KR20060036582A - 자기제어 기능을 갖는 ｇｍａ용접용 콘택트팁 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GMA용접용 콘택트팁에 관한 것이며, 그 목적은 제조가 용이하고 저렴한 가격으로 제조할 수 있고, 콘택트팁의 마모상태에 상관없이 와이어를 항상 지지해주어 안정된 용접작업의 수행이 가능하며, 콘택트팁과 와이어가 용착되는 번백현상을 방지하여 원활한 용접작업의 수행이 가능토록 하는 자기제어 기능을 갖는 GMA용접용 콘택트팁을 제공함에 있다.

본 발명은 몸체와 연결부가 일체형으로 형성되고, 내부에 와이어가 송급되는 구멍이 길이방향으로 길게 연장된 형상으로 형성되어 가스메탈아크용접시 사용되는 콘택트팁에 있어서, 상기 몸체의 선단으로부터 콘택트팁의 길이방향으로 길게 연장되는 절개부가 형성되고, 이 절개부가 몸체의 선단으로부터 후단으로 갈수록 절개된 폭이 넓어지는 형상으로 형성된 자기제어 기능을 갖는 GMA용접용 콘택트팁에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

GMA용접, 콘택트팁, 자기제어, 와이어, 절개부

Description

자기제어 기능을 갖는 ＧＭＡ용접용 콘택트팁{Self Controllable Contact tip using GMA Welding}

도 1 은 본 발명에 따른 콘택트팁의 구조를 나타낸 단면도

도 2,3 은 본 발명에 따른 콘택트팁의 또 다른 구조를 나타낸 단면도

도 4 는 본 발명에 따른 콘택트팁에 와이어가 장입된 상태를 나타낸 단면도

도 5 는 본 발명에 따른 콘택트팁의 용접작업 후 상태를 나타낸 단면도

도 6 은 본 발명에 따른 콘택트팁의 사용전 상태를 나타낸 사진

도 7 은 본 발명에 따른 콘택트팁의 사용후 상태를 나타낸 사진

도 8 은 본 발명에 따른 콘택트팁을 사용하여 용접하였을 때는 비드 사진

도 9 는 종래의 콘택트팁의 사용시 와이어의 송급상태를 나타낸 단면도

도 10 은 종래의 콘택트팁에 발생되는 번백현상을 나타낸 사진

도 11 은 종래의 콘택트팁의 사용전 상태를 나타낸 사진

도 12 는 종래의 콘택트팁의 사용후 상태를 나타낸 사진

도 13 은 종래의 콘택트팁을 사용하여 용접하였을 때의 비드 사진

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 몸체 (10a) : 상부

(10b) : 하부 (11) : 구멍

(12) : 절개부 (13) : 원형 구멍

(20) : 연결부 (30) : 와이어

본 발명은 GMA용접용 콘택트팁에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GMA 용접시 와이어의 송급기능과 전기전도기능을 하는 콘택트팁 자체에 스프링과 같이 탄성력을 구비토록 하여 용접이 진행되는 동안 콘택트팁이 와이어를 일정한 압력으로 계속 눌러주어 안정된 용접작업을 수행할 수 있도록 하는 자기제어 기능을 갖는 GMA용접용 콘택트팁에 관한 것이다.

가스메탈아크용접(Gas Metal Arc Welding, GMA용접)은 용가재로서 소모전극 와이어를 일정한 속도로 용융지에 공급하면서 와이어 선단과 모재 사이에 전기적 아크가 발생되도록 하는 용접법이며, 안정된 용접작업을 위해서는 와이어 송급속도와 용융속도가 동일하여야 한다.

한편, 용접전류는 용접전원에서 용접토치 최선단에 위치한 콘택트팁을 통하여 와이어로 전송되기 때문에 콘택트팁의 재질은 전기전도도가 양호한 순수 구리 (Cu) 또는 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 등이 함유된 동합금이 사용되고 있다. 즉 콘택트팁은 와이어에 용접전류를 전송하는 기능과 용융지로 와이어를 유도하는 기능을 가지고 있으나, 용접중 콘택트팁이 손상되어 이러한 기능들을 제대로 수행하지 못하게 되면 용접부 결함을 유발하게 되며, 이러한 결함제거 및 콘택트팁 교체 등으로 인해 용접생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

한편, 콘택트팁의 손상원인으로 현재까지 크게 2가지의 손상원인이 알려져 있다. 첫번째는 전기적 에로존(Electric Erosion)에 의한 손상으로써, 이는 와이어와 콘택트팁이 접촉되는 콘택트팁 선단에서 미세한 아크가 발생하여 콘택트팁 표면의 일부가 용융되어 와이어 표면에 융착되는 현상이다. 두번째는 접촉된 두개의 면이 미끄러지면서 단단한 면상의 요철이나 경질입자의 절삭작용에 의해 일어나는 마찰마모현상으로, 콘택트팁은 아크열에 노출되어 가열되기 때문에 고온에서의 마찰마모(Abrasive Wear)현상을 유발하게 된다.

한편, 콘택트팁을 장기간 사용하게 되면, 상기와 같은 손상원인으로 인해 콘택트팁 선단부의 와이어 출구가 도 11과 같은 상태에서 도 12와 같이 변형되는데, 이와 같이 와이어 출구 구멍의 크기가 확장되면 아크가 불안해 질뿐만 아니라 도 9와 같이 콘택트팁(100)을 통해 송급되는 와이어(110)의 선단이 지향하는 위치가 용접선으로부터 벗어나기 때문에 용접을 중단하고 콘택트팁을 교환해주어야 하며, 또한 도 10과 같이 용접중 와이어가 콘택트팁 선단에 용융접합되는 번백현상으로 인해 용접작업이 중단되므로 자동화 용접에서는 큰 장애요인으로 인식되고 있다.

최근 플러스코어드와이어 사용이 증가하고, 생산성 향상을 위해 자동화 또는 고전류 용접이 보편화되면서 콘택트팁의 수명이 단축되는 경향이 있어, 용접생산성의 향상을 위해서는 장수명의 콘택트팁이 요구되고 있다.

이처럼 콘택트팁의 수명을 향상시키기 위해서 한국공개특허공보 1989-0011668호에서는 콘택트팁을 와이어와 접촉하는 콘택트팁의 코어부와 콘택트팁 본체부으로 구성하고, 콘택트팁 본체부를 동 혹은 동합금, 혹은 알루미늄합금으로 구성하는 한편, 코어부를 콘택트팁 본체부보다 경질의 도전성 금속재로 형성한 콘택트팁을 제시한 바 있으며, 한국공개특허공보 1999-0063948호에서는 팁 본체 및 팁 선단부로 분할하여 나사방식 또는 테이퍼 압입방식에 의해 착탈할 수 있도록 콘택트팁이 구성되고, 팁 본체는 황동으로, 팁 선단부는 크롬 동합금으로 구성된 콘택트팁이 제시된 바 있다. 그러나 이러한 콘택트팁은 제조가 복잡하고, 단가가 높은 문제로 인해 아직 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출되는 것으로, 그 목적은 제조가 용이하고 저렴한 가격으로 제조할 수 있으며, 구조적 특징으로 인해 콘택트팁 자체에 스프링 기능을 가지고 있어 송급되는 와이어를 일정한 압력으로 눌러줌으로써, 접촉면적을 넓혀 내마모성뿐만 아니라 와이어를 통한 전류의 공급상태를 개선하여 안정된 아크상태를 유지할 수 있으며, 콘택트팁 출구가 막힐 경우에도 와이어 송급압력에 의해 콘택트팁의 선단부가 벌어지게 됨으로써 와이어가 팁의 출구에 용착되지 않아 번백현상을 방지할 수 있는 자기제어 기능을 갖는 GMA용접용 콘택트팁을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 몸체와 연결부가 일체형으로 형성되고, 내부에 와이어가 송급되는 구멍이 길이방향으로 길게 연장된 형상으로 형성되어 가스메탈아크용접시 사용되는 콘택트팁에 있어서, 상기 몸체의 선단으로부터 콘택트팁의 길이방향으로 길게 연장되는 절개부가 형성되고, 이 절개부가 몸체의 선단으로부터 후단으로 갈수록 절개된 폭이 넓어지는 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절개부는 몸체의 중심점을 지나는 가상의 직선상에 위치하도록 형성되어 몸체를 상부와 하부로 균등하게 분할하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절개부는 몸체의 길이보다 짧은 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절개부의 끝단에 원형 구멍이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 콘택트팁의 구조를 나타낸 단면도를 도시한 것으로, 본 발명은 가스메탈아크용접시 사용되는 콘택트팁의 몸체(10)에 길이방향으로 절개부(12)를 형성하여 팁의 마모상태에 상관없이 항상 일정한 압력으로 와이어(30)를 지지해줌으로써 안정된 용접작업의 수행이 가능토록 구성되어 있다.

상기 콘택트팁은 미도시된 디퓨저에 체결되는 연결부(20) 및 몸체(10)가 일체형으로 형성된 것으로 이루어지고, 그 내부에는 길이방향으로 길게 연장되는 구멍(11)이 형성되어 용가재인 와이어(30)가 송급되는 통로를 형성하도록 구성되어 있다.

한편, 상기 몸체(10)에는 몸체(10)를 상부(10a)와 하부(10b)로 분할하는 절개부(12)가 형성되며, 이 절개부(12)는 몸체(10)의 구멍(11)을 따라 길게 연장되는 형상으로 형성되고, 몸체(10)의 중앙부에 형성된 구멍(11)과 몸체의 외면이 공간상으로 연결되도록 형성되며, 몸체(10)의 선단부로부터 후단부로 갈수록 절개된 폭이 넓어지는 형상으로 형성되어 있다.

이와 같이 콘택트팁을 구성하는 몸체(10)가 절개부(12)에 의해 흡사 집게와 같은 구조를 이루게 됨으로써, 와이어의 송급시 몸체(10)의 선단부가 벌어지면서 와이어(30)가 장입되고, 이때 집게형상의 콘택트팁 선단부가 와이어(30)를 일정한 압력으로 지지해줄 수 있게 된다.

한편, 상기 절개부(12)는 일자형 단면으로서 도 1과 같이 몸체(10)의 중심점을 지나는 가상의 직선(L)상에 위치하도록 형성되어 몸체(10)를 상부(10a)와 하부(10b)로 균등하게 분할하도록 형성되어 있다.

도 2,3 은 본 발명에 따른 콘택트팁의 또 다른 구조를 나타낸 단면도를 도시한 것으로, 상기 절개부(12)는 도 1과 같이 몸체(10)의 길이와 동일한 길이를 갖도록 형성될 수도 있으며, 도 2와 같이 몸체(10)의 길이 보다 짧은 길이를 갖도록 형 성될 수도 있다. 이와 같이 절개부(12)의 길이를 콘택트팁의 특성에 맞추어 형성함으로써 콘택트팁을 통해 송급되는 와이어를 적당한 압력으로 눌러줄 수 있게 된다.

또한, 도 3과 같이 절개부(12)의 끝단에 드릴링에 의한 원형 구멍(13)이 형성될 수 있으며, 이 원형 구멍(13)의 크기에 따라 몸체의 탄성력의 세기를 조절할 수 있게 된다. 즉 원형 구멍의 크기가 커질 경우, 탄성력의 세기는 작아지게 되므로 콘택트팁의 특성에 맞추어 원형 구멍의 크기를 결정하게 된다.

한편, 도 1 내지 도 3에서는 일자형 단면의 절개부(13)에 의해 몸체가 상하 이등분으로 분할된 구조를 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아닌바, 3개 이상의 분할된 부분으로 형성될 수 있음은 물론이다.

도 4 는 본 발명에 따른 콘택트팁에 와이어가 장입된 상태를 나타낸 단면도를, 도 5 는 본 발명에 따른 콘택트팁의 용접작업 후 상태를 나타낸 단면도를 도시한 것으로, 상기와 같이 구성된 본 발명의 콘택트팁은 용접토치를 구성하는 디퓨저에 연결부(20)가 나사결합되어 고정되며, 와이어(30)의 송급시 도 4와 같이 팁의 선단부로 갈수록 폭이 좁아지는 절개부(12)에 의해 분할된 몸체(10)의 상부(10a)와 하부(10b)가 벌어지면서 와이어(30)가 장입되어 와이어를 입정한 압력으로 눌러주게 되고, 콘택트팁과 와이어의 접촉면적적이 증가하여 안정된 전류공급이 가능해지게 된다.

한편, 용접작업의 수행으로 인해 콘택트팁의 마모가 진행되면 도 5와 같이 몸체(10)의 상부(10a)와 하부(10b)의 간격이 보다 좁아지면서 콘택트팁의 구멍(11) 과 와이어(30)의 접촉면적은 더욱 넓어지게 된다.

또한, 기존 콘택트팁의 경우 이물질이나 전기적 에로존 그리고 스패터 등에 의하여 팁의 구멍 크기가 좁혀짐으로 와이어의 송급 불안 또는 번백의 원인이 될 수 있었으나, 본 발명의 콘택트팁은 팁의 구멍에 이물질이 끼더라도 절개된 몸체의 상부(10a)와 하부(10b)의 간격이 벌어지며 와이어의 계속적인 송급이 가능하게 함으로써 와이어의 송급 불안 또는 번백에 의한 용접중단을 방지할 수 있게 되며, 본 발명은 이와 같은 콘택트팁의 기능을 자기제어 기능이라 하였다.

한편, 기존의 콘택트팁과 본 발명의 콘택트 팁의 성능비교를 위하여 500A급 인버터 용접기로 250A, 28∼29V 조건에서 파이프에 연속용접을 실시하였다. 이때 사용된 와이어 직경은 1.2㎜이었으며, 팁 선단과 모재와의 거리(CTWD)는 20㎜, 와이어 송급속도(WFR)는 9 m/min 그리고 용접속도는 50 cm/min 로 하였으며, 사용된 보호가스는 Ar(98%)+O₂(2%)의 혼합가스를 사용하였다. 비교 대상 팁의 재질은 모두 인탈산동으로 하였다.

기존 콘택트팁을 사용하여 2시간 용접하였을 경우, 마모의 정도는 도 12에 보이는 바와 같이 도 11의 초기 구멍크기 보다 면적대비 50% 증가하였고, 용접비드 모양은 도 13에 보이는 바와 같이 꼬불꼬불한 사행비드로 용접품질이 저하됨을 알 수 있었으며, 이는 팁 선단부에 구멍의 크기가 확장되어 와이어의 흔들림이 커졌기 때문이다.

한편, 본 발명의 자기제어 콘택트팁은 도 6과 같은 초기상태에서 4시간 용접 작업을 수행한 뒤에도 도 7과 같이 기존팁에 비해 마모가 감소하는 한편, 팁 선단부의 출구와 와이어가 고른 접촉상태를 유지하고 있는 것을 알 수 있었고, 용접비드 모양에 있어서도 도 8과 같이 균일한 상태로서 용접품질이 저하되지 않는 것을 알 수 있었으며, 6시간 이상 사용이 가능하였다.

이처럼 자기제어 콘택트팁의 수명은 기존팁에 비하여 3배 이상 향상되었음을 알 수 있었다.

한편 6시간 이후 와이어가 자기제어 콘택트팁의 선단에 융착되는 경우가 있었었으나 용접중단이 되지 않고 곧 융착이 해지되면서 계속 용접이 진행되었다. 따라서 6시간 이후에 아크 길이가 길어졌다 짧아졌다 할 경우 콘택트팁의 수명이 다 되었다는 것을 알려주는 것이며, 이때 용접을 중단하지 말고 끝까지 마무리한 다음 콘택트팁을 교환해주게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명은 콘택트팁의 선단부 구멍의 치수가 정확하지 않더라도 팁과 와이어의 접촉면적에 큰 영향을 주지 않으므로 팁 구멍의 치수정확도 를 높이기 위한 공정의 생략이 가능하여 제조가 용이하고, 가격이 저렴하며, 콘택트팁 자체에 탄성력이 구비되어 송급되는 와이어를 일정한 압력으로 눌러 접촉면적을 넓혀주며, 마모가 진행 될 수록 접촉면적을 더 넓게 해주어 안정된 용접작업의 수행이 가능한 효과가 있다.

또한, 기존팁에 비해 3배 이상의 수명연장을 기대할 수 있고, 와이어에 전류공급이 원활하여 안정된 아크를 얻을 수 있으며, 용접품질을 높일 수 있는 한편, 콘택트팁의 출구가 막힐 경우에도 와이어 송급압력으로 인해 팁의 선단부가 벌어지져 와이어가 팁 출구에 용착되지 않으므로 번백을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 몸체와 연결부가 일체형으로 형성되고, 내부에 와이어가 송급되는 구멍이 길이방향으로 길게 연장된 형상으로 형성되어 가스메탈아크용접시 사용되는 콘택트팁에 있어서,

   상기 몸체(10)의 선단으로부터 콘택트팁의 길이방향으로 길게 연장되는 절개부(12)가 형성되고, 이 절개부(12)가 몸체(10)의 선단으로부터 후단으로 갈수록 절개된 폭이 넓어지는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 자기제어 기능을 갖는 GMA용접용 콘택트팁.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 절개부(12)는 몸체(10)의 중심점을 지나는 가상의 직선(L)상에 위치하도록 형성되어 몸체(10)를 상부(10a)와 하부(10b)로 균등하게 분할하는 것을 특징으로 하는 자기제어 기능을 갖는 GMA용접용 콘택트팁.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 절개부(12)는 몸체(10)의 길이보다 짧은 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 자기제어 기능을 갖는 GMA용접용 콘택트팁.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 절개부(12)의 끝단에 원형 구멍(13)이 형성된 것을 특징으로 하는 자기제어 기능을 갖는 GMA용접용 콘택트팁.

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