KR101903153B1 - 탈착식 용접 토치 - Google Patents

Abstract

탈착식 용접 토치가 제공된다. 탈착식 용접 토치는, 용재를 공급하는 토치 바디, 토치 바디의 일단에 부착되며 외주면에 환형 그루브가 형성된 커넥터, 커넥터의 일단에 결합되는 컨택팁, 및 커넥터를 둘러싸며 커넥터 상에 체결되는 노즐을 포함하되, 노즐은 노즐의 내부로 보호 가스를 도입하는 가스 연결부를 포함한다.

Description

탈착식 용접 토치{a detachable welding torch}

본 발명은 용접 토치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탈착식 용접 토치에 관한 것이다.

EGW(Electro Gas Welding)는 수직부 또는 수평부의 맞대기 용접에서 여러 번의 다층 용접을 한번의 용접만으로 수행할 수 있도록 한다. 따라서, 후판의 용접 생산성을 높이기 위하여 전용장비를 적용하여 사용하고 있다.
최근 수평 맞대기 용접에서, 자동화된 EGW 용접장치를 적용하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 수평부의 용접에 EGW를 적용하는 경우 용융물이 중력에 의하여 흘러내릴 수 있기 때문에 추가 작업이 발생할 수 있다.
용융물이 흘러내려 용접이 원활히 이루어지지 않은 부분에 대하여 FCAW(Flux Cored Arc Welding) 용접법이 적용될 수 있다. FCAW 용접법은 단위 시간당 용접용량 및 용접 대상면은 EGW 용접법에 비하여 좁으나 용착 금속을 보호할 뿐만 아니라 효율이 높고 넓은 용접 조건 범위에서 안정된 아크를 얻을 수 있어, EGW 용접 후 추가 용접 방식으로 활용되고 있다.

한국 특허 공개 제10-2013-0090582호

다만, EGW 용접과 FCAW 용접은 그 용접 방식이 다르고, 특히, EGW 용접은 Cu 슈를 이용하여 보호 가스를 공급하는 반면에, FCAW 용접은 컨택팁(contact tip)으로부터 용접 와이어 및 보호 가스가 함께 용착면으로 공급되는 점에서 양자는 상이하다.
따라서, 수평 맞대기 용접을 위해, EGW 용접 이후에 EGW 용접기는 FCAW 용접기로 교체되어야 하며, 이는 빠르고 원활한 용접 작업에 장애 요소로 작용될 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 EGW 및 FCAW 용접을 모두 수행할 수 있는 탈착식 용접 토치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 FCAW 용접시 안정적으로 보호 가스를 공급할 수 있는 탈착식 용접 토치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따른 탈착식 용접 토치는, 용재를 공급하는 토치 바디; 상기 토치 바디의 일단에 부착되며 외주면에 환형 그루브가 형성된 커넥터; 상기 커넥터의 일단에 결합되는 컨택팁; 및 상기 커넥터를 둘러싸며 상기 커넥터 상에 체결되는 노즐을 포함하되, 상기 노즐은 상기 노즐의 내부로 보호 가스를 도입하는 가스 연결부를 포함한다.
한편, 상기 커넥터는 상기 커넥터의 일단에 형성된 제1 환형 돌출부 및 상기 커넥터의 타단에 형성된 제2 환형 돌출부를 포함하고, 상기 제2 환형 그루브는 상기 노즐의 내면에 접촉한다.
한편, 상기 가스 연결부는 상기 커넥터의 상기 환형 그루브가 형성된 영역에 중첩하는 상기 노즐의 외주면의 영역 상에 형성된다.
한편, 상기 커넥터는 상기 커넥터의 일단에 형성된 제1 환형 돌출부 및 상기 커넥터의 타단에 형성된 제2 환형 돌출부를 포함하고, 상기 환형 그루브는 상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부 사이에 배치되고, 상기 보호 가스는 상기 가스 연결부를 통해 상기 환형 그루브와 상기 노즐의 내주면 사이에 형성된 환형 확산 공간으로 도입된다.
한편, 상기 제1 돌출부의 외경은 상기 제2 돌출부 외경 또는 노즐의 내주면의 내경에 비해 작고, 상기 확산 공간 내부로 도입된 보호 가스는 상기 노즐의 내주면과 상기 제1 돌축부의 외면 사이에 형성된 이격 공간을 지나 상기 노즐의 출구부를 향해 유동한다.
한편, 상기 커넥터는 상기 커넥터의 일단으로부터 상기 커넥터의 길이 방향으로 내부를 향하여 관통하는 제1 관통홀을 포함하고, 상기 컨택팁은 상기 제1 관통공을 통해 상기 커넥터의 내부로 삽입된다.
한편, 상기 커넥터는 상기 커넥터의 타단으로부터 상기 커넥터의 길이 방향으로 외부를 향하여 돌출하는 체결 요부 및 상기 체결 요부 내부에 형성된 제 관통공을 포함하고, 상기 체결 요부는 상기 토치 바디 내부로 삽입되어 끼워진다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치를 이용하여 수평 맞대기 EGW 용접을 수행하는 상태를 예시하는 예시도이다.
도 2는 수평 맞대기 EGW 용접에 의해 형성된 용접부를 도시하는 예시 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치를 이용하여 수평 맞대기 FCAW 용접을 수행하는 상태를 예시하는 예시도이다.
도 4는 수평 맞대기 FCAW 용접에 의해 형성된 용접부를 도시하는 예시 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치를 도시한 측면도이다.
도 6은 도 4의 A 영역을 확대 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치의 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치 내의 보호 가스 유동을 함께 도시한 다른 확대 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치를 이용하여 수평 맞대기 EGW 용접을 수행하는 상태를 예시하는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치는 EGW 토치로서 기능할 수 있다. 더욱 구체적으로, 토치 바디(100)를 통해 용재가 컨택팁(240)으로 공급될 수 있고, 컨택팁(240)은 각각의 에지가 수평 대열된 제1 플레이트(P1) 및 제2 플레이트(P2)가 인접하는 용접 대상면에 대해 수평 용접 방향(HD)으로 지향될 수 있다.
본 명세서에서, 수평 용접 방향(HD)은, 제1 플레이트(P1) 및 제2 플레이트(P2)가 인접하는 용접 대상면이 연장하는 방향(D1)에 대해 대략 평행한 방향의 의미로 사용되며, 더욱 구체적으로 수평 용접 방향(HD)과 수평 용접 대상면이 연장하는 방향(D1)의 교차각이 예각, 예를 들어, 45도 이하의 각도를 갖는 것의 의미로 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, EGW 용접시 Cu 슈(Cu shoe)(20)가 사용될 수 있고, Cu 슈(20)는 용융면 또는 용융지에 형성되는 아크 및 용재를 고착을 보호하며, 용융지 내부로 보호 가스를 도입하는 용도로 사용될 수 있다.
도 2는 수평 맞대기 EGW 용접에 의해 형성된 용접부를 도시하는 예시 단면도이다.
도 2를 참조하면, 수평 맞대기 EGW 용접시 용융 상태의 용재는 중력에 흘러내림이 발생할 수 있고, 제1 플레이트(P1) 및 제2 플레이트(P2) 사이의 용접 대상면 중에 EGW 용접부(W_EGW)가 채워지지 않은 공백 영역이 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치를 이용하여 수평 맞대기 FCAW 용접을 수행하는 상태를 예시하는 예시도이다.
도 4는 수평 맞대기 FCAW 용접에 의해 형성된 용접부를 도시하는 예시 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치는 FCAW 토치로 기능할 수 있다. 이는 도 1에 도시된 바와 같은, EGW 토치에 결착되는 노즐(200) 및 노즐(200) 내부로 보호 가스를 공급하는 가스 도입구(210)를 통해 달성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치의 세부 구성 및 형상은 이후 도 5 내지 도 9를 참조하여 상술한다.
보호 가스는 가스 배관(220)을 통해 가스 도입구(210)로 공급될 수 있고, 이어 가스 노입구를 지나 노즐(200)을 지나 용융 대상면으로 분사될 수 있다.
보호 가스는 예를 들어, 이산화탄소일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 용융 대상면에 발생하는 아크(arc)를 유지하며 용융 대상면의 용재를 보호할 수 있는 다양한 가스들, 예를 들어, 불활성 가스가 사용될 수 있다.
FCAW 용접 시, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치는 용접 대상면에 대하여 수직 용접 방향(VD)으로 지향될 수 있다.
본 명세서에서, 수직 용접 방향(VD)은, 제1 플레이트(P1) 및 제2 플레이트(P2) 인접하는 용접 대상면이 연장하는 방향 및 제1 플레이트(P1) 및 제2 플레이트(P2)의 평면에 대하여 수직한 방향(D2)에 대해 대략 평행한 방향의 의미로 사용되며, 더욱 구체적으로, 수직 용접 방향(VD)과 제1 플레이트(P1) 및 제2 플레이트(P2)의 평면에 대한 법선 방향의 교차각이 예각, 예를 들어, 45도 이하의 각도를 갖는 것의 의미로 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, FCAW 용접부는 수평 맞대기 EGW 용접 이후, EGW 용접부(W_EGW) 상에 추가로 채워질 수 있고, 복수 회가 반복하여 이루어질 수 있다. 도 4에서, EGW 용접 이후 두 번의 FCAW 용접이 수행된 것으로, 즉, EGW 용접부(W_EGW) 상에 제1 FCAW 용접부 및 제2 FCAW 용접부가 형성된 것으로 예시되었다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치를 도시한 측면도이다.
도 6은 도 4의 A 영역을 확대 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치의 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치 내의 보호 가스 유동을 함께 도시한 다른 확대 단면도이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치는, 토치 바디(100), 커넥터(230), 컨택팁(240) 및 노즐(200)을 포함할 수 있다.
토치 바디(100)는 그 내부로 용재, 예를 들어, 용접 와이어를 공급하는 배관으로서, EGW 용접시 원활한 수평 용접 방향(HD)으로 배향될 수 있도록 일정 각도로 만곡된 형상일 수 있다.
커넥터(230)는 토치 바디(100)의 일단에 부착될 수 있고, 커넥터(230)의 일단은 컨택팁(240)에 결합될 수 있다.
더욱 구체적으로, 커넥터(230)는 그 일단에서 외주면을 따라 돌출된 제1 환형 돌출부(236), 그 타단에서 외주면을 따라 돌출된 제2 환형 돌출부(233) 및 제1 환형 돌출부(236) 및 제2 환형 돌출부(233) 사이에 형성된 환형 그루브(235)를 포함할 수 있다.
커넥터(230)는 그 일단으로부터 커넥터(230)의 길이 방향으로 내부를 향하여 관통하는 제1 관통공(238)을 포함할 수 있고, 컨택팁(240)은 커넥터(230)의 일단으로부터 제1 관통공(238)을 통해 커넥터(230) 내부로 삽입되어 커넥터(230)에 체결될 수 있다.
또한, 커넥터(230)의 타단에는 커넥터(230)의 길이 방향으로 외부로 돌출된 체결 요부(231)를 포함할 수 있고, 체결 요부(231)는 토치 바디(100) 내부로 끼워질 수 있다.
체결 요부(231)의 내부에는 제2 관통공(232)이 형성될 수 있고, 제1 관통공(238) 및 제2 관통공(232)은 연결될 수 있고, 토치 바디(100)를 통해 공급된 용재, 예를 들어, 용접 와이어는 제2 관통공(232) 및 제1 관통공(238)을 지나 컨택팁(240)으로 공급될 수 있다.
공급된 용재, 예를 들어, 용접 와이어는 컨택팁(240)의 첨단부, 즉, 컨택팁(240) 팁을 통해 외부로 배출될 수 있고, 용접 영역에 형성된 아크에 의해 용융되어 용접 대상면에 용착될 수 있다.
노즐(200)은 커넥터(230)를 둘러싸며 커넥터(230) 상에 체결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 커넥터(230)의 제2 환형 돌출부(233)와 노즐(200)의 내면에 접촉하여 끼움 결합(또는 피팅 결합)될 수 있고, 마찰력에 의해 커넥터(230)와 노즐(200) 사이의 체결이 유지될 수 있다. 이를 위해, 제1 환형 돌출부(236)와 제2 환형 돌출부(233)는 상이한 직경을 가질 수 있고, 예를 들어, 제1 환형 돌출부(236)는 제2 환형 돌출부(233) 보다 작은 직경을 가질 수 있다.
노즐(200)은 제2 환형 돌출부(233)와 결합되는 영역으로부터 컨택팁(240)의 첨단부를 향해 연장된 중공형 부재일 수 있다. 노즐(200)의 외주면에는 노즐(200)의 중공 내부로 보호 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(210)가 형성될 수 있다. 가스 도입구(210)는 보호 가스를 공급하는 가스 배관(220)에 연결될 수 있다.
또한, 가스 도입구(210)는 커넥터(230)의 환형 그루브(235)가 형성된 영역에 중첩하는 노즐(200)의 외주면 영역 상에 형성될 수 있다. 이로써, 노즐(200) 내부로 도입된 보호 가스는 환형 그루브(235)를 향해 지향될 수 있다. 환형 그루브(235)의 외주면과 노즐(200)의 내주면 사이에는 환형의 확산 공간(DS)이 형성될 수 있고, 환형 그루브(235)로 지향된 보호 가스는 확산 공간(DS)을 순환할 수 있고, 이에 따라 확산 공간(DS)으로 도입된 보호 가스는 그 압력 분포가 확산에 의해 분산되어 상대적으로 균일한 압력 분포를 가질 수 있다.
커넥터(230)의 제1 환형 돌출부(236)의 외경은 제2 환형 돌출부(233)의 외경 또는 노즐(200)의 내경에 비하여 작기 때문에, 제1 환형 돌출부(236)의 외면 및 노즐(200)의 내면 사이에는 이격 공간이 형성될 수 있다. 따라서, 환형 확산 공간(DS) 내부로 도입된 보호 가스는 확산 공간(DS)을 순회하여 균일한 압력 분포를 갖도록 확산된 후, 이격 공간을 통해 노즐(200)의 출구부(230)를 향해 지향될 수 있다.
일반적인 FCAW 용접 토치는 토치 바디(100)를 통해 보호 가스가 공급되며, 컨택팁(240)이 연장하는 방향과 토치 바디(100)를 통해 공급되는 보호 가스가 공급되는 방향이 실질적으로 평행할 수 있다. 따라서, 상대적으로 균일한 보호 가스의 유동을 달성할 수 있다.
대조적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착시 용접 토치에서, 보호 가스는 노즐(200)의 외주면에 형성된 가스 도입구(210)를 통해 공급되므로, 경우에 따라, 노즐(200) 내부에서 유동하는 보호 가스의 유동의 균일성이 확보하는 데 어려움이 발생할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈착식 용접 토치에서, 보호 가스는 환형 그루브(235)를 향해 지향되어 확산 공간(DS) 내부를 순환하여 확산될 것이므로, 균질한 압력 분포를 가질 수 있고, 컨택팁(240)의 출구부를 통해 균일하게 유동할 수 있다. 이에 따라, 용융 대상면에 삼차원적으로 균일하게 아크 보호 영역을 형성할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 토치 바디 200: 노즐
210: 가스 도입구 220: 가스 배관
230: 커넥터 240: 컨택팁

Claims (7)

1. 용재를 공급하는 토치 바디;
   상기 토치 바디의 일단에 부착되며 외주면에 환형 그루브가 형성된 커넥터;
   상기 커넥터의 일단에 결합되는 컨택팁; 및
   상기 커넥터를 둘러싸며 상기 커넥터 상에 체결되는 노즐을 포함하되,
   상기 노즐은 상기 노즐의 내부로 보호 가스를 도입하는 가스 연결부를 포함하고,
   상기 가스 연결부는 상기 커넥터의 상기 환형 그루브가 형성된 영역에 중첩하는 상기 노즐의 외주면의 영역 상에 형성되고,
   상기 커넥터는 상기 커넥터의 일단에 형성된 제1 환형 돌출부 및 상기 커넥터의 타단에 형성된 제2 환형 돌출부를 포함하고,
   상기 환형 그루브는 상기 제1 환형 돌출부 및 상기 제2 환형 돌출부 사이에 배치되고,
   상기 보호 가스는 상기 가스 연결부를 통해 상기 환형 그루브와 상기 노즐의 내주면 사이에 형성된 환형 확산 공간으로 도입되고,
   상기 제1 환형 돌출부의 외경은 상기 제2 환형 돌출부의 외경 또는 노즐의 내주면의 내경에 비해 작아서, 상기 확산 공간 내부로 도입된 보호 가스는 상기 노즐의 내주면과 상기 제1 환형 돌출부의 외면 사이에 형성된 이격 공간을 지나 상기 노즐의 출구부를 향해 유동하고, 상기 보호가스는 상기 컨택팁 내부로 공급되지 않고,
   상기 제2 환형 돌출부의 상면은 상기 노즐의 내면에 접촉하는, 탈착식 용접 토치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 커넥터는 상기 커넥터의 일단으로부터 상기 커넥터의 길이 방향으로 내부를 향하여 관통하는 제1 관통공을 포함하고,
   상기 컨택팁은 상기 제1 관통공을 통해 상기 커넥터의 내부로 삽입되는, 탈착식 용접 토치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 커넥터는
   상기 커넥터의 타단으로부터 상기 커넥터의 길이 방향으로 외부를 향하여 돌출하는 체결 요부 및 상기 체결 요부 내부에 형성된 제2 관통공을 포함하고,
   상기 체결 요부는 상기 토치 바디 내부로 삽입되어 끼워지는, 탈착식 용접 토치.
   

Images