, 이산화규소 분말을 이용하여 제조된다.
바람직하게, 열처리하는 설정온도는 800∼1150 ℃ 인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법은, 용접 토치를 구성하는 주요 부품인 노즐을 세라믹 재질로 구성하여 용접 과정의 높은 고열에서도 노즐이 녹아내리거나 스패터가 눌러붙는 현상을 방지하도고 경량화를 구현하여 전체 용접 품질을 향상시키고 작업 효율을 증대시키는 효과를 가진다.
또한, 높은 고열에서도 견디는 세라믹 재질로 노즐을 구성함에 따라 노즐 교체 주기를 줄여 용접 작업을 연속적 수행가능케 하고 동일 작업 시간당 용접 가능 시간을 늘려 용접 작업 효율을 높이는 효과를 가진다.
더불어, 세라믹 재질의 노즐에 의해 인슐레이터와 오리피스가 필요치 않아 종래에 비해 부품 수를 줄이고, 일체화된 중간체에 노즐을 자주 교체하지 않고 콘택트 팁만을 교체가능하여 사용의 편이성을 증대시키는 효과를 가진다.
또한, 합금 페이스트를 도포하고 설정온도에서 브레이징 용접하여 형성된 접합층에 의해 세라믹 재질의 노즐체와 금속 재질의 중간체를 일체화함으로써 다른 부품의 결합이 용이하고 용접 과정상의 높은 온도에도 결합이 분리되지 않아 용접 작업 효율을 증대시키는 효과를 가진다.
도 1은 종래 기술에 따른 노즐을 장착한 통상의 이산화탄소 용접 토치를 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 이산화탄소 용접 토치에 적용되는 노즐의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 제조방법을 도시한 블록도이다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐 및 이의 제조방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 전방 또는 선단은 부품들이 결합된 상태의 용접 토치의 콘택트 팁이 있는 부분 또는 그 방향을 가리키는 것으로 하고, 후방 또는 후단은 이와 반대되는 부분 또는 그 방향을 가리키는 것으로 하여 설명하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 일 실시예를 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 다른 실시예를 보여주는 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 제조방법을 도시한 블록도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화탄소(CO2) 용접 토치용 세라믹 노즐(100)은, 용접 토치를 구성하는 주요 부품으로 주입되는 보호 가스를 충분히 모아 선단을 통해 용접 부위로 토출할 수 있도록 길이를 가지는 원통 관형상을 가진다.
바람직하게 상기 세라믹 노즐(100)은 노즐체(100)와 중간체(120)가 일체화되어 단일 제품을 형성하도록 구성된다.
이때, 노즐체(110)는 길이를 가지는 원통 관형상으로 세라믹 재질을 가지며 노즐(100)의 외부로 노출된 외형을 이룬다.
상기 중간체(120)는 노즐체의 일단부 바람직하게 후단부 내주면에 일체화되어 노즐체(110)의 내부에 포함되도록 구성됨으로 가공이 용이하고 용접에 따른 고열을 견딜 수 있는 금속 재질로 이루어진다.
그리고, 상기 중간체(120)는 필요에 따라 콘택트 팁(도1, 50) 또는 가스디퓨즈(도1, 20)가 결합될 수 있도록 내부 또는 외부에 나사 결합을 위한 나사산이 가공 형성된다.
한편, 이러한 세라믹 재질의 노즐체(110)와 금속 재질의 중간체(120)는 서로 다른 재질이기 때문에 단순 접착 결합이나 용접 등의 방법을 통해서는 용접시 발생되는 높은 고온에서 견딜 수 있을 정도의 결합력을 형성할 수 없다.
이러한, 노즐체(110)와 중간체(120)의 일체화된 결합을 위해 이들의 사이에 별도의 일체화를 위한 접합층(130)을 더 포함하여 형성한다.
이때, 상기 접합층(130)은 상기 노즐체(110)의 일단부 내주면(A)과 상기 중간체(120)의 외주면(B) 사이에 준금속 또는 금속 분말을 포함하는 합금 페이스트를 도포하고 설정온도에서 열처리하여 브레이징 용접함으로 형성된다.
바람직하게 상기 합금 페이스트는 크롬(Cr), 실리콘(Si), 철(Fe), 탄소(C) 중의 적어도 하나와 붕소(B)의 혼합물을 이용하여 제조한다.
또는, 상기 합금 페이스트는 이산화규소(SiO2)분말을 이용하여 제조할 수 있다.
이때, 이러한 합금 페이스트는 설정된 온도에서 열처리되어 브레이징(Brazing) 용접됨으로 접합층(130)을 형성하게 되는데, 바람직하게 설정온도는 혼합되는 합금의 용융점을 고려하여 800∼1150 ℃ 인 것을 특징으로 한다.
후술에서 이러한 접합층(130)의 형성 및 노즐체(110)와 중간체(120)를 일체화시키는 방법을 보다 상세하게 기술하기로 한다.
한편, 도시되진 않았지만 필요에 따라 상기 접합층(130)이 형성되는 노즐체(110)의 일단부 내주면(A) 또는 상기 중간체(120)의 외주면(B)에는 단면적을 넓히기 위해 다수개의 홈부(미도시.)를 더 형성하여 이들의 일체화를 더 용이하게 한다.
바람직하게 상기 홈부(미도시.)는 연속되는 파형의 요철구조를 가지며 사선으로 형성된다.
이와 같은 홈부로 인해 접합층(130)을 이루는 합금 페이스트가 충분히 도포되고 열처리되며 노즐체와 중간체의 결합력을 높인다.
이와 같이, 세라믹 재질의 노즐체(110)와 상기 노즐체(110)의 내부로 금속재질의 중간체(120)가 완전히 일체화되어 결합됨으로 하나의 세라믹 노즐(100)를 이루기 때문에, 세라믹 재질 자체에 결합을 위한 나사산을 형성하는 가공이 없이 상기 중간체(120)에 결합을 위한 나사산을 형성함으로 용이하게 부품 간의 결합을 도모하면서도 세라믹 재질로 인한 경량화를 이룰 수 있다.
또한, 세라믹 재질로 인해 용접 작업시 스패터가 눌러붙어 엉기는 문제점을 원천적으로 방지할 수 있으며, 용접시 발생되는 고온의 온도에서도 세라믹 재질의 노즐은 파손되지 않고 제 역할을 수행하게 된다.
더불어, 발생되는 소량의 스패터는 작업 장갑을 문지르는 등의 손쉬운 과정을 통해 쉽게 제거할 수 있다.
한편, 종래에 용접 토치(도1, 1)를 구성하기 위한 부품으로 토치바디, 가스디퓨즈, 노즐 및 콘택트 팁, 절연을 위한 인슐레이터와 오리피스를 필요로 하였으나 노즐을 세라믹 재질로 구성함에 따라 절연을 위한 인슐레이터와 오리피스가 불필요해져 부품 수가 줄어든다.
그리고, 부품 수의 줄어듬은 결합 부분이 줄어들게 되어 조립 및 팁 교체가 용이해지는 효과를 가져오게 된다.
한편, 이러한 노즐체(110)와 중간체(120)의 일체화된 결합으로 이루어진 본 발명에 따른 세라믹 노즐(100)은 중간체(120)의 형상을 변경하며 일 실시예로 도 3과 같이 구성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 중간체(120)는 내주면을 따라 나사산(120a)이 형성된 금속 재질의 관 형상으로 구성된다.
이러한 중간체(120)는 노즐체(110)의 길이보다 작은 길이를 가지는 것이 바람직하다.
이와 같이 나사산(120a)이 형성된 단순 관 형태의 중간체(120)는, 세라믹 노즐(100)에 다른 부품 예를 들어, 가스디퓨즈 또는 토치바디가 결합되기 용이하다.
한편, 이러한 노즐체(110)와 중간체(120)의 일체화된 본딩 결합으로 이루어진 본 발명에 따른 세라믹 노즐(100)은 도 4에서와 같은 구조를 가질 수 있다.
다른 실시예로, 상기 중간체(120)는 금속 재질의 관 형상으로 외주면(B)을 가지는 고정부(121)와, 전단에 콘택트 팁(50)이 결합되도록 상기 고정부(121)의 전단이 연장형성된 디퓨즈부(122)와, 상기 고정부(121)의 후단이 돌출 연장형성되고 외주면에 나사산(123a)이 형성된 연결부(123)로 구성된다.
상기 고정부(121)는 접합층(130)을 통해 노즐체(110)와 일체화되고, 상기 디퓨즈부(122)는 전단으로 콘택트 팁(50)이 결합되도록 내주면에 나사산이 형성된다.
그리고, 상기 연결부(123)는 외주면을 따라 나사산이 형성되어 토치바디에 결합되기 용이하게 한다.
이와 같이 디퓨즈부(122)를 가지는 중간체(120)가 제조 과정상 노즐체(110)와 일체화되기 때문에 종래의 디퓨즈 결합에 따른 편심이 없어져 용접 효율을 증대시킬 수 있다.
한편, 도 5를 참조하여 이러한 세라믹 노즐(100)을 제조함에 있어, 노즐체(110)와 중간체(120)를 접합층(130)을 이용하여 일체화시키는 제조방법을 살펴보면 하기와 같다.
바람직하게, 상기 접합층(130)은, (S1) 준금속 또는 금속 분말을 포함하는 합금 페이스트(paste)를 제조하는 과정과; (S2) S1과정의 합금 페이스트를 노즐체(110)의 내주면 표면에 도포하는 과정과; (S3) S2 과정을 통해 도포된 층을 설정 온도에서 열처리하여 브레이징 용접 처리하는 과정을 통하여 형성된다.
그리고, 필요에 따라 S1 과정의 합금 페이스트를 중간체(120)의 외주면 표면에 도포하는 과정을 더 포함하여 이루어진다.
이를 보다 구체적으로 상술하면 하기와 같다.
먼저, 세라믹 재질인 노즐체(110)와 금속 재질의 중간체(120)는 서로 다른 재질로 이들의 표면을 접합하면서 일체화시키기 위해서는 통상의 접착제 등이 이용될 수 없다.
이러한 노츨체(110)와 중간체(120)을 일체화시키기 위해 이들 사이에는 접합층(130)을 가지며, 이러한 접합층(130)은 합금 페이스트를 도포하고 이를 열처리함으로 형성된다.
보다 상세하게, 상기 접합층(130)을 형성하기 위해, S1 과정으로 준금속 또는 금속 분말을 포함하여 노즐체(110) 또는 중간체(120)에 도포가 용이하도록 점성이 있는 합금 페이스트를 제조한다.
이러한 합금 페이스트는 에폭시 등의 끈기 있는 용액에 섞거나 물을 혼합하여 제조 가능한데 제조 방법이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 혼합물의 페이스트화를 위한 어떠한 재료가 사용되어도 무방할 것이다.
한편, 상기 합금 페이스트는 크롬(Cr), 실리콘(Si), 철(Fe), 탄소(C) 중의 적어도 하나와 붕소(B)의 혼합물을 이용하여 제조한다.
일 예로, 상기 혼합물은, 총 100%중량에 대하여 9~12%중량의 크롬, 2~2.5%중량의 붕소, 3~4%중량의 실리콘, 3~4%중량의 철, 0.2~0.7%중량의 탄소, 및 그 잔량인 나머지%중량의 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
이러한 100%중량의 혼합물은 에폭시 또는 물에 섞여 추후 페이스트를 형성하게 되는데, 물론 합금 페이스트의 중량은 상기 100%중량에 에폭시 또는 물의 중량만큼 더해진 중량이다.
한편, 상기 합금 페이스트는 이산화규소(SiO2)분말을 이용하여 제조할 수 있다.
이때, 상기 이산화규소 분말은 전체 페이스트 중량에 대하여 70% 중량 내지 90% 중량의 비율로 혼합된다.
상술의 합금 페이스트를 제조하기 위한 조성물의 혼합은 일 실시예이며 이에 한정되는 것은 아니며, 노즐체(110)와 중간체(120)를 일체화시키고 제조된 노즐(100)이 사용되는 이산화탄소 용접 온도에서 상기 노즐체(110)와 중간체(120)의 일체화된 결합력을 유지할 수 있다면 어떠한 준금속 또는 금속의 혼합이 이용되어도 무방할 것이다.
이어서, S2 과정으로 S1 과정에서 제조된 합금 페이스트를 노즐체(110)의 내주면(A) 표면에 도포하는 과정이 이어진다.
한편, 필요에 따라 S2 과정이후에 상기 노즐체(110) 내주면(A) 뿐만 아니라 S1 과정의 합금 페이스트를 중간체(120)의 외주면(B) 표면에 도포하는 S4 과정이 이어서 수행된다.
이러한 S2 과정과 S4 과정의 합금 페이스트 도포 과정은 붓 등의 도포수단을 이용하여 바르거나 뿌리는 방식으로 도포될 수 있으며, 필요에 따라 합금 페이스트에 노즐체 또는 중간체를 담그는 방식으로 도포할 수 있음은 물론이다.
그리고, 이와 같이 합금 페이스트가 도포된 노즐체(110)와 중간체(120)는 이물질 접착이나 도포상태가 제거됨을 방지하기 위해 필요에 따라 건조과정을 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때 상기 건조과정은 바람직하게 5∼10분 정도로 수행되고 이러한 건조 과정을 통해 페이스트의 표면이 살짝 굳어 외부로부터의 충격에 의해 도포 상태가 깨지거나 이물질의 접착을 방지할 수 있다.
이어서, 이와 같이 합금 페이스트가 도포된 노즐체(110)와 중간체(120)는 편심을 가지지 않도록 중심을 유지한 상태로 위치 정렬시키고 설정온도에서 열처리하여 브레이징 용접 처리되는 S3 과정을 거친다.
다시 말해, 도포된 합금 페이스트는 설정된 온도에서 열처리되어 브레이징(Brazing) 용접됨으로 접합층(130)을 형성하게 되고, 이에 의해 노즐체(110)와 중간체(120)는 일체화된다.
바람직하게 이때의 설정 온도는 혼합되는 합금의 용융점을 고려하여 800∼1150 ℃ 인 것을 특징으로 한다.
그리고, 페이스트화를 위해 이용된 에폭시 또는 물은 높은 열처리 온도에서 기화되어 휘발제거된다.
더불어, 설정된 온도에서 열처리하여 브레이징 용접하는 과정은 고온의 로상에서 가열되어 이루어지는데 필요에 따라 진공방식의 열처리 방식이 이용되고 진공방식을 통해 금속의 산화를 방지할 수 있다.
이러한 열처리하여 브레이징 용접 처리하는 과정을 통해 합금 페이스트를 구성하는 준금속 또는 금속 입자들의 간격이 치밀해져 접착성이 생기는데 서로가 융합되고 섞임에 따라 접합층(130)을 형성하고, 이러한 접합층에 의해 노즐(100)을 구성하는 노즐체(110)와 중간체(120)는 박리되지 않고 높은 온도에서도 분리되지 않으면서 영구적으로 일체화된다.
한편, 이러한 접합층(130)은 필요에 따라 다수번 S2 과정 내지 S4 과정 즉, 도포-열처리 과정을 반복 형성함으로 페이스트 접합층(130)의 두께를 ㎛부터 ㎜까지 다양하게 조절할 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 형성된 세라믹 노즐(100)에 의해, 용접 과정의 높은 고열에서 노즐이 녹아내리는 현상을 방지함은 물론 스패터가 눌러붙는 현상을 방지하고 경량화 및 높은 내구성과 강도를 가지게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
100 : 세라믹 노즐
110 : 노즐체
120 : 중간체
120a, 123a : 나사산
121 : 고정부
122 : 디퓨즈부
123 : 연결부
130 : 접합층

Claims (11)

  1. 이산화탄소 용접 토치에 장착하는 노즐에 있어서,
    길이를 가지는 원통 관형상으로 상기 노즐의 노출된 외형을 이루는 세라믹 재질의 노즐체(110)와;
    상기 노즐체(110)의 내부에 포함되고, 일단부 내주면에 일체화되는 금속 재질을 가지는 중공의 중간체(120)로 구성되되;
    상기 노즐체(110)의 일단부 내주면(A)과 상기 중간체(120)의 외주면(B) 사이에는 준금속 또는 금속 분말을 포함하는 합금 페이스트를 도포하고 설정온도에서 열처리하여 브레이징 용접함으로 형성된 접합층(130)을 포함하여 상기 노즐체(110)와 중간체(120)는 일체화된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 합금 페이스트는,
    크롬, 실리콘, 철, 탄소 중의 적어도 하나와 붕소의 혼합물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 합금 페이스트는,
    이산화규소 분말을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐체(110)의 일단부 내주면(A) 또는 상기 중간체(120)의 외주면(B)에는 다수개의 홈부를 더 형성하여 단면적을 넓힌 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 중간체(120)는,
    내주면을 따라 나사산(120a)이 형성된 금속 재질의 관 형상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 중간체(120)는,
    금속 재질의 관 형상으로 외주면(B)을 가지는 고정부(121)와, 전단에 콘택트팁(50)이 결합되도록 상기 고정부(121)의 전단이 연장형성된 디퓨즈부(122)와, 상기 고정부(121)의 후단이 돌출 연장형성되고 외주면에 나사산(123a)이 형성된 연결부(123)로 구성된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐.
  7. 길이를 가지는 원통 관형상으로 노즐의 노출된 외형을 이루는 세라믹 재질의 노즐체(110)와, 상기 노즐체(110)의 내부에 포함되면서 일단부 내주면에 일체화된 금속 재질을 가지는 중간체(120)로 구성되고, 상기 노즐체(110)의 일단부 내주면(A)과 상기 중간체(120)의 외주면(B) 사이에는 준금속 또는 금속 분말을 포함하는 합금 페이스트를 열처리하여 브레이징 용접함으로 형성된 접합층(130)을 포함하여 상기 노즐체(110)와 중간체(120)는 일체화된 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 접합층(130)은,
    (S1) 준금속 또는 금속 분말을 포함하는 합금 페이스트(paste)를 제조하는 과정과;
    (S2) S1과정의 합금 페이스트를 노즐체(110)의 내주면 표면에 도포하는 과정과;
    (S3) 상기 S2 과정을 통해 도포된 층을 설정 온도에서 열처리하여 브레이징 용접 처리하는 과정을 통하여 형성된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 S2 과정 이후에 상기 S1 과정의 합금 페이스트를 중간체(120)의 외주면 표면에 도포하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 제조방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 합금 페이스트는,
    크롬, 실리콘, 철, 탄소 중의 적어도 하나와 붕소의 혼합물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 제조방법.
  10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 합금 페이스트는,
    이산화규소 분말을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 설정 온도는 800∼1150 ℃ 인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 용접 토치용 세라믹 노즐의 제조방법.
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