KR101991683B1 - 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시키기 위한 공기-탄소 아크 시스템 및 장치와 이를 사용하는 방법 - Google Patents

공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시키기 위한 공기-탄소 아크 시스템 및 장치와 이를 사용하는 방법 Download PDF

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패트릭 알렌 레이먼
글렌 케이. 레딩
자크 왕
알렉스 리
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빅터 이큅먼트 컴퍼니
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Abstract

컨트롤 박스, 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 아크를 발생시키기 위해 공작물과 협력하도록 구성되는 토치 헤드, 및 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 수단을 가진 펜던트를 포함하는, 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 공기-탄소 아크 시스템이 개시된다.

Description

공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시키기 위한 공기-탄소 아크 시스템 및 장치와 이를 사용하는 방법{AIR-CARBON ARC SYSTEM FOR DETECTING AND/OR REDUCING IRREGULARITIES IN A WORK PIECE SURFACE AND METHOD OF USING THE SAME}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2011년 8월 18일 출원된 미국 특허 가출원 제61/525,024호에 대해 우선권을 주장한다. 상기 출원의 개시 내용은 참조로 본원에 포함된다.
본 발명은 대체로 공기-탄소 아크 시스템, 장치, 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시키기 위한 공기-탄소 아크 시스템 및 장치와 이를 사용하는 방법에 관한 것이다.
이 섹션에서의 설명은 단지 본 발명에 관련된 배경을 제공하며, 종래 기술로 여겨지지 않을 수 있다.
공기-탄소 아크 시스템 및 공정은 금속 제작 및 주형 마감, 화학 및 석유 기술, 건설, 광업, 일반 수리, 및 보수 유지와 같은 폭넓은 적용에서 사용될 수 있다. 금속 제작 및 주형 마감에 대하여, 공기-탄소 아크 금속 제거 시스템 및 공정이 표면으로부터 금속을 다듬거나, 홈을 내거나, 절단하거나 또는 평평하게 하도록 사용될 수 있다. 탄소강, 스테인리스강 및 다른 철합금; 그레이(gray), 가단성 및 연성 철; 알루미늄, 니켈 및 구리 합금 및 다른 비철 금속을 포함하지만 이에 한정되지 않는 거의 모든 금속들이 제작될 수 있다.
대체로 편평한(flat), 평평한(flush), 원활한(smooth), 및/또는 그렇지 않으면 일정한 표면을 가지는 것과 같이 공작물을 변경하도록 공기-탄소 아크 금속 제거 시스템 또는 공정을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 공작물 표면이 불규칙한 부분을 포함하면, 공기-탄소 아크 시스템 공정의 사용을 통해 대체로 편평한, 평평한, 원활한, 및/또는 그렇지 않으면 일정한 표면을 생성하는 것이 어려울 수 있다.
물체로부터 하드페이싱된(hardfaced) 재료를 제거 및/또는 재적용하는 것이 바람직할 수 있다. "하드페이싱"은 기판의 내마모성 및 내식성을 증가시키는 목적을 위하여 기판에 경질 재료의 층을 적용하는 것을 수반하는 기술이다. 경질 재료의 층은 용접 또는 용사(thermal spraying)에 의해 물체에 적용될 수 있다. 아크 용접에 의한 하드페이싱은 새로운 부품에 우선하여 또는 유지 보수 프로그램의 부분으로서 공업 부품의 수명을 연장시키는 표면 작업으로서 사용될 수 있다. 하드페이싱은 기계 정지 시간 및 제조 비용에서 상당한 절약을 유발할 수 있으며; 그 결과, 이러한 공정은 강, 시멘트, 광업, 석유화학, 전력, 사탕 수수 및 식품과 같은 많은 산업 분야 전체에 걸쳐 채택되었었다.
강제 분쇄 롤들 또는 샤프트들은 때때로 하드페이싱된다. 예를 들어, 롤 및 샤프트는 서로 인접하고 롤 또는 샤프트의 길이의 전부 또는 일부를 따라서 고르게 이격된 일련의 동심의 하드페이싱된 원들을 가지도록 통상 변경된다. 또 다른 예로서, 롤 또는 샤프트는 서로 인접하고 롤 또는 샤프트의 길이의 전부 또는 일부를 따라서 고르게 이격된 일련의 정사각 형상의 하드페이싱된 표면들을 가지도록 변경될 수 있다. 하드페이싱된 강제 분쇄 롤은 종이 분쇄를 위한 파쇄 롤러와 같은 다양한 적용물에서 사용될 수 있다.
하드페이싱의 이점에도 불구하고, 하드페이싱된 재료는 부품의 하드페이싱되지 않은 재료 전에 마모될 수 있다. 이러한 것은 하드페이싱된 재료의 취성 또는 다른 성질들과 같은 많은 인자들에, 또는 부품의 하드페이싱된 부분들이 때때로 부품의 작동 표면이고, 그러므로 부품이 작동 중에 있는 동안 불균형의 응력 및 힘을 받는다는 사실에 기인할 수 있다. 이러한 인자들 및 다른 인자들 및 가변적인 작동 조건의 결과로서, 하드페이싱된 재료들은 고르게 마모될 수 없으며 불규칙적인 표면을 포함할 수 있다.
그러므로, 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시키기 위한 공기-탄소 아크 시스템 및 장치와 이를 사용하는 방법을 제공하는 것이 필요하다.
종래 기술의 제한 및 결점을 극복하는 것에 있어서, 본 시스템, 장치, 및 방법은 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시키기 위한 공기-탄소 아크 시스템 및 장치와 이를 사용하는 방법을 제공한다.
하나의 양태에 있어서, 공기-탄소 아크 시스템은 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시키기 위하여 제공되며, 상기 시스템은 컨트롤 박스, 상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 아크를 발생시키기 위해 상기 공작물과 협력하도록 구성되는 토치 헤드, 및 상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 상기 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 수단을 가진 펜던트(pendant)를 포함한다. 상기 시스템은 수동이나 자동으로 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시킬 수 있다.
또 다른 양태에서, 공기-탄소 아크 장치는 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시키기 위하여 제공되며, 상기 장치는 컨트를 박스, 상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 아크를 발생시키기 위해 상기 공작물과 협력하도록 구성되는 토치 헤드, 및 상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 상기 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 수단을 가진 펜던트를 포함한다. 상기 시스템은 수동이나 자동으로 불규칙한 부분을 검출 및/또는 감소시킬 수 있다.
여전히 또 다른 양태에서, 공작물 표면으로부터 재료를 제거하도록, 컨트롤 박스, 전극을 가지며 상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고, 아크를 발생시키기 위해 상기 공작물과 협력하도록 구성되는 토치 헤드, 및 상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되는 펜던트를 포함하는 공기-탄소 아크 시스템을 작동시키는 단계; 공작물에서의 전압을 측정하는 단계; 상기 공작물에서의 전압을 실질적으로 일정하게 유지하도록 상기 공작물 표면에 대하여 상기 전극의 위치를 제어하는 단계; 및 상기 공작물 표면의 불규칙한 부분이 검출될 때 상기 전극의 위치를 제어하는 단계를 중단하는 단계를 포함하는 방법이 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위하여 제공된다.
본 명세서에 첨부되고 그 일부를 형성하는 도면 및 청구항들을 참조하여, 시스템, 장치, 및 방법의 추가의 목적, 특징 및 이점들이 다음의 설명의 검토 후에 당업자에게 용이하게 명백하게 될 것이다.
적용 가능성의 추가의 영역들은 본 명세서에 제공된 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 상기 상세한 설명 및 특정 예들은 단지 예시의 목적을 위해 의도되며 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명이 잘 이해될 수 있기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 형태들이 지금 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리를 채택하고 컨트롤 박스, 토치 헤드, 및 원격 펜던트를 가지는 공기-탄소 아크 시스템(10)을 도시하는 흐름도;
도 2는 측부 커버 패널 중 하나가 예시 목적을 위해 제거된, 도 1에 도시된 컨트롤 박스와 같은 컨트롤 박스의 사시도;
도 3은 측부 커버 패널들 중 다른 하나가 예시 목적을 위하여 제거된, 도 2에 도시된 컨트롤 박스의 제2사시도;
도 4는 도 1에 도시된 토치 헤드와 같은 토치 헤드의 사시도;
도 5는 도 4에 도시된 토치 헤드의 분해 사시도;
도 6은 도 1에 도시된 원격 펜던트와 같은 원격 펜던트의 사시도;
도 7은 도 6에 도시된 원격 펜던트의 제2사시도; 및
도 8은 취부구와 도 5 및 도 6에 도시된 토치 헤드와 같은 토치 헤드로부터의 전극에 위치된 공작물의 단면도.
본 명세서에 기술된 도면들은 단지 예시 목적을 위한 것이고, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
다음의 설명은 사실상 단지 전형적이며, 본 발명, 적용, 또는 용도를 제한하도록 의도되지 않는다.
지금 도면을 참조하여, 도 1은 공기-탄소 아크 시스템(10)을 도시하는 흐름도이며, 상기 공기-탄소 아크 시스템은 본 발명의 원리를 채택하고, 시스템(10)을 제어하기 위한 컨트롤 박스(12), 용접 아크를 발생시키기 위한 전극(24)을 구비한 토치 헤드(14), 시스템(10) 작업자로부터 작동 입력을 수신하기 위한 원격 펜던트(16), 및 공작물(20) 상의 불규칙한 표면을 검출 및/또는 보상하기 위한 수평 위치선정 컨트롤(18)을 원칙적으로 포함한다. 공작물(20)은 취부구(22) 내에 고정되며, 시스템(20)과 기능적으로 결합된다. 시스템(10)은 공작물(20)과 같은 표면으로부터 금속을 다듬거나, 홈을 내거나, 절단하거나 또는 평평하게 하는 것과 같은 다양한 작업을 위하여 사용될 수 있다.
용접 전원 공급장치(25)는 26에서 용접 전력, 컨트롤 박스(12), 및 32에서 토치 전력을 통해 토치 헤드(14)에 전원을 제공한다. 하나의 형태에 있어서, 용접 전원 공급장치(25)는 1600 암페어의 전류를 가지지만, 대안적인 설정으로 작동할 수 있다. 작동 및 아크 모드에 있을 때, 용접 전원 공급장치(25)로부터 전류는 컨트롤 박스를 통해 토치 헤드(14)로, 전극(24)을 따라서 아크(도시되지 않음)를 통하여 공작물(20)로 흐른다. 아크는 공작물(20)의 국부화된 부분을 가열하고, 전극(24)을 소모시켜 공작물(20)의 국부화된 부분이 용융 금속이 되도록 한다. 도면에 도시된 전극(24)은 탄소 기반이지만, 대안적인 재료(들)로 만들어질 수 있다. 도면에 도시된 토치 헤드(14)는 5/16" 내지 3/4"의 표면 다듬기 전극(gouging electrode)들을 수용하는 쇼 어셈블리(show assembly)를 포함하지만, 대안적인 능력을 가진 토치 헤드가 사용될 수 있다. 추가적으로, 도면에 도시된 전극(24)은 공작물(20) 표면에 대해 45°각도로 위치되지만, 대안적인 위치에서 사용될 수 있다.
도면에 도시된 시스템(10)은 공작물(20)에 그루브를 만들 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 단일 패스(single pass)를 구비한 1-1/8" (28.6 ㎜)까지의 다양한 깊이의 U자 형상 또는 J자 형상의 그루브들 및 2개 이상의 패스들을 가진 보다 큰 깊이의 그루브들을 만들 수 있다. 다음의 표는 전극 사이즈 및 다른 파라미터들을 선택하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 정보를 제공한다.
전극 측부 지름 파낸 폭 암페어
인치 ㎜ 인치 ㎜ 최소 최대
5/16 7.9 7/16 11.1 400 450
3/8 9.5 1/2 12.7 450 600
1/2 12.7 13/16 20.7 800 1000
5/8 15.9 15/16 24.9 1000 1250
3/4 19.1 1 1/16 27.0 1250 1600
도 1에 도시된 시스템은 용접자/작업자가 원격 펜던트(16) 상의 "스타트" 버튼을 누를 때에만 표면 다듬기 전류가 나타나는 것을 보장하는 접촉기 인게이지(contactor engage, 40)를 포함한다. 접촉기 인게이지(40)는 전류가 토치 헤드(14)로 인도될 수 있는 폐쇄 위치와, 전류가 토치 헤드(14)로 인도될 수 없는 개방 위치 사이에서 움직일 수 있다.
도 1에 도시된 시스템은 공작물(20)로부터 멀리 용융 금속을 분사하기 위하여 토치 헤드(14)로 압축 공기를 인도하기 위한 부품들을 추가로 포함한다. 특히, 압축 공기 입구(28)는, 압축 공기 출구(30) 및 토치 헤드(14)로 압축 공기의 흐름을 제어하는 컨트롤 박스(27)로 압축 공기를 공급한다. 도면에 도시된 시스템(10)은 60 내지 100 psi의 압축 공기를 사용하지만, 대안적인 설정으로 작동할 수 있다. 공작물(20)의 국부화된 영역을 용융하고 국부화된 부분로부터 멀리 용융 금속을 분사하는 것에 의해, 아크와 압축 공기는 공작물(20)의 국부화된 영역으로부터 재료를 효과적으로 제거하도록 협력하고, 이에 의해 공작물(20)을 다듬거나, 절단하거나, 자국을 내거나, 또는 그렇지 않으면 변경한다. 재료는 공작물(20)에 비례한 토치 헤드(14)의 움직임, 토치 헤드(14)의 작동 설정, 공작물(20) 및 전극(24)의 특성, 및 다른 변수들에 의존하여 가변적인 양 및 패턴들로 공작물(20)로부터 제거될 수 있다. 시스템(10)은, 그 내용이 참조로 본원에 포함되는 "진공 탄소 공기 금속 제거 공정 및 장치"라는 명칭의 미국 특허 제4,797,528호에 개시된 시스템, 장치, 및 공정과 같은 용융 금속을 제거하기 위한 진공 시스템을 또한 포함할 수 있다.
27에서 AC 전력은 컨트롤 박스(12), 토치 헤드(14)에 있는 모터(41, 도 4, 도 5), 및 트랙터 시스템(42)을 작동시키기 위한 전원을 제공한다. 도 1에 도시된 27에서의 AC 전력은 바람직하게 60㎐ 당 120V 또는 50㎐ 당 220V로 작동하지만, 대안적인 설정으로 작동할 수 있다. 도 2를 참조하여, 컨트롤 박스(12)는 2개의 플러그(27a 및 27b)들을 포함하며, 이 중 하나는 60㎐ 당 120V로 작동하기 위한 것이며, 다른 하나는 50㎐ 당 220V로 작동하기 위한 것이다. 모터(41)는 토치 헤드(14) 내에 위치되고, 공작물(20)을 향하거나 또는 공작물로부터 멀리 전극(24)를 이송 또는 후퇴하도록 구성된다. 모터는 컨트롤 박스(12)로부터 토치 헤드(14)로 연장하는 모터 이송부(34a) 및 모터 후퇴부(34b)에 의해 제어된다. 트랙터 시스템(42)은 모터 및 바퀴(들)를 구비하는 것과 같은, 토치 헤드(14)의 횡단 움직임을 유발하기 위한 새시이다. 트랙터 시스템(42)은 트랙터 시스템(42)의 움직임을 지지하고 용이하게 하기 위한 한 쌍의 트랙들을 또한 포함할 수 있다. 43에서 트랙터 시스템은 트랙터(42)에 전력을 제공하고, 120V 또는 220V로 작동할 수 있다.
모터(41)는 전압 감지 와이어(36)로부터 입력에 기초하여 컨트롤 박스(12)에 의해 제어된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 시스템(10)이 작동중일 때, 전압 감지 와이어(36), 접지 와이어(38), 및 접촉기 인게이지(40)(폐쇄되는 것으로서 작동될 때)는 전극(24)과 공작물(20) 사이의 거리에 의존하여 변하는 전압을 가지는 폐쇄 회로를 규정하도록 협력한다. 시스템(10)이 작동하고 아크 모드로 있을 때, 전압은 전극(24)과 공작물(20) 사이의 거리에 비례한다. 즉, 전극(24)이 공작물(20)을 향하여 움직일 때, 전압 감지 와이어(36)에 의해 측정된 전압은 감소할 것이다. 마찬가지로, 전극(24)이 공작물(20)로부터 멀리 움직일 때, 전압 감지 와이어(36)에 의해 측정된 전압은 증가할 것이다.
도면에 도시된 원격 펜던트(16)는 시스템(10)의 작동 모드를 시프트하고 선택하기 위한 모드 선택 버튼(46a, 46b, 46c)들을 포함한다. 작동 모드 및 다른 파라미터들은 디스플레이 스크린(48) 상에 디스플레이된다. 도면에 도시된 원격 펜던트(16)는 트랙터 시스템(42)을 통하여 토치 헤드(14)의 위치를 조정하기 위한 이동 버튼(52)과, 토치 헤드(14)에 비례하여 전극(24)을 이송 또는 후퇴하기 위한 조그 버튼(54a, 54b)들을 또한 포함한다. 도면에 도시된 원격 펜던트(16)는 시스템(10)의 작동 모드 및/또는 작동 설정을 조정하기 위한 로터리 다이얼(58)을 추가로 포함한다.
작동 동안, 시스템(10)의 다양한 부품들은 상이한 축들을 따라서 서로 비례하여 움직일 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 시스템(10)에서: 토치 헤드(14)는 트랙터 시스템(42)을 통하여 공작물(20)에 비례하여 움직일 수 있으며; 공작물(20)은 취부구(22)를 통하여 토치 헤드(14)에 비례하여 회전할 수 있으며; 전극(24)은 모터(41)를 통하여 공작물(20)을 향하거나 또는 공작물로부터 멀리 움직일 수 있다(도 4, 도 5).
표준 작동 모드
작업자가 원활하고, 비교적 또는 완전히 일정한 표면을 가진 공작물의 표면을 다듬기 위하여 시스템(10)을 사용하도록 원할 때, 그/그녀는 표준 작동 모드로 시스템을 작동시키도록 원할 수 있다. 표준 작동 모드에서, 토치 헤드(14) 또는 취부구(22)는 일정한 희망 진행 속도(desired rate of travel)로 움직이며, 컨트롤 박스(12)는 공작물(20)에서의 희망 전압(desired voltage)을 유지한다.
공작물(20)이 편평하면, 작업자는 공작물(20)을 가로지르는 희망 진행 속도로 트랙터 시스템(42)을 설정할 수 있다. 공작물(20)은 트랙터 시스템(42)과 토치 헤드(14)가 직선으로 공작물(20)을 가로질러 움직임으로써 적소에 고정된다.
공작물(20)이 둥글면, 작업자는 공작물 주위에 동심 링들을 생성하도록 취부구(22)를 연속하여 회전시킬 수 있다. 이러한 공정에서, 트랙터 시스템(42) 및 토치 헤드(14)는 일정한 위치에서 유지되지만, 취부구(22)와 공작물(20)은 동심 링을 생성하도록 회전한다. 링이 다듬어진 후에, 작업자는 아크 발생을 멈추고, 다음의 링의 위치를 결정하도록 공작물의 축을 따라서 토치 헤드(14)를 횡으로 움직일 수 있다.
공작물(20)이 둥글거나 또는 편평한지에 관계없이, 시스템이 표준 작동 모드로 작동될 때, 작업자는 희망 전압으로 컨트롤 박스(12)를 설정하고, 모터(41)는 전압 감지 와이어(36)에서 작업자-지정 전압을 유지하도록 공작물(20)을 향하거나 또는 공작물로부터 멀리 전극(24)을 움직이도록 자동으로 작동된다. 예를 들어, 조정 노브(58)를 사용하는 것에 의해, 시스템(10) 작업자는 목표 전압 및 희망 전압 범위를 컨트롤 박스(12) 내로 입력한다. 추가적인 예로서, 시스템 작업자는 +/- 0.5V의 범위를 가진 40V의 희망 전압에서 도 1에 있는 시스템(10)을 작동시키도록 선택할 수 있다. 시스템(10)이 작업자 지정 전압을 유지하도록 구성될 때, 아크 강도 및 공작물(20)로부터 제거된 재료의 양은 공작물(20)의 편평하거나 또는 일정한 부분들 전체에 걸쳐서 일정하거나 또는 실질적으로 일정하다.
트랙터 시스템(42)의 횡단 속도 또는 취부구(22)의 회전 속도 및 공작물(20)에서의 희망 전압과 같은 희망 설정을 선택한 후에, 작업자는 스타트 버튼(50)을 눌러서, 아크가 전극과 공작물(20) 사이에서 형성되도록 전류를 용접 전원 공급장치(25)로부터 전극(24)으로 진행시킨다. 작업자가 정지 버튼(56)을 누르면, 전류는 더 이상 용접 전원 공급장치(35)로부터 전극(24)으로 흐르지 않게 되고, 전극(24)과 공작물(20) 사이에서 아크 발생은 중단될 것이다.
아크의 전압, 그러므로 재료가 공작물(20)로부터 제거되는 속도가 전극(24)의 말단 팁과 공작물(20) 사이의 거리에 의존하기 때문에, 작업자가 시스템(10)의 사용을 시작하기 전에, 공작물(20)이 편평한, 비교적 평평한, 원활한, 및/또는 그렇지 않으면 일정한 표면이었으면, 표준 작동 모드는 편평한, 비교적 평평한, 원활한, 및/또는 그렇지 않으면 일정한 표면을 생성하는데 효과적이다. 그러나, 표준 작동 모드를 사용하는 작업자는 공작물(20)의 표면에 있는 불규칙한 부분을 감소시키는데 어려움을 가질 수 있다. 특히, 컨트롤 박스가 표준 작동 모드 동안 공작물(20)과 전극(24) 사이에 일정한 거리를 유지하기 때문에, 전극(24)은 표면의 불규칙한 부분을 감소시키는 대신에 이를 추적하고 가능하게 과장하는 경향이 있을 것이다.
도 8은 취부구(22)와 전극(24)에 위치된 공작물(20)의 단면도이다. 공작물(20)은 하드페이싱이 깎이거나 또는 마모된 함몰부(62) 외에 공작물(20)의 원주 주위의 대체로 일정한 두께를 가지는 하드페이싱된 부분을 포함한다. 시스템(10)이 도 8에 도시된 바와 같이 공작물(20) 상에서 표준 작동 모드로 작동하면, 시스템은 작업자의 입력에 기초하여 특정 깊이까지 하드페이싱을 제거할 것이다. 예를 들어, 시스템(10)은 점선(64)으로 도시된 바와 같은 깊이까지 하드페이싱을 제거하도록 희망 전압 설정을 가질 수 있다.
표준 작동 모드로 작동하는 시스템이 대체로 전극(24)의 말단 단부(66)와 가공되는 공작물(20)의 부분 사이의 일정한 거리에 남을 것이기 때문에, 점선(64)은 공작물(20)의 일정한 지름 부분들 주위에 비교적 원활하고 일정하게 유지할 것이다. 그러나, 전극(24)이 함몰부(62)에 접근할 때, 전극은 함몰부(62) 내로 하향하여 움직이고 이로부터 재료를 제거하는 것에 의해 함몰부(62)를 추적할 것이다. 그 결과, 가공후 함몰부는 본래의 함몰부(62)보다 더욱 깊고 커질 수 있다.
수동 교정 모드
또 다른 이러한 작동 모드, 수동 교정 모드는 표준 작동 모드와 동일하게 작동하지만, 공작물(20)의 표면에 있는 불규칙한 부분을 최소화하거나 또는 제거하도록 시스템(10) 작업자가 모터(41)를 오버라이딩하도록(override) 허용한다. 예를 들어, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 원격 펜던트(16)는, 모터를 정지시키고 러프 버튼(68, rough button)이 눌려진 동안 전극(24)이 공작물(20)을 향해 움직이는 것을 방지하기 위한 러프 버튼(68)을 포함한다. 모터(41)가 정지될 때, 전극(24)이 소모됨으로써 전극(24)은 더 이상 앞으로 움직이지 않는다. 이 시간 동안, 공작물(20)에서의 전압은 0으로 강하한다.
예를 들어, 시스템 작업자가 러프 버튼(68)을 누를 때, 원격 펜던트(16)는 무선 또는 유선 신호일 수 있는 신호(70)를 통하여 컨트롤 박스(12)에 전기 신호를 전송한다. 컨트롤 박스(12)는 차례로 러프 버튼(68)이 눌려진 한 전극(24)이 공작물(20)을 향하거나 또는 공작물로부터 멀리 움직이는 것을 방지하도록 모터(41)를 무력화한다. 전극(24)이 함몰부(62) 또는 다른 표면의 불규칙한 부분을 정리하면(clear), 작업자는 바람직하게 러프 버튼(68)을 해제할 것이고, 모터(41)는 재결합하고 일정하거나 실질적으로 일정한 깊이에서 표면 다듬기 공정을 재개할 것이다.
도 8을 다시 참조하여, 시스템 작업자는 전극(24)이 함몰부(62)의 선단 가장자리(72)에 도달하기 바로 전에 러프 버튼(68)을 최적으로 누르게 되고, 이에 의해 전극(24)이 함몰부(62)로부터 움직이는 것을 방지하고 표면의 불규칙한 부분을 추적한다. 그런 다음, 시스템 작업자는 전극(24)이 함몰부(62)의 후미 가장자리(74)에 도달하기 바로 전에 러프 버튼(68)을 최적으로 해제하게 되고, 이에 의해 표면 다듬기 공정을 재개한다.
수동 교정 모드로 시스템(10)을 작동시킬 때, 작업자는 바람직하게 적절한 보호 안경 또는 반투명 또는 투명 차폐물을 통하거나 작동 시스템으로부터 안전 거리에 있는 비디오 디스플레이의 도움을 통하여 공작물(20)을 보는 것에 의해 공작물(20)과의 시각 접촉(visual contact)을 유지한다. 어떠한 경우에도, 작업자가 시스템으로부터 안전 거리를 유지하고 용접 및/또는 표면 다듬기 공정을 위한 모든 다른 적절한 안전 프로토콜을 따르는 것은 반드시 해야 한다.
자동 교정 모드
여전히 또 다른 작동 모드, 자동 교정 모드는 수동 교정 모드와 동일하게 작동하지만, 전극(24)이 공작물(20) 상의 표면의 불규칙한 부분에 접근할 때 시스템(10)은 모터(41)를 자동으로 정지시킨다. 도 1에 도시된 수평 위치선정 컨트롤(18)은 바람직하게 표면의 불규칙한 부분을 검출하기 위한 접촉 및/또는 비접촉 센서 또는 다른 디바이스를 포함한다. 수평 위치선정 컨트롤(18)이 불규칙한 부분을 검출할 때, 컨트롤 박스(12)는 전극(24)이 표면의 불규칙한 부분의 선단 가장자리에 도달할 때 모터(41)를 자동으로 정지시키고, 전극(24)이 표면의 불규칙한 부분의 후미 가장자리에 도달할 때 표면 다듬기 공정을 재개한다. 수동 교정 모드에 의한 것과 같이, 모터(41)가 정지될 때, 전극(24)이 소모됨으로써 전극(24)은 더 이상 앞으로 움직이지 않으며, 그 결과, 토치 헤드(14)는 아크 발생을 중단한다.
접촉 센서의 경우에, 수평 위치선정 컨트롤(18)은 토치 헤드(14)에 대한 진행 방향을 따라서 측정될 때 바람직하게 전극의 정면에 위치된 스타일러스(stylus) 또는 다른 물리적 디바이스를 포함할 수 있다. 스타일러스 또는 다른 물리적 디바이스는 스프링 적재될 수 있거나 또는 그렇지 않으면 그 표면을 추적하도록 공작물의 표면에 대해 법선 방향으로 움직이는데 자유로울 수 있다. 추가적으로, 스타일러스 또는 다른 물리적 디바이스는 스타일러스 또는 다른 물리적 디바이스가 용융 금속에 의해 손상될 가능성을 감소시키도록 토치 헤드(14)에 대한 진행 방향을 따라서 측정될 때 전극의 정면에서 최소 정리 거리(minimum clearance distance)에 위치될 수 있다. 이러한 경우에, 전극(24)과 스타일러스 또는 다른 물리적 디바이스 사이의 거리는 바람직하게 비교적 일정하고, 상기 거리는 컨트롤 박스(12)가 스타일러스 또는 다른 물리적 디바이스의 위치에 기초하여 전극의 위치를 결정할 수 있도록 컨트롤 박스(12) 내로 입력된다. 추가적으로, 시스템(10)이 "진공 탄소 공기 금속 제거 공정 및 장치"라는 명칭의 미국 특허 제4,797,528호에 개시된 시스템, 장치, 및 공정과 같은, 용융 금속을 제거하기 위한 진공 시스템을 포함하면, 시스템은 접촉 센서가 용융 금속에 의해 손상되거나 파괴될 가능성을 감소시키고 및/또는 접촉 센서의 성능을 개선할 수 있다.
비접촉 센서의 경우에, 수평 위치선정 컨트롤(18)은 공작물(20)의 표면 상의 불규칙한 부분을 검출하기 위한 레이저, 광 디바이스, 또는 다른 비접촉 센서를 포함할 수 있다. 비접촉 센서는 토치 헤드(14)에 대한 진행 방향을 따라서 측정될 때 바람직하게 전극의 정면에 있는 위치를 목표로 한다. 추가적으로, 비접촉 센서의 물리적 부품은 스타일러스 또는 다른 물리적 디바이스가 용융 금속에 의해 손상될 가능성을 감소시키도록 전극의 말단 단부로부터 최소 정리 거리에 위치될 수 있다. 접촉 센서와 함께 상기된 바와 같이, 진공 시스템은 비접촉 센서의 성능 및/또는 부품 수명을 개선할 수 있다.
전압 또는 암페어 및 일정한 진행 속도를 유지하는 것에 의하여, 공작물(20)에서 시스템(10)에 의해 행성된 그루브는 0.025" (0.635㎜)의 목표 깊이 내에서와 같이 매우 정밀할 수 있다.
시스템은 전극(24)의 중단되지 않는 이송을 제공하도록 서로 짝을 이루는 전극(24)들과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 비제한된 깊이의 그루브들을 만들기 위하여 테이퍼진 수형 및 암형 단부들을 구비한 Arcair® Jointed Jetrod Electrodes과 함께 사용될 수 있다.
전극 사이즈, 희망 깊이, DC 전류, 진행 속도, 및 다른 시스템 파라미터들과 같은 정보는 원격 펜던트(16) 또는 컨트롤 박스(12)에 있는 마이크로프로세서에 저장될 수 있으며, 원격 펜던트(16) 상의 디스플레이 스크린(48)을 통하여 시스템 작업자에게 디스플레이될 수 있다. 다음의 표는 전극 사이즈, 희망 깊이, DC 전류, 및 진행 속도를 선택하기 위하여 사용될 수 있는 예시적인 정보를 제공한다.
전극 지름 희망 깊이 DC 전류 분 당 진행 속도
인치 ㎜ 인치 ㎜ 암페어 인치 ㎜
5/16 7.9 1/8 3.2 400 65 1651
5/16 7.9 3/16 4.8 400 45 1143
5/16 7.9 1/4 6.4 450 36 914
5/16 7.9 5/16 7.9 450 33 838
5/16 7.9 7/16 11.1 500 22.5 572
3/8 9.5 1/8 3.2 500 70 1778
3/8 9.5 3/16 4.8 500 44 1118
3/8 9.5 1/4 6.4 500 35 889
3/8 9.5 3/8 9.5 500 20 508
3/8 9.5 9/16 14.3 500 17.5 445
1/2 12.7 1/8 3.2 850 96 2438
1/2 12.7 1/4 6.4 850 57 1448
1/2 12.7 3/8 9.5 850 35 889
1/2 12.7 1/2 12.7 850 24 610
1/2 12.7 3/4 19.1 850 17.5 445
5/8 15.9 1/4 6.4 1250 72 1829
5/8 15.9 3/8 9.5 850 48 1219
5/8 15.9 1/2 12.7 850 37 940
5/8 15.9 5/8 15.9 850 30 762
5/8 15.9 15/16 23.8 850 19.5 495
3/4 19.1 1/4 6.4 1400 72 1829
3/4 19.1 3/8 9.5 1400 42 1068
3/4 19.1 1/2 12.7 1400 34 865
3/4 19.1 5/8 15.9 1400 27 687
3/4 19.1 3/4 19.1 1400 22 560
3/4 19.1 1 1/8 28.6 1400 13 330
원격 펜던트(16) 및/또는 컨트롤 박스(12)에 있는 마이크로프로세서는 표면 다음기 진행 시간, 작동 파라미터들, 저전압 셧다운 이벤트, 및 문제를 진단하고 바로 잡는데 유용할 수 있는 다른 정보와 같은 시스템 진단 데이터를 또한 기록할 수 있다. 저전압 셧다운 이벤트는 시스템에 대한 잠재적 손상을 최소화하거나 또는 감소시키도록 시스템(10)에 공급된 전압이 28V 아래로 강하할 때 일어난다.
대안적인 실시예에서, 펜던트는 무선 연결을 통하여 컨트롤 박스(12)에 작동적으로 연결된다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 펜던트는 컨트롤 박스(12)에 장착되거나 또는 펜던트 컨트롤은 컨트롤 박스(12)에 내장된다.
또 다른 대안적인 실시예에서, 시스템은 상기된 바와 같이 일정한 전압을 유지하는 대신에 공작물에서 일정한 전류를 유지하는 것에 의해 작동된다.
본 발명이 예들로서 기술되고 예시된 실시예로 한정되지 않는다는 것을 유념하여야 한다. 매우 다양한 변경들이 기술되었으며, 많은 부분이 당업자가 알고 있는 일부이다. 이것들 및 추가의 변경들 뿐만 아니라 기술적 등가물에 의한 임의의 대체가 본 발명 및 본 특허의 보호 범위로부터 벗어남이 없이 상세한 설명 및 도면에 추가될 수 있다.

Claims (14)

  1. 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 공기-탄소 아크 시스템으로서,
    컨트롤 박스;
    상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 아크를 발생시키기 위해 상기 공작물과 전극이 협력하도록 구성되는 토치 헤드;
    상기 공작물을 향하거나 또는 멀어지도록 상기 전극을 전진 또는 후퇴시키는 모터;
    상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 상기 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 수단을 가진 펜던트 및
    상기 공작물 표면이 상기 토치 헤드에 대한 진행방향을 따라서 측정될 때 상기 전극의 전면에서 상기 전극의 말단 단부로부터 설정된 거리에 위치하면서, 상기 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출하기 위한 비접촉 센서를 포함하는 수평 위치선정 컨트롤에 있어서,
    상기 공작물의 불규칙한 부분을 검출하는 상기 비접촉 센서에 대응하여, 상기 컨트롤 박스는 상기 전극이 상기 표면의 불규칙한 부분의 선단 가장자리에 도달할 때 상기 모터를 자동적으로 정지시키고, 상기 전극이 상기 표면의 불규칙한 부분의 후미 가장자리에 도달할 때 자동적으로 표면 다듬기 공정을 재개하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 공작물에서 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 수단은 상기 모터를 정지시키고 상기 모터가 상기 공작물을 향하여 또는 상기 공작물로부터 멀리 상기 전극을 전진 또는 후퇴하는 것을 방지하기 위한 작업자 입력을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 공작물에서 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 수단은 상기 모터를 정지시키고 상기 모터가 상기 공작물을 향하여 또는 상기 공작물로부터 멀리 상기 전극을 전진 또는 후퇴하는 것을 방지하기 위한 자동 작동을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 시스템은 상기 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출하기 위한 접촉 센서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 접촉 센서는 스타일러스를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 비접촉 센서는 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 펜던트는 시스템 파라미터 정보를 저장하기 위한 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 펜던트는 상기 시스템 파라미터 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 시스템 작동 정보를 저장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 펜던트는 상기 시스템 작동 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 시스템.
  13. 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 공기-탄소 아크 장치로서,
    컨트롤 박스;
    상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 아크를 발생시키기 위해 상기 공작물과 전극이 협력하도록 구성되는 토치 헤드;
    상기 공작물을 향하거나 또는 멀어지도록 상기 전극을 전진 또는 후퇴시키는 모터;
    상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고 상기 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 수단을 가진 펜던트 및
    상기 공작물 표면이 상기 토치 헤드에 대한 진행방향을 따라서 측정될 때 상기 전극의 전면에서 상기 전극의 말단 단부로부터 설정된 거리에 위치하면서, 상기 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출하기 위한 비접촉 센서를 포함하는 수평 위치선정 컨트롤에 있어서,
    상기 공작물의 불규칙한 부분을 검출하는 상기 비접촉 센서에 대응하여, 상기 컨트롤 박스는 상기 전극이 상기 표면의 불규칙한 부분의 선단 가장자리에 도달할 때 상기 모터를 자동적으로 정지시키고, 상기 전극이 상기 표면의 불규칙한 부분의 후미 가장자리에 도달할 때 자동적으로 표면 다듬기 공정을 재개하는 것을 특징으로 하는 공기-탄소 아크 장치.
  14. 공작물 표면의 불규칙한 부분을 제거하기 위한 방법으로서,
    공작물 표면으로부터 재료를 제거하도록, 컨트롤 박스, 전극을 가지며 상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되고, 아크를 발생시키기 위해 상기 공작물과 협력하도록 구성되는 토치 헤드, 상기 공작물을 향하거나 또는 멀어지도록 상기 전극을 전진 또는 후퇴시키는 모터, 상기 컨트롤 박스에 작동적으로 연결되는 펜던트 및 상기 공작물 표면이 상기 토치 헤드에 대한 진행방향을 따라서 측정될 때 상기 전극의 전면에서 상기 전극의 말단 단부로부터 설정된 거리에 위치하면서, 상기 공작물 표면의 불규칙한 부분을 검출하기 위한 비접촉 센서를 포함하는 수평 위치선정 컨트롤을 포함하는 공기-탄소 아크 시스템을 작동시키는 단계;
    공작물에서의 전압을 측정하는 단계;
    상기 공작물에서의 전압을 실질적으로 일정하게 유지하도록 상기 공작물 표면에 대하여 상기 전극의 위치를 제어하는 단계; 및
    상기 공작물 표면의 불규칙한 부분이 비접촉 센서에 의해 검출될 때 상기 전극이 소모됨으로써 더 이상 전진하지 않도록 상기 전극의 위치를 제어하는 상기 모터를 자동적으로 정지시키며, 상기 공작물의 불규칙한 부분을 검출하는 상기 비접촉 센서에 대응하여, 상기 컨트롤 박스는 상기 전극이 상기 표면의 불규칙한 부분의 선단 가장자리에 도달할 때 상기 모터를 자동적으로 정지시키고, 상기 전극이 상기 표면의 불규칙한 부분의 후미 가장자리에 도달할 때 자동적으로 표면 다듬기 공정을 재개하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작물 표면의 불규칙한 부분을 감소시키기 위한 방법.
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