KR20120049844A

KR20120049844A - 용접 장치, 전극 헤드 및 방법

Info

Publication number: KR20120049844A
Application number: KR1020117026752A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 알. 피터스; 마이클 에스. 플래그; 그레그 맥콜
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-05-17
Also published as: EP2448708B1; US8399792B2; KR101364287B1; WO2011001257A2; US20100326963A1; CN102665993A; JP5362914B2; JP2012531314A; EP2448708A2; CN102665993B; WO2011001257A3

Abstract

용접 장치는 워크 피스의 표면 상에 클래딩 재료를 동시에 용착시키기 위해 간격을 두고 이격된 구성으로 연관된 다수의 연속 공급 전극의 에레이를 동시에 하우징하기 적합한 전극 헤드를 포함한다. 전극 헤드는 용접 궤적을 통하여 작동가능할 수 있다. 또한, 용접 장치는 다수의 연속 공급 전극 각각과 워크피스 사이의 용접 아크를 동시에 설정하기 위한 전력을 제공하기 적합한 용접 전원을 포함할 수 있다.

Description

용접 장치, 전극 헤드 및 방법{WELDING DEVICE, ELECTRODE HEAD AND METHOD}

본 명세서는 용접, 보다 구체적으로는 용접 장치, 전극 헤드 및 워크피스를 클래딩하는 방법에 관한 것이다.

금속 부분은 빈번하게 파쇄뿐만 아니라 기계적 마모(마멸 및 가압), 화학적 부식 및/또는 가열을 포함하는 마모 및 마멸에 의해 그의 의도된 용도로 사용될 수 없다. 마모는 금속 부분의 치수, 및 그 기능을 변화시킨다. 열화된 표면(degraded surface)에 내구성 금속이 부착되는 마모된 금속 부분을 수리하는 공정이 알려져 있다. 유사하게, 마모될 것으로 예상될 수 있는 이전에 마모되지 않은 표면에 내구성 금속이 부착될 수 있다. 금속 부품에 대해서 이것은 일반적으로 용접 또는 접합에 의해 부분의 표면에 내마모성 재료를 증강시키는 피복으로서 정의될 수 있는 클래딩 또는 하드-페이싱으로서 보통 알려져 있다. 클래딩의 비용은 교체 비용보다 상당히 저렴하고, 크래딩은 강철, 스테인리스 강, 니켈 기반 합금 및 구리 기반 합금 등의 다양한 비금속(base metals)에 적용가능하므로 오늘날 산업 전반에 걸쳐 널리 사용된다.

종래의 클래딩 방법 및 시스템은 비용 효율적인 속도로 클래딩 재료를 용착시키기에 충분히 큰 직경을 갖는 단일 전극을 사용한다. 그러나, 그것은 전형적으로 보다 깊은 침투 및 보다 높은 혼합을 초래한다. 다른 시스템은 유연하지 않고, 광범위한 합금과 함께 사용하는데 적용할 수 없는 스트립 크래딩을 사용한다. 게다가, 스트립 전극은 제조 및 사용 비용이 많이 든다.

일실시형태에 있어서, 용접 장치는 연관된 워크피스의 표면에 클래딩 재료를 동시에 용착시키기 위해 간격을 두고 이격된 구성으로 연관된 다수의 연속 공급 전극의 어레이를 동시에 하우징하기 적합한 전극 헤드를 포함한다. 전극 헤드는 용접 궤적(welding trajectory)을 통하여 작동가능할 수 있다. 또한, 용접 장치는 연관된 다수의 연속 공급 전극 각각과 연관된 워크피스 사이의 용접 아크를 동시에 설정하기 위한 전력을 제공하기 적합한 용접 전원, 및 전극 헤드를 통하여 연관된 다수의 연속 공급 전극의 어레이를 동시에 구동하는 수단를 포함한다. 추가 실시형태는 상세한 설명, 도면 및 청구항으로부터 추론될 수 있다.

도 1은 용접 장치의 사시도이다.
도 2는 전극 헤드의 실시형태의 사시도이다.
도 3a는 예시적인 용접 전원의 개략도이다.
도 3b는 예시적인 용접 전원의 개략도이다.
도 4는 용접 장치의 다른 실시형태의 사시도이다.
도 5는 용접 장치의 다른 실시형태의 사시도이다.
도 6은 용접 장치의 다른 실시형태의 사시도이다.
도 7a는 용접 장치의 다른 실시형태의 사시도이다.
도 7b는 용접 장치의 다른 실시형태의 사시도이다.
도 8은 용접 장치의 다른 실시형태의 사시도이다.
도 9는 전극 헤드의 다른 실시형태의 사시도이다.
도 10a는 전극 헤드의 다른 실시형태의 사시도이다.
도 10b는 도 10a에 나타낸 전극 헤드의 실시형태의 절개 평면도이다.
도 10c는 전극 헤드의 실시형태의 절개 평면도이다.
도 11은 클래딩 방법의 공정 흐름도이다.

이제 도면을 참조하면, 도시는 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 것이지 그것을 한정하기 위한 것이 아니며, 도 1은 전반적으로 10으로 표시되는 용접 장치를 나타낸다. 장치(10)는 GMAW, FCAW, TIG 및 레이저 용접과 같은 다른 용접 공정도 채용될 수 있지만 서브머지드 아크 또는 일렉트로슬래그 용접 공정에 의해 워크피스를 클래딩 또는 하드-페이싱하기 위해 전형적으로 사용될 수 있다.

클래딩 또는 하드-페이싱은 클래딩 재료가 기판 또는 워크피스로서 알려진 기존 부품의 표면에 부착되는 공정으로서 정의될 수 있다. 공정은 부품 재료보다 단단할 수 있는 클래딩 재료 또는 필러선을 접착시키거나 주입한다. 이러한 방식으로 클래딩 재료는 사용하는 동안의 마멸, 부식 및 가열에 대한 내마모 표면 및 배리어를 포함한다.

용접 디바이스(10)는 다수의 연속 공급 전극(32)의 어레이(30)를 동시에 하우징하도록 이루어질 수 있는 전극 헤드(20)를 포함할 수 있다. 전극(32)은 가스-실드, 셀프-실드, 또는 메탈 코어드일 수 있다. 가스 실딩하에, 서브머지드 아크 플럭스하에, 또는 일렉트로슬래그 공정에서 사용될 전극은 솔리드 코어, 메탈 코어 또는 플럭스 코어드 와이어일 수 있다. 코어드 전극의 경우에 전극 외장은 탄소 강, 스테인리스 강, 또는 니켈 합금일 수 있다는 것이 고려된다. 전극(32)은 코일(70) 상에 제공될 수 있다. 코일(70)은 복수의 개별 코일을 포함할 수 있고, 각 코일은 공통 회전축을 따라 배열된 단일 전극을 함유한다. 여전히, 필러선 또는 클래딩 재료를 전달하는 어떤 방식은 본 발명의 실시형태의 의도된 포함 범위로부터 벗어남없이 선택될 수 있다.

전형적으로, 종래의 시스템 및 방법에서 워크피스는 클래딩 재료의 폭을 증가시키기 위해 워크피스에 걸쳐 전후로 용접 헤드를 이동하는 헤드 오실레이터와 결합하여 1개 또는 2개의 전극에 의해 또는 스트립 전극을 사용하여 클래딩된다. 스트립 전극은 전형적으로 폭 45~120㎜ 및 두께 0.5㎜일 수 있는 반면에, 헤드 오실레이터에서 전형적으로 사용되는 개별 전극은 3/32인치 이상의 직경을 갖는다. 본 명세서로 돌아가서, 전극(32)의 직경은, 종래 기술과 대비하여, 1/16인치 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 전극(32)은 대략 0.020~0.060인치 사이의 범위일 수 있다. 더욱 구체적으로는, 전극(32)의 직경은 대략 0.045인치일 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수의 전극(32)은 실질적으로 다른 직경을 갖는 전극을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전극 헤드(20)의 중심 근방의 전극(32)은 직경 0.020인치 또는 0.035인치일 수 있거나 또는 일반적으로 더 얇을 수 있지만, 전극 헤드(20)의 외측 근방의 전극(32')은 직경 0.045인치일 수 있거나 또는 일반적으로 더 두꺼울 수 있다. 큰 직경의 와이어는 작은 직경의 와이어보다 높은 전류 레벨에서 용융될 수 있고, 그러한 배열은 용융된 클래딩 재료 용착의 가장자리에 전류에 의해 더 많은 열을 발생시킬 수 있다.

또한, 전극(32)의 직경은 전극에 가해진 전류량에 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 6개의 직경 0.045인치의 전극을 갖는 어레이는 600amp의 전류에 의해 작동될 수 있는 반면, 6개의 직경 0.035인치의 전극의 유사한 어레이는 450~500amp의 전류에 의해 작동될 수 있다. 직경 0.035인치의 전극을 사용한 예에서는, 직경 0.045인치를 사용할 때와 대략 동일한 용착 속도를 유지하기 위해서 와이어 공급, 즉 전극이 전극 헤드(20)로 공급되는 속도를 증가할 필요가 있을 것이다. 그러나, 그러한 예에 있어서, 혼합물 침투, 즉 용융된 워크피스와 클래딩 재료의 혼합, 및 워크피스의 원래의 표면 아래의 연관된 그 깊이는 직경 0.045인치의 전극이 사용되는 응용 분야와는 대조적으로 감소한다고 관찰될 수 있다.

전극 헤드(20)는 복수의 전극 콘택트 팁(22)을 수용하도록 이루어질 수 있다. 콘택트 팁(22) 각각은 전극(32) 중 하나와 연관될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 전극(32) 및 대응하는 전극 팁(22)의 수는 2~15 사이의 범위일 수 있다. 보다 구체적으로는, 전극의 수는 7일 수 있다. 그러나, 15를 초과하는 전극의 사용이 특정 어플리케이션에 적절하므로 포함될 수 있다. 사실, 인접하여 위치결정된 전극의 수는 전극 헤드(20)의 실제 사이즈 및/또는 워크피스(51)의 치수에 의해서만 제한된다. 일양상에 있어서, 콘택트 팁(22)은 전극 헤드(20) 내에서 선택적으로 위치결정될 수 있어 각 콘택트 팁(22)이 전극 헤드(20)로부터 연장하는 거리는 주문제작될 수 있다. 예를 들면, 전극 헤드(20)의 중심 근방의 콘택트 팁은 전극 헤드(20)의 외측 근방의 콘택트 팁보다 워크피스에 가깝게 연장될 수 있다. 그러한 배열은 용융지(weld pool)의 가장자리가 용융지의 중심에 비해 차가워지도록 한다. 당업자는 각종 다른 열-이질적인 패턴이 본 발명의 실시형태의 의도된 포함 범위로부터 벗어남없이 성취될 수 있음을 쉽게 알 것이다. 다른 양상에 있어서, 콘택트 팁(22)은 다양한 길이로 제공될 수 있다. 보다 구체적으로는, 콘택트 팁(22)과 워크피스(51) 사이의 거리를 변경하는 다른 방법으로서 하나의 콘택트 팁이 다른 것보다 더 길 수 있다. 다르게 말하면, 콘택트 팁(22)의 단부로부터 워크피스(51)까지의 거리는 개별 전극(22)에 대해 변경될 수 있고, 용접 전류 및/또는 와이어 공급 속도는 개별 전극(22)에 대해 변경될 수 있을 뿐만 아니라 동일할 수도 있다.

콘택트 팁(22)은 전극 헤드(20)에 해방가능하게 고정될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 전극 헤드(20)는 각 콘택트 팁(22)을 각각 단단히 수용하도록 이루어진 개구부를 포함할 수 있다. 일례의 방식에서, 개구부는 나삿니가 있을 수 있다. 콘택트 팁(22)은 필요에 따라 전극 헤드(20)로 삽입하고, 그로부터 제거하기 위해 대응하여 나삿니가 있을 수 있다. 일실시형태에 있어서, 조여질 때 콘택트 팁(22)이 뜻하지 않게 제자리에서 벗어나는 것을 방지하는 세트 스크루도 포함될 수 있다. 여전히, 전극 헤더(20)에 대하여 콘택트 팁(22)을 혼합하는 다른 수단이 사운드 엔지니어링 판정에 의해 선택될 수 있다.

도 3 및 도 3a를 참조하면, 용접 장치(10)는 본 분야에서 알려진 바와 같은, 사실상 예시인 후술되는 용접 전원(40)을 더 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 하나의 전원은 미국 오하이오 클리블랜드에 소재한 The Lincoln Electric Company에 의해 제작된 Power Wave® 전원이다. 현재의 실시형태에 있어서, 입력 전력선(L1, L2, 및 L3)에 의해 나타낸 3상 전력은 도체(7)를 통하여 DC 신호를 생성하는 전원 정류기(8)로 인도되고, DC 신호는 또한 인버터(13)의 입력으로 인도될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 인버터(13)는 본 분야에 잘 알려진 방식으로 1차 및 2차 권선을 갖는 변압기를 포함할 수 있다. 2차 권선으로부터의 출력은 전극 헤드(20) 내에 수용되는 전극(32)에 DC 전력을 전달하는 스터드(23, 24)라고도 부르는 전력 출력 단자(23, 24)에 각각 포지티브 및 네거티브 전원을 제공하는 정류기로 인도될 수 있다. 전원(40)은 용접 또는 클래딩 공정 동안에 스터드(23, 24)에서 출력 전력을 측정 또는 제어하는 정류기에 전기적으로 통신하는 전력 출력 컨트롤러(27)를 더 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 컨트롤러(27)는 펄스파 변조기(27') 또는 PWM(27')을 포함할 수 있다. 용접 케이블(33, 34)은 전극 헤드(20)의 전극을 통하여 워크피스(51)로 용접 전류를 전달하기 위해 전원(40), 보다 구체적으로는 스터드(23, 24)에 접속될 수 있다.

대안의 실시형태는 AC 전력을 전달하는 전원(40)을 갖는 용접 장치(10)의 사용을 예상한다. 유사한 방식으로 입력 전력선(L1, L2 및 L3)은 전압을 적절한 레벨까지 점증/점감시키는 정류기로 전력을 전달한다. 그러나, 이러한 실시형태에 있어서 출력 컨트롤러(27)는 본 발명의 실시형태에 관한 사용에 적합한 AC 신호 또는 어떤 AC 파형을 발생하도록 출력을 제어한다.

일실시형태에 있어서, 용접 장치(10)는 예를 들면, 대략 1000amp 이하의 전류가 사용될 수 있는 어플리케이션을 위해 단일 전원을 포함할 수 있다. 그러나, 예를 들면, 대략 1000amp 초과의 전류가 사용될 수 있는 어플리케이션에 있어서는 용접 장치(10)에 필요한 전류를 제공하기 위해, 도 4에 나타낸 바와 같이, 다수의 전원(40)이 병렬로 접속될 수 있다. 물론, 당업자는 DC형 및/또는 AC형 전원(40) 모두가 상술한 방식으로 접속될 수 있다는 것을 쉽게 알 것이다.

도 5에 나타낸 다른 실시형태에 있어서, 적어도 2개의 전극 헤드(20)가 클래딩 재료의 보다 넓은 용착을 제공하기 위해 용접 궤적의 경로와 직교하여 실질적으로 나란히 배열될 수 있다. 그러한 실시형태에 있어서는, 각 전극 헤드(20)가 분리된 전원(40)에 접속될 수 있다고 예상된다. 그러나, 단일 전원(40)이 클래딩 작업의 전력 필요조건에 의거하여 1개 이상의 전극 헤드(20)를 작동시킬 수 있다.

도 6에 나타낸 또 다른 실시형태에 있어서, 적어도 2개의 전극 헤드(20)가 제공될 수 있고, 동일한 워크피스 영역에 걸쳐 클래딩 재료의 용착을 증가시키기 위해 제 1 전극 헤드가 제 2 전극 헤드의 실질적으로 전방에 위치결정된다. 그러한 배열은 단일 전극 헤드에 의해 이루어지는 클래딩 패스의 수를 감소시킴으로써 생산성을 증가시킬 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 용접 장치(10)는 전극 헤드(20)를 통하여 전극(32)의 어레이(30)를 동시에 구동하는 수단을 추가적으로 포함할 수 있다. 구동 수단은 복수의 구동 롤(50) 또는 다른 와이어 공급 장치를 포함할 수 있다는 것이 예상된다. 복수의 구동 롤(50) 각각은 1개 이상의 전극(32)과 연관될 수 있다. 전극의 수와 와이어 공급기의 수 사이의 관계가 본 명세서의 의도로부터 벗어남없는 클래딩 공정에서 적절하게 어떤 수의 전극이 구동 롤의 단일 세트와 연관될 수 있도록 구성될 수 있다는 것이 예상되지만, 일양상에 있어서는 2개의 전극(32)이 구동 롤(50)의 단일 세트와 연관될 수 있다. 일례에 있어서, 구동 롤(50)은 실질적으로 동일한 속도로 전극 헤드(20)를 통하여 전극(32)을 구동하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 구동 롤러(50)는 느린 및/또는 빠른 와이어 속도/와이어 공급 속도로 전극(32)을 공급하도록 구성될 수 있고, 전극을 용융하는데 필요한 전류를 변화시킴으로써 용융된 클래딩 재료로 전극(32)에 의해 입력되는 열을 변화시키는 것이 바람직할 것이다. 각 전극(32)을 통과하는 전류의 흐름에 의해 유도되는 자기력의 영향을 실질적으로 감소 및/또는 제거하기 위해, 예를 들면 하나의 구동 롤(50) 세트는 하나의 와이어 공급 속도로 어레이(30)의 외측에 배열된 전극(32)을 공급하도록 구성될 수 있는 반면에, 다른 구동 롤러(50) 세트는 외측 전극의 와이어 공급 속도와 비교하여 상대적으로 낮은 와이어 공급 속도로 어레이(30)의 내측에 배열되는 전극(32)을 공급하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시형태의 일양상에 있어서, 각 전극(32)은 동일한 전압 전위를 갖는 용접 전원(40)에 접속되도록 구성될 수 있다. 즉, 클래딩 공정 동안에 용접 전력은 실질적으로 동일한 속도로 어레이에서 각 전극(32)을 통하여 전달된다. 따라서, 클래딩 재료는 전극 헤드(20)의 폭에 걸쳐 실질적으로 균일하게 전달된다. 또한, 기판의 균일한 침투가 성취된다. 상기 지적한 바와 같이, 전력은 일단부에서 스터드(23, 24)로 부착되도록 용접 케이블(33, 34)을 통하여 용접 전원(40)으로부터 전달될 수 있다. 말단부에서 용접 케이블(33, 34)은 전극 헤드 커넥터를 통하여 전극 헤드(20)에 접속될 수 있다. 단일 용접 전원(40)의 예시 경우에 단일 전극 헤드 커넥터는 전극 헤드(20) 내에 장착된 콘택트 팁(22) 모두에 공통으로 용접 케이블(23, 24)로부터 전력을 전달할 수 있다. 결과적으로, 다수의 전원(40)에 대하여 각 콘택트 팁(22)에 공통으로 접속되는 다수의 전극 헤드 커넥터가 채용될 수 있다.

이제 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 전극 헤드(20) 내에 장착된 다른 콘택트 팁(22)이 다른 전압 전위 및/또는 다른 극성에서 전력을 수신하도록 접속되는 대안의 실시형태가 예상된다. 예를 들면, 하나의 전극(32) 세트는 제 1 전압 및 극성으로 제 1 전원(40) 세트에 접속된다. 나머지, 즉 동일한 전극 헤드(20)에 공통인 전극(32)이 다른 전압 전위 및 극성으로 전력을 전달하기 위해 다른 전원(40') 세트에 접속될 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 다수의 전극 헤드 커넥터가 사용될 수 있지만, 전극 헤드(20)는 컨택트 팁(22)으로의 전력 접속이 특정 작업을 위해 주문 제작되도록 구성될 수 있다. 각 전극(32)을 통과하는 전류의 흐름에 의해 유도되는 자기력의 영향을 실질적으로 감소 및/또는 제거하기 위해, 예를 들면 하나의 전원(50)은 어레이(30)의 외측에 배열되는 전극(32)에 600amp의 전류를 전달하도록 구성될 수 있는 반면에, 다른 전원(50)은 어레이(30)의 내측에 배열된 전극(32)으로 예를 들면 450amp의 상대적으로 낮은 전류를 전달하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 각 전극(32)을 통과하는 전류의 흐름에 의해 유도되는 자기력의 영향을 실질적으로 감소 및/또는 제거하기 위해, 하나의 전원(50)은 네거티브 극성으로 어레이(30)의 외측에 배열된 전극(32)으로 전력을 전달하도록 구성될 수 있는 반면에, 다른 전원(50)은 포지티브 극성으로 어레이(30)의 내측에 배열된 전극(32)으로 전력을 전달하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 각 전원(50)에 의해 전달된 전류는 클래딩 작업에 의거하여 동일한 또는 다른 전류일 수 있다. 그러한 구성 모두는 본 발명의 실시형태의 포함 범위 내가 되도록 해석될 것이다.

용접 또는 클래딩 공정에서 AC 전력이 사용되는 경우에 전극(32)을 통과하는 전류의 흐름에 의해 유도되는 자기력의 영향을 실질적으로 감소 및/또는 제거하기 위해 각각의 전원(40, 40')에 의해 발생되는 파형을 조정할 필요가 있을 수 있다는 것이 주목된다. 일례에 있어서, 하나의 전원(40)으로부터의 전력은 전극(32)의 제 1 그룹[가장 내측의 전극(32)들일 수 있음]에 접속될 수 있고, 전원(40')으로부터의 전력은 전극(32)의 제 2 그룹, 즉 동일한 전극 헤드(20) 내의 가장 외측의 전극들에 접속될 수 있다. 다른 예에 있어서, 2개의 전극 헤드(20)가 재료를 나란히 용착하기 위해 인접하여 위치결정될 수 있다. 하나의 전원(40)은 가장 전방의 전극 헤드(20)에서 전극(32) 모두에 접속될 수 있고, 다른 전원(40')은 후방의 전극 헤드(32)의 전극(32)에 접속될 수 있다. 이러한 경우 각각에 있어서, AC 파형은 전극 헤드(20)로 전달된 전력이 워크피스 또는 기판의 표면 상에 재료를 다르게 우회시키거나 이동시킬 자기력을 불안정하게 하도록 동기화될 수 있다. 다르게 말하면, 용융된 유체 재료 상의 자기력의 영향이 실질적으로 감소 및/또는 무력화된다. 또한, 본 발명의 실시형태와 함께 사용하는데 적합하게 파형을 조정하는, 즉 동기화하거나 비동기화하는 어떤 방식이 선택될 수 있다고 해석될 것이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 전극(32)의 어레이(30)는 용접 궤적(이동 경로에의해 도시됨)에 대하여 직교하여 배향된 전극 헤드(20)를 갖는 전극 헤드(20) 내에서 실질적으로 선형으로 구성될 수 있다. 따라서, 전극 헤드(20)는 워크피스의 폭을 가로질러 단일의 연속 용접 비드 또는 용융지를 용착할 수 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 전극 헤드(20)는 도 1에 나타낸 배열로부터 90°회전될 수 있다. 그러한 배열은 낮은 전력 소모를 여전히 유지하면서 상대적 높은 속도의 클래딩 재료 융착을 가능하게 할 수 있다. 전극 헤드(20) 내의 전극(32)의 수 및 구성에 의거하여 단일 전극에 의한 다수의 클래딩 패스가 도 7에 나타낸 바와 같이 배향된 전극 헤드(20)에 의해 수행되는 단일 클래딩 패스에 의해 대체될 수 있다.

또한, 전극 헤드(20)는 콘택트 팁(22)이 워크피스에 대하여 다른 배향 각도로 전극(32)을 인도하도록 구성될 수 있다는 것이 예상된다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 수벽(water wall)으로서 알려진 어플리케이션에서 금속 스트립에 의해 접속된 한쌍의 튜브를 클래딩하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 작업에서 전극(32)은 수벽의 튜브의 벽에 상방으로 용융된 클래딩 재료를 인도하는 각도로 구성될 수 있다. 도 10a 및 도 10b에 나타낸 다른 대안에 있어서, 콘택트 팁(22) 및 전극(32)은 2열로 구성될 수 있다. 이러한 대안에 있어서, 열 중 하나에서의 전극(32)은 용접 비드가 "점차 사라지도록(feather)" 또는 아크의 힘이 용융지(60)의 측면으로 용접 금속을 푸쉬하도록 구성될 수 있다. 그러한 배열은 용융지의 외측에서 클래딩 재료의 양을 증가하기 위해 사용될 수 있다. 도 10c에 나타낸 다른 대안에 있어서, 전극(32)은 트레일링(trailing) 열(이동 방향에 관하여)에서의 전극(32)이 리딩(leading) 열(이동 방향에 관하여)에서의 전극에 의해 용착되는 재료를 오버랩하는 재료를 용착하도록 2열로 구성될 수도 있다. 전극(32)을 통하여 흐르는 전류에 의해 유도되는 자기력이 전극 사이의 위치에 상대적 적은 재료 용착을 가져올 수 있다고 알려져 있다. 따라서, 전극 헤드(20) 내의 전극(32) 및 콘택트 팁(22)의 예시적인 구성 및 다른 잠재적인 구성은 유도된 자기력의 영향을 실질적으로 감소시킬 수 있다.

도면 모두를 참조하면, 클래딩 재료를 용착하는 방법도 생각된다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 방법(100)은 전극 헤드, 적어도 제 1 용융 전원, 및 복수의 구동 롤을 포함하는 용접 장치를 제공하는 단계(110), 전극과 연관된 워크피스 사이의 용접 아크를 설정하는 단계(120), 및 다수의 전극 중 적어도 하나로의 전류의 흐름을 다수의 전극 중 적어도 다른 하나에 대하여 변경하는 것, 및 다수의 전극 중 적어도 하나에 대한 속도를 다수의 전극 중 적어도 다른 하나에 대하여 변경하는 것 중 적어도 하나에 의해 자기력의 영향을 실질적으로 감소시키는 단계(130)를 포함할 수 있다. 방법(100)의 단계는 사실상 예시이고, 추가적인 단계가 방법의 정신으로부터 벗어남없이 방법에 추가될 수 있다고 예측된다.

본 발명은 개시된 실시형태을 참조하여 여기에 설명되었다. 분명히, 수정 및 변경이 이 명세서의 판독 및 이해에 따라 다른 것으로 발생할 것이다. 그러한 수정 및 변경 모두는 그들이 첨부되는 청구항 또는 그 동등물의 범위 내에 있는 한 포함되도록 의도된다.

7: 도체 8: 전원 정류기
10: 용접 장치 13: 인버터
20: 전극 헤드 22: 콘택트 팁
23: 출력 단자 24: 출력 단자
27: 출력 제어기 27': 펄스파 변조기
30: 어레이 32: 연속 공급 전극
32': 전극 33: 용접 케이블
34: 용접 케이블 40: 전원
40': 전원 50: 구동 롤
51: 워크피스 60: 용융지
70: 코일 100: 방법
110: 구동 롤 120: 워크피스
130: 다수의 전극 L1: 입력 전력선
L2: 입력 전력선 L3: 입력 전력선

Claims

연관된 워크피스의 표면 상에 재료를 용착시키는 용접 장치(10)로서:
연관된 워크피스의 표면 상에 재료를 동시에 용착시키기 위해 간격을 두고 이격된 구성으로 연관된 다수의 연속 공급 전극(22)의 어레이(30)를 동시에 하우징하기 적합하며, 용접 궤적을 통하여 작동가능한, 특히 제 12 항 또는 제 13 항에 따른, 전극 헤드(20);
연관된 다수의 연속 공급 전극(32) 각각과 연관된 워크피스 사이의 용접 아크를 동시에 설정하기 위한 전력을 공급하기 적합한 용접 전원(40); 및
상기 전극 헤드(20)를 통하여 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극(32)의 어레이를 동시에 구동하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 연관된 다수의 연속 공급 전극(32)을 통하여 흐르는 전류에 기인한 자기력은 상기 연관된 워크피스의 표면 상의 재료 용착에 영향을 주고;
상기 전극 헤드(20)는 재료 용착으로의 자기력의 영향을 실질적으로 감소시키는 위치 배열로 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극(32)의 어레이를 하우징하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 연관된 다수의 연속 공급 전극은 상기 전극 헤드 내에서 실질적으로 선형으로 배열되거나; 또는 상기 전극 헤드(20)는 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극(32)을 수용하기 적합한 복수의 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 위치적으로 비선형 구성으로 배열되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 1 항 내지 제 3 항에 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 헤드는 상기 용접 궤적에 대해서 상기 연관된 워크피스 상의 재료의 용착을 오버랩하는 위치 배열, 및/또는 적어도 부분적으로 V-형상인 위치 배열로 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극의 어레이를 하우징하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 1 항 내지 제 4 항에 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어레이에서의 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극 각각은 동일한 전압 전위로 접속되고, 그리고/또는 실질적으로 동일한 속도로 전극 헤드를 통하여 구동되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어레이를 동시에 구동하는 수단은 복수의 구동 롤(50)을 포함하고, 상기 복수의 구동 롤(50) 각각은 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극(32) 중 적어도 하나와 연관되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 헤드(20)는 단일 직경을 갖는 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극(32)을 동시에 하우징하기 적합하고, 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극(32) 중 적어도 2개는 실질적으로 다른 단일 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 헤드(20)는 상기 워크피스에 대하여 다른 배향 각도를 갖는 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극(32)을 동시에 하우징하기 적합한 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 헤드(20)는 복수의 전극 콘택트 팁을 수용하기 적합하며, 상기 복수의 콘택트 팁 각각은 상기 연관된 다수의 연속 공급 전극 중 1개와 연관되는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 복수의 콘택트 팁은 팁 단부를 각각 포함하고,
상기 복수의 콘택트 팁 중 적어도 하나는 상기 팁 단부와 상기 연관된 워크피스 사이의 거리를 변경하기 위해 상기 전극 헤드 내에서 선택적으로 위치결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 콘택트 팁은 실질적으로 다른 길이를 갖는 콘택트 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
1개 이상의 용접 전원 및 1개 이상의 전극 구동 롤(50)을 갖는 용접기(10)를 위한 전극 헤드(20)로서:
연관된 워크피스 상에 재료를 용착하는 복수의 연관된 연속 공급 전극(32)을 반송하기 적합한 복수의 개구부를 갖는 전극 헤드 본체,
상기 연관된 연속 공급 전극(32)의 제 1 서브세트에 전기적으로 접속하기 적합하며, 제 1 용접 전원(40)에 전기적으로 접속가능한 적어도 제 1 도전체, 및
상기 연관된 연속 공급 전극(32)의 제 2 서브세트에 전기적으로 접속하기 적합하며, 제 2 용접 전원(40)에 전기적으로 접속가능한 적어도 제 2 도전체를 포함하고;
상기 연관된 연속 공급 전극(32)의 적어도 제 1 서브세트는 상기 연관된 연속 공급 전극(32)의 적어도 제 2 서브세트에 대하여 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 전극 헤드.
제 12 항에 있어서,
각각의 용접 아크를 설정하기 위해 상기 복수의 연관된 연속 공급 전극(32)을 수용하기 적합하며, 상기 복수의 개구부에 고정 부착되기 적합한 복수의 콘택트 팁을 더 포함하고;
상기 콘택트 팁의 제 1 그룹은 적어도 제 1 도전체에 전기적으로 접속되기 적합하며;
상기 콘택트 팁의 제 2 그룹은 적어도 제 2 도전체에 전기적으로 접속되기 적합한 것을 특징으로 하는 전극 헤드.
복수의 연관된 연속 공급 전극(32)을 통한 전류의 흐름에 기인한 연관된 워크피스 상의 재료 용착으로의 자기력의 영향을 실질적으로 감소시키는 방법으로서:
상기 연관된 워크피스의 표면 상에 재료를 동시에 용착시키기 위해 상기 다수의 연속 공급 전극(32)의 어레이를 동시에 하우징하기 적합하고, 특히 제 12 항 또는 제 13 항에 따른 전극 헤드, 상기 다수의 연속 공급 전극(32) 각각과 상기 연관된 워크피스 사이의 용접 아크를 동시에 설정하기 위한 전력을 공급하기 적합한 적어도 제 1 용접 전원, 및 상기 다수의 연속 공급 전극(32) 각각을 일정 속도로 구동하는 복수의 구동 롤(50)을 포함하는, 특히 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 용접 장치(10)를 제공하는 단계;
상기 연관된 워크피스의 표면 상에 재료를 용착하기 위해 상기 연관된 다수의 연속 공극 전극(32) 각각과 상기 연관된 워크피스 사이의 용접 아크를 설정하는 단계; 및
바람직하게는, 상기 다수의 연속 공급 전극(32) 중 적어도 하나의 전극에서의 전류 흐름 및 특히 전류의 극성을 상기 다수의 연속 공급 전극(32) 중 적어도 또 다른 전극에 대하여 변경하는 것, 및 상기 다수의 연속 공급 전극(32) 중 적어도 하나의 전극에 대한 속도를 상기 다수의 연속 공급 전극(32) 중 적어도 또 다른 전극에 대하여 변경하는 것 중 적어도 하나에 의해 자기력의 영향을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 연관된 워크피스 상의 재료 용착으로의 자기력의 영향을 감소시키도록 상기 다수의 연속 공급 전극(32)을 위치 배열하는 전극 헤드(20)를 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.