KR20230169199A - 마르텐사이트-프리 브레이징 프로세스용의 개선된 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 브레이징에 필요한 열이 탄소 전극과 전기 전도성 연결 부재의 사이에 전기 아크를 발생시킴으로써 생성되는 온도 제어식 브레이징 프로세스에 의해, 전기 전도성 재료의 전기 전도성 연결 부재, 예컨대 케이블 슈를 전기 전도성 재료의 가공물에 브레이징하기 위한 방법에 관한 것이다. 전압과 전류가 온도 발단을 달성하여 마르텐사이트-프리 브레이징을 초래하기 위해 제어 전자 장치에 의해 전자적으로 제어되고, 인가된 DC 전압은 탄소 전극을 음극으로서 사용하며 전기 전도성 연결 부재를 양극으로서 사용하며, 탄소 전극은 전기 아크에 대향하는 단부에 테이퍼형이거나, 경사지거나, 뾰족한 단부를 구비한다.

Description

마르텐사이트-프리 브레이징 프로세스용의 개선된 방법 및 장치

본 발명은 개선된 유형의 온도 제어식 브레이징에 의해, 예컨대 금속과 같은 전기 전도성 재료의 연결 부재를 금속 표면에 브레이징하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.

온도 제어식 브레이징 방법이 있으며, 이를 통해 강철과 같은 특정 유형의 재료에 대해 마르텐사이트-프리 브레이징이 이루어질 수 있다. 즉, 가공물의 임의의 유해한 구조적 변화(마르텐사이트 형성) 없이 브레이징이 이루어진다. 브레이징된 조인트가, 예컨대 철도 선로(레일), 배관/파이프라인, 및 풍력 발전 설비에서 브레이징된 조인트 아래의 가공물 부분에 마르텐사이트 형성이 거의 없는 상태로 얻어진다. 본 발명은 개선된 방법 및 이 개선된 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

철도 교통의 발전에는 점점 더 빠른 속도와 더 무거운 차축 하중이 수반된다. 이로 인해 철도 선로의 강도와 마모를 견딜 수 있는 능력에 대한 요구가 높아지고 있으며, 따라서 이러한 더욱 엄격한 요구 사항을 충족하기 위해 레일이 고합금강으로 제조된다. 레일을 제조하는 데 사용되는 재료는 마르텐사이트 형성(경화 효과)으로 알려진 구조적 변화를 일으킬 수 있는 열의 영향에 민감하다.

마르텐사이트 형성은 레일 재료에 균열을 형성할 수 있고, 더 높은 하중으로 인해 레일이 파손되어 철도 교통에 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 결과적으로, 레일에 마르텐사이트 형성을 야기하지 않는 방법을 사용하여 신호 및 기타 배선과 케이블을 레일에 단단히 브레이징하는 것이 매우 중요하다.

이 분야의 종래 기술로는 마르텐사이트-프리 브레이징 프로세스용 방법 및 장치가 개시된 GB2376202 B가 있다.

철도 선로에 채용되고 있는 현재 방법의 가장 심각한 문제는, 브레이징 프로세스에서 발생되는 전기 아크로 인해 야기되고 유해한 구조적 변화 또는 마르텐사이트 형성을 생성하는, 브레이징 조인트 아래에 생성되는 다량의 열이다.

본 발명의 요지에는 프로세스에 사용되는 전극의 특별한 형태 및 프로세스에 사용되는 전압 및 전류를 제어하기 위한 추가 수단이 포함된다. 이 방법의 장점으로는 열 발생이 더 적고, 전력 소비가 더 적으며, 알려진 기술보다 더 넓은 전기 도체 단면적용의 연결 부재를 편리하게 브레이징할 수 있는 능력이 있다. 오늘날 알려진 브레이징 기술로는 상당한 마르텐사이트 형성 없이 대형의, 즉 케이블 단면적이 약 25~35 ㎟보다 큰 케이블을 연결하는 것이 사실상 불가능하다. 120 ㎟의 도체 단면적을 포함하는 새로 제안된 방법에 대한 테스트는 브레이징 후 마르텐사이트 형성이 전혀 없거나 최소한으로만 형성되는 우수한 결과를 보여준다.

본 발명은 마르텐사이트 형성 문제를 해결함과 동시에 전력 소비 및 열 발생을 감소시키는 새로운 온도 제어식 브레이징 방법과 함께 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 이 새로운 방법은 더 넓은 단면적의 관련된 전도성 와이어용 케이블 슈(cable shoe)의 브레이징을 용이하게 한다.

본 발명의 목적은 전기 아크가 레일과 직접 접촉하지 않고 레일과 가공물의 브레이징된 조인트를 생성하여, 종래 기술과 비교하여 전력 소비가 적고 열 발생도 적지만 동등하거나 더 우수한 품질의 연결부를 생성하도록 탄소 전극을 통해 전기 아크를 생성하는 것이다.

추가의 목적은 종래 기술이 허용하는 것보다 더 넓은 면적의 전기 도체의 브레이징을 용이하게 하는 것이다.

본 발명의 실시예에서, 탄소 전극 자체가 브레이징 프로세스에서 전기 저항을 구성하며, 탄소 전극의 길이, 직경 및 형상이 프로세스의 전기 저항에 영향을 미치며, 결과적으로 브레이징 프로세스에서 전류 강도 및 전압에도 영향을 미친다.

탄소 전극은, 탄소 재료가 내화성이 좋은 반면 금속 전극은 용융되기 때문에, 브레이징 프로세스 동안 아크 길이의 최적의 제어를 제공한다. 결과적으로, 탄소 전극은 용융 금속 브레이징 핀과 비교하여 브레이징 프로세스 동안 무시할 수 있는 수준의 길이 변화를 겪는다.

케이블 슈의 고정 또는 강철 레일에 대한 기타 전기 전도성 접점 연결부에 적용되는 본 브레이징 프로세스의 또 다른 목적은 전기 아크가 가공물과 직접 접촉하는 것을 방지하는 것이다. 이 목적은 전기 전도성 접점 연결부가 구리와 같은 콤팩트한 전기 전도성 재료로 이루어진 단단한 플레이트로 구성되는 경우 달성된다. 이러한 맥락에서, 브레이징 프로세스에는 전극을 형성하는 임의의 브레이징 핀의 플럭스 재료나 브레이징 재료가 포함되지 않는다. 브레이징 재료가 케이블 슈를 통해 밑에 있는 가공물(레일)까지 흘러야 하는 것은 아니다. 케이블 슈의 구조로 인해, 플럭스 재료와 브레이징 재료는 전기 접점 연결부 또는 케이블 슈 자체의 아래에 위치한다. 구리와 같은 콤팩트한 전기 전도성 재료로 구성된 전체 플레이트는, 예컨대 레일에 영향을 미치며 마르텐사이트 형성으로 이어지는 너무 높은 온도를 방지하는 완충부를 형성한다. 또한, 전극은 최종적으로 브레이징으로 아래쪽으로 밀리지 않으며 브레이징된 조인트에 악영향을 미칠 위험이 없다.

본 발명의 또 다른 목적은 프로세스 동안 전류 강도를 제어하는 것이다. 전극을 상승시키면 아크 길이가 증가한다. 결과적으로 아크에 걸쳐 큰 전압 강하가 발생하며 전기 회로의 전류 강도가 감소한다. 특정 길이를 초과하면 저항이 너무 커진다는 사실로 인해 아크가 무너지기 때문에 아크 길이를 임의로 완전히 증가시킬 수는 없다. 전극과 가공물 사이의 작은 간격, 이른바 리프팅 높이에 의해 브레이징 프로세스 중에 아크가 소멸되는 것이 확실하게 방지된다. 마르텐사이트 형성을 방지하기 때문에 프로세스 중에 낮은 전류 강도를 갖는 것이 매우 유리하다.

본 발명에서는 세라믹 가드 링을 사용하는 것이 바람직하지만, 금속과 세라믹 재료 모두의 조합으로 구성된 가드 링이 또한 바람직할 수 있는데, 그 이유는 조합 효과에 의해 브레이징 건에 부여되는 보호 성능이 증가되기 때문이다.

에너지 소비 측면에서 가드 링의 재료와 디자인은 중요한 역할을 한다. 본 발명의 실시예의 가드 링은 가드 링의 고온을 방지하기 위한 큰 직경을 가지며, 또한 더 많은 양의 고온 가스를 수용할 수 있는 장점을 갖추도록 설계되었다.

파지 슬리브와 함께 가드 링은 또한 조작자가 아크 자체나 형성되는 고온 가스와 접촉하는 것을 방지한다. 이로 인해 조작자용 보호 장비의 필요성이 감소된다. 이것은 또한 브레이징 프로세스 중에 우연히 아크를 바라보는 다른 사람들과 조작자의 눈 부상 위험을 제거한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 브레이징에 필요한 열이 탄소 전극과 전기 전도성 연결 부재의 사이에 전기 아크를 발생시킴으로써 생성되는 온도 제어식 브레이징 프로세스에 의해, 전기 전도성 재료의 전기 전도성 연결 부재, 예컨대 케이블 슈를 전기 전도성 재료의 가공물에 브레이징하기 위한 방법으로서, 케이블 슈와 같은 전기 전도성 연결 부재와 탄소 전극의 사이에 DC 전압을 제공하는 단계; 상기 아크를 가로질러 나타나는 전압을 측정하는 단계; 상기 아크의 전류를 측정하는 단계; 상기 탄소 전극과 상기 제1 가공물 사이에 그리고 이에 따라 상기 아크를 가로질러 인가된 전압을 제어하는 단계; 상기 아크에 발달된 전력을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 산출하는 단계를 포함하며, 상기 아크의 전류와 상기 아크를 가로질러 전압을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 측정하는 단계; 및 상기 전압과 상기 전류의 수학적 곱으로서 대응하는 발달된 전력을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 산출하는 단계; 및 DC 전압과 이에 의해 상기 발달된 전력을 제어하는 단계를 추가로 포함하며, 인가된 DC 전압이 탄소 전극을 음극으로서 사용하며 전기 전도성 연결 부재를 양극으로 사용하며, 상기 탄소 전극은 전기 아크에 대향하는 단부에 테이퍼형이거나 뾰족한 단부를 구비하는 것인, 방법이 제공된다.

방법은 또한, 도체 단면적의 조작자 입력을 수신하는 단계, 및 상기 입력을 사용하여 산출값을 조정하며 DC 전압을 제어하여 브레이징 부위의 적절한 온도를 달성 및 유지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 브레이징에 필요한 열이 탄소 전극과 전기 전도성 연결 부재의 사이에 전기 아크를 발생시킴으로써 생성되는 온도 제어식 브레이징 프로세스에 의해, 전기 전도성 연결 부재를 전기 전도성 재료의 가공물에 브레이징하기 위한 장치로서, (a) 가드 링 및 탄소 전극을 포함하여, 가공물을 향해 전기 전도성 연결 부재를 결합하기 위한 수단; (b) 전극을 상기 결합 수단에 의해 결합된 전기 전도성 연결 부재와 결합되는 위치와 들어올려지는 후퇴 위치 사이에서 이동시키기 위한 수단을 포함하여 전극을 지지하기 위한 수단; (c) 상기 전기 전도성 연결 부재와 상기 탄소 전극의 사이에 특정 극성의 DC 전압을 제공 및 인가하기 위한 DC 전압 유닛으로서, 전압 조절 유닛을 포함하는 DC 전압 유닛; (d) 전기 전도성 연결 부재와 탄소 전극의 사이에서 상기 전압을 측정하기 위한 전압 센서; (e) 상기 탄소 전극을 통과하는 전류를 측정하기 위한 전류 센서; (f) 상기 전압 조절 유닛을 제어하는 출력 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하며, 상기 아크에서 발달된 전력을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 산출하기 위한 수단을 추가로 포함하는 처리 수단; (g) 전기 회로에 전압을 인가하기 위한 상기 수단을 상기 전극 및 이러한 전기 전도성 연결 부재와 연결하도록 작동 가능한 스위칭 수단으로서, 이에 의해 상기 결합 수단이 적용될 때 그리고 스위칭 수단이 상기 전기 회로를 폐쇄하도록 작동될 때, 상기 지지 및 이동 수단은 가공물로부터 전극을 상승시켜 전극과 전기 전도성 연결 부재의 사이에 전기 아크를 발생시키는 것인, 스위칭 수단을 포함하며, (h) 탄소 전극에 전기 아크용의 뾰족하거나, 테이퍼형이거나, 경사진 제1 단부가 제공되고, (i) DC 전압 유닛은 인가되는 DC 전압의 특정 극성이 탄소 전극을 음극으로서 사용하며 전기 전도성 연결 부재를 양극으로서 사용하도록 구성되는 것인, 장치가 제공된다.

장치는 추가로, 총 브레이징 시간 중 제1 시간 부분 동안 제1 전력 및 총 브레이징 시간 중 제2 시간 부분 동안 제2 전력을 사용하여 자동으로 열을 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 제1 전력은 브레이징 부위를 신속하게 가열하기 위한 값으로 설정되고, 제2 전력은 제1 전력보다 낮으며 브레이징 부위에서 달성 온도를 유지하기 위한 값이다.

가열을 더욱 맞춤화하기 위해, 서로 다른 가열 공급의 3개 이상의 별개의 기간을 갖는 프로세스가 제공될 수 있다. 예를 들어, 프로세스에는 빠른 가열을 위한 단계 1, 느린 가열을 위한 단계 2, 온도 유지를 위한 단계 3, 느린 냉각을 위한 단계 4의 4개의 기간 또는 단계가 있을 수 있다.

장치에는 또한, 브레이징될 도체의 전기적 단면적에 대한 적절한 파라미터를 설정하기 위한 입력 기관이 제공될 수 있고, 상기 프로세서는 적절한 길이의 시간 동안 적절한 양의 열을 달성하기 위해 적절한 전압 및 시간을 제공하는 파라미터를 고려하여 브레이징 시간 및 전압을 산출하도록 구성된다.

이것은, 예컨대 시간 및 온도와 관련하여 브레이징을 보다 정확하게 조정할 수 있다는 장점이 있다.

제3 양태에 따르면, 전면 부분은 브레이징되어 가공물과 접촉하도록 구성된 콤팩트한 플레이트로서 형성되고, 후면 단부는 케이블용 케이블 캐비티를 획정하도록 형성되는 것인, 마르텐사이트-프리 브레이징을 위한 케이블 슈로서, 케이블 캐비티가 테이퍼형 캐비티로 연장되도록 추가로 설계되고, 콤팩트한 플레이트로부터 케이블 캐비티의 시작 부분까지의 길이를 따라 케이블 슈에 균일한 단면적을 제공하도록 설계되는 것인, 케이블 슈가 제공된다. 테스트 결과 연장된 캐비티가 제공되는 케이블 슈는 브레이징 프로세스를 수행하는 데 필요한 전력을 감소시키는 것으로 나타났다. 또한, 전면 부분의 콤팩트한 플레이트에는, 바람직하게는 가압 또는 용융에 의해 콤팩트한 플레이트에 부착되는, 플럭스 재료가 있거나 없는 일정량의 은 합금과 같은 브레이징 재료가 제공될 수 있다. 특히, 은 합금으로 이루어진 브레이징 클립을 콤팩트한 플레이트 방향으로 가압하여, 이에 의해 콤팩트한 플레이트에 부착함으로써 케이블 슈를 제조하는 것이 유리하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 더욱 상세히 설명된다:
도 1a는 브레이징 프로세스의 개요를 도식적으로 보여주며;
도 1b는 도 1a의 세부 사항을 보여주며;
도 1c는 브레이징 아크의 이온 및 전자의 이동 방향을 개략적으로 보여주며;
도 1d는 도 1c와 비교하여 극성이 역전된 브레이징 아크의 이온 및 전자의 이동 방향을 개략적으로 보여주며;
도 2는 본 발명을 구현하는 브레이징 건의 부분 측면도이며;
도 3은 브레이징 건을 단면도로 보여주며;
도 4는 부분적으로 종방향(축방향) 단면을 취한 브레이징 건의 측면도이며
도 5는 레일 상의 브레이징 작업을 보여주며;
도 6은 파이프라인 섹션 상의 브레이징 작업을 보여주며;
도 7은 철도 객차의 외부 휠 림과 내부 휠 림 사이의 브레이징된 조인트를 도시하며;
도 8은 측면에서 본 케이블 슈 형태의 전기 전도성 연결 부재를 보여주며;
도 9는 또한 케이블 슈의 측면도이며;
도 10a는 위에서 본 케이블 슈를 보여주며;
도 10b는 뒤에서 본 도 10a의 케이블 슈의 도면이며;
도 10c는 도 10a의 케이블 슈의 측면도이며;
도 10d는 도 10a의 케이블 슈의 정면도이며;
도 11은 종래 기술에 따른 브레이징 프로세스의 전압/전류/온도 다이어그램이며;
도 12a는 제1 단면적에 적용된 새로운 방법에 따른 브레이징 프로세스의 전압/전류/온도 다이어그램이며;
도 12b는 제2 단면적에 적용된 새로운 방법에 따른 브레이징 프로세스의 전류/전압/온도 다이어그램이며;
도 13은 브레이징 파라미터(들)를 입력하기 위한 주요 입력 패널의 정면도이며;
도 14a는 브레이징 프로세스의 제어 및 조절 흐름도이며;
도 14b는 방법 단계에 대한 흐름도이며;
도 15a는 부분적으로 종방향(축방향) 단면을 취한, 브레이징 건의 전면 부분의 부분도이며;
도 15b, 도 15c 및 도 15d는 본 발명의 실시예의 탄소 전극의 측면도이며;
도 15e는 원형 단면 전극의 평면도이며 아래는 2차 단면 전극의 평면도이다.

도 1a는 관련 실시예에 따른 브레이징 프로세스 자체의 절차 및 필요한 구성요소를 도식적으로 도시하며, 일반적으로 사용되는 전원은 전류가 전자 유닛(2)으로 전도되는 배터리(1)이다. 전자 유닛(2)은 브레이징 건(5)으로부터 전원 공급 케이블 및 신호 케이블을 통해 수신된 데이터뿐만 아니라 외부 전원으로부터의 데이터를 처리하도록 구성된다. 전자 유닛(2)이 모든 정보를 처리하며, 예컨대 전압 레벨을 전자적으로 조절함으로써 브레이징 건(5)에 대한 전류 및 전압 공급을 조절하도록 구성된다. 상기 조절에 의해, 브레이징 프로세스 동안 시간 및 전류 소비가 제어될 수 있고, 이러한 방식으로, 또한 모재/가공물의 온도 제어와 조합된 최소한의 에너지 소비로 만족스러운 브레이징이 달성될 수 있다.

회로 차단기(3)가 브레이징 건(5)의 리프팅 자석으로 구성된 전기 회로를 폐쇄하면, 전극 홀더(7)에 위치한 탄소 전극(6)이 초기에 케이블 슈(10)와 회로를 단락시키므로, 이후에 전자석이 케이블 슈(10)로부터 탄소 전극(6)을 들어올려 하나 이상의 가드 링(9)에 의해 보호되는 전기 아크(8)를 점화하면, 전기 아크가 케이블 슈(10)의 콤팩트한 평평한 표면 상에서 작동한다. 케이블 슈가 하나의 극을 형성하고 탄소 전극(6)이 다른 하나의 극을 형성한다. 열이 케이블 슈(10)를 통해 전달되어 케이블 슈(10)와 브레이징 재료(12) 사이의 플럭스 재료를 활성화시켜, 브레이징 재료(12)와 케이블 슈(10) 사이의 브레이징 표면을 준비 및 세정하며, 브레이징 재료(12)는 가열되면 가공물(14) 상의 플럭스 재료(13)를 활성화시켜, 가공물(14) 상에 브레이징 재료(12)에 의해 브레이징된 조인트가 형성된다. 결과적으로, 전기 아크(18)가 가공물(14)과 직접 접촉하지 않고 케이블 슈(10)가 상기 가공물(14)에 견고하게 브레이징된다.

또한, 전기 회로가 가공물(14) 자체를 통하지 않고 케이블 슈(10)의 케이블을 통해 또는 가드 링(9)을 통해 형성되기 때문에, 가공물(14)과 케이블 슈(10)의 사이에 원하지 않는 스파크/아크가 생성되지 않는다.

새로운 브레이징 프로세스에서는, 구리와 같은 콤팩트한 전기 전도성 재료로 구성된 전체 플레이트가 레일 등에 영향을 미치며 마르텐사이트 형성으로 이어지는 고온을 방지하는 완충부를 형성한다. 구리 입자가 브레이징 프로세스 중에 케이블 슈의 플레이트로부터 방출될 것이며 탄소 전극 상에 박층 형태로 증착될 것이다(도 1c 참조). 브레이징 프로세스 중에 케이블 슈(10)에 작은 캐비티가 형성될 수 있다. 케이블 슈는 케이블 슈의 기계적 강도를 임의의 상당한 수준까지 손상시키지 않으면서 이러한 캐비티 형성을 허용하도록 구성될 수 있다.

도 1d는 도 1c와 비교하여 극성이 반대인 브레이징 아크의 이온 및 전자의 이동 방향을 개략적으로 보여준다. 타원형 영역은 도 1c의 음의 탄소 전극에 대응하는 극성을 사용하여 더 얇고 더 집중된 호가 달성되는 것을 제안하는 호의 폭을 나타내며, 탄소 전극을 양의 극성에 연결하면 더 넓거나 더 흐릿한 아크가 발생할 것이다. 테스트 결과 탄소 전극의 음의 극성을 선택하면 브레이징을 수행하는 데 필요한 에너지가 감소하는 것으로 나타났다. 에너지 절감은 대략 30% 정도이다.

에너지 관점에서 가드 링은 브레이징 프로세스 동안 중요한 역할을 한다. 가드 링(9)은 양호한 단열 기능을 발휘하도록 형성된다. 가드 링(9)이 세라믹 재료로 형성될 수 있고, 톱니 모양의 하부 에지가 제공될 수 있다. 이 경우 브레이징 프로세스 중에 형성된 고온 가스가 반경 방향으로 배출된다. 가드 링이 매끄러운 하부 표면을 가진 금속으로 형성되면, 가스가 가드 링을 축방향으로 빠져나갈 것이므로 더 많은 열이 가드 링(9)으로 전달될 것이다. 가드 링(9)은 전체 브레이징 프로세스 동안 그 형상과 기능을 유지하며 안정적이다. 가드 링에 의해 흡수된 열은 케이블 슈(10)로 전도된다. 결과적으로, 브레이징 프로세스 중에 전기 에너지 및/또는 전력이 덜 소비되고 마르텐사이트-프리 브레이징이 이루어진다.

도 2는 브레이징 건(5)의 측면도이며, 그 전면에서 탄소 전극(6)을 볼 수 있다. 브레이징 프로세스를 시작하기 전에, 건(5)은 탄소 전극(6)과 함께 케이블 슈(10)에 대해 가압되고, 이에 따라 탄소 전극(6)이 가드 링(9)의 하부 에지와 동일한 높이로 가압된다. 가드 링(9)이 링 홀더(15)에 고정된다. 회로 차단기 또는 시작 버튼(3)을 누르면, 회로가 단락되어, 이후 리프팅 자석이 전극(6)을 전기 전도성 연결 부재(10) 위로 특정 높이까지 상승시키며 아크(8)가 발생한다. 가드 링(9)과 파지 슬리브(18)가 조작자를 프로세스로부터 보호한다. 도면은 또한 가드 링을 배출하기 위한 나사(16)와 전극을 배출하기 위한 나사(17)를 보여준다. 브레이징 프로세스 중에 가드 링(9)은, 금속 또는 기타 전기 전도성 재료로 제조된 경우, 접지 작업에서 단자의 역할을 할 수 있다.

도 3은 전면에서 본 브레이징 건(5)의 단면을 보여준다. 회로 차단기(3)를 볼 수 있고 건 입구 중앙에 링 홀더(15) 및 파지 슬리브(18)와 함께 전극 홀더(7)의 탄소 전극(6)이 위치한다.

도 4는 브레이징 건(5)의 단부 부분을 단면으로 보여주며, 회로 차단기(3), 전극 홀더(7)의 탄소 전극(6) 및 링 홀더(15)의 세라믹 재질의 가드 링(9)과 함께 파지 슬리브(18), 가드 링을 배출하기 위한 나사(16) 및 전극을 배출하기 위한 나사(17)를 보여준다. 브레이징 프로세스에서 매우 중요한 구성요소는 전기 저항을 형성하는 탄소 전극이며, 탄소 전극의 길이, 직경, 형상이 프로세스에서의 전기 저항에 영향을 미친다. 브레이징 절차 중의 전류 강도와 전압은 제어 전자 장치에 의해 제어된다. 제어 전자 장치는 도 12b, 도 12c 및 도 12d에 따라 시간의 함수로서 전압과 전류를 제공하여 브레이징 장소에서 적절한 브레이징 온도를 달성하도록 구성된다. 이하 추가로 참조한다.

도 5는 레일(14) 상에서 사용되는 브레이징 건(5)을 보여준다. 케이블 클립 형상의 전기 전도성 부품(10)이 레일 헤드에 단단히 브레이징된다. 브레이징은 또한, 웹 부분 상에서 또는 레일 바닥 상에서 수행될 수 있다.

도 6은 배관의 일 섹션 형태로 가공물(14)에 사용되는 브레이징 건(5)을 보여준다. 케이블 슈 형상의 전기 전도성 연결 부재(10)가 배관에 단단히 브레이징된다. 균열 형성을 초래할 수 있는 배관 재료의 구조적 변화를 일으키지 않고 브레이징을 수행하여야 하는 원자력 발전소의 배관에는 무엇보다 엄격한 요건이 적용된다. 배관이 가스나 오일로 채워져 있는 경우 및 또한 화학 산업에서와 같이 배관이 온도에 민감한 재료로 채워져 있는 경우, 브레이징 시에 저온에서 작업할 수 있는 것이 중요하다.

도 7은 철도 객차 바퀴를 보여준다. 내부 휠(20)은 내부 휠과 외부 휠 링(19)의 사이에서 휠 축(21)에 고정되고, 소위 트레드에는, 예컨대 고무 재료로 이루어진 댐퍼(23)가 배치된다. 도면은 전류가 철도 객차로부터 철도 선로로 통과할 수 있도록 전기 전도성 연결 재료의 연결 부재(22)이 내부 휠(20)을 외부 휠 링(19)에 연결하는 방법을 보여준다. 마르텐사이트 형성 및 관련된 균열 형성의 위험으로 인해 지금까지 이와 관련하여 핀(pin) 브레이징을 채용하려는 시도는 없었다. 현재의 브레이징 프로세스는 어떠한 경우에도 마르텐사이트 형성을 제거하며 이 분야에서도 브레이징을 수행할 수 있게 해준다.

도 8은 전기 회로에 대한 단자 커넥터(24)를 볼 수 있는 전기 전도성 재료의 연결 부재인 케이블 슈(10)의 측면도이다. 단자 커넥터(24)는 케이블 슈(10)로 이어지는 전기 케이블(25)에 고정되고, 케이블 슈(10)의 다른 쪽은 콤팩트한 재료의 중실형 플레이트(26)로 구성된다. 콤팩트한 재료로 이루어진 이 연속적인 플레이트(26)의 주위에는 브레이징 클립(27)이 배치되고, 이 클립은 제조 중에 케이블 슈(10) 자체의 플레이트(26)에 대해 가압되며, 케이블 슈(10)와 브레이징 클립(27)의 사이에는 브레이징 프로세스 중에 활성화되는 플럭스 재료(28)가 제공된다.

도 9는 또한, 브레이징 건(5)에 의해 케이블 슈(10)의 평평한 연속적인 콤팩트한 플레이트(26) 상에서 브레이징 자체가 수행되고 케이블 슈(10)에 대해 가압되는 브레이징 클립(12)을 볼 수 있는 케이블 슈(10)의 측면도이다. 플럭스 재료(11)가 케이블 슈(10)의 하부측과 브레이징 클립(12)의 사이에서 가열된다. 다른 플럭스 재료(13)가 가공물(14)과 클립(27)의 사이에 제공되고, 브레이징 클립(27)이 가열될 때 활성화되어, 전기 전도성 연결 부재(10)의 브레이징 전에 가공물(14)을 세정하기 시작한다.

브레이징 클립(12)은 고정되는 가공물에 적용되기 전에 균일한 두께를 갖는다. 콤팩트한 플레이트(26)와 가공물 사이의, 즉 브레이징 재료가 차지하는 영역의 거리가 최소화되어, 콤팩트한 플레이트(26)와 가공물 사이의 견고한 결합과 양호한 전기 및 열 전도성을 보장한다는 점에서, 케이블 슈(10)의 콤팩트한 플레이트(26)를 통해 가해진 열에 의해 브레이징 재료가 용융되고 나면, 콤팩트한 플레이트(26)와 가공물(14)을 습윤 처리하는 용융 재료의 표면 장력이 두께 변화를 초래한다. 플럭스 재료(11, 13)가 이하의 작업을 수행하며 다음과 같은 특성을 갖는다: 1) 표면을 세정하며, 2) 존재하는 임의의 산화물을 제거하고, 3) 재산화를 방지하며, 4) 용융 브레이징 재료에 의해 대체되고, 5) 케이블 슈(10)가 레일을 통해 접지될 때 전기 전도체의 역할을 하며, 6) 열전도율이 좋아 열 방출이 용이하고, 7) 접합될 표면을 습윤 처리하다.

또 다른 요구 사항은 플럭스 재료(28, 29)가 특정 온도 범위 내에서 활성화되어야 한다는 것이다. 플럭스 재료, 브레이징 재료 및 브레이징 프로세스는 서로 일치하여야 한다. 플럭스 재료는 브레이징 프로세스 시작 시에 이미 활성화되고 브레이징이 완료될 때까지 계속 유효할 것이다.

500℃ 위에서 수행되는 브레이징은 더 낮은 온도에서 발생하는 소프트 브레이징과 달리 하드 브레이징이라고 한다. 본 출원의 브레이징 프로세스에 사용되는 브레이징 재료는 하드 브레이징을 위한 것이다. 그러나, 하드 브레이징을 위한 플럭스 재료는 프로세스가 약 2초 정도로 너무 빨리 진행되기 때문에 본 프로세스에는 적합하지 않다. 본 브레이징 프로세스에서는, 일반적으로 소프트 브레이징에 적합한 플럭스 재료(10)가 사용되고, 이에 따라 더 낮은 온도에서 활성화되지만, 작업 시간이 짧아 브레이징이 완료되기 전에 붕괴되지 않는다.

필요한 브레이징 온도에 도달하면서 가능한 한 적은 에너지를 사용하려면 짧은 시간 동안 큰 전력 입력이 필요하다. 철도 선로, 벽이 두꺼운 배관 및 유사한 금속 프로파일은 효과적인 방열판이다. 큰 전력 입력은 케이블 슈를 통해 레일 내로 아래로 이동하는 열 전달을 생성하며, 여기서 온도는 하드 브레이징에는 적합해 지지만 마르텐사이트 형성으로 이어지지 않는다.

케이블 슈(10)는 국부적인 과열에 대한 완충부이며 전체 용융 표면에 걸쳐 상대적으로 매끄러운 온도 분포를 생성한다. 간접 가열은 탄소 전극(6)에 의해 발생한다. 탄소 전극(6)과 케이블 슈(10)의 사이에 전기 아크(8)가 형성된다. 이것은 아크가 레일에 직접 작용하며 및/또는 레일 상에 용융 브레이징이 발생하는 종래의 핀 브레이징과 대조된다.

도 10a는 위에서 본 케이블 슈(10)를 보여준다. 전면부는 브레이징 클립(27)이 장착되는 콤팩트한 플레이트(26)로서 형성된다. 점선은 케이블용 케이블 캐비티(31)의 형성을 나타낸다. 케이블 슈(10)는 케이블 캐비티(31)가 테이퍼형 캐비티(33) 내로 연장되도록 추가로 구성되고, 케이블 슈(10)에 콤팩트한 플레이트로부터 끼워진 케이블의 시작 부분까지 균일한 단면적을 제공하도록 설계된다.

도 10b는 뒤에서 본 도 10a의 케이블 슈의 도면이다.

도 10c는 도 10a의 케이블 슈의 측면도이며, 도 10d는 도 10a의 케이블 슈의 정면도이다.

따라서, 마르텐사이트-프리 브레이징용 케이블 슈가 제공되고, 전면 부분은 가공물과 접촉하도록 브레이징되도록 구성된 콤팩트한 플레이트로서 형성되고, 후면 단부는 케이블용 케이블 캐비티를 획정하도록 형성되고, 케이블 슈는 케이블 캐비티가 점점 테이퍼형 캐비티로 확장되도록 추가로 구성되며, 콤팩트한 플레이트로부터 케이블 캐비티의 시작 부분까지의 길이를 따라 케이블 슈에 균일한 단면적을 제공하도록 설계된다. 테스트 결과 확장된 캐비티가 제공되는 케이블 슈는 브레이징 프로세스를 수행하는 데 필요한 전력을 감소시키는 이점이 있는 것으로 나타났다. 또한, 전면 부분의 콤팩트한 플레이트에, 바람직하게는 가압 또는 용융에 의해 콤팩트한 플레이트에 부착되는, 플럭스 재료가 있거나 없는 일정량의 은 합금과 같은 브레이징 재료가 제공될 수 있다. 특히 유리한 것은 은 합금을 포함하는 브레이징 클립을 콤팩트한 플레이트를 가압하여 눌러 콤팩트한 플레이트에 부착함으로써 케이블 슈를 제조하는 것이다.

낮은 전압 및 전류에서 작동하는 철도 신호 시스템 및 음극 보호 시스템의 경우, 시스템의 간섭을 방지하기 위해 브레이징된 조인트(50)의 전체 전이 저항을 낮추는 것이 특히 중요하다.

큰 전류와 전압의 경우, 높은 전이 저항으로 인해 브레이징된 조인트에 열이 발생하여, 조인트의 손상 및/또는 용융을 야기할 수 있다. 이러한 이유로, 연결부가 철도 운영 시스템의 높은 복귀 전류도 처리하여야 하므로 브레이징된 조인트의 전이 저항을 낮추는 것이 중요하다. 유사한 이유로, 보호 접지부의 전이 저항을 낮추는 것도 중요하다.

도 11은 종래 기술에 따른 브레이징 프로세스의 전압/전류/온도 다이어그램이다.

도 12a 및 도 12b는 새로운 브레이징 프로세스의 전압/전류/온도 다이어그램이다. 기존 핀 브레이징과 비교하여, 단락 발생 시에 유사한 큰 전류 서지(surge)가 발생하지 않는다. 전압과 전류 곡선 모두 시간이 지남에 따라 비교적 더 일정해진다. 다이어그램은 본 발명이 브레이징 프로세스의 최적의 제어를 제공한다는 것을 보여준다. 결과적으로, 브레이징 프로세스 중 온도가 또한 조절 및 제어될 수 있어, 이것은 마르텐사이트-프리 브레이징을 얻기 위한 전제 조건이다.

일부 종래 기술의 마르텐사이트-프리 브레이징과 비교하여, 본 발명의 장치 및 방법은 총 브레이징 시간 중 제1 시간 부분 동안의 제1 전력 및 총 브레이징 시간 중 제2 시간 부분 동안의 제2 전력을 사용하여 열을 제공하도록 전압이 자동으로 제어되는 2단계 프로세스를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 전력은 브레이징 부위를 빠르게 가열하기 위한 값으로 설정되고, 상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 낮고, 브레이징 부위의 달성 온도를 유지하기 위한 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

도 12a는 제1 단면적에 적용된 새로운 방법에 따른 브레이징 프로세스의 전압/전류/온도 다이어그램이다. 새로운 방법의 강점은 더 넓은 단면적을 브레이징할 수 있는 능력이다. 브레이징되어 도 12a의 다이어그램을 생성하는 단면적은 16 ㎟이다. 도 12b는 제2 단면적에 적용된 새로운 방법에 따른 브레이징 프로세스의 전류/전압/온도 다이어그램이다. 브레이징되어 도 12b의 다이어그램을 생성하는 단면적은 120 ㎟이다.

도 13은 브레이징 파라미터(들)를 입력하기 위한 주요 입력 패널의 정면도를 보여준다. 설정을 입력하기 위한 입력 버튼, 키 또는 손잡이가 제공된다. 즉, 설정 버튼을 반복적으로 누르면 목록이 스크롤되어 다양한 단면적(예를 들어, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95 및 120 ㎟에 대해 미리 정해진 설정 목록 중 하나의 설정이 선택된다. 설정에는 도 12a 및 도 12b에 추가로 도시된 바와 같이 특정 전압/전류를 제공하기 위한 전압 및/또는 전류, 기간이 포함될 수 있다. 패널은 현재 설정을 보여주는 디스플레이를 추가로 포함한다. 패널은 퓨즈 및/또는 제어 표시기, 및 온/오프 버튼을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 입력 패널은 브레이징 건에 플러그를 연결하고, 접지부를 연결하며, 브레이징 장치의 배터리를 충전하기 위한 충전기를 연결하기 위한 소켓을 추가로 구비할 수 있다.

도 14a는 브레이징 프로세스의 조절 및 제어 흐름도를 보여준다.

도 14b는 방법 단계의 흐름도를 보여준다. 브레이징에 필요한 열이 탄소 전극과 전기 전도성 연결 부재 사이에 전기 아크를 발생시키는 단계(1410)에 의해 생성되는 온도 제어식 브레이징 프로세스에 의해, 전기 전도성 재료의 전기 전도성 연결 부재, 예컨대 케이블 슈를 전기 전도성 재료의 가공물에 브레이징하기 위한 방법으로서, 케이블 슈와 같은 전기 전도성 연결 부재를 제공하는 단계(1401); 전기 전도성 재료의 가공물을 제공하는 단계(1401); 탄소 전극을 제공하는 단계(1405); 탄소 전극과 전기 전도성 연결 부재, 예컨대 케이블 슈 사이에 DC 전압을 제공하는 단계(1405); 상기 아크를 가로질러 나타나는 전압을 측정하는 단계(1415); 상기 아크의 전류를 측정하는 단계(1420); 상기 탄소 전극과 상기 전기 전도성 연결 부재 사이에 인가되어 상기 아크를 가로질러 인가되는 전압을 제어하는 단계(1425); 상기 아크에서 발달된 전력을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 산출하는 단계(1430)를 포함하며, 상기 아크의 전류 및 상기 아크를 가로질러 인가된 전압을 연속적으로 또는 끊임없이 실시간으로 측정하는 단계(1435), 및 상기 전류와 상기 전압의 수학적 곱으로서 발달된 해당 전력을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 산출하는 단계(1440), 및 DC 전압을 제어하며 이에 따라 상기 발달된 전력을 제어하는 단계(1445)를 추가로 포함하며, 단계(1445)에서 인가된 DC 전압은 탄소 전극을 음극으로서 사용하며, 전기 전도성 연결 부재를 양극으로서 사용하며, 탄소 전극은 전기 아크에 대향하는 단부에 테이퍼형이거나, 경사지거나, 뾰족한 단부를 구비하는 것인, 방법이 제공된다.

이 프로세스는 총 브레이징 시간 중 제1 시간 부분 동안 제1 전력을 사용하여 그리고 총 브레이징 시간 중 제2 시간 부분 동안 제2 전력을 사용하여 자동으로 열을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 전력은 브레이징 부위를 빠르게 가열하기 위한 값으로 설정되며, 상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 낮고, 브레이징 부위의 달성 온도를 유지하기 위한 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

도 15a는 파지 슬리브(18)가 후퇴 위치에 있는 브레이징 건(5)의 전면 부분을 단면도로 보여주며, 전극 이젝터(40)가 가드 링 이젝터용 나사(16) 및 전극 이젝터용 나사(17)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 방출된 탄소 전극(6) 및 방출된 가드 링(9)도 도시되어 있다.

도 15b~도 15e는, 도 15f에 도시된 바와 같은 서로 다른 상단각(β)과 경사각(α)을 갖는, 탄소 전극의 대안의 형상을 보여준다. 탄소 전극에 원형 또는 직사각형, 특히 정사각형 단면이 제공될 수 있다. 원형 단면이 바람직하다. 따라서, 탄소 전극에 바람직하게는 90도~150도의 상단각(β), 더 바람직하게는 100도~140도의 각도, 보다 더 바람직하게는 110도~130도, 그리고 가장 바람직하게는 118도~122도의 각도를 갖는 뾰족하거나 경사진 단부가 제공된다.

본 발명의 기본 개념은 개선된 브레이징 프로세스에서 협력하는 방식으로 다양한 기능과 방법을 조합하는 것이다. 협력의 결과는 에너지를 절약하고 또한 브레이징할 도체의 큰 단면적의 브레이징을 용이하게 하는 구조적 변화나 마르텐사이트 형성이 없는 새로운 브레이징 프로세스이다. 탄소 전극은 길이와 직경이 전기 회로의 저항에 영향을 미치며 탄소 전극에 뾰족하거나 경사진 단부가 제공되어 탄소 전극이 온도 완충부 및 열 분배기의 역할을 하는 브레이징 프로세스에 채용된다. 또한, 전기 아크는 탄소 전극과 케이블 슈의 매끄러운 단부의 사이에 유지되어(이하 참조), 아크를 안정화하는 효과가 있으며 시간이 지남에 따라 전류를 변화시키는 경향을 상쇄한다.

케이블 슈는 탄소 전극으로부터의 전기 아크가 작용하는 콤팩트한 전기 전도성 재료의 적어도 하나의 매끄러운 단부를 갖는다. 케이블 슈의 하부측은 브레이징 재료 클립을 구비하여, 제조 동안 고정된다. 브레이징은 넓은 면적의 브레이징된 조인트를 생성하여, 전체적으로 더 낮은 전기 전이 저항을 초래한다. 케이블 슈와 브레이징 클립의 사이에 플럭스 재료가 존재하며, 브레이징 클립과 가공물의 사이에도 플럭스 재료가 존재한다. 플럭스 재료, 브레이징 재료 및 브레이징 프로세스는 서로 적절하게 조정된다. 브레이징 재료는 소프트 브레이징에 적합하며, 결과적으로 저온 범위에서 활성화되어 마르텐사이트-프리 브레이징을 제공한다.

예를 들어, 금속 또는 기타 유사한 재료로 구성된 브레이징 프로세스의 가드 링의 장점은 전체 공정이 에너지를 덜 필요로 하며 또한 이전 절차에 비해 접지 절차가 용이하다는 점이다. 가드 링을 통해 접지하면 접지 단자 또는 자기 접지 접점과 같은 특수 접지 접점의 필요성뿐만 아니라 접지 캐리어를 특별하게 준비하여야 할 필요성이 배제된다. 모든 접지 상황에서 새로운 가드 링이 사용되므로, 접촉 표면이 항상 깨끗한 것이 보장된다.

본 발명에 따른 장치는 접지 회로의 길이를 감소시키며 추가 전이 저항뿐만 아니라 케이블 슈와 가공물 사이의 2차 스파크 및 아크 공급원을 제거한다. 파지 슬리브와 함께 가드 링의 형상은 브레이징 프로세스 중 전기 아크와 고온 가스로부터 조작자를 보호한다.

금속 가드 링을 사용하면 열 형태로 방출되는 에너지를 더 많이 활용하며 이를 케이블 슈로 전달한다는 사실로 인해 브레이징 절차에 영향을 준다.

따라서, 온도와 관련하여 만족스러운 브레이징을 달성하기 위해 브레이징 프로세스에 많은 전기 에너지를 공급할 필요가 없다.

이전에 알려진 방법을 사용하면 회로의 총 고유 저항이 일정한 것으로 간주될 수 있다. 실제로 에너지 공급이 적다는 것은 공정 시간이 단축된다는 것을 의미한다. 그러나, 만족스러운 브레이징을 달성하기에는 시간이 너무 짧아진다.

추가 저항을 조절하며 및/또는 전압을 조절함으로써 브레이징 프로세스의 길이가 제어될 수 있고, 이러한 방식으로, 최소한의 에너지 소비로 만족스러운 마르텐사이트-프리 브레이징이 달성될 수 있고 또한 모재/가공물의 온도가 또한 제어될 수 있다.

이전에 알려진 일부 방법에서는 프로세스에서 발달된 전력뿐만 아니라 총 방출 에너지 및 또한 프로세스의 전체 길이와 관련하여 넓은 마진이 허용되었다. 회로에 고정된 전기 저항을 통합하거나 대안으로서 필요한 양의 방출 에너지가 소비되었을 때 프로세스를 중단함으로써 전류가 제한되었었다. 배터리의 충전 상태, 방전 특성 또는 기타 요인에 따른 배터리 전압의 변화나, 전극 길이의 변화나 아크 변동, 또는 리프팅 높이의 변화에 따라 서로 다른 브레이징 케이스 사이의 전류 변화에 따른 동일한 브레이징 작업 중 전류의 변화는 고려되지 않았었다. 방출되는 에너지의 양을 추정하기 위한 단순한 부적절한 장치와 함께 이러한 변화로 인해 그 외 다른 유사한 브레이징 프로세스에 대한 시간 및 전력 출력이 다양화되었을 뿐만 아니라 관련 재료의 온도를 제어하는 데 어려움이 발생하여 왔다.

도 14에 도시된 전술한 새로운 브레이징 프로세스에서, 브레이징 온도와 이에 따른 마르텐사이트 형성은 전기적으로 발달된 전력을 산출하며 전력을 아날로그 절차 또는 높은 해상도의 디지털 절차에 의해 실시간으로 조절함으로써 제어될 수 있다. 발달된 전력은 전류와 전압을 순간적으로 측정하여 산출되고, 실제 전력은 이들 양의 수학적 곱으로서 산출된다. 산출된 결과는 처리되어 출력 신호가 전압 조정 유닛에 영향을 미치는 처리 유닛으로 공급된다. 이러한 방식으로, 전압과 이에 의해 전류가 조절되고, 발달된 전력이 적절한 값으로 조정된다. 별도의 유닛으로서 존재할 수 있고 또는 전자 유닛(2)에 통합될 수 있는 처리 유닛은 전류 및 전압 값, 송신기로부터의 데이터 및 작동 조정, 외부 연결 유닛뿐만 아니라 측정된 경과 시간의 형태로 데이터를 처리하며, 시간이 지남에 따라 발달된 전력을 적절하게 규제하는 방식으로 물리적, 수학적, 논리적 구조를 고려하여 이 데이터를 취급한다.

예를 들어, 도체 단면적에 대한 조작자 입력은 제어 신호를 조정하여 전압을 제어하여 브레이징 시에 가열 및 적절한 온도를 유지하는 데 적합한 양의 전력을 생성하는 전류를 생성하도록 구성된 프로세서에 의해 사용된다.

또한, 조정은 전력 회로의 저항과 무관하므로, 고정된 저항기를 설치할 필요가 없고, 이에 따라 이 저항기가 폐열을 발생시키므로 에너지가 절약된다. 또한, 고정된 저항기가 없기 때문에 방전 주기 종료 시에 전압 수준이 떨어지더라도 배터리가 계속 프로세스를 구동할 수 있으므로 배터리로부터 더 많은 양의 에너지를 인출할 수 있다. 또한, 프로세스의 시작점에서 아크의 형성은 두 가지 이유로 촉진된다. 한편으로는 전극의 리프팅 높이와 그에 따른 아크의 길이 및 결과적으로 다음 시작 관성이 일부 이전 방법에서는 온도 문제 및 조절 기술 문제를 야기한 과도한 전류의 위험 없이 최소화될 수 있기 때문이다. 다른 한편으로는 지금까지 가능했던 것보다 훨씬 더 높은 전류 및 전압 값이 고정 저항기로 제한되지 않고 프로세스 시작점에서 허용되고 결과적으로 프로세스의 안정적인 시작이 보장될 수 있다.

전술한 새로운 브레이징 프로세스에서, 전술한 처리 유닛은 또한, 외부 송신기, 예컨대 온도 센서로부터의 신호뿐만 아니라 그 값이 처리 유닛의 출력 데이터에 영향을 미치는 작동 조정도 취급하도록 구성될 수 있다. 또한, 배터리 충전기, 발전기, 및 모터와 같은 외부 유닛으로부터의 신호가 처리되고; 이러한 신호는 또한, 이러한 종류의 유닛(들)도 조절하도록 출력 데이터 형태의 적절한 제어 신호가 생성될 때 처리 유닛에서 처리된다.

본 발명의 일부 실시예만이 도면에 도시되어 있지만, 다음의 청구범위의 범위 내에서 많은 다른 수정이 고려될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

바람직한 실시예에서, 탄소 전극에 70도 내지 150도의 상단각(β), 더 바람직하게는 70도 내지 110도의 상단각 및 보다 더 바람직하게는 90도 내지 110도의 상단각을 갖는 테이퍼형이거나, 뾰족하거나, 경사진 단부가 제공된다.

Claims (20)

1. 브레이징에 필요한 열이 탄소 전극과 전기 전도성 연결 부재의 사이에 전기 아크를 발생시킴으로써 생성되는 온도 제어식 브레이징 프로세스에 의해, 전기 전도성 재료의 전기 전도성 연결 부재를, 예컨대 케이블 슈를, 전기 전도성 재료의 가공물에 브레이징하기 위한 방법으로서,
   - 예컨대, 케이블 슈 등의 전기 전도성 연결 부재와 탄소 전극의 사이에 DC 전압을 제공하는 단계(1405);
   - 상기 아크를 가로질러 나타나는 전압을 측정하는 단계(1415);
   - 상기 아크의 전류를 측정하는 단계(1420);
   - 상기 탄소 전극과 상기 전기 전도성 연결 부재의 사이에, 그리고 이에 따라 상기 아크를 가로질러 인가된 상기 전압을 제어하는 단계(1425);
   - 상기 아크에서 발달된 전력을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 산출하는 단계(1430);
   를 포함하고, 상기 방법은,
   - 상기 아크의 전류를 그리고 상기 아크를 가로지르는 전압을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 측정하는 단계(1435);
   - 상기 전압과 상기 전류의 수학적 곱으로서, 대응하는 발달된 전력을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 산출하는 단계(1440); 및
   - DC 전압과 이에 의해 상기 발달된 전력을 제어하는 단계(1445)
   를 추가로 포함하며,
   인가된 DC 전압은 탄소 전극을 음극으로서 사용하고, 전기 전도성 연결 부재를 양극으로 사용하고,
   상기 탄소 전극은 전기 아크에 대향하는 단부에 테이퍼형이거나, 경사지거나, 뾰족한 단부를 구비하는 것인 방법.
2. 제1항에 있어서,
   - 도체 단면적의 조작자 입력을 수신하는 단계, 및
   - 도체 단면적의 입력을 사용하여 산출값을 조정하며, DC 전압을 제어하여 브레이징 부위의 적정 온도를 달성 및 유지하는 단계
   를 추가로 포함하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 총 브레이징 시간 중 제1 시간 부분 동안 제1 전력을 그리고 총 브레이징 시간 중 제2 시간 부분 동안 제2 전력을 사용하여 자동으로 열을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 제1 가공물로부터 전극을 상승시켜 전극과 전기 전도성 연결 부재의 사이에 전기 아크를 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 탄소 전극에는, 바람직하게는 90도 내지 150도의 상단각, 더 바람직하게는 100도 내지 140도의, 보다 더 바람직하게는 110도 내지 130도의, 그리고 가장 바람직하게는 118도 내지 122도의 상단각을 갖는 뾰족하거나 경사진 단부가 마련되는 것인 방법.
6. 브레이징에 필요한 열이 탄소 전극과 전기 전도성 연결 부재의 사이에 전기 아크를 발생시킴으로써 생성되는 온도 제어식 브레이징 프로세스에 의해, 전기 전도성 연결 부재를 전기 전도성 재료의 가공물에 브레이징하기 위한 장치로서,
   (a) 가드 링 및 탄소 전극을 포함하는, 가공물을 향해 전기 전도성 연결 부재를 결합하기 위한 수단;
   (b) 전극을, 상기 결합 수단에 의해 결합된 전기 전도성 연결 부재와 결합되는 위치와, 그로부터 들어올려지는 후퇴 위치 사이에서 이동시키기 위한 수단을 포함하는, 전극을 지지하기 위한 수단;
   (c) 상기 전기 전도성 연결 부재와 상기 탄소 전극의 사이에 특정 극성의 DC 전압을 제공 및 인가하기 위한 DC 전압 유닛으로서, 전압 조절 유닛을 포함하는 DC 전압 유닛;
   (d) 전기 전도성 연결 부재와 탄소 전극의 사이에서 상기 전압을 측정하기 위한 전압 센서;
   (e) 상기 탄소 전극을 통과하는 전류를 측정하기 위한 전류 센서;
   (f) 상기 전압 조절 유닛을 제어하는 출력 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하며, 상기 아크에서 발달된 전력을 실시간으로 연속적으로 또는 끊임없이 산출하기 위한 수단을 추가로 포함하는 처리 수단;
   (g) 전기 회로에 전압을 인가하기 위한 상기 수단을 상기 전극 및 상기 전기 전도성 연결 부재와 연결하도록 작동 가능한 스위칭 수단으로서, 이에 의해 상기 결합 수단이 적용될 때 그리고 스위칭 수단이 상기 전기 회로를 폐쇄하도록 작동될 때, 상기 지지 및 이동 수단은 가공물로부터 전극을 상승시켜 전극과 전기 전도성 연결 부재의 사이에 전기 아크를 발생시키는 것인 스위칭 수단(3),
   을 포함하며,
   (h) 탄소 전극에는 전기 아크에 대한 뾰족하거나, 테이퍼형이거나, 경사진 제1 단부가 제공되고,
   (h) DC 전압 유닛은, 인가된 DC 전압의 특정 극성이 탄소 전극을 음극으로서 사용하고, 전기 전도성 연결 부재를 양극으로서 사용하도록 구성되는 것인 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 장치는 총 브레이징 시간 중 제1 시간 부분 동안 제1 전력을, 그리고 총 브레이징 시간 중 제2 시간 부분 동안 제2 전력을 사용하여 자동으로 열을 제공하도록 구성되는 것인 장치.
8. 제7항에 있어서, 제1 전력은 브레이징 부위를 신속하게 가열하기 위한 값으로 설정되고, 제2 전력은 제1 전력보다 낮으며, 브레이징 부위에서 달성된 온도를 유지하도록 산출된 값인 것인 장치.
9. 제6항에 있어서, 장치에는 브레이징될 도체의 전기적 단면적에 대한 적정 파라미터를 설정하기 위한 입력 기관이 마련되고,
   상기 프로세서는, 적정 길이의 시간 동안 적정량의 열을 달성하기 위해 적정 전압 및 시간을 제공도록 파라미터를 고려하여, 브레이징 시간 및 전압을 산출하도록 구성되는 것인 장치.
10. 제7항, 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 가드 링의 주위에 파지 슬리브를 포함하고, 이에 의해 가드 링은 파지 슬리브와 함께 조작자를 아크 및 고온 가스로부터 보호하는 것인 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 파지 슬리브는 종방향 이동으로 소모된 전극과 가드 링을 배출하는 것인 장치.
12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 수단은 배터리 충전기, 발전기 및 모터와 같은 외부 유닛을 조절하기 위해 이들 유닛을 추가로 제어할 수 있는 것인 장치.
13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 가공물에 대한 브레이징을 위한 전기 전도성 연결 부재와 조합하여, 전기 전도성 연결 부재는 일측 상에 브레이징 금속 층을 가지며, 가공물과 브레이징 금속 층의 사이에 플럭스 층을 갖는 것인 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 브레이징 금속 층은 상기 제1 가공물에 적용된 브레이징 클립에 의해 제공되는 것인 조합.
15. 제14항에 있어서, 장치에 대한 접지 접점을 제공하기 위해 연결 부재에 대한 전기적 연결부를 포함하는 조합.
16. 제6항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 전극에는, 바람직하게는 90도 내지 150도의, 더 바람직하게는 100도 내지 140도의, 보다 더 바람직하게는 110도 내지 130도의, 그리고 가장 바람직하게는 118도 내지 122도의 상단각을 갖는 뾰족하거나, 테이퍼형이거나, 경사진 단부가 마련되는 것인 장치.
17. 실질적으로 첨부 도면을 참조로 하여 위에 기술된 바와 같은 브레이징 방법.
18. 실질적으로 첨부 도면을 참조로 하여 위에 기술된 바와 같은 그리고 첨부 도면에 도시된 바와 같은 브레이징 장치.
19. 전면 부분은 콤팩트한 플레이트(26)로서 형성되고, 후면 단부는 케이블용의 케이블 캐비티(31)를 획정하도록 형성되는 것인 케이블 슈(10)로서, 케이블 캐비티(31)가 테이퍼형 캐비티(33)로 연장되도록 추가로 구성되고, 콤팩트한 플레이트(26)로부터 케이블 캐비티(31)의 시작 부분까지의 길이를 따라 케이블 슈에 균일한 단면적을 제공하도록 구성는 것인 케이블 슈.
20. 제19항에 있어서, 상기 전면 부분에는, 바람직하게는 가압 또는 용융에 의해 콤팩트한 플레이트에 부착되는, 플럭스 재료가 있거나 없는 일정량의 은 합금과 같은 브레이징 재료가 제공되는 것인 케이블 슈.

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