KR101401048B1 - 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접장치에 관한 것으로서, 전극을 가지며 전류를 인가하는 바디, 상기 바디에 고정되어 전류가 흐르며 아크를 발생시켜 용융풀을 형성하는 용접봉 및 상기 용접대상물과 비접촉하며 인접하게 배치되고, 상기 용접봉과 교차되는 방향으로 상기 용융풀에 자기장을 인가하는 자기장 형성유닛을 포함하는 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치가 개시된다.

Description

용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치{Welding Apparatus to Prevent The Molten Pools of Drool}

본 발명은 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접시 발생되는 용융풀에 외력을 가하여 흘러내리지 않도록 하는 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치에 관한 것이다.

우리는 건물이나 설비 등에서 내구성을 증가시키기 위해 금속을 사용한다. 하지만 금속의 경우 가공이 어렵고 접착 또한 어렵기 때문에 접착을 위해서 용접이라는 방법을 사용한다.

용접이란, 금속에 녹는점 이상의 열을 가함으로써, 금속을 용융상태로 만든 후 다시 냉각시키는 과정을 통해 금속을 접합시키는 방법이다.

그래서 다양한 금속의 재질 및 용도에 따라 여러 가지의 용접장치가 개발되었다.

종래에 사용되던 용접장치 중에서 아크용접장치를 살펴보면 아크용접은 전기에너지를 열에너지로 변환하여 사용하는데, 열에너지로서 아크열을 이용하여 금속재료를 용융 및 접합하는 방법이다.

구체적으로 아크용접은 용접전원을 용접봉의 일측에 결합하고, 타측은 용접대상물에 접촉하여 용접봉을 분리시킬 때 발생하는 아크를 이용하여 용접하는 방법이다.

이에 따라 발생되는 아크에 의해 용접봉 또는 용접대상물의 일부가 용융되며 용융풀을 형성하게 되고 이후 용융풀이 응고되며 용접대상물이 용접된다.

하지만, 이와 같은 방법의 용접은 벽면과 같이 중력의 영향을 받는 장소에서 용접하는 경우, 용융풀이 중력에 의해서 흘러내림이 발생하며 용접이 올바르게 되지 않는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라 용접시 용융풀이 고르게 퍼지지 않아 용접의 신뢰성 또한 장담하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 용접장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 벽면 용접시 용융풀에 외력을 가하여 중력에 의해서 흘러내리는 현상을 방지함으로써 용접의 신뢰성을 증가시킬 수 있는 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치를 제공함에 있다.

그리고 본 발명은 용융풀에 작용하는 자기장의 방향을 선택적으로 조절하여 용융풀에 작용하는 외력의 방향을 조절할 수 있는 용접장치를 제공함에 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 전극을 가지며 전류를 인가하는 바디, 상기 바디에 고정되어 전류가 흐르며 아크를 발생시켜 용융풀을 형성하는 용접봉 및 상기 용접대상물과 비접촉하며 인접하게 배치되고, 상기 용접봉과 교차되는 방향으로 상기 용융풀에 자기장을 인가하는 자기장 형성유닛을 포함한다.

또한, 상기 용접대상물은 중력에 상하방향을 따라 경사지도록 배치되고, 상기 자기장 형성유닛은, 용융풀에 작용하는 로렌츠의 힘이 상부방향으로 향하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 자기장 형성유닛은 상기 바디에 고정 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 바디는 상기 용접봉의 일단부와 결합되는 고정부 및 소정의 길이를 가지며 일단부가 상기 고정부를 중심으로 회전 가능하게 결합되고 타단부에 상기 자기장 형성유닛이 결합되는 회전부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 자기장 형성유닛은 선택적으로 상기 회전부와의 결합각도가 조절될 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 용접시 발생되는 용융풀에 자기장을 제공하여 흐르는 전류와 함께 외력이 발생하도록 함으로써, 중력방향에 의해 용융풀이 흘러내리는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

둘째, 용융풀에 자기장을 제공하는 자기장 형성유닛의 위치를 선택적으로 조절함으로써, 용융풀에 작용하는 외력의 방향을 조절할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 용접장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도2는 도1의 용접장치에서 용접대상물을 용접함에 따라 발생되는 자기장 및 전기장의 방향에 의해 외력이 작용하는 상태를 나타낸 도면,
도3은 1의 용접장치에서 용융풀에 자기장 및 전기장이 작용하는 상태를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 용접장치 및 종래의 용접장치에 의해서 용접대상물이 용접된 상태를 나타낸 도면; 및
도 5는 도 1의 용접장치에서, 회전부의 회전에 따라 자기장 형성유닛의 위치가 변경되는 상태를 나타낸 도면.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통하여 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정형태로 한정하려는 것이 아니라 본 실시예를 통해서 좀더 명확한 이해를 돕기 위함이다.

본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

일반적으로 아크(arc)란 용접봉과 용접대상물 사이에 전압을 걸고 용접봉의 선단을 용접대상물에 가볍게 접촉시켰다 떼는 순간 방전으로 강한 빛과 고열을 내는 원호모양의 불꽃을 말하며, 아크용접은 용접봉과 용접대상물 사이에 발생하는 아크열을 이용하여 용접대상물의 용접부를 용융시켜 서로 결합되도록 하는 것이다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치의 구성에 대해서 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 용접장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이 크게 용접봉(100), 바디(200) 및 자기장 형성유닛(300)을 포함하여 구성된다.

용접봉(100)은 전류가 흐르며 용접대상물(10)과의 접촉으로 발생되는 아크열에 의해 일부가 용융되거나 용접대상물(10)이 용융되어 용접대상물(10)을 용접한다.

본 실시예에서 용접봉(100)은 전류가 흐르며 아크가 발생하고 발생되는 아크에 의해 일부가 용융되어 용융풀(M: 도2참조)을 형성하며 용접대상물(10)을 접착시킨다.

여기서, 용접봉(100)은 일단부가 바디(200)에 고정 결합되고 타단부가 용접대상물(10)과 접촉하며 아크가 발생하도록 배치된다. 그리고 바디(200)와 결합된 용접봉(100)은 바디(200)에 구비된 전극(미도시)으로부터 전류를 공급받아 아크를 발생시킨다.

바디(200)는 용접봉(100) 및 자기장 형성유닛(300)을 지지하며 외부의 전원으로부터 전력을 공급받아 각각에 전달하는 구성으로써, 본 실시예에서는 용접봉(100)의 타단부와 고정 결합되어 용접봉(100)에 전류를 인가한다.

본 실시예에서 바디(200)는 크게 고정부(210)와 회전부(220)를 포함하여 구성되며, 고정부(210)는 용접봉(100)의 일단부와 결합하여 용접봉(100)을 고정함과 동시에 사용자가 그립하여 용접을 할 수 있도록 한다.

회전부(220)는 소정의 길이를 가지며, 고정부(210)에 결합되어 자기장 형성유닛(300)을 지지함과 동시에 그 위치를 조절하여 자기장의 방향(B: 도2참조)을 조절한다.

본 실시예에서 회전부(220)는 고정부(210)에 결합되며 일단부가 고정부(210)를 회전축으로 하여 회전 가능하도록 결합되며 타단부가 자기장 형성유닛(300)과 결합된다.

그래서, 고정부(210)는 회전부(220)를 중심으로 회전하며 자기장 형성유닛(300)의 위치를 조절할 수 있다. 회전부(220)의 구체적인 동작 상태는 후술한다.

자기장 형성유닛(300)은 상술한 바디(200)에 결합되며 용접봉(100)과 인접하게 배치되어 용융풀(M)로 자기장을 제공하는 장치로써, 본 발명에 따른 자기장 형성유닛(300)은 전자석으로 구성된다.

그리고 자기장 형성유닛(300)은, 용융풀(M)에 작용하는 로렌츠 힘이 상부방향으로 향하도록 배치된다. 여기서, 용접대상물(10)은 중력에 상하방향을 따라 경사지도록 배치되며, 본 실시예에서 용접대상물(10)은 벽면과 같이 수직으로 경사된 상태로 배치된다.

본 실시예에서 자기장 형성유닛(300)은 용접대상물(10)과 인접하게 배치되며 용접봉(100)을 통해서 흐르는 전류와 교차되는 방향으로 자기력을 제공하며, 구체적으로 자기장 형성유닛(300)은 용접봉(100)을 통해서 용접대상물(10)로 흐르는 전류의 방향에 따른 가상의 상하 연장면을 기준으로 좌측방향으로 자기장이 흐르도록 한다.

즉, 용접봉(M)을 중심으로 하는 직교좌표계를 기준으로 자기장 형성유닛(300)에 의해 발생되어 용융풀(M)에 작용하는 자기장의 방향벡터 성분 중에서 적어도 일부가 좌측방향으로 향하도록 배치된다.

여기서 좌측이라 함은 용접봉(100)에서 용융풀(M)로 흐르는 전류의 방향(J)에 따른 상하?향을 기준으로 지면에서 볼 때 사용자의 좌측을 의미한다. 즉, 지면에서 사용자가 서 있는 경우 용접봉(100)을 중심으로 좌측방향으로 자기장이 형성된다.

구체적으로, 자기장 형성유닛(300)은 회전부(220)의 타단부에 결합되며, 전류의 인가에 따라 형성되는 전자석의 N극이 용융풀(M) 방향으로 배치되도록 한다. 이에 따라. 자기장 형성유닛(300)이 형성한 자기장을 용융풀(M)로 제공한다.

이와 같이 자기장 형성유닛(300)이 좌측방향으로 흐르는 자기장이 형성되도록 함으로써, 용접봉(100)을 통해서 흐르는 전류와 함께 용융풀(M)에 로렌츠의 힘이 작용하도록 한다.

여기서, 로렌츠의 힘은 용융풀(M)에 흐르는 전하가 자기장에 의해서 받는 힘을 의미하며, 전하가 로렌츠의 힘을 받음에 따라 용융풀(M)에도 로렌츠의 힘이 작용된다.

이어서, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 용접장치에서 자기장 형성유닛(300)에 의해서 발생된 자기장에 의해 용융풀(M)에 외력이 작용하는 상태에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도2는 도1의 용접장치에서 용접대상물(10)을 용접함에 따라 발생되는 자기장 및 전기장의 방향에 의해 외력이 작용하는 상태를 나타낸 도면이고 도3은 1의 용접장치에서 용융풀(M)에 자기장 및 전기장이 작용하는 상태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 자기장 형성유닛(300)이 바디(200)에 결합되며 용접봉(100)과 인접하게 배치됨으로써, 용접시 용접봉(100)에 흐르는 전류의 방향(J)과 자기장 형성유닛(300)에 의해서 형성된 자기장의 방향(B)에 의해서 외력이 발생한다.

자기장 형성유닛(300)에 의해 자기장이 형성됨으로써 용융풀(M)에 외력이 작용하고, 외력이 작용하는 방향은 플레밍의 왼손법칙에 따라 자기장의 방향(B)에 의해서 결정된다.

도 2를 살펴보면, 용접대상인 용접대상물(10)은 한 쌍으로 구성되어 분리된 제1모재(11) 및 제2모재(12)로 구성되며 상하방향으로 배치된다. 여기에 용접봉(100)이 접촉하여 용융풀(M)을 형성하며 제1모재(11)와 제2모재(12)를 용접한다.

이때, 용접봉(100)은 바디(200)로부터 전류를 공급받아 용융풀(M)로 흐르도록 구성된다.

그리고 자기장 형성유닛(300)은 용접봉(100)과 인접하게 배치되어 용융풀(M)에 자기력을 제공한다. 여기서, 자기장 형성유닛(300)에 의해서 형성되는 자기력이 좌측으로 향하도록 전자석의 N극의 용융풀(M)과 인접하게 배치된다.

이에 따라, 도시된 바와 같이 용융풀(M)에 작용하는 로렌츠의 힘(F)은 플레밍의 왼손법칙에 의해서 상부방향으로 작용을 한다.

즉, 전류는 용접봉(100)에 의해서 용융풀(M)로 흐르기 때문에 J방향으로 흐르고, 자기장은 자기장 형성유닛(300)에 의해서 용융풀(M)의 우측에 N극이 배치되기 때문에 B방향으로 흐르게 된다. 이에 따라, 용융풀(M)에 흐르는 전하는 J와 B방향으로 작용하는 전자기력에 의해서 F방향으로 작용하게 된다.

이와 같이 플레밍의 왼손법칙에 의해서 전류와 자기장의 방향(J, B)이 각각 수직으로 교차됨에 따라. 용융풀(M)에 로렌츠의 힘(F)이 작용하게 되어 용융풀(M)이 하부방향으로 흘러내리지 않게 된다.

한편, 도시된 도면과 같이 용융풀(M)에 작용하는 전류의 방향(J)과 자기장의 방향(B)은 서로 교차되기는 하지만 수직인 상태가 되지 않을 수도 있다.

용융풀(M)에 작용하는 자기장의 방향(B)과 전류의 방향(J)이 서로 수직이 되지는 않지만, 도 3에 도시된 바와 같이 자기장(B)의 벡터 성분 중에서 일부가 전류의 방향(J)과 수직이 되도록 배치되면 용융풀(M)에는 로렌츠의 힘(F)이 작용하게 된다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 자기장 형성유닛(300)에 의해 B방향으로 자기장이 발생되는 경우, B방향의 자기장은 각각 B_x 와 B_y의 성분으로 각각 분리된다, 여기서, B_x는 전류의 진행방향과 평행한 방향으로 작용하는 자기장이고 B_y는 전류의 진행방향과 수직인 방향으로 작용하는 자기장이다.

이와 같이, 자기장 형성유닛(300)에 의해서 발생되는 자기장의 방향(B)이 용접봉(100)을 따라 흐르는 전류의 방향(J)과 수직으로 배치되지 않더라도, 자기장 형성유닛에 의해서 발생되는 자기장에서 B_x 방향으로 용융풀(M)에 자기장이 작용하기 때문에 로렌츠의 힘에 의한 외력(F)이 용융풀(M)에 작용하게 된다.

이때, 자기장 형성유닛(300)에서 발생된 자기장 B와 자기장 B의 방향벡터 성분인 B_x 는 그 세기의 차이가 있고 이에 따라 용융풀(M)에 작용하는 외력(F)의 세기가 변경될 수 있다.

이와 같이, 자기장 형성유닛(300)이 자기장을 형성함으로써, 용융풀(M)에 로렌츠의 힘이 발생하게 되고 이에 따라서, 벽면과 같은 상태의 용접대상물(10)을 용접하는 경우, 중력과 반대방향으로 로렌츠의 힘이 작용하도록 함으로써, 용융풀(M)이 흘러내리지 않도록 한다.

여기서, 용융풀(M)에 작용하는 외력(F)이 상부방향으로 작용하도록 하기 위해서는 자기장 형성유닛(300)에 의해서 용융풀(M)에 작용하는 자기장의 방향벡터 성분 중에서 일부가 좌측으로 작용하여야 한다.

이에 따라, 자기장 형성유닛(300)에 의해서 발생된 자기장B는 B_x 방향으로 작용하는 방향벡터 성분에 의해서 플레밍의 왼손법칙을 따라 용융풀(M)에 상부방향으로 외력(F)이 작용한다.

이어서, 도4를 참조하여 종래의 용접장치와 본 발명의 실시예에 따른 용접장치 각각에 의해서 용접된 상태를 살펴본다.

도 4는 본 발명의 용접장치 및 종래의 용접장치에 의해서 용접대상물(10)이 용접된 상태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 도 4의 (a)는 종래의 용접장치를 이용하여 벽면을 용접한 상태를 나타낸 것으로, 용접시 발생된 용융풀(M)이 굳기 전에 중력에 의해서 아래방향으로 흘러내린 것을 알 수 있다.

이와 같이 용융풀(M)이 흘러내림에 따라, 용접대상물(10)의 용접시 용접상태가 불량해질 수 있으며, 내구성도 떨어지는 문제점이 있었다.

하지만, 도 4의 (b)를 살펴보면 본 발명의 실시예에 따른 용접장치를 이용하여 용접을 한 상태로써, 용접대상물(10)의 용접이 끝난 상태에도 용융풀(M)이 흘러내리지 않고 안정적으로 위치한 것을 알 수 있다.

즉, 용융풀(M)이 용융상태일 때, 자기장 형성유닛(300)에 의해서 형성된 자기장의 영향을 받아 중력방향의 반대방향으로 로렌츠의 힘에 의한 외력(F)이 작용하여 굳어진 상태이다.

이와 같이 용융풀(M)이 흘러내리지 않고 안정적으로 응고되는 경우, 용접대상물(10)의 용접시 내구성이 증가하여 안정적인 용접을 할 수 있다.

특히, 벽면을 용접하는 경우, 용융풀(M)의 흘러내림에 의해서 용접의 신뢰성이 떨어질 수 있기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 용접장치를 이용하여 용접함으로써, 안정적으로 용접을 할 수 있다.

다음으로, 도 5를 참조하여 바디(200)의 구성 및 동작에 대해서 보다 상세하게 살펴본다.

도 5는 도 1의 용접장치에서, 회전부(220)의 회전에 따라 자기장 형성유닛(300)의 위치가 변경되는 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 용접장치에서 바디(200)는 상술한 바와 같이 고정부(210) 및 회전부(220)를 포함하여 구성되며, 회전부(220)는 일단부가 회전부(220)에 결합되고 타단부가 자기장 형성유닛(300)과 결합된다.

여기서, 회전부(220)가 고정부(210)를 중심으로 회전 가능하도록 결합되기 때문에, 고정부(210)를 중심으로 자기장 형성유닛(300)의 위치를 조절할 수 있다.

구체적으로 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 자기장 형성유닛(300)이 고정부(210)를 기준으로 좌측에 위치하게 된다. 이와 같은 경우, 용접봉(100)을 기준으로 좌측방향의 자기장이 형성된다.

그리고, 도 5의(b)와 같이 자기장 형성유닛(300)에 의해서 형성되는 자기장의 방향(B)을 변경하는 경우, 회전부(220)를 회전시켜 자기장 형성유닛(300)의 위치를 변경할 수 있다.

이에 따라 도시된 바와 같이, 자기장 형성유닛(300)이 고정부(210)를 기준으로 우측에 위치하게 되며, 용접봉(100)을 기준으로 우측방향의 자기장이 형성된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 용접장치는 회전부(220)를 통해서 자기장 형성유닛(300)의 위치를 선택적으로 조절하며 이에 따라, 외력이 용융풀(M)에 작용하는 방향을 조절한다.

예를 들어 사용자가 벽면을 용접할 때, 벽면의 위쪽에서 아래쪽 방향을 보며 용접하는 경우, 자기장의 방향(B)이 반대가 되기 때문에 자기장 형성유닛(300)의 위치를 조절하여 용융풀(M)에 작용하는 로렌츠의 힘이 상부방향으로 향하도록 할 수 있다.

한편, 고정부(210)는 용접봉(100)의 결합각도를 선택적으로 조절할 수 있는 제1각도조절수단(212)을 구비하여, 고정부(210)와 용접봉(100)의 각도를 조절할 수 있다.

또한, 회전부(220)는 자기장 형성유닛(300)과 회전부(220)의 결합에 있어 결합각도를 조절할 수 있는 제2각도조절수단(222)을 구비할 수 있다.

상기 각각의 제1각도조절수단(212) 및 제2각도조절수단(222)은, 용접봉(100) 및 자기장 형성유닛(300)의 각도를 조절하여, 용융풀(M)에 작용하는 전류의 방향(J) 및 자기장의 방향(B)을 조절할 수 있다.

여기서, 제1각도조절수단(212) 및 제2각도조절수단(222)은 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 복수 개의 블록이 연속적으로 회동 가능하게 결합되어 구성된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 용접장치는 회전부(220)의 회전에 의해서 자기장 형성유닛(300)의 위치를 조절함으로써 용융풀(M)에 작용하는 외력의 방향을 조절할 뿐만 아니라, 제1각도조절수단(212) 및 제2각도조절수단(222)을 구비하여 전류의 방향(J)과 자기장의 방향(B)을 선택적으로 조절할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대한 바람직한 실시예들을 살펴보았으며, 앞서 설명한 실시예 외에도 본 발명의 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그러므로 본 실시예는 특정형태로 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 용접봉
200: 바디
210: 고정부
220: 회전부
300: 자기장 형성유닛
M: 용융풀
J: 전류
B: 자기장
F: 외력

Claims (5)

1. 전극을 가지며 전류를 인가하는 바디;
   상기 바디에 고정되어 전류가 흐르며 아크를 발생시켜 용융풀을 형성하는 용접봉; 및
   용접대상물과 비접촉하며 인접하게 배치되고, 상기 용접봉과 교차되는 방향으로 상기 용융풀에 자기장을 인가하는 자기장 형성유닛을 포함하며;
   상기 용융풀이 흘러내리지 않도록 상기 용융풀에 작용하는 로렌츠힘이 상부방향으로 향하도록 배치되는 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 자기장 형성유닛은,
   상기 바디에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 바디는,
   상기 용접봉의 일단부와 결합되는 고정부; 및
   소정의 길이를 가지며 일단부가 상기 고정부를 중심으로 회전 가능하게 결합되고 타단부에 상기 자기장 형성유닛이 결합되는 회전부;
   를 포함하는 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 자기장 형성유닛은,
   선택적으로 상기 회전부와의 결합각도가 조절되는 용융풀의 흘러내림이 방지되는 용접장치.

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