KR20210110810A - 보호 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐 및 가스 노즐을 갖는 토치 - Google Patents

보호 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐 및 가스 노즐을 갖는 토치 Download PDF

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알렉산더 빈첼 슈바이쯔텍크닉 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 가스 분배기 섹션을 갖는 가스 노즐의 가스 출구로부터 보호 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐에 관한 것으로서, 가스 노즐은 보호 가스 스트림을 위한 유동 챔버의 형성을 위해 가스 분배기의 적어도 일부 영역에서 2중벽으로 구성된다. 더욱이, 본 발명은 토치 넥 및 적어도 하나의 공작물을 열 접합, 특히 아크 접합, 바람직하게는 아크 용접 또는 아크 납땜 하기 위한 방법에 관한 것으로서, 토치 넥에 배열된 전극 또는 전극 또는 와이어 및 공작물 사이에 아크를 생성하기 위한 외이어를 가지고, 가스 출구에서 보호 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐을 갖는다.

Description

보호 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐 및 가스 노즐을 갖는 토치
본 발명은, 청구항 제1항에 따른 차폐 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐, 및 청구항 제11항에 따른 가스 노즐을 갖는 토치 넥, 청구항 제15항에 따른 토치, 그리고, 청구항 제16항에 따른 적어도 하나의 공작물을 열 접합 하기 위한 방법에 관한 것이다.
열 아크 접합 방법은 에너지를 사용하여 공작물을 융합하고 연결한다. "MIG", "MAG"및 "TIG"는 쉬트 금속 가공에 사용되는 표준 용접 방법이다.
소모성 전극(MSG)을 사용하는 차폐 가스-보조 아크 용접 방법의 경우, "MIG"는 "금속 불활성 가스"를 의미하고, "MAG"는 "금속 활성 가스"를 의미한다. 비-소모성 전극(TSG)을 사용하는 차폐 가스-보조 아크 용접 방법의 경우, "TIG"는 "텅스텐 불활성 가스"를 의미한다. 본 발명에 따른 용접 장치는 기계-제어식 용접 토치로 구성될 수 있다.
MAG 용접은 활성 가스를 사용하는 금속 차폐-가스(MSG) 용접 공정으로, 아크는 연속적으로 공급되는 소모성 와이어 전극과 재료 사이에서 연소된다. 소모성 전극은 용접 이음부를 형성하기 위해 필러 재료를 공급한다. MAG 용접은 거의 모든 용접에 적합한 재료로 쉽고 비용 효율적으로 사용할 수 있다. 이에 관해, 요구 사항과 재료에 따라 상이한 차폐 가스가 사용된다.
금속 차폐-가스(MSG) 용접의 경우, 공급된 활성 가스가 대기에 대해 전극, 아크 및 용접 수조(welding bath)를 보호한다. 이것은 다양한 조건에서 높은 용융 능력으로 우수한 용접 결과를 보장한다. 재료에 따라, 아르곤 CO2, 아르곤 O2 또는 순수 아르곤 또는 순수 CO2로 구성된 가스 혼합물이 차폐 가스로서 사용된다. 요구 사항에 따라, 상이한 와이어 전극이 사용된다. MAG 용접은 견고하고 비용 효율적이며 다목적의 용접 공정으로서 수동, 기계 및 자동화 공정에 매우 적합하다.
MAG 용접은 비합금 또는 저 합금 강철 등급 용접에 적합하다. 원칙적으로, 고-합금 강철 등급 및 니켈-기반 합금도 MAG 공정에 의해 용접될 수 있다. 그러나, 차폐 가스의 O2 또는 CO2 함량은 적다. 용접 이음부의 요구 사항 및 예상되는 최적의 용접 결과에 따라, 다양한 아크 유형 및 용접 공정, 가령, 표준 공정 또는 펄스 공정(pulsed process)이 사용된다.
아크 용접 장치는 용접할 재료를 융합하기 위해 공작물과 소모품 또는 비-소모성 용접 전극 사이에 아크를 생성한다. 차폐 가스 스트림은 용접되는 재료 뿐만 아니라 주변 공기에 존재하는 대기 가스, 주로, N2, O2, H2에 대해 용접 부위를 보호한다.
이에 관해, 용접 전극은 아크 용접 장치에 연결된 용접 토치의 토치 몸체에 제공된다. 토치 몸체는 일반적으로 용접 전류를 전달하고 아크 용접 장치의 용접 전류 공급원으로부터 토치 헤드의 팁에 의해 용접 전극에 용접 전류를 전도하는 내부 구성 요소 그룹을 가지며, 용접 전극에서 공작물로의 아크를 생성한다.
차폐 가스 스트림은 용접 전극, 아크, 용접 수조 및 공작물의 열-효과 영역 주위로 흐르고, 이 공정에서 용접 토치의 몸체에 의해 상기 영역들로 공급된다. 가스 노즐이 차폐 가스 스트림을 토치 헤드의 전방 단부로 이송하고, 여기서 차폐 가스 스트림은 대략 환형 패턴으로 토치 헤드로부터 용접 전극 주위로 배출된다.
종래 기술에서는, 일반적으로, 가스는 절연 역할을 동시에 수행할 수 있는 낮은 전기 전도성을 갖는 재료(폴리머 또는 산화 세라믹)로 제조된 구성 요소에 의해 가스 노즐로 이송된다.
용접 공정 중에, 용접을 위해 생성된 아크는 용접할 공작물, 및 선택적으로 추가된 용접 재료를 가열하여 이들이 융합되도록 한다. 아크 에너지의 입력, 고-에너지 열 복사 및 대류는 모두 용접 토치의 헤드에 상당한 열 입력을 발생시킨다. 유입된 열의 일부는 토치 헤드를 통해 이송되는 차폐 가스 스트림에 의해 또는 주변 공기의 패시브 냉각(passive cooling)에 의해 및 호스 팩으로의 열 전도에 의해 다시 분산될 수 있다.
그러나, 토치 헤드의 특정 용접 전류 부하를 초과하면, 열 입력이 너무 높아서 열 재료 고장으로부터 사용되는 구성 요소를 보호하기 위해 토치 헤드의 소위 활성 냉각(active cooling)이 필요하다. 이를 위해, 토치 헤드는 토치 헤드를 통해 흐르는 냉각수로 활성적으로 냉각되어, 용접 공정에서 흡수된 원치 않는 열을 제거한다. 예를 들어, 에탄올 또는 프로판올이 첨가된 탈이온수가 동결 방지를 위해 냉각제로 사용될 수 있다.
용접 외에도, 접합 쉬트 금속 구성 요소를 접합할 때 납땜도 옵션이다. 용접의 경우 와는 달리, 납땜을 사용하면, 용융되는 것은 공작물이 아니라 필러 재료 뿐이다. 그 이유는 납땜에서 2개의 에지가 필러 재료로서 납땜에 의해 함께 접합되기 때문이다. 구성 요소 재료 및 납땜 재료의 용융점은 매우 상이하기 때문에 가공 중에 오직 납땜만 녹는다. TIG, 플라즈마 및 MIG 토치 외에도, 레이저도 납땜에 적합하다.
아크 납땜 공정은 금속 차폐 가스 납땜(MSG-S) 공정과 텅스텐 차폐 가스 납땜(TSG-S) 공정으로 나눌 수 있다. 대부분의 경우, 용융 범위가 기본 재료보다 낮은 와이어 형태의 구리-기반 재료가 필러 재료로서 사용된다. 사용되는 장비 측면에서, MSG 아크 납땜의 원리는 와이어 형태의 필러 재료를 사용하는 MSG 용접과 거의 동일하다. TSG 납땜의 경우, 와이어 형태의 필러 재료가 측면에서 수동 또는 기계적으로 아크에 공급된다. 이 공정에서, 필러 재료는 전원이 차단된 콜드 와이어(cold wire)로 공급되거나 그렇지 않으면 핫 와이어(hot wire)로 전원이 공급될 수 있다. 아크가 추가 자기장의 영향을 받지만, 핫 와이어를 사용하면 더 큰 용융 용량을 얻을 수 있다.
일반적으로, 아크 납땜은 표면 마감 또는 비-코팅 얇은-게이지 쉬트 금속에 사용되는데, 이는 용접에 비해 납땜의 용융 온도가 낮아 구성 요소에 대한 열 응력이 적고 코팅은 덜 손상되기 때문이다. 아크 납땜의 경우 기본 재료가 눈에 띄게 녹지 않는다.
아크 납땜 공정은 일반적으로 최대 약 3mm의 두께 범위 내에서 저-합금 또는 비합금 강철로 제조된 비-코팅 및 금속-코팅 쉬트 금속에 사용된다.
일반적으로, DIN ISO 14175에 따라 CO2, O2 또는 H2가 혼합된 아르곤 II 또는 아르곤 혼합물이 아크 납땜에 사용된다. TIG 납땜에는 시판되는 TIG 토치를 사용할 수 있다.
유럽 특허공보 EP 2 407 267 B1 및 EP 2 407 268 B1은, 차폐 가스 공급 수단, 토치 연결 블록, 토치 연결 블록의 한 단부에 인접한 토치 넥, 및 토치 넥의 다른 단부에 위치된 토치 헤드가 있는 용접 토치가 개시되는데, 토치 넥은 내부 파이프, 외부 파이프 및 내부 파이프와 외부 파이프 사이에 위치된 절연 튜브를 갖는다.
이러한 용접 토치는 특히 금속 불활성 가스(MIG) 용접을 위한 최신 기술에서도 사용된다. 예를 들어, 이러한 용접 토치는 독일 특허출원 DE 10 2004 008 609 A1에 설명되어 있다. 이 용접 토치를 사용하면, 용접 전류가 접촉 노즐에 의해 내부 파이프에 있는 용접 와이어로 공급된다. 이에 관해, 용접 전류가 토치 하우징을 통해 흐르는 것을 방지하기 위해, 토치의 외부 부분은 내부 파이프로부터 전기적으로 절연된다. 용접 공정 동안, 용접 와이어는 가열되고 이 열은 부분적으로 용접 토치 내로 이송된다.
일반적으로, 용접 공정에 사용되는 용접 가스는 대부분 내부 파이프를 냉각하는 데 매우 효과적으로 사용할 수 있는 불활성 차폐 가스이다. 가스가 내부 파이프의 외부를 따라 평평한 채널로 흐르면, 내부 파이프를 효과적으로 냉각할 수 있다. 최신 기술은, 내부 파이프의 외부에 가스-유동 채널을 생성하기 위해, 내부 파이프 상의 외부 슬리브를 사용한다. 내부 파이프와 외부 슬리브로 구성된 조립체는 절연 튜브에 의해 외부 하우징 파이프로부터 절연된다.
일반적으로, 차폐 가스는 통상 토치 연결 블록에 드릴링 된 홀(hole) 형태인 차폐-가스 공급 수단을 통해 처음에 공급된다. 차폐 가스가 내부 파이프에 비대칭적으로 공급되기 때문에, 차폐 가스는 가능한 한 균일하게 내부 파이프 주위로 확산되어야 한다. 이를 위해, 예를 들어, 유럽 특허공보 EP 2 407 267 B1은 외부 링 채널이 토치 연결 블록 내부와 내부 파이프 주위에 형성되어 차폐 가스가 내부 파이프 주위로 확산될 수 있도록 하는 것을 제안한다. 따라서, 차폐 가스는 외부 링 채널 및 반경방형 가스 채널에 의해 연결 블록의 드릴링 된 홀로부터 내부 파이프와 절연 튜브 사이의 틈새(interstice) 또는 선택적으로는 절연 튜브와 외부 파이프 사이의 틈새로 흐르기 시작한다.
유럽 특허출원 EP 0 074 106 A1은 자동 용접 장치를 위한 연속 소모성 전극으로 용접하기 위한 수냉식 차폐-가스 용접 토치를 개시한다. 공기 분사에 의한 주기적인 세척은, 서로 전기적으로 절연되고 홈(groove)이 채널로서 구성된 2개의 외부 프로파일 파이프의 동축 배열에 의해 수행되어야 한다. 이러한 채널은 가스-노즐 홀더 상에 가스 노즐이 있는 토치 헤드로부터 토치 몸체까지 연장된다. 이와 동시에, 차폐-가스 내부 채널은 가스 노즐의 주기적인 세척 동안 분사 공기를 가스 노즐로 공급하는 역할을 해야 한다. 외부 물 채널은 가스 노즐 홀더까지 연장되어 상기 홀더가 직접 냉각된다. 토치 본체와 연결 부분의 특별한 구성으로 인해, 분사 공기 및 냉각수를 위한 압축 공기 또는 차폐 가스가 동축으로 배열된 프로파일 파이프로 공급된다.
유럽 특허출원 EP 2 487 003 A1은, 한 용접 단부에서는, 통로 채널을 둘러싸는 벽이 있는 슬리브 형태의 가스 노즐을 가지며, 가스 노즐에서는, 가스 배출 개구가 있는 가스 디퓨저를 갖는 아크-용접 장치의 용접 건(welding gun)을 개시한다. 가스 노즐은 벽 내부의 내측에서 한 연결 단부에 연결 구조가 있다. 가스 노즐에서, 연속적이며 둘러싸는 돌출부가 가스 출구 단부의 방향에서 볼 때 연결 구조물 뒤의 벽 내부에 형성되며, 이 돌출부는 돌출부의 주변에 대해 통로 채널의 횡단면을 감소시킨다. 더욱이, 가스 출구 단부의 방향에서 볼 때, 가스 디퓨저는 가스 배출 개구 앞에 상응하는 세트백(setback)을 갖는다.
이것의 단점은 가스 디퓨저가 환형 홈에 의해 보호되고 고정되지만 견고하게 연결되지 않는다는 것이다. 이러한 이유로, 가스 디퓨저가 나사로 고정되지 않으면 분실될 수 있다. 결국, 가스 노즐은 와이어 가이드 및 가스 디퓨저를 갖는 상기 토치에 나사로 고정된다. 따라서, 가스 디퓨저는 가스 노즐에 포획 방식으로 연결되는 것이 아니라 토치의 나머지 부분에 연결된다.
유럽 특허출원 EP 2 487 003 A1에 설명된 가스 노즐의 자동 세척도 이와 마찬가지로 가능하지 않는데, 그 이유는 가스 노즐이 환형 홈에 의해서만 유지되지만 단단히 연결되지 않기 때문이다. 따라서, 나사로 조여도 회전에 대해 고정되지 않는다.
일본 공개 미심사 특허 출원 JPA 1985072679는 아크 용접 방법을 개시한다. 차폐 가스는 내부 파이프에 배열된 가스 노즐로부터 중앙으로 흐른다. 토치 본체에 장착할 수 있는 가스 디퓨저는 전기 절연 재료로 제조된다.
일본 등록 실용신안 출원 JPU 11982152386은 소모성 전극이 있는 아크-접 토치를 개시하는데, 차폐 가스는 토치 넥의 중앙으로 공급되고 가스 디퓨저의 홀을 통해 배출된다. 가스 디퓨저는 전기 절연 재료로 제조된다.
공개 국제 출원 DE 602 24 140 T2의 독일어 번역은 금속 차폐-가스 용접에 사용하기 위한 용접 토치를 개시한다. 용접 토치는 넥 섹션 및 넥 섹션의 제1 단부에 디퓨저를 갖는다. 접촉 팁(contact tip)은 디퓨저로부터 연장된다. 연결 수단이 넥 섹션의 제2 단부에 위치하며 넥 섹션을 전원 케이블 조립체에 연결하는 역할을 한다. 넥 부분은 전기 컨덕터 및 종방향으로 연장되는 통로를 갖는다. 용접 토치를 사용하여 용접 지점을 생성하는 경우, 가스가 대기 불순물로부터 용접 지점을 보호하는 역할을 한다. 가스는 통로를 따라 그리고 디퓨저의 홀을 통해 전원 케이블 조립체로부터 용접 토치 밖으로 흐른다.
일반적인 유형의 용접 토치, 특히 MSG(금속 차폐 가스) 용접 토치의 경우, 와이어 전극을 유동 노즐의 용접 전위(welding potential)에 접촉시키는 것이 전방 단부에서 발생하며, 용접할 재료, 특히 공작물에 차폐 가스 스트림의 정류 및 층화를 수행한다. 또한, 수냉식 시스템의 경우, 공정 열의 일부가 냉각 순환 시스템으로 전달된다.
따라서 마모 부분, 예를 들어, 접촉 팁의 최적 냉각을 위해, 열원으로부터의 거리, 즉 액체 냉각의 경우 용접 공정으로부터, 냉각 순환 시스템까지의 거리는 가능한 최대한 짧게 구성되어야 한다. 차폐 가스 스트림의 정류 및 층화는 차폐 가스 공급 수단, 특히 마모 부분 내부의 적절한 기하학적 형상에 의해 발생하는 충분한 보유 시간을 요구한다. 또한 MSG 용접 토치의 외부 파이프와 내부 파이프도 서로 전기적으로 절연되어야 한다.
용접 공정을 수행할 때, 공정 매개 변수에 따라, 마모 부분에 다소 스패터가 부착될 수 있다. 일반적으로 MSG 용접 토치에서, 이러한 접착은 밀링 공구를 사용하는 모터-구동식 세척 장치를 통해 자동 제어 시스템에서 제거된다. 이러한 마모 부분, 특히 가스 노즐 또는 접촉 팁 뿐만 아니라 절연부는 모두 이러한 기계적 응력을 견뎌야 한다.
예를 들어, 본 출원인이 제조한 모델 시리즈 "ABIROB®W500"과 같은 종래의 토치 넥에서, 차폐 가스는 내부 파이프의 중앙에 공급될 수 있다. 용어 "중앙 가스 공급"은 차폐 가스가 내부 파이프의 내측에서 필러 와이어와 함께 공급될 수 있는 설계를 나타낸다. 따라서, 내부 파이프를 단일 벽으로 구성할 수 있다. 노즐 홀더의 홀로 인해, 차폐 가스 스트림은 반경 방향으로 스패터 보호 수단으로 들어가며 가스 노즐 방향으로 배출된다. 스패터 보호 수단은 가스를 확산하는 것 외에도 전기 절연을 제공하도록 구성된다.
예를 들어, 밀링 공구를 사용하여, 접촉 팁과 가스 노즐을 세척할 때, 스패터 보호 수단은 밀링 공구로부터 충분한 거리를 유지하여 손상되지 않는다.
다른 종래 기술의 토치 넥의 경우, 특히 본 출원인이 제조한 모델 시리즈 "ABIROB®W600"의 경우, 차폐 가스는 내부 파이프에 분산 공급된다(fed decentrally). 분산 가스 공급의 경우, 차폐 가스는 내부 파이프의 2중벽으로 이송된다. 즉, 내부 파이프는 복합 파이프 또는 파이프-내-파이프 연결 결합이며, 여기서 하나의 파이프는 두 파이프 벽 사이에 틈새가 형성될 수 있도록 프로파일링 된다. 차폐 가스 스트림은 내부 파이프의 홀에 의해 반경 방향으로 배출된다. 차폐 가스는 가스 디퓨저에 의해 가스 노즐로 들어간다. 가스 디퓨저는 페놀 압축 화합물로 제조되고, 차폐 가스가 확산되고 내부 파이프와 외부 파이프 사이의 절연이 파이프의 해당 단부에서 실행되는 전기 절연부 역할을 한다. 이러한 이유로, 가스 홀은, 밀링 공구로 유동 노즐 및 가스 노즐을 세척하는 것과 동시에, 세척될 수 없다. 가스 디퓨저는 밀링 공구의 회전축 주위로 회전 가능하도록 장착된다. 그 결과, 세척 공정에서, 제거된 스패터로 인한 기계적 응력이 최소화 되더라도, 밀링 공구로는 최적의 세척을할 수 없다. 즉, 이 설계에서는,(압축 공기로 작동되는) 밀링 공구를 사용할 수 없다. 한 대안으로서, 최신 기술은 절연을 보장하는 스패터 보호 수단을 제공하지만, 그 결과 가스 디퓨저를 통한 층류 가스 공급의 긍정적인 효과를 구현할 수 없다.
본 출원인이 제조한 모델 시리즈 "ABIROB®TWIN 600W"의 다른 종래 기술 토치 넥의 경우, 차폐 가스는 내부 파이프에 분산 공급된다. 차폐 가스 스트림은 내부 파이프에 드릴링된 홀에 의해 반경 방향으로 배출된다. 차폐 가스는 축방향으로 스패터 보호 수단으로 흐르며 다시 반경 방향으로 가스 노즐로 공급된다. 가스 디퓨저는 페놀 압축 화합물로 제조되며 스패터 보호 수단은 유리섬유-실리콘으로 제조된다. 가스 디퓨저 및 스패터 보호 수단은 회전 가능하게 장착된다. 결과적으로 밀링 공구로 접촉 팁과 가스 노즐을 세척하는 것과 동시에 가스 홀을 세척하는 것은 불가능하다.
이를 바탕으로, 유동 층화(flow laminarization)로 이루어진 구조적 요구 사항은 공정 열의 최대 전달을 달성하는 것과 상반된다. 더욱이, 종래 기술의 토치의 결점은, 예를 들어, 밀링 공구에 의한 자동 세척이 마모 부분에 손상을 일으키지 않고는 불가능하다는 것이다. 또한, 종래 기술의 토치의 단점은, 가스 노즐과 가스 디퓨저가 단일 모듈이 아니라, 서로 포획 방식으로 접합되지 않기 때문에, 특히 교체시에, 쉽게 잃어 버릴 수 있는 개별 구성 요소라는 점이다.
위에서 언급 한 결점에 대해, 본 발명의 목적은, 층류로 흐르는 차폐 가스 스트림을 위한 가스 공급이 분산된다 하더라도 즉(복합) 내부 파이프 내부의 채널을 통해 분산된다 하더라도, 특히 밀링 공구에 의해 토치를 자동으로 세척할 수 있는 개선된 토치 넥 및 개선된 가스 노즐을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제1항에 따른 차폐 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐에 의해, 청구항 제11항에 따른 적어도 하나의 공작물을 열 접합(thermal joining), 특히 아크 접합, 바람직하게는 아크 용접 또는 아크 납땜 하기 위한 토치 넥에 의해, 뿐만 아니라 청구항 제15항에 따른 토치 넥을 갖는 토치에 의해, 그리고, 청구항 제16항에 따른 적어도 하나의 공작물을 열 접합하는 방법에 의해 구현된다.
본 발명에 따르면, 가스 디퓨저 섹션을 갖는 가스 출구로부터 차폐 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐이 제공되며, 가스 노즐은, 가스 디퓨저 섹션의 적어도 일부 영역에서, 차폐 가스 스트림을 위한 유동 공간을 생성하기 위해 2중벽으로 구성된다.
이러한 방식으로, 모듈 내부, 즉 가스 노즐과 가스 디퓨저 섹션 사이에 추가로 구획된 유동 공간 또는 중공 공간이 생성되거나, 상기 유동 공간 또는 유동 공간 외부로의 전이부(transition)가 생성된다.
차폐 가스 스트림을 위한 유동 채널은 2중벽 가스 디퓨저 섹션에서 차폐 가스 스트림을 전환함으로써 길어지기 때문에, 공정 열 전달을 극대화하기 위해 종래 기술의 시스템보다 가스 노즐이 짧은 사실에도 불구하고, 원하는 층류는 토치 헤드의 전방 단부에서 조절된다.
가스 노즐은, 액체 냉각을 열원에 최대한 가깝게 배치하기 위해(용접 공정), 즉 열원으로부터 냉각 순환 시스템까지의 거리가 가능한 한 짧도록 하기 위하여, 종래 기술의 노즐에 비해 짧다.
분산된 가스 확산을 사용하면, 가스 노즐에서 차폐 가스 스트림의 확산 및 층화는 내부 파이프 또는 노즐 홀더에 의해 더 이상 구현되지 않는다. 또한, 별도의 가스 디퓨저의 홀은 밀링 공구를 사용하여 기계적으로 세척할 수 없다. 이러한 방식으로, 짧아진 가스 노즐의 경우에도, 토치 헤드의 전방 단부에서 층류가 형성될 수 있다. 모듈 내부, 즉 가스 노즐과 가스 디퓨저 섹션 사이에 추가로 구획된 유동 공간을 갖는 가스 노즐의 본 발명에 따른 구성으로 인해, 공정 열원으로부터 냉각 순환 시스템까지의 최소 거리는 차폐 가스 스트림을 층류화할 수 있으며 이와 동시에 통합 가스 디퓨저의 가스 홀을 밀링 공구를 사용하여 자동으로 세척할 수 있다. 즉, 토치는 밀링 공구에 의해 자동 세척을 견딜 수 있다.
본 발명의 제1 유리한 변형예에 따르면, 가스 디퓨저 섹션과 가스 노즐은 모놀리식으로 형성된다. 예를 들어, 가스 디퓨저 섹션이 있는 가스 노즐은 3D 프린팅을 사용하여 특히 쉽고 효율적으로 제조될 수 있다.
한 대안예로서, 가스 디퓨저 섹션은 가스 노즐에 부착된 가스 디퓨저에 의해 형성된다. 이런 방식으로, 가스 노즐 및 가스 디퓨저는 모듈을 구성한다. 더욱이, 가스 디퓨저 섹션이 가스 노즐에 포획 방식으로 접합되어 구성 요소의 손실이 방지된다. 특히, 가스 노즐을 교체할 때, 즉 토치에 나사로 고정되지 않은 경우에도, 가스 디퓨저는 가스 노즐에 포획 방식으로 고정된다.
본 발명에 따른 또 다른 유리한 구성에 따르면, 가스 디퓨저 섹션은 그 외주(circumference)를 따라 적어도 하나의 가스 배출 개구, 특히 서로 거의 동일한 거리에 배열된 여러 개의 가스 배출 개구를 가지며, 가스 출구는 가스 배출 개구에 유동적으로 연결된다. 이러한 가스 배출 개구를 통해, 차폐 가스는 개구의 반경 방향 분포에 따라 외주에 걸쳐 균일하게 확산된 방식으로 흐른다. 따라서, 가스 배출 개구를 통해 배출되는 가스는 가스 노즐 내로 편향되고(deflected) 전환되며(diverted), 층류 측면에서 가스 출구 방향으로 차폐 가스의 유동을 개선시킨다.
이러한 이유로, 가스 노즐에 장착되고 밀링 공구를 사용하여 세척을 견딜 수 있는 추가 구성 요소에 가스 배출 ro구를 배치하는 것이 유리하다. 이와 동시에, 가스 노즐과 추가 구성 요소로 구성된 모듈은, 원하는 층류가 토치 넥의 전방 단부에 이미 형성될 수 있는, 차폐 가스를 위한 유동 채널의 연장을 생성한다.
본 발명에 따른 한 유리한 변형예에 따르면, 가스 노즐 및 인접한 가스 디퓨저 섹션 표면에 의해 형성되는 가스 노즐의 내경은 차폐 가스 스트림으로부터 상류에서 균일하거나 또는 원뿔형으로 감소되도록 즉 테이퍼링 되도록 구성된다. 이러한 방식으로, 특히 기계에 의해 안내되는 밀링 공구는 문제없이 가스 노즐에 삽입될 수 있으며 가스 배출 개구까지 이동할 수 있으므로 가스 노즐 및 가스 배출 개구의 간단한 세척을 구현한다.
본 발명의 또 다른 유리한 변형예는 금속 재료, 특히 구리 또는 구리 합금 또는 기타 세라믹으로 제조된 가스 디퓨저를 제공한다. 이에 관해, 금속 재료가 특히 유리한데, 그 이유는 일반적인 세라믹 또는 폴리머 재료의 경우 가스 배출 개구가 밀링 공구로 자동 세척될 수 없기 때문이다. 현대의 기계가공 가능한 유리 세라믹을 사용할 수 있지만, 일반적으로, 압착하는 데 매우 비싸고 힘든다.
이것이, 가스 노즐의 적어도 가스 디퓨저 섹션이 바람직하게는 특히 분산 가스 확산의 경우에, 가스 홀의 자동 세척을 허용하기 위하여, 금속 재료로 제조되는 이유이다. 또한, 금속 재료는 높은 내충격성을 나타내므로, 밀링 동안 손상이 발생할 가능성이 거의 없다. 밀링 공구로 세척하는 동안, 연마력(abrasive force)을 견디기 위해서는 재료에는 높은 경도가 요구된다. 본 발명에 설명된 바와 같이, 내충격성의, 경질 및 내열성 비-금속 재료를 사용하는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 한 개선예에서, 가스 디퓨저는 적어도 특정 섹션에서 가스 노즐과 본질적으로 같은 높이에 있다(flush). 이런 방식으로, 특히 기계에 의해 안내되는 밀링 공구는 가스 노즐에 쉽게 삽입되고 가스 배출 개구까지 이동할 수 있어 최적의 세척이 가능하다. 내부 구성 요소, 특히 접촉 팁 및 그 홀더는 이 목적을 위해 변형될 필요가 없다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 가스 디퓨저는 포지티브 및/또는 논-포지티브 및/또는 결합 연결로 가스 노즐에 접합된다.
용어 "포지티브(positive) 또는 논-포지티브(non-positive) 연결"은, 연결 요소가 힘을 전달하여 서로에 대해 접합 표면을 가압하는 것으로 이해하면된다. 외부로부터 연결에 작용하는 힘보다 큰 마찰 저항이 표면 사이에 생성된다. 논-포지티브 연결의 경우, 힘과 토크는 마찰력에 의해 전달된다.
연결될 공작물 또는 연결 요소의 형태로 인해 힘이 전달되어 응집력(cohesion)을 생성한다는 점에서, 포지티브 연결이 생성된다. 포지티브 연결은 적어도 2개의 결합 부분이 서로 맞물려(intermeshing) 생성된다. 결과적으로, 힘 전달의 중단 여부와 관계없이, 짝 부분(mating part)들은 분리될 수 없다. 달리 말하면, 포지티브 연결에서는, 연결 부분 중 하나가 다른 부분을 방해한다. 포지티브 연결을 사용하면, 공작물들은 서로 끼워맞춤(fit) 되는 형태로 연결된다.
결합 연결은 재료를 일체로 구성하여 생성되는데 즉, 공작물들은 응집력 및 접착력에 의해 함께 접합된다. 즉, 연결 부분은 원자 또는 분자 수준의 힘에 의해 함께 고정된다. 동시에, 이들은, 예를 들어, 납땜, 용접, 접착 또는 가황처리와 같이 분리할 수없는 연결이며, 연결 수단을 파괴해야만 분리할 수 있다.
본 발명의 또 다른 유리한 변형예에 따르면, 가스 디퓨저는 특히 나사로 조이거나 압착 됨으로써 가스 노즐에 분리 가능하게 연결될 수 있다. 한 대안예로서, 가스 디퓨저는, 특히 가스 노즐에 접착, 납땜 또는 압착 됨으로써, 가스 노즐에 견고하게 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 용접 토치에 대한 가스 디퓨저의 포지티브 및/또는 논-포지티브 연결이 달성된다. 용어 "분리 가능한 연결(detachable connection)"은, 공정에서 구성 요소 또는 연결 수단이 파괴되지 않고서도, 분리될 수 있다는 사실을 의미한다. 반대로, 분리할 수없는 연결(undetachable connection)은 구성 요소 또는 연결 수단을 파괴해야만 분리할 수 있다.
더욱이, 가스 디퓨저는 환형, 회전-대칭 또는 슬롯 형태로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 8개의 회전-대칭 배출 개구가 사용되고 가스 디퓨저는 가스 디퓨저의 외주에 위치한 에지 표면 상에서 가스 노즐에 가압된다. 8개의 홀을 갖는 실시예의 장점은, 이것이 가스를 차폐하기 위한 충분한 "축적 표면(accumulation surface)"을 제공하는 동시에, 8개의 배출 개구가 안정적인 접합 공정을 위한 필요한 체적 유동을 얻기에 충분하다는 것이다.
본 발명의 한 독립 양태에 따르면, 적어도 하나의 공작물을 열 접합, 특히 아크 접합, 바람직하게는 아크 용접 또는 아크 납땜하기 위한 토치 넥이 제공되며, 토치 넥에 배치된 전극 또는 전극 또는 와이어 및 공작물 사이에 아크를 생성하기 위한 와이어를 가진다. 더욱이, 토치 넥은 가스 출구로부터 차폐 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐을 갖는다. 이 가스 노즐은 위에서 설명한 것과 같은 가스 노즐 일 수 있다.
위에 언급한 바와 같이, 용접 토치, 특히 기계 토치를 포함하는 용접 공정은 가스 노즐 및 가스 배출 개구에 불순물을 발생시킬 수 있다. 이러한 오염된 구성 요소들은 밀링 공구에 의해 세척되고 이러한 방식으로 용접 스패터(weld spatter)가 없다. 결과적으로, 마모 부분, 특히 가스 노즐, 접촉 팁 또는 절연부는 모두 밀링 동안 기계적 응력을 견뎌야 한다.
최신 기술에서, 이러한 가스 배출 개구는 토치 헤드의 외부 파이프 및 내부 파이프 사이의 전기 절연부 역할을 동시에 수행하는 폴리머 또는 세라믹 재료 부분에 위치된다. 여기서, 한 단점은 세척에 사용되는 밀링 공구가 해당 폴리머 또는 세라믹 재료 구성 요소까지 도달하지 못한다는 것이다. 반면에 밀링 공구로 인한 마모 부분의 손상 위험은 너무 크다.
이러한 단점은 본 발명에 따른 토치 넥의 경우에서는 방지된다. 특히, 내부 파이프 및 외부 파이프가 있는 토치의 경우, 전류 및 공정 열의 전달은 내부 파이프를 통해서만 발생할 수 있다. 이러한 이유로, 차폐 가스 스트림이 외부 파이프를 통해 또는 내부 파이프 및 외부 파이프 사이에 공급되는 것이 바람직하다. 토치의 전방 단부에서 유동 층화를 위한 시간을 늘리기 위해, 가스 노즐의 기하학적 형상에 따라 추가적인 횡단면 및 방향-유동 변형이 제공된다.
가스 디퓨저 섹션과 가스 배출 개구를 갖는 가스 노즐의 적절한 기하학적 형상을 갖는 토치 넥의 구성은, 열원으로부터의 작은 거리에서도, 적절한 기하학적 형상으로 인해, 차폐 가스 스트림의 정류 및 층화를 위한 충분한 보유 시간을 보장하며, 여기서 가스 노즐은, 적어도 가스 디퓨저 섹션의 일부 영역에서, 차폐 가스 스트림을 위한 유동 공간을 생성하기 위해 2중벽으로 구성된다.
본 발명의 제1 유리한 실시예에 따르면, 접촉 팁에 전기적으로 연결된 토치 넥의 내부 파이프가, 내부 파이프로부터 일정 거리에 위치된 토치 넥의 외부 파이프에 대해, 전기 절연부에 의해 전기적으로 절연된다.
종래 기술의 토치에서, 차폐 가스를 확산시킬 뿐만 아니라 파이프 단부에서 외부 파이프 및 내부 파이프 사이의 절연을 수행하는 절연 가스 디퓨저가 사용된다. 이 디자인은 특히 압축 공기 구동식 밀링 공구를 사용하여 자동 세척을 허용하지 않는다. 대안으로, 최신 기술은 절연을 보장하는 스패터 보호 수단을 제안하지만, 결과적으로 가스 디퓨저를 통한 층류 가스 공급의 긍정적 인 효과를 얻을 수 없다.
분산 가스 공급의 경우, 차폐 가스는 내부 파이프의 2중벽에 공급된다. 그 결과, 내부 파이프는 복합 파이프 또는 파이프-내-파이프 연결 결합이며, 여기서 하나의 파이프는 두 파이프 벽 사이에 틈새가 형성될 수 있도록 프로파일링 된다.
전기 절연부는 내부 파이프와 외부 파이프 사이에 위치하며, 바람직하게는 두 파이프의 단부에 커버(cover)가 있다. 이에 관해, 토치의 외부 부분은 용접 전류가 토치 하우징으로 흐르는 것을 방지하기 위해 내부 파이프와 전기적으로 절연된다. 용접 공정 동안, 용접 와이어는 가열되고 이 열은 부분적으로 용접 토치로 공급된다.
이 기능이 가스를 공급하는 기능과 분리되도록 절연부를 구성할 수 있다. 내부 파이프 및 외부 파이프 사이의 전기 절연을 위한 마모 부분은 더 간단하고 따라서 더 비용-효율적이 되도록 구성될 수 있다. 또한, 마모 부분에 손상을 주지 않고 밀링 공구를 사용하여 세척할 수 있다.
스패터 보호 수단을 위한 유동 공급부 및 절연부 사이의 분리로 인해, 절연부는 상당히 단순한 구조와 두꺼운 벽으로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 가스 노즐 팁 홀더 형태로 외부 파이프 및 내부 파이프의 전방 파이프 단부에서, 커버 및 스페이서(spacer) 형태로 구성될 수 있다. 이는, 특히 충돌 안전성, 즉 갑작스러운 기계적 응력 하에서 토치 넥의 위치 안정성, 특히 용접 토치가 공작물과 충돌하는 경우, 현저한 개선으로 해석되며, 이와 함께 비-절연 가스 디퓨저 또는 가스 디퓨저 섹션은 가스 노즐에 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 토치 넥의 또 다른 유리한 개선예에서, 소결된 재료로 제조된 필터 링이 감압 목적으로 제공되고, 필터 링은 2중벽으로 구성된 가스 디퓨저 섹션의 일부 영역에서 하류의 가스 노즐에 설치된다. 가스 노즐의 단축으로 인해, 가스 노즐에서 차폐 가스 스트림의 보유 시간이 차폐 가스의 층화를 보장하기에 더 이상 충분하지 않을 수 있다. 이것이, 소결된 재료로 제조된 필터 링이 감압 목적으로 제공되는 이유이다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 용접 스패터에 대한 보호를 위해 스패터 보호 수단이 제공된다. 차폐 가스 스트림은 가스 디퓨저 또는 가스 디퓨저 섹션에 의해 축방향으로 스패터 보호 수단으로 흐르고, 스패터 보호 수단에 의해 다시 한번 가스 노즐로 반경 방향으로 공급된다. 스패터 보호 수단은 바람직하게는 온도-저항 절연부, 가령, 유리섬유-충전 PTFE로 구성되며, 접촉 팁 및 가스 노즐을 세척하는 동안, 밀링 공구를 사용하여, 스패터 보호 수단은 밀링 공구에 의해 손상되지 않도록 밀링 공구로부터 충분한 거리에 위치된다.
본 발명의 또 다른 독립 양태에 따르면, 넥, 특히 전술한 종류의 넥을 갖는 토치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 독립 양태에 따르면, 전극 및 공작물 사이에 아크를 생성하기 위한 전극을 가진, 적어도 하나의 공작물을 열 접합, 특히 아크 접합, 바람직하게는 아크 용접 또는 아크 납땜하기 위한 방법이 제공된다. 차폐 가스 스트림은 가스 노즐, 특히 위에서 설명한 종류의 가스 노즐로부터 흘러 나온다. 차폐 가스의 유동 방향은 가스 디퓨저 섹션 또는 가스 디퓨저에 의해 적어도 한 번 변형되어 유동 지속 시간이 연장되거나 가스 노즐 내부로의 차폐 가스 스트림의 유동 경로가 길어지며, 여기서 차폐 가스 스트림은 가스 노즐의 가스 출구에서 본질적으로 환형으로 전극을 둘러싼다.
본 발명의 추가적인 목적, 이점, 특징 및 적용 가능성은 도면을 참조하는 실시예의 아래 설명으로부터 얻을 수 있다. 이에 관해, 설명 및/또는 예시된 모든 특징은 그 자체로 또는 임의의 조합으로 본 발명의 주제를 구성하며, 또한 청구범위 또는 그들이 다시 참조하는 청구범위에서의 편집에 관계없이 본 발명의 주제를 구성한다.
이에 관해, 다음과 같이, 종종 개략적으로 예시된다:
도 1은 가스 노즐을 갖는 용접 토치의 토치 넥의 일부,
도 2는 가스 디퓨저 섹션이 있는 가스 노즐의 상세도,
도 3은 가스 디퓨저 섹션과 가스 노즐이 모놀리식으로 구성된 가스 노즐의 상세도,
도 4는 도 1에 도시된 것과 같은 토치 넥의 단면도,
도 5는 밀링 공구가 있는 도 1과 7에 도시된 것과 같은 토치 넥의 일부.
명확함을 위해, 동일한 구성 요소 또는 동일한 효과를 갖는 구성 요소에는 실시예를 참조하기 위해 아래에 도시된 도면에서와 동일한 도면부호로 제공된다.
도 1은, 특히, 아크 접합, 바람직하게는 아크 용접 또는 아크 납땜을 위해 적어도 하나의 공작물을 열 접합하기 위한 용접 토치의 노즐 팁 홀더(7)를 갖는 토치 넥(10)을 도시한다. "MIG", "MAG"및 "TIG"는 쉬트 금속 가공에 사용되는 표준 용접 방법이다.
도 5는 밀링 공구(18)가 추가적으로 도시된다는 점에서도 1과 다르다.
소모성 전극(MSG)을 사용하는 차폐 가스-보조 아크 용접 방법의 경우, "MIG"는 "금속 불활성 가스"를 의미하고, "MAG"는 "금속 활성 가스"를 의미한다. MAG 용접은 활성 가스를 사용하는 금속 차폐-가스 공정(MSG)으로, 아크는 연속적으로 공급되는 소모성 와이어 전극과 재료 사이에서 연소된다. 소모되는 전기는 용접 이음부를 형성하기 위해 필러 재료를 공급한다.
비-소모성 전극(TSG)을 사용하는 차폐 가스-보조 아크 용접 방법의 경우, "TIG"는 "텅스텐 불활성 가스"를 의미한다. 본 발명에 따른 용접 장치는 기계-제어식 용접 토치로 구성될 수 있다.
아크 용접 장치는 용접할 재료를 융합하기 위해 공작물과 소모품 또는 비-소모성 용접 전극 사이에 아크를 생성한다. 차폐 가스 스트림은 주변 공기에 존재하는 대기 가스, 주로, N2, O2, H2에 대해 용접 부위 및 용접되는 재료를 보호한다.
이에 관해, 용접 전극은 아크 용접 장치에 연결된 용접 토치의 토치 몸체에 제공된다. 토치 몸체는 일반적으로 용접 전류를 전달하고 아크 용접 장치의 용접 전류 공급원으로부터 토치 헤드의 팁과 용접 전극에 용접 전류를 전도하는 내부 구성 요소 그룹을 가지며, 용접 전극에서 공작물로의 아크를 생성한다.
차폐 가스 스트림은 용접 전극, 아크, 용접 수조 및 공작물의 열-효과 영역 주위로 흐르고, 이 공정에서 용접 토치의 몸체에 의해 상기 영역들로 공급된다. 가스 노즐(1)이 차폐 가스 스트림을 토치 헤드의 전방 단부로 이송하고, 여기서 차폐 가스 스트림은 대략 환형 패턴으로 토치 헤드로부터 용접 전극 주위로 배출된다.
본 실시예에서,도 1 및 5에 도시되고 용접 토치의 토치 헤드에 속하는 토치 넥(10)은 가스 노즐(1)의 전방 단부에 위치한 가스 출구(2)로부터 차폐 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐(1)을 포함한다. 이러한 가스 노즐(1)은 도 2 및 3에 자세히 도시된다.
도 1 내지 3 및 5는 또한 가스 디퓨저 섹션(3)의 적어도 일부 영역에서 가스 노즐(1)이 차폐 가스 스트림을 위한 유동 공간(16)을 생성하기 위해 2중벽으로 구성되어 있음을 보여준다. 따라서, 가스 디퓨저 섹션(3) 및 가스 배출 개구(8)를 갖는 가스 노즐(1)의 적절한 기하학적 구조를 갖는 토치 넥(10)의 구성은, 심지어 열원으로부터의 작은 거리에서도 차폐 가스 스트림의 정류(rectification) 및 층화(laminarization)를 위한 충분한 보유 시간을 보장한다.
도 2 및 3에 도시된 것과 같이 가스 노즐(1)의 실시예들은, 가스 디퓨저 섹션(3) 및 가스 노즐(1)이 도 3에 도시된 것과 같이 모놀리식으로 형성된다는 점에서 상이하다. 예를 들어, 가스 디퓨저 섹션이 있는 가스 노즐은 3D 프린팅을 사용하여 특히 쉽고 효율적으로 제조될 수 있다.
반대로, 도 2는 가스 디퓨저 섹션(3)이 가스 노즐(1)에 설치된 가스 디퓨저(4)에 의해 형성되는 것을 도시한다. 이런 방식으로, 가스 노즐(1) 및 가스 디퓨저(4)는 모듈을 구성한다.
도 2 및 도 3에 따른 가스 노즐(1)의 두 실시예에서, 가스 디퓨저 섹션(3)은 그 외주를 따라 서로로부터 거의 동일한 거리에 배열된 여러 가스 배출 개구(8)를 가지며, 가스 출구(2)는 가스 배출 개구(8)에 유체적으로 연결된다.
이러한 가스 배출 개구(8)를 통해, 차폐 가스는 개구(8)의 반경 방향 분포에 따라 외주에 걸쳐 균일하게 확산된 방식으로 흐른다. 따라서, 가스 배출 개구(8)를 통해 배출되는 차폐 가스 스트림은 가스 노즐(1) 내로 편향되고 전환되며(diverted), 층류 측면에서 가스 출구(2) 방향으로 차폐 가스의 유동을 개선시킨다.
가스 노즐(1)과 가스 디퓨저(4) 또는 가스 디퓨저 섹션(3)으로 구성된 모듈은, 원하는 층류가 토치 넥의 전방 단부에 이미 형성될 수 있는, 차폐 가스를 위한 유동 채널의 연장을 생성한다.
도 1 내지 5에서 또한 볼 수 있는 바와 같이, 가스 노즐(1) 및 인접한 가스 디퓨저 섹션 표면(6)에 의해 형성되는 가스 노즐(1)의 내경(5)은 차폐 가스 스트림으로부터 상류에서 균일하거나 또는 원뿔형으로 감소되도록 즉 테이퍼링 되도록 구성된다. 용접 토치, 특히 기계 토치를 포함하는 용접 공정은 가스 노즐(1) 및 가스 배출 개구(8)에 불순물을 발생시킬 수 있다. 이러한 오염된 구성 요소들은 밀링 공구(18)에 의해 자동화 공정에서 세척되고 이러한 방식으로 용접 스패터가 없다. 결과적으로, 마모 부분, 특히 가스 노즐(1), 접촉 팁(11) 또는 스패터 보호 수단(19)은 모두 밀링 동안 기계적 응력을 견뎌야 한다. 이러한 밀링 공구(18)는 도 5에 도시된다.
가스 노즐(1)의 내경(5)의 구성으로 인해, 기계-안내 밀링 공구(18)는 아무런 문제없이 가스 노즐(1)에 삽입될 수 있고, 세척되는 가스 배출 개구(8)까지 이동될 수 있다. 이러한 이유로, 가스 노즐(1)에 배치된 가스 디퓨저 섹션(3) 또는 가스 디퓨저(4)는 밀링 공구(18)에 의해 세척되는 것을 견딜 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 가스 디퓨저(4)를 갖는 가스 노즐(1)의 다중-부분 구성의 경우, 가스 디퓨저(4)는 적어도 특정 섹션에서 본질적으로 가스 노즐(1)과 같은 높이에 있다(flush). 이는 가스 노즐(1)의 최적의 세척을 가능하게 한다. 내부 구성 요소, 특히 접촉 팁(11) 및 그 홀더는 이러한 목적을 위해 변형될 필요가 없다. 결과적으로, 밀링 공구(18)를 사용한 자동 세척이 쉽게 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같은 가스 노즐(1)의 구성의 경우, 가스 디퓨저(4)는 포지티브 및/또는 논-포지티브 및/또는 결합 연결로 가스 노즐(1)에 접합된다. 특히, 가스 디퓨저(4)는 특히 나사로 조이거나 압착 됨으로써 가스 노즐(1)에 분리 가능하게 연결될 수 있다. 대안으로, 가스 디퓨저(4)는, 특히 가스 노즐(1)에 접착, 납땜 또는 압착 됨으로써, 가스 노즐(1)에 견고하게 연결될 수 있다.
도 4 뿐만 아니라 도 1 및 도 5에 도시된 토치 넥(10)의 단면도에서 알 수 있는 바와 같이, 접촉 팁(11)에 전기적으로 연결된 토치 넥(10)의 내부 파이프(13)가, 내부 파이프(13)로부터 일정 거리에 있는 토치 넥(10)의 외부 파이프(14)에 대해, 바람직하게는 두 파이프(13 및 14)의 단부에 커버가 있는 절연 캡(15)에 의해 전기적으로 절연된다. 토치 넥(10) 또는 토치의 외부 부분은 용접 전류가 토치 하우징 위로 흐르는 것을 방지하기 위해 내부 파이프(13)로부터 전기적으로 절연된다.
여기서, 가스 노즐 캐리어(17)는 가스 노즐(1)을 위한 캐리어로서의 기능 뿐만 아니라 차폐 가스를 확산시키는 기능도 갖는다. 이러한 이유로, 스패터 보호 수단(9) 및 절연 캡(15)은 그 기능이 차폐 가스를 공급하는 기능과 분리되도록 구성될 수 있다. 따라서, 스패터 보호 수단(9)은 견고한 벽을 갖도록 구성될 수 있고, 결과적으로 차폐 가스가 홀에 의해 스패터 보호 수단을 통해 공급되는 종래 디자인의 경우보다 더 견고하다. 대조적으로, 절연 캡(15)은 파이프와 절연부를 위치시키는 작업만 할 뿐, 흐르는 매질을 밀봉할 필요는 없다.
차폐 가스 스트림은 내부 파이프(13)의 2중벽으로 이송된다. 전기 절연부(15)의 분리 및 차폐 가스의 유동 공급으로 인해, 전기 절연부는 외부 파이프(14) 및 내부 파이프(13)의 전방 단부에서 예를 들어 커버 및 스페이서(spacer) 형태로 구성될 수 있다.
도 1, 도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 스패터 보호 수단(9)은 용접 공정 동안 용접 스패터에 대한 보호부로서 제공된다. 차폐 가스 스트림은 가스 디퓨저(4) 또는 가스 디퓨저 섹션(3)에 의해 축방향으로 스패터 보호 수단(9)으로 흐르고, 스패터 보호 수단(9)에 의해 다시 한번 가스 노즐(1)로 반경 방향으로 공급된다. 스패터 보호 수단(9)은 바람직하게는 유리섬유-충전 PTFE로 구성되며, 접촉 팁(11) 및 가스 노즐(1)을 세척하는 동안, 밀링 공구(18)를 사용하여, 스패터 보호 수단(9)이 밀링 공구(18)에 의해 손상되지 않도록 밀링 공구로부터 충분한 거리에 위치된다.
여기서, 스패터 보호 수단(9)은 용접 스패터에 대한 보호부로서 제공될 뿐만 아니라 전기 절연부(15)의 기능을 수행한다는 점에서 2중 기능을 수행한다. 이러한 방식으로, 단일 구성 요소, 즉 스패터 보호 수단(9) 또는 전기 절연부(15)는 2중 기능을 갖는다.
가스 노즐(1)의 단축으로 인해, 가스 노즐(1)에서 차폐 가스 스트림의 보유 시간이 차폐 가스의 층화를 보장하기에 더 이상 충분하지 않을 수 있다. 이러한 이유로, 소결된 재료로 제조된 필터 링(12)이 감압 목적으로 제공된다. 필터 링(12)은 2중벽으로 구성된 가스 디퓨저 섹션(3)의 일부 영역에서 하류의 가스 노즐(1)에 설치된다.
1 : 가스 노즐
2 : 가스 출구
3 : 가스 디퓨저 섹션
4 : 가스 디퓨저
5 : 내경
6 : 가스 디퓨저 섹션 표면
7 : 노즐 팁 홀더
8 : 가스 배출 개구
9 : 스패터 보호 수단
10 : 토치 넥
11 : 접촉 팁
12 : 필터 링
13 : 내부 파이프
14 : 외부 파이프
15 : 절연 캡
16 : 유동 공간
17 : 가스 노즐 캐리어
18 : 밀링 공구

Claims (16)

  1. 가스 디퓨저 섹션(3)을 갖는 가스 출구(2)로부터 차폐 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐(1)에 있어서, 가스 노즐(1)은, 가스 디퓨저 섹션(3)의 적어도 일부 영역에서, 차폐 가스 스트림을 위한 유동 공간(16)을 생성하기 위해 2중벽으로 구성되는, 가스 노즐(1).
  2. 제1항에 있어서, 가스 디퓨저 섹션(3) 및 가스 노즐(1)은 모놀리식으로 형성되는, 가스 노즐(1).
  3. 제1항에 있어서, 가스 디퓨저 섹션(3)은 가스 노즐(1)에 부착된 가스 디퓨저(4)에 의해 형성되는, 가스 노즐(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 디퓨저 섹션(3)은 그 외주를 따라 적어도 하나의 가스 배출 개구(8), 특히 서로 거의 동일한 거리에 배열된 여러 개의 가스 배출 개구(8)를 가지며, 가스 출구(2)는 가스 배출 개구(8)에 유동적으로 연결되는, 가스 노즐(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 노즐(1) 및 인접한 가스 디퓨저 섹션 표면(6)에 의해 형성되는 가스 노즐(1)의 내경(5)은 차폐 가스 스트림으로부터 상류에서 균일하거나 또는 원뿔형으로 감소되도록 구성되는, 가스 노즐(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 디퓨저(4)는 금속 재료, 특히 구리 또는 구리 합금(CuCrZr, CuDHP) 또는 다른 내-충격성 유리 세라믹으로 제조되는, 가스 노즐(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 디퓨저 섹션(3) 또는 가스 디퓨저(4)는 적어도 특정 섹션에서 가스 노즐(1)과 같은 높이에 있는, 가스 노즐(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 디퓨저(4)는 포지티브 및/또는 논-포지티브 및/또는 결합 연결로 가스 노즐(1)에 접합되는, 가스 노즐(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 디퓨저(4)는 특히 나사로 조이거나 압착 됨으로써 가스 노즐(1)에 분리 가능하게 연결되는, 가스 노즐(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 디퓨저(4)는, 특히 가스 노즐(1)에 접착, 납땜 또는 압착 됨으로써, 가스 노즐(1)에 견고하게 연결될 수 있는, 가스 노즐(1).
  11. 적어도 하나의 공작물을 열 접합, 특히 아크 접합, 바람직하게는 아크 용접 또는 아크 납땜하기 위한 토치 넥(10)에 있어서, 토치 넥(10)에 배치된 전극 또는 전극 또는 와이어 및 공작물 사이에 아크를 생성하기 위한 와이어를 가지며, 특히 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따라 가스 출구(2)로부터 차폐 가스 스트림의 유출을 위한 가스 노즐(1)을 갖는, 토치 넥(10).
  12. 제11항에 있어서, 소결된 재료로 제조된 필터 링(12)이 감압 목적으로 제공되고, 필터 링(12)은 2중벽으로 구성된 가스 디퓨저 섹션(3)의 일부 영역에서 하류의 가스 노즐(1)에 설치되는, 토치 넥(10).
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 접촉 팁(11)에 전기적으로 연결된 토치 넥(10)의 내부 파이프(13)가, 내부 파이프(13)로부터 일정 거리에 위치된 토치 넥의 외부 파이프(14)에 대해, 전기 절연부(15)에 의해 전기적으로 절연되는, 토치 넥(10).
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 스패터에 대한 보호부로서, 특히 유리섬유-충전 PTFE로 구성된 스패터 보호 수단(9)이 절연 캡(10) 앞에 제공되는, 토치 넥(10).
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 토치 넥(10)을 갖는 토치.
  16. 적어도 하나의 공작물을 열 접합, 특히 아크 접합, 바람직하게는 아크 용접 또는 아크 납땜 하기 위한 방법에 있어서, 전극 또는 와이어 및 공작물 사이에 아크를 생성하기 위한 와이어를 가지며, 특히 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 가스 노즐(1)에서 흘러 나오는 차폐 가스 스트림을 가지고, 차폐 가스의 유동 방향은 가스 디퓨저 섹션(3)에 의해 적어도 한 번 변경되어, 유동의 지속 시간이 연장되거나 가스 노즐(1) 내부의 차폐 가스 스트림의 유동 경로가 길어지며, 차폐 가스 스트림은 가스 노즐(1)의 가스 출구(2)에서 본질적으로 환형으로 전극 또는 와이어를 둘러싸는, 방법.
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