KR930009373B1

KR930009373B1 - 소모전극식 아크용접 방법 및 장치

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Publication number: KR930009373B1
Application number: KR1019910002700A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 다카노; 지츠오 나카타; 유지 나카하라; 히데키 미야우치
Original assignee: 교도 산소 가부시기가이샤; 나루세 쇼이치
Priority date: 1990-02-21
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1993-10-02
Also published as: KR910021284A; DE69108273T2; EP0443703B1; EP0443703A2; EP0443703A3; DE69108273D1; CA2033930A1; US5124527A; CA2033930C

Abstract

내용 없음.

Description

소모전극식 아크용접 방법 및 장치

제 1 도는 본 발명을 구체화한 시스템을 도시하는 개략도.

제 2 도는 본 발명의 방법을 사용할때와 종래의 MIG 용접을 사용할때의 퍼커링의 발생을 비교하는 그래프도.

제 3 도는 용접속도와 와이어-팁 거리의 함수로서 용접의 질을 나타내는 그래프도.

제 4 도는 본 발명에 따른 용접토치의 부분 측면도.

제 5 도는 제 4 도의 용접토치의 부분 평단면도.

제 6a, 제 6b 및 6c 도는 본 발명의 다른 구체예를 나타내는 노즐의 단면도.

제 7 도는 절연 접촉관이 시일드 가스 노즐속으로 굽어져 삽입된 본 발명의 다른 구체예의 부분 평단면도.

제 8 도는 필러 와이어를 통하여 전류를 용접전원의 접지단자로 분할하기 위한 장치의 개략도.

제 9 도는 종래의 수냉식 반자동 용접토치를 일부 절단한 특면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,106,123 : 소모 전극 와이어 2,107 : 필러 와이어

3 : 모재 5,6 : 접지 와이어

7 : 와이어릴 8 : 용융금속욕

9 : 아크 10,126 : 가스 노즐

11 : 용접금속 102 : 연결노즐

103 : 가스 시일드 104,124 : 전도성 접촉관

105 : 절연 접촉관 121 : 용접토치

122 : 유연성 도관 125 : 가스호스

127,129 : 냉각호스 128 : 선단 와이어

130 : 냉각 노즐

본 발명은 고온의 와이어식 MIG 용접토치(metal electrode inert gas welding torch)의 개선 및, 탄소강, 합금강, 알루미늄과 알루미늄 합금, 및 다른 종류의 금속재료를 용접하기 위한 소모전극식 아크용접방법의 개선에 관한 것이다.

고속 및 고효율을 얻고 종래의 용접방법의 높은 품질을 유지하기 위한 목적을 가지고 소모전극식 아크용접 기술을 개량시키려는 수많은 시도들이 있어 왔다.

예를들어, 다수의 전극들이 시일드 노즐(shield nozzle)의 내측에 장착되며, 상기 각각의 전극에 가해진 펄스전압 또는 펄스전류의 위상을 바꾸며 용접작업을 실시하는 방법이 일본 특허출원공개 제63-313674호에 기재되어 있다. 다른 종류의 용접장치는 일본국 출원공개 제59-16680호에 기재되어 있는데, 여기서 용융소모 전극은 스프레이 형상을 형성한다. 이 장치는 필러 와이어가 용접될 모재의 용융부와 접촉할 수 있도록 별도의 금속 필러 와이어(metal filler wire)를 아크영역속으로 공급하는 수단을 갖는다. 필러 와이어는 저항에 의해 가열되며, 필러 와이어속의 가열전류를 용접전류의 1/2 이하로 조정하기 위한 조절수단이 제공된다.

상술한 방법들은 펄스전압 또는 펄스전류를 사용하여 전극들 사이의 아크간섭을 방지하고 소모전극과 필러 와이어 사이의 간섭을 방지하지만, 그 조절장치가 복잡하다. 또 다른 예로서, 일본국 특허출원공개 제63-20184호에서는 두 개의 토치의 전극들이 서로 근접 배치되어 있으며, 한쪽측에서 전극들이 용접 직류 전원의 양극과 접촉되고 다른쪽 측에서는 전극들 및 모재가 용접직류전원의 음극에 연결되는 장치를 기재하고 있다. 상기 일본 특허출원공개 제63-313674호에서, 다수의 전기절연된 전극들이 시일드 노즐속에 설치되며, 펄스전압과 펄스전류의 위상이 바뀌고 배전되므로 각각의 전극은 용접중에 교대로 피크주기를 갖는다.

상술한 공개번호 제59-16680호와 제63-20184호에 설명한 고온 와이어식의 MIG 용접은 용착량이 증가 한다는 점에서 종래의 MIG 용접보다 우수하다. 그러나 이러한 고온 와이어식 MIG 용접은 비교적 대형인 두 개의 용접토치 즉, 소모전극용의 용접토치와 필러 와이어용의 용접토치를 필요로 한다.

종래의 방법들은 완전 자동용접 기계에 적용할 수 있지만, 용접 공정중에 용접 작업자가 용접토치를 고정 지지해야 하는 반자동 용접에는 적합하지 않다. 당업계에서 고속의 반자동 용접이 오랫동안 요청되어 왔지만 아직 성취되지 않았다.

고속의 용접작업을 방해하는 다른 문제점은 언더컷팅(undercutting)이 생기는 것이다. 심한 경우에 언더컷팅은 불규칙한 비이드를 형성시켜 좋지않은 질의 용접물을 만든다. 이 현상은 아크에 의하여 발생된 플라즈마 전류에 의하여 생긴다고 생각되며 용융모재를 파이게하고 아크용접중에 발달된 용융금속욕의 벽에서의 습윤성계면에 영향을 준다.

고속 용접에서는 적합한 용입 깊이와 금속용착량을 얻기 위하여 일반적으로 용접전류를 증가시킬 필요가 있다. 한편 용접전류를 증가시키면 플라즈마 전류가 증가되어 언더컷팅이 생기고 불규칙한 비이드가 형성되는 위험이 수반된다는 것을 알게되었고, 용접전류를 조절하는 것은 어렵다는 것이 입증되었다. 일본국 특허 출원 공개번호 제63-313674호에 기재된 다중 전극용접 방법을 이용하여 고속용접을 할 수 있지만 비이드 형성에 있어서의 상술한 문제점과 지나친 스퍼터링 때문에 안정한 용접 비이드를 형성하는데는 여전히 어려움이 따른다.

융착속도가 빨라진다고 해서 용접속도가 빨라지는 것이 아니라는 것을 알아야 한다. 따라서 융착속도가 가속된다 하더라도 충분한 용입을 얻기 위하여 용접전류를 증가시킬때에는 고속용접을 얻을 수 없다. 따라서 융착속도가 빨라지면 높은 용접효율을 제공하지만 반드시 용접속도가 증가되는 것은 아니다.

알루미늄과 알루미늄 합금을 용접할 때 생기는 균열, 기공, 용접 비틀림과 퍼커링(puckering)과 같은 또 다른 용접결합이 알려져 있다. 이들 문제점들을 최소화하기 위한 공지된 많은 기술이 있다. 이들 기술들은 최대한 용접일열을 줄이고, 욕의 온도를 조절하며, 역비틀림을 가하는 것이다. 그러난 이런 기술들을 이용하면 용접시의 작업능률이 저하된다.

알루미늄과 알루미늄 합금을 용접할때 생기는 퍼커링 현상은 예를들어 1984년에 발간된 "경급속 용접잡지"제22권, No. 9의 395-407 페이지에 설명되어 있다. 이 현상은 보통 용접전류가 과대하거나 시일딩이 불충분할때 발생한다.

알루미늄 용접에서 퍼커링을 방지하기 위하여는 용접전류를 조절하거나 시일드 가스의 양을 증가시키는 것이 효과적인 대응책이라고 생각된다. 그러나, 이런 대응방법은 용접효율을 감소시키고 시일드 가스의 필요량을 증가시켜 결국 경제적이지 못한 용접이 된다.

제 9 도에 도시되어 있는 종래의 반자동 용접토치에서, 와이어 공급장치(도시되지 않음)에 의하여 유연성 도관과(122)를 통하여 공급되는 소모성 전극와이어(123)은 용접토치(121)속에 배치된 전도성 접촉관(124)이 내측으로 통과된다. 시일드 가스는 가스호스(125)를 통하여 공급되어 원통형 가스노즐(126)을 통해 용접부로 향하며, 상기 원통형 가스노즐(126)은 전도성 접촉관(124)의 둘레에 동축으로 장착되어 있다. 용접전류는 냉각수 호스(127)속에 삽입된 선단 와이어(128)을 통하고 전도성 접촉관(124)를 통하여 소모성 전극 와이어(123)의 접촉점으로 흐른다. 이 전류는 모재와의 사이를 따라 아크를 형성시킨다(도시되지 않음).

냉각수는 냉각호스(129)를 통하여 공급되어 노즐(130)을 냉각시킨후 냉각호스(127)속으로 배출되어 선단 와이어(128)을 냉각시킨다.

상술한 용접토치에서는 일반적으로 소모전극 와이어만이 공급된다. 그러므로 고온 와이어식 MIG 용접을 시행하기 위해서는 소모전극 와이어와 필러 와이어에 대한 별도의 토치들이 필요하게 된다.

그러므로, 본 발명의 목적은 종래의 용접 방법에서 수반되는 상술한 기술적 문제점을 극복하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 뛰어난 용접속도, 효율, 성능 및 용접품질을 갖는 소모전극식 아크용접 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 반자동 용접에서 용접 작업자가 고정지지하기에 적합한 소형이고 경량의 용접토치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 고온 와이어식 MIG 용접에 적합한 용접토치를 제공하여 소모전극 와이어로부터의 아크에 의하여 형성된 용융욕속으로 고온 와이어를 삽입시키면서 용접작업을 실시할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 목적들을 성취하기 위해 다음과 같은 중요사항이 조사되었다.

(1) 용접속도의 개량

용접속도를 증가시키기 위하여 필러 와이어는 용융금속욕 속으로 삽입된다. 용접전류의 일부는 필러 와이어를 통하여 분할되고 용접전원의 접지단자로 복귀된다. 필터 와이어의 용융의 결과로서 용융 금속욕의 경계에서의 습윤성(wettability)가 향상되며 불규칙한 비이드의 형성이 방지된다. 또한 소모전극 와이어와 필터 와이어속의 전류는 서로 반대방향으로 흐르기 때문에 아크는 항상 전방의 용접방향으로 향한다. 필러 와이어와 소모전극 와이어는 평행하게 배열되고 근접 이격되어 있다. 이런 구조는 상술한 바와 같이 고속 용접 기술에서 문제가 되어 왔던 용입을 충분히 깊도록 생겨나게 한다.

(2) 용접효율의 개량

용융금속욕 속으로 필러 와이어를 삽입하면 필러 와이어의 용융 속도가 빨라진다. 소모전극 와이어에 대한 필러 와이어의 여러가지 다른 공급비가 검토되어 최적 용접조건이 결정되었다.

(3) 용접 작업 효율의 개량

(특히 반자동 용접에서)종래의 고온 와이어 소모전극 아크용접에서는 소모전극 와이어와 필러 와이어가 평행하게 배열되지 않는다. 와이어 사이의 거리는 아크길이 또는 와이어 팁 길이를 변화시키므로 달라진다. 그 결과는 보통 일정치 않다.

본 발명에서 소모전극 와이어와 필러 와이어는 평행하게 장치된다. 와이어-팁의 거리가 조사되었다. 용접아크의 힘에 의하여 필러 와이어로부터 용융금속이 스플래싱(splashing)되는 것을 막기 위해 용접전류는 소모전극 와이어와 필러 와이어 사이에 분할되어 용접전원의 접지 단자로 복귀되어 상호 반발하는 전자기력을 발생시킨다. 이 힘은 아크를 용접공구의 진행 방향으로 전향시키는 작용을 하므로 필러 와이어는 용융금속욕 속으로 부드럽게 삽입될 수 있다.

(4) 용접결함의 방지

알루미늄 용접에서 생기는 퍼커링 현상이 조사되었다. 퍼커링은 주로 아크힘의 영향하에서 외부로 유동하는 용융금속과 용융금속욕의 표면에 형성된 산화물에 의하여 생겼다.

이들 조사를 근거로 하여, 필러 와이어를 용융금속욕 속에 삽입하고 용융금속욕을 비교적 낮은 온도로 유지하여 용융금속욕의 크기가 증가하면 퍼커링을 효과적으로 방지할 수 있다는 것을 알게되었다.

또한 필러 와이어를 용융금속욕 속에 삽입하고 욕의 온도를 낮추므로 용접비틀림이 상당히 감소된다는 것이 관찰되었다.

본 발명에 따르면, 소모전극 와이어는 용접방향의 선단 와이어이고 필러 와이어는 후미 와이어이며, 와이어 사이 각도는 20°를 초과해서는 안된다.

이런 조건하에서 소모전극 와이어와 필러 와이어가 시일드 노즐 내측에 장치된다. 아크는 소모전극 와이어에 의하여 발생되고 필러 와이어는 용융금속욕 속으로 삽입된다. 소모전극 와이어로부터 모재로 흐르는 용접전류의 일부가 필러 와이어를 통하여 분할되어 용접전원의 접지단자로 돌아온다. 용접변수들은 다음과 같다.

앞으로의 설명을 이해하기 쉽도록 하기 위해, 전방 삽입각은 와이어팁이 용접방향의 전방으로 향할때 와이어와 수직선 사이의 예각으로 정의한다. 후방 삽입각은 와이어팁이 용접방향의 반대 방향으로 향할때 와이어와 수직선 사이의 예각으로 정의한다.

선단와이어-소모전극 와이어, 후미 와이어-필러 와이어 ; 선단와이어의 삽입각-전방각 최대 50°; 후방각 최대 50°; 후미와이어의 삽입각 ; 전방각 최대 50°-후방각 최대 50°

와이어 사이의 각-최대 20°

와이어-팁의 거리(mm)-분당용접속도(m/분)의 평방근의 최고 20배

소모전극 와이어에 대한 필러 와이어의 이용비(utilization ratio) ; 0.1-1.8

이런 조건들에서 소모전극 와이어와 필러 와이어가 시일드 노즐속에 장치되었다. 아크는 소모전극 와이어에 의하여 발생되었으며 필러 와이어는 용융금속욕 속으로 삽입되었다. 소모전극 와이어로부터 모재로 흐르는 용접전류의 일부는 필러 와이어를 통하여 분할되어 용접전원의 접지단자로 돌아왔다. 그후 전술한 조건하에서 소모 아크 용접이 실시되었다.

용접조건을 상기와 같이 한정한 이유는 보다 상세히 설명될 것이다.

(A) 와이어 사이각

와이어 사이각이 20°를 초과하면 필러 와이어는 용융금속욕으로 일정하게 삽입될 수 없다. 그러므로 최대 와이어 사이각은 20°로 설정되었다. 또한 아크길이 또는 와이어 팁 길이가 변화하면 균일하지 않은 용접 비이드가 생긴다.

(B) 와이어의 삽입각

선단 와이어 또는 후미 와이어의 삽입각이 50°를 초과하면 용융금속은 아크에 의하여 전방으로 스플래시를 일으킨다. 따라서 선단 와이어 또는 후미 와이어의 삽입각이 최대 50°로 설정되었다.

후미 와이어 삽입각이 50°를 초과하면 용융금속이 후방으로 스플래시를 일으키고 점착되므로 후미 와이어는 용융금속욕 속으로 부드럽고 일정하게 삽입될 수 없다.

(C) 와이어-팁의 거리

와이어와의 팁 사이의 거리는 mm/분으로 나타낸 용접속도의 평방근의 20배보다 작도록 설정되었다. 와이어와 팁 사이의 거리가 이 값보다 크면 필러 와이어는 용융금속욕 속으로 부드럽게 삽입될 수 없으므로 제 3 도에 도시한 것처럼 불규칙한 비이드를 형성한다.

본 발명에서 와이어와 팁 사이의 거리는 선단 와이어의 아크 바로 밑의 점과 후미 와이어와 용융금속욕 사이의 접촉점 사이의 거리로 정의된다.

제 3 도는 용접전류가 300-1500A이고 와이어 직경이 1.2-4.8mm인 조건하에서 용접속도와 와이어-팁의 거리의 함수로서 나타낸 용접품질을 도시한다.

(D) 와이어 이용비

필러 와이어와 소모전극 와이어의 이용비가 0.1이하이면 필러 와이어가 충분하지 못하고 용융금속욕이 너무 작아 저온으로 욕을 유지할 수 없다. 한편 이용비가 1.8을 초과하면 필러 와이어가 과다하여 욕의 온도를 너무 낮게 만들어 점착이 생기고 불균일한 용접을 만든다.

본 발명에 따라, 소모전극 와이어와 필러 와이어는 소정의 간격으로 이격되어 시일드 노즐내에 장치된다. 소모전극 와이어로부터 모재로 흐르는 용접전류의 일부는 필러 와이어를 통하여 전환된다. 소모전극 와이어에 의하여 발생된 아크는 필러 와이어가 삽입되는 용융금속욕을 만든다. 이렇게 하면 용융금속과 욕의 벽사이의 계면에서의 습윤성을 향상시킨다. 또한, 아크가 전방으로 진행할때 충분히 깊은 용입이 유지될 수 있다. 게다가 용융금속욕의 크기는 증가될 수 있고 용융금속욕은 비교적 저온으로 유지된다.

본 발명에서 소모전극 와이어와 필러 와이어가 하나의 토지속에 공급되는 소형이며 경향의 용접장치에 의하여 개량된 아크 용접방법이 실현된다. 소모전극 와이어를 갖는 전도성 접촉관이 용접토치의 시일드 노즐속에 노즐과 동축으로 삽입되는 소모전극식 용접토치가 제공된다. 필러 와이어를 고정하는 절연 접촉관은 유연성 도관에 연결되고 전도성 접촉관애 평행하게 장치된다. 본 발명의 다른 구체예에서, 필러 와이어를 갖는 1-4개의 절연 접촉관이 시일드 가스노즐속에 삽입되고 소모전극 와이어를 갖는 전도성 접촉관에 평행하게 배열된다. 절연 접촉관들은 필러 와이어를 공급하기 위해 유연성 도관에 연결된후 필러 와이어는 소모전극 와이어를 갖는 전도성 접촉관 둘레에서 공급된다. 다중 절연 접촉관의 장점은 쉽게 알 수 있다. 하나의 절연 접촉관을 갖는 토치는 일방향으로 용접할 수 있으며 여기서 소모전극 와이어는 필러 와이러를 안내한다. 2-4개의 절연 접촉관을 갖는 토치의 경우에, 작업자는 용접장치의 방향을 다시 조정할 필요없이 단지 적절한 절연 접촉관을 선택하여 후미 필러 와이어를 공급함에 의하여 4방향까지 용접할 수 있다.

2개 이상의 절연 접촉관을 갖는 구체예의 경우에는 유연성 도관에 금속부품이 부착되므로 사용하지 않는 절연 접촉관들은 마개로 덮어 노즐의 후방을 통해 공기가 유입하는 것을 방지한다.

절연 접촉관은 세라믹 또는 열저항 플라스틱으로 만들어질 수 있다.

본 발명의 상기 목적 및 그와의 목적을 보다 이해하기 쉽도록 첨부된 도면을 참고롤 하여 앞으로 상세히 설명할 것이다.

도면중, 특히, 본 발명의 구체예를 나타내는 제 1 도에서 소모전극 와이어(1)은 용접작업 방향의 선단위치에 있으며, 소모전극 와이어와 같은 조성을 갖는 필러 와이어(2)는 소모전극 와이어의 뒤에 있다. 소모전극 와이어(1)과 필러 와이어(2)는 서로 평행하게 장치된다.

소모전극 와이어(1)로부터 모재(3)으로 흐르는 용접전류의 일부는 모재(3)과 필러 와이어(2)를 각각 접지와이어(5)와 (6)을 통하여 용접전원에 접지함에 의하여 필러 와이어(2)를 통해 분할된다.

제 1 도에는 와이어릴(7), 용융금속욕(8), 아크(9), 가스노즐(10) 및 용접금속(11)이 도시되어 있다. 제 1 도에서 화살표는 전류의 방향을 나타낸다.

상술한 기술은 고속 용접공정을 필요로 하는 강관의 연속 가접용접(tack welding)에 적용할 수도 있다.

[실시예 1]

저탄소강 용접관(벽두께 12.7mm, 외경 76.2cm, 길이 12m)를 사용하여 표 1에 도시한 것처럼 와이어의 삽입각을 변화시키면서 용접을 실시하였다. 표 2는 본 발명과 종래의 용접방법에 따른 용접속도와 용접의 품질을 비교한 것이다.

표 2에서 알 수 있는 바와같이, 종래의 용접속도는 7m/분을 초과할 수 없지만 본 발명은 와이어 사이각(θ₃)을 20°이하로 제한하고 필러 와이어를 후미로 하고 소모전극 와이어를 진행시켜 12m/분의 안정한 고속 용접속도를 얻을 수 있다.

[실시예 2]

실시예 1의 용접공정에 따라서, 12mm 두께의 강판에 비이드-판 용접을 실시하여 언더컷팅을 평가하였다.

용접조건은 다음과 같았다.

용접전류 270A, 시일드 가스 100% CO₂, 시일드 가스유량 20

/분, 소모전극 와이어 JIS YGW 12, 소모전극 와이어각 5%(진행), 소모전극 와이어 직경 1.2mm, 필러 와이어 JIS YGW 12, 필러 와이어각 5%(진행), 필러 와이어 직경 0.9mm, 와이어 사이각 0%, 와이어-팁 거리 8mm.

표 3은 본 발명과 종래의 용접방법으로 만들어진 용접물의 품질을 비교한 것이다.

표 3에서 알 수 있듯이, 종래의 방법에 의한 용접속도가 1.6m/분을 초과할때, 외관, 내부구조, 스퍼터링이 만족스럽지 못하였다. 1.8m/분을 초과하는 속도에서는 언더컷팅이 발생하였다. 한편, 본 발명에 의한 용접의 경우에는 용접속도가 2.4m/분이 될 때까지 양호한 외관, 내부구조, 스퍼터링이 양호하다는 것이 관찰되었다. 게다가 용접속도가 2.6m/분이 될때까지도 언더컷팅은 발견되지 않았다.

[실시예 3]

표 4에 기재한 조건하에서 실시예 1이 공정을 이용하여 알루미늄 합금에 용접을 실시하였다. 와이어 사이각, 와이어-팁 거리 및 소모전극과 필러 와이어 사이의 공급비들이 변화되었다. 그 결과는 표 5에 기재되어 있다.

표 5에서 알 수 있듯이, 다음과 같은 조건하에서 뛰어난 용접품질을 얻을 수 있을 것이다. 즉 와이어 삽입각(θ₁, θ₂)은 선단 와이어와 후미 와이어의 양자에 대하여 50°까지 될 수 있으며, 와이어 사이가(θ₃)은 20°를 초과할 수 없으며, 와이어-팁의 거리는 20mm를 초과할 수 없으며, 소모전극 와이어와 필러 와이어의 이용비(r)은 0.1-1.8이 된다.

[실시예 4]

본 발명과 종래의 MIG 용접에 따라 알루미늄을 용접하여 퍼커링을 비교하였다.

용접조건은 다음과 같았다. 용접전류 300-500A, 용접속도 1m/분, 필러 와이어 공급량 40g/분.

제 2 도에서 알 수 있듯이, 종래의 용접에서는 퍼커링이 나타나는 용착속도에서 본 발명에 의해 실시된 용접에서는 퍼커링이 거의 나타나지 않았다.

또한, 본 발명과 종래의 용접에 따른 용접부에서의 기공의 발생과 용접물의 기계적 성질에서는 큰 차이가 없는 것이 발견되었다. 또한, 본 발명의 방법에 의해 실시된 용접에서는 용접 뒤틀림이 훨씬 적다는 것이 발견되었다.

[실시예 5]

표 6에 기재된 조건하에서 탄소강이 용접되었으며, 여기서 와이어 사이각, 와이어-팁 거리, 와이어 공급량이 표 7에 기재한 것처럼 변화되었다. 표 7에서 알 수 있듯이, 다음의 조건 즉, 와이어 삽입각(θ₁, θ₂)은 선단 와이어와 후미 와이어 양자에 대하여 50°까지이며, 와이어 사이각(θ₃)은 20°까지이며, 와이어-팁의 거리(L)은 20mm까지이며, 소모전극 와이어와 필러 와이어의 이용비(r)는 0.1-1.8인 조건하에서 탄소강에 대하여 뛰어난 용접이 얻어질 수 있었다.

또한 본 발명과 종래의 용접에 따른 용접에서의 기공발생과 용접물의 기계적 성질에서 큰 차이가 없다는 것이 발견되었으며, 게다가 본 발명의 방법에 의하여 실시된 용접에서는 용접뒤틀림이 훨씬 적다는 것이 발견되었다.

[실시예 6]

와이어 삽입각, 와이어 사이각, 와이어-팁의 거리, 와이어 이용비를 표 9에 기재한 것처럼 변화시키는 한편 다른 용접 변수들은 표 8에 도시한 것처럼 일정하게 유지하면서 본 발명에 따라 스테인레스강이 용접 되었다.

표 9는 알루미늄 합금과 탄소강에 대한 이전의 실시예들에서와 같은 조건으로 스테인레스강에 대하여 뛰어난 용접품질을 얻을 수 있다는 것을 보여준다. 즉 와이어 삽입각(θ₁, θ₂)은 선단 와이어와 후미와이어 양자에 대하여 50°까지 될 수 있으며, 와이어 사이각(θ₃)는 20°까지 될 수 있으며, 와이어-팁의 거리(L)는 20mm까지 될 수 있으며, 소모전극 와이어와 필러 와이어 사이의 공급비(r)은 0.1-1.8이 될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 용접과 종래의 용접에서의 기공이 발생과 용접물의 기계적 성질에서 큰 차이는 발견되지 않았으며, 게다가 본 발명의 방법에 의하여 실시된 용접에서는 용접 비틀림이 훨씬 적었다.

상술한 실시예들에서, 용융금속욕 속으로 삽입된 필러 와이어를 통하여 분할된 전류는 3-25A였다. 이 범위의 전류에서 유사한 용접 품질이 얻어졌다.

상술한 구체예들에서 소모전극 와이어와 필러 와이어 사이의 와이어 사이각은 최대 20°로 설정되었으며, 와이어 사이각을 0°까지 줄여 와이어들이 평행하게 배열하도록 하여 높은 품질의 용접물이 높은 속도에서 효율적으로 만들어질 수 있다는 것이 발견되었다.

제 4 도와 제 5 도에서, 노즐(102)를 요접토치의 주 본체(101)에 연결하여 가스시일드(103)이 형성된다. 소모전극 와이어를 공급하기 위한 전도성 접촉관(104)가 가스시일드(103)의 중심축을 따라서 그 후방을 통하여 노즐(102)의 선단근방까지 삽입된다. 필러 와이어를 공급하기 위한 절연 접촉관(105)는 전도성 접촉관(104)에 평행하게 가스시일드(103)의 후방을 통하여 노즐(102)의 선단 근방까지 삽입 장착된다. 필러 와이어를 공급하기 위한 유연성 도관은 절연 접촉관(105)의 후방 단부(도시하지 않음)에 연결되며, 중심안내부재(108)과 (109)가 제공된다. 제 6a 도에 도시한 바와같이, 하나의 절연 접촉관(105)는 전도성 접촉관(104)에 평행하게 장착되며, 용접작업은 한쪽방향(제 6a 도에 좌측에서 우측으로)에 한정된다. 소모전극 와이어(106)을 통하여 흐르는 전류의 일부는 필러 와이어(107)을 가열한다. 제 6b 도에는 필러 와이어(107)을 공급하기 위한 두 개의 접촉관(105a)와 (105b)가 전도성 접촉관(104)의 직경 방향으로 서로 반대편에 장착된 구체예가 도시되어 있다. 필러 와이어(107)을 공급하기 위한 유연성 도관이 좌측접촉관(105a)에 연결되면 용접은 좌측에서 우측으로 진행할 것이다. 유연성 도관이 우측의 절연 접촉관(105b)에 연결되면 용접은 좌측으로 진행하여 2방향 용접이 가능해질 수 있다.

제 6c 도는 필러 와이어(107)을 공급하기 위한 절연 접촉관(105a), (105b), (105c) 및 (105d)가 전도성 접촉관(104)의 좌측 및 우측 뿐만 아니라 상부와 하부에도 배치된 본 발명의 구체예를 나타낸다. 제 6c 도에 도시한 구체예에서, 필러 와이어(107)을 공급하기 위한 유연성 도관을 적절히 선택하여 용접이 4방향으로 실시될 수 있다.

제 7 도에서, 필러 와이어(107)을 공급하기 위한 절연 접촉관(105)는 가스시일드(103)의 후방을 통하여 굽어져 삽입되며 전도성 접촉관(104)에 평행하게 가스시일드(103)속에 장착된다.

본 발명에 따라서, 제 4 도-제 7 도에 도시한 것처럼 소모전극 와이어와 필러 와이어를 모두 갖는 용접토치가 하나의 용접장치에 의하여 제공될 수 있는데, 이것은 절연 접촉관(105)가 전도성 접촉관(104)에 평행하게 용접토치의 가스시일드(103)의 내측에 장착되기 때문이다.

따라서, 본 발명에서는 소모전극 와이어와 필러 와이어에 대한 각각의 토치가 이용되는 종래 기술보다 개량된 하나의 용접장치에 의하여 많은 금속이 용착될 수 있다. 게다가, 본 발명의 용접장치는 훨씬 가벼워 용접작업중에 용접 작업자가 용접장치를 용이하게 지지하거나 고정할 수 있다. 하나의 종래 용접토치에 절연 접촉관(105)가 장착되고 필러 와이어(107)을 공급하기 위한 유연성 도관이 연결되기 때문에 무거운 부품이 거의 필요하지 않다.

또한 가스시일드속에 장착된 필러 와이어를 공급하기 위한 2개 또는 4개의 절연 접촉관을 가지며 또한 필러 와이어를 공급하기 위한 유연성 도관에 대한 연결을 변화시키므로 4방향까지 용접할 수 있다.

제 8 도는 용접전류의 일부가 필러 와이어(107)을 통하여 용접 전원장치의 접지단자에 분할되는 것을 나타낸다. 전도성 접촉 칩(112)는 필러 와이어가 공급원장치(111)로 부터 받아들여지는 지점에서 필러와이어(107)을 공급하기 위한 절연접촉관(110)의 후방단부 속에 배치된다. 접촉칩(112)는 연결 와이어(115)에 의하여 용접전원장치(113)의 접지단자(114)와 연결된다.

상기 구조로 인하여 전극와이어로 부터 모재로 흐르는 용접전류의 일부는 용융욕속에 삽입되는 필러와이어(107)을 통하여 분할될 수 있다. 전류는 접촉칩(112)와 연결와이어(115)를 통하여 용접전원단자(113)의 접지단자(114)에 복귀한다.

전도성 접촉칩(112)는 절연접촉관뒤에 장착될 수 있다. 이렇게 전도성 접촉칩을 도관필러와이어에 연결시킴으로써 상술한 것처럼 용접전류가 효과적으로 분할될 수 있다. 다른 방법으로 절연접촉관속으로의 입구 근처의 유연성 도관에 선단와이어를 부착하고, 유연성 도관과 절연 접촉관과 결합하도록 전도성 접촉칩을 선단와이어와 접촉장착시키고, 선단와이어를 용접전원의 접지단자에 부착시킴으로써 용접전류의 일부는 필러와이어를 통하여 용접전원장치의 접지단자에 유도될 수 있다.

본 발명은 본 명세서에서 설명한 구조를 참고로 하여 설명하였지만 본 명세서의 내용에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구의 범위내에서 본 발명은 변형 및 수정이 가능하다.

[표 1]

[표 2]

주(1) 샘플번호 1과 2는 종래방법에 의하여 용접되었다.

(2) 샘플번호 3-7에 대한 와이어-팁의 거리는 50mm였다.

(3) 샘플번호 7은 필러 와이어가 선행하면서 용접되었다.

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

[표 7]

[표 8]

[표 9]

Claims

산단의 소모전극 와이어와 후미의 필러 외이어를 상기 와이어들사이의 각이 20° 이하가 되도록 하나의 가스 시일드 노즐속에 삽입하는 단계와, 소모전극 와이어와 용접될 모재를 전원에 연결하는 단계와, 가스 시일드 노즐을 아크 용접가스의 공급원에 연결하는 단계와, 소모전극 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 용융금속욕을 형성하고 상기 모재위에 용접물을 용착시키는 단계와, 소모전극 와이어를 통과하는 전류의 일부를 필러 와이어를 통하여 유도하여 상기 필러 와이어를 가열하고 필러 와이어로 부터의 금속을 용융금속욕에 이동시키는 단계와, 필러 와이어를 통과하는 전류를 전원의 접지단자에 귀환시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접방법.
제 2 항에 있어서, 소모전극 와이어와 필러 외이어를 50°를 초과하지 않는 전방 또는 후방 삽입각으로 용접될 부분속에 삽입하는 단계와, 와이어-팁의 거리가 용접속도(m/분)의 평반근의 20배를 초과하지 않도록 소모전극 와이어와 필러 와이어를 배치하는 단계와, 소모전극 와이어에 대한 필러 와이어의 이용비를 0.1-1.8의 범위로 유지시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접방법.
용접헤드를 갖는 하우징과, 이격된 아크용접 가스의 공급원으로 부터 용접될 모재로 아크용접 가스를 안내하기 위하여 상기 하우징의 용접헤드에 장착된 시일드 노즐과, 제1 와이어 공급원으로 부터 상기 시일드 노즐의 내부로 소모전극 와이어를 이동시켜 상기 소모전극 와이어를 상기 시일드 노즐속에서 유동하는 아크용접 가스와 접촉시키기 위하여 상기 시일드 노즐내에서 상기 시일드 노즐과 동축으로 배치된 전도성 접촉관과, 제 2 와이어 공급원으로 부터 용접될 모재로 필러 와이어를 이동시키기 위하여 상기 전도성 접촉관과 평행하게 배열하도록 상기 시일드 노즐속에 장착된 절연접촉관, 으로 구성되며, 상기 소모전극 와이어와 상기 필러 와이어는 이격된 전원에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접토치.
제 3 항에 있어서, 상기 전도성 접촉관과 평행하도록 그리고 상기 전도성 접촉관의 양측에 배치되도록 상기 시일드 노즐속에 장치된 2개의 절연 접촉관을 갖는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접토치.
제 3 항에 있어서, 상기 전도성 접촉관과 평행하게 배열되고 상기 전도성 접촉관 둘레로 90°의 간격을 가지고 일정하게 분포되도록 상기 시일드 노즐속에 장치된 4개의 절연 접촉관을 갖는 것을 특징으로 하는 소모전극식 아크용접토치.