KR20070007460A

KR20070007460A - 튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열 배출장치

Info

Publication number: KR20070007460A
Application number: KR1020050062096A
Authority: KR
Inventors: 지창진
Original assignee: 삼성탈레스 주식회사
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-16

Abstract

본 발명은 튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열 배출장치에 관한 것이다. 상기 배출장치는, 피용접물의 몸체 내부로 진입한 후 캡 측으로 연장되며 외부로부터 공급된 냉각용 가스를 상기 캡측으로 분출하여 가스가 캡에 부딪힌 후 몸체의 내부공간을 거쳐 몸체 외부로 배출하도록 하는 냉각용 가스공급관을 포함하는 구성을 갖는다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 용접시 피용접물의 내부에 냉각용 가스를 분사하여 상기 가스로 하여금 용접열을 피용접물 외부로 신속히 배출하도록 함으로써, 피용접물에 열에 약한 부재가 장착되어 있다 하더라도 용접열에 의한 열변형이 발생하지 않으므로, 용접열에 의한 제품 품질의 저하가 없고 그에 따라 열변형의 염려 없이 안심하고 용접할 수 있게 한다.

Description

튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열 배출장치{Apparatus for exhausting welding heat from tube type welding target}

도 1은 튜브형 피용접물을 용접하는 종래의 전자빔 용접장치를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열 배출장치의 구성 및 동작 메카니즘을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 3은 상기 도 2의 요부 상세도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열의 배출방법을 참고적으로 정리하여 도시한 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11:전자빔용접기 13:전자총

15:음극 17:양극

19:집속렌즈 21:편향코일

23:진공챔버 24:배기구

25:전자빔 27:홀더

29:모터 31:피용접물

33:용접부위 35:렌즈

37:시일 39:몸체

41:캡 51:티그(TIG)용접기

52:용접전극팁 53:고정치구

55:고정홀더 57:아르곤공급관

59:아르곤공급탱크 59a:밸브

61:회수탱크 63:콘트롤러

65:공급라인 67:회수라인

69:펌프 71:노즐

본 발명은 튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열 배출장치에 관한 것이다.

분리된 금속을 서로에 대해 결합시키기 위한 여러 방법 중 하나인 용접은 결합 대상부위를 녹여 붙임으로서 두 재료의 금속원자가 서로에 대해 금속 결합하도록 한다. 따라서 결합부위가 일체를 이루어 다시 분리할 수 없는 완전한 결합을 이룬다.

상기 용접의 방식에는 많은 종류가 있으므로 용접의 대상이나 기타 여러 조건에 따라 적절한 종류의 용접법을 선택하여 작업한다.

한편 용접 과정시 용접부위 주위로 전달되는 용접열은 피용접물에 나쁜 영향 을 끼쳐 바람직하지 않은 결과를 초래하기도 한다. 이를테면 피용접물의 용접부위 주위에 열에 약한 합성수지가 피복되어 있다거나 또는 고무시일이 끼워져 있을 경우 피복이나 시일에 변형이 발생할 수 있는 것이다.

그러나 용접 작업에 있어서 용접열이 주위로 이동하는 것을 완전히 차단할 수는 없는 것이므로 냉각용 핀(fin)을 설치하거나 다른 냉각수단을 접목하기도 한다.

그런데 상기한 냉각수단을 설치하기 곤란한 용접방식도 있다. 도 1에 도시한 전자빔용접의 경우가 그러한데, 상기 전자빔용접은 용접이 외부로부터 완전히 밀폐된 진공챔버(23)내에서 진행되므로 기껏해야 배기구(24)를 설치하여 내부의 용접열을 외부로 배출하는 정도이다.

도 1은 튜브형 피용접물을 용접하는 종래의 전자빔 용접장치를 참고적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 종래의 전자빔용접기(11)는, 그 하부에 음극(15)이 구비되어 있는 전자총(13)과, 상기 음극(15)의 하부에 위치하며 음극에서 발생한 열전자를 하부로 가속시키는 양극(17)과, 상기 양극(17)에 의해 가속된 전자빔(25)을 한점으로 수렴시켜 고밀도의 에너지를 갖게 하는 집속렌즈(19)와, 상기 전자빔(25)의 경로를 조절하는 편향코일(21)을 포함한다.

아울러 상기 편향코일(21)의 하부에는 진공챔버(23)가 구비되고, 상기 진공챔버(23)의 내부에는 피용접물(31)이 수납되어 있다. 특히 상기 피용접물(31)은 그 일단부가 렌즈(32)에 의해 막힌 원통 튜브의 형태를 취하며 홀더(27)에 의해 수평 으로 설치된 상태로 모터(29)의 구동시 축회전한다. 상기 모터(29)의 구동축과 홀더(27)의 사이에는 베벨기어(미도시)가 설치된다.

또한 상기 진공챔버(23)의 일측에는 배기구(24)가 위치한다. 상기 배기구(24)는 진공챔버(23) 내부에서 발생하는 고온의 용접열을 외부로 배출하는 구멍이다.

상기 전자빔 용접은, 용접부위의 폭이 좁고 매우 강한 접합을 얻을 수 있는 특징을 갖는다.

한편 상기 피용접물(31)은, 전자빔용접기(11)로 용접을 해야 하는 것으로서, 상기 홀더(27)에 그 일단부가 물리는 원통형 몸체(39)와, 상기 몸체(39)의 타단부에 끼워지며 렌즈(35)를 갖는 캡(41)을 갖는다. 또한 상기 렌즈(35)의 외주면은 시일(37)에 의해 밀폐되어 결국 피용접물(31)은 렌즈(35)에 의해 밀폐된다.

여하튼 상기 전자빔(25)은 상기 몸체(39)와 캡(41)의 경계부위인 용접부위(33)에 조사되어 해당부위를 가열하여 융착시킨다. 상기 전자빔(25)이 조사되는 동안 피용접물(31)은 모터(29)에 의해 축회전한다.

그런데 용접이 진행되는 동안 상기 용접부위(33)에 가해진 열의 일부는 화살표 A방향으로 피용접물(31) 내부로 전달된다. 상기와 같이 피용접물(31)의 단부는 렌즈(35)에 의해 밀폐되어 있고 타단부는 홀더(27)에 물려 있는 상태이므로 상기 용접열은 피용접물(31) 내부의 온도를 급상승시켜 시일(37)이나 렌즈(35)를 열변형시킨다.

결국 용접 작업의 요구 조건에 따라 전자빔 용접을 해야만 하고 또한 용접대 상부위(33)의 주위에 열변형 하기 쉬운 부재가 있을 경우, 상기 부재가 용접열에 의한 열변형 하지 않도록 하여야 하지만, 종래의 전자빔 용접기에는 피용접물의 냉각을 전담하는 냉각 수단이 없으므로 용접품질은 충분히 높일 수 있다하더라도 제품의 품질은 높일 수 없는 한계가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 용접시 피용접물의 내부에 냉각용 가스를 분사하여 상기 가스로 하여금 용접열을 피용접물 외부로 신속히 배출하도록 함으로써, 피용접물에 열에 약한 부재가 장착되어 있다 하더라도 용접열에 의한 열변형이 발생하지 않으므로, 용접열에 의한 제품 품질의 저하가 없고 그에 따라 열변형의 염려 없이 안심하고 용접할 수 있게 하는 튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열 배출장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용접열 배출장치는, 소정직경을 가지며 양단이 개방되고 길이방향으로 연장된 튜브형 몸체와, 상기 몸체의 일단부에 끼워지며 그 단부가 막혀있는 캡으로 이루어진 튜브형 피용접물의 몸체에 대해 캡을 용접하는 과정 중 피용접물에 가해져 피용접물 내부로 전달되는 열을 외부로 빼내기 위한 것으로서, 상기 피용접물의 몸체 내부로 진입한 후 캡 측으로 연장되며 외부로부터 공급된 냉각용 가스를 상기 캡측으로 분출하여 가스가 캡에 부딪힌 후 몸체의 내부공간을 거쳐 몸체 외부로 배출하도록 하는 냉각용 가스공급관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용접열 배출장치에는, 상기 가스공급관으로 공급할 가스를 저장하는 가스저장탱크와, 상기 피용접물로부터 배출된 가스를 받아들여 저장하는 회수탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 캡의 단부에는 렌즈가 설치되며 상기 냉각용 가스는 렌즈가 용접열에 의해 손상되지 않도록 렌즈측으로 분사되고, 상기 가스공급관의 단부는 용접부위보다 렌즈측으로 보다 가깝게 설치된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 렌즈(35)에 의해 그 일단부가 밀폐되어 있는 튜브형 피용접물(31)이 고정홀더(55)에 고정되어 있고, 티그(TIG)용접기(51)가 상기 피용접물(31)을 감싸고 있다. 용접기의 종류에 따라 용접기가 고정된 상태로 피용접물이 축회전 할 수 도 있고, 피용접물(31)이 고정된 상태로 용접기(51)가 회전할 수 도 있다.

본 실시예에서는 상기 피용접물(31)이 고정홀더(55)에 의해 고정되어 있고 상기 티그용접기(51)가 피용접물(31)을 수용한 상태로 회전한다. 상기 티그용접기(51)는 용접부위(33)에 근접하며 아크(arc)를 발생하는 용접전극팁(52)과 상기 용접전극팁(52)을 고정하고 상기 피용접물(31)을 수용하는 고정치구(53)를 포함한다. 상기 티그용접기(51) 자체는 공지의 것이다.

한편, 본 실시예에 따른 용접열 배출장치는, 상기 피용접물(31)의 내부로 진입 설치되는 아르곤공급관(57)과, 공급라인(65)을 통해 상기 아르곤공급관(57)에 연결되며 상기 피용접물(31)의 내부공간에 공급할 아르곤을 저장하는 아르곤공급탱크(59)와, 상기 피용접물(31)의 내부공간에 분사된 후 외부로 빠져나오며 용접열을 외부로 배출하는 아르곤가스를 회수라인(67)을 통해 받아들이는 회수탱크(61)와, 콘트롤러(63)를 포함하는 구성을 갖는다.

아울러 상기 공급라인(65)에는 밸브(59a)와 펌프(69)가 설치된다. 상기 밸브(59a)는 아르곤 공급라인(65)의 유동통로를 개폐하는 역할을 하며 상기 콘트롤러(63)에 의해 제어된다. 또한 펌프(69)는 상기 아르곤공급관(57)으로 공급되는 아르곤가스를 압송하는 기능을 한다. 상기 펌프(69)도 콘트롤러(63)에 의해 제어된다.

상기 회수라인(67)에도 밸브(61a)가 구비된다. 상기 밸브(61a)는 콘트롤러(63)에 의해 제어되며 상기 피용접물(31)을 냉각한 아르곤가스를 회수탱크(61)로 이동시킨다.

상기 구성을 갖는 용접열 배출장치는, 상기 피용접물(31)의 내부공간을 냉각함으로써 상기 용접전극팁(52)으로부터 비롯된 용접열이 렌즈(32)나 시일(37)을 변형시키지 못하도록 한다. 즉 용접열이 상기 렌즈(32)나 시일(37)측으로 이동하지 못하도록 용접열을 렌즈(32)의 반대측으로 불어 내는 것이다.

도 3은 상기 도 2의 요부 상세도이다.

도시한 바와같이, 용접전극팁(52)이 용접부위(33)에 근접하도록 설치되어 있다. 상기 용접전극팁(52)은 피용접물(31)의 외주면을 돌아가며 상기 용접부위(33) 와의 사이에 아크를 발생하여 용접부위(33)를 용접한다. 그동안 상기 용접전극팁(52)으로부터 비롯된 용접열의 일부는 화살표 A방향을 따라 피용접물(31) 내부 공간으로 이동하여 내부 온도를 상승시킨다.

이 때 상기 아르곤공급관(57)을 통해서 아르곤이 화살표 B방향으로 분사된다. 상기 아르곤공급관(57)으로부터 분사된 아르곤은 비활성 기체로서 렌즈(35)에 부딪힌 후 렌즈 반대방향으로 이동하며 화살표 A방향으로 들어오는 열을 몰고 외부로 빠져나간다. 이에 따라 상기 용접전극팁(52)에 의해 피용접물(31) 내부로 들어오는 용접열이 렌즈(35)나 시일(37)측으로 이동하지 못한다.

도면부호 71은 노즐이다. 상기 노즐(71)은 아르곤가스가 적절한 각도와 속도로 분출하도록 한다. 특히 공지의 사실과 같이 압축가스가 팽창할 때에 온도가 하강하는 원리를 응용하여 상기 노즐(71)을 통과하는 아르곤가스의 체적을 증가시켜 아르곤가스의 온도를 하강시킬 수 도 있다.

여하튼 상기 아르곤공급관(57)을 통해 분사되는 아르곤가스는 렌즈(35)를 냉각한 후 피용접물(31) 내부의 열기를 몰고 외부로 배출된다.

도면을 참조하면, 상기 용접열 배출방법은, 상기 피용접물(31)을 고정치구(53)에 위치시키되 그 용접부위(33)가 상기 용접전극팁(52)에 대응하도록 셋팅하는 피용접물셋팅단계(101)와, 상기 피용접물(31)의 내부에 아르곤공급관(57)을 삽입 설치하되 그 선단부가 상기 용접부위(33)보다 깊게 위치하도록 수평 설치하고 또한 상기 아르곤공급관(57)의 타단부에는 공급라인(65)을 연결하는 가스공급관설치단계(103)와, 상기 용접부위(33)의 용접과 동시에 수행하는 단계로서 상기 펌프(69)와 밸브(59a)를 제어하여 상기 피용접물(31) 내부에 냉각용 아르곤 가스를 분사함으로써 피용접물(31)에 가해지는 용접열을 외부로 배출하는 가스공급단계(105)를 포함하여 구성된다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

소정직경을 가지며 양단이 개방되고 길이방향으로 연장된 튜브형 몸체와, 상기 몸체의 일단부에 끼워지며 그 단부가 막혀있는 캡으로 이루어진 튜브형 피용접물의 몸체에 대해 캡을 용접하는 과정 중 피용접물에 가해져 피용접물 내부로 전달되는 열을 외부로 빼내기 위한 것으로서,

상기 피용접물의 몸체 내부로 진입한 후 캡 측으로 연장되며 외부로부터 공급된 냉각용 가스를 상기 캡측으로 분출하여 가스가 캡에 부딪힌 후 몸체의 내부공간을 거쳐 몸체 외부로 배출하도록 하는 냉각용 가스공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열 배출장치.
제 1항에 있어서,

상기 용접열 배출장치에는,

상기 가스공급관으로 공급할 가스를 저장하는 가스저장탱크와, 상기 피용접물로부터 배출된 가스를 받아들여 저장하는 회수탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열 배출장치.
제 1항에 있어서,

상기 캡의 단부에는 렌즈가 설치되며 상기 냉각용 가스는 렌즈가 용접열에 의해 손상되지 않도록 렌즈측으로 분사되고,

상기 가스공급관의 단부는 용접부위보다 렌즈측으로 보다 가깝게 설치된 것을 특징으로 하는 튜브형 피용접물의 용접시 발생하는 용접열 배출 배출장치.