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KR101422596B1 - 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치 - Google Patents

플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치 Download PDF

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KR101422596B1
KR101422596B1 KR1020120087795A KR20120087795A KR101422596B1 KR 101422596 B1 KR101422596 B1 KR 101422596B1 KR 1020120087795 A KR1020120087795 A KR 1020120087795A KR 20120087795 A KR20120087795 A KR 20120087795A KR 101422596 B1 KR101422596 B1 KR 101422596B1
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flux powder
powder
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welding
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정동희
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 플럭스 분말을 전기가스용접시 공급하여 용접하는 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치 및 이를 이용한 전기가스 용접방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접와이어를 공급하는 와이어 공급부, 상기 와이어 공급부로부터 공급받은 용접와이어를 피용접부로 안내하는 와이어 안내부재 및 상기 피용접부에 형성된 용융풀에 상온 상태의 플럭스 분말을 공급하는 플럭스 분말 공급부를 포함하되, 상기 용융풀의 잉여열에 의해 상기 플럭스 분말이 용해되어 용접이 이루어지는 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치가 개시된다.

Description

플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치{Device for Electro Gas Arc Welding using Flux Powder}
본 발명은 플럭스 분말을 전기가스용접시 공급하여 용접하는 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치 및 이를 이용한 전기가스 용접방법에 관한 것이다.
통상 전기가스용접(Electro Gas Arc Welding: EGW)은 고능률 입향 용접 방법으로, 주로 이산화탄소를 보호가스로 이용하여 아크를 발생시키며, 이 아크 열로 모재 및 용재를 용융시켜 각각의 모재를 접합하는 방식으로, 통상 모재의 전면에 동담금을, 후면에는 백킹재를 설치하고, 공급되는 용접와이어와 모재간에 발생되는 아크를 통해 용접부를 용접하면서 진행되는 방식이다.
특히, 이러한 전기가스용접 방법을 이용한 장치는 선박제조시 판 두께가 8mm 이상인 두꺼운 후판 용접에 사용되기 적합할 수 있다.
전기가스용접을 할 때에는 용접이 이루어지는 두 피용접재의 피용접부의 전면과 후면에 동담금 및 백킹재를 설치하고, 용접와이어를 피용접부에 위치시킨 후 공급된 전원으로서 아크를 발생시키면 아크의 열로 인해 용접와이어 및 피용접재의 일부가 녹아 용융풀이 형성되며, 형성된 용융풀이 굳으면서 피용접재들의 용접이 이루어지게 된다.
그런데, 종래의 전기가스용접은 단위길이 당 투입되는 입열이 큰 대입열용접법에 속함으로써 피용접재의 열영향부의 물성이 저하되는 단점이 있다. 특히, 피용접부와 열영향부의 경계면인 용융선 근처의 용접열영향부는 고온에 장시간 놓이게 되면서 결정립이 용접전에 비해 매우 조대해짐으로써 충격인성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
공개특허 10-2009-0033120
본 발명은 용융풀의 냉각속도를 개선함으로써 용접열영향부의 물성치 저하를 방지하며, 용접시 형성되는 용융풀량을 증가 시킴으로써 용접속도를 개선하는 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치 및 이를 이용한 전기가스 용접방법을 제공하는 것이 과제이다.
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 발명의 일 실시예에 따르면, 용접와이어를 공급하는 와이어 공급부, 상기 와이어 공급부로부터 공급받은 용접와이어를 피용접부로 안내하는 와이어 안내부재 및 상기 피용접부에 형성된 용융풀에 상온 상태의 플럭스 분말을 공급하는 플럭스 분말 공급부를 포함하되, 상기 용융풀의 잉여열에 의해 상기 플럭스 분말이 용해되어 용접이 이루어지는 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치가 개시된다.
상기 플럭스 분말 공급부는, 상기 플럭스 분말을 저장하는 플럭스 저장용기, 상기 플럭스 저장용기로부터 플럭스 분말이 이동되는 플럭스 공급관 및 상기 플럭스 공급관으로부터 플럭스 분말을 공급받으며, 피용접부에 플럭스 분말을 분사하는 분사노즐이 형성된 플럭스 공급튜브를 포함할 수 있다.
상기 플럭스 공급튜브는, 내주면에 상기 와이어 안내부재가 관통하도록 구비되고, 상기 와이어 안내부재의 둘레에 상기 분사노즐이 구비되어 상기 용접와이어의 둘레에서 상기 플럭스 분말이 분사되도록 이루어질 수 있다.
또는, 상기 플럭스 공급튜브는, 상기 분사노즐이 상기 와이어 안내부재의 일측에 이격되게 구비되어 상기 용접와이어와 이격된 위치에서 상기 플럭스 분말이 분사되도록 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 피용접부위에 형성된 용융풀이 피용접부위의 외측으로 흐르는 것을 방지하는 동담금이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치 및 이를 이용한 전기가스 용접방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 용접와이어 및 모재가 용융된 용융풀에 플럭스 분말을 추가하여 추가적인 가열 없이 용융풀의 잉여열을 이용하여 플럭스 분말을 용해하므로, 용융풀의 냉각속도가 보다 신속하게 개선되어 용접열영향부의 결정립 성장을 제한시킬 수 있으며 그에 따라 충격인성 등의 물성치가 저하되는 것이 방지된다.
둘째, 추가로 분사되는 플럭스 분말 또한 용융풀을 형성하므로 용융풀의 형성량을 증가시킴으로써 시간당 용착량을 증가시켜 용접 속도를 개선할 수 있다.
셋째, 플럭스가 분말 형태로 분사되므로 기 형성된 용융풀의 잉여열로서 충분히 용해되어 추가적인 가열이 필요치 않아 전력소모량의 증가 없이 용착량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치로서 용접하는 모습을 도시한 사시도;
도 2는 도 1의 플럭스 분말 공급부를 간략하게 도시한 도면;
도 3은 도 2의 플럭스 공급튜브의 일 예를 도시한 단면도;
도 4는 도 2의 플럭스 공급튜브의 다른 예를 도시한 단면도; 그리고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접방법을 도시한 순서도 이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따른 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 용접이 이루어지는 제1피용접재(10)와 제2피용접재(20)를 전기가스 용접하는 장치일 수 있다.
상기와 같은 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 와이어 공급부(110)와 와이어 안내부재(120), 플럭스 분말 공급부(130) 및 동담금(140)과 백킹재(142)를 포함하여 이루어질 수 있다.
와이어 공급부(110)는 전기가스 용접에 사용되는 용접와이어(102)를 공급하는 구성요소이다. 일반적으로 용접와이어(102)는 권취된 형태로 제공되며, 와이어 공급부(110)는 권취된 형태의 용접와이어(102)를 풀어내면서 공급하기 위해서 용접와이어(102)를 압송하는 롤러(112)를 포함하여 이루어질 수 있다.
와이어 안내부재(120)는 와이어 공급부(110)로부터 공급받은 용접와이어(102)를 제1피용접재(10)와 제2피용접재(20)의 피용접부(30)로 안내하며, 별도로 구비된 전원공급장치(미도시)로부터 공급받은 전원을 피용접부(30)에 인가하여 피용접부(30)에 아크를 발생시키는 구성요소이다.
상기와 같이 발생된 아크의 열로 인해 용접와이어(102)와 피용접부(30) 부근의 제1피용접재(10)와 제2피용접재(20)의 일부가 녹아 용융풀(weld pool: 150)이 형성될 수 있다. 이 때, 발생된 용융풀(150)은 매우 높은 온도를 가진 상태이며, 적절한 용접을 이루기 위해 필요한 온도보다 높은 잉여열을 가질 수 있다.
플럭스 분말 공급부(130)는, 피용접부(30)에 형성된 용융풀(150)에 플럭스 분말(flux powder: 104)를 공급하는 구성요소이다.
이 때, 용융풀(150)에 공급되는 플럭스 분말(104)은 별도로 가열되지 않은 상온 상태의 플럭스 분말(104)일 수 있다.
상기와 같이 용융풀(150)에 공급된 플럭스 분말(104)은 용융풀(150)의 잉여열로서 가열되어 용융풀(150)에 용해될 수 있다.
또한, 용융풀(150)은 플럭스 분말(104)을 가열하여 용해시키면서 잉여열을 소모하여 냉각될 수 있다.
따라서, 플럭스 분말(104)을 가열하는데 소모된 잉여열 만큼 용융풀(150)의 냉각이 가속화되며, 그에 따라 용접열영향부의 결정립 성장이 제한될 수 있다.
일반적으로, 동일한 성분의 금속의 결정립 크기는 온도와 해당온도가 유지되는 시간에 따라 달라지는데, 결정립의 크기는 온도 및 시간에 비례하는 경향을 보인다.
따라서, 용융풀(150)의 온도가 낮아지거나 및 냉각되는 속도가 빨라질수록 열영향부의 결정립의 성장은 제한되며 그에 따라 금속의 충격인성 등의 물성치가 개선될 수 있다.
또한, 용해된 플럭스 분말(104)의 양 만큼 용융풀(150)의 양이 증가되어 동일한 시간에 용착량을 증가시킬 수 있어 용접속도를 보다 빠르게 개선할 수 있다.
이 때, 플럭스는 분말의 형태로 투입되므로, 별도의 추가적인 가열이 없이도 용융풀(150)의 잉여열에 의해 충분히 용해될 수 있다.
따라서, 플럭스 분말(104)을 가열하는데 별도의 추가적인 에너지가 소모되지 않으므로 동일한 전력사용량으로서 용착량을 증가시킬 수 있다.
한편, 피용접부(30)의 일면 및 일면과 대향된 타면에는 동담금(140) 및 백킹재(142)가 더 구비될 수 있다.
동담금(140) 및 백킹재(142)는 피용접부(30)에 형성된 용융풀(150)이 굳기 전에 피용접부(30) 외측으로 흘러 누출되는 것을 방지하는 구성요소로서 열전도율이 높아 용융풀(150)의 냉각에 유리한 구리 등의 재질로 형성될 수 있다.
따라서, 피용접부(30)에 형성된 용융풀(150)은 피용접부(30)와 동담금(140) 및 백킹재(142)에 의해 형성된 공간에 머물면서 냉각되면서 굳어 제1피용접재(10)와 제2피용접재(20)를 용접할 수 있다.
상기와 같은 동담금(140) 또는 백킹재(142)는 용융풀(150)의 냉각을 가속화 시키고자 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수관(144)이 매설될 수 있다.
또한, 용융풀(150) 및 피용접부(30)가 산화되지 않도록 보호하는 보호가스가 동담금(140) 또는 백킹재(142)로부터 피용접부(30)에 분사될 수 있다. 이를 위하여 동담금(140) 또는 백킹재(142)에는 보호가스를 분사하는 가스 분사공(146)이 형성될 수 있다. 보호가스로는 이산화탄소(CO2)가 사용될 수 있다.
냉각수관(144) 및 가스 분사공(146)은 외부로부터 냉각수 및 보호가스를 공급받는 관(미도시)이 연결될 수 있다.
플럭스 분말 공급부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 플럭스 저장용기(132)와 플럭스 공급관(134) 및 플럭스 공급튜브(136)를 포함하여 이루어질 수 있다.
플럭스 저장용기(132)는 상온의 가열되지 않은 상태의 플럭스 분말(104)을 저장하는 구성요소이다.
플럭스 공급관(134)은 플럭스 저장용기(132)와 후술하는 플럭스 공급튜브(136)와 연결되어 플럭스 저장용기(132)에 저장된 플럭스 분말(104)을 플럭스 공급튜브(136)로 이동시키는 구성요소이다.
플럭스 공급튜브(136)는 플럭스 공급관(134)으로부터 플럭스 분말(104)을 공급받으며 피용접부(30)에 플럭스 분말(104)을 분사하는 분사노즐(138)이 형성된 구성요소이다.
상기와 같은 플럭스 공급튜브(136)는 도 3에 도시된 바와 같이, 내부면에 와이어 안내부재(120)가 관통되도록 구비되고, 플럭스 분말(104)을 분사하는 분사노즐(138)이 와이어 안내부재(120) 둘레로 구비되어 용접와이어(102)의 둘레에서 플럭스 분말(104)이 분사되도록 이루어질 수 있다.
또는, 플럭스 공급튜브(137)는 도 4에 도시된 바와 같이, 플럭스 분말(104)을 분사하는 분사노즐(139)이 용접와이어(102)와 이격된 위치에 형성되어 용접와이어(102)와 이격된 위치에서 플럭스 분말(104)이 분사되도록 이루어질 수 있다.
따라서, 플럭스 공급튜브(136)의 분사노즐(138)에서 피용접부(30)와 동담금(140) 및 백킹재(142)에 의해 형성된 공간에 담긴 용융풀(150)에 플럭스 분말(104)을 분사할 수 있게 된다.
이하, 전술한 실시예의 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치(100)의 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접방법의 일 실시예를 설명한다.
도 5는 본 실시예에 따른 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접방법의 일 예를 도시한 순서도이다.
본 실시예에 따른 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접방법은 와이어 공급단계(S110), 아크 발생단계(S120), 용융풀 형성단계(S130), 플럭스 분말 공급단계(S140) 및 냉각단계(S150)를 포함하여 이루어질 수 있다.
와이어 공급단계(S110)는, 피용접부(30)에 용접와이어(102)를 공급하는 단계이다. 와이어 공급단계(S110)에서는 와이어 공급부(110)가 구동되어 용접와이어(102)를 와이어 안내부재(120)를 통해 피용접부(30)에 공급할 수 있다.
아크 발생단계(S120)에서는 피용접부(30)에 아크를 발생시키는 단계이다. 아크 발생단계(S120)에서는 와이어 안내부재(120)가 전원공급장치(미도시)로부터 공급받은 전원을 피용접부(30)에 인가함으로써 아크가 발생될 수 있다.
용융풀 형성단계(S130)는 아크 발생단계(S120)에서 발생된 아크로서 피용접부(30)에 용융풀(150)을 형성하는 단계이다.
아크 발생단계(S120)에서 아크가 발생되면, 아크의 고온의 열기에 의해 피용접부(30)의 제1피용접재(10)와 제2피용접재(20)의 일부 및 용접와이어(102)가 용융되어 용융풀(150)이 형성될 수 있다. 이 때 생성된 용융풀(150)은 적절한 용접을 이루기 위해 필요한 온도보다 높은 잉여열을 가진 고온 상태일 수 있다.
플럭스 분말 공급단계(S140)는 용융풀 형성단계(S130)에서 형성된 용융풀(150)에 플럭스 분말(104)을 공급하는 단계이다.
플럭스 분말 공급단계(S140)에서 공급되는 플럭스 분말(104)은 별도로 가열되지 않은 상온 상태의 플럭스 분말(104)일 수 있다.
플럭스 분말 공급단계(S140)에서 용융풀(150)에 공급된 플럭스 분말(104)은 용융풀(150)의 잉여열로서 용융되어 용융풀(150)에 용해될 수 있다.
따라서, 플럭스 분말(104)을 가열하는데 소모된 잉여열 만큼 용융풀(150)의 냉각이 가속화되며, 그에 따라 용접열영향부의 결정립 성장이 제한될 수 있다.
또한, 용해된 플럭스 분말(104)의 양 만큼 용융풀(150)의 양이 증가되어 동일한 시간에 용착량을 증가시킬 수 있어 용접속도를 보다 빠르게 개선할 수 있다.
또한, 냉각단계(S150)에서는 플럭스 분말(104)이 용해된 용융풀(150)을 냉각시켜 굳게 하여 제1피용접재(10)와 제2피용접재(20)의 용접을 이루는 단계이다.
냉각단계(S150)에서는 동담금(140) 및 백킹재(142)에 흐르는 냉각수에 의해 냉각이 가속화 될 수 있다.
상기와 같은 와이어 공급단계(S110) 내지 냉각단계(S150) 중에 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치(100)가 입향상진방향으로 서서히 이동하면서 제1피용접재(10)와 제2피용접재(20)의 피용접부(30) 전체를 용접할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 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.
10: 제1피용접재 20: 제2피용접재
30: 피용접부
100: 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치
102: 용접와이어 104: 플럭스 분말
110: 와이어 공급부 112: 롤러
120: 와이어 안내부재 130: 플럭스 분말 공급부
132: 플럭스 저장용기 134: 플럭스 공급관
136, 137: 플럭스 공급튜브 138, 139: 분사노즐
140: 동담금 142: 백킹재
144: 냉각수관 146: 가스 분사공
150: 용융풀

Claims (5)

  1. 용접와이어를 공급하는 와이어 공급부;
    상기 와이어 공급부로부터 공급받은 용접와이어를 피용접부로 안내하는 와이어 안내부재; 및
    상기 피용접부에 형성된 용융풀에 상온 상태의 플럭스 분말을 공급하는 플럭스 분말 공급부;를 포함하되,
    상기 플럭스 분말 공급부는,
    상기 플럭스 분말을 저장하는 플럭스 저장용기;
    상기 플럭스 저장용기로부터 플럭스 분말이 이동되는 플럭스 공급관; 및
    상기 플럭스 공급관으로부터 플럭스 분말을 공급받으며, 피용접부에 플럭스 분말을 분사하는 분사노즐이 형성된 플럭스 공급튜브;를 포함하며,
    상기 플럭스 공급튜브는,
    플럭스 공급튜브에 와이어 안내부재가 관통되며, 상기 와이어 안내부재가 관통된 지점 둘레의 상기 와이어 안내부재와 이격된 위치에 분사노즐이 형성되어 상기 용융풀의 잉여열에 의해 상기 플럭스 분말이 용해되어 용접이 이루어지는 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플럭스 공급튜브는,
    내주면에 상기 와이어 안내부재가 관통하도록 구비되고,
    상기 와이어 안내부재의 둘레에 상기 분사노즐이 구비되어 상기 용접와이어의 둘레에서 상기 플럭스 분말이 분사되는 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    피용접부위에 형성된 용융풀이 피용접부위의 외측으로 흐르는 것을 방지하는 동담금이 더 구비되는 플럭스 분말을 이용한 전기가스 용접장치.
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