KR20160055329A - 플라즈마―미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마-미그 하이브리드 용접기에 사용되는 플라즈마 노즐(130)에 관한 것으로서, 오리피스(132)의 외경이 내경보다 더 큰 형태인 이중 구경 노즐로서, 상기 오리피스(132)는 내측 부분에 직경이 동일한 직선구간부(134)를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 노즐 오피리스의 내경 대비 외경을 더 크게 형성함으로써 내측 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을, 외측 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있다. 또한, 고전류에서의 퍼커링 현상 제어를 통해 송급 속도의 향상이 가능하다. 또한, 플라즈마 아크 폭 증가를 통한 클리닝폭 증가와 더불어 음극점의 용융풀 외부 형성을 통한 아크 안정화를 도모할 수 있다.

Description

플라즈마―미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐{Plasma Nozzle of Plasma-MIG Hybrid Welding Machine}

본 발명은 플라즈마-미그 하이브리드 용접기에 관한 것으로서, 특히 노즐 오피리스의 내경 대비 외경이 더 크게 형성된 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐에 관한 것이다.

플라즈마-MIG 하이브리드 용접은 하나의 토치에 플라즈마 아크와 MIG 아크가 동시에 나오는 용접 기법으로서, 플라즈마 아크가 MIG 와이어를 예열하여 와이어 송급속도를 높일 수 있는 용접 기법이다. 또한 플라즈마 아크가 Welding pool 전체를 커버하여 모재 표면의 예열 효과 및 산화막을 제거하는 Cleaning effect를 얻을 수 있으므로 용접 비드 표면이 깨끗하다는 장점을 가지고 있다.

도 1은 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 개념도, 도 2는 MIG 전류와 송급속도의 상관관계 그래프이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마-미그 하이브리드 용접기는, 개략적으로 본체(10) 및 용접 토치(20)를 구비하고, 상기 본체(10)는 용접 토치(20)가 필요로 하는 파워를 제공하는 플라즈마 파워소스(12) 및 MIG 파워소스(14)를 구비하고, 상기 용접 토치(20)는 중앙의 MIG 와이어(1)가 송급되는 MIG 콘택트 팁(21), 이를 둘러싸고 있으면서 플라즈마 아크를 발생하는 플라즈마 전극(22), 플라즈마 전극(22)에서 발생되는 아크를 기계적으로 수축시켜 더 높은 온도의 플라즈마 아크를 만드는 플라즈마 노즐(23), 용융물을 주변 공기로부터 보호하기 위하여 보호 가스를 주입하는 관로를 제공하는 실드 캡(24)을 구비한다. 도면부호 "2"는 피더를 나타내고, "3"은 Plasma gas, "4"는 Shielding gas, "5"는 Center gas, "6"은 Cooling water, "7"은 플라즈마 아크, "8"은 MIG 아크, "A"는 작업 대상물을 나타낸다.

그런데, 플라즈마-미그 하이브리드 용접기를 이용한 플라즈마-MIG 하이브리드 용접에서는 용접 전류와 더불어 노즐 구경이 플라즈마 아크 특성에 중요한 역할을 한다. 노즐 구경이 작을수록 동일 MIG 전류에서 송급속도가 증가하여 용접재료를 더 많이 녹일 수 있다. 이는 노즐 구경이 작을수록, 플라즈마 아크의 전류밀도가 높아져서 플라즈마 아크의 온도가 높게 되며, 이로 인해 용접 와이어의 예열 효과가 높기 때문에 와이어가 낮은 전류에서도 많이 녹게 된다. 따라서 노즐 구경을 작게 할수록 저전류에서 높은 용착률을 보이게 하는 장점이 있다.

그러나, 노즐 구경이 작을수록, 플라즈마 아크 폭이 좁아져서, 음극점이 Welding pool 내부로 이동하여, Cleaning effect가 발생하지 않아, 알루미늄 용접물 표면의 산화막이 제거되지 않는다. 이로 인해 용융물의 형성이 어려워진다.

그리고, 노즐 구경이 작을수록, 플라즈마 전류밀도가 높아져서, 플라즈마 stream이 높아지게 된다. 이렇게 높아진 플라즈마 stream은 Welding pool을 밀어내어, 안정된 용접 비드 형성을 방해하게 된다. 결과적으로, 노즐 구경이 작을수록, 외관상 안정된 용접 비드가 발생되지 않고, 퍼커링(Puckering) 비드가 발생되는 단점이 있다. 참고적으로, 퍼커링 비드는 알루미늄 합금의 미그용접 등에서 용접전류가 과대할 때 주로 용융풀 가장자리에서 외기가 스며들어, 비드 표면에 주름진 두터운 산화막이 생기는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노즐 오피리스의 내경 대비 외경을 더 크게 하여, 내측 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을, 외측 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있는 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐은, 오리피스의 외경이 내경보다 더 큰 형태인 이중 구경 노즐로 구성된 것을 특징으로 한다.

여기에서, 외경이 내경보다 적어도 3mm 이상 더 큰 것이 더 바람직하다.

또한, 상기 오리피스는 내측 부분에 직경이 동일한 직선구간부를 갖는 것이 바람직하고, 특히 상기 직선구간부의 두께는 오피리스의 전체 두께 대비 2/3 이하인 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따르면, 노즐 오피리스의 내경 대비 외경을 더 크게 형성함으로써 내측 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을, 외측 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있다. 또한, 고전류에서의 퍼커링 현상 제어를 통해 송급 속도의 향상이 가능하다. 또한, 플라즈마 아크 폭 증가를 통한 클리닝폭 증가와 더불어 음극점의 용융풀 외부 형성을 통한 아크 안정화를 도모할 수 있다.

도 1은 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 개념도.
도 2는 MIG 전류와 송급속도의 상관관계 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 노즐의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 노즐이 적용된 용접 토치의 개념도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 노즐의 개념도, 도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 노즐이 적용된 용접 토치의 개념도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 용접 토치는, 중앙의 MIG 와이어(1)가 송급되는 MIG 콘택트 팁(110), 이를 둘러싸고 있으면서 플라즈마 아크를 발생하는 플라즈마 전극(120), 플라즈마 전극(120)에서 발생되는 아크를 기계적으로 수축시켜 더 높은 온도의 플라즈마 아크를 만드는 플라즈마 노즐(130), 용융물을 주변 공기로부터 보호하기 위하여 보호 가스를 주입하는 관로를 제공하는 실드 캡(140)을 포함하여 이루어진다. 도면부호 "101"은 플라즈마 아크, "102"는 MIG 아크를 나타낸다.

본 발명에서는 특별히, 상기 플라즈마 노즐(130)이, 노즐(130)의 오리피스(132)의 내외경이 상이한 형태인 이중 구경 노즐, 구체적으로는 노즐(130)의 오리피스(132)의 내경(a) 대비 외경(b)이 더 크게 형성된다.

이러한 구성을 통해 오리피스(132)의 내측 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을 도모할 수 있으며, 오리피스(132)의 외측 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있다.

좀 더 구체적으로는, 외경(b)이 내경(a)보다 적어도 3mm 이상 더 큰 것이 바람직하다. 왜냐하면, 3mm 이하일 경우에는 플라즈마 아크 폭 변화 효과가 미비함을 확인하였기 때문이다.

한편, 상기 오리피스(132)는 내측 부분에 적어도 직경이 동일한 직선구간부(134)를 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 직선구간부(134)가 없는 경우에는 플라즈마 아크가 넓게 퍼져 온도가 내려가게 되고, 내측 부분이 쉽게 손상되는 것을 확인하였기 때문이다.

좀 더 구체적으로는, 상기 직선구간부(134)의 두께(c)가 오피리스(132)의 전체 두께(d) 대비 2/3 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 복수회 테스트를 통해 2/3를 초과하는 경우에는 플라즈마 아크 폭이 증가되지 않음을 확인하였기 때문이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 노즐 오피리스의 내경(a) 대비 외경(b)을 더 크게 형성함으로써 내측 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을, 외측 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있게 된다. 또한, 고전류에서의 퍼커링 현상 제어를 통해 송급 속도의 향상이 가능하게 된다. 또한, 플라즈마 아크 폭 증가를 통한 클리닝폭 증가와 더불어 음극점의 용융풀 외부 형성을 통한 아크 안정화를 도모할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : MIG 콘택트 팁
120 : 플라즈마 전극
130 : 플라즈마 노즐
132 : 오리피스
134 : 직선구간부
140 : 실드 캡
A : 작업 대상물

Claims (4)

1. 플라즈마-미그 하이브리드 용접기에 사용되는 플라즈마 노즐(130)로서,
   오리피스(132)의 외경이 내경보다 더 큰 형태인 이중 구경 노즐로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐.
2. 청구항 1에 있어서,
   외경이 내경보다 적어도 3mm 이상 더 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 오리피스(132)는 내측 부분에 직경이 동일한 직선구간부(134)를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 직선구간부(134)의 두께는 오피리스(132)의 전체 두께 대비 2/3 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐.

Images