KR20110006471U - 플라즈마 가우징 토치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 플라즈마 가우징 토치에 있어 노즐의 형상을 개선하여 가우징 작업시 융액의 비산거리를 증대시키고, 노즐과 실드 캡의 사이의 간극을 최소화하여 실드 가스에 의한 노즐의 냉각 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 전원의 공급에 따라 플라즈마를 발생하는 전극(10)과, 상기 전극(10)을 내장하고 상기 전극(10)으로부터 발생된 플라즈마를 분출하는 분사구(12a)를 갖춘 노즐(12) 및, 상기 노즐(12)을 내장하고 실드 가스를 분출하는 개구부(16a)를 갖춘 실드 캡(16)을 구비하는 플라즈마 가우징 토치로서, 상기 노즐(12)은 선단부에 상기 개구부(16a)와의 사이로 실드 가스의 집중 분사를 위한 실드 홀(12c)을 형성한다.

플라즈마, 가우징, 토치, 노즐, 실드 가스

Description

플라즈마 가우징 토치의 노즐 구조{Nozzle structure for plasma gouging torch}

본 고안은 플라즈마 가우징 토치의 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐의 형상을 개선하여 가우징 작업시 융액의 비산거리를 증대시키고 실드 가스에 의한 노즐의 냉각 효과를 증대시킬 수 있도록 하는 플라즈마 가우징 토치의 노즐 구조에 관한 것이다.

일반적으로 모재에 대한 용접후 용접부위에서 발생하는 용접 결함을 제거하기 위해서는 고온의 아크 또는 플라즈마를 이용하여 융액을 비산시키는 가우징 작업을 하게 된다. 이러한 가우징 작업은 카본 가우징 기법을 가장 많이 사용하였으나, 카본 가우징 기법은 소음이 크고 플래임 및 퓸 등의 발생이 심하여 점차 플라즈마 가우징 기법으로 대체되고 있는 추세이다.

종래, 플라즈마 가우징을 위한 토치는 도 4에 도시된 바와 같이, 외부로부터 전원의 공급에 따라 플라즈마를 발생시키는 전극(50)과, 상기 전극(50)을 내장하고 상기 전극(50)으로부터 발생된 플라즈마를 분출하는 분사구(52a)를 갖춘 노즐(52) 및, 상기 노즐(52)을 내장하고 토치 몸체(54)에 조립되어 실드 가스를 분출하는 개구부(56a)를 갖춘 실드 캡(56) 등으로 이루어진다.

이와 같은 토치를 이용한 플라즈마 가우징 작업에서는 가우징부를 실드하여 가우징 후 그라인딩 없이 용접이 가능하도록 하기 위해 수소와 아르곤의 혼합가스, 질소와 아르곤의 혼합가스 등의 실드 가스를 사용하고 있는 데, 실드 가스의 분사는 상기 노즐(52)의 선단부 외경(D)과 상기 실드 캡(56)의 개구부(56a) 사이의 간극(G)을 통해 이루어진다.

그런데, 종래 플라즈마 가우징 작업을 위한 토치에서 상기 노즐(52)의 선단부 외경(D)과 상기 실드 캡(56)의 개구부(56a) 사이의 간극(G)이 대략 3mm 정도로 크기 때문에 분사되는 실드 가스가 전체적으로 고르게 퍼져 나가 융액을 멀리 비산시키지 못하게 된다.

또한, 상기 노즐(52)의 선단부 크기가 작기 때문에 고온의 발열에 따른 노즐(52)의 마모가 쉽게 이루어지고, 실드 가스의 분출압력이 낮아 융액을 멀리까지 비산하지 못하게 되므로 위보기 자세의 가우징 시에는 많은 불편함이 수반된다.

이에 본 고안은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 플라즈마 가우징 토치에 있어 노즐의 형상을 개선하여 가우징 작업시 융액의 비산거리를 증대시키고, 노즐과 실드 캡의 사이의 간극을 최소화하여 실드 가스에 의한 노즐의 냉각 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 전원의 공급에 따라 플라즈마를 발생하는 전극과, 상기 전극을 내부에 수용하고 상기 전극으로부터 발생된 플라즈마를 분출하는 분사구를 갖추며 토치 몸체에 대해 회전 가능하게 결합되는 노즐 및, 상기 토치 몸체에 설치되어 상기 노즐을 내장하고 실드 가스의 분출을 위한 개구부를 갖춘 실드 캡을 구비하는 플라즈마 가우징 토치로서, 상기 노즐은 선단부에 상기 실드 캡의 개구부와의 사이로 실드 가스의 집중 분사를 위한 실드 홀을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 실드 홀은 상기 노즐의 길이방향을 따라 길게 연장되고 그 형성방향이 상기 노즐의 분사구 중심을 향하고 상기 실드 홀을 제외한 나머지 부위에서 상기 노즐의 선단부 외경은 상기 개구부와의 사이에서 1mm 이하의 일정한 간극을 유지하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 실드 홀은 상기 노즐의 중심부에 대해 일측으로 편심된 위치에 한정하여 적어도 1개 이상의 수량으로 형성되고, 단면은 상기 노즐의 표면에 대해 오목한 구조를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 플라즈마 가우징 토치의 노즐 구조에 의하면, 노즐의 표면 일측 부위에 실드 캡의 개구부를 향한 실드 홀을 형성함으로써 실드 홀을 통한 실드 가스의 분출압력과 분출속도를 증가시켜 가우징 작업시 융액의 비산거리를 증대시킬 수 있게 된다.

이 결과, 플라즈마의 방출에 의해 모재에서 가우징 되는 부위는 보다 깊고 넓은 프로파일을 갖게 되고, 특히 메인 아크의 초기 스타트시 모재가 날카롭게 가우징 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 고안은 노즐과 실드 캡의 개구부 사이에 형성되는 간극을 최소화하여 실드 가스에 의한 노즐의 냉각 효과를 증대시킬 수 있으므로 노즐의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

아울러, 본 고안은 플라즈마 가우징 토치의 헤드에 대해 노즐을 회전 가능하게 설치함으로써 실드 캡 내부에서 노즐에 형성된 실드 홀의 위치를 조절할 수 있으므로, 위보기 자세의 가우징 작업시에도 실드 홀의 위치 조절을 통해 융액을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 고안이 적용되는 플라즈마 가우징 토치는 외부로부터 전원의 공급에 따라 플라즈마를 발생시키는 전극(10)과, 상기 전극(10)을 내부에 수용하는 중공형상의 노즐(12) 및, 상기 노즐(12)을 내부에 수용하고 토치 몸체(14)의 헤드에 구비된 실드 바디에 대해 나사체결 방식으로 결합되는 중공형상의 실드 캡(16) 등을 포함하여 구성된다.

상기 노즐(12)은 상기 전극(10)으로부터 발생된 플라즈마를 분출하기 위해 전방 선단부에 분사구(12a)를 형성하고, 토치 몸체(14)의 헤드에 회전 가능하게 설치된다. 상기 실드 캡(16)은 실드 가스의 분출을 위해 전방 선단부에 개구부(16a)를 형성하고, 상기 개구부(16a)는 상기 노즐(12)의 분사구(12a)를 포함한 선단부위가 외부로 노출될 수 있도록 해 준다.

이 경우, 상기 노즐(12)은 테이퍼면(12b) 선단의 표면에 상기 실드 캡(16)의 개구부(16a)와의 사이로 플라즈마 가우징시 모재를 향해 실드 가스의 집중 분사를 위한 실드 홀(12c)을 형성하는 데, 상기 실드 홀(12c)은 상기 노즐(12)의 테이퍼면(12b)의 길이방향을 따라 길게 연장되도록 형성되고, 그 형성방향이 상기 노즐(12)에 형성된 분사구(12a)의 중심을 향하도록 설정된다.

그리고, 상기 실드 홀(12c)은 상기 노즐(12)의 중심을 기준으로 일측으로 편심된 위치에 한정하여 적어도 1개 이상의 수량으로 형성되어 상기 노즐(12)은 실드 홀(12c)을 통해 실드 가스를 가우징 부위에 대해 보다 집중적으로 분사할 수 있게 한다. 또한, 상기 실드 홀(12c)은 그 단면의 형상이 상기 노즐(12)의 테이퍼면(12b) 선단의 표면에 대해 오목한 구조를 가지도록 형성되어 실드 가스의 분출시 저항을 최소화함으로써 분출속도와 분출압력의 저하를 방지하게 된다.

또한, 상기 노즐(12)의 테이퍼면(12b) 선단부의 외경(D)과 상기 실드 캡(16)의 개구부(16a) 사이는 대략 1mm 이하의 일정한 수준의 긴밀한 간극(G)을 유지하도 록 설정된다. 즉, 상기 노즐(12)의 테이퍼면(12b) 선단부에서 실드 홀(12c)을 제외한 전 둘레부위에 대한 외경(D)과 상기 실드 캡(16)의 개구부(16a) 사이의 간극(G)이 보다 긴밀한 수준으로 조절되어, 이 부위를 통한 실드 가스의 분출 보다는 상기 노즐(12)의 실드 홀(12c)과 상기 실드 캡(16)의 개구부(16a) 사이의 공간을 통해 실드 가스의 집중적인 분사가 이루어질 수 있도록 설정된다.

따라서, 상기와 같은 구조의 노즐(12)을 갖춘 플라즈마 가우징 토치는 가우징 작업시, 상기 노즐(12)의 테이퍼면(12b)에서 선단부의 표면 일측으로 형성된 실드 홀(12c)과 상기 실드 캡(16)의 개구부(16a) 사이의 공간을 통해 실드 가스가 집중적으로 모재를 향해 분사되고, 상기 전극(10)에서 생성된 플라즈마는 상기 노즐(12)의 실드 홀(12c)을 통해 집중 분사되는 실드 가스에 의해 보호된 상태에서 보다 안정되게 분출할 수 있게 된다.

이때, 상기 전극(10)을 통해 분출되는 플라즈마는 집중 분사되는 실드 가스를 매개로 모재의 융액에 대한 비산거리를 더욱 증가시킬 수 있게 되고, 특히 플라즈마의 방출에 의해 모재에서 가우징이 이루어지는 부위는 종래 보다 더 깊고 넓은 프로파일을 가질 수 있게 된다. 또한, 가우징에 따른 메인 아크의 초기 스타트시 모재가 날카롭게 가우징 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

즉, 본 고안에 따른 플라즈마 가우징 토치의 노즐 구조에 따르면, 상기 노즐(12)의 테이퍼면(12b)의 선단부 외경(D)과 상기 실드 캡(16)의 개구부(16a) 사이의 간극(G)을 대략 1mm 이하의 일정한 수준으로 긴밀하게 유지함으로써, 상기 노즐(12)의 테이퍼면(12b) 일측부위에 국한되게 형성된 실드 홀(12c)과 상기 실드 캡(16)의 개구부(16a) 사이의 공간을 통해 분사되는 실드 가스에 대한 분출압력과 분출속도는 증가될 수 있어 가우징 작업시 융액의 비산거리를 더욱 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 노즐(12)의 외경(D)과 상기 실드 캡(16)의 개구부(16a) 사이의 간극(G)이 1mm 이하의 수준으로 긴밀하게 유지되면, 상기 실드 캡(16)의 내부 공간을 통해 방출되는 실드 가스는 상기 노즐(12)에 대한 냉각 효과를 증대시킬 수 있으므로 노즐(12)의 수명을 연장할 수 있게 되고, 특히 상기 노즐(12)의 선단부는 동일한 크기의 개구부(16a)를 가지는 실드 캡(16)에 대해 보다 큰 스펙의 외경(D)을 가질 수 있으므로 고온의 플라즈마에 의한 열영향에 보다 유리하게 되므로 수명 연장에 기여할 수 있게 된다.

아울러, 상기 노즐(12)은 상기 토치 몸체(14)에 대해 회전 가능하게 조립되기 때문에 위보기 자세를 비롯한 다양한 가우징 작업시에도 실드 가스의 분사방향을 적절하게 조정할 수 있게 되고, 특히 실드 가스의 낮은 분사압에서도 실드 홀(12c)과 개구부(16a) 사이의 공간을 통해 실드 가스의 분출압력과 분출속도를 증가시킬 수 있으므로 융액을 집중적으로 비산시킬 수 있게 된다.

이상과 같이 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 고안은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 고안의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 고안에 따른 플라즈마 가우징 토치의 노즐 부위를 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 노즐의 측면도.

도 3은 도 2에 도시된 노즐의 평면도.

도 4는 종래 플라즈마 가우징 토치의 노즐 부위를 도시한 도면.

도 5는 도 4에 도시된 노즐의 측면도.

도 6은 도 5에 도시된 노즐의 평면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-전극 12-노즐

12a-분사구 12b-테이퍼면

12c-실드 홀 14-토치 몸체

16-실드 캡 16a-개구부

Claims (5)

1. 전원의 공급에 따라 플라즈마를 발생하는 전극(10)과, 상기 전극(10)을 내장하고 상기 전극(10)으로부터 발생된 플라즈마를 분출하는 분사구(12a)를 갖춘 노즐(12) 및, 상기 노즐(12)을 내장하고 실드 가스의 분출을 위한 개구부(16a)를 갖추고서 토치 몸체(14)에 설치되는 실드 캡(16)을 구비하는 플라즈마 가우징 토치로서, 상기 노즐(12)은 선단부에 상기 개구부(16a)와의 사이로 실드 가스의 집중 분사를 위한 실드 홀(12c)을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가우징 토치의 노즐 구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 실드 홀(12c)은 상기 노즐(12)의 길이방향을 따라 연장되고, 그 형성방향이 상기 노즐(12)의 분사구(12a) 중심을 향하고, 상기 실드 홀(12c)을 제외한 나머지 부위에서 상기 노즐(12)의 선단부 외경(D)은 상기 개구부(16a)와의 사이에서 1mm 이하의 일정한 간극(G)을 유지하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가우징 토치의 노즐 구조.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 실드 홀(12c)은 상기 노즐(12)의 중심부에 대해 일측으로 편심된 위치에 한정하여 적어도 1개 이상의 수량으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가우징 토치의 노즐 구조.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 실드 홀(12c)은 상기 노즐(12)의 표면에 대해 오목한 단면 구조를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가우징 토치의 노즐 구조.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 노즐(12)은 상기 토치 몸체(14)에 대해 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가우징 토치의 노즐 구조.

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