WO2016137025A1 - 아크 용사 시스템 - Google Patents

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WO2016137025A1
WO2016137025A1 PCT/KR2015/001784 KR2015001784W WO2016137025A1 WO 2016137025 A1 WO2016137025 A1 WO 2016137025A1 KR 2015001784 W KR2015001784 W KR 2015001784W WO 2016137025 A1 WO2016137025 A1 WO 2016137025A1
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WO
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arc
guide
metal wires
compressed air
high frequency
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/001784
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English (en)
French (fr)
Inventor
류화성
이한승
김성배
Original Assignee
한양대학교에리카산학협력단
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
    • C23C4/16—Wires; Tubes

Definitions

  • the present invention relates to an arc spraying system, and more particularly, to an arc spraying system using high frequency, an arc spraying method using the same, an alloy for arc spraying, an arc spraying apparatus using the same, an arc spraying event, and an arc spraying method using the same. It is related to the arc spray system comprising a.
  • Electric arc spraying generates arc heat between two metal wires, scatters the molten metal wire by arc heat with compressed air and deposits it on the surface of the material.
  • the molten metal wire Since the molten metal wire is directly heated by arc heat, it has high thermal efficiency, high adhesion to a material, and is widely used in various fields requiring metal coating.
  • the molten metal wire Since the molten metal wire is scattered according to the supply direction of the compressed air, the molten metal wire may be conformally and densely applied, or may be thickly applied only to a part of the material, depending on how and in which direction the compressed air is supplied. . In addition, depending on the shape of the material, the application of the molten metal wire in an elliptical shape may increase the arc spray work efficiency.
  • One technical problem to be solved by the present invention is to provide a high-reliability high-frequency arc spraying system and an arc spraying method using the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a high-frequency arc spraying system and an arc spraying method using the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a high frequency arc spraying system with improved work efficiency and an arc spraying method using the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a high-frequency arc spraying system for spraying compressed air to the molten metal wire and the arc spraying method using the same adaptively according to the external working environment.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an alloy for arc spraying of high reliability and an arc spraying apparatus using the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an alloy for arc spraying with improved corrosion and durability and an arc spraying apparatus using the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an arc spraying apparatus using an alloy for arc spraying with improved work efficiency.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an arc spraying apparatus using an alloy for arc spraying to inject compressed air to the molten metal wire adaptively according to the external environment.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a high reliability arc spraying and arc spraying method.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an arc spraying and arc spraying method with improved work efficiency.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an arc spraying and arc spraying method for injecting compressed air to the molten metal wire adaptively according to the external environment.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a high frequency arc spraying system.
  • the high frequency arc spraying system includes a wire guide part for guiding metal wires, a high frequency power supply unit for supplying a high frequency current to the metal wires, and compression to the metal wires melted by an arc generated according to the supply of the high frequency current. And a central injection nozzle for injecting air.
  • the high frequency power supply may include supplying a high frequency current of 40 to 100 KHz to the metal wires.
  • the arc generated according to the supply of the high frequency current may include generating heat of 700 to 1100 ° C.
  • the high frequency arc spraying system further includes a spraying gun that is directly operated by a user and a control feeder connected to the spraying gun, wherein the spraying gun includes the wire guide and the central spray nozzle. May include a high frequency power supply.
  • the thermal spraying gun is positioned around the central injection port, and is disposed to be inclined toward the central injection nozzle, and further includes a guide injection nozzle for injecting compressed air to the molten metal wires, the injection from the guide injection nozzle.
  • the advancing direction of the compressed air may be one having an inclination angle with the advancing direction of the compressed air injected from the central injection nozzle.
  • the guide injection nozzle may include a guide injection hole through which compressed air is injected, and an injection hole size adjusting unit mounted on the guide injection hole.
  • the injection hole size adjusting unit may include a plurality of segments blocking the guide injection hole, and the size of the guide injection hole may be adjusted according to the degree of overlap of the plurality of segments.
  • the present invention provides an arc spraying method.
  • the arc spray method includes the steps of preparing metal wires, applying a high frequency current to the metal wires, melting the metal wires by an arc generated according to the application of the high frequency current, and a central injection nozzle. Using, spraying compressed air onto the molten metal wires.
  • the high frequency current may include having a frequency of 40 ⁇ 100 KHz.
  • the arc generated according to the application of the high frequency current may include generating heat of 700 to 1100 ° C.
  • the arc spray method uses a guide jet nozzle located around the central jet nozzle, the compressed air to the molten metal wires in a direction having a predetermined inclination angle with the direction in which the central jet nozzle jets compressed air.
  • the method may further include spraying.
  • the arc spraying method may further include adjusting a size of the guide injection hole of the guide injection nozzle before injecting compressed air using the guide injection nozzle.
  • the present invention provides an alloy for arc spraying.
  • the alloy for arc spraying includes a wire rod guide for guiding the metal wires for generating an arc, and a central injection nozzle for injecting compressed air to the metal wires melted by the arc.
  • the metal wires include an alloy of zinc (Zn) and tin (Sn).
  • the alloy may comprise 65% zinc and 35% tin.
  • the alloy may include at least one of nickel (Ni) and silicon (Si).
  • the content of nickel in the alloy may be 0.25 to 2%, and the content of silicon may include 0.1 to 1%.
  • the present invention provides an arc spraying device.
  • the arc spraying device is a wire rod guide for guiding the metal wires for generating an arc, a central injection nozzle for injecting compressed air to the metal wires melted by the arc, and located around the central injection port, melting And a guide injection nozzle for injecting compressed air to the metal wires, wherein the metal wires comprise an alloy of zinc and tin.
  • the alloy may include that at least one of nickel or silicon is added.
  • the zinc ratio of the alloy may include higher than the tin ratio.
  • the guide jet nozzle is disposed to be inclined toward the central jet nozzle, and the advancing direction of the compressed air jetted from the guide jet nozzle has an inclination angle with the advancing direction of the compressed air jetted from the central jet nozzle. It may include.
  • the guide injection nozzle may include a guide injection hole through which compressed air is injected, and an injection hole size adjusting unit mounted on the guide injection hole.
  • the injection hole size adjusting unit may include a plurality of segments blocking the guide injection hole, and the size of the guide injection hole may be adjusted according to the degree of overlap of the plurality of segments.
  • the present invention provides an arc spraying event.
  • the arc thermal spraying the wire guide portion for guiding the metal wires for generating an arc (arc), a central injection nozzle for injecting compressed air to the metal wires melted by the arc, and located around the central injection port, melting And a guide injection nozzle for injecting compressed air to the metal wires.
  • the guide spray nozzle may include being inclined toward the central spray nozzle.
  • the advancing direction of the compressed air jetted from the guide jetting nozzle may include one having an inclination angle with the advancing direction of the compressed air jetted from the central jetting nozzle.
  • the guide injection nozzle may be provided in plurality, and the plurality of guide injection nozzles may be disposed to be spaced apart from each other, and disposed to surround the central injection nozzle.
  • the size of at least one of the plurality of guide injection nozzles may include a different size from that of the other injection holes.
  • the guide injection nozzle may include a guide injection hole through which compressed air is injected, and an injection hole size adjusting unit mounted on the guide injection hole.
  • the injection hole size adjusting unit may include a plurality of segments blocking the guide injection hole, and the size of the guide injection hole may be adjusted according to the degree of overlap of the plurality of segments.
  • the present invention provides an arc spraying method.
  • the arc spraying method may include preparing metal wires, supplying power to the metal wires to generate an arc to melt the metal wires, and supplying compressed air to the molten metal wires using a central injection nozzle. Spraying, and spraying compressed air onto the molten metal wires in a direction in which the central spray nozzle sprays compressed air by using a guide spray nozzle positioned around the central spray nozzle and having a predetermined inclination angle. Steps.
  • the arc spraying method may further include the molten metal wires flying in an elliptical shape by compressed air injected from the guide injection nozzle.
  • the arc spraying method may further include adjusting a size of the guide injection hole of the guide injection nozzle before injecting compressed air using the guide injection nozzle.
  • the guide injection nozzle may be provided in plurality, and adjusting the size of the guide injection holes of the guide injection nozzle may include adjusting the sizes of the guide injection holes of the plurality of guide injection nozzles, respectively.
  • the guide injection nozzle may include a plurality of segments blocking the guide injection hole, and adjusting the size of the guide injection hole may include adjusting a degree of overlapping of the plurality of segments.
  • the high frequency arc spraying system according to an embodiment of the present invention, the high frequency power supply for supplying a high frequency current to the metal wires, and injecting compressed air to the metal wires melted by the arc generated in accordance with the supply of the high frequency current A central spray nozzle.
  • the high temperature current supplied to the metal wires increases the temperature of the arc heat, so that the metal wires can be melted into denser particles.
  • the molten metal wires may be applied onto the material with a coating film having a conformal and dense structure, thereby improving durability and corrosion resistance of the coating film.
  • an arc thermal spray gun including a wire guide for guiding the metal wires for generating an arc (arc), and a central injection nozzle for injecting compressed air to the metal wires melted by the arc
  • the metal wires include an alloy of zinc (Zn) and tin (Sn).
  • the coating film formed by applying the molten metal wires and cooling may have improved corrosion resistance and durability.
  • the arc spraying according to an embodiment of the present invention is a central injection nozzle for injecting compressed air to the metal wires melted by the arc, and is positioned around the central injection port, the compressed air to the molten metal wires And a guide spray nozzle for spraying. Because of this, the molten metal wires can be easily scattered and applied to the material.
  • the size of the guide injection hole of the guide injection nozzle can be adjusted. Accordingly, by using the guide injection nozzle, compressed air may be injected to the metal wires that are adaptively melted in the working environment, thereby improving work efficiency.
  • FIG. 1 is a view for explaining the arc spray system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining an arc spraying event included in an arc spraying system according to an exemplary embodiment of the present invention, and briefly illustrates a wire rod guide, a central spray nozzle, and a guide spray nozzle included in an arc spraying gun.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an arc spraying method using an arc spraying system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is for explaining an arc spraying according to an exemplary embodiment of the present invention, and briefly illustrates a wire rod guide, a center spray nozzle, and a guide spray nozzle included in the arc spraying event.
  • 5 and 6 are for explaining the guide injection nozzle included in the arc spray gun according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are for explaining the embodiments of the guide injection nozzle included in the arc spray gun according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an arc spraying method using an arc spraying gun according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • first, second, and third are used to describe various technical configurations, but they should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment.
  • Arc spraying system may use a high frequency.
  • an arc spraying system using a high frequency and an arc spraying method using the same will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 is a view for explaining the arc spray system according to an embodiment of the present invention.
  • the arc spraying gun 100 may receive a metal wire from the wire supply unit 200.
  • the wire rods 200 may be wound around the metal wires.
  • the metal wires wound on the wire rod supply unit 200 may be supplied to the arc spray gun 100 according to the amount of the metal wire rod consumed by the arc spray gun 100.
  • the control supplier 300 may supply compressed air and power to the arc thermal spraying 100.
  • the control supplier 300 may include a high frequency generator 310.
  • the high frequency generator 310 may convert the power received from the outside into a high frequency power.
  • the high frequency generator 310 may generate a high frequency power source using various power semiconductor devices.
  • the frequency of the high frequency power supply may be 40 ⁇ 100 KHz.
  • the high frequency power supplied from the high frequency generator 310 of the control supplier 300 may be applied to the metal wires to generate arcs in the metal wires, and the metal wires may be melted by the arc heat. .
  • the molten metal wire may be applied toward the material by the compressed air injected from the arc spray gun 100.
  • the high frequency current flows only near the surface of the conductor. This is because induction electromotive force generated because the direction of the high frequency current flowing through the metal wire changes rapidly is generated inside the metal wire, making it difficult for the high frequency current to flow through the center of the metal wire.
  • the arc heat generated by the application of the high frequency current increases.
  • the arc heat generated by applying a current of 60 Hz to the metal wires is 700 ° C
  • the arc heat generated by applying a high frequency current of 50 KHz to the metal wires is 700-1100 ° C.
  • the molten metal wires may be applied to the material with a coating film having a more conformal and dense structure. Accordingly, durability and corrosion resistance of the coating film formed by arc spraying can be improved.
  • An arc spray operator may hold the arc spray gun 100 in his hand and scatter molten metal toward the material. This will be described with reference to FIG. 2.
  • FIG. 2 is a view for explaining an arc spraying event included in an arc spraying system according to an exemplary embodiment of the present invention, and briefly illustrates a wire rod guide, a central spray nozzle, and a guide spray nozzle included in an arc spraying gun.
  • the wire guides 122 and 124 may guide the metal wires 132 and 134 supplied from the wire feeder 200 described with reference to FIG. 1.
  • the metal wires 132 and 134 may pass through the wire supply unit 200 and may be adjacent to each other.
  • High-frequency power may be applied to the metal wires 132 and 134 from the high frequency generator 310 of the control supply 300 described with reference to FIG. 1 through power terminals 142 and 144. As a result, an arc may be generated between the metal wires 132 and 134 adjacent to each other. The metal wires 132 and 134 may be melted by an arc.
  • Compressed air may be injected toward the metal wires 132 and 134 melted from the central injection nozzle 110.
  • the central spray nozzle 110 may be disposed between the wire guides 132 and 134.
  • the molten metal wires 132 and 134 may be scattered and applied toward the material 400 by the compressed air supplied from the central injection nozzle 110.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an arc spraying method using an arc spraying system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • metal wires are prepared (S112).
  • a high frequency current may be applied to the metal wires.
  • S122 As described above with reference to FIG. 1, the high frequency of the control supply 300.
  • the high frequency power generated from the generator 310 may be provided to the metal wires.
  • the metal wires may be melted by an arc generated according to the application of the high frequency current.
  • the high frequency current may have a frequency of 40 to 100 KHz, and the arc generated according to the application of the high frequency current may be It can generate heat of 700 ⁇ 1100 °C.
  • compressed air may be injected onto the molten metal wires using the central injection nozzle 110 (S142). Compressed air injected from the central injection nozzle 110 may be used.
  • the molten metal wires can be scattered toward the material and applied to the material. Further, as described with reference to FIG. 1, by the high frequency current, the metal wires can be melted into dense particles at high temperature, so that the molten metal wires conform to the material and form a dense structure. It can be applied with a coating film having.
  • the metal wire supplied from the wire supply unit 200 described with reference to FIG. 1 may include zinc (Zn) and tin (Sn).
  • Zn zinc
  • Sn tin
  • the metal wires may be an alloy of zinc (Zn) and tin (Sn).
  • the zinc ratio of the alloy may include higher than the tin ratio.
  • the alloy may comprise 65% zinc and 35% tin.
  • additives may be added in the alloy of the metal wire.
  • at least one of nickel (Ni) or silicon (Si) may be added to the alloy.
  • the nickel content of the alloy may include 0.25 to 2%
  • the content of silicon may include 0.1 to 1%.
  • the metal wires for arc spraying may be formed of an alloy of zinc and tin. Accordingly, the molten metal wires are coated and cooled to form a coating film having excellent corrosion resistance and durability.
  • an alloy for arc spraying according to an embodiment of the present invention and comparative examples thereof will be described.
  • Table 1 shows the composition ratio of the alloy for arc spraying containing zinc and tin according to the embodiment of the present invention, and the composition ratio of the alloy for arc spraying not containing zinc and tin according to a comparative example.
  • Table 1 The furtherance costs of alloy Method Example 1 Zinc-Tin (65:35) Arc warrior Example 2 Zinc-Tin (60:40) Arc warrior Comparative Example 1 Zinc-Aluminum (15:85) Arc warrior Comparative Example 2 Zinc-Aluminium (50:50) Arc warrior Comparative Example 3 Zinc cover Plated Comparative Example 4 Urethane resin stamp Comparative Example 5 No treatment -
  • Example 1 and Example 2 according to the embodiment of the present invention was treated with an alloy containing zinc and tin surface of the SS400 steel sheet by the arc spray method, Comparative Examples 1 to 2 are zinc and aluminum
  • the alloy containing was surface-treated with the SS400 steel plate by the arc spraying method.
  • Comparative Example 3 the SS400 steel plate was plated with zinc. In Comparative Example 4, the SS400 steel plate was coated with urethane resin, and in Comparative Example 5, the SS400 steel plate was not subjected to any surface treatment.
  • ⁇ Table 2> and ⁇ Table 3> are CASS test results of SS400 steel sheets surface-treated with an arc spraying method using zinc-tin alloys according to Examples 1 and 2, respectively.
  • > Are CASS test results of SS400 steel sheets surface-treated according to Comparative Examples 1 to 5, respectively.
  • Table 4 Elapsed time Surface Condition (Comparative Example 1) 1 day Slightly glossy and light gray color 3 days Glossy disappears Some white rust occurs 5 days White blue broadens overall 7 days The occurrence of red blue with white blue 10 days White and red blue are increasing overall 15th In part, the amount of red blue rapidly increases
  • Table 6 Elapsed time Surface Condition (Comparative Example 3) 1 day Light gray, weak metallic luster 3 days Gloss disappears and some white spots occur 5 days Broadening of white 7 days Wide white and fine red blue 10 days White and red blue gradually increase 15th The amount of red blue increases
  • Table 8 Elapsed time Surface Condition (Comparative Example 5) 1 day Metallic luster disappears, white rust occurs locally 3 days Wide range of white and red blue 5 days White and red blue increase overall 7 days There is trace of white blue and red blue 10 days Red and white rust occurs in approximately 90% of the specimen 15th Corrosion is severe enough that red blue covers the surface
  • Example 2 compared with the surface state of Example 1 and Example 2, it can be seen that in the case of Comparative Example 1, the amount of red blue rapidly increases after 15 days, and in the case of Comparative Example 2, the white blue is significantly increased after 10 days In the case of Comparative Example 3, the amount of white blue and red blue gradually increased after 10 days, and then the amount of red blue increased after 15 days. It can be seen that red blue is increased significantly, and in the case of Comparative Example 5, it can be seen that white blue and red blue are widely generated after 3 days.
  • a guide spray nozzle may be mounted on the arc spraying gun so that the arc spraying worker may supply compressed air to the molten metal wire according to the shape of the material and the external working environment.
  • FIG. 4 is for explaining an arc spraying according to an exemplary embodiment of the present invention, and briefly illustrates a wire rod guide, a center spray nozzle, and a guide spray nozzle included in the arc spraying event.
  • the wire guides 122 and 124 may guide the metal wires 132 and 134 supplied from the wire feeder 200 described with reference to FIG. 1.
  • the metal wires 132 and 134 may pass through the wire supply unit 200 and may be adjacent to each other.
  • the metal wires 132 and 134 may be supplied with power supplied from the control supplier 300 described with reference to FIG. 1. As a result, an arc may be generated between the metal wires 132 and 134 adjacent to each other. The metal wires 132 and 134 may be melted by an arc.
  • Compressed air may be injected toward the metal wires 132 and 134 melted from the central injection nozzle 110.
  • the central spray nozzle 110 may be disposed between the wire guides 132 and 134.
  • Guide spray nozzles 152 and 154 may be disposed around the central spray nozzle 110.
  • the guide spray nozzles 152 and 154 may be spaced apart from each other.
  • the guide spray nozzles 152 and 154 may be disposed to surround the center spray nozzle 110 with the center spray nozzle 110 at the center.
  • the molten metal wires 132 and 134 are first scattered toward the material 400 by the compressed air supplied from the central injection nozzle 110, and the guide injection nozzles 152 and 154
  • the compressed air supplied may be secondarily scattered toward the material 400.
  • the guide spray nozzles 152 and 154 may be disposed to be inclined toward the central spray nozzle 110. Accordingly, the traveling direction of the compressed air sprayed from the guide spray nozzles 152 and 154 may have an inclination angle with the traveling direction of the compressed air sprayed from the central spray nozzle 110. According to an embodiment, the direction in which the compressed air is injected from the guide injection nozzles 152 and 154 may be adjusted. By the compressed air injected from the guide injection nozzles 152 and 154, the molten metal wires may be more easily scattered toward the material 400.
  • the guide injection nozzles 152 and 154 may include guide injection holes through which compressed air is injected and injection hole size adjusting parts for adjusting the size of the guide injection holes.
  • injection hole size adjusting unit By the injection hole size adjusting unit, the size and opening and closing of the guide injection holes of the guide injection nozzles 152 and 154 may be adaptively adjusted according to the working environment. This will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • 5 and 6 are for explaining the guide injection nozzle included in the arc spray gun according to an embodiment of the present invention.
  • an injection hole size adjusting unit including a plurality of segments Seg1, Seg2... SegN may be mounted in the guide injection hole 152a of the guide injection nozzle 152 described with reference to FIG. 4. have.
  • the plurality of segments Seg1, Seg2... SegN of the injection hole size adjusting unit may block the guide injection hole 152a.
  • the size of the guide injection hole 152a may be reduced as shown in FIG. 5.
  • the compressed air supplied from the guide injection nozzle 152 may be provided to the metal wires 132 and 134 melted through the guide injection hole 152a having a relatively narrow size.
  • the guide injection nozzle 152 may inject compressed air of a relatively high pressure to the molten metal wires 132 and 134.
  • the guide spray nozzle 152 may be formed at a portion of a relatively narrow range of the molten metal wires 132 and 134 which are primarily scattered by the compressed air supplied from the central spray nozzle 110. Compressed air can be provided.
  • the size of the guide injection hole 152a may increase as illustrated in FIG. 6.
  • the compressed air supplied from the guide injection nozzle 152 may be provided to the metal wires 132 and 134 melted through the guide injection hole 152a having a relatively large size.
  • the guide injection nozzle 152 may inject compressed air of relatively low pressure to the molten metal wires 132 and 134.
  • the guide injection nozzle 152 may be formed at a relatively wide range of a portion of the molten metal wires 132 and 134 that are primarily scattered by the compressed air supplied from the central injection nozzle 110. Compressed air can be provided.
  • the guide injection holes 152a of the guide injection nozzle 152 may be completely blocked by the plurality of segments Seg1, Seg2... SegN. In this case, compressed air may not be injected into the metal wires 132 and 134 melted from the guide injection nozzle 152.
  • the guide jet hole 152a of one of the guide jet nozzles 152 described with reference to FIG. 4 is shown, the other guide jet nozzle 154 is also shown in FIGS. 5 and FIG. It may include a nozzle size adjustment as described with reference to 6.
  • the central injection nozzle 110 described with reference to FIG. 4 may also include an injection hole size adjusting unit as described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the size and opening / closing of the guide injection holes of the plurality of guide injection nozzles may be adjusted according to the working environment. This will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 and 8 are for explaining the embodiments of the guide injection nozzle included in the arc spray gun according to an embodiment of the present invention.
  • the first to fourth guide injection nozzles 152 and 154 around the jet port 130 where the metal wires 132 and 134 are melted by the central injection nozzle 110 and the arc. , 156 and 158 may be disposed.
  • the first to fourth guide spray nozzles 152, 154, 156, and 158 may be arranged to surround the branching holes 130.
  • the first to fourth guide injection nozzles 152, 154, 156, and 158 may include injection hole size adjusting units having a plurality of segments described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the size of the guide injection holes of the first to fourth guide injection nozzles 152, 154, 156, and 158 may be relatively large.
  • the size of the guide injection holes of the first to fourth guide injection nozzles 152, 154, 156, and 158 may be similar.
  • the first to fourth guide injection nozzles 152, 154, 156, and 158 may be injected with a relatively low pressure of compressed air.
  • the first to fourth guide injection nozzles 152, 154, 156, and 158 may be injected onto the metal wires in which compressed air of a similar pressure is melted.
  • the sizes of the guide injection holes of the first to fourth guide injection nozzles 152, 154, 156, and 158 may be different from each other.
  • the size of the guide injection holes of the first guide injection nozzle 152 and the third guide injection nozzle 156 may be relatively small.
  • the size of the second guide injection nozzle 154 and the guide injection holes of the fourth guide injection nozzle 158 may be relatively large.
  • relatively low pressure compressed air may be injected in the second and fourth guide injection nozzles 154 and 158 in a relatively wide range, and the first guide injection nozzle 152 and the third guide injection nozzle may be injected.
  • relatively high pressure compressed air may be injected in a relatively narrow range.
  • the size of the guide injection hole of any one of the first to fourth guide jetting nozzles 152, 154, 156, and 158 has the remaining guide. It may be larger or smaller than the size of the guide nozzles of the spray nozzles.
  • the guide injection hole of at least one guide injection nozzle of the first to fourth guide injection nozzles 152, 154, 156, and 158 may be completely closed. According to another embodiment, when the guide injection holes of the first and second guide injection nozzles 152 and 154 are completely closed, and the guide injection holes of the third and fourth guide injection nozzles 156 and 158 are opened. The molten metal wires 132 and 134 may be scattered in an elliptical shape by compressed air injected from the third and fourth guide injection nozzles 156 and 158.
  • guide spray nozzles are arranged in FIGS. 7 and 8, three or less guide spray nozzles may be disposed, or five or more guide spray nozzles may be disposed.
  • the size or opening or closing of the guide injection holes of the guide injection nozzles included in the arc spraying according to an embodiment of the present invention can be adjusted. Accordingly, the size and opening or closing of the guide injection holes of the guide injection nozzles may be adaptively adjusted according to various working environments, thereby improving arc spraying work efficiency.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an arc spraying method using an arc spraying gun according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • metal wires are prepared.
  • Power may be supplied to the metal wires to generate an arc, and the metal wires may be melted by an arc (S120).
  • the compressed air may be injected to the metal wires melted using the central injection nozzle 110 (S130) by the compressed air injected from the central injection nozzle (110).
  • the molten metal wires may be primarily scattered.
  • Compressed air may be injected onto the molten metal wires by using the guide injection nozzles 152 and 154 located around the central injection nozzle 110.
  • the guide injection nozzles 152, As described with reference to FIG. 4, 154 may inject compressed air into the molten metal wires in a direction in which the central injection nozzle 110 injects compressed air and has a predetermined inclination angle. have.
  • the molten metal wires primarily scattered by the compressed air sprayed from the central spray nozzle 110 may be secondarily scattered by the compressed air sprayed from the guide spray nozzles 152 and 154. .
  • the guide injection nozzles 152 and 154 may include an injection hole size adjusting unit for adjusting the size of the guide injection hole of the guide injection nozzles 152 and 154 as described with reference to FIGS. 5 and 6. .
  • the injection hole size adjusting unit may include a plurality of segments Seg1, Seg2... SegN, as described with reference to FIGS. 5 and 6. In this case, the size and opening or closing of the guide injection hole may be adjusted according to the degree of overlap of the plurality of segments Seg1, Seg2... SegN.
  • the size of the guide injection port It may further comprise the step of adjusting.
  • the size of the guide nozzle can be adjusted using the arc spray gun 100 described with reference to FIG. 1, or alternatively, using the control feeder 300.
  • the guide injection nozzles 152, 154, 156, 158 are provided in plural, the plurality of guide injection nozzles 152, 154, 156, 158 are provided.
  • the size and opening or closing of the guide injection holes of the can be adjusted respectively.
  • the molten metal wires can be scattered in an oval shape.
  • An arc spraying system includes an arc spraying system using a high frequency, an arc spraying method using the same, an alloy for arc spraying, an arc spraying apparatus using the same, arc spraying, and arc spraying method using the same It can be used in the field of arc spraying technology.

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Abstract

아크 용사 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 시스템은, 고주파를 이용한 아크 용사 시스템, 이를 이용한 아크 용사 방법, 아크 용사를 위한 합금, 이를 이용한 아크 용사 장치, 아크 용사건, 및 이를 이용한 아크 용사 방법을 포함한다.

Description

아크 용사 시스템
본 발명은 아크 용사 시스템에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 고주파를 이용한 아크 용사 시스템, 이를 이용한 아크 용사 방법, 아크 용사를 위한 합금, 이를 이용한 아크 용사 장치, 아크 용사건, 및 이를 이용한 아크 용사 방법을 포함하는 아크 용사 시스템에 관련된 것이다.
아크 용사(electric arc spraying)란, 2개의 금속 선재 사이에 아크(arc) 열을 발생시켜, 아크 열에 의해 용융된 금속 선재를 압축공기로 비산(飛散)시켜 소재의 표면에 증착시키는 것이다.
용융되는 금속 선재가 아크 열에 의해 직접적으로 가열이 되기 때문에 열 효율이 높고, 소재에 대한 밀착도가 높아, 금속 도장이 필요한 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.
대한민국 특허 공개공보 2003-0085391(출원번호 10-2002-0023803)에 개시된 것과 같이, 작업자가 등에 질 수 있는 선재 공급기를 이용하여 연속적인 아크 용사 작업이 가능하게 하도록 구성된 도장용 아크 용사 시스템 등이 개발되고 있다.
용융된 금속 선재는 압축 공기의 공급 방향에 따라 비산되므로, 압축 공기를 어떤 방향에서 어떻게 공급하느냐에 따라, 용융된 금속 선재가 콘포말하고 조밀하게 도포될 수도 있고, 소재의 일부분에만 두껍게 도포될 수도 있다. 또한, 소재의 모양에 따라서, 용융된 금속 선재를 타원형으로 도포하는 것이 아크 용사 작업 능률을 상승시킬 수도 있다.
또한, 아크에 의해 발생된 열이 낮은 경우, 금속 선재들이 충분히 용융되지 못해, 용융된 금속 선재가 콘포말하고 조밀하게 도포되는 못하는 문제점이 발생한다.
이에 따라, 아크에 의해 발생되는 열의 온도를 높이고, 외부 작업 환경에 따라 적응적으로 용융된 금속 선재에 압축 공기를 공급하기 위한 다양한 방법들에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다. 또한, 용융된 금속 선재들이 소재에 도포되어 냉각되어 형성된 코팅막이 우수한 부식성 및 내구성을 가질 수 있는 금속 선재의 합금 재료에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고신뢰성의 고주파 아크 용사 시스템 및 이를 이용한 아크 용사 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 조밀하게 도포 가능한 고주파 아크 용사 시스템 및 이를 이용한 아크 용사 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 작업 능률이 향상된 고주파 아크 용사 시스템 및 이를 이용한 아크 용사 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 외부 작업 환경에 따라 적응적으로, 용융된 금속 선재에 압축 공기를 분사하는 고주파 아크 용사 시스템 및 이를 이용한 아크 용사 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고신뢰성의 아크 용사를 위한 합금 및 이를 이용한 아크 용사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 부식성 및 내구성이 향상된 아크 용사를 위한 합금 및 이를 이용한 아크 용사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 작업 능률이 향상된 아크 용사를 위한 합금을 이용한 아크 용사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 외부 환경에 따라 적응적으로, 용융된 금속 선재에 압축 공기를 분사하는 아크 용사를 위한 합금을 이용한 아크 용사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고신뢰성의 아크 용사건 및 아크 용사 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 작업 능률이 향상된 아크 용사건 및 아크 용사 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 외부 환경에 따라 적응적으로, 용융된 금속 선재에 압축 공기를 분사하는 아크 용사건 및 아크 용사 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 고주파 아크 용사 시스템을 제공한다.
상기 고주파 아크 용사 시스템은, 금속 선재들을 안내하는 선재 안내부, 상기 금속 선재들로 고주파 전류를 공급하는 고주파 전원부, 및 상기 고주파 전류의 공급에 따라 발생된 아크에 의해 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐을 포함한다.
상기 고주파 전원부는 상기 금속 선재들로 40~100 KHz의 고주파 전류를 공급하는 것을 포함할 수 있다.
상기 고주파 전류의 공급에 따라 발생된 아크는 700~1100℃의 열을 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 고주파 아크 용사 시스템은, 사용자가 직접 손에 들고 조작하는 용사건 및 상기 용사건과 연결된 제어 공급기를 더 포함하되, 상기 용사건은 상기 선재 안내부 및 상기 중앙 분사 노즐을 포함하고, 상기 제어 공급기는 고주파 전원부를 포함할 수 있다.
상기 용사건은, 상기 중앙분사구 주변에 위치하되, 상기 중앙 분사 노즐을 향하여 기울어지도록 배치되고, 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 가이드 분사 노즐을 더 포함하되, 상기 가이드 분사 노즐에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향은, 상기 중앙 분사 노즐에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향과 임의의 경사 각도를 갖는 것을 포함할 수 있다.
상기 상기 가이드 분사 노즐은, 압축 공기가 분사되는 가이드 분사구, 및 상기 가이드 분사구에 장착된 분사구 크기 조절부를 포함 수 있다.
상기 분사구 사이즈 조절부는, 상기 가이드 분사구를 막는 복수의 세그먼트들을 포함하고, 상기 복수의 세그먼트들이 중첩되는 정도에 따라 상기 가이드 분사구의 크기가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 아크 용사 방법을 제공한다.
상기 아크 용사 방법은, 금속 선재들을 준비하는 단계, 상기 금속 선재들에 고주파 전류를 인가하는 단계, 상기 고주파 전류의 인가에 따라 발생된 아크에 의해 상기 금속 선재들을 용융시키는 단계, 및 중앙 분사 노즐을 이용하여, 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 단계를 포함한다.
상기 고주파 전류는 40~100 KHz의 주파수를 갖는 것을 포함할 수 있다.
상기 고주파 전류의 인가에 따라 발생된 아크는 700~1100℃의 열을 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 아크 용사 방법은, 상기 중앙 분사 노즐 주변에 위치한 가이드 분사 노즐을 이용하여, 상기 중앙 분사 노즐이 압축 공기를 분사하는 방향과 임의의 경사 각도를 갖는 방향으로, 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 아크 용사 방법은, 상기 가이드 분사 노즐을 이용하여 압축 공기를 분사하기 전, 상기 가이드 분사 노즐의 가이드 분사구의 크기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 아크 용사를 위한 합금을 제공한다.
상기 아크 용사를 위한 합금은, 아크(arc)를 발생시키는 금속 선재들을 안내하는 선재 안내부, 및 아크에 의해 용융된 상기 금속 선재에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐을 포함하는 아크 용사건에 있어서, 상기 금속 선재들은 아연(Zn) 및 주석(Sn)의 합금을 포함한다.
상기 합금은 65%의 아연과 35%의 주석으로 이루어진 것을 포함할 수 있다.
상기 합금은 니켈(Ni) 또는 실리콘(Si) 중 적어도 어느 하나가 첨가된 것을 포함할 수 있다.
상기 합금의 니켈의 함유량은 0.25~2%이고, 실리콘의 함유량은 0.1~1%인 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 아크 용사 장치를 제공한다.
상기 아크 용사 장치는, 아크(arc)를 발생시키는 금속 선재들을 안내하는 선재 안내부, 아크에 의해 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐, 및 상기 중앙 분사구 주변에 위치하고, 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 가이드 분사 노즐을 포함하되, 상기 금속 선재들은 아연 및 주석의 합금을 포함한다.
상기 합금은, 니켈 또는 실리콘 중에서 적어도 어느 하나가 첨가된 것을 포함할 수 있다.
상기 합금의 아연 비율이 주석 비율보다 높은 것을 포함할 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐은 상기 중앙 분사 노즐을 향하여 기울어지도록 배치되어, 상기 가이드 분사 노즐에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향은, 상기 중앙 분사 노즐에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향과 임의의 경사 각도를 갖는 것을 포함할 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐은, 압축 공기가 분사되는 가이드 분사구, 및 상기 가이드 분사구에 장착된 분사구 크기 조절부를 포함할 수 있다.
상기 분사구 사이즈 조절부는, 상기 가이드 분사구를 막는 복수의 세그먼트들을 포함하고, 상기 복수의 세그먼트들이 중첩되는 정도에 따라 상기 가이드 분사구의 크기가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 아크 용사건을 제공한다.
상기 아크 용사건은, 아크(arc)를 발생시키는 금속 선재들을 안내하는 선재 안내부, 아크에 의해 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐, 및 상기 중앙 분사구 주변에 위치하고, 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 가이드 분사 노즐을 포함한다.
상기 가이드 분사 노즐은 상기 중앙 분사 노즐을 향하여 기울어지도록 배치되는 것을 포함할 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향은, 상기 중앙 분사 노즐에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향과 임의의 경사 각도를 갖는 것을 포함할 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐은 복수로 제공되고, 상기 복수의 가이드 분사 노즐은 서로 이격되어 배치되되, 상기 중앙 분사 노즐을 둘러싸도록 배치되는 것을 포함할 수 있다.
상기 복수의 가이드 분사 노즐 중 적어도 어느 하나의 분사구의 크기는 나머지 분사구의 크기와 다른 것을 포함할 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐은, 압축 공기가 분사되는 가이드 분사구, 및 상기 가이드 분사구에 장착된 분사구 크기 조절부를 포함할 수 있다.
상기 분사구 사이즈 조절부는, 상기 가이드 분사구를 막는 복수의 세그먼트들을 포함하고, 상기 복수의 세그먼트들이 중첩되는 정도에 따라 상기 가이드 분사구의 크기가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 아크 용사 방법을 제공한다.
상기 아크 용사 방법은, 금속 선재들을 준비하는 단계, 상기 금속 선재들에 전원을 공급하여 아크를 발생시켜 상기 금속 선재들을 용융시키는 단계, 중앙 분사 노즐을 이용하여 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 단계, 및 상기 중앙 분사 노즐 주변에 위치한 가이드 분사 노즐을 이용하여 상기 중앙 분사 노즐이 압축 공기를 분사하는 방향과 임의의 경사 각도를 갖는 방향으로 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 단계를 포함한다.
상기 아크 용사 방법은, 상기 가이드 분사 노즐에서 분사되는 압축 공기에 의해, 용융된 상기 금속 선재들이 타원형으로 비산되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 아크 용사 방법은, 상기 가이드 분사 노즐을 이용하여 압축 공기를 분사하기 전, 상기 가이드 분사 노즐의 가이드 분사구의 크기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐은 복수로 제공되고, 상기 가이드 분사 노즐의 가이드 분사구의 크기를 조절하는 단계는, 상기 복수의 가이드 분사 노즐의 가이드 분사구들의 크기들을 각각 조절하는 것을 포함할 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐은, 상기 가이드 분사구를 막는 복수의 세그먼트들을 포함하고, 상기 가이드 분사구의 크기를 조절하는 단계는, 상기 복수의 세그먼트들이 중첩되는 정도를 조절하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 고주파 아크 용사 시스템은, 금속 선재들로 고주파 전류를 공급하는 고주파 전원부, 및 상기 고주파 전류의 공급에 따라 발생된 아크에 의해 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐을 포함한다. 상기 금속 선재들에 공급되는 고주파 전류에 의해 아크 열의 온도가 증가하게 되어, 상기 금속 선재들이 더 조밀한 입자로 용융될 수 있다.
이에 따라, 용융된 상기 금속 선재들이 콘포말하고 치밀한 조직을 갖는 코팅막으로 소재 상에 도포될 수 있어, 코팅막의 내구성 및 부식성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 아크(arc)를 발생시키는 금속 선재들을 안내하는 선재 안내부, 및 아크에 의해 용융된 상기 금속 선재에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐을 포함하는 아크 용사건에 있어서, 상기 금속 선재들은 아연(Zn) 및 주석(Sn)의 합금을 포함한다.
이에 따라, 용융된 상기 금속 선재들이 도포되고 냉각되어 형성된 코팅막은 향상된 부식성 및 내구성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건은 아크에 의해 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐, 및 상기 중앙 분사구 주변에 위치하고, 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 가이드 분사 노즐을 포함한다. 이로 인해, 용융된 상기 금속 선재들이 용이하게 비산되어 소재에 도포될 수 있다.
또한, 상기 가이드 분사 노즐의 가이드 분사구의 크기가 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 가이드 분사 노즐을 이용하여, 작업 환경에 적응적으로 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사할 수 있어, 작업 능률이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 시스템에 포함된 아크 용사건을 설명하기 위한 것으로, 아크 용사건에 포함된 선재 안내부, 중앙 분사 노즐, 및 가이드 분사 노즐을 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 시스템을 이용한 아크 용사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건을 설명하기 위한 것으로, 아크 용사건에 포함된 선재 안내부, 중앙 분사 노즐, 및 가이드 분사 노즐을 간략하게 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건에 포함된 가이드 분사 노즐을 설명하기 위한 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건에 포함된 가이드 분사 노즐의 실시 예들을 설명하기 위한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건을 이용한 아크 용사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 구성요소들의 크기 및 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 기술적 구성을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 시스템은 고주파를 이용할 수 있다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고주파를 이용한 아크 용사 시스템 및 이를 이용한 아크 용사 방법이 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 아크 용사건(100)은 선재 공급부(200)로부터 금속 선재를 공급받을 수 있다. 상기 선재 공급부(200)에는 상기 금속 선재들이 권취되어 있을 수 있다. 상기 아크 용사건(100)에서 소모되는 상기 금속 선재의 양에 따라, 상기 선재 공급부(200)에 권취되어 있는 상기 금속 선재들이 상기 아크 용사건(100)에 공급될 수 있다.
제어 공급기(300)는 상기 아크 용사건(100)으로 압축 공기 및 전원을 공급할 수 있다. 상기 제어 공급기(300)는 고주파 발생부(310)를 포함할 수 있다. 상기 고주파 발생부(310)는 외부로부터 수신된 전원을 고주파 전원으로 변환할 수 있다. 상기 고주파 발생부(310)는 다양한 전력형 반도체 소자들을 이용하여 고주파 전원을 생성할 수 있다. 상기 고주파 전원의 주파수는 40~100 KHz일 수 있다.
상기 제어 공급기(300)의 고주파 발생부(310)에서 공급되는 고주파 전원이 상기 금속 선재들에 인가되어, 상기 금속 선재에서 아크(arc)가 발생하고, 아크 열에 의해 상기 금속 선재가 용융될 수 있다. 용융된 상기 금속 선재는 상기 아크 용사건(100)에서 분사되는 압축 공기에 의해 소재를 향해 도포될 수 있다.
표피 효과(skin effect)에 따르면, 상기 금속 선재에 고주파 전류가 흐를 때, 고주파 전류는 도체의 표면 부근에만 흐르게 된다. 이는, 상기 금속 선재에 흐르는 고주파 전류의 방향이 빠르게 변화하기 때문에 발생되는 유도기전력이 상기 금속 선재의 내부에 발생하여, 상기 금속 선재의 중심부에 고주파 전류가 흐르기 어렵게 만들기 때문이다.
또한, 근접 효과(proximity effect)에 따르면, 상기 금속 선재들에 흐르는 고주파 전류는 상기 금속 선재들이 인접하는 경우, 그 인접 부위에 더 많은 고주파 전류가 흐르게 된다.
상술된 표피 효과와 근접 효과에 따라, 상기 금속 선재들에 고주파 전류가 인가되는 경우, 고주파 전류의 인가에 따라 발생된 아크 열이 증가하게 된다. 예를 들어, 60Hz의 전류가 금속 선재들에 인가되어 발생되는 아크 열은 700℃이지만, 50KHz의 고주파 전류가 금속 선재들에 인가되어 발생되능 아크 열은 700~1100℃이다.
아크 열의 온도가 높을수록, 상기 금속 선재들은 더 조밀한 입자로 용융될 수 있다. 그리고, 상기 금속 선재들이 더 조밀한 입자로 용융되는 경우, 용융된 금속 선재들이 소재에 더 콘포말하고 치밀한 조직을 갖는 코팅막으로 도포될 수 있다. 이에 따라, 아크 용사에 의해 형성된 코팅막의 내구성 및 부식성이 향상될 수 있다.
아크 용사 작업자는 상기 아크 용사건(100)을 손에 쥐고, 상기 소재를 향해 용융된 금속을 비산시킬 수 있다. 이를, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 시스템에 포함된 아크 용사건을 설명하기 위한 것으로, 아크 용사건에 포함된 선재 안내부, 중앙 분사 노즐, 및 가이드 분사 노즐을 간략하게 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 선재 안내부들(122, 124)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 선재 공급부(200)로부터 공급되는 금속 선재들(132, 134)을 가이드(guide)할 수 있다. 상기 금속 선재들(132, 134)은 상기 선재 공급부(200)를 통과하여, 서로 인접해질 수 있다.
상기 금속 선재들(132, 134)에는 전원 단자들(142, 144)를 통해 도 1을 참조하여 설명된 상기 제어 공급기(300)의 상기 고주파 발생부(310)로부터 고주파 전원을 인가 받을 수 있다. 이로 인해, 서로 인접해진 상기 금속 선재들(132, 134) 사이에 아크가 발생될 수 있다. 아크에 의해 상기 금속 선재들(132, 134)이 용융될 수 있다.
중앙 분사 노즐(110)에서 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)을 향하여 압축 공기를 분사할 수 있다. 상기 중앙 분사 노즐(110)은 상기 선재 안내부들(132, 134) 사이에 배치될 수 있다. 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)은 상기 중앙 분사 노즐(110)에서 공급되는 압축 공기에 의해, 상기 소재(400)를 향하여 비산되어 도포될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 시스템을 이용한 아크 용사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 금속 선재들이 준비된다.(S112) 상기 금속 선재들에 고주파 전류가 인가될 수 있다.(S122) 도 1을 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 제어 공급기(300)의 상기 고주파 발생부(310)로부터 생성된 고주파 전원이 상기 금속 선재들에 제공될 수 있다. 상기 고주파 전류의 인가에 따라 발생된 아크에 의해 상기 금속 선재들이 용융될 수 있다.(S132) 상기 고주파 전류는 40~100 KHz의 주파수를 가질 수 있고, 상기 고주파 전류의 인가에 따라 발생된 아크는 700~1100℃의 열을 발생시킬 수 있다. 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 중앙 분사 노즐(110)을 이용하여, 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기가 분사될 수 있다.(S142) 상기 중앙 분사 노즐(110)에서 분사된 압축 공기에 의해, 용융된 상기 금속 선재들이 상기 소재를 향하여 비산되고 상기 소재에 도포될 수 있다. 또한, 도 1을 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 고주파 전류에 의해, 상기 금속 선재들은 고온에서 조밀한 입자로 용융될 수 있고, 이에 따라, 융융된 상기 금속 선재들이 소재에 콘포말하고 치밀한 조직을 갖는 코팅막으로 도포될 수 있다.
도 1을 참조하여 설명된 상기 선재 공급부(200)로부터 공급되는 금속 선재는 아연(Zn) 및 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사를 위한 합금이 설명된다.
상기 금속 선재들은, 아연(Zn) 및 주석(Sn)의 합금일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 합금의 아연 비율이 주석 비율보다 높은 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 합금은 65%의 아연과 35%의 주석으로 이루어진 것을 포함할 수 있다.
상기 금속 선재의 합금 내에 다양한 첨가물들이 첨가될 수 있다. 예를 들어, 니켈(Ni) 또는 실리콘(Si) 중에서 적어도 어느 하나가 상기 합금에 첨가될 수 있다. 이 경우, 상기 합금의 니켈의 함유량은 0.25~2%이고, 실리콘의 함유량은 0.1~1%인 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 아크 용사를 위한 상기 금속 선재들이 아연 및 주석의 합금으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 용융된 상기 금속 선재들이 도포되고 냉각되어 형성된 코팅막은 우수한 부식성 및 내구성을 가질 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사를 위한 합금과 이에 대한 비교 예들이 설명된다.
<표 1>은 본 발명의 실시 예에 따라 아연 및 주석을 포함하는 아크 용사를 위한 합금의 조성비, 비교 예에 따라 아연 및 주석을 포함하지 않은 아크 용사를 위한 합금의 조성비를 나타낸 것이다.
표 1
합급의 조성비 공법
실시 예 1 아연-주석(65:35) 아크 용사
실시 예 2 아연-주석(60:40) 아크 용사
비교 예 1 아연-알루미늄(15:85) 아크 용사
비교 예 2 아연-알루미늄(50:50) 아크 용사
비교 예 3 아연 도금 도금
비교 예 4 우레탄 수지 도장
비교 예 5 무처리 -
<표 1>을 참조하면, 1.5mm 두께의 SS400 강판을 70X150mm로 절단 후, 실시 예 1 및 2, 그리고, 비교 예 1 내지 4에 따른 합금을 아크 용사, 도금, 및 도장의 방법으로 처리하였다.
보다 구체적으로, 실시 예 1 및 실시 예 2는 본 발명의 실시 예에 따라 아연 및 주석을 포함하는 합금을 아크 용사 공법으로 SS400 강판을 표면 처리하였으며, 비교 예 1 내지 비교 예 2는 아연 및 알루미늄을 포함하는 합금을 아크 용사 공법으로 SS400 강판을 표면 처리하였다.
그리고, 비교 예 3은 SS400 강판을 아연으로 도금하였으며, 비교 예 4에서는 SS400 강판을 우레판 수지로 도장하였고, 비교 예 5에서는 SS400 강판에 아무런 표면 처리를 하지 않았다.
실시 예 1 및 실시 예 2, 그리고 비교 예 3 내지 비교 예 5에 따라 처리된 SS400 강판들에 대해서 방식 성능을 평가할 수 있는 CASS(Copper-Accelerated acetic acid Salt Spray test) 시험을 실시하였다.
<표 2> 및 <표 3>은 각각 실시 예 1 및 실시 예 2에 따라 아연-주석 합금을 이용하여 아크 용사 공법으로 표면 처리된 SS400 강판들의 CASS 시험 결과이고, <표 4> 내지 <표 8>은 각각 비교 예 1 내지 비교 예 5에 따라 표면 처리된 SS400 강판들의 CASS 시험 결과이다.
표 2
경과 시간 표면 상태 (실시 예 1)
1일 연한 회색의 독특한 광택이 있음
3일 광택이 없어지고 점상의 백청이 일부 발생
5일 백청이 점차 증가함
7일 백청이 전체적으로 넓어지면서 일부 들뜨기 시작함
10일 백청의 들뜸이 증가함
15일 백청의 양만 다소 증가함
표 3
경과 시간 표면 상태 (실시 예 2)
1일 연한 회색의 독특한 광택이 있음
3일 광택이 없어지고 점상의 백청이 일부 발생
5일 백청이 점차 증가함
7일 백청이 넓어지면서 적청이 일부 발생함
10일 백청이 들뜨며 적청이 전체적으로 증가함
15일 10일과 부식상태가 비슷함
표 4
경과 시간 표면 상태 (비교 예 1)
1일 약간의 광택과 연회색의 색상을 띔
3일 광택이 사라짐 백청이 일부 발생
5일 백청이 전체적으로 넓어짐
7일 백청과 함께 적청의 발생이 나타남
10일 백청과 적청이 전체적으로 증가하고 있음
15일 부분적으로 적청의 양이 급속 증가함
표 5
경과 시간 표면 상태 (비교 예 2)
1일 약간의 광택과 연회색의 색상을 띔
3일 광택이 사라짐 백청이 일부 발생
5일 백청이 전체적으로 넓어짐
7일 적청이 미세하게 발생함
10일 백청이 현저하게 증가함, 적청이 일부 발생
15일 적청이 부분적으로 발견
표 6
경과 시간 표면 상태 (비교 예 3)
1일 연한 회색의 약한 금속 광택이 있음
3일 광택이 사라지고 점상의 백청이 일부 발생
5일 백청이 넓어짐
7일 백청이 넓어지고 적청이 미세하게 발생
10일 백청과 적청이 점차 증가함
15일 적청의 양이 많아짐
표 7
경과 시간 표면 상태 (비교 예 4)
1일 백색의 도장피막이 광택이 있음핀홀 부분 및 컷트 부위에서 미세한 적청 발생
3일 컷트 부위 적청이 증가함
5일 전체적으로 적청이 발생함
7일 컷트 부위 적청이 흘러내리고 일부 도막이 박리됨
10일 적청의 양이 증가하여 흘러내림도막 박리가 확대됨
15일 적청의 양이 많아짐, 도막 박리가 확대됨
표 8
경과 시간 표면 상태 (비교 예 5)
1일 금속광택이 사라짐, 국부적으로 백청이 발생함
3일 백청과 적청이 넓게 발생함
5일 백청과 적청이 전체적으로 증가함
7일 백청과 적청이 흘러내린 흔적이 있음
10일 시험체 약90%면적에 적청과 백청이 발생함
15일 적청이 표면상태를 덮을 정도로 부식상태가 심각함
<표 2> 내지 <표 8>을 참조하면, 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 표면 상태를 비교하면, 실시 예 2에 따라 아연-주석 비율이 60:40인 합금을 이용한 경우, 7일 이후부터 백청이 넓어지면서 적청이 발생하고, 10일 이후부터 적청이 전체적으로 증가하는 것을 확인 할 수 있으나, 실시 예 1에 따라 아연-주석 비율이 65:35인 합금을 이용한 경우, 7일 이후 백청이 넓어지면서 일부 들뜨기 시작했으나, 15일이 지나도 적청이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
또한, 실시 예 1 및 실시 예 2의 표면 상태와 비교하여, 비교 예 1의 경우 15일 이후 적청의 양이 급속히 증가하는 것을 확인 할 수 있고, 비교 예 2의 경우 10일 이후 백청이 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있고, 비교 예 3의 경우 10일 이후 백청과 적청의 양이 점차 증가하다가 15일 이후 적청의 양이 많아지는 것을 확인할 수 있고, 비교 예 4의 경우 1일 이후부터 적청이 발생하여 적청이 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있고, 비교 예 5의 경우, 3일 이후 백청 및 적청이 넓게 발생하는 것을 확인할 수 있다.
결론적으로, 비교 예 1 및 비교 예 2에 따라 아연 및 알루미늄 합금을 이용하여 아크 용사 공법으로 표면 처리한 경우, 비교 예 3에 따라 아연 도금한 경우, 비교 예 4에 따라 우레탄 수지로 도장한 경우, 및 비교 예 5에 따라 표면처리가 없는 경우와 비교하여, 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따라 아연 및 주석 합금을 이용하여 아크 용사 공법으로 표면 처리한 경우, 내식성이 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 아크 용사 작업자가 상기 소재의 모양 기타 외부 작업 환경에 따라 적응적으로, 용융된 금속 선재에 압축 공기를 공급할 수 있도록, 상기 아크 용사건에 가이드 분사 노즐이 장착될 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건 및 이를 이용한 아크 용사 방법이 도 4 내지 도 9를 참조하여 설명된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건을 설명하기 위한 것으로, 아크 용사건에 포함된 선재 안내부, 중앙 분사 노즐, 및 가이드 분사 노즐을 간략하게 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 선재 안내부들(122, 124)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 선재 공급부(200)로부터 공급되는 금속 선재들(132, 134)을 가이드(guide)할 수 있다. 상기 금속 선재들(132, 134)은 상기 선재 공급부(200)를 통과하여, 서로 인접해질 수 있다.
상기 금속 선재들(132, 134)에는 도 1을 참조하여 설명된 상기 제어 공급기(300)에서 공급되는 전원이 공급될 수 있다. 이로 인해, 서로 인접해진 상기 금속 선재들(132, 134) 사이에 아크가 발생될 수 있다. 아크에 의해 상기 금속 선재들(132, 134)이 용융될 수 있다.
중앙 분사 노즐(110)에서 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)을 향하여 압축 공기를 분사할 수 있다. 상기 중앙 분사 노즐(110)은 상기 선재 안내부들(132, 134) 사이에 배치될 수 있다.
상기 중앙 분사 노즐(110) 주변에 가이드 분사 노즐들(152, 154, guide spray nozzle)이 배치될 수 있다. 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)은 상기 중앙 분사 노즐(110)을 가운데 두고, 상기 중앙 분사 노즐(110)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
용융된 상기 금속 선재들(132, 134)은 상기 중앙 분사 노즐(110)에서 공급되는 압축 공기에 의해 상기 소재(400)를 향하여 1차적으로 비산되고, 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)에서 공급되는 압축 공기에 의해 상기 소재(400)를 향하여 2차적으로 비산될 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)은 상기 중앙 분사 노즐(110)을 향하여 기울어지도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향은, 상기 중앙 분사 노즐(110)에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향과 임의의 경사 각도를 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)에서 압축 공기를 분사하는 방향은 조절될 수 있다. 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)에서 분사되는 압축 공기에 의해, 용융된 상기 금속 선재들이 소재(400)를 향하여 보다 용이하게 비산될 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)은 압축 공기가 분사되는 가이드 분사구들 및 상기 가이드 분사구들의 크기를 조절하는 분사구 크기 조절부들을 포함할 수 있다. 상기 분사구 크기 조절부에 의해, 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)의 가이드 분사구들의 크기 및 개폐가 작업 환경에 따라 적응적으로 조절될 수 있다. 이를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건에 포함된 가이드 분사 노즐을 설명하기 위한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도 4를 참조하여 설명된 상기 가이드 분사 노즐(152)의 가이드 분사구(152a)에 복수의 세그먼트(Seg1, Seg2 … SegN)를 포함하는 분사구 크기 조절부가 장착될 수 있다. 상기 분사구 크기 조절부의 상기 복수의 세그먼트(Seg1, Seg2 … SegN)는 상기 가이드 분사구(152a)를 막을 수 있다.
상기 복수의 세그먼트(Seg1, Seg2 … SegN)의 중첩되는 정도가 높을수록, 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 가이드 분사구(152a)의 크기가 감소될 수 있다. 이 경우, 상기 가이드 분사 노즐(152)에서 공급되는 압축 공기는 상대적으로 좁은 크기의 상기 가이드 분사구(152a)를 관통하여 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 가이드 분사 노즐(152)은, 상대적으로 높은 압력의 압축 공기를 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)에 분사할 수 있다. 또한, 상기 가이드 분사 노즐(152)은, 상기 중앙 분사 노즐(110)에서 공급되는 압축 공기에 의해 1차적으로 비산되는 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)의 상대적으로 좁은 범위의 일 부분에 압축 공기를 제공할 수 있다.
반면, 상기 복수의 세그먼트(Seg1, Seg2 … SegN)의 중첩되는 정도가 낮을수록, 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 가이드 분사구(152a)의 크기가 증가할 수 있다. 이 경우, 상기 가이드 분사 노즐(152)에서 공급되는 압축 공기는 상대적으로 넓은 크기의 상기 가이드 분사구(152a)를 관통하여 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 가이드 분사 노즐(152)은, 상대적으로 낮은 압력의 압축 공기를 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)에 분사할 수 있다. 또한, 상기 가이드 분사 노즐(152)은, 상기 중앙 분사 노즐(110)에서 공급되는 압축 공기에 의해 1차적으로 비산되는 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)의 상대적으로 넓은 범위의 일 부분에 압축 공기를 제공할 수 있다.
상술된 것과 달리, 상기 복수의 세그먼트들(Seg1, Seg2 … SegN)에 의해 상기 가이드 분사 노즐(152)의 상기 가이드 분사구(152a)는 완전히 막힐 수 있다. 이 경우, 상기 가이드 분사 노즐(152)에서 압축 공기가 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)로 분사되지 않을 수 있다.
도 4를 참조하여 설명된 가이드 분사 노즐들(152, 154) 중 하나의 가이드 분사 노즐들(152)의 가이드 분사구(152a)를 도시했지만, 다른 하나의 가이드 분사 노즐(154)도 도 5 및 도 6를 참조하여 설명된 것과 같은 분사구 크기 조절부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 도 4를 참조하여 설명된 중앙 분사 노즐(110)도 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 것과 같은 분사구 크기 조절부를 포함할 수 있다.
상기 분사구 크기 조절부를 갖는 상기 가이드 분사 노즐(152)이 복수로 제공되는 경우, 복수의 가이드 분사 노즐의 가이드 분사구들의 크기 및 개폐 여부는 작업 환경에 따라서 각각 조절될 수 있다. 이를, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건에 포함된 가이드 분사 노즐의 실시 예들을 설명하기 위한 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 중앙 분사 노즐(110)과 아크에 의해 상기 금속 선재들(132, 134)이 용융되는 분출구(130) 주변에 제1 내지 제4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)이 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)은 상기 분츨구(130)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 복수의 세그먼트들을 갖는 분사구 크기 조절부들을 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 것과 같이, 제1~4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)의 상기 가이드 분사구들의 크기는 비교적 클 수 있다. 또한, 상기 제1~4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)의 상기 가이드 분사구들의 크기는 유사할 수 있다. 이 경우, 상기 제1~4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)에서는 비교적 낮은 압력의 압축 공기가 비교적 넓은 범위에 분사될 수 있다. 또한, 상기 제1~4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)은 유사한 압력의 압축 공기가 용융된 상기 금속 선재들에 분사될 수 있다.
이와는 달리, 도 8에 도시된 것과 같이, 상기 제1~4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)의 상기 가이드 분사구들의 크기는 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 제1 가이드 분사 노즐(152) 및 상기 제3 가이드 분사 노즐(156)의 상기 가이드 분사구들의 크기는 비교적 작을 수 있다. 반면, 제2 가이드 분사 노즐(154), 및 상기 제4 가이드 분사 노즐(158)의 상기 가이드 분사구들의 크기는 비교적 클 수 있다. 이 경우, 상기 제2 및 제4 가이드 분사 노즐들(154, 158)에서는 비교적 낮 압력의 압축 공기가 비교적 넓은 범위에 분사될 수 있고, 상기 제1 가이드 분사 노즐(152) 및 상기 제3 가이드 분사 노즐(156)에서는 비교적 높은 압력의 압축 공기가 비교적 좁은 범위에 분사될 수 있다.
상술된 실시 예들과 달리, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158) 중에서 어느 하나의 가이드 분사 노즐의 가이드 분사구의 크기가 나머지 가이드 분사 노즐들의 가이드 분사구들의 크기보다 크거나 또는 작을 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제4 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158) 중에서 적어도 어느 하나의 가이드 분사 노즐의 가이드 분사구는 완전히 닫힐 수 있다. 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 가이드 분사 노즐들(152, 154)의 가이드 분사구들을 완전히 닫고, 상기 제3 및 제4 가이드 분사 노즐들(156, 158)의 가이드 분사구들을 여는 경우, 상기 제3 및 제4 가이드 분사 노즐들(156, 158)에서 분사되는 압축 공기에 의해, 용융된 상기 금속 선재들(132, 134)은 타원형으로 비산될 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8에서 4개의 가이드 분사 노즐들이 배치되었지만, 3개 이하의 가이드 분사 노즐들이 배치되거나, 5개 이상의 가이드 분사 노즐들이 배치될 수 있다.
상술된 것과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건에 포함된 상기 가이드 분사 노즐들의 상기 가이드 분사구들의 크기 또는 개폐 여부가 조절될 수 있다. 이에 따라, 다양한 작업환경에 따라 적응적으로 상기 가이드 분사 노즐들의 상기 가이드 분사구들의 크기 및 개폐 여부를 각각 조절할 수 있어, 아크 용사 작업 효율이 향상될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사건을 이용한 아크 용사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 및 도 9를 참조하면, 금속 선재들이 준비된다.(S110) 상기 금속 선재들에 전원이 공급하여, 아크를 발생시키고, 아크에 의해 상기 금속 선재들이 용융될 수 있다.(S120) 도 4를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중앙 분사 노즐(110)을 이용하여 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기가 분사될 수 있다.(S130) 상기 중앙 분사 노즐(110)에서 분사되는 압축 공기에 의해, 용융된 상기 금속 선재들이 1차적으로 비산될 수 있다.
상기 중앙 분사 노즐(110)의 주변에 위치한 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)을 이용하여 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기가 분사될 수 있다.(S140) 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)은 도 4를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중앙 분사 노즐(110)이 압축 공기를 분사하는 방향과 임의의 경사 각도를 갖는 방향으로, 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사할 수 있다. 상기 중앙 분사 노즐(110)에서 분사되는 압축 공기에 의해 1차적으로 비산된 용융된 상기 금속 선재들이, 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)에서 분사되는 압축 공기에 의해 2차적으로 비산될 수 있다.
상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)의 가이드 분사구의 크기를 조절하는 분사구 크기 조절부를 포함할 수 있다. 상기 분사구 크기 조절부는, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 것과 같이, 복수의 세그먼트들(Seg1, Seg2 … SegN)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 가이드 분사구의 크기 및 개폐 여부는 상기 복수의 세그먼트들(Seg1, Seg2 … SegN)이 중첩되는 정도에 따라 조절될 수 있다.
또한, 이 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 방법은, 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154)을 이용하여 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하기 전, 상기 가이드 분사구의 크기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 가이드 분사구의 크기는 도 1을 참조하여 설명된 아크 용사건(100)을 이용하여 조절되거나, 또는 이와는 달리, 제어 공급기(300)를 이용하여 조절될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)이 복수로 제공되는 경우, 상기 복수의 가이드 분사 노즐들(152, 154, 156, 158)의 상기 가이드 분사구들의 크기 및 개폐 여부가 각각 조절될 수 있다. 도 7 및 도 8을 참조하여 설명된 것과 같이, 작업 환경에 따라, 상기 가이드 분사구들의 크기 및 개폐 여부를 조절하여, 용융된 상기 금속 선재들이 타원형으로 비산될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 아크 용사 시스템은, 고주파를 이용한 아크 용사 시스템, 이를 이용한 아크 용사 방법, 아크 용사를 위한 합금, 이를 이용한 아크 용사 장치, 아크 용사건, 및 이를 이용한 아크 용사 방법을 포함하며, 아크 용사 기술 분야에 이용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 금속 선재들을 안내하는 선재 안내부;
    상기 금속 선재들로 고주파 전류를 공급하는 고주파 전원부; 및
    상기 고주파 전류의 공급에 따라 발생된 아크에 의해 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐을 포함하는 고주파 아크 용사 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 고주파 전원부는 상기 금속 선재들로 40~100 KHz의 고주파 전류를 공급하는 것을 포함하는 고주파 아크 용사 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 고주파 전류의 공급에 따라 발생된 아크는 700~1100℃의 열을 발생시키는 것을 포함하는 고주파 아크 용사 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    사용자가 직접 손에 들고 조작하는 용사건 및 상기 용사건과 연결된 제어 공급기를 더 포함하되,
    상기 용사건은 상기 선재 안내부 및 상기 중앙 분사 노즐을 포함하고,
    상기 제어 공급기는 고주파 전원부를 포함하는 고주파 아크 용사 시스템.
  5. 아크(arc)를 발생시키는 금속 선재들을 안내하는 선재 안내부, 및 아크에 의해 용융된 상기 금속 선재에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐을 포함하는 아크 용사건에 있어서,
    상기 금속 선재들은 아연(Zn) 및 주석(Sn)의 합금을 포함하는 아크 용사를 위한 합금.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 합금은 65%의 아연과 35%의 주석으로 이루어진 것을 포함하는 아크 용사를 위한 합금.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 합금은 니켈(Ni) 또는 실리콘(Si) 중 적어도 어느 하나가 첨가된 것을 포함하는 아크 용사를 위한 합금.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 합금의 니켈의 함유량은 0.25~2%이고, 실리콘의 함유량은 0.1~1%인 것을 포함하는 아크 용사를 위한 합금.
  9. 아크(arc)를 발생시키는 금속 선재들을 안내하는 선재 안내부;
    아크에 의해 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 중앙 분사 노즐; 및
    상기 중앙 분사구 주변에 위치하고, 용융된 상기 금속 선재들에 압축 공기를 분사하는 가이드 분사 노즐을 포함하는 아크 용사건.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 가이드 분사 노즐은 상기 중앙 분사 노즐을 향하여 기울어지도록 배치되는 것을 포함하는 아크 용사건.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 가이드 분사 노즐에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향은, 상기 중앙 분사 노즐에서 분사되는 압축 공기의 진행 방향과 임의의 경사 각도를 갖는 것을 포함하는 아크 용사건.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 가이드 분사 노즐은 복수로 제공되고,
    상기 복수의 가이드 분사 노즐은 서로 이격되어 배치되되, 상기 중앙 분사 노즐을 둘러싸도록 배치되는 것을 포함하는 아크 용사건.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 복수의 가이드 분사 노즐 중 적어도 어느 하나의 분사구의 크기는 나머지 분사구의 크기와 다른 것을 포함하는 아크 용사건.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 가이드 분사 노즐은, 압축 공기가 분사되는 가이드 분사구, 및 상기 가이드 분사구에 장착된 분사구 크기 조절부를 포함하는 아크 용사건.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 분사구 크기 조절부는, 상기 가이드 분사구를 막는 복수의 세그먼트들을 포함하고,
    상기 복수의 세그먼트들이 중첩되는 정도에 따라 상기 가이드 분사구의 크기가 조절되는 것을 포함하는 아크 용사건.
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