KR102046611B1 - 티그용접기용 용가재 송급기구 - Google Patents

티그용접기용 용가재 송급기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 티그용접기용 용가재 송급기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 티그용접에 사용되는 용가재가 그 단면모양이 C형 또는 원형일 경우에도 용접불량이 없이 동일한 효과로 용접이 수행될 수 있도록 하고, 정확하면서도 연속적으로 용가재의 공급이 가능하도록 한 티그용접기용 용가재 송급기구에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 티그용접기용 용가재 송급기구에 의하면 가이드프론트에 의해서 용가재가 용접부위까지 정확히 전달되고, 스프링작용이 발생할 때에도 가이드프론트의 하단(출구)쪽은 완전히 잡아줄 수 있어서 용가재의 끝단은 영향을 받지 않아서 용접불량이 발생하지 않고, C형 용가재가 용접부위에 투입될 때 가이드프론트에 완전히 가이드되어 정확한 각도로 아크에 투입되므로 실드가스의 흐름을 방해하지 않아서 용접불량이 발생하지 않으며, 가이드프론트에 의해서 아크 근방에 정확하고 원활하게 송급되어 용접불량이 발생하지 않고, 원형 용가재로 C형 용가재의 효과를 충분히 낼 수 있기 때문에 용가재의 비용을 상승시키지 않으면서도 용접의 효과를 극대화시킬 수 있는 등의 효과가 발생한다.

Description

티그용접기용 용가재 송급기구{FILLER FEEDING DEVICE FOR TIG WELDING MACHINE}
본 발명은 티그용접기용 용가재 송급기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 티그용접에 사용되는 용가재가 그 단면모양이 C형 또는 원형일 경우에도 용접불량이 없이 동일한 효과로 용접이 수행될 수 있도록 하고, 정확하면서도 연속적으로 용가재의 공급이 가능하도록 한 티그용접기용 용가재 송급기구에 관한 것이다.
일반적으로 발전설비, 해양플랜트 또는 석유화학 플랜트의 배관설비 등에는 저급재료인 탄소강이 주로 사용되고, 그 내면에 스테인리스강이나 니켈합금 등의 고강도의 내열성, 내구성, 내부식성 등의 성질을 가진 이종 금속으로 일정두께 덧살용접을 실시하여 사용한다.
이러한 덧살용접을 보통 육성용접이라 하는데 매우 취약한 환경에서 재료적 성질이 약한 금속이 사용될 때 금속 표면을 용접으로 코팅하여 내부식성, 내구성, 내마모성, 강도 등의 성질을 향상시키는 방법으로 비교적 낮은 단가로 높은 기계적, 화학적 특성을 얻을 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다.
상기와 같은 육성용접을 위한 많은 자동화 장치들이 개발되어 사용되고 있는데, 대한민국 특허청 등록특허공보 제909596호, 제383014호 등에 개시된 바 있다.
상기 육성용접 중 주로 티그용접(TIG(Tungsten Inert Gas) Welding)이 많이 사용되는데, 티그용접이란 비소모성 텅스텐 용접봉과 모재간의 아크열에 의해 모재를 용접하는 방법으로 용접부 주위에 불활성가스를 공급하면서 텅스텐전극봉과 모재와의 사이에 아크를 발생시켜 용접하는 원리이다.
상기 티그용접은 용접부의 기계적 성질과 내부식성이 우수하며 작업환경이 청결하다는 장점이 있지만, 생산성이 낮다는 큰 문제점이 있다.
상기 티그용접의 생산성을 높이기 위해서는 전류를 높이고 용접속도를 증가 시켜야하지만 대전류를 사용하게 되면 아크 압력에 의한 강한 아크력에 의해 용융지 표면에 심한 압입현상이 생기며, 언더컷, 험핑비드, 그리고 분리비드와 같은 용접결함이 발생하게 되고, 대전류 아크의 경우 모재의 용입이 깊어져 모재와 용가재의 희석률이 증가하여 용접비드의 높이를 높게 하여야 화학성분의 요구치를 만족할 수 있으므로 용접원가가 비싸진다.
또한, 용착속도를 높여 생산성을 향상시키기 위해서는 와이어 송급 속도를 높여야 하지만 이는 1.0mm 또는 1.2 mm의 가는 와이어를 사용할 경우 높은 와이어 송급속도로 인해 아크열을 흡수할 수 있는 시간적 여유가 부족하고, 가는와이어를 고속으로 송급하면 횡진동이 심해져 아크중심에서 어긋나기 쉬워지고 이 경우 조금만 와이어가 어긋나게 송급되어도 용융되지 못하고 용융풀 밖으로 빠져나와 미용융 와이어가 형성된다.
미용융 와이어가 생길 경우 용접이 중단되어 생산성이 낮아지므로 현장에서는 충분히 높은 전류를 공금하여 용접하게 된다.
특히 플라즈마 스트림이론에 의하면 가는 와이어는 용접아크의 중심부에 형성되는 높은 아크압력과 열유속이 모재로 유입되는 것을 차단하는 면적이 좁기 때문에 가는 와이어 주변으로 유입되는 열유속으로 인해 모재의 용입이 깊어져 희석률이 증가하고 이에 따라 비드높이를 높게 하여야만 합금성분의 요구치를 만족할 수 있어서 용접원가가 높아진다.
최근에는 동일한 아크로 용가재를 많이 녹일 수 있도록 주로 원형단면으로 생상되던 것을 최근에는 용융의 양을 증가시키면서도 균일하게 용융될 수 있도록 단면형상이 'C'자 형태로 형성되는 용가재(이하, 'C형 용가재'라 함)가 제공되고 있다.
종래의 C형 용가재에 대한 기술은 대한민국공개특허공보 제2017-0051608호의 용접용 용가재(이하, '종래문헌'이라 함)로 공개되어 있다.
그러나, 종래와 같이 용접용 용가재를 사용하여 티그용접을 할 때에는 다음과 같은 문제점이 있었다.
(1) 단면이 원형 형태의 용가재 즉, 원형 용가재일 경우 용접부에서 용융되는 양이 한정적이어서 많은 양의 용가재를 녹이기가 어려워 용접의 속도와 질이 떨어진다.
(2) 스프링라이너 내부에서 C형 용가재가 빠져나가서 대롱을 거쳐 가이드 프런트 내를 통과 할 때 C형 용가재의 품질불량으로 인해 송급 불안정이 생길 경우 스프링라이너가 횡방향으로 굽혀진 후 되돌아 올 때 튀는 현상 즉 스프링작용이 발생하여 C형 용가재가 일시적으로 급하게 송급되어 미용융 상태로 용융지에 돌진하는 현상 때문에 용접불량이 발생한다.
(3) 용가재의 투입이 실드가스의 토출방향과 어긋나거나 송급각도가 잘 맞지 않은 상태로 아크에 투입될 경우 실드가스의 흐름에 방해를 줄 수 있어서 실딩(shielding)이 제대로 되지 않아서 기공발생 등 용접불량이 발생할 수 있다.
(4) C형 용가재는 단면을 'C'자 형상으로 형성하기 위한 가공비가 용가재의 비용을 상승시킨다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 티그용접이 가능하도록 하는 용접전원과; 상기 용접전원에 용접케이블로 연결되는 손잡이가 형성되고, 상기 손잡이에 수직되게 내부에 토치가 내삽되는 용접토치헤드가 형성되며, 상기 용접토치헤드의 하부에 실드가스노즐이 부착되는 일반적인 티그용접기에 부착되되,
상기 용접토치헤드의 하단주연부에 형성되고, 측면에 사각형상으로 파진 고정홈이 형성되는 제2노즐과;
상기 제2노즐의 고정홈에 끝단이 삽입되고, 타단이 상기 제2노즐의 끝단과 맞도록 고정되며, 전체 길이에 걸쳐 일정 곡률반경으로 휘어져 고정되고, 내부에는 전체길이에 동일한 곡률반경(R)로 휘어져서 용가재가 통과할 수 있도록 내부홀이 형성된 가이드프론트로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 내부홀은 원형의 단면을 가진 다수개의 용가재를 일정각도록 송급될 수 있도록 하여 단면의 형상에 관계없이 용가재가 잘 용융될 수 있도록 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 티그용접기용 용가재 공급기구에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.
(1) 가이드프론트에 의해서 용가재가 용접부위까지 정확히 전달되고, 스프링작용이 발생할 때에도 가이드프론트의 하단(출구)쪽은 완전히 잡아줄 수 있어서 용가재의 끝단은 영향을 받지 않아서 용접불량이 발생하지 않는다.
(2) C형 용가재가 용접부위에 투입될 때 가이드프론트에 완전히 가이드되어 정확한 각도로 아크에 투입되므로 실드가스의 흐름을 방해하지 않아서 용접불량이 발생하지 않는다.
(3) 가이드프론트에 의해서 아크 근방에 정확하고 원활하게 송급되어 용접불량이 발생하지 않는다.
(4) 원형 용가재로 C형 용가재의 효과를 충분히 낼 수 있기 때문에 용가재의 비용을 상승시키지 않으면서도 용접의 효과를 극대화시킬 수 있다.
도 1은 종래의 C형 용가재의 형상을 나타낸 단면도(도면부호는 종래의 종래문헌에 사용된 것으로 본 명세서에서는 설명하지 않음).
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 설치사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 상부에서 바라본 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 하부에서 바라본 평면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 가이드프론트의 단면사시도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 제2노즐의 단면도 및 평면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 고정몸체의 사시도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 가이드프론트의 상부면과 하부면을 나타낸 도면(내부홀이 3구).
도 9은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 가이드프론트의 상부면과 하부면을 나타낸 도면(내부홀이 2구).
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 내부홀이 3구일 경우에 하면에 각 외주연이 형성되는 각도를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 상부고정가이드의 평면도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예로 형성되는 티그용접기용 용가재 공급기구의 상부고정가이드의 측면도.
본 발명은 티그용접이 가능하도록 하는 용접전원과; 상기 용접전원에 용접케이블로 연결되는 손잡이(30)가 형성되고, 상기 손잡이(30)에 수직되게 내부에 토치가 내삽되는 용접토치헤드(20)가 형성되며, 상기 용접토치헤드(20)의 하부에 실드가스노즐(22)이 부착되는 일반적인 티그용접기에 부착되되,
상기 용접토치헤드(20)의 하단주연부에 형성되고, 측면에 사각형상으로 파진 사이드홈(220)이 형성되는 제2노즐(200)과;
상기 제2노즐(200)의 사이드홈(220)에 끝단이 삽입되고, 타단이 상기 제2노즐(200)의 끝단과 맞도록 고정되며, 전체 길이에 걸쳐 일정 곡률반경(R)으로 휘어져 고정되고, 내부에는 전체길이에 동일한 곡률반경(R)로 휘어져서 용가재가 통과할 수 있도록 내부홀(150)이 형성된 가이드프론트(100)로 구성된다.
상기 티그용접기는 불활성가스를 공급하고 전기를 공급하는 용접전원부가 형성되고, 가운데에 텅스텐으로 형성되는 토치(25)가 형성되고 불활성가스가 토치 주변으로 배출될 수 있도록 하는 용접토치헤드(20)가 형성되며, 상기 용접토치헤드(20)의 하단에는 실드가스노즐(22)이 구성된다.
상기 티그용접기의 용접토치헤드(20)는 손잡이(30)가 형성되고, 상기 손잡이(30)에 수직하게 부착되어 구성된다.
상기 용접토치헤드(20)는 원형으로 형성되고, 내부에는 불활성가스가 형성되며, 가운데에는 토치(25)가 내삽된다.
상기 용접토치헤드(20)의 하단 주연부에는 제2노즐(200)이 형성되는데, 상기 제2노즐(200)은 가운데에 용접토치헤드(20)가 삽입될 수 있도록 제2노즐홀(210)이 형성된다.
상기 제2노즐(200)의 내벽은 일측은 두껍게 형성되고, 타측은 일측보다 얇게 형성되는데, 두껍게 형성되는 부분에는 사각형태로 파진 사이드홈(220)이 형성된다.
상기 사이드홈(220)은 용접토치헤드(20)의 측면 두꺼운 벽에 파져서 형성되는데, 상부는 경사면(221)을 따라서 파지고, 후방에는 제2노즐홀(210)과 연통되도록 개방홀(225)이 형성된다.
상기 가이드프론트(100)는 일정한 곡률(R)을 가지는 사각형태의 관형상으로 형성되고, 내부에는 내부홀(150)이 형성된다.
상기 가이드프론트(100)의 사각형상의 상면(152)과 하면(151)에는 각각 다수개의 원형 또는 C타입의 용가재가 삽입공급되는 내부홀(150)이 상면(152)과 하면(151)을 관통하여 형성된다.
상기 내부홀(150)은 'C'형상의 확대관형태, 2개의 원형확대관 형태 또는 3개의 원형확대관형태로 형성되고, 가이드프론트(100)의 상면(152)에서 하면(151)으로 갈수록 직경이 작아지면서 모아져서 형성된다.
상기 가이드프론트(100)의 상면(152)과 하면(151)에 형성되는 다수개의 원형 또는 C형은 동일한 개수로 형성되는데, 하면(151)에 형성되는 원형 또는 C형의 모양은 실제 용가재(50)의 외주연과 일치하도록 형성된다.
또한, 상면(152)에 형성되는 원형 또는 C형의 모양은 실제 용가재(50)의 외주연보다 각각 크게 형성되어 서로 연결된다.
즉, 상면(152)의 홀들과 하면(151)의 홀들은 직경이나 크기가 점점 줄어들면서 파져서 내부홀(150)을 이루게 된다.
상기 가이드프론트(100)의 상부주연부를 고정하는 고정몸체(300)가 형성될 수 있는데, 상기 고정몸체(300)의 상단에는 원형의 홀이 형성되고, 하단에는 사각형태의 고정몸체홀(312)이 형성된다.
상기 고정몸체(300)의 주연부에는 얇은 철판띠 형상의 상부고정구(250)기 용접토치헤드(20)의 주연부까지 연결되어 나사고정 된다.
상기 가이드프론트(100)는 주연부를 감싸면서 제2노즐(200)의 측면까지 얇은 철판띠 형상의 하부고정구(252)를 활용하여 나사로 고정될 수 있다.
상기 가이드프론트(100)의 내부홀(150)은 다양한 형상의 단면을 가질 수 있는데, 도 1과 같이 C형 용가재가 삽입되도록, C형으로 형성되거나, 도 9와 같이 원형의 용가재 2개가 삽입되도록 상면(152)과 하면(151)에 각각 한 쌍의 원형의 홀이 연결되어 파져서 형성된다.
상기 원형 용가재를 3개를 사용하는 것은 용융 속도와 양이 월등히 높은 C형용가재의 장점과, 용가재를 특별히 가공하지 않아도 되는 장점이 있다.
상기 원형 용가재 3개를 한꺼번에 사용하기 위해서는 도 8과 같이 상면(152)과 하면(151)의 에 각각 3개의 홀이 형성되고, 이것이 내부에서 일정한 곡률(R)을 따라서 서로 연결되도록 파진다.
그런데, 하면(151)에 파지는 3개의 홀은 가운데를 중심으로 접촉하는 2개의 홀과 만나는 접점에서 가운데홀과 만나는 접선들에 의해서 생기는 가장 효율적이면서 효과적인 각도(이하, '사이각'이라 함)는 각각의 용가재의 배치에 따라서 다르게 나타난다.
따라서, 하면에 각 홀들이 이루는 사이각은 도 10과 같이 직용가재의 직경이 1mm일 때 각도가 29°, 47°, 39°, 60°, 64°,74°, 84° 또는 106°가 되는 것이 적당한다.
상기 가이드프론트(10)을 장착하기 위해서는 가이드프론트(100)의 안쪽부분(오목한 부분)이 제2노즐(200)의 경사면(221)에 접촉하도록 삽입한다.
상기한 것과 같이, 일단 원형 용가재는 스프링현상이 없어서 튀는 현상이 없어지고, 이러한 원형 용가재를 다수개를 사용할 수 있어서, C형 용가재의 장점을 그대로 활용할 수 있다.
또한, C형 용가재를 가공하기 위해서 드는 비용을 줄일 수 있어서 생산단가를 현저히 낮추게 된다.
상기 고정몸체(300)의 상부에는 스프링관 형상의 스프링라이너(400)가 형성되는데, 상기 스프링라이너(400)의 하단 끝단은 고정몸체(300)의 하단에 삽입되는 가이드프론트(100)의 상면(152)에 닿아서 결합될 수 있도록 형성된다.
상기 실드가스노즐(22)의 상부쪽에는 실드가스노즐(22)의 주연부를 감싸서 고정되고, 후방에 상부고정너트(501)가 형성되며, 전방에는 2개가 나란하게 돌출된 간격조절너트(505)가 형성되고, 간격조절너트(505)의 전방에 가운데에 가이드프론트삽입부(520)가 형성되는 간극조절가이드(510)가 형성된 상부고정가이드(500)가 형성된다.
상기 상부고정가이드(500)의 간극조절가이드(510)의 가운데에 형성되는 가이드프론트삽입부(520)는 상부에는 스프링라이너(400)가 삽입되고, 하부에는 가이드프론트(100)의 상부가 고정되도록 형성된다.
상기 제2노즐(200)이 실드가스노즐(22)의 하단에 고정되고, 제2노즐(200)의 사이드홈(220)에 가이드프론트(100)의 하단끝단이 삽입된다.
이때, 간격조절너트(505)를 돌려서 간극조절가이드(510)를 전,후방으로 이송하면서 가이드프론트(100)의 하부끝단과 토치(25)와의 간격을 조절할 수 있다.
상기와 같이, 가이드프론트(100)의 하부끝단과 토치(25)와의 거리를 조절하여 용가재(50)가 투입되어야 하는 적절한 위치를 맞출 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 티그용접기용 용가재 송급기구에 의하면 가이드프론트에 의해서 용가재가 용접부위까지 정확히 전달되고, 스프링작용이 발생할 때에도 가이드프론트의 하단(출구)쪽은 완전히 잡아줄 수 있어서 용가재의 끝단은 영향을 받지 않아서 용접불량이 발생하지 않고, C형 용가재가 용접부위에 투입될 때 가이드프론트에 완전히 가이드되어 정확한 각도로 아크에 투입되므로 실드가스의 흐름을 방해하지 않아서 용접불량이 발생하지 않으며, 가이드프론트에 의해서 아크 근방에 정확하고 원활하게 송급되어 용접불량이 발생하지 않고, 원형 용가재로 C형 용가재의 효과를 충분히 낼 수 있기 때문에 용가재의 비용을 상승시키지 않으면서도 용접의 효과를 극대화시킬 수 있는 등의 효과가 발생한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
20 : 용접토치헤드 22 : 실드가스노즐
25 : 토치 30 : 손잡이
50 : 용가재
100 : 가이드프론트 150 : 내부홀
151 : 하면 152 : 상면
200 : 제2노즐 210 : 제2노즐홀
220 : 사이드홈 221 : 경사면
225 : 개방홀
250 : 상부고정구 252 : 하부고정구
300 : 고정몸체 312 : 고정몸체홀
400 : 스프링라이너 500 : 상부고정가이드
501 : 상부고정너트 505 : 간격조절너트
510 : 간극조절가이드 520 : 가이드프론트삽입부

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 티그용접이 가능하도록 하는 용접전원과; 상기 용접전원에 용접케이블로 연결되는 손잡이(30)가 형성되고, 상기 손잡이(30)에 수직되게 내부에 토치가 내삽되는 용접토치헤드(20)가 형성되며, 상기 용접토치헤드(20)의 하부에 실드가스노즐(22)이 부착되는 티그용접기의 용접토오치에 부착되는 일반적인 용가재 공급기구에 있어서,
    상기 용접토치헤드(20)의 하단주연부에 형성되고, 측면에 사각형상으로 파진 사이드홈(220)이 형성되는 제2노즐(200)과;
    상기 제2노즐(200)의 사이드홈(220)에 끝단이 삽입되고, 타단이 상기 제2노즐(200)의 끝단과 맞도록 고정되며, 전체 길이에 걸쳐 일정 곡률반경으로 휘어져 고정되고, 내부에는 전체길이에 동일한 곡률반경(R)로 휘어져서 용가재가 통과할 수 있도록 내부홀(150)이 형성된 가이드프론트(100)로 구성되되,
    상기 제2노즐은 가운데에 용접토치헤드(20)가 삽입될 수 있도록 제2노즐홀(210)이 형성되고, 내벽은 일측은 두껍게 형성되고, 타측은 일측보다 얇게 형성되며, 두껍게 형성되는 부분에는 사각형태로 파진 사이드홈(220)이 형성되는 것을 특징으로 하는 티그용접기용 용가재 공급기구.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 가이드프론트(100)에서 3개의 홀이 각각 상면과 하면에 형성되면, 하면에 형성된 원들이 이루는 각도는 29°, 47°, 39°, 60°, 64°,74°, 84° 또는 106°중에 하나인 것을 특징으로 하는 티그용접기용 용가재 공급기구.
  8. 삭제
  9. 티그용접이 가능하도록 하는 용접전원과; 상기 용접전원에 용접케이블로 연결되는 손잡이(30)가 형성되고, 상기 손잡이(30)에 수직되게 내부에 토치가 내삽되는 용접토치헤드(20)가 형성되며, 상기 용접토치헤드(20)의 하부에 실드가스노즐(22)이 부착되는 티그용접기의 용접토오치에 부착되는 일반적인 용가재 공급기구에 있어서,
    상기 용접토치헤드(20)의 하단주연부에 형성되고, 측면에 사각형상으로 파진 사이드홈(220)이 형성되는 제2노즐(200)과;
    상기 실드가스노즐(22)의 상부쪽에는 실드가스노즐(22)의 주연부를 감싸서 고정되고, 후방에 상부고정너트(501)가 형성되며, 전방에는 2개가 나란하게 돌출된 간격조절너트(505)가 형성되고, 간격조절너트(505)의 전방에 가운데에 가이드프론트삽입부(520)가 형성되는 간극조절가이드(510)가 형성된 상부고정가이드(500)가 형성되되,
    상기 가이드프론트삽입부(520)의 하단에는 가이드프론트(100)의 상단이 고정되고,
    상기 제2노즐은 가운데에 용접토치헤드(20)가 삽입될 수 있도록 제2노즐홀(210)이 형성되며, 내벽은 일측은 두껍게 형성되고, 타측은 일측보다 얇게 형성되며, 두껍게 형성되는 부분에는 사각형태로 파진 사이드홈(220)이 형성되는 것을 특징으로 하는 티그용접기용 용가재 공급기구.
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