KR200399045Y1 - 초음파 스케일 방지장치의 변환기 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 초음파 스케일 방지장치의 변환기에 관한 것으로서, 보다상세하게는 초음파 스케일 방지장치의 변환기내 적층된 진동자와 도파관의 연결성을 향상시켜 대상물체로 초음파 전달능력을 획기적으로 증진시킬 수 있도록 개선하기 위해, 초음파 스케일 방지장치의 변환기내 진동자는 Fe-Al 자왜합금소자를 수십개 적층하고 도파관은 탄소함량이 적은 연강으로 구성하여, 적층된 진동자와 도파관을 아르곤 TIG용접 및 아크용접을 행하여 연결·고정시킴으로서,
적층된 진동자와 도파관의 용접부위에 불순물이나 기공 그리고 알루미늄 산화막의 생성을 방지하고, 용접부위의 조직이나 알루미늄 함량의 변화가 없어 초음파로의변환 효율과 전달성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 초음파 스케일 방지장치의 변환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
Description
본 고안은 산업용 보일러내에 생성되는 스케일을 제거 및 방지하기 위한 초음파 스케일 방지장치의 변환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변환기를 구성하는 적층된 진동자와 도파관의 연결성을 향상시켜 대상물체로 초음파 전달능력을 획기적으로 증진시킬 수 있도록 개선한 초음파 스케일 방지장치의 변환기에 관한 것이다.
초음파 스케일 방지장치는 발진기와 변환기로 구성되어 있는데, 변환기의 끝단을 산업용 보일러나 열교환기등 대상물체의 외부에 용접하여 내부로 초음파를 전달함으로써 스케일 생성을 방지하거나 제거하는데 사용되는 기기이다. 이때 초음파는 발진기에서 발생된 전기펄스시그널을 자기변형변환기(진동자)에 충격을 가하여 발생되는 것으로, 진동자에는 Fe-Co, Fe-Ni 및 Fe-Al 등의 자왜합금소자나 압전소자(세라믹) 등이 있으며, 특히 산업용 보일러의 스케일을 제거 또는 방지하는데 사용되는 진동자로는 투자율과 포화자왜값 등 자왜특성이 우수하고 전기저항율이 높은 Fe-Al 자왜합금소자가 주로 사용되고 있다.
이러한 변환기는 얇은 박막의 자왜합금소자(Fe-Al 형)가 수십개 적층된 진동자와 대상물체로 초음파를 전달하는 도파관으로 구성되며, 적층된 진동자와 도파관은 용접을 통하여 초음파가 효과적으로 전달될 수 있도록 하는데 종래의 용접기술 및 방법은 특허 제095774호와 실용신안 제20-0228977호에 기술되어 있다.
특허 제095774호에 의하면, 진동자가 니켈 또는 코발트합금이고 도파관은 철이나 스텐레스로된 이종(異種)재질일 경우 납땜으로 진동자와 도파관을 용접하고 있으나, 납땜으로 할 경우 진동자와 도파관간의 완전용접이 불가능하여 공극이 생성됨으로써 초음파 전달효율이 감소되는 문제점이 있으며 또 용접후 진동자와 도파관간의 용접강도가 떨어지는 단점이 있다. 그리고 실용신안 제20-0228977호에 의하면, 진동자(변환체)의 재질을 도파관과 비슷한 철 및 알루미늄 합금재로 구성하여 도파관과 일반용접하고 있으나, 일반용접시 용접봉에 함유된 피복재 성분들이 용접부위에 침투되어 불순물로 혼입될 수 있으며, 일반용접으로는 진동자와 도파관간 결합면의 각진 부위까지 완전한 용접이 불가능하여 기공이 생성될 수 있는 단점이 있다. 그리고 철 및 알루미늄 합금재로 구성된 진동자를 일반용접할 경우 알루미늄 성분이 용융되고 응고되는 과정에서 알루미늄 산화막(알루미나, Al2O3)을 형성하여 초음파 전달능력을 감소시킬 가능성이 매우 크게 되고 또 철 및 알루미늄 합금재로 구성된 진동자를 직접 일반용접하게 되면 고온의 열(아아크 용접의 경우 6,000℃, 가스용접의 경우 2,000℃ 이상)에 의해 용접부위에서 진동자 자체의 금속조직과 알루미늄 함량의 변화를 초래하여 초음파로의 변환효율이 상당히 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 고안에서는 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 진동자는 철 및 알루미늄 합금인 Fe-Al 자왜합금소자이고, 도파관은 연강으로 구성하여, 그 적층된 진동자와 도파관의 연결성을 향상시켜 대상물체로 초음파 전달능력을 획기적으로 증진시킬 수 있도록 개선한 초음파 스케일 방지장치의 변환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안에 따른 초음파 스케일 방지장치의 변환기는,
초음파 스케일 방지장치의 발진기와 연결되도록 얇은 박막 상태의 Fe-Al 자왜합금소자가 적층된 진동자(10)와, 그 진동자에서 발생한 초음파를 대상물체에 전달하는 도파관(20)으로 구성되고,
상기 적층된 진동자(10)의 끝단 전체를 연강용접봉을 사용하여 아르곤 TIG 용접으로 두께 0.5~1mm정도 피복시킨 연강피복부와;
그 연강피복부의 피복부위를 따라 아래방향으로 알맞게 결합되도록 도파관의 용접부위 중앙끝단을 폭 1~5mm정도로 평탄하게 가공한 피복결합부가 포함되어 구성됨으로서 달성된다.
그리고, 상기 도파관은 탄소 0.12~0.2 중량%의 연강으로 이루어진다.
그 이유는 탄소 0.12～0.2중량%)을 사용하면 담금질 효과에 의한 악영향을 거의 받지 않아서 용접이 좋아지는 효과가 있기 때문이다.
그리고, 본 고안에서는 Fe-Al 자왜합금소자로 구성된 진동자(10)와, 도파관(20)을 견고하게 연결되도록 아르곤 TIG(Tungsten Inert Gas)용접 및 아크용접이 사용된다.
상기 아르곤TIG(Tungsten Inert Gas)용접은 용융점이 가장 높은 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 일으키고, 용접중 산화,질화를 막기위해 Ar 가스로 용접부를 보호하는 것으로, 주로 스테인리스강, 알루미늄 용접에 많이 사용되어 용접부의 기계적성질이 우수하고, 플럭스가 불필요하여 비철금속 용접이 용이하며, 보호 가스가 투명하여 용접작업자가 용접 상황을 잘 파악할 수 있는 효과가 있다.
상기 아크용접은 전기회로에 2개의 금속 또는 탄소단자를 서로 접촉시키고 이것을 당겨 간격이 생기게 하면 아크가 발생하면서 고열이 생기는데, 이때 생기는 고열을 이용한 용접으로, 작업속도가 빠르고, 가격도 싸며 보수와 취급등이 쉬운 효과가 있다.
이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안에 따른 초음파 스케일 방지장치의 변환기를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 고안에 따른 초음파 스케일 방지장치의 변환기중 중 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 고안에 따른 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관이 아르곤 TIG 용접으로 제1용접부 및 제2용접부가 생성되는 것을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 고안에 따른 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관이 아크용접으로 제1용접부 및 제2용접부가 생성되는 것을 도시한 사시도이고, 도 5는 본 고안에 따른 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관이 아르곤 TIG 용접으로 제1용접부 및 제2용접부가 생성되는 것을 도시한 일실시예도이며, 도 6은 본 고안에 따른 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관이 아크용접으로 제1용접부 및 제2용접부가 생성되는 것을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 고안에 따른 초음파 스케일 방지장치의 변환기를 도시한 일실시예도이다.
초음파 스케일 방지장치의 변환기(1)는 발진기와 연결되는 적층된 진동자(10)와 이 진동자에서 발생한 초음파를 대상물체에 전달하는 도파관(20)으로 구성된다.
상기 진동자(10)는 얇은 박막 상태의 철 및 알루미늄 합금인 Fe-Al 자왜합금소자를 수십개 적층하고, 중앙에는 자기왜곡변환으로 초음파를 발생시키기 위한 코일권선공(11)이 위치한다.
그리고, 끝단 일측에 연강용접봉을 사용하여 아르곤 TIG 용접으로 두께 (t)0.5~1mm정도 피복시킨 연강피복부(12)가 구성된다.
상기 도파관(20)의 재질은 탄소강의 일종인 연강을 사용하고, 효율적인 초음파 전달능력을 위해 단일의 원통형재를 사용한다.
그리고, 상기 도파관(20)은 연강피복부의 피복부위를 따라 아래방향으로 알맞게 결합되도록 도파관의 용접부위 중앙끝단을 폭(w) 1~5mm정도로 평탄하게 가공한 피복결합부(21)가 포함되어 구성된다.
상기와 같이 구성된 변환기(1)에서 적층된 진동자(10)는 초음파 스케일 방지장치의 발진기와 연결되고 도파관(20)은 대상물체와 용접고정되어 초음파를 전달하게 된다.
본 고안에서는 상기와 같은 변환기(1)의 적층된 진동자(10)의 연강피복부(12)와 도파관(20)의 피복결합부(21)를 특수용접의 일종인 아르곤 TIG용접 및 아크용접에 의해 연결·고정하여 용접부위의 손상없이 용접강도를 향상시킴과 동시에 초음파 전달능력을 획기적으로 향상되도록 한다.
이하, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 고안에 따른 초음파 스케일 방지장치의 변환기를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 고안에 따른 적층된 진동자(10)는 자왜특성을 갖는 Fe-Al 자왜합금소자로 구성하고 연강으로 이루어진 도파관(20)과 아르곤 TIG용접으로 견고하게 연결시킨다. 도파관의 재질을 탄소함량이 많은 경강(탄소 0.4～0.5중량%)으로 사용할 경우에는 용접후 급열급냉된 부분은 담금질 효과로 잔류응력에 의해 경도가 높아지고 취성의 성질을 갖게 되며 담금질된 부분은 균열이 발생하여 초음파 전달능력이 감소하게 되나, 탄소함량이 적은 연강(탄소 0.12～0.2중량%)을 사용하면 담금질 효과에 의한 악영향을 거의 받지 않아서 양호한 용접이 가능하다. 그리고 적층된 진동자(10)와 도파관(20)을 아르곤 TIG용접을 하면 불활성 가스인 아르곤에 의해 용접부위가 차단되어 공기중 산소에 의해 고온의 용접부위가 산화되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 적층된 진동자(10)와 도파관(20)을 용접하기전에, 적층된 진동자(10)의 끝단 전체를 연강용접봉을 사용하여 아르곤 TIG 용접으로 두께 0.5~1mm 정도 피복시켜 연강피복부(12)를 구성한다. 이러한 연강피복부(12)가 진동의 끝단 전체에 형성됨으로서, 도파관(20)과 같은 연강재질로 되어 용접성능을 향상시킬 수 있으며, 진동자(10)와 도파관(20)의 용접시 고온의 열에 의한 진동자 자체의 금속조직과 알루미늄 함량의 변화를 방지할 수 있어 진동자에서 초음파로의 변환효율을 극대화할 수 있다.
도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 적층된 진동자(10)와 도파관(20)의 용접에 있어, 도파관(20)의 용접부위 끝단을 폭 1~5mm 정도로 평탄하게 가공한 피복결합부(21)를 형성함으로서, 진동자(10)의 연강피복부(12)와 결합되는 피복결합부(21)의 중앙끝단이 2mm 간격을 유지하면서 연강용접봉을 통해 아르곤 TIG용접으로 그 간격을 메워서 제1용접부(22)를 생성시킬 수가 있다.
이처럼 제1용접부(22)를 먼저 용접하면, 적층된 진동자(10)의 연강피복부(12)와 도파관(20)의 피복결합부(21)가 결합되는 부위 중앙에 기공이 생성되는 것을 방지할 수 있어 초음파 전달능력이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1용접부(22) 일측에 형성된 양측의 경사진 부분(23a)을 연강용접봉을 통해 아르곤 TIG용접으로 그 경사진 부분을 메우면서 덧살용접하여 제2용접부(23)가 생성되도록 함으로서, 진동자(10)와 도파관(20)의 연결를 보다 튼튼하게 할 수 있고, 양측의 경사진 부분(23a)에 기공이 생성되는 것을 방지할 수 있어 초음파 전달능력이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 제1용접부(22)와 제2용접부(23)생성시 사용되는 아르곤 TIG용접은 도 5에서 도시한 바와 같이, 비소모성 텅스텐 용접봉(140)과 도파관의 양측 경사진 부분(23a)에 출력전류 5~500A, 정격부하전압 18~30V를 걸어서 1500~4500℃의 아크열을 발생시키고, 그 아크열을 이용해서 연강용접봉(110)을 녹여 도파관의 경사진부분(23a)를 용접하고, 이와 동시에 용접부 주위로 토치의 가스노즐(130)을 따라 불활성가스(아르곤)(120)가 공급되어 덧살용접된다.
그리고, 아르곤TIG용접시 용접부에 구멍이 생길수 있으므로, 구멍이 보이는 그 순간 아크를 순간적으로 끊었다 다시 아크를 일으키는 방법으로, 주기적으로 아크를 끊어 가면서 용접한다. 즉, 아크시간 2초 ⇒ 아크 끊어진시간 0.1초 ⇒ 다시 아크시간 2초로 하여 용접한다.
이와같이 Fe-Al 자왜합금소자로 구성된 진동자(10)와, 도파관(20)을 견고하게 연결되도록 아르곤 TIG(Tungsten Inert Gas)용접을 함으로서, 용접부 주위로 산화,질화되는 것을 막을 수 있어 용접부의 기계적성질 및 내부수성이 우수하고, 용접부의 변형이 적은 효과가 있다.
또 다른 일실시예로, 도4 및 도 7에 도시된 본 고안에 따른 초음파 스케일 방지장치의 변환기(1)는, 도 1과 도 3에 도시된 바와 마찬가지로 도파관(20)의 용접부위 끝단을 폭 1~5mm 정도로 평탄하게 가공한 피복결합부(21)를 형성함으로서, 진동자(20)의 연강피복부(12)와 결합되는 피복결합부(21)의 중앙끝단이 2mm 간격을 유지하면서 연강용접봉을 통해 아르곤 TIG용접으로 그 간격을 메워서 제1용접부(22)가 생성되도록 하고,
그 제1용접부(22) 일측에 형성된 양측의 경사진 부분(23a)을 연강용접봉을 통해 아크용접으로 그 경사진 부분(23a)을 메우면서 덧살용접하여 제2용접부(24)가 생성되도록 한다.
여기서, 상기 제2용접부(24)생성시 사용되는 아크용접은 도 6에서 도시한 바와 같이, 연강용접봉(220)과 도파관의 양측의 경사진 부분(23a)사이에 직류전압50~80V 및 교류전압 70~135V을 걸고 용접봉 끝부분을 경사진 부분(23a)에 살짝 접촉시켰다가 떼는 순간에 불꽃 방전에 의해 원호(arc) 모양의 청백색의 강한 빛을 내면서 아크(210)가 발생하는데, 이때 생기는 5,000~6,000 K의 고열에 의해 연강용접봉(220)은 녹아서 금속증기 또는 용적(熔滴, globule)이 되고, 동시에 모재도 녹아서 용융지(230 : 熔融池, molten weld pool)를 형성하면서 덧살용접된다.
그리고, 아르곤TIG용접과 마찬가지로, 아크용접시 용접부에 구멍이 생길수 있으므로, 구멍이 보이는 그 순간 아크를 순간적으로 끊었다 다시 아크를 일으키는 방법으로, 주기적으로 아크를 끊어 가면서 용접한다. 즉, 아크시간 2초 ⇒ 아크 끊어진시간 0.1초 ⇒ 다시 아크시간 2초로 하여 용접한다.
이와같이 Fe-Al 자왜합금소자로 구성된 진동자(10)와, 도파관(20)을 견고하게 연결되도록 아크용접(Arc Welding)을 함으로서, 도1 및 도3에서 도시한 아르곤 TIG 용접으로 덧살용접을 행할 때보다 용접속도가 빨라지는 장점이 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 진동자는 철 및 알루미늄 합금인 Fe-Al 자왜합금소자이고 도파관은 연강으로 구성하며 적층된 진동자와 도파관을 아르곤 TIG 용접 및 아크용접을 행함으로써, 용접부위에 불순물이나 기공 그리고 알루미늄 산화막의 생성을 방지하고, 용접부위의 조직이나 알루미늄 함량의 변화가 없어 초음파로의 변환효율과 전달성능을 획기적으로 향상시킬 수 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 고안에 따른 초음파 스케일 방지장치의 변환기를 도시한 사시도,
도 2는 본 고안에 따른 초음파 스케일 방지장치의 변환기중 중 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관를 도시한 사시도,
도 3은 본 고안에 따른 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관이 아르곤 TIG 용접으로 제1용접부 및 제2용접부가 생성되는 것을 도시한 단면도,
도 4는 본 고안에 따른 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관이 아크용접으로 제1용접부 및 제2용접부가 생성되는 것을 도시한 사시도,
도 5는 본 고안에 따른 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관이 아르곤 TIG 용접으로 제1용접부 및 제2용접부가 생성되는 것을 도시한 일실시예도,
도 6은 본 고안에 따른 적층된 진동자(Fe-Al 자왜합금소자)와 도파관이 아크용접으로 제1용접부 및 제2용접부가 생성되는 것을 도시한 사시도,
도 7은 본 고안에 따른 초음파 스케일 방지장치의 변환기를 도시한 일실시예도
* 도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명
1 : 초음파 스케일 방지장치의 변환기
10 : 변환기내 적층된 진동자
11 : 진동자의 코일권선공
12 : 연강피복부
20 : 변환기내 도파관
21 : 피복결합부
22 : 제1용접부
23 : 제2용접부(아르곤 TIG 용접)
24 : 제2용접부(아크용접)
Claims (5)
- 초음파 스케일 방지장치의 발진기와 연결되도록 얇은 박막 상태의 Fe-Al 자왜합금소자가 적층된 진동자(10)와, 그 진동자에서 발생한 초음파를 대상물체에 전달하는 도파관(20)으로 구성되는 변환기(1)에 있어서;상기 적층된 진동자(10)의 끝단 전체를 연강용접봉을 사용하여 아르곤 TIG 용접으로 두께 0.5~1mm정도 피복시킨 연강피복부(12)와;그 연강피복부(12)의 피복부위를 따라 아래방향으로 알맞게 결합되도록 도파관의 용접부위 중앙끝단을 폭 1~5mm정도로 평탄하게 가공한 피복결합부(21)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 스케일 방지장치의 변환기.
- 제 1항에 있어서,도파관(20)은 탄소 0.12~0.2 중량%의 연강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 스케일 방지장치의 변환기.
- 제 1항에 있어서,도파관(20)은 연강피복부(12)와 결합되는 피복결합부(21)의 중앙끝단이 2mm 간격을 유지하면서 연강용접봉을 통해 아르곤 TIG용접으로 그 간격을 메워서 제1용접부(22)가 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 스케일 방지장치의 변환기.
- 제3항에 있어서,도파관(20)은 제1용접부(22) 일측에 형성된 양측의 경사진 부분(23a)을 연강용접봉을 통해 아르곤 TIG용접으로 그 경사진 부분(23a)을 메우면서 덧살용접하여 제2용접부(23)가 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 스케일 방지장치의 변환기.
- 제3항에 있어서,도파관(20)은 제1용접부(22) 일측에 형성된 양측의 경사진 부분(23a)을 연강용접봉을 통해 아크용접으로 그 경사진 부분(23a)을 메우면서 덧살용접하여 제2용접부(24)가 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 스케일 방지장치의 변환기.
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2005
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