KR20160020682A - 용접 토치용 콘택트 팁 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구리 재질의 콘택트 팁이나 특허문헌 1의 콘택트 팁보다 내구성이 우수하다든지, 열변형이 적다든지, 용접 와이어 용융 속도가 향상된다든지 하는 이점 중 하나 이상이 발현될 수 있는 용접 토치용 콘택트 팁에 관한 것이다.
본 발명에 따른 용접 토치용 콘택트 팁은, 용접 와이어 삽입통과 구멍을 갖는 용접 토치용 콘택트 팁에 있어서, 상기 콘택트 팁은 단일체 형태로서, 사용 대상 용접 와이어보다 전기저항값이 큰 소재로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

용접 토치용 콘택트 팁{Contact tip for wire melting rate improvement}

본 발명은, 용접 토치용 콘택트 팁에 관한 것으로서, 구체적으로는, 사용 대상 용접 와이어보다 전기저항값이 큰 금속을 사용하되 그 형태는 종래 구리 재질의 콘택트 팁처럼 단일체 형태가 되도록 제작함으로써, 구리 재질의 콘택트 팁이나 특허문헌 1의 콘택트 팁보다 내구성이 우수하다든지, 열변형이 적다든지, 용접 와이어의 용융 속도가 향상된다든지 하는 이점이 발현될 수 있는 콘택트 팁에 관한 것이다.

용접 설계 및 생산 현장에서 용접 생산성을 향상시키기 위해, 전류 증가, 개선 면적 축소 등의 방안이 채용되고 있으며, 용접 파워 소스의 극성에 따른 용착량의 차이를 이용하기도 한다.

그러나 이들 방안은, 다음과 같은 한계가 있다.

첫째, 전류를 증가시키는 방법은, 사용 환경에 따라, 국제 규격에 의해 최대 입열량이 제한된다. 즉, 사용할 수 있는 최대 전류 값에 한계가 있는 것이다.

둘째, 개선 면적을 축소함으로써 필요한 용착 금속량을 줄이는 방법은, 개선 면적을 지나치게 줄일 경우 여러 가지 용접 불량이 발생하기 때문에, 제한적이다.

셋째, DCEN > AC > DCEP 순으로, 용접 파워 소스의 극성에 따라 용착량이 다른 것을 이용하는 방법은, 용접 파워 소스의 극성별로 장단점이 달라, 용착량의 향상만을 위해 용접 파워 소스를 선택하기에는 무리가 있다. 예컨대, 용착량 증대만 고려하면 DCEN을 선택하는 것이 바람직하지만, 이 DCEN은 용입이 상대적으로 얕다.

이처럼, 용접 생산성을 향상시키기 위한 방안으로는 여러 가지가 있으나, 이 기술분야에서 이미 널리 알려져서 적용되고 있는 종래 방안들은, 그에 관한 최적화 연구가 많이 진행되어, 용접 생산성의 추가적인 향상을 더 이상 기대하기는 어려운 실정이다.

이러한 이유로, 종래 공지된 변수에는 영향을 미치지 않고, 독립적인 변화만으로 용접 생산성을 향상시킬 수 있는 방안이 최근에 모색되고 있는데, 이에 부합하는 방안 중 하나가 특허문헌 1에 소개되어 있다.

구체적으로, 특허문헌 1에는, 콘택트 팁과 접촉하는 지점에서부터 용접 와이어의 끝단까지의 길이를 길게 유지할 수 있도록, 콘택트 팁의 중심부에, 이 콘택트 팁의 선단에서부터 일정 길이만큼 더 돌출되는 형태로 세라믹 튜브를 삽입하여 높은 저항 발열을 유도함에 따라, 동일한 전류대에서도 용접 와이어의 용융이 종래의 것보다 빨리 이루어질 수 있도록 한 용접 토치용 콘택트 팁이 개시되어 있다.

그러나 특허문헌 1에 개시된 콘택트 팁은, 용접 와이어가 삽입통과되는 세라믹 튜브와, 세라믹 튜브의 일부분이 끼워질 수 있게 전반부에 확장 홀과 결합부가 형성된 콘택트 팁과, 세라믹 튜브와 콘택트 팁이 분리되지 않게 콘택트 팁의 결합부 바깥으로 끼워 붙이는 탄성 링의 세 부분으로 분리ㆍ제작된 것이기 때문에, 구리로 제작된 단일체 형태의 종래 콘택트 팁보다 구조가 복잡한 단점이 있다.

또, 세라믹 튜브는 재질 특성상, 파손될 가능성이 크다.

또, 구리 재질의 콘택트 팁이 세라믹 튜브를 감싸고 있는 구조이기 때문에, 용접 진행시 세라믹 튜브의 냉각이 불가능하고, 또 이 세라믹 튜브는, 아크 열, 용접 와이어 전기저항 열, 콘택트 팁의 전기저항 열에 의한 영향을 모두 받아 열변형이 발생할 여지가 많다.

또, 용접 진행 후, 이 세라믹 튜브는 수축 변형하여, 내구성이 짧다.

공개특허공보 공개번호 10-2009-0099128

본 발명은 구리 재질의 콘택트 팁이나 특허문헌 1의 콘택트 팁보다 내구성이 우수하다든지, 열변형이 적다든지, 용접 와이어의 용융 속도가 향상된다든지 하는 이점들 중 하나 이상이 발현될 수 있는 용접 토치용 콘택트 팁을 제공함에 목적이 있다.

본 발명에 따른 용접 토치용 콘택트 팁의 구성상 특징은 이하와 같다.

[1] 용접 와이어 삽입통과 구멍을 갖는 용접 토치용 콘택트 팁에 있어서, 상기 콘택트 팁은, 단일체 형태로서, 사용 대상 용접 와이어보다 전기저항값이 큰 소재로 구성된 것을 특징으로 하는 용접 토치용 콘택트 팁.

[2] 상기 소재는, 인바(Invar), 스테인리스스틸, 주철, 탄소강 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용접 토치용 콘택트 팁.

본 발명에 따른 용접 토치용 콘택트 팁은, 종래 콘택트 팁과 달리, 사용 대상 용접 와이어보다 전기 저항이 큰 소재로 제작되기 때문에, 콘택트 팁으로의 전류 이동량은 줄어들면서, 용접 와이어로는 더 많은 전류가 이동되어, 종래 콘택트 팁보다 더 높은 저항 열이 발생한다. 그 결과, 용접 와이어의 용융 속도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 콘택트 팁의 선단으로부터 돌출되는 용접 와이어의 돌출 길이를, 구리 재질의 콘택트 팁을 사용했을 때보다 짧게 해도, 동일한 용융 속도를 얻을 수 있기 때문에, 용접 와이어의 끝을 더 정확한 위치에 겨눌 수 있고, 보호가스 차폐 능력도 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 특허문헌 1의 콘택트 팁과 비교했을 때, 본 발명의 콘택트 팁은, 단일체 형태(즉, 일체형 구조)로 이루어져 있으므로, 용접 진행 시, 콘택트 팁 전체가 공냉 가능하여 열변형의 발생 여지가 적다는 이점이 있다.

따라서 내구성이 더 우수하다.

또한, 충격에 약한 세라믹 소재가 사용되지 않으므로, 파손의 염려가 없다.

도 1은 본 발명에 따른 용접 와이어의 용융 속도 향상을 위한 콘택트 팁의 종단면도로서, 콘택트 팁의 용접 와이어 삽입통과 구멍에 용접 와이어가 끼워진 상태에서의 종단면도.

이하, 첨부 도면과 아래의 표 1을 참조하여, 본 발명에 따른 용접 토치용 콘택트 팁이 구체적으로 설명된다.

도 1은 본 발명이 제안하는 용접 토치용 콘택트 팁(100)의 종단면도로, 콘택트 팁(100)의 용접 와이어 삽입통과 구멍(110)에 용접 와이어(200)가 끼워진 상태를 나타낸 것이다.

앞에서도 설명했지만, 용접 와이어의 용융 속도를 증가시키는 방법에는 여러 가지가 있는데, 본 발명이 채택한 방식은, 용접 와이어의 저항 열을 증가시키는 방법이다.

일반적으로, 용접 와이어는 아크 열과 용접 와이어의 저항 열에 의해 용융된다. 따라서 용접 생산성(즉, 단위시간당 용착량)과 직접적으로 관련되어 있는 용접 와이어의 용융 속도는, 이들 2 가지 열원의 합의 크기에 따라 달라진다.

이들 2가지 열원 중에서, 아크 열은 정확하게 계측하기 어렵고 또 용접 공법이 동일할 경우에 거의 비슷한 것으로 알려져 있다.

이러한 점을 고려하여, 본 발명에서는 용접 와이어의 저항 열을 조절해서 용접 와이어의 용융 속도를 제어하는데, 용접 와이어의 저항 열은, 전류의 제곱에 비례하고 또 저항에 비례하는 것으로 알려져 있다.

용접 와이어의 저항 열이 전류의 제곱에 비례하므로, 전류를 증가시키는 것이 가장 확실하게 용융 속도를 높이는 방법이지만, 전류를 일정 수준 이상으로 증가시키면 입열량이 증가하여 국제 규격에서 요구하는 기계적 물성치인 저온 충격치의 확보가 어려워지기 때문에, 전류만 증가시켜 용접 와이어의 용융 속도를 높이는 것은 바람직하지 않다.

그래서 본 발명자들은, 전류 대신에 저항을 증가시켜 용접 와이어의 용융 속도를 높이는 방법을 예의 연구한 끝에, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

저항은, 물체의 단면적에 반비례하고 길이에 비례하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 용접의 경우는, 저항으로 작용하는 용접 와이어의 돌출 길이를 증가시킴으로써, 용융 속도를 높일 수 있다.

이 방식은 용접 시의 전류, 전압, 속도 등, 다른 용접 조건들이 동일한 상황에서, 단지, 콘택트 팁의 선단으로부터 돌출되는 용접 와이어의 길이만 증가시키는 것이므로, 입열량의 제한은 없다. 그러나 용접 와이어를 지나치게 돌출시키면, 용접 와이어의 겨눔 위치가 부정확해지고 또 보호가스 차폐(shielding) 능력도 저하되어, 용접 불량이 발생할 수 있다.

이에 본 발명에서는, 용접 전류, 전압, 속도 외에, 용접 와이어의 돌출 길이까지 동일하게 해도 용접 와이어(200)의 용융 속도가 증가할 수 있도록, 종래 구리 재질의 콘택트 팁과 마찬가지인 단일체 형태로 콘택트 팁을 제작하되, 용접 와이어보다 더 큰 전기 저항값을 갖는 소재로 제작하는 것을 특징으로 한다.

소재	녹는점 [℃]	열전도율 [W/mㆍk]	전기저항(10-6) [ohmㆍcm]
인바(Invar)	1427	10.15	82.0
스테인리스스틸(SUS)	1400	16.2(100℃) 21.5(500℃)	72.0
주철(Cast Iron)	1120∼1310	11.3∼53.3	5.0∼110×106
탄소강(Carbon Steel)	1510	19∼52.0	17.0∼30.0
철(Iron)	1535	76.2	8.90
구리(Copper)	1083	385	1.7

현재 용접 와이어의 소재로 철이 주로 사용되는 것을 감안하면, 상기 표 1에 나타나 있는 소재 중, 인바(Invar), 스테인리스스틸, 주철, 탄소강이 본 발명에 따른 콘택트 팁의 구성 소재로 채택될 수 있으며, 그 중에서도, 스테인리스스틸이 바람직하다.

100...콘택트 팁
110...용접 와이어 삽입통과 구멍
200...용접 와이어

Claims (2)

1. 용접 와이어 삽입통과 구멍을 갖는 용접 토치용 콘택트 팁에 있어서,
   상기 콘택트 팁은, 단일체 형태로서, 사용 대상 용접 와이어보다 전기저항값이 큰 소재로 구성된 것을 특징으로 하는 용접 토치용 콘택트 팁.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소재는, 인바(Invar), 스테인리스스틸, 주철, 탄소강 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용접 토치용 콘택트 팁.

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