KR20120123489A - 용접 급전용 컨택트 팁 및 그것을 이용한 용접 토치 - Google Patents

Abstract

와이어 삽입통과 구멍 내에서 용접 와이어에 대한 급전점을 확실하게 고정할 수 있는 동시에 와이어 삽입통과 구멍 내로의 절삭 찌꺼기 등의 집적을 방지하여 용접 작업을 안정적으로 행할 수 있는 용접 토치를 제공한다.
공급되는 용접 와이어(W)의 와이어 삽입통과 구멍(12)이 그 원통부에 형성된 도전성 부재로 이루어지는 용접 급전용 컨택트 팁(11)과 용접 급전용 컨택트 팁을 피복하여 내장하는 팁 커버(13)를 구비한 용접 토치(10)로서, 용접 급전용 컨택트 팁은 그 와이어 삽입통과 구멍(12)의 축심(11a) 방향을 따라 반분할 형상으로 분할된 한 쌍의 반분할 팁 부재(20, 20')가 반분할 팁 부재의 수압부(21, 21') 기단에 형성된 볼록부(20b, 20b')끼리 맞대어 조합되어 반분할 팁 부재의 맞춤면을 평행하게 유지하고, 반분할 팁 부재의 각 선단간 거리를 확대 축소하는 기울임 가능 상태로 팁 커버 내에 배치되는 동시에, 용접 토치는 반분할 팁 부재의 선단간 거리를 좁히도록 기울임시켜 용접 와이어에 대한 급전점을 반분할 팁 부재의 선단측에 유지시키도록 팁 선단측 압박 수단을 가진다.

Description

용접 급전용 컨택트 팁 및 그것을 이용한 용접 토치{WELDING FEED CONTACT CHIP AND WELDING TORCH USING SAME}

본 발명은 실드가스를 이용하는 MIG 용접, MAG 용접, 탄산가스 아크 용접 등의 아크 용접법에서의 자동용접이나 반자동용접 등에 적용되어 용접 와이어에 전력을 공급하기 위한 급전 컨택트 팁 및 그것을 이용한 용접 토치에 관한 것이다.

종래부터 자동차부품 등의 용접 작업에 있어서 로봇 조작되는 용접 토치가 이용되고 있다. 이러한 용접 토치에 이용되는 용접 급전용 컨택트 팁은 와이어 형상의 소모전극을 용접 개소로 유도하기 위한 가이드로서의 기능 외에 소모전극인 용접 와이어에 통전하기 위한 접점으로서의 기능을 가지고 있다.

즉 용접 급전용 컨택트 팁은 그 본체의 축심부에 축방향을 따라 용접용 용접 와이어가 삽입통과되는 와이어 삽입통과 구멍을 직선형상으로 관통하여 형성되는 동시에 그 입구단측에 나팔형상의 도입부를 확장시켜 형성되고 있다.

그리고 와이어 삽입통과 구멍의 내경은 여기에 삽입통과되는 용접 와이어의 외경보다 약간 크게 형성되며 와이어 삽입통과 구멍에 용접 와이어를 송급하면서 용접 급전용 컨택트 팁 본체와 용접 와이어의 접촉부에서 용접용 전력이 급전되게 되어 있다.

용접 와이어는 와이어 삽입통과 구멍의 내벽면에 접촉하여 급전되는데, 이 때 용접 와이어 송출시 슬라이딩에 의해 와이어 삽입통과 구멍의 내벽면은 용접 급전용 컨택트 팁이 구리 합금제이기 때문에 마모 확대되고 용접 급전용 컨택트 팁으로부터 용접 와이어로의 급전점이 시시각각 변위하며 용접 급전용 컨택트 팁의 접촉부와 피용접 부재 사이의 거리가 변동하므로, 아크부의 전압이 변동하여 전류가 일정하지 않아 용접 비드가 불안정해진다. 즉, 용접 비드가 가늘어지거나 용접부의 강도가 저하하거나 하는 요인이 된다.

그리고 용접 급전용 컨택트 팁 선단에서 와이어 삽입통과 구멍의 마모확대로 인해 용접 와이어 선단의 위치결정이 불충분해져 용접점에서 빗나가 용접불량을 일으킬 우려가 있다.

또 와이어 삽입통과 구멍이 마모확대되면 급전 접촉 위치가 멀어져 아크 전압을 떨어뜨려 스퍼터 발생량이 많아진다. 마모가 더욱 진행하면 아크 전압 및 용접 전류를 일정하게 유지할 수 없게 되어 피용접 부재에 양호한 용접 비드를 형성할 수 없게 된다. 그리고 또한 용접 와이어와의 슬라이딩에 의한 마모가 현저해지면 용접 급전용 컨택트 팁의 수명도 현저하게 짧아져 버린다.

이러한 용접 급전용 컨택트 팁에서의 마모나 급전의 불안정을 방지하기 위한 기술 등에 관련하여 예를 들어 이하의 특허문헌 1, 2, 3과 같은 것이 알려져 있다.

특허문헌 1에는 봉재를 단압 가공에 의해 성형하고 길이방향으로 단면이 반원형상인 홈부를 형성한 한 쌍의 반분할 팁 부재를 상기 홈부끼리 대향하여 진원의 와이어 삽입통과 구멍을 형성하도록 접합한 것을 특징으로 하는 아크 용접용 전극 팁이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는 용접 와이어를 송출가능한 용접용 컨택트 팁이 용접 급전용 컨택트 팁 본체의 선단부 외면에 내열성 수지 코팅이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 용접용 컨택트 팁이 기재되어 있다.

특허문헌 3에는 용접 토치에 배치되는 용접 와이어가 본체 와이어 관통공의 후단측에서 판 스프링에 의해 내벽측에 눌려서 본체 와이어 관통공의 선단부와의 경계에서 내벽에 접촉하도록 한 용접용 컨택트 팁이 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2004-306105호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평6-285645호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2003-33877호

그러나 상기 종래의 용접 토치와 관련된 기술에서는 용접 와이어에 대한 급전점을 안정적이고 확실하게 유지시키는 것이 곤란할 뿐만 아니라 공급되는 용접 와이어가 와이어 삽입통과 구멍을 주행할 때 용접 와이어에 부착된 기름이나 먼지, 와이어의 마모찌꺼기 등이 용접 급전용 컨택트 팁의 기부 등에 집적되어 용접 와이어의 주행불량이나 용접불량의 요인이 되기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

특히 특허문헌 1에 기재된 아크 용접용 전극 팁은 한 쌍의 반분할 팁 부재를 조합하여 그 축심에 와이어 삽입통과 구멍을 형성해서 용접 급전용 컨택트 팁으로 한 것이지만, 와이어 삽입통과 구멍의 지름이 그 길이방향에 대해 일정하고 용접 와이어와 주로 접촉하는 부분인 급전점이 확실하게 정해지지 않기 때문에 피용접부와 급전점 간의 거리나 급전점에서의 전기저항이 변동하여 용접 아크가 불안정해지기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

특허문헌 2에 기재된 내열성수지 코팅을 그 선단에 실시한 용접용 컨택트 팁에서는 그 마모성이 일시적으로 개선되지만, 내구성이 부족한 데다가 특허문헌 1의 경우와 마찬가지로 용접 와이어와 컨택트 팁의 접촉부위가 정해지지 않는다고 하는 문제가 있었다.

특허문헌 3에 기재된 테이퍼 형상의 와이어 관통공을 형성한 용접용 컨택트 팁은 그 와이어 관통공 내에 판 스프링을 지지시키므로 급전점의 위치를 고정할 수 있지만, 판 스프링 자체가 열화되어 접촉저항이 변화하기 쉽다. 또한 판 스프링을 포함하는 구조가 복잡한 데다 봉형재의 보링 가공이나 복잡한 조립가공을 필요로 하여 코스트성이 부족하다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 와이어 삽입통과 구멍 내에서 용접 와이어에 대한 급전점을 확실하게 고정할 수 있는 동시에 와이어 삽입통과 구멍 내로의 절삭 찌꺼기나 기름 등 쓰레기의 집적을 방지하여 그 용접 작업을 안정적으로 행할 수 있으며 메인터넌스성과 코스트성도 우수한 용접 급전용 컨택트 팁 및 그것을 이용한 용접 토치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 용접 토치는 공급되는 용접 와이어의 와이어 삽입통과 구멍이 그 원통부에 형성된 도전성 부재로 이루어지는 용접 급전용 컨택트 팁과 그 용접 급전용 컨택트 팁을 피복하여 내장하는 팁 커버를 구비한 용접 토치로서, 그 용접 급전용 컨택트 팁은 그 와이어 삽입통과 구멍의 축심 방향으로 반분할 형상으로 분할된 한 쌍의 반분할 팁 부재를 그 반분할 팁 부재의 수압부의 기단에 형성된 볼록부끼리 맞대어 조합되는 것에 의해 그 반분할 팁 부재의 맞춤면이 평행하게 유지되고, 그 반분할 팁 부재의 각 선단간 거리를 확대 축소하는 기울임 가능 상태로 상기 팁 커버 내에 배치되는 동시에 그 용접 토치는 그 반분할 팁 부재의 선단간 거리를 좁히도록 기울임시켜 상기 용접 와이어에 대한 급전점을 그 반분할 팁 부재의 선단측에 유지시키도록 팁 선단측 압박 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

(2) 본 발명의 용접 토치는 상기 (1)에 있어서 상기 팁 선단측 압박 수단이 상기 반분할 팁 부재의 후단측을 대략 원주 형상으로 지름 확대시켜 연장 설치된 수압부와, 그 수압부의 코너부에 맞닿아 그 반분할 팁 부재를 기울임 상태로 지지하는 팁 프레스구에 형성된 기울임 지지부와, 그 수압부의 배면에 맞닿아 누르고 반분할 팁 부재의 선단을 용접 급전용 컨택트 팁의 와이어 삽입통과 구멍의 축심을 향해 기울임시키는 탄력성 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

(3) 본 발명의 용접 토치는 상기 (1) 또는 (2)에 있어서 상기 용접 와이어의 원형 단면에 외접하여 그 와이어 주위에 공극을 형성하는 삼각형상이나 다각형상, 십자형상, 별 형상의 와이어 삽입통과 구멍을 가진 세라믹 가이드가 상기 팁 커버의 선단측 내벽면에 형성한 가이드 장착부에 삽입배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

(4) 본 발명의 용접 토치는 상기 (3)에 있어서 상기 세라믹 가이드의 후단과 상기 용접 급전용 컨택트 팁의 선단 사이에 상기 공극에 연통하는 배출 홈이 형성되는 동시에 그 배출 홈에 연통하는 배출 구멍을 상기 팁 커버의 선단측 둘레의 벽에 형성하는 것을 특징으로 한다.

(5) 본 발명의 용접 급전용 컨택트 팁은 상기 (1)?(4) 중 어느 하나의 용접 토치에 이용되는 용접 급전용 컨택트 팁으로서, 그 용접 급전용 컨택트 팁은 그 와이어 삽입통과 구멍의 축심 방향으로 반분할 형상으로 분할된 한 쌍의 반분할 팁 부재를 그 반분할 팁 부재의 수압부 기단에 형성된 볼록부끼리 맞대어 조합되는 것에 의해 그 반분할 팁 부재의 맞춤면이 평행하게 유지되고, 그 반분할 팁 부재의 각 선단간 거리를 확대 축소하는 기울임 가능 상태로 상기 팁 커버 내에 배치되는 것임을 특징으로 한다.

(6) 본 발명의 용접 급전용 컨택트 팁은 상기 (5)에 있어서 상기 반분할 팁 부재의 후단측을 대략 원주 형상으로 직경 확대시켜 연장 설치된 수압부와, 상기 팁 프레스구에 형성된 기울임 지지부의 선단에 맞닿는 수압부의 코너부와, 그 반분할 팁 부재의 선단을 용접 급전용 컨택트 팁의 와이어 삽입통과 구멍의 축심을 향해 기울임시키는 탄력성 부재에 맞닿는 배면을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 용접 급전용 컨택트 팁의 반분할 팁 부재가 각각의 선단간 거리를 확대 축소하는 기울임 상태로 팁 커버 내에 배치되는 동시에 상기 반분할 팁 부재의 선단간 거리를 좁혀서 용접 와이어를 압착시키는 팁 선단측 압박 수단을 가지므로, 반분할 팁 부재의 와이어 삽입통과 구멍이 마모되어도 용접 급전용 컨택트 팁의 선단측에 급전점을 확실하게 형성하여 그 용접 작업을 안정적으로 행할 수 있다.

또한 본 발명의 용접 급전용 컨택트 팁은 반분할 팁 부재의 수압부 기단에 볼록부를 형성하고 그 볼록부끼리 맞대어 반분할 팁 부재를 조합하는 것에 의해 용접 와이어의 삽입 통과시에 반분할 팁 부재의 맞춤면을 평행하게 유지하도록 하는 동시에 기단부측의 간격을 일정하게 유지할 수 있어 급전점을 일정한 위치에 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관련되는 용접 토치의 단면도이다.
도 2는 실시예에 관련되는 용접 토치 조립부품의 단면도이다.
도 3은 실시예에 관련되는 반분할 팁 부재의 설명도이다.
도 4는 실시예에 관련되는 용접 토치의 팁 선단측 압박 수단의 동작 설명도이며, (a)는 반분할 팁 부재의 좌측면도, 정면도, 우측면도, (b)는 팁 선단측 압박 수단의 개략 설명도, (c)는 팁 선단측 압박 수단의 확대 설명도이다.
도 5는 반분할 팁 부재 회전 방지 기구의 설명도이며, (a)는 실시예에 관련되는 반분할 팁 부재 회전 방지 기구의 설명도, (b)는 종래의 반분할 팁 부재 회전의 설명도이다.
도 6은 실시예에 관련되는 반분할 팁 부재의 가공방법의 설명도이다.
도 7은 실시예에 관련되는 용접 토치에서의 세라믹 가이드 부분의 확대 설명도이다.
도 8은 실시예에 관련되는 용접 토치의 세라믹 가이드의 평면도(a) 및 A－A단면도(b)이다.
도 9는 실시예에 관련되는 용접 토치의 세라믹 가이드의 변형예 1, 2의 평면도이다.
도 10은 실시예에 관련되는 용접 급전용 컨택트 팁에서의 용접 포인트에 대한 불안정의 설명도이다.
도 11은 실시예에 관련되는 용접 급전용 컨택트 팁에서의 팁 마모 형태의 설명도이다.
도 12는 실시예에 관련되는 용접 급전용 컨택트 팁에서의 급전점의 설명도이다.

본 실시형태의 용접 토치는 공급되는 용접 와이어의 와이어 삽입통과 구멍이 그 원통부에 형성된 도전성 금속이나 도전성 세라믹스 등의 도전성 부재로 이루어지는 용접 급전용 컨택트 팁과 용접 급전용 컨택트 팁을 피복하여 내장하는 팁 커버를 구비한 용접 토치로서, 용접 급전용 컨택트 팁은 그 와이어 삽입통과 구멍의 축심 방향으로 반분할 형상으로 분할된 한 쌍의 반분할 팁 부재를 반분할 팁 부재의 수압부 기단에 형성된 볼록부끼리 맞대어 조합시키는 것에 의해 반분할 팁 부재의 맞춤면이 평행하게 유지되고, 반분할 팁 부재의 각 선단간 거리를 확대 축소하는 기울임 가능 상태로 상기 팁 커버 내에 배치되는 동시에 용접 토치는 반분할 팁 부재의 선단간 거리를 좁히도록 기울임시켜 용접 와이어에 대한 급전점을 그 반분할 팁 부재의 선단측에 유지시키도록 팁 선단측 압박 수단을 가지도록 구성된다.

이것에 의해 용접 와이어와의 접촉에 의해 생기는 와이어 삽입통과 구멍의 마모정도 등에 상관없이 용접 급전용 컨택트 팁 선단측에 상시 급전점을 설정할 수 있으므로 안정된 아크 현상을 유지할 수 있고 용접 작업에서의 생산성이나 작업성을 확보할 수 있다.

또 본 실시형태의 용접 토치는 용접 와이어의 지지 가이드 부분이기도 하며, MIG 용접이나 MAG 용접, 탄산가스 아크 용접 등의 아크 용접법에서의 자동 용접 등에 적용되고, 공급되는 용접 와이어에 용접 급전용 컨택트 팁을 통해 전력을 공급하면서 그 와이어 송출 방향이 일정 방향이 되도록 용접 급전용 컨택트 팁을 외방으로부터 가이드하는 기능을 구비한 부재이다.

대략 원통 형상인 용접 급전용 컨택트 팁을 구성하는 한 쌍의 반분할 팁 부재는 각각의 내면(맞춤면)에 와이어 삽입통과 구멍이 되는 삽입통과 홈이 형성된 도전성 부재이며, 이 삽입통과 홈 사이를 주행하는 용접 와이어에 급전점을 통해 접촉하는 것에 의해 용접용 전력이 공급되게 되어 있다. 반분할 팁 부재는 와이어 삽입통과 구멍의 축심 방향에 수직인 단면이 반원형상이며, 반원의 중심 위치에 단면이 반원형상인 삽입통과 홈이 형성되어 있다.

반분할 팁 부재는 구리제나 구리 합금제의 환봉(환선) 등을 소재로 하여 예를 들어 롤 가공을 이용하여 그 단면이 원형상인 환봉의 반원부분을 평면으로 변형함과 함께 그 변형된 평면(타방의 반원면이 아닌 면을 말함)의 길이방향 중심으로 와이어 삽입통과 홈을 형성한다.

그리고 롤 가공된 긴 반원재를 프레스 가공 등에 의해 소정 길이로 전단함과 함께, 전단된 반원재의 단부를 금형을 이용하여 수압부 및 볼록부를 형성해서 반분할 팁 부재로 한다.

이와 같이 하여 형성된 반분할 팁 부재의 평면 부분을 서로 맞추고 수압부의 볼록부끼리 맞대어 얻어지는 용접 급전용 컨택트 팁은 반분할 팁 부재의 맞춤면의 평행을 유지하도록 용접 토치 내에 배치되는 동시에 반분할 팁 부재의 수압부에 형성된 코너부를 지점으로 하여 미소한 각도범위에서 기울임시켜 반분할 팁 부재의 선단측 간격을 확대 축소할 수 있게 되어 있다.

팁 선단측 압박 수단은 예를 들어 반분할 팁 부재의 양 선단측의 간격이 축소되는(근접하는) 방향으로 누르도록 반분할 팁 부재의 배면에 맞닿아 팁 프레스 스프링 등의 탄력성 부재를 배치함으로써 구성할 수 있다.

또한 본 실시형태의 용접 토치에서 팁 선단측 압박 수단은 반분할 팁 부재의 후단측을 대략 원주 형상으로 지름 확대시켜 연장 설치된 수압부와, 수압부의 코너부에 맞닿아 반분할 팁 부재를 기울임 상태로 지지하는 팁 프레스구에 형성된 기울임 지지부와, 수압부의 배면에 맞닿아 누르고 반분할 팁 부재의 선단을 용접 급전용 컨택트 팁의 와이어 삽입통과 구멍의 축심을 향해 기울임시키는 탄력성 부재를 구비할 수도 있다.

이로써 비교적 단순한 구성에 의해 압박 수단을 구성하여 소모부품 교환 등의 메인터넌스 작업을 효율적으로 행할 수 있다.

그리고 본 실시형태의 용접 토치는 상기 용접 와이어의 원형 단면에 외접하여 그 와이어 주위에 공극을 형성하는 삼각형상이나 다각 형상, 십자 형상, 별 형상의 와이어 삽입통과 구멍을 가진 세라믹 가이드가 상기 팁 커버의 선단측 내벽면에 형성한 가이드 장착부에 삽입 배치되어 있는 것도 특징으로 하고 있다. 이것에 의해 용접 와이어에 부착된 기름이나 먼지, 와이어 연삭 찌꺼기 등을 와이어 삽입통과 구멍 내에 잔류시키는 일 없이 공극으로부터 외부로 배출시킬 수 있다.

세라믹 가이드는 그 중심에 와이어 삽입통과 구멍이 형성된 대략 원추 사다리꼴의 세라믹 부재이며, 팁 커버의 선단측에 내삽되어 용접 급전용 컨택트 팁의 선단부에 배치된다. 세라믹으로는 예를 들어 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아, 질화규소, 사이알론 등 내마모성이 우수한 세라믹스 소재를 적용할 수 있다. 용접 급전용 컨택트 팁의 선단부를 피착하는 이 세라믹들이 경질이기 때문에 편마모되는 일이 적어, 용접 와이어를 안정적으로 공급할 수 있다. 그리고 세라믹 표면에는 스퍼터가 잘 부착되지 않으며 또 부착되었다고 해도 에어나 브러시 등으로 용이하게 제거할 수 있다. 게다가 이 세라믹은 절연체이기 때문에 세라믹 가이드에 부착된 스퍼터가 용접 토치에 도달했다고 해도 쇼트되는 일이 없어 용접 작업이나 메인터넌스 작업을 안전하게 행할 수 있다.

세라믹 가이드의 와이어 삽입통과 구멍은 원형 단면의 용접 와이어에 외접하는 삼각형상 등의 단면을 가지고 있다. 이 때문에 그 용접 와이어 주위에 와이어의 마모찌꺼기나 기름 등을 배출하기 위한 배출용 공극이 형성되게 되어 있다.

본 실시형태의 용접 토치는 상기 세라믹 가이드의 후단과 상기 용접 급전용 컨택트 팁의 선단 사이에 상기 공극에 연통하는 배출 홈이 형성되는 동시에 상기 배출 홈에 연통하는 배출 구멍을 상기 팁 커버의 선단측 둘레벽에 형성할 수 있다. 이로써 와이어 삽입통과 구멍에서 밀려나온 마모찌꺼기 등을 고압의 공기류로 날려 버리는 것에 의해 용이하게 제거할 수 있으므로 메인터넌스성이 우수한 용접 토치를 제공할 수 있다. 즉, 용접 와이어의 마모찌꺼기 등이 외부로 빠져 나갈 수 있도록 팁 커버의 선단측 둘레벽에 3곳 이상의 부분을 마련하여 세라믹 가이드를 지지하고 그 하부에는 와이어 찌꺼기가 빠져 나갈 수 있도록 간극을 형성하여 외부로 방출되게 되어 있다. 또한 그렇게 해도 쌓이는 것은 정기적으로 에어로 날려 버릴 수 있도록 팁 커버에 배출 구멍을 3곳 형성하여 에어로 날려 버릴 수 있도록 하고 있다.

그리고 본 실시형태의 용접 급전용 컨택트 팁은 상기 용접 토치에 이용되는 용접 급전용 컨택트 팁으로서, 그 와이어 삽입통과 구멍의 축심 방향으로 반분할 형상으로 분할된 한 쌍의 반분할 팁 부재를 반분할 팁 부재의 수압부 기단에 형성된 볼록부끼리 맞대어 조합하여 이루어지며, 반분할 팁 부재의 맞춤면의 평행을 유지고여 반분할 팁 부재의 각 선단간 거리를 확대 축소하는 기울임 가능 상태로 팁 커버 내에 배치되는 것이다.

그리고 본 실시형태의 용접 급전용 컨택트 팁은 반분할 팁 부재의 후단측을 대략 원주 형상으로 직경 확대시켜 연장 설치된 수압부와, 팁 프레스구에 형성된 기울임 지지부의 선단에 맞닿는 수압부의 코너부와, 반분할 팁 부재의 선단을 용접 급전용 컨택트 팁의 와이어 삽입통과 구멍의 축심을 향해 기울임시키는 탄력성 부재에 맞닿는 배면을 구비할 수도 있다.

실시예

도 1은 본 발명의 실시예에 관련되는 용접 토치의 단면도이다. 도 2는 실시예에 관련되는 용접 토치의 조립부품을 나타내는 단면도이다. 도 3은 실시예에 관련되는 반분할 팁 부재의 설명도이다. 도 4는 실시예에 관련되는 용접 토치의 팁 선단측 압박 수단의 동작 설명도이며, (a)는 반분할 팁 부재의 좌측면도, 정면도, 우측면도, (b)는 팁 선단측 압박 수단의 개략 설명도, (c)는 팁 선단측 압박 수단의 확대 설명도이다. 도 5는 반분할 팁 부재 회전 방지 기구의 설명도이며, (a)는 실시예에 관련되는 반분할 팁 부재 회전 방지 기구의 설명도, (b)는 종래의 반분할 팁 부재 회전의 설명도이다.

실시예의 용접 토치(10)는 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이 한 쌍의 도전성 금속의 반분할 팁 부재(20, 20')를 대략 원통 형상으로 조합한 용접 급전용 컨택트 팁(11), 용접 급전용 컨택트 팁(11)을 지지하는 팁 커버(13), 팁 커버(13)의 기단측을 팁 프레스구(14)를 통해 지지하는 팁 받침대(16), 노즐 어댑터(34)를 통해 팁 받침대(16)를 축지지하기 위한 절연 부시(19), 용접 급전용 컨택트 팁(11)의 축심에 관통 형성되며 그 기단측으로부터 공급되는 용접 와이어를 삽입 유지하기 위한 와이어 삽입통과 구멍(12)을 가진다.

절연 부시(19)는 내열성 및 절연성이 높은 합성수지 몰드 등으로 이루어지며, 팁 커버(13)에 원통 형상으로 피복 형성되는 토치 노즐(17)이 나사 결착부(17a)를 통해 그 전방측에 장착되어 있다. 팁 받침대(16)와 토치 어댑터(18)에는 각각 스테인리스강, 스프링강 또는 세라믹제의 팁 프레스 스프링(탄력성 부재; 15)과 와이어 가이드(38)가 내장되며, 팁 받침대(16) 및 팁 프레스구(14)를 통해 용접 급전용 컨택트 팁(11)의 축 기단측을 전방측으로 압박하여 용접 급전용 컨택트 팁(11)의 선단측을 협압시키기 위한 팁 선단측 압박 수단으로서 기능하도록 배치되어 있다.

단 팁 프레스 스프링(15)과 팁 어댑터(18) 사이에는 패브릭 기재 베이크라이트 등으로 이루어지는 절연 와셔(39)가 배치되어 있어 팁 프레스 스프링(15)에 전류가 흐르지 않게 하고 있다.

또한 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이 팁 커버(13)는 절연 부시(19)를 통하여 토치 노즐(17)에 의해 고정되어 있다. 팁 커버(13)의 외벽부와 토치 노즐(17)의 내벽부 사이에 실드가스를 공급하여 아크 용접할 수 있게 하고 있다.

용접 급전용 컨택트 팁(11)은 도 3, 도 4 등에 나타내는 바와 같이 그 와이어 삽입통과 구멍(12)의 축심(11a) 방향을 따라 반분할 형상으로 형성된 한 쌍의 반분할 팁 부재(20, 20')를 각 평면 형상의 맞춤면(20d, 20d')끼리 대향시켜 조합하는 것에 의해 구성되며, 이 맞춤면(20d, 20d')의 길이방향으로는 조합했을 때 와이어 삽입통과 구멍(12)을 형성하기 위한 삽입통과 홈(20a, 20a')이 형성되어 있다.

반분할 팁 부재(20, 20')는 원통부를 축심(11a) 방향으로 반분할한 반분할 원통부(20c, 20c')와 그 후단측을 대략 원통 형상으로 직경 확대시켜 연장 설치된 수압부(21, 21')로 이루어지고, 반분할 원통부(20c)의 외면과 그 외면으로부터 직경 확대시켜 연장 설치된 수압부(21)의 확대부(21a, 21a')의 경계에는 코너부(A')가 형성되어 있다.

반분할 팁 부재(20, 20')의 소재로는 도전성이 있는 금속이나 합금, 예를 들어 크롬 동, 황동, 순동, 지르코늄 동, 놋쇠, 알루미늄 청동, 인청동 외에 도전성 세라믹 등의 도전성 부재를 이용할 수 있다.

삽입통과 홈(20a, 20a')의 조합에 의해 형성되는 용접 급전용 컨택트 팁(11)의 와이어 삽입통과 구멍(12)은 단면 원형상이며, 그 직경은 대략 용접 와이어(W)의 굵기에 맞는 구경을 가지고 있다.

다음으로 도 4를 참조하여 팁 선단측 압박 수단의 동작에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 단, 설명에서는 반분할 팁 부재의 한쪽을 이용하여 설명한다.

반분할 팁 부재(20)에는 그 기단측을 대략 원주 형상으로 직경 확대시켜 연장 설치된 수압부(21)가 형성되어 있으며, 반분할 팁 부재(20)의 수압부(21)의 전단부(21a; 반분할 팁 부재의 선단부 방향측)의 코너부(A'점)는, 대략 원통 형상인 팁 프레스구(13)의 한쪽 단부의 내벽면이 내방 또한 그 단부로부터 멀어지도록(도면에서는 우방향) 단면이 갈고리 모양으로 튀어나오게 하여 형성한 기울임 지지부(13b)의 선단(최소직경부 A점)에 맞닿아 있다.

즉, 기울임 지지부(13b)는 팁 프레스 스프링(15)에 의해 압박되어 반분할 팁 부재(20)가 기울임되더라도 반분할 팁 부재(20)의 수압부(21)의 전단면(21a)과 간섭하지 않도록 최소직경부(A)에서 맞닿게 그 면이 경사져 형성되어 있다.

그리고 팁 프레스 스프링(15)에 의해 후방으로부터 압박된 팁 프레스구(14)의 전면이 반분할 팁 부재(20)의 수압부(21)의 후단면(21b)의 최외경단부(B점)에 맞닿아 반분할 팁 부재(20)의 홈 형성부(20c)의 선단부(C점)를 용접 급전용 컨택트 팁(11)의 와이어 삽입통과 구멍(12)의 축심(11a) 방향으로 기울임시키게 된다.

이와 같이 반분할 팁 부재(20)의 수압부(21)에서의 B점을 힘점으로 하고 기울임 지지부(13b)의 A점을 받침점으로 하여 반분할 팁 부재(20)의 선단부(C점)를 와이어 삽입통과 구멍(12)의 축심(11a) 방향으로 기울임시키는 기구로서 팁 선단측 압박 수단을 구성한다.

단, 동작 설명을 반분할 팁 부재의 한쪽을 이용하여 설명했지만 다른 쪽에 대해서도 동일한 동작을 한다.

또한 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 반분할 팁 부재(20, 20')의 수압부(21, 21') 기단에 볼록부(20b, 20b')를 형성하고 그 볼록부(20b, 20b')끼리 맞대어 반분할 팁 부재를 조합하는 것에 의해 기단부측(수압부측)에서 와이어 삽입통과 구멍(12)을 형성시키는 간격을 일정하게 유지할 수 있는 동시에 용접 와이어(W)의 삽입통과시에 반분할 팁 부재(20, 20')의 일방이 와이어 삽입통과 구멍(12)의 축심(11a) 둘레로 회전하여 반분할 팁 부재 맞춤면의 간격이 좁아지는 것을 방지할 수 있다.

즉 본 실시예의 반분할 팁 부재에서는 기단부측(수압부측)에서는 그 간격을 일정하게 유지하여 C점측만 기울이는 것에 의해 반분할 팁 부재(20, 20') 선단간의 간격이 작아지도록(근접하도록) 할 수 있다.

그리고, 도 5(a)의 좌측면도에 나타내는 바와 같이 수압부(21, 21')의 기단 하방 반경방향의 양단에 형성한 볼록부(20b, 20b')끼리 맞대어 용접 급전용 컨택트 팁(11)을 구성하고 있으므로, 축심(11a) 둘레의 회전을 방지하고 반분할 팁 부재(20, 20')의 맞춤면을 평행하게 유지하여 용접 급전용 컨택트 팁(11)의 급전점 위치를 안정시킬 수 있다. 도 5(b)에 나타내는 바와 같은 종래의 용접 급전용 컨택트 팁에서는 볼록부를 형성하지 않기 때문에 반분할 팁 부재의 일방이 회전하여 한쪽으로 치우쳐서(한쪽 끝이 접촉 상태가 되어) 아크를 안정화시킬 수 없다.

또, 이 수압부(21) 기단에 형성되는 볼록부(20b)는 수압부(21) 후단면(21b)의 평면의 일부를 도면에서 하방으로 돌출시키는 동시에 와이어 삽입통과 구멍의 축심(11a)으로부터 양 반경 외방향으로 연장 형성되어 있다. 볼록부(20b')도 이와 같이 형성되어 있다.

또한 용접 급전용 컨택트 팁(11)을 구성하는 반분할 팁 부재(20, 20')는 예를 들어 도 6에 나타내는 바와 같은 제조방법으로 제조할 수 있다. 즉, 소재가 되는 환봉(환선)에 대하여 수입 장치에 의해 휨 등을 교정하고 롤 성형 장치를 이용하여 단면이 원형상인 환봉의 일방의 원형 곡면을 평면으로 롤 가공에 의해 변형시키는 동시에 그 변형된 평면(타방의 원통면은 아님)의 길이방향 중심으로 와이어 삽입통과 홈을 형성한다. 그리고 가공후의 환봉을 피치 이송 장치로 프레스에 반송한 뒤 프레스 금형에 의해 수압부(21), 볼록부(20b) 등을 형성한 후 전단하여 반분할 팁 부재(20)로 한다.

단, 롤 가공에 의해 와이어 삽입통과 홈을 형성한 경우에는 드릴 등을 이용한 천삭과 달리 와이어 삽입통과 홈의 형성이 용이하고 가공경화에 의해 표면 경도도 높게 하여 평활한 와이어 삽입통과 구멍(12)을 형성시킬 수 있어 용접 토치로서 높은 품질을 유지할 수 있다.

이렇게 하여 팁 프레스 스프링(15)과 팁 프레스구(14)를 압박하는 것에 의해 반분할 팁 부재(20, 20')의 선단간 거리를 좁히도록 하여 반분할 팁 부재(20, 20')의 선단 사이에 삽입되는 용접 와이어(W)를 그 선단측(C점 근방)을 일정한 압력으로 눌러 용접 와이어(W)에 전력을 공급하기 위한 급전점을 노즐 선단측에 안정적으로 형성할 수 있게 하고 있다.

다음으로 용접 토치의 팁 커버에 장착하는 세라믹 가이드에 대해 설명한다. 도 7은 실시예의 용접 토치의 팁 커버에 장착된 세라믹 가이드의 확대 설명도이며, 도 8은 세라믹 가이드의 평면도(a) 및 그 A-A 단면도(b)이다.

또한 실시예의 용접 토치(10)에 있어서 대략 원추 사다리꼴로 형성된 세라믹 가이드(22)가 끝이 가는 테이퍼 형상으로 형성된 팁 커버(13)의 선단측 내벽면에 형성된 끝이 가는 테이퍼 형상의 가이드 장착부(13c)에 내측으로부터 끼워지도록 하여 장착되어 용접 급전용 컨택트 팁(11)의 끝쪽에 배치되게 되어 있다.

세라믹 가이드(22)는 예를 들어 알루미나나 지르코니아, 실리콘 질화물 등의 세라믹스 재료로 이루어지며, 그 축심에 사각형상 단면을 가지는 와이어 삽입통과 구멍(22a)이 천공되어 있다. 또 용접 급전용 컨택트 팁(11)의 선단이 맞닿는 후단 부분에는 세라믹 가이드(22)와 용접 급전용 컨택트 팁(11) 사이에 배출 홈(22b)을 형성시키기 위한 브리지부(22c)가 형성되어 있다.

그리고 도 6에 나타내는 바와 같이 세라믹 가이드(22)의 와이어 삽입통과 구멍(22a)은 그 기단측에서 배출 홈(22b)에 연통되어 있다. 또한 팁 커버(13)의 끝쪽 둘레벽에는 세라믹 가이드(22)의 배출 홈(22b)에 연통하는 배출 구멍(13a)이 예를 들어 홀더 둘레벽의 원주를 3분할 혹은 4분할하는 위치에 각각 배치되어 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이 그 단면이 사각형상으로 형성된 와이어 삽입통과 구멍(22a)에 원형 단면의 용접 와이어(W)가 삽입통과되면, 그 와이어 삽입통과 구멍(22a) 단면에서의 사각형 코너부에 형상의 차이로 공극(22d)이 형성되게 된다. 이 때문에 와이어 삽입통과 구멍과 용접 와이어의 마찰에 의해 발생한 와이어 찌꺼기나 기름, 먼지 등을 이 공극(22d) 및 배출 홈(22b), 배출 구멍(13a)을 통해 외부로 효과적으로 배출시킬 수 있다.

또 배출되지 않고 와이어 삽입통과 구멍(22a)에 쌓이는 찌꺼기는 배출 구멍(13a)의 주변으로부터 에어를 불어넣는 것에 의해 제거하는 것도 가능하게 하고 있다.

도 9는 세라믹 가이드의 변용예 1, 2를 나타내는 단면도이다. 도 9(a)에 나타내는 바와 같이 변용예 1의 세라믹 가이드(22')는 그 와이어 삽입통과 구멍(22a')의 단면을 십자 형상으로 형성한 것이고, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 변용예 2의 세라믹 가이드(22")의 와이어 삽입통과 구멍(22a")은 그 단면을 삼각 형상으로 형성한 것이다.

이와 같이 원형 단면을 이루는 용접 와이어(W) 주위에 와이어 찌꺼기나 기름 등을 배출하기 위한 공극(22d)을 사용 환경 조건에 맞춰 형성하여 와이어 찌꺼기 등의 배출을 촉진시키는 것에 의해 용접 아크의 안정성이나 메인터넌스성이 우수한 용접 토치(10)를 제공할 수 있다.

단 실시예의 용접 토치(10)에서 용접 급전용 컨택트 팁(11)은 선반에 의해 외관이 가공되고 천공, 나사절단 가공되는 종래의 용접 급전용 컨택트 팁과는 달리, 도 6에 나타내는 바와 같이 조합되는 한 쌍의 반분할 팁 부재(20, 20')를 롤 성형기(R)에 의해 가공된 반원재를 프레스 가공에 의해 동시에 전단하는 것에 의해 고속 가공할 수 있다.

따라서 용접 급전용 컨택트 팁을 제조함에 있어서 그 생산효율성이 특별히 우수한 저비용의 것으로 할 수 있다.

본 실시예의 용접 토치(10)에서는 도 10(a)에 나타내는 바와 같이 세라믹 가이드(22)를 형성하고 있으므로 마모가 빨리 진행하여 도 10(b)에 나타내는 종래의 용접 토치(N)와 같이 용접하고자 하는 위치(P)에 대한 위치 불안정같은 일이 없어 용접하고자 하는 위치(P)에 대한 용접타겟을 좁은 범위로 한정할 수 있다.

본 실시예의 용접 토치에서는 이와 같이 정밀한 용접 작업을 행함으로써 용접품질을 향상시키고 그 생산성을 높일 수 있다.

또한 도 11에 나타내는 바와 같이 실시예에서는 반분할 팁 부재(20, 20')를 조합하여 용접 급전용 컨택트 팁(11)으로 하는 경우에 도 11(a)에 나타내는 바와 같이 수압부(21)의 볼록부(20b)를 맞대어 반분할 팁 부재(20, 20')의 평행면 사이에 마모여유분인 간극(S)을 형성하는 것에 의해, 삽입통과 홈(20a, 20a')의 마모가 진행되어도 반분할 팁 부재(20, 20')의 평행면 사이의 간극이 없어질 때까지 사용가능하게 할 수 있어 용접 토치의 장기 수명화를 도모할 수 있다.

이에 반해 볼록부(20b)가 형성되지 않은 반분할 팁 부재(20, 20')를 조합하여 용접 급전용 컨택트 팁(11)으로 하고 반분할 팁 부재(20, 20')의 평행면 사이에 마모여유분인 간극(S)을 형성하지 않는 경우에는 휜 자국이 남은 용접 와이어(W)가 공급되게 되어 용접 급전용 컨택트 팁 선단측이 조기에 타원형상으로 마모하여 수명이 짧아진다.

그리고 종래형의 용접 급전용 컨택트 팁(T)을 이용한 용접 팁은 도 12(b)에 나타내는 바와 같이 용접 와이어(W)의 휜 자국에 의해 와이어 삽입통과 구멍 내에서 용접 급전용 컨택트 팁(T)과의 접촉위치(팁 급전점과 모재 사이의 거리)가 변동하여 아크 전압이 변화되어 정밀한 용접이 곤란해지는 경우가 있다.

이에 반해 실시예에서는 도 12(a)에 나타내는 바와 같이 반분할 팁 부재(20, 20') 기단의 B점이 팁 선단측 압박 수단을 통하여 축 방향으로 눌리는 것에 의해 A점을 받침점으로 하여 용접 와이어(W)를 그 용접 급전용 컨택트 팁 선단측에서 강제적으로 회전 협압하여 급전점이 용접 급전용 컨택트 팁 선단인 C점에 고정되어 변동하지 않는다.

이 때문에 용접 와이어(W)에 대한 송급을 안정적으로 실시할 수 있고 또한 컨택트 팁 공급 전압을 일정하게 유지함으로써 양호하고 적정한 용접조건을 확보할 수 있다고 하는 이점을 가지고 있다.

또한 용접 급전용 컨택트 팁과 용접 와이어(W)의 접촉부도 스프링의 힘으로 일정하게 눌리고 있기 때문에(탄성급전) 전류가 일정하게 공급되어 용해 및 아크가 안정된다.

본 발명의 용접 급전용 컨택트 팁 및 그것을 이용한 용접 토치는 알루미늄, 구리 및 구리 합금, 내열강, 티타늄 합금 등의 금속을 용접하는 아크 용접법 등에 널리 적용할 수 있다.

예를 들어 로봇 암을 구비한 아크 용접 장치에 장착되고 정밀조작이 요구되는 자동 용접에 적용되는 것 외에 용접 개소를 관찰하면서 용접 토치를 조작하여 피용접물을 용접하는 반자동 용접에도 적합하게 이용할 수 있다.

또한 용접 급전용 컨택트 팁 선단부에 누르는 힘을 더하여 급전할 수 있기 때문에 아크가 안정되어 고속용접이 가능하며 용접 작업성이나 품질이 향상되고, 비용저감이 된다.

그리고 용접 급전용 컨택트 팁이 마모되거나 마모 찌꺼기가 와이어 삽입통과 구멍에 부착되거나 해도 세라믹 가이드에 형성한 배출 홈이나 절연 노즐의 배출 구멍을 통해 용이하게 배출할 수 있고 용접 와이어의 송급 방향이 잘 변화하지 않으며 용접개소의 위치 어긋남이 생기지 않으며 조작성도 우수하다.

10: 실시예의 용접 토치 11: 용접 급전용 컨택트 팁
11a: 와이어 삽입통과 구멍의 축심 12: 와이어 삽입통과 구멍
13: 팁 커버 13a: 배출 구멍
13b: 기울임 지지부 13c: 가이드 장착부
14: 팁 프레스구 15: 팁 프레스 스프링(탄력성 부재)
16: 팁 받침대 17: 토치 노즐
17a: 나사 결착부 18: 토치 어댑터
19: 절연 부시 20, 20': 반분할 팁 부재
20a, 20a': 삽입통과 홈 20b, 20b': 볼록부
20d, 20d': 맞춤면 21, 21': 수압부
22, 22', 22": 세라믹 가이드
22a, 22a', 22a": 와이어 삽입통과 구멍
22b: 배출 홈 22c: 브리지부
22d: 공극 38: 와이어 가이드
39: 절연 와셔

Claims (6)

1. 공급되는 용접 와이어의 와이어 삽입통과 구멍이 그 원통부에 형성된 도전성 부재로 이루어지는 용접 급전용 컨택트 팁과,
   그 용접 급전용 컨택트 팁을 피복하여 내장하는 팁 커버,
   를 구비한 용접 토치로서,
   그 용접 급전용 컨택트 팁은
   그 와이어 삽입통과 구멍의 축심 방향으로 반분할 형상으로 분할된 한 쌍의 반분할 팁 부재가,
   그 반분할 팁 부재의 수압부의 기단에 형성된 볼록부끼리 맞대어 조합되는 것에 의해
   그 반분할 팁 부재의 맞춤면이 평행하게 유지되고,
   그 반분할 팁 부재의 각 선단간 거리를 확대 축소하는 기울임 가능 상태로 상기 팁 커버 내에 배치되는 동시에
   그 용접 토치는
   그 반분할 팁 부재의 선단간 거리를 좁히도록 기울임시켜 상기 용접 와이어에 대한 급전점을 그 반분할 팁 부재의 선단측에 유지시키도록 팁 선단측 압박 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 용접 토치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 팁 선단측 압박 수단이
   상기 반분할 팁 부재의 후단측을 대략 원주 형상으로 직경 확대시켜 연장 설치된 수압부와,
   그 수압부의 코너부에 맞닿아 그 반분할 팁 부재를 기울임 상태로 지지하는 팁 프레스구에 형성된 기울임 지지부와,
   그 수압부의 배면에 맞닿아 누르고 반분할 팁 부재의 선단을 용접 급전용 컨택트 팁의 와이어 삽입통과 구멍의 축심을 향해 기울임시키는 탄력성 부재
   를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 토치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 용접 와이어의 원형 단면에 외접하여 그 와이어 주위에 공극을 형성하는 삼각 형상이나 다각 형상, 십자 형상, 별 형상의 와이어 삽입통과 구멍을 가진 세라믹 가이드가
   상기 팁 커버의 선단측 내벽면에 형성한 가이드 장착부에 삽입 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 토치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 세라믹 가이드의 후단과 상기 용접 급전용 컨택트 팁의 선단 사이에 상기 공극에 연통하는 배출 홈이 형성되는 동시에 그 배출 홈에 연통하는 배출 구멍을 상기 팁 커버의 선단측 둘레벽에 형성하는 것을 특징으로 하는 용접 토치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 용접 토치에 이용되는 용접 급전용 컨택트 팁으로서,
   그 용접 급전용 컨택트 팁은
   그 와이어 삽입통과 구멍의 축심 방향으로 반분할 형상으로 분할된 한 쌍의 반분할 팁 부재가,
   그 반분할 팁 부재의 수압부 기단에 형성된 볼록부끼리 맞대어 조합되는 것에 의해
   그 반분할 팁 부재의 맞춤면이 평행하게 유지되고,
   그 반분할 팁 부재의 각 선단간 거리를 확대 축소하는 기울임 가능 상태로 상기 팁 커버 내에 배치되는 것임을 특징으로 하는 용접 급전용 컨택트 팁.
6. 제5항에 있어서,
   상기 반분할 팁 부재의 후단측을 대략 원주 형상으로 직경 확대시켜 연장 설치된 수압부와,
   상기 팁 프레스구에 형성된 기울임 지지부의 선단에 맞닿는 수압부의 코너부와,
   그 반분할 팁 부재의 선단을 용접 급전용 컨택트 팁의 와이어 삽입통과 구멍의 축심을 향해 기울임시키는 탄력성 부재에 맞닿는 배면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 급전용 컨택트 팁.

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