KR101649496B1 - Plasma Nozzle of Plasma-MIG Hybrid Welding Machine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마-미그 하이브리드 용접기에 사용되는 플라즈마 노즐(130)에 관한 것으로서, 오리피스(132)의 입구(a)보다 출구(b)의 직경이 더 큰 형태인 이중 구경 노즐로 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 노즐 오리피스의 입구보다 출구를 더 크게 형성함으로써 입구 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을, 출구 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있다. 또한, 고전류에서의 퍼커링 현상 제어를 통해 송급 속도의 향상이 가능하다. 또한, 플라즈마 아크 폭 증가를 통한 클리닝폭 증가와 더불어 음극점의 용융풀 외부 형성을 통한 아크 안정화를 도모할 수 있다. The present invention relates to a plasma nozzle 130 used in a plasma-MIG hybrid welding machine and is characterized in that it is composed of a double-diameter nozzle in which the diameter of the outlet (b) is larger than the inlet (a) of the orifice 132 . According to the present invention, the outlet is made larger than the inlet of the nozzle orifice, whereby the plasma arc temperature can be improved through the inlet portion and the perching bead can be prevented through the outlet portion. In addition, feeding speed can be improved by controlling the percussion phenomenon at a high current. In addition to the increase in the cleaning width due to the increase of the plasma arc width, the arc stabilization can be achieved by forming the cathode out of the molten pool.

Description

플라즈마―미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐{Plasma Nozzle of Plasma-MIG Hybrid Welding Machine}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to plasma nozzles for Plasma-MIG hybrid welding machines and Plasma Nozzle Plasma MIG Hybrid Welding Machines.

본 발명은 플라즈마-미그 하이브리드 용접기에 관한 것으로서, 특히 노즐 오리피스의 내경 대비 외경이 더 크게 형성된 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma-MIG hybrid welding machine, and more particularly, to a plasma nozzle of a plasma-MIG hybrid welding machine in which the outer diameter of the nozzle orifice is larger.

플라즈마-MIG 하이브리드 용접은 하나의 토치에 플라즈마 아크와 MIG 아크가 동시에 나오는 용접 기법으로서, 플라즈마 아크가 MIG 와이어를 예열하여 와이어 송급속도를 높일 수 있는 용접 기법이다. 또한 플라즈마 아크가 Welding pool 전체를 커버하여 모재 표면의 예열 효과 및 산화막을 제거하는 Cleaning effect를 얻을 수 있으므로 용접 비드 표면이 깨끗하다는 장점을 가지고 있다. Plasma-MIG hybrid welding is a welding technique in which a plasma arc and a MIG arc are simultaneously applied to a single torch, and a plasma arc is a welding technique capable of increasing the wire transfer speed by preheating the MIG wire. In addition, the plasma arc covers the whole welding pool, and it has the advantage that the surface of the weld bead is clean since the preheating effect of the surface of the base material and the cleaning effect of removing the oxide film can be obtained.

도 1은 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 개념도, 도 2는 MIG 전류와 송급속도의 상관관계 그래프이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마-미그 하이브리드 용접기는, 개략적으로 본체(10) 및 용접 토치(20)를 구비하고, 상기 본체(10)는 용접 토치(20)가 필요로 하는 파워를 제공하는 플라즈마 파워소스(12) 및 MIG 파워소스(14)를 구비하고, 상기 용접 토치(20)는 중앙의 MIG 와이어(1)가 송급되는 MIG 콘택트 팁(21), 이를 둘러싸고 있으면서 플라즈마 아크를 발생하는 플라즈마 전극(22), 플라즈마 전극(22)에서 발생되는 아크를 기계적으로 수축시켜 더 높은 온도의 플라즈마 아크를 만드는 플라즈마 노즐(23), 용융물을 주변 공기로부터 보호하기 위하여 보호 가스를 주입하는 관로를 제공하는 실드 캡(24)을 구비한다. 도면부호 "2"는 피더를 나타내고, "3"은 Plasma gas, "4"는 Shielding gas, "5"는 Center gas, "6"은 Cooling water, "7"은 플라즈마 아크, "8"은 MIG 아크, "A"는 작업 대상물을 나타낸다. FIG. 1 is a conceptual diagram of a plasma-MIG hybrid welder, and FIG. 2 is a graph showing a correlation between a MIG current and a feed rate. 1, a plasma-MIG hybrid welder generally comprises a body 10 and a welding torch 20, which body 10 provides the power required by the welding torch 20 A plasma power source 12 and a MIG power source 14. The welding torch 20 includes a MIG contact tip 21 to which a central MIG wire 1 is fed and a plasma A plasma nozzle 23 for mechanically shrinking the arc generated at the electrode 22 and the plasma electrode 22 to produce a plasma arc at a higher temperature and a conduit for injecting a protective gas for protecting the melt from ambient air And a shield cap (24). 6 denotes a cooling water, 7 denotes a plasma arc, 8 denotes a MIG, and 8 denotes a feeder. The numeral 2 denotes a feeder, 3 denotes a plasma gas, 4 denotes a shielding gas, 5 denotes a center gas, Arc, "A" represents a workpiece.

그런데, 플라즈마-미그 하이브리드 용접기를 이용한 플라즈마-MIG 하이브리드 용접에서는 용접 전류와 더불어 노즐 구경이 플라즈마 아크 특성에 중요한 역할을 한다. 노즐 구경이 작을수록 동일 MIG 전류에서 송급속도가 증가하여 용접재료를 더 많이 녹일 수 있다. 이는 노즐 구경이 작을수록, 플라즈마 아크의 전류밀도가 높아져서 플라즈마 아크의 온도가 높게 되며, 이로 인해 용접 와이어의 예열 효과가 높기 때문에 와이어가 낮은 전류에서도 많이 녹게 된다. 따라서 노즐 구경을 작게 할수록 저전류에서 높은 용착률을 보이게 하는 장점이 있다. However, in the plasma-MIG hybrid welding using the plasma-MIG hybrid welding machine, the nozzle diameter plays an important role in the plasma arc characteristic in addition to the welding current. As the nozzle diameter is smaller, the feed rate increases at the same MIG current, so that more welding material can be melted. This is because the smaller the nozzle diameter, the higher the current density of the plasma arc, the higher the temperature of the plasma arc, and the higher the preheating effect of the welding wire. Therefore, the smaller the nozzle diameter, the higher the deposition rate at low current.

그러나, 노즐 구경이 작을수록, 플라즈마 아크 폭이 좁아져서, 음극점이 Welding pool 내부로 이동하여, Cleaning effect가 발생하지 않아, 알루미늄 용접물 표면의 산화막이 제거되지 않는다. 이로 인해 용융물의 형성이 어려워진다. However, the smaller the nozzle diameter, the narrower the plasma arc width, the cathode spot moves into the welding pool, and the cleaning effect does not occur, so that the oxide film on the aluminum weld surface is not removed. This makes it difficult to form the melt.

그리고, 노즐 구경이 작을수록, 플라즈마 전류밀도가 높아져서, 플라즈마 stream이 높아지게 된다. 이렇게 높아진 플라즈마 stream은 Welding pool을 밀어내어, 안정된 용접 비드 형성을 방해하게 된다. 결과적으로, 노즐 구경이 작을수록, 외관상 안정된 용접 비드가 발생되지 않고, 퍼커링(Puckering) 비드가 발생되는 단점이 있다. 참고적으로, 퍼커링 비드는 알루미늄 합금의 미그용접 등에서 용접전류가 과대할 때 주로 용융풀 가장자리에서 외기가 스며들어, 비드 표면에 주름진 두터운 산화막이 생기는 것이다. The smaller the nozzle diameter, the higher the plasma current density and the higher the plasma stream. This higher plasma stream pushes out the weld pools and interferes with stable weld bead formation. As a result, the smaller the nozzle diameter is, the disadvantage is that a stable weld bead is not generated and a puckering bead is generated. For reference, the perc ring bead is caused by the fact that when the welding current is excessive in the welding of the aluminum alloy or the like, the outside air seeps mainly from the edge of the melting pool and a wrinkled thick oxide film is formed on the surface of the bead.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노즐 오리피스의 내경 대비 외경을 더 크게 하여, 내측 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을, 외측 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있는 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a nozzle orifice which has an outer diameter larger than an inner diameter of the nozzle orifice and can improve a plasma arc temperature through an inner portion, And a plasma nozzle of a plasma-MIG hybrid welding machine.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐은, 오리피스의 입구보다 출구의 직경이 더 큰 형태인 이중 구경 노즐로 구성되고, 상기 오리피스는 입구 부분에 직경이 동일한 직선구간부를 가지며, 상기 직선구간부의 깊이는 오리피스의 전체 깊이 대비 2/3 이하인 것을 특징으로 한다. In order to accomplish the above object, a plasma nozzle of a plasma-MIG hybrid welding machine according to the present invention is composed of a double-diameter nozzle having a larger diameter of an outlet than an inlet of the orifice, and the orifice has a diameter And the linear section has a depth equal to or less than 2/3 of the total depth of the orifice.

여기에서, 오리피스의 입구보다 출구의 직경이 적어도 3mm 이상 더 큰 것이 더 바람직하다. It is more preferred that the diameter of the outlet is at least 3 mm or more larger than the inlet of the orifice.

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본 발명에 따르면, 노즐 오리피스의 입구보다 출구를 더 크게 형성함으로써 입구 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을, 출구 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있다. 또한, 고전류에서의 퍼커링 현상 제어를 통해 송급 속도의 향상이 가능하다. 또한, 플라즈마 아크 폭 증가를 통한 클리닝폭 증가와 더불어 음극점의 용융풀 외부 형성을 통한 아크 안정화를 도모할 수 있다. According to the present invention, the outlet is made larger than the inlet of the nozzle orifice, whereby the plasma arc temperature can be improved through the inlet portion and the perching bead can be prevented through the outlet portion. In addition, feeding speed can be improved by controlling the percussion phenomenon at a high current. In addition to the increase in the cleaning width due to the increase of the plasma arc width, the arc stabilization can be achieved by forming the cathode out of the molten pool.

도 1은 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 개념도.
도 2는 MIG 전류와 송급속도의 상관관계 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 노즐의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 노즐이 적용된 용접 토치의 개념도. 1 is a conceptual view of a plasma-MIG hybrid welding machine.
FIG. 2 is a graph showing a correlation between a MIG current and a feed rate. FIG.
3 is a conceptual view of a plasma nozzle according to the present invention;
4 is a conceptual view of a welding torch to which a plasma nozzle according to the present invention is applied.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 노즐의 개념도, 도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 노즐이 적용된 용접 토치의 개념도이다. FIG. 3 is a conceptual view of a plasma nozzle according to the present invention, and FIG. 4 is a conceptual view of a welding torch to which a plasma nozzle according to the present invention is applied.

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 용접 토치는, 중앙의 MIG 와이어(1)가 송급되는 MIG 콘택트 팁(110), 이를 둘러싸고 있으면서 플라즈마 아크를 발생하는 플라즈마 전극(120), 플라즈마 전극(120)에서 발생되는 아크를 기계적으로 수축시켜 더 높은 온도의 플라즈마 아크를 만드는 플라즈마 노즐(130), 용융물을 주변 공기로부터 보호하기 위하여 보호 가스를 주입하는 관로를 제공하는 실드 캡(140)을 포함하여 이루어진다. 도면부호 "101"은 플라즈마 아크, "102"는 MIG 아크를 나타낸다. As shown in the figure, the welding torch of the plasma-MIG hybrid welding machine according to the present invention includes a MIG contact tip 110 to which a central MIG wire 1 is fed, a plasma electrode 120 for generating a plasma arc A plasma nozzle 130 for mechanically shrinking the arc generated at the plasma electrode 120 to produce a plasma arc at a higher temperature, a shield cap 130 for providing a channel for injecting a protective gas to protect the melt from ambient air 140). Reference numeral 101 denotes a plasma arc, and 102 denotes an MIG arc.

본 발명에서는 특별히, 상기 플라즈마 노즐(130)이, 노즐(130)의 오리피스(132)의 입구(a)와 출구(b)가 상이한 형태인 이중 구경 노즐, 구체적으로는 노즐(130)의 오리피스(132)의 입구(a)보다 출구(b)의 직경이 더 크게 형성된다. Particularly, in the present invention, the plasma nozzle 130 is a double-diameter nozzle having an inlet (a) and an outlet (b) different from each other in the orifice 132 of the nozzle 130, The diameter of the outlet (b) is formed to be larger than the diameter of the inlet (a) of the outlet (132).

이러한 구성을 통해 오리피스(132)의 입구(a) 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을 도모할 수 있으며, 오리피스(132)의 출구(b) 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있다. With this structure, the plasma arc temperature can be improved through the inlet (a) of the orifice 132, and the percussion bead can be prevented through the outlet (b) of the orifice 132.

좀 더 구체적으로는, 오리피스(132)의 입구(a)보다 출구(b)의 직경이 적어도 3mm 이상 더 큰 것이 바람직하다. 왜냐하면, 3mm 이하일 경우에는 플라즈마 아크 폭 변화 효과가 미비함을 확인하였기 때문이다. More specifically, the diameter of the outlet (b) is preferably at least 3 mm or more larger than the inlet (a) of the orifice (132). This is because, when the thickness is 3 mm or less, the effect of changing the plasma arc width is insufficient.

한편, 상기 오리피스(132)는 입구(a) 부분에 적어도 직경이 동일한 직선구간부(134)를 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 직선구간부(134)가 없는 경우에는 플라즈마 아크가 넓게 퍼져 온도가 내려가게 되고, 내측 부분이 쉽게 손상되는 것을 확인하였기 때문이다. Meanwhile, the orifice 132 preferably has a straight section 134 having a diameter at least equal to that of the inlet (a). This is because, when there is no straight line section 134, the plasma arc spreads widely and the temperature is lowered, and the inner part is easily damaged.

좀 더 구체적으로는, 상기 직선구간부(134)의 깊이(c)는 오리피스(132)의 전체 깊이(d) 대비 2/3 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 복수회 테스트를 통해 2/3를 초과하는 경우에는 플라즈마 아크 폭이 증가되지 않음을 확인하였기 때문이다. More specifically, the depth c of the linear section 134 is preferably equal to or less than 2/3 of the entire depth d of the orifice 132. This is because the plasma arc width is not increased when it exceeds 2/3 through a plurality of tests.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 노즐 오리피스(132)의 입구(a)보다 출구(b)의 직경을 더 크게 형성함으로써 입구(a) 부분을 통해서는 플라즈마 아크 온도 향상을, 출구(b) 부분을 통해서는 퍼커링 비드 방지를 도모할 수 있게 된다. 또한, 고전류에서의 퍼커링 현상 제어를 통해 송급 속도의 향상이 가능하게 된다. 또한, 플라즈마 아크 폭 증가를 통한 클리닝폭 증가와 더불어 음극점의 용융풀 외부 형성을 통한 아크 안정화를 도모할 수 있게 된다. As described above, in the present invention, by making the diameter of the outlet (b) larger than the inlet (a) of the nozzle orifice (132), the plasma arc temperature can be improved through the inlet (a) It is possible to prevent the perching bead from going through. In addition, feeding speed can be improved by controlling the percussion phenomenon at a high current. In addition, it is possible to increase the cleaning width by increasing the plasma arc width, and to stabilize the arc by forming the outer portion of the negative electrode in the molten pool.

한편, 본 발명에 따른 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다. Although the plasma nozzle of the plasma-MIG hybrid welding machine according to the present invention has been described with reference to the limited embodiments, the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments, And various alternatives, modifications, and alterations can be made within a range.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

110 : MIG 콘택트 팁
120 : 플라즈마 전극
130 : 플라즈마 노즐
132 : 오리피스
134 : 직선구간부
140 : 실드 캡
A : 작업 대상물110: MIG contact tip
120: Plasma electrode
130: Plasma nozzle
132: Orifice
134: straight line section
140: shield cap
A: Workpiece

Claims (4)

플라즈마-미그 하이브리드 용접기에 사용되는 플라즈마 노즐(130)로서,
오리피스(132)의 입구(a)보다 출구(b)의 직경이 더 큰 형태인 이중 구경 노즐로 구성되고,
상기 오리피스(132)는 입구(a) 부분에 직경이 동일한 직선구간부(134)를 가지며,
상기 직선구간부(134)의 깊이(c)는 오리피스(132)의 전체 깊이(d) 대비 2/3 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐. A plasma nozzle (130) used in a plasma-MIG hybrid welding machine,
Diameter nozzle having a larger diameter at the outlet (b) than at the inlet (a) of the orifice (132)
The orifice 132 has a straight section 134 having a diameter equal to that of the inlet a,
Wherein the depth c of the linear section 134 is less than or equal to 2/3 of the total depth d of the orifices 132. The plasma nozzle of claim 1, 청구항 1에 있어서,
오리피스(132)의 입구(a)보다 출구(b)의 직경이 적어도 3mm 이상 더 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마-미그 하이브리드 용접기의 플라즈마 노즐. The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the outlet (b) is greater than the inlet (a) of the orifice (132) by at least 3 mm or more. 삭제delete 삭제delete
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