KR20130075170A

KR20130075170A - 플럭스 코어드 와이어의 제조공정에 사용되는 성형 롤

Info

Publication number: KR20130075170A
Application number: KR1020110143428A
Authority: KR
Inventors: 박서정; 임태훈; 장웅성
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-05

Abstract

플럭스 코어드 와이어의 제조공정에 사용되는 성형 롤로서, 상기 성형 롤는, 압착돌기가 형성된 제1 성형롤와, 상기 금속 박판의 위치를 정렬하는 위치정렬단차부; 상기 위치정렬단차부로부터 경사지게 연장된 경사홈부; 및 상기 경사홈부로부터 연장되고 상기 위치정렬단차부보다 폭이 좁게 형성된 포밍홈부;가 형성된 제2 성형 롤를 포함한다.

Description

플럭스 코어드 와이어의 제조공정에 사용되는 성형 롤{FORMING ROLL USED FOR MANUFACURING PROCESS OF FLUX CORED WIRE}

본 발명은 플럭스 코어드 와이어의 제조기술에 관한 것으로서, 더 자세하게는 플럭스가 충전된 상태에서 금속 스트립의 이음부를 레이저빔으로 용접함으로써 이음부가 보이지 않는 관 형태의 플럭스 코어드 와이어를 제조하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 직경이 작은 금속관을 제조할 때 사용되는 용접 공정으로는, 고주파 용접, 전기저항 용접, 플라즈마 용접 등이 있다. 이 중에서, 고주파 용접의 경우, 플럭스와 같은 분말이 충전된 금속관을 용접할 때 고주파 용접시 발생하는 전자력에 의해 플럭스 중의 자성 성분이 용융부에 함유되어 용접 결함의 원인이 된다. 이러한 용접부의 결함으로 인해, 후 공정에서 용접된 관을 신선 또는 인발할 때 금속관의 직경이 줄어들면서 접합 부분에 균열이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 전기저항 용접이나 플라즈마 용접의 경우에는 용접 속도가 현저히 느려 생산성이 떨어지는 문제가 있으며, 생산성을 높이기 위해 용접 속도를 향상시키면 표면에 불규칙한 범핑 비드(Bumping Bead), 언더컷 비드(Undercut Bead)가 발생하는 문제가 야기된다. 나아가, 이러한 종래의 용접 방법을 사용하는 경우, 제조하고자 하는 와이어의 구경이 작을수록 단선이 빈번하게 발생하며, 충분하지 못한 용접 속도로 인해 생산성이 떨어지는 문제도 발생된다.

상술한 종래의 용접 방법의 문제점을 해결하고자, 플럭스가 충전된 금속관의 이음매 부분을 고밀도 열원인 레이저 빔을 통해 연속적으로 용접하여 고속 생산이 가능하면서도 플럭스가 이음매 부분에 부착되는 등의 결함 발생을 억제시킬 수 있는 플럭스 코어드 와이어(Flux Cored Wire)의 제조 방법이 개발되었다. 예컨대, 한국 특허공개 제2011-73790호에는, 플럭스가 충전된 금속 박판을 각형으로 성형한 후, 금속 박판의 이음매 부분을 레이저 빔을 이용하여 연속적으로 용접하는 플럭스 코어드 와이어 제조 방법이 개시되어 있다.

즉, 도 1을 참조하면, (A)는 레이저 빔을 이용한 사각 성형 플럭스 코어드 와이어 제조 공정을 예시적으로 나타낸 것이고, (B)는 각 공정에 따른 금속 박판의 성형 상태를 도시한 것이다. 도 1에서 보듯이, 플럭스 코어드 와이어(100)는 이음매가 없는 관 형태의 와이어에 플럭스가 충전된 용접 재료로서 사용될 수 있다. 특히, 플럭스 코어드 와이어(100)는 플럭스가 충전된 금속 박판(1)의 이음매 부분을 용접하여 이음매 부분이 보이지 않는 관 형태로 이루어진다.

상술한 종래의 사각 성형 플럭스 코어드 와이어 제조 방법에서는, 우선 금속 박판(1)이 감겨있는 코일(1a)을 풀어내고, 세정장치(2)를 통과시키면서 금속 박판(1)에 부착되어 있는 이물질을 제거한다. 여기서, 금속 박판(1)은 소구경의 관 형상 와이어를 제조하는데 사용되는 박판으로서, 탄소강, 스테인레스강, 동 합금, 니켈 합금 등의 금속 재료로 이루어질 수 있으며, 나아가 이에 국한되지 않고 와이어 제조가 가능한 금속은 모두 적용될 수 있다.

이렇게 이물질이 제거된 금속 박판(1)은 이후 성형 롤(3)을 통과하면서 내부에 플럭스(4)를 충전할 수 있도록 오므리는 성형이 가해지는데, 통상적으로 "U"자 형태로 성형되는 것이 바람직하다. 이렇게 성형된 금속 박판(1)은 플럭스 공급장치(4a)를 통과하면서, 그 내부에 플럭스(4)가 충전된다. 그 후, 사이드 롤(5), 압연 및 가이드 롤(6)을 통과하면서 적어도 둘 이상의 평탄부를 가진 각형으로 성형된다. 이어서, 금속 박판(1)은 끝단부가 서로 맞대어지며 이음부(C)를 형성하고, 쉴드 박스(7)에서 레이저 용접기(8)를 통해 이음부(C)에 레이저빔(LB)을 조사하여 연속적으로 용접된다. 각형이면서 동시에 그 내부에 플럭스가 충전된 상태로 용접된 후에는 사이징롤을 통해 원형의 와이어로 가공된 다음, 인발기에서 원하는 직경을 가진 원형의 와이어로 인발된다.

한편, 상술한 공정 중에서 성형 롤(3)은 일련의 롤들로 구성되어 금속 박판을 일차적으로 그루브가 형성된 각형의 스트립으로 성형한다. 예컨대, 도 2에서 보듯이, 양 가장자리가 일차적으로 가공되어 플랜지(1b)가 형성된 스트립(1)은 후속하는 성형 롤에 의해 플럭스가 충전될 수 있는 그루브가 형성된 각형의 스트립으로 성형된다. 더 자세히 설명하면, 도 3a에서 보듯이, 압착돌기(112)가 성형된 제1 성형롤(110)과, 포밍홈부(122)가 형성된 제2 성형롤(120)을 이용하여, 금속 스트립(1)을 가공한다. 여기서, 종래에는 도 3b에서 보듯이, 금속 스트립(1)의 위치가 정확히 정렬되지 못한 경우, 도 3c에서 보듯이 그루브(G)가 형성된 스트립의 형상에 불량이 발생할 수 있다. 이와 같이, 플럭스를 충전하기 전의 스트립의 형상에 불량이 발생하면 후속하는 레이저빔에 의한 용접 공정시 불량이 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이음부가 없는 플럭스 코어드 와이어의 제조함에 있어서, 레이저빔에 의한 용접을 위해 금속 박판을 각형의 스트립으로 가공하는 경우 스트립의 정확한 정렬 및 형상 제어가 가능한 성형 롤을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 금속 박판을 준비하는 단계; 상기 금속 박판을 성형 롤을 이용하여 그루브가 형성된 스트립으로 성형 단계; 상기 스트립에 형성된 상기 그루브 내부에 플럭스를 충전하는 단계; 상기 플럭스가 충전된 상기 스트립을 각형으로 성형하는 단계; 상기 각형의 스트립의 이음부에 레이저빔을 조사하여 용접하는 단계; 상기 이음부가 용접된 각형의 스트립을 사이징롤을 이용하여 원형의 스트립으로 가공하는 단계와; 및 상기 원형으로 가공된 스트립을 인발기를 이용하여 인발하는 단계;를 포함하는 플럭스 코어드 와이어의 제조공정에 사용되는 성형 롤로서, 상기 성형 롤는, 압착돌기가 형성된 제1 성형롤과, 상기 금속 박판의 위치를 정렬하는 위치정렬단차부; 상기 위치정렬단차부로부터 경사지게 연장된 경사홈부; 및 상기 경사홈부로부터 연장되고 상기 위치정렬단차부보다 폭이 좁게 형성된 포밍홈부;가 형성된 제2 성형 롤을 포함한다.

본 발명에 따른 성형 롤을 이용하면, 그루브가 형성된 각형의 스트립으로 성형할 때 스트립의 정확한 위치 제어가 가능해진다. 따라서, 스트립의 성형을 진행할 때 추가적인 가이드를 필요로 하지 않으며, 성형 속도를 증가시키더라도 탈선의 위험이 효과적으로 방지될 수 있다. 나아가, 1세트의 성형롤만을 이용하면서도 2회의 압착 효과를 얻을 수 있으므로, 균일하고 정확한 형상 제어가 가능하다. 특히, 각형의 스트립에 대한 정확한 형상 제어를 통해 이음부의 유동을 최소화할 수 있으므로, 용접부의 높은 품질을 확보할 수 있다.

도 1은 종래의 사각 성형 플럭스 코어드 와이어의 제조공정을 설명하는 개요도이다.
도 2는 종래의 사각 성형 플럭스 코어드 와이어의 제조 공정 중 성형 롤에 의한 그루브가 형성된 각형의 스트립을 성형하는 공정을 설명하는 개요도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시한 성형 롤을 이용하는 경우 발생할 수 있는 문제점을 설명하는 개요도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 성형 롤을 이용하여 각형의 스트립을 성형하는 공정을 설명하는 개요도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 성형 롤을 이용한 플럭스 코어드 와이어의 제조공정에 대해 자세히 설명한다.

먼저, 본 발명은 사각 성형 플럭스 코어드 와이어 제조 방법을 기초로 한다. 즉, 최종적으로 제조되는 플럭스 코어드 와이어는 이음매가 없는 관 형태의 와이어에 플럭스가 충전된 용접 재료로서 사용될 수 있다. 특히, 플럭스 코어드 와이어는 플럭스가 충전된 금속 박판의 이음매 부분을 용접하여 이음매 부분이 보이지 않는 관 형태로 이루어진다. 이와 같이, 이음부가 없는 플럭스 코어드 와이어를 제작하는 경우, 원형으로 성형한 스트립은 이음부의 유동 및 용접후의 뒤틀림으로 인하여 결함이 없는 용접이 불가능하다. 따라서, 레이저빔에 의한 용접을 위해서는 이음부의 유동 및 뒤틀림을 방지하기 위하여, 금속 박판을 각형의 스트립으로 성형한 후, 각형의 스트립에 형성된 그루브에 플럭스를 충전한 후 이음부를 레이저빔으로 용접하게 된다.

이와 같은 각형 스트립을 이용한 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법을 자세히 설명하면 다음과 같다. 우선 금속 박판이 감겨있는 코일을 풀어낸 후, 세정장치를 통과시키면서 금속 박판에 부착되어 있는 이물질을 제거한다. 여기서, 금속 박판은 소구경의 관 형상 와이어를 제조하는데 사용되는 박판으로서, 탄소강, 스테인레스강, 동 합금, 니켈 합금 등의 금속 재료로 이루어질 수 있으며, 나아가 이에 국한되지 않고 와이어 제조가 가능한 금속은 모두 적용될 수 있다.

이렇게 이물질이 제거된 금속 박판은 성형 롤을 통과하면서 내부에 플럭스를 충전할 수 있도록 그루브가 형성된 스트립으로 성형된다. 이렇게 성형된 스트립은 플럭스 공급장치를 통과하면서, 그루브 내부에 플럭스가 충전된다. 그 후, 사이드 롤, 압연 및 가이드 롤을 통과하면서 적어도 둘 이상의 평탄부를 가진 각형으로 성형된다. 이어서, 플럭스가 충전된 스트립은 끝단부가 서로 맞대어지며 이음부를 형성하고, 쉴드 박스에서 레이저 용접기를 통해 이음부에 레이저빔을 조사하여 연속적으로 용접된다. 각형이면서 동시에 그 내부에 플럭스가 충전된 상태로 용접된 후에는 사이징롤을 통해 원형의 와이어로 가공된 다음, 인발기에서 원하는 직경을 가진 원형의 와이어로 인발된다.

한편, 플럭스를 충전하기 전 단계에서는 성형 롤을 이용하여 그루브가 형성된 각형의 스트립으로 금속 박판을 성형해야 한다. 여기서, 본 발명에서는 성형되는 금속 박판의 정확한 위치 제어 및 형성 제어가 가능하도록 특별히 설계된 성형 롤을 사용한다.

도 4a를 통해 본 발명에 따른 성형 롤을 자세히 설명한다. 본 발명에 따른 성형 롤은, 압착돌기(212)가 형성된 제1 성형롤(210)을 포함한다. 그리고, 본 발명에 따른 성형 롤은, 인입되는 금속 박판의 위치를 정렬하는 위치정렬단차부(222)와, 이 위치정렬단차부(222)로부터 경사지게 연장된 경사홈부(224)와, 이 경사홈부(224)로부터 연장되고 위치정렬단차부(222)보다 폭이 좁게 형성된 포밍홈부(226)가 형성된 제2 성형 롤(220)을 포함한다. 제1 성형 롤(210) 및 제2 성형 롤(220)을 이용하면, 금속 박판의 정확한 위치 정렬 및 형상 제어가 가능하다.

먼저, 도 4b에서 보듯이, 양 가장자리가 일차적으로 가공된 금속 스트립(100)은 제2 성형 롤(220)의 위치정렬단차부(222)에 일차적으로 인입된다. 따라서, 성형이 진행됨에 따라 전달되는 진동 등에 의해서도 스트립(100)이 쉽게 탈선되지 않는다. 그 후, 도 4c에서 보듯이, 제1 성형 롤(210)의 압착돌기(212)가 접근함에 따라 스트립(100)의 중앙부가 눌리게 되며, 이때 양 가장자리는 경사홈부(224)의 경사면에 의해 지지된다. 나아가, 도 4d에서 보듯이, 제1 성형 롤(210)의 압착돌기(212)가 포밍홈부(226)에까지 충분히 접근하면, 스트립(100)은 그루브(G)가 형성된 각형의 스트립으로 성형된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 성형 롤을 이용하면, 그루브가 형성된 각형의 스트립으로 성형할 때 스트립의 정확한 위치 제어가 가능해진다. 따라서, 스트립의 성형을 진행할 때 추가적인 가이드를 필요로 하지 않으며, 성형 속도를 증가시키더라도 탈선의 위험이 효과적으로 방지될 수 있다. 나아가, 1세트의 성형롤만을 이용하면서도 2회의 압착 효과를 얻을 수 있으므로, 균일하고 정확한 형상 제어가 가능하다. 특히, 각형의 스트립에 대한 정확한 형상 제어를 통해 이음부의 유동을 최소화할 수 있으므로, 용접부의 높은 품질을 확보할 수 있다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

금속 박판을 준비하는 단계; 상기 금속 박판을 성형 롤을 이용하여 그루브가 형성된 스트립으로 성형 단계; 상기 스트립에 형성된 상기 그루브 내부에 플럭스를 충전하는 단계; 상기 플럭스가 충전된 상기 스트립을 각형으로 성형하는 단계; 상기 각형의 스트립의 이음부에 레이저빔을 조사하여 용접하는 단계; 상기 이음부가 용접된 각형의 스트립을 사이징롤을 이용하여 원형의 스트립으로 가공하는 단계와; 및 상기 원형으로 가공된 스트립을 인발기를 이용하여 인발하는 단계;를 포함하는 플럭스 코어드 와이어의 제조공정에 사용되는 성형 롤로서,
상기 성형 롤은,
압착돌기가 형성된 제1 성형롤과,
상기 금속 박판의 위치를 정렬하는 위치정렬단차부; 상기 위치정렬단차부로부터 경사지게 연장된 경사홈부; 및 상기 경사홈부로부터 연장되고 상기 위치정렬단차부보다 폭이 좁게 형성된 포밍홈부;가 형성된 제2 성형롤을 포함하는, 플럭스 코어드 와이어의 제조공정에 사용되는 성형 롤.