KR100512532B1 - 유도가열방식을 이용한 용접와이어의 가열 및 송급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접합이나 육성용접의 목적에 사용되는 용접와이어를 용접 전에 연속적으로 가열 및 송급하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접와이어 송급기로부터 송급되는 용접와이어를 유도가열원리를 이용한 유도코일 속으로 전기적 접촉없이 연속적으로 통과시키면서 용접직전에 가열한 다음 용접아크 속으로 공급함으로써, 종래의 상온의 용접와이어를 용접아크 속으로 공급하여 용접작업을 수행할 때보다 단위 시간당 용융금속의 용착율을 증가시킬 수 있는 용접와이어의 가열 및 송급장치를 제공한다.

Description

유도가열방식을 이용한 용접와이어의 가열 및 송급장치{APPARATUS FOR HEATING AND FEEDING A WELDING WIRE USING INDUCTION HEATING METHOD}

본 발명은 용접와이어의 송급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접부의 용착량을 증가시키고 용접시간을 단축할 수 있도록 용접와이어를 용접직전 연속적으로 가열하여 용접아크 속으로 공급하는 용접와이어의 가열 및 송급장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속부재를 연결하기 위한 접합용접이나 금속부재 표면에 특정의 성질을 부여하기 위한 육성용접을 할 때, 용접와이어를 연속적으로 공급하면서 용접하는 방법이 널리 사용된다.

근래에는 이러한 용접방법에서 더 나아가 용접직전 용접와이어를 미리 가열하여 사용함으로써 용접부의 용착량을 증가시켜 용접시간을 단축하는 방법이 사용되고 있다. 이 때, 가열방법으로는, 도전성 재료에 전기가 흐를 때 재료의 고유한 전기저항 때문에 열이 발생하는 현상을 이용하는 방법이 사용된다.

도 6은 종래의 용접와이어 송급장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

종래에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 전기저항식 가열장치(60)의 일측 단자를 용접모재(61)에 연결하고 타측 단자를 용접와이어 접촉팁(63)에 연결하여 전류를 흘려 보냄으로써, 용접와이어 송급기(15)로부터 송급되는 용접와이어(10)는 이와 전기적으로 접촉이 되는 용접와이어 접촉팁(63)을 통과하면서 가열된다. 이와 같이, 상용 주파수를 갖는 전류를 전기적 접촉으로 용접와이어(10)에 통전하여 용접와이어(10)가 갖고 있는 전기저항에 의해 가열되도록 한 후, 이를 용접아크(65) 속으로 공급하게 된다. 이로써 상온의 용접와이어를 사용하여 용접할 때보다 용접부의 단위 시간당 용착량을 크게, 용접속도를 빠르게 하여 결과적으로 용접시간을 단축시킬 수 있다.

그러나 종래기술에 있어서는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 용접와이어(10)에 전류를 흐르게 하는 접촉팁(63)을 지나면서 상기 용접와이어(10)는 가열되는데(도 7a에서 a-b구간이 가열부분임), 이 접촉팁(63)은 송급되는 용접와이어(10)와의 접촉에 의한 마찰로 인하여 마모되어 전기적인 접촉불량을 초래하게 되고, 이 때문에 발열의 정도가 변화하거나 때로는 접촉팁(63)과 용접와이어(10) 사이에 방전이 일어나 이들이 서로 용착되어 용접와이어(10)의 송급이 불가능하게 되는 경우도 발생하는 문제점이 있다.

또한 상기한 바와 같은 종래기술을 적용함에 있어서는, 용접와이어(10)에 전류를 흐르게 하기 위하여 용접와이어(10)와 상반되는 전극을 용접모재(61)에 반드시 인가해야 하며, 이로 인해 발생되는 자장의 영향으로 용접아크(65)가 편향되어 용접위치가 변하거나, 용접토치(67)와 용접모재(61) 사이에 발생되어야 할 용접아크(65)가 용접토치(67)와 용접와이어(10) 사이에 발생되어 용접이 진행되지 못하게 되는 경우도 있다.

용접와이어(10)의 팁(전기접점)의 위치 변화, 즉 가열되는 용접와이어(10)의 길이의 변화로 발열량이 변화됨으로써 용접와이어(10)의 가열정도가 일정하지 않게 되는 경우도 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 전기적인 접촉 없이 용접직전에 용접와이어를 가열하여 용접아크 속으로 공급함으로써 단위 시간당 용접부의 용착량을 증가시켜 용접시간을 단축시킬 수 있는 유도가열방식을 이용한 용접와이어의 가열 및 송급장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 용접와이어를 가열하는 유도코일선의 내부로 물을 순환시킴으로써 유도코일에서 발생되는 열을 식혀줄 수 있는 수냉식 용접와이어의 가열 및 송급장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 연속용접에 사용되는 어떠한 형태의 용접와이어 송급기와도 결합하여 사용할 수 있는 유도가열방식을 이용한 용접와이어의 가열 및 송급장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유도가열방식을 이용한 용접와이어의 가열 및 송급장치는, 진행방향으로 소정 길이의 대롱 형상을 이루면서 나선형으로 감겨지고, 양 단자가 일측방향을 향하도록 배치되는 중공(中空)형 유도코일과; 상기 중공형 유도코일의 양 단자에 전류를 공급할 수 있도록 각각 연결되며, 그 내부에 관통공이 형성되어 상기 중공형 유도코일선의 내부 관통공과 연통되는 한 쌍의 중공형 전류 공급선과; 상기 전류 공급선의 외피(外皮)를 이루는 전류 공급선 도관과; 상기 한 쌍의 중공형 전류 공급선의 사이에 배치되어 용접와이어 송급기로부터 송급되는 용접와이어를 상기 중공형 유도코일의 내부를 지나도록 안내하는 용접와이어 도관과; 상기 전류 공급선과 그 내부가 연통되도록 연결되는 중공형 2차 전류 출력선(2차 권선)과, 외부 전원과 연결되어 이로부터 입력전류를 공급받는 1차 전류 입력선(1차 권선)을 구비하는 변압기와; 상기 중공형 2차 전류 출력선의 측면에 부착 형성되어 그 내부 관통공과 연통되어 냉각수를 공급하는 냉각수 유입관; 및 상기 중공형 2차 전류 출력선의 측면에 부착 형성되어 그 내부 관통공과 연통되어 냉각수가 배출되는 냉각수 유출관을 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 실시예에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치의 유도코일 부분을 도시한 단면도이며, 도 3은 본 실시예에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치의 전류 공급선 부분을 도시한 단면도이다.

용접와이어의 가열 및 송급장치(20)는 용접와이어(10)에 유도전류를 발생시켜 가열해 주는 유도가열부, 유도코일(21)선의 내부로 물을 순환시켜 냉각하는 냉각부, 및 용접와이어(10)를 송급해주는 와이어 송급부로 이루어진다.

도 1을 참조하면, 유도가열부는 중공(中空)형 유도코일(21)과 이와 연결되는 중공형 전류 공급선(26), 그리고 변압기(30)를 포함한다.

중공형 유도코일(21)은 진행방향으로 소정 길이의 대롱 형상을 이루면서 나선형으로 감겨지고, 양 단자가 한 방향으로 향하도록 배치된다. 즉 유도코일선이 소정의 유도코일(21) 길이만큼 나선형으로 감겨지고 그 끝단에서 상기 나선형 유도코일(21)의 외측면을 따라 직선형으로 회귀된다.

중공형 유도코일(21)의 나선형으로 감겨진 내부로 용접와이어(10)가 지나가게 되며, 이 때 송급되는 용접와이어(10)와 유도코일(21)이 통전(通電)되는 것을 방지할 수 있도록 유도코일(21)의 감겨진 내부에 세라믹 튜브(23)가 설치된다.

중공형 유도코일(21)의 양 단자에는 전류를 공급할 수 있도록 중공형 전류 공급선(26)이 각각 연결된다. 이 중공형 전류 공급선(26)은 그 내부에 관통공이 형성되어 상기 중공형 유도코일(21)의 내부 관통공과 연통된다. 이러한 중공형 유도코일(21)과 중공형 전류 공급선(26)의 내부 관통공을 통하여서는 후술하는 냉각수 순환장치(35)에 의해 순환되는 냉각수가 흐르게 된다.

전류 공급선(26)의 외측은 전류 공급선 도관(25)이 외피(外皮)를 이루면서 전류 공급선(26)을 감싸고 있다. 이 전류 공급선 도관(25)은 상기 전류 공급선(26)을 감싸고 있으나 밀착되어 있지는 않은 바, 전류 공급선 도관(25)의 내부로는 상기 전류 공급선(26)과 냉각수가 함께 지나게 된다. 따라서 전류 공급선(26)은 그 표면을 통하여 냉각수가 드나들 수 있는 망상(網狀)의 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

중공형 유도코일(21)과 중공형 전류 공급선(26)은 합쳐서 그 길이가 30㎝ 이상 되도록 하는 것이 바람직하며, 중공형 전류 공급선(26)과 전류 공급선 도관(25)은 연성(軟性)의 특징을 가지는 것으로 필요에 따라 구부리거나 감을 수 있다.

전류 공급선 도관(25)은 상기 중공형 유도코일(21)선과 수밀상태로 연결된다.

한편, 중공형 유도코일(21)과 중공형 전류 공급선(26)의 사이 연결부에 커넥터(29)가 개재되어 착탈을 용이하게 할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 커넥터(29)는, 그 양측 단부가 중공형 유도코일(21)선 또는 중공형 전류 공급선(26) 각각의 내부에 삽입될 수 있고, 중앙부가 전류 공급선 도관(25)의 내부에 끼워질 수 있도록 단차(段差)지게 이루어진다. 또한 그 내부는 관통되어 중공형 유도코일(21)선과 중공형 전류 공급선(26)의 내부간을 연통시킬 수 있다.

상기 중공형 전류 공급선(26)은 변압기(30)와 연결되어 외부전원으로부터 전류를 공급받게 된다. 변압기(30)는 중공형 전류 공급선(26)과 연결되는 중공형 2차 전류 출력선(2차 권선)(34)과, 외부전원과 연결되어 이로부터 입력전류를 공급받는 1차 전류 입력선(1차 권선)(32)을 구비하고 있으며, 상기 1차 전류 입력선(32)과 2차 전류 출력선(34)은 소정의 권선수비(捲線數比)를 가지며 감겨져서, 입력되는 외부전원을 적정한 구동전원으로 변화시켜 상기 중공형 유도코일(21)로 공급하게 된다.

특히 상기 변압기(30)의 1차 전류 입력선(32)은 고주파 전류를 발생시키는 외부전원에 연결되어 2차 전류 출력선(34)을 통하여 고주파 전류를 출력하고, 또한 이와 연결된 전류 공급선(26)을 통하여 고주파 전류를 유도코일(21)에 전달하여 흐르게 함으로써, 유도코일(21)의 내부를 통과하는 용접와이어(10)에 유도전류가 흐르게 하여 이 용접와이어(10)를 가열시킨다.

2차 전류 출력선(34)은 상기 전류 공급선 도관(25)과 수밀상태로 연결된다.

도 5는 본 실시예에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치의 변압기와 냉각수 유입·유출관 부분을 도시한 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 중공형 2차 전류 출력선(34)은 중공형 전류 공급선(26)과 연결되어 전류를 공급하게 되며, 그 내부에 관통공이 형성되어 상기 중공형 전류 공급선(26)의 내부 관통공과 연통된다. 이러한 내부 관통공을 통하여 냉각수가 순환하게 된다.

중공형 전류 공급선(26)과 중공형 2차 전류 출력선(34)의 사이 연결부에는, 상기 중공형 유도코일(21)과 중공형 전류 공급선(26)의 사이에 개재되는 커넥터(29)와 같은 형상의 커넥터(37)가 개재되어 착탈을 용이하게 할 수 있다.

중공형 2차 전류 출력선(34)의 측면에는 냉각수 유입관(36)과 냉각수 유출관(38)이 부착 형성되어 그 내부 관통공과 연통되며, 상기 중공형 2차 전류 출력선(34)의 내부 관통공으로 냉각수를 공급 또는 배출시킴으로써 냉각부를 구성한다.

냉각수 유입관(36)과 냉각수 유출관(38)은 별도로 마련된 냉각수 순환장치(35)에 연결되어 연속적으로 냉각수를 순환시킬 수 있다.

냉각수 순환장치(35)로부터 냉각수 유입관(36)을 통하여 공급되는 냉각수는 2차 전류 출력선(34)과 전류 공급선 도관(25) 내부를 흐르면서 자체에 흐르는 고주파 전류로 인하여 2차 전류 출력선(34)과 전류 공급선(26)에서 발생되는 열을 식혀주게 된다. 또한, 중공형 유도코일(21)은 자체에 흐르는 고주파 전류에 의한 자체 발열뿐만 아니라 가열된 용접와이어로부터의 열전달에 의해 온도가 상승하게 되지만, 상기 냉각수는 중공형 유도코일(21)선의 내부를 순환하면서 이를 냉각시킨다.

또한 중공형 2차 전류 출력선(34)의 관통공 내부에 내부순환 방지막(39)을 형성하여 냉각수 유입관(36)을 통하여 유입되는 냉각수와 냉각수 유출관(38)을 통하여 배출되는 냉각수가 분리될 수 있도록 함으로써, 냉각수가 냉각수 순환장치(35)를 거치지 않고 유도가열부를 순환하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 내부순환 방지막(39)은 냉각수 유입관(36)과 냉각수 유출관(38)이 부착되는 위치 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

와이어 송급부는 용접와이어 송급기(15)와 용접와이어 도관(27)을 포함한다.

용접와이어 도관(27)은 상기 한 쌍의 중공형 전류 공급선(26)의 사이에 배치되어 용접와이어 송급기(15)로부터 송급되는 용접와이어(10)를 중공형 유도코일(21)의 내부를 지나도록 안내한다.

이러한 용접와이어 도관(27)은 연성(軟性)의 특징을 가지며, 상기 중공형 유도코일(21)의 내부에 설치되는 세라믹 튜브(23)와 연통되도록 연결된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치는 기존의 용접와이어 송급기에 연결하여 사용할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열방식을 이용한 용접와이어의 가열 및 송급장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

고주파 전류를 발생시키는 외부전원으로부터 변압기(30)의 1차 전류 입력선(32)을 통해 전원이 인가되면 변압기(30)의 권선수비에 따라 적정한 고주파 전류가 2차 전류 출력선(34)에서 발생되고 전류 공급선(26)을 따라 흘러 유도코일(21)로 전달된다. 상기 고주파 전류는 유도코일(21)을 따라 흐르면서 그 주위에 자장(磁場)을 형성하게 되고, 이 때 용접와이어 송급기(15)로부터 송급되는 상온의 용접와이어(10)가 유도코일(21) 내부를 통과하면서 그 주위에 형성된 자장을 변화시켜 용접와이어(10)에는 유도전류가 발생하게 된다. 이 유도전류는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 고유한 전기적 저항을 갖는 용접와이어(10)의 소정 구간(c-d)을 흐르게 되면서 이 부분에 주울(Joule)열을 발생시키며, 결과적으로 용접 직전에 용접와이어(10)를 가열시키게 된다.

용접와이어(10)가 가열되는 정도는 유도코일(21)의 감긴 직경, 감긴 수, 감긴 길이, 그리고 유도코일(21)에 흐르는 전류의 세기 및 주파수에 의해서만 정해지므로 유도코일(21)과 용접아크와의 거리에 영향 받지 않고 일정한 온도로 가열된다. 이러한 유도가열방식에서는 용접와이어(10)는 가열장치와 전기적으로 접촉되지 않는다.

유도코일(21)에 고주파 전류가 흘러 용접와이어(10)가 가열되는 동안 냉각수 순환장치(35)로부터 냉각수 유입관(36)을 통해 2차 전류 출력선(34)으로 냉각수가 공급된다. 공급된 냉각수는 전류 공급선 도관(25)의 내부를 따라 흐르면서 전류 공급선(26)을 냉각시키고 유도코일(21)선의 내부로 전달되어 다시 이 유도코일(21)을 냉각시킨 다음 또 다른 전류 공급선 도관(25)을 따라 냉각수 유출관(38)을 통해 냉각수 순환장치(35)로 회수된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유도가열방식을 이용한 용접와이어의 가열 및 송급장치에 의하면, 용접직전에 가열된 용접와이어가 용접아크 속으로 공급되어 상온의 용접와이어를 사용할 때보다 단위 시간당 용융금속의 용착율이 증가되어 용접속도가 빨라지게 됨에 따라 용접시간 단축, 용접에 소요되는 인력감축에 의한 인건비 절감, 및 사용 용접기 대수 감축에 의한 전력소비 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 유도코일방식을 이용하는 비접촉식으로 용접와이어를 가열하기 때문에 종래의 접촉식을 사용할 경우 발생되는 제반 문제점, 즉 접점의 마모, 용접와이어와 접점의 융착으로 인한 용접작업 중단, 그리고 용접와이어 접점의 위치 변화에 의한 가열온도의 변화와 그 결과로 발생되는 용융금속의 용착률의 불균일 등을 해결함으로써 용접제품의 품질불량 발생률을 억제하여 경제적인 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치의 유도코일 부분을 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치의 전류 공급선 부분을 도시한 단면도이다

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치의 유도코일과 전류 공급선의 연결부를 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 용접와이어의 가열 및 송급장치의 변압기와 냉각수 유입·유출관 부분을 도시한 단면도이다.

도 6은 종래의 용접와이어 송급장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 7a는 종래의 용접와이어 송급장치의 가열부를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 7b는 본 발명에 따른 용접와이어 가열 및 송급장치의 유도가열부를 개략적으로 도시한 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 용접와이어 15: 용접와이어 송급기

20: 용접와이어 가열 및 송급장치 21: 중공형 유도코일

23: 세라믹 튜브 25: 전류 공급선 도관

26: 중공형 전류 공급선 27: 용접와이어 도관

29,37: 커넥터 30: 변압기

32: 1차 전류 입력선 34: 중공형 2차 전류 출력선

35: 냉각수 순환장치 36: 냉각수 유입관

38: 냉각수 유출관

Claims (7)

1. 진행방향으로 기 설정된 길이의 대롱 형상을 이루면서 나선형으로 감겨지고, 양 단자가 일측방향을 향하도록 배치되는 중공(中空)형 유도코일;

   상기 중공형 유도코일의 양 단자에 전류를 공급할 수 있도록 각각 연결되며, 그 내부에 관통공이 형성되어 상기 중공형 유도코일선의 내부 관통공과 연통되는 한 쌍의 중공형 전류 공급선;

   상기 전류 공급선의 외피(外皮)를 이루는 전류 공급선 도관;

   상기 한 쌍의 중공형 전류 공급선의 사이에 배치되어 용접와이어 송급기로부터 송급되는 용접와이어를 상기 중공형 유도코일의 내부를 지나도록 안내하는 용접와이어 도관;

   상기 전류 공급선과 그 내부가 연통되도록 연결되는 중공형 2차 전류 출력선(2차 권선)과, 외부 전원과 연결되어 이로부터 입력전류를 공급받는 1차 전류 입력선(1차 권선)을 구비하는 변압기;

   상기 중공형 2차 전류 출력선의 측면에 부착 형성되고, 상기 2차 전류 출력선의 내부 관통공과 연통되어 냉각수를 공급하는 냉각수 유입관;

   상기 중공형 2차 전류 출력선의 측면에 부착 형성되고, 상기 2차 전류 출력선의 내부 관통공과 연통되어 냉각수가 배출되는 냉각수 유출관; 및

   상기 2차 전류 출력선의 관통공 내부에 상기 냉각수 유입관과 냉각수 유출관을 분리하는 내부순환 방지막

   을 포함하는 유도가열방식을 이용한 용접와이어의 가열 및 송급장치.
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