KR20140109040A - 용접토치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접토치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수동용접을 수행하는 경우, 용접와이어의 용융량을 증가시키는 것에 의해 용착량을 증가시킬 수 있도록 하고, 용접와이어의 송급이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 용접토치에 관한 것으로, 상기 용접토치(100)는, 노즐부(120);과,
상기 노즐부(120)의 노즐(110)의 반대측 단부에 결합되어 용접와이어와 분위기가스와 용접전원을 공급하는 손잡이부(130);를 구비하며, 상기 용접팁부(120)는 수동 용접을 수행할 수 있도록 하는 직경의 용접와이어를 공급하는 용접와이어공급홀(127)이 형성되어,
용접와이어의 직선성을 확보하여 좌우진동 및 송급 중단의 발생을 최소화시켜 수동 용접을 용이하게 수행할 수 있도록 하고, 동일 전류 조건에서 용접와이어 용융물의 생성량을 증가시키게 되어 용착량(M)이 증가됨으로써 용접 품질을 향상시키는 효과를 제공한다.

Description

용접토치{WELDING TORCH}

본 발명은 용접토치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수동용접을 수행하는 경우, 용접와이어의 용융량을 증가시키는 것에 의해 용착량을 증가시킬 수 있도록 하고, 용접와이어의 송급이 균일하게 이루어질 수 있도록 개선된 구조를 가지는 용접토치에 관한 것이다.

일반적으로, 조선 산업 등의 금속부재를 이용하여 제품을 생산하는 산업의 경우, 대량의 용접 작업을 수행하게 된다.

이러한 용접 방법 중에는 용접토치를 통해 용접와이어를 송급함과 동시에 CO₂ 가스 등의 분위기 가스를 분사하여 용접을 수행하는 플럭스코어드 아크 용접(FCAW, Flux Cored Arc Welding) 방법이 많이 사용된다.

도 1은 상술한 종래기술의 수동 FCAW 방법에 의한 용접을 수행하는 용접토치(1)를 나타내는 도면이고, 도 2는 상기 용접토치(1)의 노즐부(20)의 분해사시도이며, 도 3은 노즐(10)과 용접팁(24)의 노즐 단부측의 부분사시도이고, 도4는 용접와이어(50)가 공급되어 아크를 발생시키는 노즐(10)과 용접팁(20)의 부분 단면도이다.

도 1과 같이 종래기술의 용접토치(1)는 노즐부(20)와 상기 손잡이부(30)를 포함하여 구성된다.

상기 손잡이부(30)는 용접스위치를 구비하여, 내부에 용접와이어(50)를 공급하는 용접와이어관과 분위기가스(G)를 공급하는 분위기가스관 및 용접전원을 공급하는 용접전원선이 내장된 케이블을 통해 용접와이어(50)를 공급하는 피더(미도시)와 용접 전원을 공급하는 용접기(미도시)에 연결된다.

상기 노즐부(20)은 손잡이부(30)의 끝단과 나사 결합되고 보호가스를 이송하는 금속재질의 디퓨저(26)와 디퓨저의 타측단에 나사결합되는 용접팁(24)과 디퓨져의 외주면에 결합되고 절연 재질의 인슈레이터(22)와 인슈레이터의 한쪽 끝단에 나사 결합되는 노즐(10)로 구성된다.

이때, 도 4와 같이, 피더로부터 공급되는 용접와이어(50)는 용접팁(24)의 용접와이어공급홀(27)을 통해 송급되고, 디퓨저(26)과 용접팁(24)를 통해 용접전원이 용접와이어(50)로 공급되며, 노즐(10)의 내부에서는 가스홀(28)을 통해 나온 CO₂등의 분위기가스(G)가 노즐(10)의 내부에서 용접팁(24)의 외주면을 통해 분사되어, 아크 영역에 산소가 접촉하는 것을 방지하면서 용접을 수행하게 된다. 도 4에서 상하 두 개의 동일 도면부호 26은 디퓨저(26)의 노즐부(20)의 외부로 노출되는 상부와 노즐부(20)의 내부에 위치하는 하부를 나타내기 위하여 중복 기재하였다.

상술한 바와 같은 용접 과정에서 용접와이어의 용융량은 일반적으로 다음과 같이 표현된다.

M = a*I+b*L*I²/d²

여기서, M은 용착량, I는 전류, L은 스틱아웃 길이(도4 참조), d는 용접와이어의 직경을 나타낸다. 계수 a와 b는 용접와이어의 종류, 직경, 보호가스 중류에 따라 가변되는 계수 값으로, 최적의 용융량의 산출을 위해 실험적으로 도출되며, 1.4mm 직경의 용접와이어의 경우, a = 6.5*10^-3, b = 2.88*10^-6의 값을 갖는다.

상술한 식에서 알 수 있는 바와 같이, 도 1 내지 도 3의 용접토치(1)를 이용한 수동 용접의 경우, 동일 전류 조건에서 스틱아웃 길이(L)가 길고, 용접와이어 직경(d)이 작을수록 용접와이어(50)의 용융량이 많아지게 됨을 알 수 있다. 하지만 스틱아웃 길이(L) 증가하면 원형의 와이어릴에 감긴 상태에서 공급되는 용접와이어가 용접팁을 지나면서 좌우 요동을 일으켜 휘게 되어 용접이 균일하게 되지 않는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 스틱아웃 길이(L)를 증가시키는 것에 의해, 수동 FCAW를 수행하는 때에, 용접와이어 공급홀의 크기를 제한하여, 수동 용접에 적합한 직경이 작은 용접와이어를 공급하면서 일정한 량의 대량의 용접와이어 용융물을 생성할 수 있도록 하며, 용접와이어의 송급 중단이 발생되지 않도록 하고, 용접와이어의 직선성을 유지시키는 것에 의해, 용접 품질이 우수한 수동 용접을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 용접토치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용접토치는, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용접토치(100)는, 노즐부(120);와, 상기 노즐부(120)의 노즐(110)의 일측 단부에 결합되어 용접와이어와 분위기가스와 용접전원을 공급하는 손잡이부(130);를 구비하며, 상기 노즐부(120)는 수동 용접을 수행할 수 있도록 하는 직경의 용접와이어를 공급하는 용접와이어공급홀(127)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 용접와이어공급홀(127)은, 직경이 1.4mm 이하의 용접와이어를 공급하는 직경을 가지는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성의 본 발명의 용접토치(100)는, 노즐부(120)의 용접와이어공급홀(127)의 직경을 작게 형성하는 것에 의해, 수동 용접을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 직경 1.4mm 이하의 와이이를 이용하여 수동 용접을 수행할 수 있게 되며, 동일 전류 조건에서 용접와이어 용융물의 생성량을 증가시키게 되어, 용접 품질을 향상시킬 수 있도록 한다.

상술한 구성 중 상기 노즐부(120)는, 인슈레이터(122);와, 상기 인슈레이터(122)을 관통하여 결합되는 디퓨즈(126)과 용접팁(124);을 포함하고, 용접부재에 대향하는 상기 노즐(110)의 단부에서 상기 용접팁(124)의 단부의 거리가 8~15mm의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐부(120)의 상기 노즐(110)의 단부에서 상기 용접팁(124) 단부와의 거리를 8 ~ 15mm로 제한하는 것에 의해, 용접와이어공급홀(127)을 통해 공급된 용접와이어(50)의 직선성을 유지시켜, 용접 중 용접와이어(50) 공급의 중단이나 용접와이어(50)가 좌우로 흔들리는 것이 최소화되며, 스틱아웃 길이(L) 또한 길어지게 되므로 수동 용접 작업에 의한 용접 용착량을 향상시키게 된다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 용접토치(100)는, 용접팁(124)의 용접와이어공급홀(127)의 직경을 작게 형성하는 것에 의해, 수동 용접을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 직경 1.4mm 이하의 와이어를 이용하여 수동 용접을 수행할 수 있게 되며, 동일 전류 조건에서 용접와이어 용융물의 생성량을 증가시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 노즐부(120)의 상기 노즐(110)의 단부에서 상기 용접팁(124) 단부와의 거리를 8 ~ 15mm로 제한하는 것에 의해, 용접와이어공급홀(127)을 통해 공급된 용접와이어(50)의 직선성을 유지시켜, 용접 중 용접와이어(50) 공급의 중단이나 용접와이어(50)가 좌우로 흔들리는 것이 최소화되며, 스틱아웃 길이(L) 또한 길어지게 되므로 수동 용접 작업에 의한 용접품질을 향상시키는 효과 또한 제공한다.

도 1은 상술한 종래기술의 수동 FCAW 방법에 의한 용접을 수행하는 용접토치(1)를 나타내는 도면,
도 2는 상기 용접토치(1)의 노즐부(20)의 단면도,
도 3은 노즐(10)과 용접팁(24)의 노즐 단부측의 부분사시도,
도 4는 용접와이어(50)가 공급되어 아크를 발생시키는 노즐(10)과 용접팁(20)의 부분 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 수동 FCAW 방법에 의한 용접을 수행하는 용접토치(100)를 나타내는 도면,
도 6은 상기 용접토치(100)의 노즐부(120)의 단면도,
도 7은 상기 노즐(110)과 용접팁(124)의 노즐 단부측의 부분사시도,
도 8은 용접와이어(50)가 공급되어 아크를 발생시키는 노즐(110)과 용접팁(124)의 부분 단면도,
도 9는 NTL과 전압에 따른 용융량의 증가를 나타내는 그래프,
도 10은 상기 노즐(110)의 단부에서 상기 용접팁(124)의 단부와의 거리NTL이 20mm 일때 용접불량 상태의 용접비드 사진이다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 수동 FCAW 방법에 의한 용접을 수행하는 용접토치(100)를 나타내는 도면이고, 도 6은 상기 용접토치(100)의 노즐부(120)의 분해사시도이며, 도 7은 상기 노즐(110)과 용접팁(120)의 노즐 단부측의 부분사시도이고, 도 8은 용접와이어(50)가 공급되어 아크를 발생시키는 노즐(110)과 용접팁(124)의 부분 단면도이다.

도 6에서 상하 두 개의 동일 도면부호 126은 디퓨저(126)의 노즐부(120)의 외부로 노출되는 상부와 노즐부(120)의 내부에 위치하는 하부를 나타내기 위하여 중복 기재하였다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 용접토치(100)는, 용접와이어(50)를 송급하고 보호가스(G)를 공급되도록 하는 노즐부(120)와 노즐부(120)의 용접와이어송급 방향의 반대 방향에 위치하는 단부가 결합되는 손잡이부(130)를 포함하여 구성된다.

상기 손잡이부(130)는 용접스위치를 구비하여, 내부에 용접와이어(50)를 공급하는 용접와이어관과 분위기가스(G)를 공급하는 분위기가스관 및 용접전원을 공급하는 용접전원선이 내장된 케이블을 통해 용접와이어(50)를 공급하는 피더(미도시)와 용접 전원을 공급하는 용접기(미도시)에 연결된다.

상기 노즐부(120)는 손잡이부(130)의 끝단과 나사 결합되고 보호가스를 이송하는 금속재질의 디퓨저(126)와 디퓨저의 타측단에 나사결합되는 용접팁(124)과 디퓨져의 외주면에 결합되고 절연재질의 인슈레이터(122)와 인슈레이터의 한쪽 끝단에 나사 결합되는 노즐(110)로 구성된다.

상술한 바와 같이 결합된 용접토치(130)는 손잡이부(130)에 형성된 용접스위치를 작업자가 누르는 경우, 피더(미도시)와 용접기(미도시)로 용접 시작 신호를 전송하는 것에 의해, 피더와 용접기로부터 용접와이어와 용접전원과 분위기가스를 공급받아서 용접모재(W)와 노즐(110)로부터 송급된 용접와이어(50)의 단부 사이에 아크를 발생시켜, 수동 용접을 수행할 수 있도록 한다.

이러한 구성 중 상기 용접토치(100)는 수동 용접 작업을 용이하게 수행할 수 있도록 하며, 용접와이어(50)의 용융량을 최대로 할 수 있도록 하기 위하여, 용접팁(124)에 형성되는 용접와이어공급홀(127)의 직경이, 직경이 1.4mm 이하의 용접와이어(50)를 공급하는 직경을 가지도록 제한되는 것을 특징으로 한다. 이러한 용접와이어공급홀(127)의 직경 제한에 의해, 공급되는 용접와이어(50)의 직경 또한 1.4mm 이하로 제한된다. 이에 따라, 용접와이어(50)의 형상 변형이 용이해져, 용접토치(100)의 불규칙적인 잦은 수동 이동 과정에서 용접와이어의 송급의 중단이나 용접와이어의 끊김이 발생하지 않게 되어 수동 용접 작업을 용이하게 수행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 도 8에 도시된 바와 같이, 노즐(110)의 단부에서 용접팁(124)의 단부까지의 길이 NTL이 8 ~ 15mm의 길이를 가지도록 제한된다. 이는 종래기술에서 설명한 용착량(M)의 관계식 M = a*I+b*L*I²/d²에서 알 수 있는 바와 같이, 스틱아웃 길이(L)를 증가시키고, 용접와이어(50)의 직경을 감소시키는 것에 의해 용접와이어(50)의 용융량을 증가시켜 용착량(M)을 증가시킴으로써, 상기 용접토치(100)를 이용한 수동 용접을 신속히 수행할 수 있도록 함은 물론, 용접품질을 향상시킬 수 있게 된다.

NTL이 8mm 이하에서는 용착량(M)의 증가가 크지 않으며, NTL이 15mm를 초과하게 되면 용접와이어(50)가 좌우로 흔들려 용접비드가 균일하게 생성되지 않는다.

도 9는 NTL과 전압에 따른 용융량의 증가를 나타내는 그래프로서,

NTL이 0mm, 8mm, 13mm인 경우 각각에서, 용접전류가 200A, 250A, 300A, 350A, 400A 일때의 시간당 용착량(kg/hr)를 나타내는 것으로서, NTL이 8 ~ 15mm의 사이에서 증가함에 따라 용착량이 증가하는 것을 알 수 있다.

그러나 NTL이 15mm를 초과하는 경우에는 용접비드가 불균일한 용접불량이 발생한다.

도 10은 상기 노즐(110)의 단부에서 상기 용접팁(124)의 단부와의 거리NTL이 20mm 일때 용접불량 상태의 용접비드 사진이다.

도 10과 같이, NTL이 15mm를 초과하여 20mm일 때에는, 구불구불하게 불균일한 용접비드가 형성되는 용접불량상태가 된다.

또한, 본 발명에서 노즐(110)의 단부에서 용접팁(124)의 단부까지의 길이 NTL을 8 ~ 15mm의 길이를 가지도록 제한하는 것에 의해, 피더의 용접와이어롤에 감겨져 송급되는 용접와이어가 굽어져 있는 상태에서 용접팁(124)의 단부에서 용접모재(W)까지 최대한의 직선성을 가지도록 한다. 이에 따라, 용접와이어(50)의 직선성의 저하에 따라 수동 용접 과정에서 용접와이어의 좌우 진동 등이나, 송급 불량이 발생하지 않게 되어, 용접품질을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

50: 용접와이어
100: 용접토치 110: 노즐
120: 노즐부 122: 인슈레이터
124: 용접팁 126: 디퓨져
128: 용접와이어공급홀
130: 손잡이부 G: 분위기가스
L: 스틱아웃길이 NTL: 노즐단부에서 용접팁단부 사이의 길이

Claims (3)

1. 노즐부(120);과,
   상기 노즐부(120)의 노즐(110)의 반대측 단부에 결합되어 용접와이어와 분위기가스와 용접전원을 공급하는 손잡이부(130);를 구비하며,
   상기 용접팁부(120)는 수동 용접을 수행할 수 있도록 하는 직경의 용접와이어를 공급하는 용접와이어공급홀(127)이 형성되는 것을 특징으로 하는 용접토치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 용접와이어공급홀(127)은,
   직경이 1.4mm 이하의 용접와이어를 공급하는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 용접토치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 노즐부(120)는,
   인슈레이터(122);와, 상기 인슈레이터(122)를 관통하여 결합되는 디퓨즈(126)와 용접팁(124);을 포함하고, 상기 노즐(110)의 단부에서 상기 용접팁(124)의 단부의 거리가 8~15mm의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 용접토치.

Images