WO2017164431A1 - 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법 및 시스템 - Google Patents

필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법 및 시스템 Download PDF

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WO2017164431A1
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WO
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filler wire
magnetic core
workpiece
induction heating
filler
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PCT/KR2016/002884
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English (en)
French (fr)
Inventor
박선순
김영도
Original Assignee
주식회사 다원시스
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/14—Tools, e.g. nozzles, rollers, calenders

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid heating method and system for applying resistive heating of filler wires and workpieces simultaneously with induction heating to a filler wire process.
  • the filler wire process is a process for heating and melting while continuously supplying a consumable metal wire (filler wire) to achieve a desired purpose. For example, induction heating while supplying a metal filler wire, and the heated wire may be melted using another energy source to weld the workpieces.
  • the filler wire process may be used to reinforce, clad, build up, braze or join the workpieces.
  • the filler wire process disclosed in the present invention comprises a process of heating a workpiece to form a molten puddle, induction heating the filler wire to a predetermined temperature, and supplying the heated filler wire to the molten pool.
  • High Intensity Energy Sources such as laser devices, are used to heat the workpiece to form a molten puddle.
  • High intensity energy sources include gas tungsten arc welding equipment (GTAW), gas metal arc welding equipment (GMAW), submerged arc welding equipment (SAW), and the like.
  • GTAW gas tungsten arc welding equipment
  • GMAW gas metal arc welding equipment
  • SAW submerged arc welding equipment
  • the filler wire process disclosed by the said patent document can also perform resistance heating by flowing an electric current between the inductively heated filler wire and a workpiece
  • Metal 3D printers enable low-cost mass production of complex shaped mechanical components such as pump impellers and turbine blades.
  • US Pat. No. 8,827,684 B1 (3D printer and frithead unit with multiple filaments, 3D PRINTER AND PRINTHEAD UNIT WITH MULTIPLE FILAMENTS) supplies plastic or metal wires (metals with low melting points such as lead) to heated printer heads.
  • a 3D printer is disclosed for producing a three-dimensional shaped product by melting and extruding molten metal.
  • US 2014/0265037 A1 (name of the invention, INDUCTIVELY HEATED EXTRUDER HEATER) induction heating a metal nozzle, supplying a meltable material to the nozzle to melt, and extruding the molten material
  • a head for a 3D printer is disclosed.
  • the inventions disclosed in the above patent documents relate to a three-dimensional printer of a Fused Deposition Modeling Technology (FDM method) in which a filler wire is melted and then extruded and laminated to produce a three-dimensional shaped product.
  • An FDM three-dimensional printer using a filler wire can be regarded as a kind of filler wire process in that a filler wire is continuously supplied while being heated and melted to achieve a desired purpose.
  • the filler wire supplied by using a heated printer head is indirectly heated without melting the filler wire directly.
  • the melted filler wire is passed through a nozzle to form a product by an extrusion process.
  • the filler wire process disclosed in the above-mentioned US patent application US 2014/0008354 necessarily requires a high intensity energy source for heating the workpiece to form a molten puddle.
  • High intensity energy sources such as laser devices are expensive.
  • the laser device and the filler wire induction heating device must be simultaneously controlled in accordance with the filler wire process conditions, the control is complicated.
  • all of the filler wires located inside the induction heating coil are heated. In particular, the portion located at the center of the coil is most inductively heated. Therefore, it is difficult to induction heating only the end of the filler wire locally to a high temperature.
  • the filler wire process disclosed in US Pat. No. 8,827,648 B1 and US Published Patent US 2014/0265037 A1 heats the filler wire indirectly, which consumes a lot of energy.
  • the filler wire is melted and then the melted filler wire is extruded through the nozzle, there is a fear that a failure occurs when the nozzle is blocked or the nozzle is damaged.
  • the filler wire is indirectly heated in the printer head, there is a limit in applying the filler wire process to a metal that is melted at a high temperature such as high temperature metal, for example, steel or stainless steel. There is also a limit to locally heating the ends of the filler wires for desired purposes.
  • a heating system for a filler wire process that can directly heat filler wires to save energy and can locally supply and supply as many filler wires as needed for a desired process.
  • a heating system capable of locally heating the workpiece and the filler wire to locally melt both the filler wire and the workpiece at the same time.
  • a heating system for a filler wire process that can completely block molten filler wire and workpiece from contact with air.
  • the hybrid heating system for the filler wire process comprises a filler wire supply device, an induction heating device for locally induction heating of an end of the filler wire supplied from the filler wire supply device and a workpiece to which the filler wire is supplied. It is provided.
  • the filler flows a current through the filler wire and the workpiece in order to resistively heat the end of the filler wire and the workpiece to be contacted.
  • a resistive heating device for supplying current to the wire.
  • the resistive heating device includes a resistive heating power supply unit for supplying a current and a contact electrode arranged to contact the filler wire.
  • the induction heating apparatus includes an induction heating power supply unit for supplying high frequency power, an induction heating coil electrically connected to the high frequency power supply unit, and a magnetic core inserted into the induction heating coil.
  • the magnetic core is a hollow cylindrical shape made of a magnetic material for providing a path of the magnetic flux guided by the induction heating coil, the inlet for the filler wire supplied from the filler wire supply device and the inserted filler wire is discharged With an outlet to be.
  • the induction heating coil may be formed by winding a conductive wire spirally (solenoid) or by winding a conductive plate in a circular shape.
  • Induction heating coils formed by winding a conductive material in a spiral or circle form a hollow magnetic flux passage in a central portion thereof.
  • the center of the induction heating coil and the outside of the induction heating coil are connected in a closed curve to form a magnetic force line whose direction changes according to the frequency of the high frequency power supply.
  • the conductor located inside the magnetic field formed by the magnetic field lines whose direction is changed by the electromagnetic induction phenomenon is heated.
  • the magnetic core provides a path to the magnetic flux induced by the induction heating coil and at the same time has an inlet for the filler wire to be supplied to the hollow end and an outlet for the filler wire to be discharged.
  • the magnetic core is formed of a magnetic material to provide a passage of the magnetic field induced by the induction heating coil, thereby preventing the magnetic flux from passing through the filler wire inserted into the hollow of the core, thereby preventing the metallic filler wire from being induction heated inside the core.
  • the magnetic core may be a ferromagnetic material, but it is preferable not to be heated to a high temperature using, for example, a soft magnetic core such as an oxide such as a ferrite core or a compacted core formed of a metal powder.
  • the outlet of the magnetic core is configured to allow magnetic flux to pass through the filler wire discharged through the outlet, thereby heating the end of the filler wire discharged from the hollow of the magnetic core.
  • the induction heating coil may use a solenoid induction heating coil formed by winding a wire rod, or an induction heating coil formed by winding a plate to form a hollow.
  • the hollow induction heating coil concentrates the magnetic flux to increase the magnetic flux density at the position where the filler wire process is to be applied.
  • the magnetic core inserted into the hollow of the induction heating coil blocks the filler wire disposed inside the magnetic core from being heated, and only the end of the filler wire exposed outside the outlet of the magnetic core is heated.
  • the workpiece disposed adjacent to the magnetic core is locally heated by a line of magnetic force exiting the outlet side end of the magnetic core.
  • the induction heating power supply unit may be configured to control the end temperature according to the cross-sectional area of the filler wire and the feed rate of the filler wire.
  • the resistance heating power supply unit is preferably configured to control the amount of current flowing through the filler wire in accordance with the cross-sectional area of the filler wire, the feed rate of the filler wire and the temperature of the end portion of the filler wire.
  • the length of the magnetic core inserted into the hollow of the induction heating coil is longer than the length of the induction heating coil so as to bring the magnetic core closer to the workpiece, and the outlet of the magnetic core is May be arranged to be slightly exposed from the end.
  • the outlet of the magnetic core When the outlet of the magnetic core is a simple planar shape cut at right angles to the centerline of the cylindrical core, the magnetic force line exiting from the core or entering the magnetic core from the outside through the outlet cut surface of the magnetic core is directed toward the centerline of the core. It is convexly curved. Therefore, the filler wire discharged through the outlet hollow of the magnetic core and the magnetic force line passing through the magnetic core are bridged, thereby heating only the end of the filler wire.
  • the outlet of the magnetic core may increase as the inner diameter of the inner circumferential surface of the core hollow increases toward the end along the longitudinal direction such that a tapered surface is formed on the outlet inner circumferential surface.
  • the outlet of the magnetic core may be allowed to extend inward in the radial direction. If the outlet extends inward to face the outer circumferential surface of the filler wire, most of the magnetic force lines that go out through the outlet or enter the magnetic core from the outside are intertwined with the ends of the peeled wire that are exposed to the outside, and thus can be heated more efficiently. .
  • the inlet of the magnetic core extends radially outward so that the filler wire supplied hollow through the inlet of the magnetic core and the magnetic wire induced by the induction heating coil are not crosslinked. Can be prevented from heating.
  • the diameter of the outer circumferential surface of the inlet of the magnetic core may decrease toward the end along the longitudinal direction so that the tapered surface is formed.
  • the hybrid heating system for the filler wire process may further comprise shield gas supply means for preventing the end of the filler wire and the locally heated portion of the workpiece from contacting air when molten. have.
  • the shield gas supply means may be configured to supply gas to the inlet of the magnetic core so that the gas is discharged to the outlet.
  • the shield gas may be heated and supplied to a suitable temperature so that the molten filler wire and the workpiece are not cooled by induction heating and resistance heating.
  • the hybrid heating system for the filler wire process according to the present invention can be utilized to produce products of complex three-dimensional shapes, such as impellers or turbine blades of pumps.
  • the apparatus may further include a rotating means for rotating the workpiece and a conveying means for transferring the magnetic core along the axis of rotation of the workpiece.
  • it may further include a cooling means for cooling the laminated product.
  • the rotating means and the conveying means can be manufactured by known mechanical parts such as a motor, a linear guide, a ball screw, an encoder, and the like.
  • the cooling means may be configured by injecting cooling air through the nozzle around the stacked object or by circulating the cooling water into the circulation pipe.
  • a hybrid heating method for a filler wire process includes the steps of: supplying a filler wire to the hollow of the magnetic core installed inside the induction heating coil, arranging a workpiece in close proximity to the magnetic core; Locally induction heating the end of the filler wire discharged from the hollow of the magnetic core and a portion proximate to the magnetic core of the workpiece by applying a high frequency power to the induction heating coil, and supplying a current to the filler wire, Causing a current to flow through a locally heated portion of the workpiece in contact with the end of the filler wire exiting the hollow of the magnetic core, thereby melting the end of the filler wire and the locally heated workpiece.
  • the method may further include supplying a gas through the hollow of the magnetic core to discharge the gas toward the workpiece such that the end of the filler wire and the locally heated portion of the workpiece do not come into contact with air.
  • the method may further include rotating the workpiece and transferring the magnetic core through which the filler wire passes along the direction of the rotation axis of the workpiece, in order to melt laminate the filler wire to produce a product having an arbitrary shape. can do.
  • the heating system according to the invention can locally heat the end of the filler wire and the workpiece to be fed continuously. Therefore, it can be utilized for a filler wire process at low cost, without using an expensive high intensity energy source like a laser apparatus.
  • the heating system for the filler wire process according to the present invention can heat the filler wire and the workpiece to a high temperature locally as necessary for the desired process, thereby saving energy than other filler wire devices.
  • the heating system for the filler wire process according to the present invention can locally laminate the filler wire by locally heating the workpiece and the filler wire and simultaneously melting them locally. Therefore, it is possible to manufacture a three-dimensional product having a complicated shape from a metal having a high melting point. In particular, it is possible to produce a product having superior strength as compared to a product manufactured by melting and laminating a metal powder with a laser.
  • the heating system for the filler wire process can supply a shield gas through the magnetic core to completely block the molten filler wire and the workpiece in contact with the air of the product produced by the filler wire process You can improve the quality.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a heating system for a filler wire process according to the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which a filler wire and a workpiece are heated and melted by a heating method for a filler wire process according to the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a temperature distribution of a filler wire in a case where a magnetic core is installed in an induction heating coil and when it is not installed.
  • FIG. 5 is a schematic representation of another embodiment of a heating system for a filler wire process according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic representation of another embodiment of a heating system for a filler wire process according to the present invention.
  • FIG. 7 is another embodiment of an induction heating coil and magnetic core used in a heating system according to the present invention.
  • FIG. 8 shows various embodiments of a magnetic core used in the heating system according to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a heating system 100 for a filler wire process according to the present invention.
  • the heating system of the present embodiment locally the filler wire supply device 120, the end 132 of the filler wire 130 supplied from the filler wire supply device 120, and the workpiece 170 to which the filler wire is supplied.
  • An induction heating device 140 for induction heating is provided.
  • a resistance heating device 160 for resistance heating by flowing a current through the filler wire 130 and the work object 170 heated by the induction heating device 140 is provided.
  • the filler wire 130 is made of metal. Any metal can be inductively heated by a magnetic body. For example, iron and iron alloys, aluminum or aluminum alloys, copper and copper alloys processed into wire shapes may be used.
  • the filler wire supply apparatus may be manufactured in various forms, and may be used in a conventional filler wire process. Detailed description is omitted since it can be used.
  • the induction heating device 140 includes an induction heating power unit 142 for supplying high frequency power, an induction heating coil 110 electrically connected to the induction heating power unit 142, and an induction heating coil 110. It includes a magnetic core 150 that is inserted.
  • the magnetic core 150 is a hollow cylinder shape made of a magnetic material for providing a path of magnetic flux induced by the induction heating coil 110.
  • the magnetic core 150 has an inlet 150a for inserting the filler wire 130 supplied from the filler wire supply device 120 and an outlet 150b for discharging the inserted filler wire.
  • Induction heating power supply unit 142 is configured to adjust the level, waveform and frequency of the voltage and current to be applied according to the metal material component of the filler wire 130, the shape and diameter of the wire cross-section, the supply speed of the filler wire. .
  • the induction heating power unit 142 is preferably configured to control the end temperature according to the cross-sectional area of the filler wire and the feed rate of the filler wire.
  • the induction heating coil 110 may be formed by spirally winding a conductive wire (solenoid) or may be formed by winding a conductive plate in a circular shape.
  • the induction heating coil 110 formed by winding a conductive material in a spiral or circular shape has a hollow magnetic flux path at a central portion thereof.
  • a high frequency power is applied to the induction heating coil 110, the center of the induction heating coil 110 and the outside of the induction heating coil 110 are connected in a closed curve, and a magnetic force line whose direction is changed according to the frequency of the high frequency power is formed.
  • the conductor located inside the magnetic field formed by the magnetic field lines whose direction is changed by the electromagnetic induction phenomenon is heated.
  • the induction heating coil 110 may be installed in a housing made of ceramic for insulation and insulation. Induction heating coils may also be configured to flow cooling water for induction heating coils using hollow tubes.
  • the magnetic core 150 is inserted into the hollow of the induction heating coil 110.
  • the magnetic core 150 inserted into the hollow of the induction heating coil 110 provides a path to the magnetic flux induced by the induction heating coil 110.
  • the magnetic core 150 has an inlet 150a for inserting the filler wire 130 into one end of the hollow and an outlet 150b for discharging the filler wire 130.
  • the magnetic core 150 is formed of a magnetic material to provide a passage of the magnetic flux guided by the induction heating coil 110 to prevent the magnetic flux from passing through the filler wire 130 inserted into the hollow of the magnetic core 150.
  • the filler wire formed of metal is prevented from induction heating as it passes through the core.
  • the magnetic core 150 may use a ferromagnetic material, but for example, using a soft magnetic core, such as an oxide such as a ferrite core or a compacted core formed of a metal powder, may not be heated to a high temperature when induction heating the wire filler. desirable.
  • the outlet 150b of the magnetic core 150 is configured to allow magnetic flux to pass through the filler wire discharged through the outlet 150b to heat the end 152 of the filler wire discharged from the hollow of the magnetic core 150.
  • the workpiece 170 made of metal disposed adjacent to the magnetic core 150 is locally inductively heated by a line of magnetic force emerging from the end face of the outlet 150b side of the magnetic core 150.
  • induction of the magnetic core 130 inserted into the hollow of the induction heating coil 110 to more effectively heat and melt only the end of the filler wire 130 discharged from the hollow of the magnetic core 150.
  • Longer than the length of the heating coil 110 is used, and the outlet 150b of the magnetic core 150 is preferably disposed adjacent to and slightly exposed from one end of the induction heating coil 110.
  • the resistance heating device 160 includes a contact electrode 162 installed to contact the resistance heating power supply unit 164 and the filler wire 130.
  • the contact electrode 162 is configured to ensure contact when the filler wire is transferred so that no spark occurs.
  • the resistance heating power supply unit 164 applies a voltage so that a current flows through the filler wire 130 and the work object 170.
  • the resistance heating power supply unit 164 may apply a low voltage high current power supply, for example, a voltage of 6 to 14 volts so that an arc does not occur at a portion where the end of the filler wire 130 and the workpiece are in contact with each other.
  • the power supplied from the resistance heating power supply unit 164 may be determined by the temperature of the end 132 of the filler wire 130 heated by induction heating and the temperature of the heating unit 172 of the workpiece 170. have. Furthermore, it can be set to a suitable value according to the metal material component of a filler wire and a workpiece, the shape and diameter of a filler wire cross section, and the feed rate of a filler wire.
  • the resistance heating power supply unit 164 may be configured to select and supply a proper voltage and current according to the filler wire process.
  • the resistance heating power supply unit 164 is preferably configured to control the amount of current flowing through the filler wire in accordance with the cross-sectional area of the filler wire, the feed rate of the filler wire, and the temperature of the end portion of the filler wire.
  • the filler wire heating system 100 of the present embodiment may be configured to move the magnetic core 150 with respect to the workpiece 170 or to move the workpiece with respect to the magnetic core 150 during the filler wire process. have.
  • the filler wire heating system 100 of the present embodiment includes a driving device and a control device for moving the workpiece or the magnetic core separately.
  • the L2 curve is a temperature distribution curve in the longitudinal direction of the induction heated coil wire disposed inside the induction heating coil when the magnetic core is not installed in the induction heating coil.
  • the portion of the filler wire located at the center c distance of the center portion of the induction heating coil is brought to the highest temperature. Heated.
  • the exposed end portion (b-d portion) of the induction heating coil is cooled while passing through the center portion c to be lower than the center portion.
  • the filler wire In order to raise the distal end temperature of the filler wire, if the central temperature of the filler wire is heated to near the melting temperature T2, the center portion where the filler wire is melted may be broken and fall into the workpiece. Therefore, the filler wire cannot be heated to a sufficiently high temperature by induction heating, and a separate energy supply device such as a laser is required to heat the end portion of the filler wire in contact with the workpiece to a high temperature in a short time.
  • a separate energy supply device such as a laser is required to heat the end portion of the filler wire in contact with the workpiece to a high temperature in a short time.
  • the L1 curve is a temperature distribution curve in the longitudinal direction of the induction heated filler wire disposed inside the magnetic core when the magnetic core is disposed inside the induction heating coil.
  • the filler wire portions (a-b portions) disposed inside the magnetic core are relatively low in temperature because they are not inductively heated because the magnetic core shields the magnetic flux.
  • the end portion b-d exposed in the magnetic core is inductively heated because it is connected with the magnetic force line passing through the outlet portion of the magnetic core, so that the temperature of the filler wire is the highest. Further, even if the end portion (b-d) is heated near the melting temperature of the filler wire, there is no risk of falling off.
  • the metal conductor has a higher resistivity at higher temperatures.
  • the primary locally induction heating is such that the end portion 132 of the filler wire 130 (indicated by dashed line B) and the workpiece 170 which are higher in temperature than the other portion are induction heated close to the end of the magnetic core 130.
  • the portion 172 (indicated by dashed line A) has a greater electrical resistance than the portion that is not induction heated (the portion inside the magnetic core 150 and the portion of the workpiece that is remote from the magnetic core 150). Accordingly, the induction heating portion B of the filler wire and the induction heating portion A of the workpiece 170 are resistively heated by the current i by the current i. In addition, the portion where the filler wire 130 and the work object 170 are in contact with each other, the heat generated by the contact resistance is more, the melting occurs first in the contact portion.
  • the molten portion B-1 is first formed at the end of the filler wire 130, and at the same time, the molten portion A-1 is formed at the contact portion of the work object, thereby causing the intermetallic bonding to occur.
  • the melter (B-1) of the filler wire 130 is laminated on the workpiece 170, the filler wire process is made.
  • the heating system according to the present invention heats the filler wire and the workpiece to the primary by induction heating at the same time to locally increase the electrical resistance, and flows the current through the metal with the increased electrical resistance, thereby increasing the efficiency of resistance heating and thereby locally. It is characterized by heating and melting.
  • the present invention is called a hybrid heating system with such heating features.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of another embodiment of a heating system for a filler wire process according to the present invention.
  • the embodiment shown in FIG. 5 omits components that overlap with the embodiment shown in FIG. 1 and highlights only the added parts.
  • the hybrid heating system shown in FIG. 5 further comprises shield gas supply means for ensuring that the ends of the heated filler wire and the workpiece do not come into contact with air.
  • the shield gas supply means includes a shield gas tank 184 and a heating device 182 for heating the gas discharged from the shield gas tank.
  • the inlet 150a of the magnetic core 150 is provided with a nozzle 180 for injecting gas into the hollow of the magnetic core 150.
  • the gas g heated in the heating apparatus 182 and injected through the nozzle 180 is discharged to the outlet 150b of the magnetic core 150 to heat the end of the filler wire 130 and the workpiece 170. Block parts from contact with air. As shown in FIG. 5, when the hybrid heating system is used in a welding process, the metal melted in the weld portion may be prevented from being oxidized in contact with air.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of another embodiment of a heating system for a filler wire process according to the present invention.
  • the embodiment shown in FIG. 6 represents an embodiment for producing a product of complex shape, such as an impeller or a turbine of a pump, using a hybrid heating system according to the invention.
  • the hybrid heating system of this embodiment has a rotating means for rotating the boss 300.
  • the rotation means includes a motor and a motor controller connected to the rotation shaft 310.
  • the boss 300 is mounted on the rotation shaft 310, and a conveying means for transporting the magnetic core 150 to which the filler wire is supplied while rotating the maintenance 300 along the direction of the center line of the rotation shaft 310 is provided.
  • the filler wire Is melted and laminated on the outer circumferential surface of the boss 300.
  • the rotating means and the conveying means can be manufactured by known mechanical parts such as a motor, a linear guide, a ball screw, an encoder, and the like.
  • the cooling means may be configured by injecting cooling air through the nozzle around the stacked object or by circulating the cooling water into the circulation pipe.
  • the induction heating coil 210 of the present embodiment is wound around a conductive plate such as a copper plate to form a hollow to form an induction heating coil, and the magnetic core 250 is disposed therein.
  • the induction heating coil 250 has a hollow for inserting the magnetic core 250 in the center by winding the plate in a circular shape.
  • the lower portion of the induction heating coil 250 corresponding to the inlet side of the magnetic core 250 is formed in a conical shape, so as to be close to the work object.
  • FIG. 8 illustrates various embodiments of magnetic cores that may be used in a hybrid heating system according to the present invention.
  • the embodiment shown in FIG. 8A is configured to extend the inlet portion 150a of the magnetic core 150 radially outward to provide a path of magnetic flux.
  • the magnetic core 150 illustrated in FIG. 8B has a tapered surface formed on the outer circumferential surface of the inlet portion 150a-1 so that the diameter of the outer circumferential surface decreases toward the end along the central axis.
  • the line of magnetic force exits from the tapered surface to the outer circumferential surface of the core 150 or the line of magnetic force enters the tapered surface, the line of magnetic force tends to form a closed line of the shortest path uniformly in the space, thus forming the filler wire 130 as shown. Almost no interlinked magnetic lines are generated.
  • FIG. 8 (c) shows that the tapered surface is formed such that the diameter of the inner circumferential surface of the hollow inner circumferential surface of the outlet portion 150b of the magnetic core 150 increases toward the end along the central axis, unlike FIG. 8 (b).
  • the line of magnetic force comes out of the tapered surface to the inner peripheral surface of the core 150 or the line of magnetic force enters the tapered surface, the line of magnetic force tends to form a closed line of the shortest path uniformly in space, so that more lines of magnetic force as shown are And link with 130.
  • FIG. 8 (d) is a portion extending from the hollow inner circumferential surface of the outlet portion 150b of the magnetic core 150 to protrude toward the center axis, unlike FIG. 8 (b). As in FIG.
  • the magnetic core 150 may use a ferromagnetic material.
  • the magnetic core 150 may not be heated to a high temperature by using a soft magnetic core such as an oxide such as a ferrite core or a green powder core formed of a metal powder.
  • the green powder core is obtained by fixing a finely divided magnetic material with an insulating binder and is suitable for high frequency.
  • the demagnetizing power is large, so the specific permeability is small for a wide range of magnetic fields, but the specific permeability of the magnetic field does not change.
  • the filler wire is supplied to the hollow of the magnetic core installed inside the induction heating coil.
  • the filler wire uses what consists of a cross-sectional shape and metal material suitable for a process, and supplies at a predetermined speed.
  • the end of the magnetic core from which the filler wire is discharged is placed in close proximity to the workpiece.
  • high frequency power is applied to the induction heating coil to locally induction heating the end of the filler wire discharged from the hollow of the magnetic core and the portion close to the magnetic core of the workpiece.
  • a current is supplied to the filler wire so that current flows through a locally heated portion of the workpiece in contact with the end of the filler wire discharged from the hollow of the magnetic core, thereby locally heating the end of the filler wire.
  • the workpiece is melted by secondary resistance heating.
  • the end of the filler wire and the locally heated portion of the workpiece are supplied with gas through the hollow of the magnetic core to discharge the gas toward the workpiece so that it does not come into contact with air.
  • the magnetic core from which the filler wire is discharged is simultaneously transferred along the direction of rotation of the workpiece while rotating the workpiece as necessary.
  • the motor according to the present invention can be modified in various forms.
  • the core may be configured by winding a wire or using a permanent magnet, and the present invention may be embodied by those skilled in the art without departing from the spirit or scope.
  • the present invention may be embodied in various forms within the scope of the claims and the equivalents thereof.

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Abstract

본 발명은 필러 와이어와 작업 대상물을 유도 가열과 동시에 저항 가열하여 필러 와이어 공정에 적용하기 위한 하이브리드 가열 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 가열 시스템은 연속적으로 공급되는 필러 와이어의 단부와 작업 대상물을 국부적으로 가열할 수 있어 레이저 장치와 같은 고가의 고강도 에너지원을 사용하지 않고, 저렴한 비용으로 필러 와이어 공정에 활용할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템은 원하는 공정에 필요한 만큼 필러 와이어와 작업 대상물을 국부적으로 고온으로 가열할 수 있어서, 다른 필러 와이어 장치보다 에너지를 절약할 수 있다.

Description

필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법 및 시스템
본 발명은 필러 와이어와 작업 대상물을 유도 가열과 동시에 저항 가열하여 필러 와이어 공정에 적용하기 위한 하이브리드 가열 방법 및 시스템에 관한 것이다.
필러 와이어 공정은 소모성 금속 와이어(필러 와이어, filler wire)를 연속적으로 공급하면서 가열하고, 용융시켜서 원하는 목적을 달성하기 위한 공정이다. 예를 들면, 금속 필러 와이어를 공급하면서 유도 가열하고, 가열된 와이어를 다른 에너지 소스를 이용하여 용융시켜서 작업 대상물들(Workpieces)을 용접할 수 있다. 또한, 필러 와이어 공정으로 작업 대상물의 표면을 강화하거나, 클래딩(Clading)하거나, 덧살 올림(Building up)을 하거나, 작업대상물들을 브레이징(Brazing)하거나 결합(Joining)할 수 있다.
미국 공개 특허 US 2014/0008354 A1(발명의 명칭, 핫 와이어 공정 중 소모재를 가열하기 위하여 유도 가열을 사용하는 방법 및 시스템, METHOD AND SYSTEM OF USING INDUCTION HEATING TO HEAT CONSUMABLE DURING HOT WIRE PROCESS)에는 핫와이어 공정에 대한 방법과 시스템이 개시되어 있다.
상기 발명에 개시된 필러 와이어 공정은, 작업 대상물을 가열하여 용융 웅덩이(Molten puddle)를 형성하고, 필러 와이어를 사전에 정해진 온도로 유도 가열하고, 가열된 필러 와이어를 용융 웅덩이에 공급하는 공정으로 구성된다. 작업 대상물을 가열하여 용융 웅덩이를 형성하기 위하여 레이저 장치와 같은 고강도 에너지 원(High Intensity Energy Source)를 사용한다. 고강도 에너지 원으로는 가스 텅스텐 아크 용접장치(GTAW), 가스 금속 아크 용접장치(GMAW), 서브 머지드 아크 용접장치(SAW) 등이 있다. 또한, 상기 특허문헌에 개시된 필어 와이어 공정은, 유도 가열된 필러 와이어와 작업 대상물 사이에 전류를 흘려서 부가적으로 저항 가열(Resistance Heating)을 할 수도 있다. 작업 대상물은 고강도 에너지원에 의해서 용융 웅덩이가 형성되어 있기 때문에 저항 가열에 의해서 필러 와이어만 용융된다.
상기 발명에 개시된 공정을 이용하여 용접 작업을 할 경우, 작업 대상물에 가해지는 총 열 에너지의 양을 줄일 수 있어서 작업 대상물의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 용접 속도를 높이고, 용접 시에 용융 금속의 튀김을 줄일 수 있으며, 실드 없이 용접을 할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 최근에는 금속 3D 프린터에 대한 관심이 증대되고 있다. 금속 3D 프린터를 이용하면, 펌프의 임펠러나 터빈 블레이드와 같이 복잡한 형상의 기계 부품을 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있기 때문이다.
미국 특허 US 8,827,684 B1(복수의 필라멘트를 구비한 3D 프린터 및 프리트헤드 유닛, 3D PRINTER AND PRINTHEAD UNIT WITH MULTIPLE FILAMENTS)에는 가열된 프린터 헤드에 플라스틱이나 금속 와이어(납과 같이 융점이 낮은 금속)를 공급하여 용융시키고, 용융된 금속을 압출하여 3차원 형상의 제품을 제조하기 위한 3D 프린터가 개시되어 있다. 또한, 미국 공개 특허 US 2014/0265037 A1(발명의 명칭, 유도 가열되는 압출 히터, INDUCTIVELY HEATED EXTRUDER HEATER)에는 금속 노즐을 유도 가열하고, 노즐로 용융가능한 재료를 공급하여 용융시키고, 용융된 재료를 압출하기 위한 3D 프린터용 헤드가 개시되어 있다.
상기 특허 문헌들에 개시된 발명들은 필러 와이어를 용융한 후에 압출하면서 적층하여 3차원 형상의 제품을 제조하는 용융적층방식(Fused Deposition Modeling Technology, FDM 방식)의 3차원 프린터에 관한 것이다. 필러와이어를 사용하는 FDM 방식의 3차원 프린터는, 필러 와이어를 연속적으로 공급하면서 가열하고, 용융시켜서 원하는 목적을 달성하는 점에서 필러 와이어 공정의 일종으로 볼 수 있다. 다만, 필러 와이어를 직접 가열하여 용융시키지 않고, 가열된 프린터 헤드를 이용하여 공급되는 필러 와이어를 간접적으로 가열한다는 점에서 미국 공개 특허 US 2014/0008354 A1에 개시된 발명과 차이가 있다. 또한, 용융된 필러와이어를 노즐을 통과시켜서 압출 공정에 의하여 제품을 형성하는 점에서도 차이가 있다.
[선행기술문헌]
미국 공개 특허 US 2014/0008354, METHOD AND SYSTEM OF USING INDUCTION HEATING TO HEAT CONSUMABLE DURING HOT WIRE PROCESS
미국 특허 US 8,827,684 B1, 3D PRINTER AND PRINTHEAD UNIT WITH MULTIPLE FILAMENTS
미국 공개 특허 US 2014/0265037 A1, INDUCTIVELY HEATED EXTRUDER HEATER
상기 미국 공개 특허 US 2014/0008354 에 개시된 필러 와이어 공정은, 작업 대상물을 가열하여 용융 웅덩이를 형성하기 위한 고강도 에너지 원이 반드시 필요하다. 레이저 장치와 같은 고강도 에너지 원은 고가이다. 또한, 레이저 장치와 필러 와이어 유도 가열 장치를 필러 와이어 공정 조건에 맞추어서 동시에 제어하여야 하므로 제어가 복잡하다. 또한, 유도 가열 코일 내부를 필러 와이어가 통과하면서 가열될 때, 유도 가열 코일 내부의 위치하는 필러 와이어가 모두 가열된다. 특히, 코일 중심부에 위치하는 부분이 가장 많이 유도 가열된다. 따라서, 필러 와이어의 말단 만을 국부적으로 고온으로 유도 가열하기가 곤란하다.
또한, 상기 미국 특허 US 8,827,648 B1 및 미국 공개 특허 US 2014/0265037 A1에 개시된 필러 와이어 공정은 필러 와이어를 간접적을 가열하므로 에너지가 많이 소모된다. 또한, 필러 와이어를 용융시킨 후에 용융된 필러 와이어를 노즐을 통하여 압출하므로, 노즐이 막혀서 고장나거나, 노즐이 손상될 경우 불량이 발생할 염려가 있다. 또한, 필러 와이어를 프린터 헤드에서 간접적으로 가열하므로 고온의 금속 예를 들면 강철이나, 스테인레스 스틸과 같이 고온에 용융되는 금속에 필러 와이어 공정을 적용하는 데 한계가 있다. 또한, 원하는 목적을 위하여 필러 와이어의 말단을 국부적으로 고온으로 가열하는 데에도 한계가 있다.
사용이 간편하면서, 염가로 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템에 대한 요구가 있다. 특히, 레이저 장치와 같은 고가의 고강도 에너지 원을 사용하지 않고 필러 와이어 공정에 적용할 수 있는 가열 시스템에 대한 요구가 있다.
또한, 필러 와이어를 직접 가열하여 에너지를 절약하고, 원하는 공정에 필요한 만큼의 필러 와이어를 국부적으로 고온으로 가열하여 공급할 수 있는 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템에 대한 요구가 있다. 특히, 필러 와이어를 작업 대상물에 용융시켜서 적층할 경우 작업 대상물과 필러와이어를 국부적으로 가열하여 필러와이어와 작업대상물 모두를 동시에 국부적으로 용융시켜서 적층할 수 있는 가열 시스템에 대한 요구가 있다. 또한, 용융된 필러 와이어와 작업 대상물이 공기와 접촉하는 것을 완벽하게 차단할 수 있는 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템에 대한 요구가 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구를 충족시킬 수 있는 필러 와이어 공정을 위한 새로운 하이브리드 가열 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템은, 필러 와이어 공급장치와, 상기 필러 와이어 공급장치로부터 공급되는 필러 와이어의 단부와 필러 와이어가 공급되는 작업 대상물을 국부적으로 유도 가열하기 위한 유도 가열 장치를 구비한다. 또한, 상기 유도 가열 장치에 의해서 가열된 필러 와이어의 단부와 상기 작업 대상물이 접촉할 때, 접촉된 필러 와이어의 단부와 작업 대상물을 저항 가열하기 위하여 상기 필러 와이어와 작업 대상물을 통하여 전류가 흐르도록 필러 와이어에 전류을 공급하기 위한 저항 가열 장치를 포함한다. 저항가열 장치는 전류를 공급하기 위한 저항가열 전원유닛과 필러와이어와 접촉하도록 배치된 접촉 전극을 포함한다.
상기 유도 가열 장치는, 고주파 전원을 공급하기 위한 유도 가열 전원 유닛과, 상기 고주파 전원 유닛에 전기적으로 연결된 유도 가열 코일과, 상기 유도 가열 코일의 내부에 삽입되어 있는 자기 코어를 포함한다. 상기 자기 코어는 상기 유도 가열 코일에 의하여 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 상기 필러 와이어 공급장치로부터 공급되는 필러 와이어가 삽입되기 위한 입구와 삽입된 필러 와이어가 배출되기 위한 출구를 구비한다.
유도 가열 코일은 전도성 선재를 나선형으로 감아서(솔레노이드) 형성하거나, 전도성 판재를 원형으로 감아서 형성할 수 있다. 전도성 재료를 나선형이나 원형으로 감아서 형성된 유도 가열 코일은 중심부에 중공의 자속 통로가 형성된다. 유도 가열 코일에 고주파 전원을 인가하면, 유도 가열 코일의 중심부와 유도 가열 코일 외부를 폐곡선으로 연결하고, 고주파 전원의 주파수에 따라서 방향이 변하는 자기력선이 형성된다. 전자기 유도 현상에 의해서 방향이 변하는 자기력선에 의하여 형성된 자기장 내부에 위치하는 도체는 가열된다.
자기 코어는 유도 가열 코일에 의하여 유도된 자속에 경로를 제공하고, 동시에 중공의 일단으로 필러 와이어가 이 공급되기 위한 입구와 필러 와이어가 배출되기 위한 출구를 구비한다. 자기 코어는 자성체로 형성되어 유도 가열 코일에 의해서 유도된 자기장의 통로를 제공하여, 코어의 중공에 삽입된 필러 와이어로 자속이 통과되지 않도록 하여 금속 필러 와이어가 코어 내부에서 유도 가열되는 것을 방지한다. 자기 코어는 강자성체를 사용할 수도 있으나, 예를 들면 페라이트 코어와 같은 산화물이나 금속 분말을 성형한 압분 코어와 같은 연자성체 코어를 사용하여 고온으로 가열되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 상기 자기 코어의 출구는, 출구를 통하여 배출되는 필러 와이어로 자속이 통과하도록 구성되어 자기 코어의 중공으로부터 배출되는 필러 와이어의 단부를 가열한다.
유도 가열 코일의 내부에 자기 코어를 배치하기 위하여, 유도가열 코일은 선재를 감아서 형성한 솔레노이드 형태의 유도 가열 코일을 사용하거나, 판재를 중공이 형성되도록 감아서 형성한 유도 가열 코일을 사용할 수 있다. 중공이 형성된 유도 가열 코일은 필러 와이어 공정을 적용하고자 하는 위치에 자속 밀도가 높아 지도록 자속을 집중 시킨다. 유도 가열 코일의 중공에 삽입된 자기 코어는 자기 코어의 내부에 배치되는 필러 와이어가 가열되는 것을 차단하고, 자기 코어의 출구 외측으로 노출되는 필러 와이어의 단부 만이 가열되도록 한다. 또한, 자기 코어에 인접하게 배치된 작업 대상물은 자기 코어의 출구 측 단부에서 나오는 자기력선에 의해서 국부적으로 가열된다.
상기 유도 가열 전원 유닛은, 필러 와이어의 단면적, 필러 와이어의 이송속도에 따라서 말단부 온도를 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 저항가열 전원유닛은, 필러 와이어의 단면적, 필러와이어의 이송 속도 및 필러 와이어의 말단부의 온도에 따라서 필러 와이어에 흘리는 전류의 양을 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.
몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어를 작업 대상물에 보다 밀착 시킬 수 있도록 유도 가열 코일의 중공에 삽입되는 자기 코어의 길이가 유도 가열 코일의 길이보다 긴 것을 사용하고, 자기 코어의 출구를 유도가열 코일의 단부로부터 약간 노출되도록 배치할 수 있다.
자기 코어의 출구가 실린더 형상의 코어의 중심선에 대하여 직각으로 절단된 단순한 평면 형상일 경우, 자기 코어의 출구 절단면을 통하여 코어로부터 외부로 나가거나 외부에서 자기 코어로 들어오는 자기력선은, 코어의 중심선을 향하여 볼록하게 굴곡진 곡선 형태로 된다. 따라서, 자기 코어의 출구 중공을 통하여 배출되는 필러 와이어와 자기 코어를 통과하는 자기력선이 쇄교하게 되어, 필러 와이어의 단부만을 가열하게 된다. 몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어의 출구는 코어 중공의 내주면의 내경이 길이 방향을 따라서 단부로 갈수록 증가하여 출구 내주면에 테이퍼 면이 형성되도록 할 수 있다. 출구의 테이퍼 면을 통하여 자기력선이 자기 코어를 통과할 경우, 직각으로 절단된 출구의 단면을 통하여 자기력선이 자기 코어를 통과하는 경우보다, 더 많은 자기력선이 출구의 중공을 통과하여 노출되는 필러와이어의 단부와 쇄교하게 된다. 몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어의 출구는 반경 방향으로 내측으로 연장되도록 할 수도 있다. 출구가 내측으로 연장되어 필러 와이어의 외주면과 대향하도록 하면, 출구를 통하여 외부로 나가거나 외부에서 자기 코어로 들어가는 자기력선의 대부분이 외부로 노출된 필어 와이어의 단부와 쇄교되도록 하여 보다 효과적으로 가열할 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어의 입구는 반경 방향으로 외측으로 연장되도록 하여, 자기 코어의 입구를 통하여 중공으로 공급되는 필러 와이어와 유도 가열 코일에 의하여 유도된 자기력선이 쇄교되지 않도록 하여 공급되는 필러 와이어가 가열되지 않도록 할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에 있어서, 자기 코어의 입구의 외주면의 직경이 길이 방향을 따라서 단부로 갈수록 감소되어 테이퍼면이 형성되도록 할 수 있다. 입구의 테이퍼면을 통하여 자기력선이 자기 코어를 통과할 경우, 유도 가열 코일에 의해서 유도된 자기력선이 자기 코어의 입구에서 중공으로 삽입되는 필러 와이어와 쇄교하지 않고 자기 코어를 통과할 수 있어서, 입구로 공급되는 필러 와이어가 가열되지 않는다.
몇몇 실시예에 있어서, 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템은, 상기 필러 와이어의 단부와 작업 대상물의 국부적으로 가열된 부분이 용융될 경우 공기와 접촉되지 않도록 하기 위한 실드 가스 공급 수단을 더 포함할 수 있다. 실드 가스 공급 수단은 상기 자기 코어의 입구로 가스를 공급하여 출구로 가스가 배출되도록 구성할 수 있다. 실드 가스는 유도 가열 및 저항 가열에 의해서 용융된 필러 와이어와 작업대상물이 냉각되지 않도록 적당한 온도로 가열하여 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템을 활용하여 펌프의 임펠러나 터빈 블레이드와 같은 복잡한 삼차원 형상의 제품을 제조할 수 있다. 필러 와이어를 용융시키고 적층하여서 임의의 삼차원 형상 제품을 제조할 경우, 작업 대상물을 회전시키기 위한 회전수단과, 상기 자기 코어를 상기 작업 대상물의 회전축을 따라서 이송시키기 위한 이송 수단을 더 포함 할 수 있다. 또한, 적층된 제품을 냉각 시키기 위한 냉각 수단을 더 포함할 수 있다. 회전 수단이나 이송 수단은 모터, 리니어 가이드, 볼 스크류, 엔코더 등의 공지의 기계 부품으로 제작이 가능한 것으로 당업자에게 자명하다. 또한 냉각 수단은 적층된 대상물 주위로 냉각 공기를 노즐을 통하여 분사하거나 냉각수를 순환 배관 내부로 순환시켜서 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라서, 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법은, 유도 가열 코일의 내부에 설치되어 있는 자기 코어의 중공으로 필러 와이어를 공급하는 단계와, 상기 자기 코어에 근접하게 작업 대상물을 배치하는 단계와, 상기 유도 가열코일에 고주파 전원을 인가하여 상기 자기 코어의 중공으로부터 배출되는 필러 와이어의 단부와 작업 대상물의 자기 코어에 근접된 부분을 국부적으로 유도 가열하는 단계와, 상기 필러 와이어에 전류를 공급하여, 자기 코어의 중공으로부터 배출되는 필러 와이어의 단부와 접촉하는 상기 작업 대상물의 국부적으로 가열된 부분을 통하여 전류를 흐르도록 하여, 필러 와이어의 단부와 국부적으로 가열된 작업대상물을 용융시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 필러 와이어의 단부와 작업 대상물의 국부적으로 가열된 부분이 공기와 접촉되지 않도록, 상기 자기 코어의 중공으로 가스를 공급하여 작업 대상물을 향하여 가스를 배출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 필러 와이어를 용융 적층하여 임의의 형상을 갖는 제품을 제조하기 위하여, 상기 작업 대상물을 회전시키는 단계와, 상기 필러 와이어가 통과하는 자기코어를 작업 대상물의 회전축 방향을 따라서 이송시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 가열 시스템은 연속적으로 공급되는 필러 와이어의 단부와 작업 대상물을 국부적으로 가열할 수 있다. 따라서, 레이저 장치와 같은 고가의 고강도 에너지 원을 사용하지 않고, 저렴한 비용으로 필러 와이어 공정에 활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템은 원하는 공정에 필요한 만큼 필러 와이어와 작업 대상물을 국부적으로 고온으로 가열할 수 있어서, 다른 필러 와이어 장치보다 에너지를 절약할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템은 작업 대상물과 필러와이어를 국부적으로 가열하고 동시에 국부적으로 용융시켜서 필러 와이어를 적층할 수 있다. 따라서, 융점이 높은 금속으로 복잡한 형상을 갖는 3차원 제품을 제조할 수 있다. 특히, 금속 분말을 레이저로 용융시켜서 적층하는 방식으로 제조된 제품에 비하여 강도가 우수한 제품을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템은 자기 코어를 통하여 실드 가스를 공급하여 용융된 필러 와이어와 작업 대상물이 공기와 접촉하는 것을 완벽하게 차단할 수 있어서 필러 와이어 공정에 의해서 제조된 제품의 품질을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템의 일 실시예의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 가열 방법에 의해서 필러 와이어와 작업 대상물이 가열되어 용융되는 상태를 나타내는 설명도
도 3은 금속의 온도에 대한 비정항의 관계를 나타내는 그래프
도 4는 유도 가열 코일에 자기 코어가 설치된 경우와 설치되지 않은 경우에 대하여 필러 와이어의 온도 분포를 나타내는 설명도
도 5는 본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템의 다른 실시예의 개략도
도 6은 본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템의 다른 실시예의 개략도
도 7은 본 발명에 따른 가열 시스템에 사용되는 유도 가열 코일과 자기 코어의 다른 실시예
도 8은 본 발명에 따른 가열 시스템에 사용되는 자기 코어의 다양한 실시예
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템(100)의 일 실시예의 개략도이다. 본 실시예의 가열 시스템은, 필러 와이어 공급장치(120)와, 필러 와이어 공급장치(120)로부터 공급되는 필러 와이어(130)의 단부(132)와 필러 와이어가 공급되는 작업 대상물(170)을 국부적으로 유도 가열하기 위한 유도 가열 장치(140)를 구비한다. 또한, 상기 유도 가열 장치(140)에 의해서 가열된 필러 와이어(130)와 작업 대상물(170)에 전류를 흘려서 저항 가열하기 위한 저항 가열장치(160)를 구비한다.
필러 와이어(130)는 금속으로 된 것을 사용한다. 금속으로는 자성체로 유도 가열이 될 수 있는 것은 어느 것이나 가능하다. 예를 들면, 와이어 형상으로 가공된 철 및 철합금, 알루미늄 또는 알류미늄 합금, 동 및 동합금 등이 사용될 수 있다.필러 와이어 공급장치는 다양한 형태로 제작이 가능하며, 종래의 필러 와이어 공정에서 사용되는 것을 사용할 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.
유도 가열 장치(140)는 고주파 전원을 공급하기 위한 유도 가열 전원 유닛(142)과, 유도 가열 전원 유닛(142)에 전기적으로 연결된 유도 가열 코일(110)과, 유도 가열 코일(110)의 내부에 삽입되어 있는 자기 코어(150)를 포함한다. 자기 코어(150)는 유도 가열 코일(110)에 의하여 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이다. 자기 코어(150)는 필러 와이어 공급장치(120)로부터 공급되는 필러 와이어(130)가 삽입되기 위한 입구(150a)와 삽입된 필러 와이어가 배출되기 위한 출구(150b)를 구비한다. 유도가열 전원 유닛(142)은 필러 와이어(130)의 금속 재료 성분, 와이어 단면의 형상 및 직경, 필러 와이어의 공급 속도에 따라서 인가하는 전압과 전류의 레벨과 파형 및 주파수를 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 특히 유도 가열 전원 유닛(142)은 필러 와이어의 단면적, 필러 와이어의 이송속도에 따라서 말단부 온도를 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.
유도 가열 코일(110)은 전도성 선재를 나선형으로 감아서(솔레노이드) 형성하거나, 전도성 판재를 원형으로 감아서 형성할 수 있다. 전도성 재료를 나선형이나 원형으로 감아서 형성된 유도 가열 코일(110)은 중심부에 중공의 자속 통로가 형성된다. 유도 가열 코일(110)에 고주파 전원을 인가하면, 유도 가열 코일(110)의 중심부와 유도 가열 코일(110) 외부를 폐곡선으로 연결하고, 고주파 전원의 주파수에 따라서 방향이 변하는 자기력선이 형성된다. 전자기 유도 현상에 의해서 방향이 변하는 자기력선에 의하여 형성된 자기장 내부에 위치하는 도체는 가열된다. 도 1의 실시예에 도시하지는 않았으나, 유도 가열 코일(110)은 절연 및 단열을 위한 세라믹으로 된 하우징에 설치할 수 있다. 또한, 유도 가열 코일은 중공의 튜브를 사용하여 유도 가열 코일을 위한 냉각수를 흐르게 구성할 수도 있다.
자기 코어(150)는 유도 가열 코일(110)의 중공의 내부에 삽입되어 있다. 유도 가열 코일(110)의 중공에 삽입된 자기 코어(150)는 유도 가열 코일(110)에 의하여 유도되는 자속에 경로를 제공한다. 자기 코어(150)는 중공의 일단으로 필러 와이어(130)가 삽입되기 위한 입구(150a)와 필러 와이어(130)가 배출되기 위한 출구(150b)를 구비한다. 자기 코어(150)는 자성체로 형성되어 유도 가열 코일(110)에 의해서 유도되는 자속의 통로를 제공하여 자기 코어(150)의 중공에 삽입된 필러 와이어(130)로 자속이 통과되지 않도록 한다. 따라서, 금속으로 형성된 필러 와이어가 코어 내부를 통과할 때 유도 가열되는 것을 방지한다.
자기 코어(150)는 강자성체를 사용할 수도 있으나, 예를 들면 페라이트 코어와 같은 산화물이나 금속 분말을 성형한 압분 코어와 같은 연자성체 코어를 사용하여 와이어 필러를 유도 가열할 때 고온으로 가열되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 자기 코어(150)의 출구(150b)는, 출구(150b)를 통하여 배출되는 필러 와이어로 자속이 통과하도록 구성되어 자기 코어(150)의 중공으로부터 배출되는 필러 와이어의 단부(152)를 가열한다. 또한, 자기 코어(150)에 인접하게 배치된 금속으로 된 작업 대상물(170)은 자기 코어(150)의 출구(150b) 측 단부면으로부터 나오는 자기력선에 의해서 국부적으로 유도 가열된다. 도시된 것과 같이, 자기 코어(150)의 중공에서 배출되는 필러 와이어(130)의 단부만을 보다 효과적으로 가열하여 용융시키도록, 유도 가열 코일(110)의 중공에 삽입된 자기 코어(130)를 상기 유도 가열 코일(110)의 길이보다 긴 것을 사용하고, 자기 코어(150)의 출구(150b)는 유도가열 코일(110)의 일단부로부터 인접하게 배치되고 약간 노출되도록 배치하는 것이 바람직하다.
저항 가열 장치(160)는 저항가열 전원유닛(164)과 필러 와이어(130)에 접촉되도록 설치된 접촉 전극(162)을 구비한다. 접촉 전극(162)은 필러 와이어가 이송되는 경우 접촉을 확보하여 스파크가 발생하지 않도록 구성한다. 저항가열 전원유닛(164)은 필러 와이어(130)와 작업 대상물(170)을 통하여 전류가 흐르도록 전압을 인가한다. 저항가열 전원유닛(164)은 필러 와이어(130)의 단부와 작업 대상물이 접촉하는 부분에서 아크가 발생하지 않도록 저전압 대전류 전원, 예를 들면 6 내지 14 볼트의 전압을 인가할 수 있다. 저항가열 전원유닛(164)에서 공급되는 전력은 1차로 유도 가열에 의하여 가열된 필러 와이어(130)의 단부(132)의 온도와 작업 대상물(170)의 가열부(172)의 온도에 의해서 결정될 수 있다. 또한, 필러와이어 및 작업 대상물의 금속 재료 성분, 필러 와이어 단면의 형상 및 직경, 필러 와이어의 공급 속도에 따라서 적당한 값으로 정해질 수 있다. 저항가열 전원유닛(164)은 필러 와이어 공정에 따라서 정당한 전압 및 전류를 선택하여 공급하도록 구성할 수 있다. 특히, 저항가열 전원유닛(164)은, 필러 와이어의 단면적, 필러와이어의 이송 속도 및 필러 와이어의 말단부의 온도에 따라서 필러 와이어에 흘리는 전류의 양을 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 필러 와이어 가열 시스템(100)은 필러 와이어 공정 중에, 작업 대상물(170)에 대하여 자기 코어(150)를 이동시키거나, 자기 코어(150)에 대하여 작업 대상물을 이동시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 본 실시예의 필러 와이어 가열 시스템(100)은 도시하지는 않았으나, 작업 대상물 또는 자기 코어를 이동시키기 위한 구동 수단과 제어 장치를 별도로 구비한다.
도 2를 참조하여 본 실시예의 필러 와이어 가열 시스템에 의해서 필러 와이어와 작업 대상물이 용융되어 결합되는 과정을 설명한다. 필러 와이어(130)가 필러 와이어 공급장치(120)에 의해서 공급된 필러 와이어(130)는 자기 코어(150)의 중공의 내부를 통과할 때 자기 코어(150)에 의해서 자력선이 차폐되어 가열되지 않는다. 따라서, 자기 코어(150)의 출구(150b)를 통과한 필러 와이어(130)의 단부(132)만이 자기 코어(150)로부터 나오고 들어가는 자속(m)에 의해서 유도 가열된다. 또한, 자기 코어(150)의 출구(150b)에 인접한 작업 대상물(170)의 부분(172)도 자기 코어(150)의 출구로부터 나오고 들어가는 자속(m)에 의해서 국부적으로 유도 가열된다.
도 3을 참조하여, 필러 와이어의 말단부만 고온으로 가열할 경우의 장점에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 3 그래프에서, L2 곡선은 유도가열 코일에 자기 코어가 설치되지 않은 경우, 유도 가열 코일의 내부에 배치되어 유도 가열된 필러 와이어의 길이 방향에 대한 온도 분포 곡선이다. 유도 가열 코일의 길이가 a - b 이고, 유도 가열 코일의 내부에 배치된 필러 와이어의 단부가 b - d 길이만큼 돌출된 경우, 유도 가열 코일의 중심부 c 거리에 위치하는 필러 와이어 부분이 최고 온도로 가열된다. 유도 가열 코일에서 노출된 말단부(b-d 부분)는 중심부 c를 통과하면서 냉각되어 중심부 보다 낮은 온도가 된다. 필러 와이어의 말단부 온도를 높이기 위하여, 필러 와이어의 중심부 온도를 용융온도 T2 가까이 까지 가열하면, 필러 와이어가 용융된 중심 부분이 끊어져서 작업대상물로 탈락할 가능성이 있다. 따라서, 필러 와이어를 유도 가열에 의해서 충분히 높은 온도까지 가열하지 못하고, 작업 대상물과 접촉하는 필러 와이어의 말단부를 단시간에 높은 온도로 가열하기 위하여 레이저와 같은 별도의 에너지 공급 장치가 필요하게 된다.
L1 곡선은 유도 가열 코일의 내부에 자기 코어가 배치된 경우, 자기 코어의 내부에 배치되어 유도 가열된 필러 와이어의 길이방향에 대한 온도 분포 곡선이다. 자기 코어의 길이를 유도 가열 코일의 길이와 동일한 경우, 자기 코어의 내부에 배치된 필러 와이어 부분(a - b 부분)은 자기 코어가 자속을 차폐하므로, 유도 가열되지 않아서 비교적 온도가 낮게 된다. 그러나, 자기 코어에서 노출된 말단부(b-d)는 자기 코어의 출구부를 통과하는 자기력선과 쇄교하므로 유도 가열되어 필러와이어의 온도가 가장 높게 된다. 또한, 말단부 (b-d) 부분을 필러 와이어의 용융 온도 근방으로 가열하여도 탈락의 위험이 없게 된다.
필러 와이어의 말단부와 작업 대상물이 용융 온도에 가깝게 가열된 때, 저항가열 전원유닛(164)으로부터 필러 와이어(130)에 전류(i)가 공급되면, 전류는 필러 와이어(130)와 작업 대상물(170)을 통하여 흐르게 된다. 금속 도체는 도 4에 도시된 것과 같이, 온도가 높을 수록 비저항이 크게 된다. 따라서, 일차로 국부적으로 유도 가열되어 온도가 다른 부분 보다 높은 필러 와이어(130)의 단부(132, 점선 B로 표시)와 작업 대상물(170)이 자기 코어(130)의 단부와 근접하여 유도 가열된 부분(172, 점선 A로 표시)이 유도 가열되지 않은 부분(자기 코어(150) 내부에 있는 부분 및 자기 코어(150)로부터 멀리 떨어져 있는 작업 대상물 부분)보다 전기 저항이 커지게 된다. 따라서, 전류(i)에 의해서 필러 와이어의 유도 가열 부분(B)과 작업 대상물(170)의 유도 가열부분(A)이 각각 전류(i)에 의해서 저항 가열된다. 또한, 필러 와이어(130)와 작업 대상물(170)이 접촉하는 부분은 접촉저항에 의해서 더욱 발열이 많게 되어, 접촉 부분에서 먼저 용융이 일어난다. 즉, 필러 와이어(130)의 말단에 먼저 용융부(B-1)가 형성되고, 동시에 작업 대상물의 접촉부에 용융부(A-1)가 형성되어 금속간 결합이 일어나게 된다. 이 때 작업 대상물(170) 또는 자기 코어(150)가 적당한 속도로 이송시키면, 필러 와이어(130)의 용융부(B-1)가 작업 대상물(170)에 적층되게 되어 필러 와이어 공정이 이루어 진다.
본 발명에 의한 가열 시스템은 필러 와이어와 작업 대상물을 동시에 유도 가열에 의하여 1차로 가열하여 국부적으로 전기 저항이 높아지도록 하고, 전기 저항이 높아진 금속에 전류를 흘려서 저항 가열의 효율을 높여서 2차로 국부적으로 가열하여 융융시키는 특징을 구비한다. 본 발명은 이러한 가열 특징을 구비한 가열 시스템을 하이브리드 가열 시스템이라고 부른다.
도 5는 본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템의 다른 실시예의 개략도이다. 도 5에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예와 중복되는 구성 요소는 생략하고 추가되는 부분만을 강조하여 도시한 것이다. 도 5에 도시된 하이브리드 가열 시스템은, 가열된 필러 와이어의 단부와 작업 대상물이 공기와 접촉되지 않도록 하기 위한 실드 가스 공급 수단을 더 포함한다. 실드 가스 공급 수단은 실드 가스 탱크(184)와 실드 가스 탱크로 부터 배출되는 가스를 가열하기 위한 가열장치(182)를 구비한다. 또한, 자기 코어(150)의 입구(150a)에 장착되어 자기 코어(150)의 중공으로 가스를 분사하기 위한 노즐(180)을 구비한다. 가열장치(182)에서 가열되고 노즐(180)을 통하여 분사된 가스(g)는 자기 코어(150)의 출구(150b)로 배출되어 필러 와이어(130)의 단부와 작업 대상물(170)의 가열된 부분이 공기와 접촉하는 것을 차단한다. 도 5에 도시된 것과 같이, 하이브리드 가열시스템을 용접 공정에 활용한 경우, 용접 부분에 용유된 금속이 공기와 접촉하여 산화되는 것을 방지할 수 있다.
도 6는 본 발명에 따른 필러 와이어 공정을 위한 가열 시스템의 다른 실시예의 개략도이다. 도 6에 도시된 실시예는, 본 발명에 따른 하이브리드 가열 시스템을 사용하여 펌프의 임펠러나 터빈과 같은 복잡한 형상의 제품을 제조하기 위한 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 하이브리드 가열 시스템은 보스(300)를 회전시키기 위한 회전 수단을 구비한다. 회전 수단은 회전축(310)과 도시하지는 않았으나, 회전축에 연결된 모터와 모터 제어장치를 포함한다. 회전축(310)에 보스(300)가 장착되어 있고, 보수(300)를 회전시키면서 필러 와이어가 공급되는 자기 코어(150)를 회전축(310)의 중심선 방향을 따라서 이송시키기 위한 이송 수단을 구비한다. 도시된 것과 같이, 보스(300)의 외주면에 나선형의 블레이드를 제조할 경우, 회전축(310)을 회전시키면서, 동시에 자기 코어(150)를 회전축(310)의 중심선 방향을 따라서 이동시키고, 동시에 필러 와이어를 용융시켜서 보스(300)의 외주면에 적층한다. 또한, 도시하지는 않았으나 적층된 블레이드를 냉각시켜서 형태를 유지하도록 하기 위한 냉각수단을 더 포함할 수 있다. 회전 수단이나 이송 수단은 모터, 리니어 가이드, 볼 스크류, 엔코더 등의 공지의 기계 부품으로 제작이 가능한 것으로 당업자에게 자명하다. 또한 냉각 수단은 적층된 대상물 주위로 냉각 공기를 노즐을 통하여 분사하거나 냉각수를 순환 배관 내부로 순환시켜서 구성할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 가열 시스템에 사용될 수 있는 유도 가열 코일과 자기 코어의 다른 실시예이다. 본 실시예의 유도 가열 코일(210)을 구리판과 같은 도전성 판재를 중공이 형성되도록 감아서 유도 가열 코일을 형성하고, 내부에 자기 코어(250)를 배치한다. 도시된 것과 같이, 유도 가열 코일(250)은 판재를 원형으로 감아서 중앙부에 자기 코어(250)가 삽입되기 위한 중공이 형성되어 있다. 또한, 자기 코어(250)의 입구부 측에 대응하는 유도 가열 코일(250)의 하부는 원추형으로 형성하여, 작업 대상물에 근접할 수 있도록 구성되어 있다.
도 8은 본 발명에 따른 하이브리드 가열 시스템에 사용될 수 있는 자기 코어의 다양한 실시예를 도시한다.
도 8(a)에 도시된 실시예는 자기 코어(150)의 입구부(150a)를 반경 방향 외측으로 연장하여 자속의 경로를 제공할 수 있도로 구성한 것이다. 도 8(b)에 도시된 자기 코어(150)는 입구부(150a-1)의 외주면에 중심축선을 따라서 말단으로 갈수록 외주면의 직경이 감소하도록 테이퍼 면이 형성된 것이다. 코어(150)의 외주면에 테이퍼 진면으로부터 자기력선이 나가거나 테이퍼 진면으로 자기력선이 들어올 때, 자기력선은 공간에 균일하게 최단 경로의 폐속선을 형성하려는 경향이 있어서, 도시된 것과 같이 필러 와이어(130)를 쇄교하는 자기력선이 거의 발생하기 않게 된다. 도 8(c)는 도 8(b)와 달리 자기 코어(150)의 출구부(150b)의 중공의 내주면이 중심축선을 따라서 말단으로 갈수록 내주면의 직경이 증가하도록 테이퍼 면이 형성된 것이다. 코어(150)의 내주면에 테이퍼 진면으로부터 자기력선이 나가거나 테이퍼 진면으로 자기력선이 들어올 때, 자기력선은 공간에 균일하게 최단 경로의 폐속선을 형성하려는 경향이 있어서, 도시된 것과 같이 보다 많은 자기력선이 필러 와이어(130)와 쇄교하게 된다. 도 8(d)는 도 8(b)와 달리 자기 코어(150)의 출구부(150b)의 중공의 내주면에 중심축선을 향하여 돌출 연장된 부분이 형성된 것이다. 도 8(c)와 마찮가지로 보다 많은 자기력선이 필러 와이어(130)와 쇄교하게 된다. 도 8에 도시된 자기 코어(150)의 입구부와 출구부의 형상은 필요에 따라서 각각 선택적으로 적용될 수 있다. 자기 코어(150)는 강자성체를 사용할 수도 있으나, 예를 들면 페라이트 코어와 같은 산화물이나 금속 분말을 성형한 압분 코어와 같은 연자성체 코어를 사용하여 고온으로 가열되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 특히, 압분 코어는 미분상의 자성 재료를 절연성의 결합체로 고착시킨 것으로, 고주파에 적합하다. 또한, 압분 코어의 자성 분말은 구형에 가까운 모양이 되기 때문에 감자력이 크므로 광범위한 자기장에 대해서 비투자율은 작지만, 자기장에 대하여 비투자율의 값이 변하지 않는다는 특징을 가지고 있다.
이하에서는 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법에 대하여 설명한다. 먼저 유도 가열 코일의 내부에 설치되어 있는 자기 코어의 중공으로 필러 와이어를 공급한다. 필러 와이어는 공정에 적합한 단면형상과 금속 재료로 구성된 것을 사용하고, 미리 정해진 속도로 공급한다. 다음으로, 필러 와이어가 배출되는 자기 코어의 단부와 작업 대상물을 근접하게 배치한다. 다음으로, 유도 가열코일에 고주파 전원을 인가하여 상기 자기 코어의 중공으로부터 배출되는 필러 와이어의 단부와 작업 대상물의 자기 코어에 근접된 부분을 국부적으로 1차로 유도 가열한다. 동시에 상기 필러 와이어에 전류를 공급하여, 자기 코어의 중공으로부터 배출되는 필러 와이어의 단부와 접촉하는 상기 작업 대상물의 국부적으로 가열된 부분을 통하여 전류를 흐르도록 하여, 필러 와이어의 단부와 국부적으로 가열된 작업대상물을 2차로 저항 가열하여 용융시킨다. 필요시에는, 필러 와이어의 단부와 작업 대상물의 국부적으로 가열된 부분이 공기와 접촉되지 않도록, 상기 자기 코어의 중공으로 가스를 공급하여 작업 대상물을 향하여 가스를 배출시킨다. 또한, 터빈이나 펌프의 임펠러와 같은 복잡한 형상의 3차원 제품을 제조할 경우에는 필요에 따라서 작업 대상물을 회전시키면서 동시에 필러 와이어가 배출되는 자기코어를 작업 대상물의 회전축 방향을 따라서 이송시킨다.
앞에서 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니고 예시적인 것으로 이해되어야 하며, 본 발명에 따른 전동기는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 앞서 설명된 실시예 이외에도 예를 들면, 코어를 도선을 권선하여 구성하거나, 영구자석을 이용하여 구성하는 것과 같이, 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 당업자에 의해서 구체화 될 수 있다. 본 발명은 청구항에 기재된 범위 및 그와 동등 범위 내에서 다양한 형태로 변경되어 구체화 될 수 있다.

Claims (10)

  1. 필러 와이어 공급장치와,
    상기 필러 와이어 공급장치로 부터 공급되는 필러 와이어의 단부와 필러 와이어가 공급되는 작업 대상물을 국부적으로 유도 가열하기 위한 유도 가열 장치와,
    상기 가열된 필러 와이어의 단부와 상기 작업 대상물의 국부적으로 가열된 부분을 저항 가열하기 위하여, 상기 필러 와이어와 접촉하는 작업 대상물을 통하여 전류가 흐르도록 필러 와이어에 전류을 공급하기 위한 저항 가열 장치를 포함하고,
    상기 유도 가열 장치는,
    유도가열 전원유닛과,
    상기 고주파 전원 유닛에 전기적으로 연결된 유도 가열 코일과,
    상기 유도 가열 코일의 내부에 삽입되어 있고, 상기 유도 가열 코일에 의하여 유도되는 자속의 경로를 제공하기 위한 자성체로 이루어진 중공의 실린더 형상이고, 상기 필러 와이어 공급장치로부터 공급되는 필러 와이어가 삽입되기 위한 입구와 삽입된 필러 와이어가 배출되기 위한 출구를 구비한 자기 코어를 포함하는 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필러 와이어의 단부와 작업 대상물의 국부적으로 가열된 부분이 공기와 접촉되지 않도록, 상기 자기 코어의 입구로 가스를 공급하여 출구로 가스가 배출되도록 가스를 공급하기 위한 실드 가스 공급 수단을 더 포함하는 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기 코어의 출구는 상기 유도가열 코일의 일단부로부터 노출되도록 배치된 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저항가열 장치는, 저항가열 전원 유닛과, 상기 저항가열 유닛에 전기적으로 연결되고 상기 필러 와이어와 접촉하도록 설치된 접촉 전극을 포함하고,
    상기 저항가열 전원유닛은, 필러 와이어의 단면적, 필러와이어의 이송 속도 및 필러 와이어의 말단부의 온도에 따라서 필러 와이어에 흘리는 전류의 양을 제어하도록 구성된 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열 전원 유닛은, 필러 와이어의 단면적, 필러 와이어의 이송속도에 따라서 말단부 온도를 제어하도록 구성된 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 가열 코일은 전도성 선재를 나선형으로 감아서 형성된 것을 특징으로 하는 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업 대상물을 회전시키기 위한 회전 수단과,
    상기 자기 코어를 상기 작업 대상물의 회전축을 따라서 이송시키기 위한 이송 수단을 더 포함하는 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 시스템.
  8. 유도 가열 코일의 내부에 설치되어 있는 자기 코어의 중공으로 필러 와이어를 공급하는 단계와,
    상기 자기 코어에 근접하게 작업 대상물을 배치하는 단계와,
    상기 유도 가열코일에 고주파 전원을 인가하여 상기 자기 코어의 중공으로부터 배출되는 필러 와이어의 단부와 작업 대상물의 자기 코어에 근접된 부분을 국부적으로 유도 가열하는 단계와,
    상기 필러 와이어에 전류를 공급하여, 자기 코어의 중공으로부터 배출되는 필러 와이어의 단부와 접촉하는 상기 작업 대상물의 국부적으로 가열된 부분을 통하여 전류를 흐르도록 하여, 필러 와이어의 단부와 국부적으로 가열된 작업대상물을 용융시키는 단계를 포함하는 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 필러 와이어의 단부와 작업 대상물의 국부적으로 가열된 부분이 공기와 접촉되지 않도록, 상기 자기 코어의 중공으로 가스를 공급하여 작업 대상물을 향하여 가스를 배출시키는 단계를 더 포함하는 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 작업 대상물을 회전시키는 단계와,
    상기 필러 와이어가 통과하는 자기코어를 작업 대상물의 회전축 방향을 따라서 이송시키는 단계를 더 포함하는 필러 와이어 공정을 위한 하이브리드 가열 방법.
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