KR20000023663A - Method of plasma-arc welding of metals - Google Patents
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Abstract
정극성 직류 아크를 사용한 금속의 플라즈마 용접법에서 플라즈마 생성 매개물로서 노즐-양극상의 파일롯 아크에 의해 방출된 열에너지에 의해서 플라즈마 아크 용접 토치내에서 직접 발생된 수증기를 사용하고, 이렇게 만들어진 플라즈마 제트는 파일롯 아크 전류를 변경함으로서 제어된다.In the plasma welding method of metal using a positive direct current arc, water vapor generated directly in the plasma arc welding torch by the thermal energy emitted by the pilot arc on the nozzle-anode is used as a plasma generating medium, and the plasma jet thus produced is a pilot arc current. It is controlled by changing.
Description
소위 압축 아크(참조, 우크라인, 키에브 소재의 비.여 패톤(B.Ye.Patton)에 의해 발생된," 나우코바 덤카" 출판사, 1979, 페이지 19-21(러시아))를 사용하는 금속의 플라즈마 아크 용접법이 알려져 있다. 이 방법의 요지는 아크 방전이 플라즈마트론의 플라즈마 아크 용접 토치의 음극과 공작물-양극사이의 불활성가스의 스트림내에서 일어나면서 아크 방전의 직경이 토치 노즐 통로로 수축되는 것에 있다. 좁은 노즐 통로를 가로질려 공작물과 전극사이를 직접 아크를 스트라이킹하는 것이 어렵기 때문에, 먼저 불활성 가스가 여기에 공급될 때 파일롯 아크는 전극과 토치 노즐 양극사이에서 시작된다.Of metals using so-called compression arcs (cf. Ukraine, B. Ye. Patton, Kiev), Published by Naukova Dukka, 1979, pages 19-21 (Russia). Plasma arc welding is known. The gist of this method is that the diameter of the arc discharge contracts to the torch nozzle passage as the arc discharge occurs in the stream of inert gas between the cathode and the workpiece-anode of the plasma arc welding torch of the plasmatron. Since it is difficult to strike the arc directly between the workpiece and the electrode across the narrow nozzle passage, the pilot arc first starts between the electrode and the torch nozzle anode when an inert gas is first supplied thereto.
가압상태에서 상기 가스가 노즐-양극의 출구로부터 나타나면 파일롯 아크의 압축에 의해 플라즈마 제트를 설정한다. 플라즈마 제트가 공작물에 접촉하자마자 주 아크는 시작된다. 이 경우 파일롯 아크는 존속할 것이고, 그러므로 저 암페어수하에서 주 아크를 안정시킨다. 플라즈마 생산자 가스의 소비율을 제어하면, 누구나 용융 용접 풀(molten weld pool)상에 발생된 압력을 변경할 수 있으며 그러므로 공작물-양극의 침투 깊이를 변경할 수 있다.When the gas emerges from the outlet of the nozzle-anode under pressure, the plasma jet is established by compression of the pilot arc. As soon as the plasma jet contacts the workpiece, the main arc starts. In this case the pilot arc will survive and therefore stabilize the main arc under low amperage. By controlling the consumption rate of the plasma producer gas, anyone can change the pressure generated on the molten weld pool and therefore the depth of penetration of the workpiece-anode.
상술한 종래 방법은 양질의 용접 접합부를 얻는 수단이다; 그러나, 외부 불활성 가스원을 제공함으로서 상기 방법을 효과적으로 수행하는데 약간의 작동상 풀편함을 가지며, 또한 불활성 가스의 높은 생산비와 가스를 병에 충전하기 위한 상상한 비용및 이들 운반비는 플라즈마 아크 용접을 실제로 적용하는데 큰 제한을 준다.The conventional method described above is a means of obtaining a good welded joint; However, by providing an external inert gas source, there is some operational ease in carrying out the method effectively, and also the high production cost of inert gas and the imagined cost of filling the bottles with bottles and these transport costs actually lead to plasma arc welding. Great limits apply.
본 발명은 금속의 플라즈마 아크 용접법에 관한 것이고 기계 공학, 자동차 산업, 구조 공학 등 여러 다른 산업에 적용가능하다.The present invention relates to plasma arc welding of metals and is applicable to various other industries such as mechanical engineering, automotive industry, structural engineering, and the like.
도 1은 본 발명에 따른 용접법을 효과적으로 수행하기 위한 장치의 사시도.1 is a perspective view of an apparatus for effectively performing a welding method according to the present invention.
본 발명의 목적은 종래 방법의 상술한 단점을 제거하는 것이다.It is an object of the present invention to obviate the above mentioned disadvantages of the conventional method.
본 발명에서 제안된 직류 아크를 사용한 플라즈마 아크 용접법의 요지는 플라즈마 생산자 가스로서 수증기를 사용하는 것에 있으며, 주 아크의 정극성이 필수적이다. 증기는 파일롯 아크에 의해 방출된 열에너지에 의해서 용접 토치내에서 바로 발생될 수 있다. 플라즈마 제트는 파일롯 아크 암페어수를 변경함으로서 필요한 용접 침투에 맞도록 제어될 수 있다.The gist of the plasma arc welding method using the direct current arc proposed in the present invention is to use water vapor as the plasma producer gas, and the positive polarity of the main arc is essential. Vapor can be generated directly in the welding torch by the thermal energy emitted by the pilot arc. The plasma jet can be controlled to suit the required weld penetration by changing the pilot arc amperage number.
종래 기술로부터 플라즈마 아크 토치가 알려져 있으며, 여기서 플라즈마 생성 매개체로서 고온의 전극의 영향하에서 물을 증발해서 토치내에서 즉시 발생된 수증기를 사용한다는 것을 알아야 한다(참조, WO94/19139로 1994년 9월 1일자 공개된 PCT/RU93/00053). 그러나, 상기 토치는 토치 음극과 공작물사이에 스트라이킹된 직류 아크로서 금속의 용접에는 지금까지 사용되고 있지 않다.Plasma arc torches are known from the prior art, where it should be noted that as a plasma generating medium, water vapor is generated immediately within the torch by evaporating water under the influence of a high temperature electrode (cf. WO94 / 19139, September 1994 1 Published PCT / RU93 / 00053. However, the torch has not been used so far for welding of metal as a direct current arc striked between the torch cathode and the workpiece.
장치는 음극(1), 플라즈마 생성 매개체용 통로가 제공된 노즐-양극(2), 흡수물질로 채워진 용기(3)를 포함하는 플라즈마 아크 용접 토치, 파일롯 아크 전원(4), 직류 아크 전원(5)과 파일롯 아크 전류 조정기(6)를 포함한다. 토치에는 절연 압력 기밀 커버(7)가 제공되어 있다. 흡수 물질로 카오린 울, 카본 섬유 또는 카본 펠트를 사용할 수 있다.The apparatus comprises a cathode (1), a nozzle-anode (2) provided with a passage for the plasma generating medium, a plasma arc welding torch comprising a vessel (3) filled with absorbent material, a pilot arc power source (4), a direct current arc power source (5). And a pilot arc current regulator 6. The torch is provided with an insulating pressure hermetic cover 7. As absorbent material, kaolin wool, carbon fiber or carbon felt can be used.
장치는 다음과 같이 작동한다.The device works as follows.
용기의 입구(10)가 개방되고 여기에 물이 채워지고, 이 때 용기(3)의 입구(10)가 폐쇄된다. 그리고 나서 전압이 파일롯 아크 전원(4)으로부터 음극(1)과 노즐-양극(2)까지 가해진다.The inlet 10 of the container is opened and filled with water, at which time the inlet 10 of the container 3 is closed. A voltage is then applied from the pilot arc power source 4 to the cathode 1 and the nozzle-anode 2.
다음으로 파일롯 아크는 예, 노즐-양극(2)과 접촉할 때 까지 음극(1)을 왕복함으로서 시작된다. 노즐-양극(2)상에 파일롯 아크에 의해 방출된 열에너지는 용기(3)내에 유지된 물을 증발한다. 이렇게 만들어진 수증기는 노즐-양극(2)의 통로를 통해 방출 챔버로 들어가고 중앙 노즐 개구를 통해 나오며, 그러므로 아크 가스 컬럼으로 이끌려 들어간다. 그리고 나서 수증기는 노즐-양극(2)의 개구내의 아크 가스 컬럼의 수축으로 고온으로 가열되고, 그러므로 플라즈마 상태로 되어 노즐-양극(2)의 출구에서 플라즈마 제트를 확립한다.The pilot arc then begins, for example, by reciprocating the cathode 1 until it comes into contact with the nozzle-anode 2. The thermal energy released by the pilot arc on the nozzle-anode 2 evaporates the water retained in the vessel 3. The water vapor thus produced enters the discharge chamber through the passage of the nozzle-anode 2 and exits through the central nozzle opening and is therefore drawn into the arc gas column. The water vapor is then heated to a high temperature by contraction of the arc gas column in the opening of the nozzle-anode 2, and therefore enters a plasma state to establish a plasma jet at the outlet of the nozzle-anode 2.
토치가 한번 정상 상태 온도 상태(steady-state temperature conditions)에 이르면, 전압은 직류 아크(5)의 전원으로부터 용접되어질 금속(8)과 음극(1)로 가해지고, 파일롯 아크 플라즈마 제트는 용접영역으로 안내되고, 노즐-양극과 용접되어질 금속사이의 거리는 직류 아크가 음극(1)과 용접되어질 금속(8)사이에서 시작될 때 까지 감소된다.Once the torch reaches steady-state temperature conditions, a voltage is applied from the power source of the direct current arc 5 to the metal 8 and the cathode 1 to be welded, and the pilot arc plasma jet to the welding zone. The distance between the guided, nozzle-anode and the metal to be welded is reduced until the direct current arc starts between the cathode 1 and the metal 8 to be welded.
그러므로, 이렇게 만들어진 파일롯 아크의 플라즈마 제트로 안정화된 직류 아크 공간은 융해에 의해 금속을 용접한다. 금속의 융해 깊이와 직류 아크의 안정화 정도는 조정기 위치를 선택하는 것으로 파일롯 아크의 전류 조정기(6)를 사용하여 변경되어, 한편으로, 용융 금속이 용접 퍼들(weld puddle)로부터 날려가지 못하게 하며, 다른 한편으로는 직류 아크 위치의 정상 안정화를 제공한다.Therefore, the direct current arc space stabilized by the plasma jet of the pilot arc thus made welds the metal by melting. The melting depth of the metal and the degree of stabilization of the direct current arc are altered using the pilot arc current regulator 6 by selecting the regulator position, while preventing the molten metal from blowing away from the weld puddle, On the one hand it provides normal stabilization of the DC arc position.
충전 재료(9)를 사용할 때면, 용접되어질 재료에 전기적으로 접속하고 필요시 플라즈마 제트를 만들며, 여기서 상기 재료는 직류 아크의 작용하에서 녹고 용접되어질 금속의 표면상에 형성된 용접 퍼들을 채운다.When using the filling material 9, it is electrically connected to the material to be welded and a plasma jet is made if necessary, which material melts under the action of a direct current arc and fills the weld puddle formed on the surface of the metal to be welded.
본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 따라서 만든 장치의 실험적인 모델은 파일롯 아크 전류 3-4A와 직류 아크 전류 7- 10A, 용해 깊이 3-4mm에서 상술한 작업과정을 수행해서 4-5mm의 시이트 두께를 가진 스틸 구조물을 용접함으로서 얻은 것이다.The experimental model of the device made in accordance with the accompanying drawings of the present invention is the sheet thickness of 4-5mm by performing the above-described operation at the pilot arc current 3-4A and the direct current arc current 7-10A, the melting depth 3-4mm. It is obtained by welding a steel structure with.
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