KR20010098706A - Joining method of the plasma cutting torch tip - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리 몸체에 하프늄 봉재보다 작은 크기의 구멍을 가공한 다음, 구리 몸체를 지지대에 고정한 상태에서 드릴이나 마찰 용접기와 같은 장비를 사용하여 하프늄 봉재를 회전시키면서 추력을 가하거나 직접 직선운동시켜 구리몸체에 삽입함으로써 마찰발열을 이용하여 고상용접하는 방식을 채용한 플라즈마 절단기용 팁 제조방법에 관한 것으로, 이 팁 제조방법은 구리 몸체에 하프늄 봉재의 직경보다 작은 크기의 구멍을 가공하는 단계와, 상기 구리 몸체를 지지대에 고정한 상태에서 상기 하프늄 봉재를 상기 구멍 입구에 배치시키는 단계와, 드릴이나 마찰용접기 등을 이용하여 상기 하프늄 봉재를 회전시키면서 추력을 가하여 마찰발열에 의해 하프늄 봉재를 구리 몸체에 접합시키는 단계로 구성된다.According to the present invention, a hole having a size smaller than that of a hafnium rod is processed in a copper body, and then a thrust or direct linear motion is applied while rotating the hafnium rod using equipment such as a drill or a friction welding machine while the copper body is fixed to a support. The present invention relates to a method for manufacturing a tip for a plasma cutting machine employing a solid-phase welding method by inserting into a body using frictional heat generation. The method for manufacturing a tip includes processing a hole having a size smaller than the diameter of a hafnium rod in a copper body, and Arranging the hafnium rod at the hole inlet while the body is fixed to the support, and bonding the hafnium rod to the copper body by frictional heating by applying thrust while rotating the hafnium rod using a drill or a friction welding machine. It consists of.
Description
본 발명은 플라즈마 절단기용 팁 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구리 몸체에 하프늄 봉재보다 작은 크기의 구멍을 가공한 다음, 구리 몸체를 지지대에 고정한 상태에서 드릴이나 마찰 용접기와 같은 장비를 사용하여 하프늄을 회전시키면서 추력을 가하거나 직접 직선운동시켜 구리몸체에 삽입함으로써 마찰발열에 의한 고상용접하여 접합하는 방식을 채용한 플라즈마 절단기용 팁 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a tip for a plasma cutting machine, and more particularly, to machine a hole having a smaller size than a hafnium rod in a copper body, and then use a device such as a drill or a friction welding machine while fixing the copper body to a support. The present invention relates to a method for manufacturing a tip for a plasma cutting machine employing a method of applying solid state welding by frictional heating by applying thrust or direct linear movement while rotating hafnium to insert into a copper body.
일반적으로, 플라즈마 토치는 전극 사이에서 플라즈마 아크 기둥을 생성, 유지하는 장치로서, 고체를 가열하여 녹이거나 고체 또는 액체를 가열하여 증발시키는 데 사용한다. 여기에는 플라즈마 토치의 전압, 전류조건을 충족시킬 전력원을 비롯하여 냉매로서의 물과 플라즈마 가스를 토치에 공급하고 흐름을 제어하는 물/가스 시스템이 구비되어 있다.In general, a plasma torch is a device for generating and maintaining a plasma arc column between electrodes, and is used to heat a solid to melt or to heat and evaporate a solid or a liquid. It is equipped with a power source to meet the voltage and current conditions of the plasma torch, as well as a water / gas system for supplying water and plasma gas as a refrigerant to the torch and controlling the flow.
이러한 플라즈마 토치를 이용하여 각종 금속의 절단에 사용하는 플라즈마 절단기의 경우에, 토치 팁은 구리와 하프늄(hafnium)을 사용하여 두 개의 금속을 브레이징이나 열압입 방식에 의해 일체화하여 사용하고 있다. 그러나, 현재 상용화되어 있는 브레이징한 제품의 경우에는 접합이 불완전하여 사용 수명이 매우 짧은 단점을 갖고 있다. 이와 같은 문제점이 발생하는 이유는 브레이징할 때에 구리와 하프늄 사이의 틈새 부분에 은납재가 충분히 스며 들지 못하여 접합되지 않은 부분이 지나치게 많기 때문이다.In the case of the plasma cutting machine used to cut various metals using such a plasma torch, the torch tip uses copper and hafnium to integrate two metals by brazing or thermal press method. However, in the case of currently commercialized brazed products, the bonding is incomplete and has a short service life. This problem occurs because the silver solder material does not sufficiently penetrate into the gap portion between copper and hafnium when brazing and there are too many unbonded portions.
한편, 열압입 방식의 경우에는 브레이징한 경우보다는 다소 사용수명이 길지만, 이 역시 절단작업 도중에 토치가 가열되면 하프늄이 구리 몸체로부터 떨어져 나가는 현상이 발생한다. 이것은 기계적인 방식에 의해 강제로 열박음 방식에 의해 제조되기 때문에 불가피한 것이다. 즉, 구리 몸체를 가열하여 팽창시킨 후에 구멍의 간격이 커질 때 하프늄을 강제로 끼워 넣은 후 냉각시키는 방식을 채용하고 있기 때문에 금속학적인 접합부가 형성되지 않게 된다.On the other hand, in the case of the thermal press-in method, although the service life is somewhat longer than brazing, this also occurs when the torch is heated during the cutting operation, the hafnium is separated from the copper body. This is inevitable because it is manufactured by the shrink fit method by a mechanical method. That is, since the copper body is heated and expanded, hafnium is forcibly inserted after the hole is enlarged and then cooled, so that the metallurgical joint is not formed.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 구리 몸체에 하프늄 봉재보다 작은 크기의 구멍을 가공한 다음, 이 구멍에 하프늄 봉재를 넣고 회전시키면서 이 때 발생되는 마찰발열을 이용하여 접합하므로써, 구리 몸체로부터 하프늄이 이탈되는 현상을 방지하여 토치의 사용수명을 연장시킬 수 있는 플라즈마 절단기용 팁 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention for solving such a problem is to process a hole of a smaller size than the hafnium rod in the copper body, and then by hafnium rod in the hole to rotate by joining using the frictional heat generated at this time, hafnium from the copper body It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a tip for a plasma cutter, which can prevent the deviation phenomenon and extend the service life of the torch.
상술한 본 발명의 목적은 구리 몸체에 하프늄 봉재의 직경보다 작은 크기의 구멍을 가공하는 단계와, 상기 구리 몸체를 지지대에 고정한 상태에서 상기 하프늄봉재를 상기 구멍 입구에 배치시키는 단계와, 드릴이나 마찰용접기 등을 이용하여 상기 하프늄 봉재를 회전시키면서 추력을 가하여 마찰발열에 의해 하프늄 봉재를 구리 몸체에 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 절단기용 팁 제조방법에 의해 달성된다.An object of the present invention described above is to process a hole of a size smaller than the diameter of the hafnium rod in the copper body, placing the hafnium rod in the hole inlet in the state in which the copper body is fixed to the support, and drill or friction By applying a thrust while rotating the hafnium rod using a welding machine or the like is achieved by a method for producing a tip for plasma cutting machine comprising the step of bonding the hafnium rod to the copper body by frictional heating.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 절단기용 팁 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a tip manufacturing method for a plasma cutter according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
금속학적인 접합부가 제대로 형성되지 않아서 하프늄이 구리 몸체로부터 이탈되는 형상을 막기 위한 방안으로 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 마찰발열에 의한 접합 방식을 채용하여 결합강도를 증가시켰다.Metallurgical joints are not formed properly, so as to prevent the hafnium from deviating from the copper body, in the preferred embodiment of the present invention, the bonding strength is increased by adopting a friction heating method.
즉, 하프늄 봉재의 직경보다 작은 크기의 직경을 갖는 구멍을 구리 몸체에 형성한 다음에, 하프늄 봉재를 구리 몸체에 형성된 구멍에 넣고 고속 회전시키면서 추력을 가하게 되면, 이 때 발생되는 마찰 발열에 의해 두 개의 금속이 고상용접 되도록 하는 방식이다. 이를 작업공정별로 설명하면 다음과 같다.That is, if a hole having a diameter smaller than the diameter of the hafnium rod is formed in the copper body, and then the hafnium rod is inserted into the hole formed in the copper body and the thrust is applied while rotating at high speed, This is a method of welding two metals in solid phase. This is explained by work process as follows.
먼저, 첫 번째 단계에서는 드릴 등을 이용하여 구리 몸체에 하프늄 봉재의 직경보다 작은 크기의 구멍을 가공한다. 이 때, 구멍의 크기를 하프늄 직경보다 작게 형성하는 이유는 하프늄 봉재의 회전 시에 마찰되는 접촉을 증대시킴으로써 마찰에 의한 발열량을 증대시키기 위함이다.First, in the first step, a hole having a size smaller than the diameter of the hafnium rod is processed in the copper body using a drill or the like. At this time, the reason for forming the hole size smaller than the hafnium diameter is to increase the amount of heat generated by the friction by increasing the contact friction during rotation of the hafnium rod.
다음, 두 번째 단계에서는 구멍이 가공된 구리 몸체를 지지대 등으로 고정시킨 후에, 상기 하프늄 봉재를 드릴이나 마찰용접기의 회전대에 고정시킨 상태에서 상기 구멍 입구에 배치시킨다.Next, in the second step, the hole-processed copper body is fixed with a support or the like, and then the hafnium rod is placed at the hole inlet in the state of being fixed to the rotary table of the drill or the friction welding machine.
세 번째 단계에서는 상기 드릴이나 마찰용접기를 작동시켜 상기 하프늄 봉재를 고속 회전시키면서 추력을 가한다. 이 때 하프늄 봉재와 구리 몸체 간에 발생되는 마찰발열에 의해 두 금속 사이에 확산이 동반되며, 이에 따라 금속학적으로 완전한 결합이 이루어져 고상용접되고, 이에 따라 견고하게 접합된다.In the third step, thrust is applied while the hafnium rod is rotated at high speed by operating the drill or the friction welding machine. At this time, the diffusion between the two metals is accompanied by the frictional heat generated between the hafnium rod and the copper body, and thus the metallurgical bonding is performed to solid-state welding, thereby firmly bonding.
상기 첫 번째 단계에서 구리 몸체에 형성하는 구멍의 크기는 하프늄 봉재 직경의 1/2 정도 즉, 하프늄 봉재의 직경이 2mm인 경우에 구리 몸체에 형성하는 구멍의 직경은 1mm로 가공을 하며, 상기 세 번째 단계에서 하프늄 봉재를 회전 시킬때 그 회전 속도는 500rpm이상으로 회전시키면서 하프늄 봉재를 10mm/min이상의 속도로서 구리 몸체에 형성된 구멍으로 추력을 가하는 것이 바람직하다.In the first step, the size of the hole formed in the copper body is about 1/2 of the diameter of the hafnium rod, that is, when the diameter of the hafnium rod is 2 mm, the diameter of the hole formed in the copper body is processed to 1 mm. When the hafnium rod is rotated in the first step, it is desirable to apply thrust to the hole formed in the copper body at a speed of 10 mm / min or more while the rotational speed is rotated at 500 rpm or more.
다음에, 본 발명의 다른 실시 예에서는 마찰 접합단계 이전에 미리 상기한 구리 몸체와 상기한 하프늄에 제3의 금속원소를 도금하는 방법을 예시하였다. 이와 같이 구리 몸체와 하프늄에 제3의 원소를 금속 도금하므로써, 구리와 하프늄 사이의 재료 특성의 차이 즉 열팽창계수 및 강도의 차이를 상호 보완할 뿐 아니라 마찰발열에 의한 접합시에 취약한 금속간 화합물의 생성을 방지하고, 회전시에 두 개의 금속간에 발생되는 마찰발열을 증대시켜 접합력을 더욱 높일 수 있다.Next, another embodiment of the present invention illustrates a method of plating a third metal element on the copper body and the hafnium before the friction bonding step. The metal plating of the third element on the copper body and hafnium thus compensates for the difference in material properties between copper and hafnium, that is, the difference in thermal expansion coefficient and strength, as well as the weak intermetallic compound at the time of joining by frictional heating. It is possible to prevent the production and to increase the frictional heat generated between the two metals during rotation to further increase the bonding force.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예로는 열 확산에 의한 결합강도의 증대를 위해서 상기 마찰 접합된 구리 몸체와 하프늄 접합체를 노 중에서 가열하는 단계를 추가하는 것이 바람직하다. 이와 같은 노 중에서의 추가 가열공정을 거침으로써 현미경적으로 볼 때 구리 몸체와 하프늄 봉재간에 완벽한 결합이 가능하게 된다.In another embodiment of the present invention, it is preferable to add a step of heating the friction bonded copper body and the hafnium joint in a furnace in order to increase the bonding strength by thermal diffusion. Further heating in these furnaces allows for a perfect bond between the copper body and the hafnium rod when viewed microscopically.
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 하프늄 봉재보다 작은 크기의 구멍을 구리 몸체에 가공한 다음, 이 구리 몸체를 지지대 등에 고정시킨 상태에서, 상기 구멍에 하프늄을 넣고 드릴이나 마찰용접기 등을 사용하여 고속 회전시키면서 추력을 가하거나 직접 직선 운동시키고, 이 때 발생되는 마찰발열에 의하여 견고하게 고상용접되기 때문에 하프늄이 구리 몸체로부터 이탈되는 현상을 방지하여 토치의 사용수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.According to the present invention described above, a hole having a size smaller than that of a hafnium rod is processed in a copper body, and then, while the copper body is fixed to a support or the like, hafnium is inserted into the hole and rotated at a high speed using a drill or a friction welding machine. While thrusting or direct linear motion while being solidly welded by the frictional heat generated at this time, there is an advantage that can extend the service life of the torch by preventing the hafnium from being separated from the copper body.
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