KR20000023663A - 금속의 플라즈마 아크 용접법 - Google Patents
금속의 플라즈마 아크 용접법 Download PDFInfo
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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.
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.
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.
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.
본 발명은 금속의 플라즈마 아크 용접법에 관한 것이고 기계 공학, 자동차 산업, 구조 공학 등 여러 다른 산업에 적용가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 용접법을 효과적으로 수행하기 위한 장치의 사시도.
본 발명의 목적은 종래 방법의 상술한 단점을 제거하는 것이다.
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.
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.
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.
장치는 다음과 같이 작동한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Claims (3)
- 플라즈마 아크 용접 토치의 노즐-음극과 전극사이의 파일롯 아크를 스트라이킹하는 단계와,상기 파일롯 아크의 아크 영역에 플라즈마 생성 매개체를 인접설치하고, 용접 토치의 노즐-양극내의 상기 플라즈마 생성 매개체로 파일롯 아크를 수축하고, 이렇게 해서 플라즈마 제트를 만드는 단계와,플라즈마 아크 용접 토치의 전극과 용접되어질 금속사이에 주 아크를 확립하는 단계와,플라즈마 제트로 주 아크를 안정화하고 상기 안정화된 주 아크로 금속을 융해하는 단계를 포함하는 금속의 플라즈마 아크 용접법에 있어서,상기 플라즈마 생성 매개체로 수증기를 사용하고 주 아크의 정극성으로 금속의 용접을 달성하는 것을 특징으로 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 생성 매개체로서 파일롯 아크에 의해 방출된 열에너지에 의해서 플라즈마 아크 용접 토치내에서 직접 발생된 수증기를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법
- 제 2 항에 있어서, 상기 플라즈마 제트를 파일롯 아크 전류의 값을 변경함으로서 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
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