KR100247298B1 - 텅스텐 미세입자로 co2용접에 의한 초경합금층을 형성시키는 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

발전소, 제철공장, 시멘트공장, 광산, 준설공사 등에 있어서 고경도, 내마모성, 내열성이 요구되는 장치 및 설비 등에 사용되는 소재 즉 고탄소강판, 연강판, 기타 금속판의 모재위에 금속조성물로 아크용접에 의한 초경합금층을 형성시키는 표면처리 방법에 있어서, 금속조성물 대신에 폐기되는 텅스텐을 분쇄한 미세입자로 진동기에 의하여 일정양으로 공급되게하게 하는 장치와 CO₂및 용접봉이 동일배출구로 동시 공급되는 장치를 결합시켜 모재위에 용접봉을 아크시키므로서 금속 용액을 생성시키고 모재위에 생성된 금속용융액에 상기 텅스텐 미세입자를 침하시켜 침적시키므로서 모재위에 초경합금층을 형성시키는 방법과 장치에 관한 것임.

Description

텅스턴 미세입자로 CO₂용접에 의한 초경합금층을 형성시키는 방법 및 그 장치

본 발명은 폐기되는 텅스텐 팁 또는 공구를 분쇄한 미세한 입자로 CO₂용접에 의한 초경합금층을 형성하는 방법과 그 장치를 제공함에 있다.

더욱 구체적으로는 내마모성, 내열성, 내부식성, 내약품성이 요구되는 소재를 얻기 위하여 고탄소강판, 일반아연강판, 기타금속판의 모재위에 텅스턴 미세입자로 CO₂용접에 의한 초경합금층을 형성시키는 방법과 그 장치를 제공함에 있다 하겠다.

고탄소강판, 일반아연강판, 기타금속판 등의 모재위에 금속분말조성물로 아크용접에 의하여 초경합금층을 형성하고 육성시키는 기술분야와 관련된 기술분야로 종래 발전소, 제철공장, 시멘트, 광산, 준설공사등에서 사용되는 장치나 설비에 사용되는 내마모성, 내열성 내약품성을 갖는 소재로 금속모재위에 초경합금층을 형성시키는 방법은 모재의 표면에 제 1용접층을 소정의 간격만큼 이격되게 부분적으로 용접한다음 제 2용접층을 제 1용접층의 이격된 공간부에 상호 연결되는 위치에 용접하고 제 3용접층은 제 2용접층이 용접되지 않은 공간부나 엷은 용접층에 용접하여 모재 전표면에 초경합금층으로 표면처리 하였다.

이와 같이 부분용접으로 전체표면을 표면처리하는 방법은 부분적으로 팽창과 수축을 반복하므로서 집중응력이 작용하여 그 부분이 파괴되거나 탈리하는 현상이 발생하고 초경합금층을 형성함에 너무나 많은 시간이 소요되어 극히 비능률적인 방법이라 할 수 있다.

또 다른 종래의 방법으로는 모재위에 푸락스와 금속분말이 동시에 공급되어 깔리면서 깔려진 금속분말층위에 용접봉으로 아크용접하는 방법으로 용접층 즉 초경합금층이 산화될 우려가 있고 모재와 초경합금층의 결합력이 약하고 아크순간에 금속분말의 손실이 많은 단점을 갖고 있다.

그밖에 개량된 종래의 방법으로 아크용접시 금속혼합분말을 동시에 용접하는 벌크용접장치에 관한 것으로 다시 말하면 용접와이어 주위에 연하여 금속분말이 동시에 공급되면서 동시에 용융되어 초경금속층을 형성하는 방법으로 생산성을 대폭 향상시킨 방법이라 할 수 있으나 본 발명에서 사용하는 닉켈미세입자에는 적합치 않다.

내마모성, 내열성, 내부식성이 요구되는 발전소의 츄트라이나 크라샤라이나, 에쉬파이프 및 제철공장의 츄트라이나, 홉퍼라이나 그리고 시멘트공장, 광산, 준설공사이에서 사용되는 장치나 설비 등의 표면처리용으로 고탄소강판 또는 연강판 등의 모재위에 실시되는 금속조성물의 초경합금층을 형성함에 있어서 모재와 초경합금층의 결합력을 보강시키고 초경합금층을 형성하는 육성용접의 속도를 빨리하므로서 능율을 향상시키며 고가인 금속분말의 손실을 줄이는 CO₂육성용접에 의한 초경합금층을 형성시키는 방법과 장치를 해결함에 있다 하겠다.

제1도는 본 발명에 의한 장치.

본 발명이 전술한 종래의 초경합금층을 형성시키는 방법이나 장치와는 다른 기술구성으로 10~120메쉬의 텅스텐 입자를 일정량으로 공급하는 장치에 CO₂개스와 용접봉을 동시에 공급하는 장치의 결합으로 모재위에 용접봉을 아크시켜 얻어진 용융액에 텅스텐 미세입자를 침하시켜 초경합금층을 형성시키는 방법과 그 장치라 할 수 있다.

먼저 텅스턴 미세입자를 공급하는 장치(A)를 설명하면 홉퍼(1)의 배출구(2)가 일측의 밀폐부(3)와 타측의 개방부(4)를 갖는 금속 또는 합성수지 파이프(5)의 상부 원통면에 형성된 구멍(6)을 통하여 관체내부에 드리워져 있고 파이프(5)의 하부 원통면은 지지대(7)에 설치된 고무 또는 탄성재질의 진동흡수대(8) 위에 놓여진 진동기(9)의 상부에 안치된 진동판(10)과 접하여 있으며 파이프(5)의 개방부(4)는 깔대기형 홉퍼(11)의 몸체 측면에 형성된 구멍(12)을 관통하여 깔대기형 홉퍼(11) 내부에 수평으로 연장되어 있고 깔대기형 홉퍼(11)의 하단 배출구는 탄력성이 있는 호오스(13)로 연결되며 호오스(13)의 끝에는 텅스텐 미세입자(15)가 배출되는 금속 파이프(14)가 연결되어 있다.

한편, CO₂개스 및 용접봉 공급장치(B)는 모우터(21)에 연결되어 회전되는 회전캠(22)에 의해 좌우로 일정거리로 주기적으로 움직이는 봉(23)에 고정된 몸체(24)의 우측일측에 페킹기능을 갖는 구멍(25)을 통하여 공급로울러(26)로부터 공급되는 용접봉(27)이 몸체(24) 내부로 공급되고 몸체(24)의 우측 아래 부분에 개스통(28)으로부터 유도되는 CO₂개스공급관(29)에 연결되어 있으며, 몸체(24)의 좌단에는 CO₂개스와 안내로울러(30)들로 안내되어 공급되는 용접봉(27)이 동시에 배출되는 배출공(31)이 형성되어 있다.

이상에서 설명한 장치(A)의 금속파이프(14)와 장치(B)의 몸체(24)를 일정거리로 유지시킨 봉(32)으로 연결 고정시킨 것이 본 발명에 의한 장치 [도 1]이라 할 수 있다.

이상의 금속 분말 또는 금속미세입자 공급장치(A)에 있어서 홉퍼(1)의 배출구(2)와 구멍(6)은 일정거리를 두어 접하지 않도록 구성되어 있으며 마찬가지로 파이프(5)도 깔대기형 홉퍼(11)의 측면 구멍(12)과 접하지 않도록 설계되어 있고 진동판(10)은 파이프(5)의 곡면에 따라 일치하게끔 곡면으로 형성되어 있다. 이는 진동기(9)에 발생하는 진동이 파이프에만 전달되어 일정한 진동이 유지되고 소음이 발생되지 않도록 설계된 구조라 할 수 있다.

한편, CO₂및 용접봉공급장치(B)의 몸체(24)는 배출공(28)을 제외하고 밀폐되어 있는 구조이다.

이상의 장치로서 본 발명에 의한 CO₂용접에 의한 초경합금층을 형성하는 방법은 CO₂및 용접봉공급장치(B)의 회전캠(2)에 결합된 봉(23)에 의하여 이에 고정된 몸체(24)가 좌우 일정하게 주기적으로 움직이는 상태에서 CO₂개스와 용접봉(27)이 배출공(28)으로 동시에 배출되는 용접봉(27)을 모재(C)위에 아크시켜 용융액(C')을 형성시키고 이용융액에 장치(A)의 금속파이프(14)로부터 일정하게 배출되는 텅스텐 미세입자를 침하침적시켜 응고 고화시킴으로서 초경합금층을 형성하는 방법이라 할 수 있다.

본 방법에서 사용되는 아크봉은 철, 스테인레스, 닉켈 등의 와이어를 사용할 수 있고 일반적으로 엷은 초경합금층을 필요로 하는 경우는 아크봉 사용량을 적게하고 텅스텐 미세분말을 늘린다. 또 초경합금층을 두껍게 할 경우는 아크봉의 사용량이 많아지며 텅스텐 미세분말의 사용량을 줄인다.

또 용도상으로 내마모성과 높은 경도가 요구될때는 텅스텐 입자의 량을 늘리고 크라샤, 햄머와 같이 큰 충격을 받는 장치나 설비 또는 공구에 있어서는 텅스텐 입자에 비해 아크용접봉의 사용량이 많아진다.

그리고 철재 용접봉과 텅스텐 입자의 사용량을 중량비로 용접봉 1에 대하여 텅스텐 입자 2까지 용접봉 1에 대하여 텅스텐 입자 ⅓까지 사용할 수 있으며, 적합하기로는 철재아크봉 1에 대하여 텅스텐 입자 1.2의 범위라 할 수 있다.

이상의 본 방법에서 사용되는 텅스턴 입자는 10메쉬에서 120메쉬 정도의 입자로서 요구되는 표면조직에 따라 선택적으로 사용할 수 있으며 특히한 것은 텅스텐은 용융온도가 3410℃이고 비중이 19.3(20℃)이며 모아경도가 약 9에 이르는 물성을 갖고 있어 모재와 용접봉의 아크에 의해 생성된 모재위에 용융액에 쉽게 침하하여 침적되며 텅스텐 입자 자체는 용융되지 않는다. 결국 용융액이 냉각에 의하여 고화 되므로서 텅스텐 입자를 견고하게 모재위에 결합시키므로서 모재위에 초경합금층을 형성하게 된다.

이와 같은 방법은 용접봉에 비하여 텅스텐의 비중이 월등하게 크기 때문에 가능하고 입자이기 때문에 더욱 가능하다 하겠다.

본방법은 초경합금층을 형성하는 방법으로 처음시도되는 방법이며 종래 금속분말 조성물을 이용하여 초경합금층을 형성하는 어떤 방법보다 용접속도를 빨리 할 수 있어 극히 능율적인 방법이고 전술한 바와 같이 텅스텐 입자가 용융되어 텅스텐 입자까리 융착되는 것이 아니고 모재나 용접봉의 용융액에 침적되어 고화되는 것이므로 초경합금층에 응력이 작용하지 않아 균열의 발생을 줄일수 있으며 텅스텐 입자와는 직접 스파크되지 않으므로 불꽃튀김에 의한 텅스텐 입자의 손실이 없다. 또, 고탄소강판, 일반연강판, 기타금속판 등의 모재위에 용접봉을 아크시켜 용융층을 형성하게 되므로 모재와 초경합금층의 결합력이 우수하여 모재로부터 초경합금층이 탈리되는 현상이 발생하지 않는다.

그밖에도 폐기되는 텅스텐의 팁이나 각종공구를 분쇄한 입자를 사용하므로서 자원재활용 차원에서도 높이 평가할 수 있는 방법이라 할 수 있고 더욱이 텅스텐의 우수한 물성을 이용하여 발전소, 제철공장, 시멘트공장, 광산, 재련공장, 유리공장, 준설공사 등에 있어서 내마모성 내열성등이 요구되는 장치나 설비에 이용도가 클 것으로 기대된다.

Claims (2)

1. 홉퍼(1)의 배출구(2)가 일측의 밀폐부(3)와 타측의 개방부(4)를 갖는 금속 또는 합성수지 파이프(5)의 상부원통면에 형성된 구멍(6)을 통하여 관체 내부에 드리워져 있고 파이프(5)의 하부원통면은 지지대(7)에 설치된 고무 또는 탄성재질의 진동흡수대(8) 위에 놓여진 진동기(9)의 상부에 안치된 진동판(10)과 접하여 있으며 파이프(5)의 개방부(4)는 깔대기형 홉퍼(11)의 몸체 측면에 형성된 구멍(12)을 관통하여 깔대기형 홉퍼(11) 내부에 수평으로 연장되어 있고 깔대기형 홉퍼(11)의 하단 배출구(12)는 탄력성이 있는 호오스(13)로 연결되며 호오스(13)의 끝에는 금속파이프(14)가 연결되어있는 텅스텐 미세입자를 공급하는 장치(A)와 모우터(21)에 연결되어 회전되는 회전캠(22)에 의해 좌우 일정거리로 주기적으로 움직이는 봉(23)에 고정된 몸체(24)의 우측일측에 페킹 기능을 갖는 구멍(25)를 통하여 공급로울러(26)로부터 공급되는 용접봉(27)이 몸체(24) 내부로 공급되고 몸체(24)의 우측 아래 부분에 개스통(28)으로부터 유도되는 CO₂개스공급관(29)이 연결되어 있으며 몸체(24)의 좌단에는 CO₂개스와 안내로울러(30)로 안내되어 공급되는 용접봉(27)이 동시에 배출되는 배출공(31)이 형성되어 있는 CO₂개스 및 용접봉 공급장치(B)를 연결함에 있어 장치(A)의 금속파이프(14)와 장치(B)의 몸체(24)를 일정거리로 유지시킨 봉(32)로 연결시켜됨을 특징으로 하는 텅스텐 미세입자로 CO₂용접에 의한 초경합금층을 형성시키는 장치.
2. CO₂및 용접봉공급장치(B)의 회전캠(22)에 결합된 봉(23)이 고정된 몸체(24)가 좌우일정거리로 주기적으로 움직이는 상태에서 CO₂개스와 용접봉(27)이 배출공(28)으로 동시에 배출되는 용접봉(27)을 모재(C)위에 아크시켜 용융액(C')를 형성시키고 이 용융액에 장치(A)의 금속파이프(14)로부터 일정하게 배출되는 텅스텐 미세입자(15)를 침적시켜 응고경화시킴을 특징으로 하는 텅스텐 미세입자를 CO₂용접에 의한 초경합금층을 형성시키는 방법.

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