KR20210083499A - 플라즈마용접용 환형 분말노즐 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 용접토치에서 금속분말을 용가재로 사용하는 상황에서, 공간차지를 최소화 하는 금속분말의 분사공급의 노즐에 관한 발명이다. 토치의 헤드부의의 치수 최소화로 자유로운 용접공간의 확보가 가능하여, 좁은공간 용접이 가능하여 용접 자유도 및 정밀도가 향상된다.

Description

플라즈마용접용 환형 분말노즐{Ring Shape Powder Nozzle for Plasma Welding}
본 발명은 플라즈마를 발생하여 그 열로서 금속을 녹여서 용접하는 플라즈마 용접장치에서 플라즈마 가스에 분말(Powder)형태의 용가재(溶加材; Filler Metal)를 공급하기위한 노즐장치에 관한것이다.
플라즈마 용접장치를 3D프린터 등에 사용하기 위해서는 분말형태의 용가재가 사용되며, 분말을 고온의 플라즈마 가스가 발생하는 공간적인 위치에 유도 및 분사하는 노즐이 필요하다. 본발명은 이러한 노즐을 간단하게 구성하기 위한 장치에 관한다.
플라즈마 용접장치에서 플라즈마 기류에 노출되어 대상모재인 금속이 녹고 추가로 외부에서 용가재를 공급해야하는 경우 용가재는 봉형(Rod Type)의 연속체 또는 분말(Powder) 상태로 공급된다. 용가재가 분말인 경우 모재가 녹은 금속용탕인 용융풀(Melting Pool)과 고온 플라즈마 기류의 주변에 분말공급의 초점을 맞추어 공급해야, 공급 분말의 활용도를 최대화 할 수 있다.
분말공급의 초점을 맞추기 위해 플라즈마 토치 외곽에 분말공급용 노즐을 설치하는것이 일반적이나, 분말노즐은 추가적인 공간을 차지하므로 플라즈마 용접토치헤드의 전체 크기가 커지기 쉽고, 자유로운 용접공간의 확보에 불리하다. 본 발명에서는 분말공급용 노즐의 추가적 공간을 최소화하는 구조 및 장치를 제안하고자한다.
분말용 노즐을 환형(環形; Ring-Shape)으로 구성하고, 플라즈마 토치에 동심으로 설치하여 노즐의 외부벽을 최소화하여 공간을 최소화 하고자한다.
분말형의 용가재를 사용하는 플라즈마 용접장치에 있어서 플라즈마 용접토치헤드의 외경이 작아지므로, 좁은공간 용접이 가능하여 용접 자유도 및 정밀도가 향상된다.
도1은 플라즈마 용접토치와 분말용가재 분사공급 일반구조
도2는 분말용가재 공급노즐 배치구조 2개, 4개, 6개
도3은 분말용가재 환형 공급 분사노즐 단면
도4는 환형 분말분사 노즐에서 채널형성 돌기구조 사례
도5는 본 발명으로 구성된 환형분말노즐 장착 플라즈마 토치사례
플라즈마 용접에서 고체 분말을 용가재(32)로 사용하는 경우(도1), 플라즈마 기류(21)와 용융풀(23)의 근처에 분말을 분사하는 노즐(31)을 사용한다. 노즐 분사시 분말이송과 분사를 위해서 기체상의 이송가스(Carrier Gas)의 도움을 받는다.
금속분말 용가재(32)는 가스와 함께 노즐에서 분사되어 고온의 적정한 위치에 공급되어야, 순간적으로 녹아서 용접용가재의 역할을 할 수 있다. 녹지않은 분말은 용접반응에 참여못하고 버려지므로 낭비의 원인이 된다. 이러한 분말의 사용효율을 높이기위해 분말의 공급율 공급량 공급노즐의 지향방향 등이 중요한 요소가된다.
분말노즐은 대향형으로 분사될 경우 고온의 플라즈마 기류(21)중심에 머물러 있는 시간이 길어지므로 일반적으로 플라즈마 토치축에 축대칭적으로 짝수로 원형으로 나열되는것이 유리하다(도2). 이러한 구조가 분말을 공급하고 지향하기는 유리하나, 프라즈마 용접토치의 전체적인 외경부 치수가 커지게 된다. 플라즈마 용접토치의 외경이 커지면 좁은 공간의 접근 및 동작의 범위가 작아져서 용접을 위한 접근성이 떨어진다.
본 발명에서는 분말형 용가재의 이송공급을 위해 개개의 외곽노즐형이 아닌 플라즈마 토치 외부의 환형의 공간(42)에 노즐(41)을 설치하여 공간의 축대칭성을 유지하며, 토치의 외경을 최소화 하고자 하였다(도3). 공급 채널(42)의 단면 크기을 조절할 필요가 있는 경우는 토치의 외경 또는 환형 노즐 내경에 돌출(43)가공을 하여 원하는 면적의 채널을 형성할 수 있다(도4).
11: 플라즈마 전극
12: 플라즈마 용접 토치
21: 플라즈마 기류 영역
22: 용접모재
23: 금속용융풀
31: 일반 분말용가재 공급노즐
32: 분말용가재
41: 환형 분말용가재 공급노즐
42: 환형 공급 채널
43: 채널 형성 돌기

Claims (2)

  1. 플라즈마 용접토치의 분말공급 및 분사를 위해 용접토치 외부에 설치하여 환형의 분말공급채널을 형성하는 플라즈마 용접토치용 환형 분말노즐
  2. 분말공급채널의 형상 및 단면적을 변화하기 위해 플라즈마 토치외벽이나, 노즐의 내멱에 채널을 형성하여 가공을 최소화한 플라즈마 용접토치용 환형 분말노즐
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