KR20170021765A

KR20170021765A - 비-접촉 층류 드로운 아크 스터드 용접 노즐 및 방법

Info

Publication number: KR20170021765A
Application number: KR1020167027563A
Authority: KR
Inventors: 키간 제임스 딜론; 브렌단 챨스 케뇬; 폴 마이클 지안페라라
Original assignee: 뉴프리 엘엘씨
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-02-28
Also published as: CN106413970A; EP3160679A1; US20150375332A1; JP2017518882A; WO2016004054A1

Abstract

복수의 스크린이 노즐 조립체 내에 지지될 수 있고 하우징 매니폴드로부터의 가스가 복수의 스크린을 통하여 플래시 쉴드 노즐 내로 유동하도록 배열될 수 있다. 플래시 쉴드 노즐은 부분-포물선 형상의 부분을 포함할 수 있다. 용접 중에 스터드를 보유하는 콜릿의 원위 단부는 노즐 조립체와 스터드가 용접되는 가공물 사이의 간격을 유지시키기 위하여 노즐 조립체의 임의의 다른 구성요소 및 플래시 쉴드 노즐의 원위 단부를 지나 연장될 수 있고, 이에 따라 노즐 조립체의 구성요소가 스터드 용접 중에 가공물과 접촉하지 않는다. 관련 방법이 방해물 또는 용접 방해물을 포함하는 가공물에 스터드를 용접하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

비-접촉 층류 드로운 아크 스터드 용접 노즐 및 방법{NON-CONTACT LAMINAR FLOW DRAWN ARC STUD WELDING NOZZLE AND METHOD}

본 출원은 2014년 6월 30일자에 출원된 미국 가특허 출원 제62/019,276호를 우선권 주장하는, 2015년 6월 29일자에 출원된 미국 특허 출원 제14/753,652호를 우선권 주장한다. 상기 출원들의 전체 개시는 본 명세서에 참조로 인용된다.

본 발명은 용접 노즐, 및 스터드를 부분에 드로운 아크 용접하기 위한 비-접촉 용접 노즐에 관한 것이다.

본 섹션은 종래 기술에서 필수적이지 않은 본 발명에 관한 배경 기술에 관한 것이다.

전형적으로, 스터드는 아르곤과 같은 차폐 용접 가스를 수용하는 밀봉된 챔버 내의 스터드 또는 용접 영역을 둘러싸도록 부분에 대해 접촉 및/또는 밀봉되는 용접 노즐을 이용하여 부분에 용접된다. 도 10은 도 1과 유사한 도면이지만 플래시 쉴드가 용접 공정 중에 부분과 접촉하거나 또는 이에 대해 밀봉되는 종래의 설계를 도시한다. 명확함을 위해, 이 접촉 또는 밀봉은 적어도 파일롯 아크 및 주 아크 생성 작업(최종 스터드 플런징 작업이 아님) 중에 구현된다. 그 결과, 이 접촉 또는 밀봉은 드로운 아크 스터드 용접 중에 차폐 가스를 적절히 보유할 필요가 있다.

이 섹션은 본 발명의 요약서를 제공하며, 본 발명의 전체 범위 또는 모든 특징의 개시는 아니다.

본 발명의 일 양태에 따라서, 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체에 관한 것으로, 이는 하우징을 통과하는 복수의 가스 통로를 포함한 매니폴드를 형성하고 콜릿을 지지하는 하우징을 포함할 수 있다. 또한 콜릿을 둘러싸고 하우징에 분리가능하게 결합된 플래시 쉴드 노즐을 포함할 수 있다. 플래시 쉴드 노즐은 부분-포물선 형상의 부분을 갖는 내부 표면을 포함할 수 있다. 또한 매니폴드로부터의 가스가 복수의 스크린을 통하여 유동하고 플래시 쉴드 노즐 내로 유동하도록 배열되고 노즐 조립체 내에서 지지된 복수의 스크린을 포함할 수 있다. 콜릿 부재는 드로운 아크 용접 중에 용접 스터드를 보유하도록 구조화되고 콜릿 부재의 원위 단부는 노즐 조립체와 스터드가 용접되는 가공물 사이의 간격을 유지시키기 위하여 노즐 조립체의 임의의 다른 구성요소 및 플래시 쉴드 노즐의 원위 단부를 지나 연장된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서,

드로운 아크 스터드 용접 방법은 용접 중에 스터드의 중심 축으로부터 약 20 밀리미터 미만의 횡방향 거리를 갖는 방해물을 형성하는 가공물에 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체의 콜릿 내에 보유된 스터드를 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방해물은 외측 에지 또는 볼록한 표면, 내측 코너 또는 오목한 표면, 및 가공물에 미리 용접된 제2 스터드들 중 하나를 포함한다. 또한, 스터드를 용접하는 동안에 복수의 스크린을 통하여 그 뒤에 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체의 콜릿 내에 보유된 스터드를 둘러싸는 플래시 쉴드 노즐 내로 그리고 이를 통하여 차폐 용접 가스를 이동시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 노즐 조립체와 가공물 사이의 간격을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

추가 적용가능 영역이 본 명세서에서 제시된 개시로부터 명확해질 수 있다. 본 요약에서 기재 및 특정 예시가 단지 도시의 목적이며, 본 발명의 범위를 제한하는 의도는 아니다.

도면은 본 발명의 범위를 제한하는 의도는 아니고 모든 가능한 구현이 아니라 단지 선택된 실시 형태의 예시 목적을 위해 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 드로운 아크 스터드 용접기 용접 헤드의 일 예시적인 용접 노즐 조립체의 단면도.
도 2는 도 1의 확대된 부분 단면도.
도 3은 도 1의 노즐 조립체를 통한 차폐 용접 가스 유동 경로를 도시하는 단면도.
도 4는 도 1의 용접 노즐을 포함하는 용접 헤드와 드로운 아크 스터드 용접기의 도 4의 단순화된 사시도.
도 5는 플래시 쉴드가 부분-포물선 형상을 가지며, 본 발명에 따른 드로운 아크 스터드 용접기 용접 헤드의 예시적인 용접 노즐 조립체의 단면도.
도 6은 스터드가 가공물의 용융된 재료 내로 플런징될 때 프로브, 가공물 및 간격을 포함하고 도 1과 유사한 단면도.
도 7은 스터드가 가공물에 대해 이동될 때 프로브, 가공물 및 간격을 포함하고 도 6과 유사한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 드로운 아크 스터드 용접기 용접 헤드의 또 다른 예시적인 용접 노즐 조립체의 단면도.
도 9는 도 8의 노즐 조립체를 통한 차폐 용접 가스 유동 경로를 도시하는 단면도.
도 10은 용접 공정 중에 플래시 쉴드가 부분에 대해 접촉 또는 밀봉하는 종래의 용접 노즐의 단면도.
대응 도면 부호는 복수의 도면에 걸쳐 대응 부분을 나타낸다.

실시 형태가 첨부 도면을 참조하여 기재될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 일 예시적인 용접 노즐 조립체(20)를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 용접 노즐 조립체는 드로운 아크 스터드 용접기(drawn arc stud welder)와 같은 용접 장치(50)에 결합되거나 또는 이의 구성요소이다. 용접 노즐 조립체(20)는 차폐 용접 가스 공급원(도시되지 않음)에 결합되는 가스 피팅(22)을 포함한다. 또한, 이는 플래시 쉴드 칼라(flash shield collar) 또는 하우징(24), 콜릿(26), 세트 나사(28), 스냅-링(snap-ring, 30), 및 플래시 쉴드(flash shield, 32)를 포함한다. 추가로 일련의 환형 스크린(34)이 스페이서(36)에 의해 분리될 수 있다. 후술된 바와 같이, 스크린(34)은 차폐 용접 가스의 초기 난류 유동을 층류 상태로 변환시키도록 작동한다.

도 2는 스페이서(spacer, 36)에 의해 분리된 일련의 스크린(34)의 일 예시를 도시한다. 도시된 예시에서, 차폐 용접 가스와 접촉하는 3개의 제1 스크린(34)은 120 메시 스크린일 수 있다. 차폐 용접 가스와 접촉하는 제4 또는 최종 스크린(34)은 180 메시 스크린 또는 165 메시 스크린일 수 있다. 따라서, 3개의 제1 스크린(34)이 최종 스크린(34)의 스크린 크기 개구보다 큰 스크린 크기 개구를 가질 수 있다. 스크린(34)은 약 0.5 밀리미터만큼 서로 분리될 수 있다. 이 분리는 스크린(34)들 사이에 0.5 밀리미터의 스페이서(36)를 개재함으로써 제공될 수 있다. 도시된 예시에서, 5개의 스페이서(36)가 4개의 스크린(34) 사이에 개재된다. 이러한 스크린은 예를 들어, 180 메시 스크린에 대해 파트 번호 85385T107 및 120 메시 스크린에 대해 파트 번호 85385T103을 사용하는 미국 오하이오 오로라 소재의 맥마스터-카르(McMaster-Carr)로부터 구매가능하다. 물론, 위에서 또는 다른 곳에서 상세히 기재된 특정예에 대한 대체예가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 대안의 실시 형태에서 변화할 수 있다.

도시된 바와 같이, 복수의 스크린(34)의 제1 측면은 노즐 조립체(20)의 내부 환형 스텝(72)에 대해 보유될 수 있다. 이 경우에, 하우징 구성요소(24)는 내부 환형 스텝(72)을 제공할 수 있다. 스냅 링(30)은 스텝(72)에 대해 이들 사이의 스페이서(36)를 이용하여 스크린을 보유하기 위해 스크린(34)의 제2 또는 마주보는 측면에 대해 배열될 수 있다. 스냅 링(30)은 동일한 하우징 구성요소(24)에 의해 제공된 환형 리세스 또는 요홈 내에 보유될 수 있다. 플래시 쉴드 노즐(32)은 하우징 구성요소(24)에 분리가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 플래시 쉴드 노즐(32)은 제거 및 교체가 허용되도록 스크린(34)에 접근을 허용하기 위하여 하우징 구성요소(24)로부터 결합해제될 수 있다.

도 3은 노즐 조립체(20)를 통한 차폐 용접 가스 유동 경로를 도시한다. 불활성일 수 있는 차폐 용접 가스는 화살표(40)로 도시된 바와 같이 가스 피팅(22)을 통하여 노즐 조립체에 유입된다. 따라서, 가스 피팅(22)은 하우징(24)을 통한 복수의 통로(40)를 포함하는 메니폴드를 형성한다. 불활성 가스는 화살표(42)로 도시된 바와 같이 스크린(34)의 업스트림에 있는 환형 챔버에 유입된다. 불활성 가스 유동이 화살표(40, 42)로 도시될지라도, 이 프리-스크린 불활성 가스 유동(40, 42)은 난류 상태에 있다. 불활성 가스가 일련의 스크린(34)을 통과함에 따라 불활성 가스 유동은 화살표(44)로 도시된 바와 같이 층류 상태로 변환된다.

스크린(34)은 노즐 조립체(20)를 통하여 불활성 가스의 유동 속도를 감소시킬 수 있는 저항 또는 배압을 형성한다. 따라서, 노즐 조립체(20)의 플래시 쉴드(32) 또는 유사 구성요소가 도시된 바와 같이 절두 원뿔 형상을 가질 수 있다. 이 방식으로, 플래시 쉴드(32)는 층류 유동을 상당히 차단하지 않고 노즐 조립체(20)에서 빠져나가는 감소된 유동 속도 불활성 가스의 속도 또는 밀도를 증가시킬 수 있다. 불활성 가스의 배출 속도 및 유동 속도 밀도(또는 배출 오리피스(46)의 영역)는 주변 공기가 용접 구역에 유입되는 것을 방지하는 불활성 가스의 칼럼(column), 구역 또는 커튼(curtain)을 제공하기에 충분하다. 따라서, 배출 불활성 가스 칼럼, 구역 또는 커튼은 스터드가 용접되는 부분 또는 스터드에 대해 노즐 조립체(20)가 접촉하거나 또는 밀봉할 필요성 없이 주변 공기가 용접 구역에 유입되도록 유지시키기 위하여 스터드 또는 용접 구역을 둘러싸거나 또는 포함한다.

도 5는 플래시 쉴드 내부 표면이 부분-포물선 형상을 갖는 대안의 노즐 조립체(120)를 도시한다. 부분-포물선 형상의 표면은 도 5에 도시된 바와 같이 지점 "A"으로부터 지점 "B"으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 부분 타원형 형상은 절반-타원형 형상과 유사하거나 또는 동일할 수 있다. 부분 타원형 형상의 배출 노즐 또는 플래시 쉴드(132)는 불활성 가스의 주변 무-공기 구역 내에서 스터드(60)를 포함하는 용접 구역을 캡슐화하기 위하여 충분한 유동 속도, 가스 밀도 또는 영역에 따라 그리고 우수한 층류 유동에 따라 불활성 가스의 배출 칼럼을 형성하는데 특히 유리할 수 있다.

도면에 모두 도시되지 않을지라도, 콜릿은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 용접 작업 중에 스터드(60)를 보유하는 내부 콜릿(27)뿐만 아니라 외부 콜릿(26)을 포함한다. 외부 콜릿(26)은 도면에 도시된 바와 같이 하향 연장되는 핑거를 추가로 포함할 수 있거나 또는 콜릿 너트(상부 부분)을 포함할 수 있다.

도 7을 언급하면, 용접기는 재료 또는 부분(62)의 표면을 보유하는 접촉 프로브(52)를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 접촉 프로브(52)는 이의 원위 단부에서 콜릿을 향하여 경사질 수 있어서 이는 플래시 쉴드 노즐(32)의 전체 또는 외경 내에서 가공물 또는 부분(62)과 접촉한다. 스터드(60)는 도시된 바와 같이 부분(62)의 표면(64)과 접촉할 수 있다. 접촉 프로브(52)가 부분(62)과 접촉한 상태로 유지될지라도 노즐 및 스터드(60)는 파일롯 아크(pilot arc)를 형성하기 위해 표면으로부터 이격되도록 이동할 수 있다. 그 후에, 주 용접 전류는 기저 재료 또는 부분(62)의 표면에서 그리고 스터드(60)의 하부에서 용융된 재료를 형성하는 주 용접 아크를 형성하기 위하여 조절될 수 있다. 스터드(60)는 그 뒤에 도 6에 도시된 바와 같이 용융된 재료 또는 부분(62)으로 들어갈 수 있다.

용접 공정 전체에 걸쳐 플래시 쉴드 노즐(32) 또는 노즐의 단부를 재료 또는 부분(62)과 접촉시킬 필요가 없다. 예를 들어, 간격(70)은 파일롯 및 주 아크의 형성 중에 부분(62)의 표면(64) 및 노즐(32)의 단부 사이에 형성될 수 있다. 간격(70)은 도 7에 도시된 바와 같이 부분(62)에 대한 스터드(60) 및 프로브(52)의 초기 접촉 중에 존재할 수 있다. 간격(70)은 부분(62)의 용융된 재료 내로 스터드(60)를 플런징하는(plunging) 최종 단계 중에 존재할 수 있다. 즉, 간격(70)은 또한 전체 드로운 아크 용접 공정 전체에 걸쳐 그리고 전술된 공정 작업의 임의의 조합 중에 존재할 수 있다.

도 8 및 도 9는 또 다른 대안의 노즐 조립체(220)의 실시 형태를 도시한다. 전술된 실시 형태(120)에 따라, 플래시 쉴드 노즐(232)이 내부 표면이 부분-포물선 형상을 포함할 수 있다. 하우징(224)은 내부 콜릿(227) 및 외부 콜릿(226)을 지지할 수 있다. 하우징 구성요소(224)의 외부 주변 표면은 나사산(266)을 포함할 수 있다. 플래시 쉴드 노즐(232)의 내부 주변 표면은 하우징(224)에 플래시 쉴드 노즐(232)을 분리가능하게 결합하기 위하여 하우징(224)의 나사산(268)에 대해 결합되는 협력 나사산(cooperating thread, 268)을 포함할 수 있다.

다른 실시 형태에 따라, 스크린(234)은 노즐 조립체(220)의 내부 환형 스텝(272)에 대해 일 측면 상에 보유된다. 이 경우에, 플래시 쉴드 노즐(232)은 내부 환형 스텝(272)을 제공할 수 있다. 스냅 링(230)은 스텝(272)에 대해 스크린을 보유하기 위하여 스크린(34)의 제2 또는 마주보는 측면에 대해 배열될 수 있다. 스냅 링(230)은 또한 플래시 쉴드 노즐(232)에 의해 제공되는 환형 리세스 또는 요홈 내에 보유될 수 있다. 스크린(234)은 콜릿(26)을 둘러싸는 환형 형상을 가질 수 있다. 스크린(234)은 콜릿(26)을 둘러싸는 환형 형상을 가질 수 있다.

플래시 쉴드 노즐(232)은 협력 나사산(266, 268)을 서로 결합해제하고 하우징(224)으로부터 노즐(232)을 나사체결해제하기 위하여 이의 중심 축 주위에서 회전할 수 있다. 따라서, 스크린(232)은 플래시 쉴드 노즐(232)과 함께 노즐 조립체(220)의 하우징(224)으로부터 제거될 수 있다. 이에 따라 나사체결해제된 하위-조립체가 편리한 위치로 쉽사리 이동할 수 있고, 스크린(234)의 제거 및 배치를 돕는다. 도 9는 노즐 조립체(220)를 통한 불활성 가스 유동 경로를 도시한다. 불활성 가스는 화살표(240)로 도시된 바와 같이 가스 피팅(222)을 통하여 노즐 조립체에 유입된다. 따라서, 하우징(224)을 통한 통로(229) 및 가스 피팅(222)은 메니폴드를 형성한다. 불활성 가스는 화살표(240)로 도시된 바와 같이 스크린(234)에 인접한 통로(229)에서 배출된다. 이 프리-스크린 불활성 가스 유동(240)이 난류 상태에 있다. 불활성 가스가 일련의 스크린(234)을 통과함에 따라 불활성 가스 유동은 도 3에 대해 전술된 것과 유사하게 화살표(244)로 도시된 바와 같이 층류 상태로 변환된다.

임의의 부분-포물선 형상의 내부 벽 부분을 포함하는 본 명세서에 기재된 각각의 플래시 쉴드 노즐(32, 132, 232)은 비-전도성 재료, 고온 저항성 재료, 강성 재료, 몰딩가능 플라스틱 재료, 섬유 보강부, 예컨대 탄소 섬유 보강부를 포함한 재료의 임의의 하나 또는 조합(들)으로 형성될 수 있다. 고온 저항성을 위해, 일부 경우에 재료는 용접 중에 적어도 160 °F, 또는 용접 중에 적어도 450 °F, 또는 용접 중에 적어도 600 °F의 온도를 견딜 수 있어야 한다. 많은 이들 양태를 조합할 수 있는 일 예시적인 재료는 상표명 테카픽(Tecapeek™)으로 미국 펜실베니아 워싱턴 소재의 엔싱거 인코포레이티드(Ensinger Inc)로부터 상용 입수가능한 폴리에테르에테르케톤이다. 많은 이들 양태를 조합하는 다른 예시적인 재료는 다양한 세라믹 재료를 포함한다.

많은 드로운 아크 스터드 용접 방법이 본 명세서의 기재로부터 자명해질 것이다. 예를 들어, 이러한 방법은 드로운 아크 스터드 용접기(50)에 대한 노즐 조립체(20)의 임의의 조합으로 본 명세서에서 언급된 특징부들의 임의의 구성요소를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 추가로 전체 용접 작업 중에 노즐 조립체(20)와 가공물(62) 사이의 간격(70) 또는 비-접촉 배열을 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 제거 및 교체를 허용하기 위하여 스크린(34)에 대한 충분한 접근이 허용되도록 매니폴드를 형성하는 하우징(24)으로부터 플래시 쉴드 노즐(32)을 나사체결해제 또는 결합해제하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법은 플래시 쉴드 노즐(232)을 통하여 스크린(234)을 지지하는 단계 및 플래시 쉴드 노즐(232)과 함께 매니폴드(224)로부터 스크린(234)을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 그 뒤에 스크린(234)은 하우징(224)으로부터 결합해제된 상태에서 플래시 쉴드 노즐(232) 내에서 제거 및 교체될 수 있다.

드로운 아크 스터드 용접 방법은 용접 중에 스터드(60)의 중심 축으로부터 약 20 밀리미터 미만의 횡방향 거리인 방해물(impediment, 74)을 형성하는 가공물(62)에 대해 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체(20)의 콜릿(26, 27) 내에 보유된 스터드(60)를 용접하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 경우에, 횡방향 거리는 용접 중에 스터드의 중심 축으로부터 약 18 밀리미터 미만, 약 15 밀리미터 미만, 또는 약 12 밀리미터 미만일 수 있다. 방해물(74)은 외측 에지 또는 볼록한 에지, 내측 코너 또는 오목한 표면, 및 가공물에 미리 용접된 제2 스터드 중 하나일 수 있다. 다양한 예시적인 방해물(74)이 도면에 도시된다. 도 9는 방해물(274)이 가공물(262)에 미리 용접된 제2 스터드(261)인 상황을 도시한다

도 6은 방해물이 가공물(362)의 외측 에지 또는 코너(374)인 상황을 도시하고, 도 7은 방해물이 가공물(462)의 내부 모서리(474)인 상황을 도시한다. 이러한 외측 에지 또는 코너 방해물(374) 및 내측 코너 방해물(474)은 날카로울 수 있고(즉, 코너에서 90°), 또는 곡선화될 수 있고, 이러한 에지 또는 코너는 180° 미만의 임의의 총 각도를 둘러쌀 수 있다. 이러한 에지 또는 코너(374, 474)는 곡선화 표면에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 가공물(162)의 볼록한 외측 에지 방해물에 대응하는 볼록한 표면(174)을 도시한다. 유사하게, 도 8은 가공물(562)의 볼록한 내측 코너 방해물에 대응하는 오목한 표면(574)을 도시한다. 이 두 경우에, 볼록한 표면의 중심 축은 용접되는 스터드의 중심 축과 정렬되지만 이는 이 경우일 필요는 없다. 물론, 곡선화된 내측 또는 외측 코너는 전술된 바와 같이 용접된 스터드의 중심 축으로부터 일부 횡방향 거리에 배열될 수 있다. 이러한 오목한 표면 방해물(1740은 실제로 임의의 각도를 둘러싸고(플래시 쉴드 노즐(132)에 대한 충분한 개구가 제공되는 한), 이러한 볼록한 표면 방해물(574)은 360°를 포함하는 임의의 각도를 둘러쌀 수 있다(예컨대 관형 부재). 일부 경우에, 이러한 오목한 또는 볼록한 표면(174 또는 574)의 반경은 각각 약 60 밀리미터 미만, 또는 약 약 40 밀리미터 미만, 또는 약 20 밀리미터 미만일 수 있다.

방법은 일련의 용접 공정을 개시하기에 앞서 가스가 플래시 쉴드 노즐(32)과 스터드(60)을 통과하는 초기 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 초기 퍼지 단계는 용접 공정들 사이의 기간이 약 10분 이상인 경우 선호될 수 있다. 일부 경우에, 초기 퍼지 기간은 약 2초 미만, 약 1.5초 미만, 또는 약 1초 미만일 수 있다.

방법은 파일롯 아크의 개시 바로 이전에 이러한 가스 유동이 발생되는 사전-유동 기간, 주 용접 아크 전체에 걸쳐 가스 유동이 발생되는 용접-유동 가스 기간, 및 일련의 시간 이후에 일차 용접 아크의 종료 시에 개시되는 가스 유동의 후-유동 기간을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 사전-유동 기간, 용접-유동 기간 및 후-유동 기간을 포함하는 조합된 기간은 약 2 초 미만, 또는 약 1.8 초 미만, 또는 약 1.4 초 미만, 또는 약 1.2 초 미만일 수 있다. 따라서 매우 신속한 용접 사이클 시간이 제공될 수 있다.

일부 경우에, 방법은 분당 약 8 리터, 또는 분당 약 20 리터, 또는 분당 약 30 리터, 및 최대 분당 약 50 리터, 또는 분당 약 80 리터의 유동 속도에서 스크린(34)과 플래시 쉴드 노즐(32)을 통하여 차폐 용접 가스를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 또한 일부 경우에 약 1.5 리터 미만, 또는 약 1.2 리터 미만, 또는 약 1.0 리터 미만, 또는 약 0.8 리터 미만인 조합된 사전-유동, 용접-유동 및 후-유동 기간을 통하여 플래시 쉴드 노즐(32) 내로 그리고 스크린(34)을 통하여 총 양의 가스를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

실시 형태의 상기 기재가 도시 및 설명의 목적으로 제공된다. 이는 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 스크린은 와이어 스크린, 천공 플레이트, 허니콤 재료, 및 실질적으로 층류 상태로 가스 유동을 변환하기 위한 다른 기능식 균등물을 포함할 수 있다. 유사하게, 간격은 가스의 유동 속도에 영향을 미치지 않고 가공물의 표면과 손가락이 접촉하는 차단된 간격일 수 있다. 추가로, 특정 실시 형태의 도면 부호를 이용하는 상기 임의의 기재는 또한 달리 언급되지 않는 한 다른 실시 형태의 대응 구성요소에 적용될 수 있다. 또한 이는 다양한 방법으로 변화할 수 있다. 이러한 변화는 본 발명으로부터 벗어나지 않고 이러한 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims

드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체로서,
하우징을 통과하는 복수의 가스 통로를 포함한 매니폴드를 형성하고 콜릿을 지지하는 하우징,
콜릿을 둘러싸고 하우징에 분리가능하게 결합된 플래시 쉴드 노즐 - 플래시 쉴드 노즐은 부분-포물선 형상의 부분을 갖는 내부 표면을 포함함 - ,
매니폴드로부터의 가스가 복수의 스크린을 통하여 유동하고 플래시 쉴드 노즐 내로 유동하도록 배열되고 노즐 조립체 내에서 지지된 복수의 스크린을 포함하고,
콜릿 부재는 드로운 아크 용접 중에 용접 스터드를 보유하도록 구조화되고 콜릿 부재의 원위 단부는 노즐 조립체와 스터드가 용접되는 가공물 사이의 간격을 유지시키기 위하여 노즐 조립체의 임의의 다른 구성요소 및 플래시 쉴드 노즐의 원위 단부를 지나 연장되는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제1항에 있어서, 스크린의 제1 측면은 선택적으로 그리고 노즐 조립체의 내부 환형 스텝에 대해 보유되는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제2항에 있어서, 스크린의 제1 측면은 스크린의 제2 측면에 대해 배열된 스냅 링을 통하여 내부 환형 스텝에 대해 보유되는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제2항 또는 제3항에 있어서, 복수의 스크린들 사이에 배열된 스페이서를 추가로 포함하는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 스크린이 가스 통로를 향하여 배열된 제1 크기 스크린 개구 및 플래시 쉴드 노즐의 원위 단부를 향하여 배열되고 제1 복수의 스크린에 인접한 제2 크기 스크린을 갖는 제2 스크린을 포함하고, 제1 크기 스크린 개구는 제2 크기 스크린 개구보다 큰 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스터드 용접기는 이의 원위 단부에 콜릿에 인접한 접촉 프로브를 추가로 포함하며 이 접촉 프로브는 가공물과 접촉하는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 부분-포물선 형상의 부분을 갖는 플래시 쉴드 노즐은 비-전도성 재료를 포함하는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제7항에 있어서, 비-전도성 재료는 용접 중에 약 450°F 이상의 온도를 견딜 수 있는 고온 재료인 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 스크린은 플래시 쉴드 노즐이 하우징으로부터 제거될 때 플래시 쉴드 노즐에 결합된 상태로 유지되고 플래시 쉴드 노즐에 의해 지지되며, 스크린은 플래시 쉴드 노즐이 하우징으로부터 결합해제되는 동안에 플래시 쉴드 노즐로부터 제거될 수 있는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제9항에 있어서, 스크린의 제1 측면은 플래시 쉴드 노즐의 내부 환형 스텝에 대해 보유되는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제10항에 있어서, 스크린의 제1 측면은 스크린의 제2 측면에 대해 배열된 스냅 링을 통하여 내부 환형 스텝에 대해 보유되는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 스크린들 사이에 배열된 스페이서를 추가로 포함하는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 플래시 쉴드 노즐의 표면 상의 나사산은 플래시 쉴드 노즐을 하우징에 분리가능하게 결합시키기 위하여 인접한 하우징 표면 상에서 협력하는 나사산에 대해 맞물리는 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체.
드로운 아크 스터드 용접 방법으로서,
용접 중에 스터드의 중심 축으로부터 약 20 밀리미터 미만의 횡방향 거리를 갖는 방해물을 형성하는 가공물에 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체의 콜릿 내에 보유된 스터드를 용접하는 단계 - 상기 방해물은 외측 에지 또는 볼록한 표면, 내측 코너 또는 오목한 표면, 및 가공물에 미리 용접된 제2 스터드들 중 하나를 포함함 - ,
스터드를 용접하는 동안에 복수의 스크린을 통하여 그 뒤에 드로운 아크 스터드 용접기 노즐 조립체의 콜릿 내에 보유된 스터드를 둘러싸는 플래시 쉴드 노즐 내로 그리고 이를 통하여 차폐 용접 가스를 이동시키는 단계,
노즐 조립체와 가공물 사이의 간격을 유지하는 단계를 포함하는 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항에 있어서, 플래시 쉴드 노즐을 통하여 차폐 용접 가스를 이동시키는 단계는 부분-포물선 부분을 갖는 내부 표면을 포함한 플래시 쉴드 노즐을 통하여 차폐 용접 가스를 이동시키는 단계를 포함하는 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 방해물은 외측 에지이고, 스터드의 중심 축으로부터 외측 에지까지의 횡방향 거리는 약 15 밀리미터 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 방해물은 약 40 밀리미터 미만의 반경을 포함하는 볼록한 표면인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 방해물은 내측 코너이고 스터드의 중심 축으로부터 내측 코너까지의 횡방향 거리는 약 18 밀리미터 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 방해물은 약 40 밀리미터 미만의 반경을 포함하는 오목한 표면인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 방해물은 가공물에 미리 용접된 제2 스터드이고, 스터드의 중심 축으로부터 제2 스터드의 중심 축까지의 횡방향 거리는 약 18 밀리미터 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 중에 차폐 용접 가스를 이동시키는 단계는 사전-유동 기간, 용접-유동 기간 및 후-유동 기간 중에 가스를 이동시키는 단계를 포함하고, 사전-유동 기간, 용접-유동 기간 및 후-유동 기간 중에 노즐 내로 이동하는 가스의 총 부피는 약 1.2 리터 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제21항에 있어서, 사전-유동 기간, 용접-유동 기간 및 후-유동 기간 중에 노즐 내로 이동하는 가스의 총 부피는 약 1.0 리터 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제21항에 있어서, 사전-유동 기간, 용접-유동 기간 및 후-유동 기간 중에 노즐 내로 이동하는 가스의 총 부피는 약 0.8 리터 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 중에 차폐 용접 가스를 이동시키는 단계는 사전-유동 기간, 용접-유동 기간 및 후-유동 기간 중에 가스를 이동시키는 단계를 포함하고, 사전-유동 기간, 용접-유동 기간 및 후-유동 기간의 총 기간은 약 2초 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제24항에 있어서, 사전-유동 기간, 용접-유동 기간 및 후-유동 기간의 총 기간은 약 1.4초 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제24항에 있어서, 사전-유동 기간, 용접-유동 기간 및 후-유동 기간의 총 기간은 약 1.2초 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 중에 차폐 용접 가스를 이동시키는 단계는 분당 약 20 리터 내지 분당 약 80 리터의 유동 속도로 노즐 내로 그리고 이를 통하여 가스를 이동시키는 단계를 포함하는 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제27항에 있어서, 유동 속도는 분당 약 30 리터 내지 분당 약 50 리터인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 초기 스터드의 용접 이전에 초기 퍼지 기간 중에 복수의 스크린을 통하여 그 뒤에 노즐 내로 그리고 이를 통하여 차폐 용접 가스를 이동시키는 단계를 추가로 포함하고, 초기 퍼지 기간은 약 2초 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제29항에 있어서, 초기 퍼지 기간은 약 1.5초 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제29항에 있어서, 초기 퍼지 기간은 약 1초 미만인 드로운 아크 스터드 용접 방법.
제14항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 드로운 아크 스터드 용접기에 의해 유도되고 지지되는 접촉 프로브와 가공물을 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 드로운 아크 스터드 용접 방법.