KR102098696B1 - 잠호 저항 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리된 물체를 연결하는 방법 중 하나인 잠호 저항 용접 방법에 관한 것으로, 특히 전기 저항을 사용하여 모재와 용접와이어 모두를 녹이거나 용접와이어만을 녹여 분리된 물체를 연결하는 방법에 관한 것이다.

Description

잠호 저항 용접 방법{Method Of Submerged Resistance Welding}

본 발명은 분리된 물체(금속 또는 비금속)를 연결하는 방법 중 하나인 잠호 저항 용접 방법에 관한 것으로, 특히 전기 저항을 사용하여 모재와 용접와이어 모두를 녹이거나 용접와이어만을 녹여 분리된 물체를 연결하는 방법에 관한 것이다.

용접 기술은 승온 또는 고압 조건 하에서 2 개 또는 그 이상의 모재(즉, 용접되는 공작물)를 전체적으로 결합시키는 용접와이어(용접봉 또는 용가재)를 사용하는 작업 공정을 의미한다.

산업 기술의 지속적인 발전과 함께, 용접은 단일 가공 기술에서 현대 과학 기술의 여러 분야가 서로 섞이는 새로운 분야로 발전해 왔으며, 기계화, 자동화, 용접 품질 관리, 용접 후 열처리 등뿐만 아니라 재료, 용접 재료, 용접와이어 제조 공정 제어 등과 같은 여러 기술 분야를 포괄하는 포괄적인 엔지니어링 기술이 되었으며, 산업 생산의 다양한 분야에서 널리 사용되어 왔고, 그리고 국가 경제 발전의 촉진뿐만 아니라 산업 발전과 제품의 기술 진보를 촉진하는데 중요한 역할을 하고 있다.

기존의 용접 방법 중 하나인 아크 용접은 공작물과 전극 사이에 전력을 가해 아크 방전을 일으켜서 발생한 열로 용접부를 용융해 용접하는 방법으로, 강한 광선과 함께 자외선, 적외선 등을 다량으로 발생시켜, 안질, 화상 등의 장해를 일으키는 단점이 있다.

이를 보완하기 위해 만들어진 것이 잠호 아크 용접인데, 불꽃이 보이지 않게 정련작용을 하는 입자 모양의 피복제로 용접 부분을 두껍게 덮고, 그 속에서 용접봉이 용접선상을 따라 나아가면서 큰 전류의 아크를 발생시켜 용접하는 방법이다. 상기 방법은 용접 속도가 빠르고 효율이 좋다는 장점이 있으나 모래 알갱이 형태의 플럭스를 사용하므로 아래보기 방향의 용접만 가능하다.

한국 등록특허 공개번호 10-2017-0015494에는 잠호 아크 용접와이어 및 용접 방법에 관해 개시되어 있으며, 한국 등록특허 10-1191711에는 전기저항용접과 서브 머지드 아크용접을 행하는 복합 용접 방법에 관해 개시되어 있다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 전기적 아크를 사용하지 않는 바 인체에 덜 유해하고, 기존의 잠호 아크 용접 방법을 대체하여 아래 보기 이외의 자세에서도 다양한 용접이 가능하게 하는 용접 방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 추가적인 과제는 명세서 전반적인 내용에 기재되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 지식을 가지는 자라면 본 발명으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명은 용접와이어의 내부에 길이 방향의 홀을 생성하고, 상기 홀에 필라멘트를 삽입하는 단계; 상기 용접와이어를 2 이상의 모재의 접합부에 위치시키고 그 위에 플럭스를 도포하고 세라믹 점토로 덮어 고정하는 단계 및; 상기 필라멘트에 전류를 흘려 2 이상의 모재를 연결하는 단계를 포함하는, 잠호 저항 용접 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 용접와이어의 단면은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형 및 육각형 중 어느 하나의 형태를 가진다.

바람직하게는, 통전 시간은 1초 내지 10초이며, 전류의 범위는 150A 내지 1300A이다.

본 발명에 따른 잠호 저항 용접 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 용접 중 빛과 열이 외부로 누출되지 않아 보호가스가 필요하지 않으며, 인체에 주는 피해를 방지할 수 있다.

둘째, 긴 용접부를 끊김이 없이 한번에 용접이 가능하다.

셋째, 용접사가 수동으로 일일이 용접하지 않고 세팅 후 전류만 흘리면 용접이 완료된다.

넷째, 기존의 잠호 용접과 다르게 수직 상향 및 위보기 용접이 가능하다.

도 1은 용접와이어 안에 전기 저항을 발생시킬 필라멘트를 삽입한 단면도이다.
도 2는 용접와이어의 단면 형태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 필렛 용접의 형태를 띤 잠호 저항 용접의 단면도이다.
도 4는 맞대기 용접의 형태를 나타낸 잠호 저항 용접의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태를 나타낸 회로도면이다.

본 발명에 따른 잠호 저항 용접 방법은,

용접와이어의 내부에 길이 방향의 홀을 생성하고, 상기 홀에 필라멘트를 삽입하는 단계(S11);

상기 용접와이어를 2 이상의 모재의 접합부에 위치시키고 그 위에 플럭스를 도포하고 세라믹 점토로 덮어 고정하는 단계(S12) 및;

상기 필라멘트에 전류를 흘려 2 이상의 모재를 연결하는 단계를 포함하는(S13),

용접 방법을 의미한다.

본 발명에서 사용되는 원료는 특정한 공급원(source)에 한정되지 아니하며, 상업적으로 구매 가능한 것일 수도 있다. 본 발명의 모든 원료의 순도는 당업자에게 널리 알려진 순도라면 특별히 제한되지 않으며, 분석 순도(analytical purity)가 바람직하다.

본 발명에 있어서 상기 용접와이어의 구성 성분은 실리콘, 몰르브덴, 니켈, 티타늄, 붕소, 희토류 메탈, 망간, 탄소, 규소, 인, 황, 철 등으로 구성된다. 용접와이어의 직경은 전류나 모재의 두께에 따라 다양하며, 용접와이어는 기존의 용접와이어에 전기저항을 발생시킬 필라멘트류를 삽입하기 위해 용접와이어에 홀을 생성한다. 홀의 위치는 용접와이어의 정중앙에 위치하며, 홀의 크기는 용접와이어 직경의 1/3 내지 1/10이다.

본 발명에 있어서 상기 필라멘트의 구성 성분은 알루미늄, 구리, 텅스텐 등으로 구성된다.

본 발명에 있어서 상기 플럭스의 구성 성분은 B₂O₃, Na₂O, SiO₂, Al₂O₃, TiO₂ 등으로 구성된다.

본 발명에 있어서 상기 세라믹 점토의 구성 성분은 SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaF₂, CaO, TiO₂ 등의 무기재료로 통상적인 용접 방법에 있어 백킹재로 흔히 쓰이는 성분들로 구성된다.

상기의 발명은 용접와이어 속에 필라멘트를 삽입하여 그 저항열로 2 이상의 모재의 접합부를 연결하는 방법으로서, 도 3 및 도 4와 같이 다양한 형태의 실시예로서 구현 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 용접와이어(101)와 그 내부에 삽입되어 전기저항을 발생하는 물질인 필라멘트(102)의 단면도를 나타낸다. 용접와이어(101)의 직경은 전류나 모재의 두께에 따라 다양하며, 용접와이어(101)는 기존의 용접와이어에 전기저항을 발생시킬 필라멘트(102)를 삽입하기 위해 용접와이어에 홀을 생성한다. 홀의 위치는 용접와이어의 정중앙에 위치하며, 홀의 크기는 용접와이어 직경의 1/3이다.

도 2는 용접와이어의 단면 형태를 나타낸 것이다. 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등 다각형의 형태를 가질 수 있다. 단면 형태에 따라서 용접 전류의 크기나 통전시간, 모재의 구조 및 종류에 따른 적합도 등이 달라진다.

용접와이어에 필라멘트를 삽입하는 제조공정을 살펴보면, 첫째, FCAW(Flux Cored Arc Welding) 와이어 제조와 동일한 방법으로 U자 형태로 용접와이어를 구부린 후 필라멘트를 삽입한 다음, 와이어 신선 다이(die)에 의해 용접와이어의 형태로 신선된다. 둘째, 상기 첫번째 방법으로 생산된 용접와이어에서 필라멘트를 분리해내어 홀이 생성된 용접와이어를 제조할 수 있다. 용접와이어 내부의 홀은 필라멘트보다 0.1~0.2mm 크게 하여 필라멘트의 삽입을 용이하게 하고 삽입한 후에는 다이를 지나면서 압력을 가해 필라멘트와 용접와이어 사이의 공간을 제거한다. 홀이 생성된 용접와이어는 현장에서 필라멘트를 재생하여 삽입해 사용할 수 있는데, 현장에서 필라멘트를 삽입할 때에는 모재의 크기에 맞춰 적당하게 절단된 용접와이어에 압출기를 이용하여 압력을 부가해 필라멘트를 삽입할 수 있다.

도 3은 필렛이음부의 형태에 따른 용접 실시도를 나타낸다. 2 이상의 모재(304, 305)는 수직의 형태로 접촉한 상태이고, 접합하고 싶은 직교의 부위에 필라멘트를 삽입한 용접와이어(301)를 위치시킨다. 잠호 저항 용접을 실시하는 방법단계를 도 3을 통해 살펴보면, 첫째, 필라멘트를 삽입한 용접와이어(301)를 연결시킬 2 이상의 모재(304, 305)의 접합부에 위치시키고, 그 위에 플럭스(302)를 충진한 다음, 세라믹 점토(303)를 알맞은 압력으로 덮고 테이프 및 기타 접착수단으로 고정하여 형상을 고르게 만든다. 둘째, 필라멘트에 전원을 연결하고, 전류가 흐르면 전기저항으로 필라멘트에 열이 발생하여 용접와이어(301)가 녹아 모재가 연결된다. 이 과정에서 모재(304, 305)의 일부도 녹을 수 있다. 상기 둘째 단계에서 통전시간은 용접 길이에 따라 다르나 1초 내지 10초이다. 상기 둘째 단계에서 사용 전류는 일반적으로 와이어의 직경에 비례하여 증가시키며, 일반적으로 SAW 사용 전류를 적용할 수 있으며, 그 범위는 150A 내지 1300A이다. 셋째, 용접이 완료되면 전류가 흐르는 상태에서 필라멘트를 위로 들어 올리면서 모재(304. 305)와 필라멘트를 분리시킨 후에 세라믹점토(303)와 플럭스(302)를 제거한다. 접합된 후에 필라멘트가 남아있어도 된다면 전류를 차단시킨 다음, 세라믹점토(303)와 플럭스(302)를 제거하고 전극과 연결된 필라멘트를 절단하여 분리한다. 상기 모든 단계는 도 3 및 도 4 또는 다른 형태의 통상적인 용접에 모두 적용 가능하다.

도 4는 맞대기 이음부의 형태에 따른 용접 실시도를 나타낸다. 2 이상의 모재(405)는 맞대어져 있는 상태이고 접합부에 용접와이어(401)을 위치시키고, 차례대로 플럭스(402)와 세라믹 점토(403)를 도포한다. 백킹재 역할을 하는 추가적인 세라믹 점토(404)가 용접쇳물의 뒤로 흘러내림을 방지하기 위해 맞대기이음부 뒤편에 부착된다.

도 5는 잠호 저항 용접의 회로도 형태를 나타낸 것이다. 2 이상의 모재(502)의 연결해야할 부위에 용접와이어(501)를 끼워넣고, 그 사이로 전원을 켜서 전류를 흘리면 상기 용접와이어 속의 필라멘트에서 저항이 발생하여 용접와이어가 녹아내리는 모습을 회로도로서 그린 것이다.

본 발명의 용접 방법을 사용하면 아래 보기 이외의 통상적이지 않은 자세에서도 용접이 가능하다. 플럭스를 사용하지만 용접와이어가 플럭스 위로 노출되어 있지 않고 모재 양 끝단에만 노출되어 있기 때문에 플럭스를 세라믹 점토로 받칠 수 있어 안정적으로 용접이 가능하기 때문이다. 아래보기 외의 자세에서 용접을 실시할 때 단계를 살펴보면, 모재에 용접와이어를 심고, 플럭스를 용접와이어 위에 도포한 다음, 세라믹 점토를 플럭스 위에 테이프나 기타 접착수단으로 고정한다. 모재의 양 끝단에서도 용해된 플럭스가 흐를 수 있기 때문에 양 끝단을 적절한 형태의 세라믹 점토로 막은 다음 테이프나 기타 접착수단으로 고정시키고, 용접을 실시한다.

Claims (3)

1. 용접와이어의 내부에 길이 방향의 홀을 생성하고, 상기 홀에 필라멘트를 삽입하는 단계;
   상기 용접와이어를 2 이상의 모재의 접합부에 위치시키고 그 위에 플럭스를 도포하고 세라믹 점토로 덮어 고정하는 단계 및;
   상기 필라멘트에 전류를 흘려 2 이상의 모재를 연결하는 단계를 포함하는,
   잠호 저항 용접 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 용접와이어의 단면은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형 및 육각형 중 어느 하나의 형태를 가지는 것인, 잠호 저항 용접 방법.
3. 제1항에 있어서, 통전 시간은 1초 내지 10초이며, 전류의 범위는 150A 내지 1300A인, 잠호 저항 용접 방법.

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