KR101928585B1 - Tig 용접 장치의 토치 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TIG 용접 장치의 토치 구조에 관한 것으로서, 토치몸체의 일측단에 구비되어, 보호가스를 배출하는 가스노즐; 상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 전극봉에 전류를 흘려보내는 통전전극; 상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 상기 통전전극과 상기 전극봉 사이에 위치하며 상기 전극봉을 고정하는 콜릿척; 상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 상기 콜릿척 사이에 위치하며, 환봉형으로 상기 가스노즐의 외측으로 연장되는 두 개의 상기 전극봉; 및 상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 두 개의 상기 전극봉 사이에 위치하며 두 개의 상기 전극봉간 절연하는 절연체를 포함하고, 상기 전극봉은 일측의 선단이 뾰죡한 첨단부를 가지고, 상기 첨단부는 상기 전극봉의 중앙부를 중심에서 한쪽으로 치우쳐진 사선의 형태로 깍여있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 토치 구조는, 절연체의 형상을 모서리부분이 없도록 하여 하중부과로 인한 절연체의 파괴를 방지하고, 콜릿척의 일측의 선단을 사선으로 구성하고 통전전극의 일측의 선단을 맞물리게 하여 통전전극의 하중으로 전극봉의 고정을 견고하게 하는 효과가 있다.
또한 콜릿척의 단면을 우산형상으로 하여 불활성가스의 흐름을 원활하게 하는 효과가 있으며, 전극봉의 선단을 한쪽으로 치우쳐진 뾰족한 첨단의 형태로 가공하고, 전극봉을 환봉형태로 구성하여 회전가능하게 함으로써, 전극봉 사이의 거리조절이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

TIG 용접 장치의 토치 구조{A Torch Structure for TIG Welding Apparatus}

본 발명은 TIG 용접 장치의 토치 구조에 관한 것이다.

일반적으로 산업 현장에서는 두 가지 이상의 강재를 결합하여 다양한 형태의 제품을 제작하는데, 이때 강재를 결합하는 방식으로는 용접이 주로 사용된다. 용접은 모재의 연결부분에 모재 또는 별도의 용융부재를 녹여서 다른 강재를 접합하는 방법으로서, 연결부재가 필요하지 않아 구조물을 단순, 경량화시킬 수 있으며, 내구성이 높기 때문에 널리 이용되고 있다.

용접은 아크 방전에 의한 발생열을 이용하여 용융접합시키는 아크 용접, 산소와 아세틸렌 혼합가스를 이용하여 용융접합시키는 가스 용접, 진공 중에서 고속의 전자빔을 형성하여 전자류의 보유 에너지를 용접열원으로 이용하는 전자빔 용접, 단일파장으로 위상이 일치하는 빛을 증폭시켜 용접하는 레이저빔 용접, 모재를 맞대어서 상대적으로 회전운동을 시킴으로써 접촉면에서 발생하는 마찰열을 이용하는 마찰 용접 등이 있다.

이러한 여러 용접방법 중에서 가스 용접에는 TIG 용접이 존재한다. TIG 용접은 불활성가스텅스텐 용접이라고도 하며 주로 스테인레스와 같은 비철금속의 용접에 쓰인다.

기존의 일반적인 TIG 용접 토치는 전극을 1개만 사용하여 용접을 수행한다. 이러한 경우 용가재의 용착량을 증대시키기 위해 용접전류를 상승시키면 용융풀이 아래로 움푹 꺼지는 형태가 되어 용접비드가 불량하게 된다. 이는 용접전류를 상승시킬수록 아크 압력이 용융풀에 집중적으로 가해짐으로써 발생하는 현상으로 용착량 또는 용접전류를 어느 이상 올릴 수 없게 되어 생산력이 다른 용접방식에 비해 낮다.

이러한 점을 극복하기 위해 전극 2개를 사용하는 TIG 용접기법이 개발되었다. 전극을 2개 사용하면 용접아크가 두 전극 사이에 형성되어 아크 압력이 집중되지 않고 분산되는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 경우 용접전류를 보다 상승시킬 수 있어 용착량이 증대된다. 이러한 전극을 2개 사용하는 토치는 중공축을 반으로 자른 형상이거나 판상형이 된다.

TIG 전극은 텅스텐 또는 텅스텐에 희토류가 첨가된 비소모성 전극을 사용한다. 이러한 텅스텐 전극을 상기와 같이 중공축을 반으로 자른 형상 또는 판상형으로 가공하는 것은 매우 까다로운 공정이며, 가공비용이 높아 실 사용에 어려움이 많다. 또한 아크 압력을 조절하기 위해 전극 끝단의 거리를 조절할 필요가 있으나, 중공축을 반으로 자른 형상으로는 불가능하며 전극 끝단의 연마 형태를 다양하게 개별적으로 만들거나, 판상형 전극의 경우 두 전극 사이에 삽입되는 절연체의 두께를 다르게 하여 각각 가공해야하는 불편함이 있다. 또한 판상형 전극 사이에 위치하기 위해, 절연체 형상이 H 형태로 되어야 하며 이러한 경우 모서리 부분에 응력이 집중되는 경우 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 TIG 용접장치의 토치구조에서 절연체가 'H'형상으로 모서리부분이 둥근 호형으로 되어있어 절연체에 하중이 가해지더라도 하중이 분산되는 효과가 있어 절연체의 파손을 방지하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 콜릿척 일측의 선단을 한쪽으로 기울어진 사선의 형태인 첨단의 형태로 구비하고, 통전전극 일측의 선단을 'ㄴ'형으로 형성하고 이부분이 콜릿척 일측의 선단과 맞물려 닿도록하여 통전전극의 하중을 가함으로써, 콜릿척을 전극봉으로 밀어내는 것으로 전극봉을 견고히 고정하도록 하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 콜릿척의 단면 형상을 우산형태로 하여 우산형태의 함몰부위를 통해 불활성가스가 가스노즐을 통해 전극봉 선단으로 원활하게 흐를수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 전극봉의 선단의 형태를 뾰족한 첨단부의 형태로 전극봉의 끝점이 전극봉의 중심으로부터 한쪽으로 치우쳐진 형태로 가공하고, 전극봉은 환봉형태로 회전이 가능하도록 하여, 전극봉사이의 거리 조절이 필요한 경우 전극봉을 회전시켜 조절가능하도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 TIG 용접 장치의 토치 구조는, 토치몸체의 일측단에 구비되어, 보호가스를 배출하는 가스노즐; 상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 전극봉에 전류를 흘려보내는 통전전극; 상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 상기 통전전극과 상기 전극봉 사이에 위치하며 상기 전극봉을 고정하는 콜릿척; 상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 상기 콜릿척 사이에 위치하며, 환봉형으로 상기 가스노즐의 외측으로 연장되는 두 개의 상기 전극봉; 및 상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 두 개의 상기 전극봉 사이에 위치하며 두 개의 상기 전극봉간 절연하는 절연체를 포함하고, 상기 전극봉은 일측의 선단이 뾰죡한 첨단부를 가지고, 상기 첨단부는 상기 전극봉의 중앙부를 중심에서 한쪽으로 치우쳐진 사선의 형태로 깍여있는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 전극봉은, 상기 토치몸체에 고정된 채로 회전이 가능할 수 있다.

구체적으로, 상기 절연체는, 단면이 H 형상으로 직육면체의 빔 형태를 가지고, 상기 H 형상은 일측면과 상기 일측면에 대향하는 면이 호형이며, 단면의 나머지측면은 상기 H 형상의 상하측 함몰부가 곡형이고, 상기 H 형상의 상하측 함몰부분에 두 개의 상기 전극봉이 맞물리도록 결합할 수 있다.

구체적으로, 상기 콜릿척은, 단면이 반원형상으로 환형의 봉 형태를 가지고, 단면의 상기 반원형상이 우산의 형상일 수 있다.

구체적으로, 상기 통전전극은, 일측의 선단이 'ㄴ'형태를 가지며 상기 'ㄴ' 형태의 함몰부는 사선으로 채워진 형태를 가져 상기 콜릿척과 맞물리도록 하고, 상기 콜릿척은, 일측의 선단이 뾰족하게 사선 형태로 연마된 첨단부를 가지며, 상기 첨단부는 상기 통전전극의 선단부와 맞물려 상기 전극봉을 고정할 수 있다.

본 발명에 따른 TIG 용접 장치의 토치 구조는, 절연체의 형상을 모서리부분이 없도록 하여 하중부과로 인한 절연체의 파괴를 방지하고, 콜릿척의 일측의 선단을 사선으로 구성하고 통전전극의 일측의 선단을 맞물리게 하여 통전전극의 하중으로 전극봉의 고정을 견고하게 하는 효과가 있다.

또한 콜릿척의 단면을 우산형상으로 하여 불활성가스의 흐름을 원활하게 하는 효과가 있으며, 전극봉의 선단을 한쪽으로 치우쳐진 뾰족한 첨단의 형태로 가공하고, 전극봉을 환봉형태로 구성하여 회전가능하게 함으로써, 전극봉 사이의 거리조절이 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 TIG 용접 장치의 토치 구조의 횡 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 TIG 용접 장치의 토치 구조의 횡 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TIG 용접 장치의 토치 구조의 종 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 TIG 용접 장치의 토치구조의 전극봉에 대한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 TIG 용접 장치의 토치 구조의 횡 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 TIG 용접 장치의 토치 구조(1)는, 전극봉(11), 절연체(12), 콜릿척(13)을 포함한다.

종래의 TIG 용접 장치의 토치 구조(1)는, 전극봉(11)의 형태는 중공축을 반으로 자른 형상(도 1의 a)이거나 판상형(도 1의 b)으로 되어 있다.

전극봉(11)은 텅스텐 또는 텅스텐에 희토류가 첨가된 비소모성 전극을 사용한다. 이러한 전극봉(11)을 중공축을 반으로 자른 형상이나 판상형으로 가공하는 공정은 매우 까다로우며 가공비용이 높은 문제점이 있어 실 사용에 어려움이 많다.

또한 중공축을 반으로 자른 형상은 전극봉(11)의 끝단의 거리를 조절이 불가능하여, 전극 끝단의 연마 형태를 다양하게 개별적으로 만들어야 하는 문제점이 있었으며, 판상형의 전극봉(11)은 두 전극봉 사이에 삽입되는 절연체(12)의 두께를 다르게 하여 각각 가공해야하는 불편함이 있다.

판상형의 전극봉(11)의 경우에는 판상형의 전극봉(11)사이에 절연체(12)가 위치하기 위해서 절연체(12)의 형상이 'H'형상으로 되어야 하는 조건으로 인해서 모서리부분에 응력이 집중되는 경우 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 TIG 용접 장치의 토치구조의 횡 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TIG 용접 장치의 토치구조의 종 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 TIG 용접 장치의 토치구조의 전극봉에 대한 사시도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 TIG 용접 장치의 토치구조(2)는, 토치몸체(10), 전극봉(11), 절연체(12), 콜릿척(13), 통전전극(14), 가스노즐(15)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 전극봉(11), 절연체(12), 콜릿척(13) 등은 종래의 TIG 용접 장치의 토치구조(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

토치몸체(10)는, 전극봉(11), 절연체(12), 콜릿척(13), 통전전극(14) 등을 내부에 구비하고 있으며, 토치몸체(10)의 일측에는 가스노즐(15)이 구비되고, 토치몸체(10)의 타측에는 보호가스 입구(도시하지 않음)가 설치되어, 가스노즐(15)로 보호가스가 유입되도록 할 수 있다.

토치몸체(10)는, 부재에 용접을 하기 위한 토치의 구성요소들을 보호하고, 용접사용자가 사용하기 편하도록 토치의 구성요소들의 외부를 감싸는 하우징구조로 이루어 질 수 있다.

전극봉(11)은, 토치몸체(10)의 내부에 고정되고, 콜릿척(13)사이에 위치하며, 환봉형으로 가스노즐(15)의 외측으로 연장된다. 또한, 전극봉(11)은 일측의 선단이 뾰죡한 첨단부를 가지고, 상기 첨단부는 전극봉(11)의 중앙부를 중심에서 한 쪽으로 치우쳐져 깍여있다.

구체적으로, 전극봉(11)은 토치몸체(10)에 고정된 체로 회전이 가능할 수 있다. 전극봉(11)간의 거리의 변화는 아크의 압력변화를 조절할 수 있으며, 아크의 압력변화를 조절함으로써, 아크의 굵기 및 크기를 쉽게 조절할 수 있다. 다만 종래에는 전극봉(11)의 거리변화가 불가능하여 전극봉(11) 끝단의 연마 형태를 다양하게 개별적으로 만들거나, 두 전극봉(11)사이에 삽입되는 절연체(12)의 두께를 다르게 하여 각각 가공해야 했으며, 전극봉(11)이 판상형 또는 중공축을 반으로 자른 형상의 경우에는 회전이 불가능함으로써, 전극봉(11)간의 거리변화를 도모할 수 없었다.

본 발명의 경우에는 전극봉(11)이 환형으로 이루어져 회전이 가능할 수 있다. 또한 전극봉(11)은 일측의 선단이 뾰죡한 첨단부를 가지고, 상기 첨단부는 전극봉(11)의 중앙부를 중심에서 한 쪽으로 치우쳐져 깍여 있을 수 있어, 전극봉(11)의 회전으로 인해 두 개의 전극봉(11) 간의 거리가 변화할 수 있다. 따라서, 전극봉(11)간의 거리변화가 가능하여 아크의 압력변화를 전극봉(11)의 교체없이도 가능하도록 할 수 있다.

절연체(12)는, 토치몸체(10)의 내부에 고정되고, 두 개의 전극봉(11)사이에 위치하며, 두 개의 전극봉(11)간 절연한다.

구체적으로, 절연체(12)는 단면이 H 형상으로 직육면체의 빔 형태를 가지고,상기 H 형상은 일측면과 상기 일측면에 대향하는 면이 호형이며, 단면의 나머지측면은 상기 H 형상의 상하측 함몰부가 곡형이고, 상기 H 형상의 상하측 함몰부분에 두 개의 상기 전극봉이 맞물리도록 결합할 수 있다. 종래에 판상형 전극봉(11)에서는 절연체(12)형상이 H 형상으로 되어있어 모서리부분이 각이 진 형태로 응력이 집중되는 경우 쉽게 파손될 수 있었다. 다만 본 발명에 있어서는, 모서리부분이 없도록 호형으로 구성하여 응력의 집중을 막고 하중이 분산되는 효과가 있어 절연체(12)가 쉽게 파손되는 것을 방지할 수 있다.

콜릿척(13)은, 토치몸체(10)의 내부에 고정되고, 통전전극(14)과 전극봉(11)사이에 위치하며, 전극봉(11)을 고정한다. 또한, 콜릿척(13)은, 단면이 반원형상으로 환형의 봉 형태를 가지고, 단면의 반원형상이 우산형상일 수 있다. 이러한 우산형상으로 인하여 전극봉(11)과 콜릿척(13)사이에 빈 공간이 발생되고, 이러한 빈 공간이 보호가스 즉, 불활성가스의 통로가 되어 토치몸체(10)의 상부의 보호가스 입구(도시하지 않음)에서 들어오는 불활성가스가 후술할 가스노즐(15)을 통해 전극봉(11)끝단으로 원활하게 흐를 수 있도록 할 수 있다.

콜릿척(13)은 일측의 선단이 뾰족하게 사선형태로 연마된 첨단부를 가질 수 있으며, 상기 첨단부는 후술할 통전전극(14)의 선단부와 맞물려 전극봉(11)을 고정할 수 있다. 콜릿척(13)은 통전전극(14)과 맞물리고 전극봉(11)과도 맞닿아 있어 통전전극(14)에서 콜릿척(13)을 거쳐 전극봉(11)으로 전류를 흘려보낼 수 있다. 또한, 통전전극(14)의 하중으로 콜릿척(13)을 가압하고 콜릿척(13)의 형태가 뾰족한 사선형태로 되어있어 통전전극(14)의 하중에 전극봉(11)의 방향으로 콜릿척(13)이 미끄러져 전극봉(11)에 하중을 전달하게 됨으로써, 전극봉(11)의 위치를 고정할 수있다.

통전전극(14)은, 토치몸체(10)의 내부에 고정되고, 전극봉(11)에 전류를 흘려보낸다. 또한 통전전극(14)은, 일측의 선단이 'ㄴ' 형태를 가지며, 상기 'ㄴ'형태의 함몰부는 사선으로 채워진 형태를 가져 콜릿척(13)과 맞물리도록 할 수 있다.이러한 맞물림구조로 인하여 통전전극(14)은 하중을 콜릿척(13)에 전달하고, 콜릿척(13)은 이러한 하중을 전극봉(11)에 전달함으로써, 전극봉(11)을 고정할 수 있다.

가스노즐(15)은, 토치몸체(10)의 일측단에 구비되어, 보호 가스를 공급한다. 보호가스는 불활성 가스일 수 있으며, 불활성 가스는 아르곤 또는 헬륨일 수 있다.가스노즐(15)은 보호가스를 용접부위에 공급하도록 함으로써, 부재를 전극봉(11)과 용가재를 이용하여 용접할 경우 용가재의 끝부분이 공기에 노출되지 않고 보호막을 형성하여 불순물을 차단할 수 있어, 전극봉(11)이 녹지않으면서 높은 열을 발생시키도록 할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 절연체(12)의 형상을 모서리부분이 없도록 하여 하중부과로 인한 절연체(12)의 파괴를 방지하고, 콜릿척(13)의 일측의 선단을 사선으로 구성하고 통전전극(14)의 일측의 선단을 맞물리게 하여 통전전극(14)의 하중으로 전극봉(11)의 고정을 견고하게 하는 효과가 있다.

또한 콜릿척(13)의 단면을 우산형상으로 하여 불활성가스의 흐름을 원활하게 하는 효과가 있으며, 전극봉(11)의 선단을 한쪽으로 치우쳐진 뾰족한 첨단의 형태로 가공하고, 전극봉(11)을 환봉형태로 구성하여 회전가능하게 함으로써, 전극봉(11) 사이의 거리조절이 가능하도록 하는 효과가 있다.

1: 종래의 TIG 용접장치 토치구조 2: 본 발명의 TIG 용접장치 토치구조
10: 토치몸체 11: 전극봉
12: 절연체 13: 콜릿척
14: 통전전극 15: 가스노즐
16: 불활성가스 통로

Claims (5)

1. 토치몸체의 일측단에 구비되어, 보호가스를 배출하는 가스노즐;
   상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 전극봉에 전류를 흘려보내는 통전전극;
   상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 상기 통전전극과 상기 전극봉 사이에 위치하며 상기 전극봉을 고정하는 콜릿척;
   상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 상기 콜릿척 사이에 위치하며, 환봉형으로 상기 가스노즐의 외측으로 연장되는 두 개의 상기 전극봉; 및
   상기 토치몸체의 내부에 고정되고, 두 개의 상기 전극봉 사이에 위치하며 두 개의 상기 전극봉간 절연하는 절연체를 포함하고,
   상기 전극봉은 일측의 선단이 뾰죡한 첨단부를 가지고, 상기 첨단부는 상기 전극봉의 중앙부를 중심에서 한쪽으로 치우쳐진 사선의 형태로 깍여있으며,
   상기 절연체는 단면이 H 형상으로 직육면체의 빔 형태를 가지고, 상기 H 형상은 일측면과 상기 일측면에 대향하는 면이 호형이며, 단면의 나머지측면은 상기 H 형상의 상하측 함몰부가 곡형이고, 상기 H 형상의 상하측 함몰부분에 두 개의 상기 전극봉이 맞물리도록 결합하는 것을 특징으로 하는 TIG 용접 장치의 토치 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극봉은,
   상기 토치몸체에 고정된 채로 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 TIG 용접 장치의 토치 구조.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 콜릿척은,
   단면이 반원형상으로 환형의 봉 형태를 가지고, 단면의 상기 반원형상이 우산의 형상인 것을 특징으로 하는 TIG 용접 장치의 토치 구조.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 통전전극은,
   일측의 선단이 'ㄴ'형태를 가지며 상기 'ㄴ' 형태의 함몰부는 사선으로 채워진 형태를 가져 상기 콜릿척과 맞물리도록 하고,
   상기 콜릿척은,
   일측의 선단이 뾰족하게 사선형태로 연마된 첨단부를 가지며, 상기 첨단부는 상기 통전전극의 선단부와 맞물려 상기 전극봉을 고정하는 것을 특징으로 하는 TIG 용접 장치의 토치 구조.

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