KR102315992B1

KR102315992B1 - High density tig arc welding torch

Info

Publication number: KR102315992B1
Application number: KR1020190162179A
Authority: KR
Inventors: 이원구; 이동원; 허만주
Original assignee: 디에스미래기술(주)
Priority date: 2019-12-07
Filing date: 2019-12-07
Publication date: 2021-10-21
Also published as: KR20210071712A

Abstract

고밀도 TIG 아크 용접 토치가 제공된다. 본 발명에 따른 고밀도 TIG 아크 용접 토치는 텅스텐 전극, 아크가 발생하는 용접측 단부 및 타단부를 포함하는 세장형 전극 바디 － 상기 전극 바디는 중공부를 포함함 －, 상기 전극 바디의 중공부를 통해 냉각수를 공급하도록 이루어진 수냉 라인을 포함하고, 상기 텅스텐 전극이 상기 전극 바디의 용접측 단부에 고정되되, 상기 전극 바디의 용접측 단부에서 상기 중공부로부터 수밀되고, 상기 수냉 라인을 통해 공급된 냉각수에 의해 상기 텅스텐 전극이 냉각되도록 이루어진다. 본 발명에 따른 고밀도 TIG 아크 용접 토치를 이용하면 텅스텐 전극이 직간접적으로 냉각되어 아크 기둥이 수축됨으로써 깊은 용입이 가능하게 된다.A high density TIG arc welding torch is provided. The high-density TIG arc welding torch according to the present invention is an elongated electrode body including a tungsten electrode, an arc-generating welding-side end and the other end - the electrode body includes a hollow portion - cooling water through the hollow portion of the electrode body and a water-cooling line configured to supply, wherein the tungsten electrode is fixed to the welding-side end of the electrode body, and is watertight from the hollow at the welding-side end of the electrode body. The tungsten electrode is made to cool. When the high-density TIG arc welding torch according to the present invention is used, the tungsten electrode is cooled directly or indirectly to contract the arc column, thereby enabling deep penetration.

Description

HIGH DENSITY TIG ARC WELDING TORCH

본 발명은 TIG(Tungsten Inert Gas) 아크 용접 토치에 관한 것이다.The present invention relates to a Tungsten Inert Gas (TIG) arc welding torch.

모재와 전극팁 사이에 아크(Arc)를 발생시키는 아크 용접에 있어서, 아크 기둥이 수축되면 전류 밀도가 높아지고 깊은 용입이 가능해지는데, 이를 "열적 수축 효과(Thermal pinch effect)"라 한다.In arc welding that generates an arc between a base material and an electrode tip, when the arc column contracts, the current density increases and deep penetration becomes possible, which is called a "thermal pinch effect".

플라즈마 아크 용접의 경우, 전극팁이 구속 노즐 내에 배치되어 플라즈마 아크가 실드용 가스 막과 분리되고, 아크를 수축시키는 구멍이 뚫린 구속 노즐을 플라즈마가 통과하도록 함으로써 열적 수축 효과를 달성한다. 이러한 플라즈마 아크 용접에서는 고온의 플라즈마가 통과하는 부위의 과열을 방지하기 위해 구속 노즐을 수냉시키는 것이 일반적이다.In the case of plasma arc welding, an electrode tip is placed within a confinement nozzle so that the plasma arc is separated from the shielding gas film, and the thermal contraction effect is achieved by allowing the plasma to pass through the confinement nozzle perforated to contract the arc. In such plasma arc welding, it is common to water-cool the constrained nozzle in order to prevent overheating of a portion through which high-temperature plasma passes.

플라즈마 아크 용접과 달리, TIG 아크 용접의 경우 노출되어 있는 전극팁과 모재 사이에 아크가 발생되는 구조이므로 열적 수축 효과를 얻기 어렵다. Unlike plasma arc welding, in the case of TIG arc welding, since an arc is generated between the exposed electrode tip and the base material, it is difficult to obtain a thermal shrinkage effect.

TIG 아크 용접에서도 냉각이 적용되나 상부 케이블 연결부와 토치 바디를 간접 냉각하는 구조의 수냉식 토치가 일부 사용되고 있으며, 나머지는 대부분 공냉식 토치가 사용된다. 따라서 종래의 TIG 토치들은 아크가 발생되는 텅스텐 전극의 끝단부 과열이 넓게 형성됨으로써 전류밀도가 낮아져, 용입 깊이가 얕고 용접 생산성이 떨어진다. Cooling is also applied to TIG arc welding, but some water-cooled torches with a structure that indirectly cools the upper cable connection and the torch body are used, and most of the others use air-cooled torches. Therefore, conventional TIG torches have a low current density due to wide overheating of the tip of the tungsten electrode where the arc is generated, resulting in a shallow penetration depth and poor welding productivity.

이러한 이유로 TIG 아크 용접은 모재에 대한 사전 개선 공정이 필요한 경우가 많다. 이때, 용접하고자 하는 모재 간 일정 수준의 갭을 유지한 상태에서 여러 층으로 용접을 수행해야 하는데, 초층 용접의 자동화가 어렵기 때문에 고기량 용접사에 의한 수동 용접에 의존해야만 한다. 이런 이유로, 현재 TIG 아크 용접은 수동 용접 의존도가 가장 높은 분야에 속한다.For this reason, TIG arc welding often requires a pre-improvement process for the base material. At this time, it is necessary to perform welding in several layers while maintaining a certain level of gap between the base materials to be welded. For this reason, TIG arc welding is currently one of the fields with the highest dependence on manual welding.

공개특허공보 제10-2019-0049130호(2019. 5. 9. 공개)는 TIG 아크 용접에서 열적 수축 효과를 얻기 위한 방편으로, 용접시 전극봉을 회전시킴으로써 아크 수축으로 인한 용입 양을 증가시키도록 구성한 TIG 용접장치를 개시하고 있다.Laid-open Patent Publication No. 10-2019-0049130 (published on May 9, 2019) is a method to obtain a thermal contraction effect in TIG arc welding, and is configured to increase the amount of penetration due to arc contraction by rotating the electrode during welding. Disclosed is a TIG welding apparatus.

이상과 같이, TIG 아크 용접에서 열적 수축 효과를 달성하려는 요구가 존재해왔으나, 종래기술에서는 본 발명과 같은 해결 원리를 제시하지 못하였다.As described above, there has been a need to achieve a thermal shrinkage effect in TIG arc welding, but the prior art did not provide a solution principle such as the present invention.

본 발명은 TIG 아크 용접에서 아크가 수축되도록 함으로써, 열적 수축 효과를 달성할 수 있는 TIG 아크 용접 토치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a TIG arc welding torch capable of achieving a thermal shrinkage effect by allowing the arc to contract in TIG arc welding.

또한, 본 발명은 TIG 아크 용접에서 용접 속도와 용접 생산성을 향상시키는 TIG 아크 용접 토치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a TIG arc welding torch that improves welding speed and welding productivity in TIG arc welding.

또한, 본 발명은 TIG 아크 용접에서 요구되었던 베벨링 작업 등의 개선 공정을 최소화시킬 수 있는 TIG 아크 용접 토치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a TIG arc welding torch capable of minimizing the improvement process such as beveling operation required in TIG arc welding.

또한, 본 발명은 TIG 아크 용접의 자동화를 용이하게 하는 TIG 아크 용접 토치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a TIG arc welding torch that facilitates the automation of TIG arc welding.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 TIG 아크 용접 토치는 다음 양태들 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.A high-density TIG arc welding torch according to the present invention for achieving the above object includes the following aspects and any combination thereof.

본 발명의 한 양태는 텅스텐 전극, 아크가 발생하는 용접측 단부 및 타단부를 포함하는 세장형 전극 바디 － 상기 전극 바디는 중공부를 포함함 －, 상기 전극 바디의 중공부를 통해 냉각수를 공급하도록 이루어진 수냉 라인을 포함하고, 상기 텅스텐 전극이 상기 전극 바디의 용접측 단부에 고정되되, 상기 전극 바디의 용접측 단부에서 상기 중공부로부터 수밀되고, 상기 수냉 라인을 통해 공급된 냉각수에 의해 상기 텅스텐 전극이 냉각되도록 이루어진 고밀도 TIG 아크 용접 토치이다.One aspect of the present invention is an elongate electrode body including a tungsten electrode, an arc-generating welding-side end and the other end - the electrode body includes a hollow portion - water cooling configured to supply cooling water through the hollow portion of the electrode body a line, wherein the tungsten electrode is fixed to the welding-side end of the electrode body, the tungsten electrode is watertight from the hollow at the welding-side end of the electrode body, and the tungsten electrode is cooled by the cooling water supplied through the water cooling line It is a high-density TIG arc welding torch made to be possible.

본 발명의 다른 양태에 의하면 상기 텅스텐 전극이 상기 전극 바디의 중공부 내로 부분적으로 노출되어, 상기 수냉 라인을 통해 상기 중공부 내로 공급된 냉각수가 텅스텐 전극을 직접 냉각시키도록 이루어진다.According to another aspect of the present invention, the tungsten electrode is partially exposed into the hollow portion of the electrode body, so that the cooling water supplied into the hollow portion through the water cooling line directly cools the tungsten electrode.

본 발명의 다른 양태에 의하면 상기 텅스텐 전극이 상기 전극 바디의 중공부 내로 노출되지 않도록 구성되어, 상기 수냉 라인을 통해 상기 중공부 내로 공급된 냉각수가 텅스텐 전극을 간접 냉각시키도록 이루어진다.According to another aspect of the present invention, the tungsten electrode is configured not to be exposed into the hollow portion of the electrode body, so that the cooling water supplied into the hollow portion through the water cooling line indirectly cools the tungsten electrode.

본 발명의 다른 양태에 의하면 상기 수냉 라인이 상기 전극 바디의 중공부 내로 삽입된 냉각수 가이드 튜브를 포함한다.According to another aspect of the present invention, the water cooling line includes a cooling water guide tube inserted into the hollow portion of the electrode body.

본 발명의 다른 양태에 의하면 용접부의 산화를 방지하도록 불활성 가스를 토출하는 외측 가스 노즐을 더 포함한다.According to another aspect of the present invention, it further includes an outer gas nozzle for discharging an inert gas to prevent oxidation of the welding portion.

본 발명의 다른 양태에 의하면 상기 텅스텐 전극의 팁에 형성된 아크를 강제 수축시키도록 불활성 가스를 토출하는 내측 가스 노즐을 더 포함하고, 상기 내측 가스 노즐은 상기 외측 가스 노즐보다 좁은 내경을 가진다.According to another aspect of the present invention, it further comprises an inner gas nozzle for discharging an inert gas to forcibly contract the arc formed at the tip of the tungsten electrode, wherein the inner gas nozzle has a narrower inner diameter than the outer gas nozzle.

본 발명의 다른 양태에 의하면 상기 외측 가스 노즐의 높이 조절이 가능하다.According to another aspect of the present invention, it is possible to adjust the height of the outer gas nozzle.

본 발명의 다른 양태에 의하면 상기 전극 바디에 고정된 텅스텐 전극이 교체 가능하다.According to another aspect of the present invention, the tungsten electrode fixed to the electrode body is replaceable.

본 발명의 다른 양태에 의하면 상기 텅스텐 전극은 외벽에 나사산이 형성된 케이싱 내에 부분적으로 삽입되어 고정된다.According to another aspect of the present invention, the tungsten electrode is partially inserted and fixed in a casing having threads formed on the outer wall.

본 발명의 다른 양태에 의하면 상기 전극 바디가 구리로 이루어진다.According to another aspect of the present invention, the electrode body is made of copper.

본 발명의 다른 양태는 텅스텐 전극, 중공부를 갖는 세장형 척, 상기 척의 몸체의 외측 둘레로 냉각수를 공급하도록 이루어진 수냉 라인을 포함하고, 상기 텅스텐 전극이 상기 척의 중공부로 삽입된 채 고정되고, 상기 수냉 라인을 통해 공급된 냉각수에 의해 상기 텅스텐 전극이 간접 냉각되도록 이루어진 고밀도 TIG 아크 용접 토치이다.Another aspect of the present invention includes a tungsten electrode, an elongated chuck having a hollow portion, and a water cooling line configured to supply cooling water to an outer circumference of a body of the chuck, wherein the tungsten electrode is fixed while being inserted into the hollow portion of the chuck, and the water cooling A high-density TIG arc welding torch configured to indirectly cool the tungsten electrode by cooling water supplied through a line.

본 발명의 또 다른 양태는 상술한 고밀도 TIG 아크 용접 토치의 임의의 조합에 따른 고밀도 TIG 아크 용접 토치에 사용되는 텅스텐 전극과 전극 바디로 이루어진 고밀도 TIG 아크 용접 토치용 전극 조립체이다.Another aspect of the present invention is an electrode assembly for a high-density TIG arc welding torch comprising an electrode body and a tungsten electrode used in a high-density TIG arc welding torch according to any combination of the above-described high-density TIG arc welding torches.

본 발명에 따르면, TIG 아크 용접에서 열적 수축 효과가 달성되어 용접 속도가 향상되고 용접량이 감소되어 용접 생산성이 향상된다.According to the present invention, the thermal shrinkage effect is achieved in TIG arc welding to improve the welding speed and reduce the welding amount to improve the welding productivity.

본 발명에 따르면, TIG 아크 용접에서 자동 용접이 용이하게 달성될 수 있다.According to the present invention, automatic welding can be easily achieved in TIG arc welding.

본 발명에 따르면, TIG 용접 전 필수적으로 필요했던 베벨링 작업 등의 개선 공정 없이 용접 모재를 바로 맞대어 용접을 할 수 있으며, 용접성이 뛰어나 백비드 용접 후 그라인더 및 가우징 작업이 필요 없어질 수 있다.According to the present invention, it is possible to directly butt-weld the base material to be welded without an improvement process such as beveling work, which was necessary before TIG welding, and the grinder and gouging work after back bead welding due to excellent weldability can be eliminated.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1a는 기존 TIG 아크 용접의 아크 특성을, 도 1b는 본 발명에 따른 TIG 아크 용접의 아크 특성을 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따라 수냉 라인으로 전극을 직접 냉각시키는 구조를 나타낸 것이다.
도 2b는 시험 제작된 직접 수냉식 텅스텐 전극 및 전극 바디로 구성된 전극 조립체의 사진이다.
도 2c는 직접 수냉식 텅스텐 전극 및 전극 바디로 구성된 전극 조립체의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따라 수냉 라인으로 전극을 간접 냉각시키는 구조를 나타낸 것이다.
도 3b는 간접 수냉식 텅스텐 전극 및 전극 바디로 구성된 전극 조립체의 한 실시예이다.
도 4는 본 발명에 따라 내측 가스 노즐이 추가된 실시예이다.
도 5a는 본 발명의 한 실시예에 따른 TIG 아크 용접 토치의 종단면도를 나타낸 것이고, 도 5b는 외관의 정면도이고, 도 5c는 저면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TIG 아크 용접 토치의 종단면도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 외측 가스 캡의 높이 조절 상태를 나타낸 것이다.
도 7b 및 7c는 본 발명에 따른 외측 가스 캡이 상향 조절된 상태에서 용접이 이루어지는 것을 나타낸 것인데, 도 7b는 내측 노즐이 채용되지 않은 상태를, 도 7c는 내측 노즐이 채용된 상태를 나타낸 것이다.Figure 1a shows the arc characteristics of the conventional TIG arc welding, Figure 1b shows the arc characteristics of the TIG arc welding according to the present invention.
2A shows a structure for directly cooling an electrode with a water cooling line according to an embodiment of the present invention.
2B is a photograph of an electrode assembly composed of a test fabricated direct water-cooled tungsten electrode and an electrode body.
2C shows another embodiment of an electrode assembly comprising a direct water-cooled tungsten electrode and an electrode body.
3A illustrates a structure for indirectly cooling an electrode with a water cooling line according to an embodiment of the present invention.
3B is an embodiment of an electrode assembly composed of an indirect water-cooled tungsten electrode and an electrode body.
4 is an embodiment in which an inner gas nozzle is added according to the present invention.
Figure 5a shows a longitudinal cross-sectional view of a TIG arc welding torch according to an embodiment of the present invention, Figure 5b is a front view of the exterior, Figure 5c is a bottom view.
6 is a longitudinal cross-sectional view of a TIG arc welding torch according to another embodiment of the present invention.
Figure 7a shows the height adjustment state of the outer gas cap according to the present invention.
7B and 7C show that welding is performed in a state in which the outer gas cap according to the present invention is adjusted upward, FIG. 7B shows a state in which the inner nozzle is not employed, and FIG. 7C shows a state in which the inner nozzle is employed.

첨부된 도면에 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않다면 반복하여 설명되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.The embodiments presented in the accompanying drawings are for a clear understanding of the present invention, but the present invention is not limited thereto. In the following description, components having the same reference numerals in different drawings have similar functions, so they will not be repeatedly described unless necessary for the understanding of the present invention, and well-known components will be briefly described or omitted. It should not be construed as being excluded from the examples.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a는 기존 수냉식 TIG 아크 용접에서의 아크 특성을 나타낸 것인데, 토치 바디와 상부 케이블 연결부의 과열을 막는데 냉각의 목적이 있는 관계로, 실제 용접이 이루어지는 텅스텐 전극의 팁 부위가 과열에 대해 무방비 상태에 놓이게 된다. 이로 인해 아크 기둥이 두껍게 형성되고 열전자의 방출이 많아서 깊은 용입이 이루어지지 못한다.Figure 1a shows the arc characteristics in the existing water-cooled TIG arc welding, since the purpose of cooling is to prevent overheating of the torch body and the upper cable connection, the tip of the tungsten electrode where the actual welding is made is defenseless against overheating will be placed on Due to this, the arc column is formed thick and the hot electrons are emitted a lot, so deep penetration cannot be achieved.

반면, 아래에 상세히 설명되는 본 발명에 따른 수냉식 TIG 아크 용접의 특성을 나타낸 도 1b를 참조하면, 수냉 라인이 텅스텐 전극의 끝단 부위까지 유효하게 냉각시킬 수 있어 열전자의 방출 면적이 감소되어 아크가 좁게 형성되고, 전류 밀도의 증가로 인한 깊은 용입이 가능하게 된다.On the other hand, referring to FIG. 1B showing the characteristics of water-cooled TIG arc welding according to the present invention, which will be described in detail below, the water-cooling line can effectively cool up to the tip of the tungsten electrode, so that the emission area of hot electrons is reduced, so that the arc is narrowed. formed, and deep penetration due to an increase in current density becomes possible.

다시말해, 지금까지 TIG 아크 용접에서 달성하기 어려웠던 열적 수축 효과를 얻을 수 있게 되어 용입 세기가 강력해짐과 아울러 용입 깊이가 깊어진다. 따라서, 용접 속도가 크게 향상된다.In other words, the thermal shrinkage effect, which has been difficult to achieve in TIG arc welding, can be obtained, so that the penetration strength becomes stronger and the penetration depth becomes deeper. Accordingly, the welding speed is greatly improved.

또한, 개선 공정 없이 용접 모재를 바로 맞대어 용접을 할 수 있고, TIG 아크 용접에서도 자동 용접이 가능하게 된다.In addition, it is possible to perform welding by directly butting the welding base material without an improvement process, and automatic welding is also possible in TIG arc welding.

도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따라 수냉 라인으로 전극을 직접 냉각시키는 구조를 나타낸 것이다. 2A shows a structure for directly cooling an electrode with a water cooling line according to an embodiment of the present invention.

중공부(9a)를 갖는 세장형 전극 바디(9)의 한쪽 단부에 텅스텐 전극(10)이 수밀되게 고정되어 있는데, 전극(10)의 일부가 전극 바디(9)의 중공부(9a) 내로 노출되어 있다. 전극 바디(9)의 다른 단부를 통해 중공부(9a) 내로 삽입된 냉각수 가이드 튜브(8)를 통해 냉각수(17)가 유입되어 텅스텐 전극(10)과 접촉 유동함으로써 전극(10)을 직접 냉각시킨다. 이때, 텅스텐 전극(10) 중 중공부(9a) 내로 노출된 부분은 사실상 냉각수에 잠길 수 있다.A tungsten electrode 10 is watertightly fixed to one end of the elongate electrode body 9 having a hollow portion 9a, and a part of the electrode 10 is exposed into the hollow portion 9a of the electrode body 9 . has been Cooling water 17 flows in through the coolant guide tube 8 inserted into the hollow portion 9a through the other end of the electrode body 9 and flows in contact with the tungsten electrode 10 to directly cool the electrode 10 . At this time, the portion of the tungsten electrode 10 exposed into the hollow portion 9a may be substantially submerged in the cooling water.

이로 인해, 냉각수 가이드 튜브(8)로 유입된 냉각수가 텅스텐 전극(10)의 노출부 혹은 돌출부를 거쳐 가이드 튜브(8) 바깥 둘레로 반송되는 동안 텅스텐 전극(10)이 냉각된다. 전극 바디(9)는 냉각수의 냉각 효율이 최대화될 수 있도록 열전도도가 높은 재료, 바람직하게는 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 구리 재질의 전극 바디(9)와 텅스텐 전극(10)은 브레이징 접합에 의해 서로 고정될 수 있다.For this reason, the tungsten electrode 10 is cooled while the coolant flowing into the coolant guide tube 8 is conveyed around the guide tube 8 through the exposed portion or protrusion of the tungsten electrode 10 . The electrode body 9 may be made of a material having high thermal conductivity, preferably copper (Cu), so that cooling efficiency of the coolant can be maximized. The copper electrode body 9 and the tungsten electrode 10 may be fixed to each other by brazing bonding.

전극 바디(9)는 외측으로 가스노즐 냉각 바디(7)에 의해 둘러싸여 있고, 이들 사이로 불활성의 차폐 가스(shield gas)인 외측 가스(16), 가령 아르곤, 헬륨 등이 흘러 가스노즐 냉각 바디(7)의 단부측에 배열된 외측 가스 노즐(14)을 통해 아크 기둥을 차폐함으로써 용접 부위의 산화를 방지한다. 가스노즐 냉각 바디(7)는 외측 가스 노즐(14) 및 후술하는 내측 가스 노즐(13)을 냉각시킴으로써 장시간 용접시 토치의 과열을 방지할 수 있다.The electrode body 9 is surrounded by the gas nozzle cooling body 7 to the outside, and an outer gas 16 , which is an inert shield gas, such as argon, helium, etc. flows between the gas nozzle cooling body 7 ), by shielding the arc column through the outer gas nozzle 14 arranged on the end side of the welding area is prevented from oxidation. The gas nozzle cooling body 7 can prevent the torch from overheating during long-time welding by cooling the outer gas nozzle 14 and the inner gas nozzle 13 to be described later.

도 2b는 시험 제작된 직접 수냉식 전극 바디(9) 및 텅스텐 전극(10)으로 이루어진 전극 조립체의 사진으로, 전극 바디(9)는 구리로 제작되었다.FIG. 2B is a photograph of an electrode assembly including a test fabricated direct water-cooled electrode body 9 and a tungsten electrode 10, wherein the electrode body 9 is made of copper.

도 2c는 직접 수냉식 텅스텐 전극 및 전극 바디로 구성된 전극 조립체의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 2b의 실시예와는 단차, 두께 등 세부 구성이 상이하지만 냉각수(17)가 전극(10)에 직접 분사되어 전극(10)을 냉각한다는 점에서 동일하다.FIG. 2c shows another embodiment of an electrode assembly composed of a direct water-cooled tungsten electrode and an electrode body. Although the detailed configuration is different from the embodiment of FIG. 2b , such as a step difference and a thickness, the cooling water 17 is directly sprayed onto the electrode 10 . It is the same in that it cools the electrode 10 .

도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따라 수냉 라인으로 전극을 간접 냉각시키는 구조를 나타낸 것이다. 냉각수(17)가 냉각 가이드 튜브(8)를 통해 유입되어 전극(10)을 냉각시키는 구성인데, 냉각수(17)가 전극(10)과 직접 접촉하지 않고 열전달에 의해 전극(10)을 간접적으로 냉각시킨다는 점에서 앞서의 직접 냉각 방식과 상이하다.3A illustrates a structure for indirectly cooling an electrode with a water cooling line according to an embodiment of the present invention. The cooling water 17 is introduced through the cooling guide tube 8 to cool the electrode 10 . The cooling water 17 does not directly contact the electrode 10 but indirectly cools the electrode 10 by heat transfer. It is different from the previous direct cooling method in that it

이 실시예에서, 전극(10)은 아크가 형성되는 팁 부위는 개방되어 있는 반면, 나머지 부분이 케이싱(10a) 내에 고정된 상태로 제공되고, 케이싱 외벽에 형성된 나사산(10b)과 전극 바디(9)의 대응 부위에 형성된 나사산이 서로 나사 결합됨으로써 전극 바디(9)와 전극(10)이 서로 결합될 수 있다. 텅스텐 전극(10)은 직접 가공하는 것이 용이하지 않으므로, 이와 같이 가공성이 용이한 재질로 된 케이싱(10a)을 텅스텐 전극(10)에 씌워서 브레이징 등으로 접합하는 것이 유리하다. In this embodiment, the electrode 10 is provided in a state where the tip portion where the arc is formed is open, while the remaining portion is fixed in the casing 10a, and the electrode body 9 and the thread 10b formed on the outer wall of the casing ), the electrode body 9 and the electrode 10 may be coupled to each other by screwing the threads formed in the corresponding portions. Since it is not easy to directly process the tungsten electrode 10, it is advantageous to cover the tungsten electrode 10 with a casing 10a made of a material with easy workability as described above and join it by brazing or the like.

도 3b는 간접 수냉식 텅스텐 전극 및 전극 바디로 구성된 전극 조립체의 한 실시예이다.3B is an embodiment of an electrode assembly composed of an indirect water-cooled tungsten electrode and an electrode body.

이와 같이, 본 발명에 따른 전극 및 전극 바디로 이루어진 전극 조립체는 '직접 냉각 방식의 구조'와 '간접 냉각 방식의 구조'를 채택할 수 있다. 직접 냉각 방식의 경우 텅스텐 전극(10)에 냉각수를 직접 분사시켜 냉각 효율을 높일 수 있는 반면, 전극 바디(9)로부터 텅스텐 전극(10)을 분리하는 것이 용이하지 않아 소모성 방식으로 볼 수 있다. 이에 비해, 간접 냉각 방식의 경우 텅스텐 전극(10)의 마모시 전극(10)을 전극 바디(9)로부터 분리하여 새것으로 교체하는 것이 용이하므로 원가 절감형 방식으로 볼 수 있다.As described above, the electrode assembly including the electrode and the electrode body according to the present invention may adopt a 'direct cooling structure' and a 'indirect cooling structure'. In the case of the direct cooling method, cooling efficiency can be increased by directly injecting cooling water to the tungsten electrode 10 , but it is not easy to separate the tungsten electrode 10 from the electrode body 9 , so it can be viewed as a consumable method. In contrast, in the case of the indirect cooling method, when the tungsten electrode 10 is worn, it is easy to separate the electrode 10 from the electrode body 9 and replace it with a new one, so it can be viewed as a cost-saving method.

도 4는 전류밀도가 더 높아지도록 아크 기둥을 강제 수축하기 위한 내측 가스 노즐(13)이 추가로 구비된 구성을 나타낸 것이다. 내측 가스 노즐(13)은 외측 가스 노즐(14) 안쪽으로 배열되고, 내측 가스 노즐(13)과 전극 바디(9) 사이로 내측 가스(15)가 흐르도록 구성된다. 내측 가스(15)는 외측 가스(16)와 동일한 가스일 수도 있고, 외측 가스(16)와 다른 가스가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 내측 가스(15)로 아르곤이나 헬륨보다 열에너지가 더 높은 수소 혼합 가스를 사용하면 아크의 온도를 더욱 상승시켜 모재(19)로의 용입이 더 깊어질 수 있다.4 shows a configuration in which the inner gas nozzle 13 is additionally provided for forcibly contracting the arc column to increase the current density. The inner gas nozzle 13 is arranged inside the outer gas nozzle 14 , and is configured to flow the inner gas 15 between the inner gas nozzle 13 and the electrode body 9 . The inner gas 15 may be the same gas as the outer gas 16 , or a gas different from the outer gas 16 may be used. For example, if a hydrogen mixed gas having a higher thermal energy than argon or helium is used as the inner gas 15 , the temperature of the arc may be further increased, so that penetration into the base material 19 may be deeper.

내경이 좁은 내측 가스 노즐(13)을 통해 흐르는 내측 가스(15)에 의해 아크(18)가 강제 수축되기 때문에 열적 수축 효과가 더 높아질 수 있다.Since the arc 18 is forcibly contracted by the inner gas 15 flowing through the inner gas nozzle 13 having a narrow inner diameter, the thermal contraction effect may be higher.

도 4에서는 직접 수냉 구조에 내측 가스 노즐(13)이 추가된 것으로 도시되었으나, 간접 수냉 구조에 대해서도 내측 가스 노즐(13)이 적용될 수 있다는 것이 자명할 것이다.Although FIG. 4 shows that the inner gas nozzle 13 is added to the direct water cooling structure, it will be apparent that the inner gas nozzle 13 may also be applied to the indirect water cooling structure.

이하에서는, 도 5a 내지 5c에 도시된 본 발명의 한 실시예에 따른 TIG 아크 용접 토치(20)를 이용하여, 열적 수축 효과를 얻기 위해 아크를 수축시키는 과정을 설명한다.Hereinafter, using the TIG arc welding torch 20 according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 5A to 5C , a process of contracting the arc to obtain a thermal contraction effect will be described.

도 5a는 본 발명의 한 실시예에 따른 TIG 아크 용접 토치(20)의 종단면도를 나타낸 것으로, 설명의 편의상 후방 덮개 등 부품의 일부가 제거된 상태이다.Figure 5a shows a longitudinal cross-sectional view of the TIG arc welding torch 20 according to an embodiment of the present invention, a part of the parts such as the rear cover is removed for convenience of description.

토치 바디(5) 중 토치 절연바디(6) 내측으로 가스 통로가 형성되는데, 먼저 외측 가스(16)가 외측 가스 입구(4)로 유입되어 토치 바디를 구성하는 여러 부품들 사이로 형성된 가스 통로를 거쳐 외측 가스 출구(12)로 토출된다. 토출된 외측 가스(16)는, 외측 가스 노즐 연결부(14a)에 의해 가스노즐 냉각 바디(7)에 연결되어 있는 외측 가스 노즐(14)을 통과하면서 아크 기둥을 차폐함으로써 용접부의 산화를 방지한다. 외측 가스 노즐(14)과 외측 가스 노즐 연결부(14a)는 외측 가스 캡(14b)을 구성한다. 외측 가스 캡(14b)은 후술하는 바와 같이 높이 조절이 가능하다.A gas passage is formed inside the torch insulation body 6 of the torch body 5. First, the outer gas 16 flows into the outer gas inlet 4 and passes through the gas passage formed between various components constituting the torch body. It is discharged to the outer gas outlet (12). The discharged outer gas 16 passes through the outer gas nozzle 14 connected to the gas nozzle cooling body 7 by the outer gas nozzle connecting portion 14a and shields the arc column to prevent oxidation of the welded portion. The outer gas nozzle 14 and the outer gas nozzle connecting portion 14a constitute the outer gas cap 14b. The outer gas cap 14b is adjustable in height as will be described later.

내측 가스(15)는 내측 가스 입구(3)로 유입되고 내측 가스 출구(11)로 토출되며, 내측 가스 노즐(13)을 통과하면서 아크 기둥을 강제 수축시킨다.The inner gas 15 flows into the inner gas inlet 3 and is discharged through the inner gas outlet 11 , and while passing through the inner gas nozzle 13 , the arc column is forcibly contracted.

한편, 냉각수가 냉각수 입구(1)로 투입되어 세장형 전극 바디(9)의 한쪽 단부를 통해 삽입된 냉각수 가이드 튜브(8)를 거쳐 텅스텐 전극(10)으로 분사된다. 이렇게 냉각수가 텅스텐 전극(10)과 접촉하게 되고, 전극(10)이 냉각되어 아크가 수축된다. 후속하여 냉각수가 냉각수 가이드 튜브(8)의 외벽과 전극 바디(9)의 내벽 사이의 갭을 통해 중공부를 빠져나와 유입시와 반대 경로를 거쳐 냉각수 출구(2)로 유출된다.On the other hand, the cooling water is injected into the cooling water inlet 1 and is injected into the tungsten electrode 10 through the cooling water guide tube 8 inserted through one end of the elongated electrode body 9 . As such, the cooling water comes into contact with the tungsten electrode 10 , and the electrode 10 is cooled to contract the arc. Subsequently, the cooling water exits the hollow through the gap between the outer wall of the cooling water guide tube 8 and the inner wall of the electrode body 9 and flows out to the cooling water outlet 2 through a path opposite to that of the inflow.

여기에서는 토치(20)에 외측 가스 노즐(14)과 내측 가스 노즐(13)이 채용된 이중 쉴드 방식으로 설명하였으나, 필요에 따라 외측 가스 노즐(14) 또는 내측 가스 노즐(13)만을 채용한 싱글 쉴드 방식으로 사용할 수도 있다.Herein, the torch 20 has been described as a double shield method in which the outer gas nozzle 14 and the inner gas nozzle 13 are employed, but as needed, a single shield employing only the outer gas nozzle 14 or the inner gas nozzle 13 is used. It can also be used as a shield method.

도 5b는 본 실시예에 따른 TIG 아크 용접 토치(20)의 정면도이고, 도 5c는 저면도이다.5B is a front view of the TIG arc welding torch 20 according to the present embodiment, and FIG. 5C is a bottom view.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TIG 아크 용접 토치(20')의 종단면도이다. 이 실시예에서는 세장형 척(22)의 중공부(23)로 텅스텐 전극(10')이 삽입되어 고정된다. 텅스텐 전극(10')은 척(22)의 고정부(24)에 물려 고정된다. 척(22)은 봉재를 물릴 때에 사용하는 죔 공구로 콜릿 척(collet chuck)이 바람직하다. 용접 토치(20')로 유입된 냉각수가 척(22) 몸체의 외측 둘레를 감싸면서 유동하게 되고, 이로 인해 텅스텐 전극(10')이 간접 냉각될 수 있다.6 is a longitudinal cross-sectional view of a TIG arc welding torch 20' according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the tungsten electrode 10' is inserted into the hollow part 23 of the elongate chuck 22 and fixed. The tungsten electrode 10 ′ is fixed by being bitten by the fixing part 24 of the chuck 22 . The chuck 22 is a clamping tool used when biting a bar, and a collet chuck is preferable. Cooling water introduced into the welding torch 20 ′ flows while surrounding the outer circumference of the chuck 22 body, thereby indirectly cooling the tungsten electrode 10 ′.

이 실시예에 의하면, 기존의 텅스텐 전극, 예를들어 150mm 길이의 텅스텐 전극봉을 그대로 사용하면서도 아크 기둥을 축소시킬 수 있어 깊은 용입을 달성할 수 있다. According to this embodiment, the arc pillar can be reduced while using the existing tungsten electrode, for example, a tungsten electrode having a length of 150 mm as it is, so that deep penetration can be achieved.

내측 가스 노즐(13) 안쪽으로 흐르는 내측 가스(15)가 토출되면서 아크 기둥을 강제 수축시킬 수 있다.As the inner gas 15 flowing into the inner gas nozzle 13 is discharged, the arc column may be forcibly contracted.

이제 도 7a 내지 7c를 참조하여 본 발명에 따른 외측 가스캡(14b)의 높이 조절 기능에 대해 설명한다.Now, a height adjustment function of the outer gas cap 14b according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 7C .

모재(19)의 용접 부위가 깊은 경우, 외측 가스 노즐(14)이 용접부에 삽입되지 못하여 텅스텐 전극이 용접 부위까지 미치지 못하는 현상이 발생할 수 있다. 이런 경우 외측 가스 노즐(14)을 제거하면 불활성 가스인 외측 가스가 집중되지 못하고 퍼져버려 용접부를 충분히 차폐시킬 수 없게 된다. 이로 인해 용접 도중에 용접부가 산화될 우려가 있다.When the welding portion of the base material 19 is deep, the outer gas nozzle 14 may not be inserted into the welding portion, so that the tungsten electrode may not reach the welding portion. In this case, when the outer gas nozzle 14 is removed, the outer gas, which is an inert gas, is not concentrated and spreads, so that the welding portion cannot be sufficiently shielded. For this reason, there exists a possibility that a weld part may be oxidized during welding.

도 7a는 본 발명에 따른 외측 가스 노즐(14)을 포함한 외측 가스캡(14b)의 높이 조절 상태를 나타낸 것으로, 도면 좌측은 외측 가스캡(14b) 가장 낮은 위치로 조절된 상태를, 우측은 가장 높은 위치로 조절된 상태를 예시적으로 나타낸 것이다.7a shows the height adjustment state of the outer gas cap 14b including the outer gas nozzle 14 according to the present invention, the left side of the drawing shows the state adjusted to the lowest position, and the right side is the most The state adjusted to the high position is shown by way of example.

도 7b 및 7c는 본 발명에 따른 외측 가스 캡이 상향 조절된 상태에서 딥 그루브(deep groove)에 대한 용접이 이루어지는 것을 나타낸 것인데, 도 7b는 내측 노즐이 채용되지 않은 상태를, 도 7c는 내측 노즐이 채용된 상태를 나타낸 것이다. 이와 같이, 외측 가스 캡(14b)의 높이 조절이 가능하도록 함으로써 모재(19)의 용접 부위가 깊은 경우에도 불활성 가스가 용접부에 유효하게 도달할 수 있다.7B and 7C show that welding to a deep groove is made in a state in which the outer gas cap according to the present invention is adjusted upward, FIG. 7B is a state in which the inner nozzle is not employed, and FIG. 7C is the inner nozzle This shows the adopted state. In this way, by making it possible to adjust the height of the outer gas cap 14b, the inert gas can effectively reach the welding portion even when the welding portion of the base material 19 is deep.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 고밀도 TIG 아크 용접 토치에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지와 사상을 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 수정과 변형실시가 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 요지와 사상에 속하는 수정 예나 변형 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, a high-density TIG arc welding torch according to an embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and without departing from the gist and spirit of the present invention as claimed in the claims, those skilled in the art to which the present invention pertains to various modifications and variations will be possible Therefore, the protection scope of the present invention should be construed to include all modifications and variations that fall within the spirit and spirit of the present invention.

1: 냉각수 입구 2: 냉각수 출구
3: 내측 가스 입구 4: 외측 가스 입구
5: 토치 바디 6: 토치 절연바디
7: 가스노즐 냉각 바디 8: 냉각수 가이드 튜브
9: (수냉) 전극 바디 9a: 중공부
10, 10': 텅스텐 전극 10a: 케이싱
10b: 나사산 11: 내측 가스 출구
12: 외측 가스 출구 13: 내측 가스 노즐
14: 외측 가스 노즐 14a: 외측 가스 노즐 연결부
14b: 외측 가스캡 15: 내측 가스
16: 외측 가스 17: 냉각수
18: 아크 19: 모재
20, 20': TIG 용접 토치 22: 척
23: 중공부 24: 고정부1: Cooling water inlet 2: Cooling water outlet
3: inner gas inlet 4: outer gas inlet
5: Torch body 6: Torch insulated body
7: Gas nozzle cooling body 8: Coolant guide tube
9: (water cooling) electrode body 9a: hollow part
10, 10': tungsten electrode 10a: casing
10b: thread 11: inner gas outlet
12: outer gas outlet 13: inner gas nozzle
14: outer gas nozzle 14a: outer gas nozzle connection part
14b: outer gas cap 15: inner gas
16: outer gas 17: coolant
18: arc 19: base material
20, 20': TIG welding torch 22: chuck
23: hollow part 24: fixed part

Claims

a tungsten electrode at one end of which is a tip for generating an arc;
an elongate electrode body including a welding-side end and another end in which an arc is generated, wherein the electrode body includes a hollow portion and includes an insertion hole for the tungsten electrode at the welding-side end;
a water cooling line configured to supply cooling water through the hollow portion of the electrode body;
including,
The other end of the tungsten electrode is fixed in the insertion hole of the electrode body, the arc generating tip is watertight from the hollow portion,
The tungsten electrode is cooled by the cooling water supplied through the water cooling line,
The tungsten electrode is partially exposed into the hollow portion of the electrode body so that the cooling water supplied into the hollow portion through the water cooling line directly cools the tungsten electrode.
Non-plasma arc TIG arc welding torch.

delete

a tungsten electrode at one end of which is a tip for generating an arc;
an elongate electrode body including a welding-side end and another end in which an arc is generated, wherein the electrode body includes a hollow portion and includes an insertion hole for the tungsten electrode at the welding-side end;
a water cooling line configured to supply cooling water through the hollow portion of the electrode body;
including,
The other end of the tungsten electrode is fixed in the insertion hole of the electrode body, the arc generating tip is watertight from the hollow portion,
The tungsten electrode is cooled by the cooling water supplied through the water cooling line,
The tungsten electrode is configured not to be exposed into the hollow portion of the electrode body, so that the cooling water supplied into the hollow portion through the water cooling line indirectly cools the tungsten electrode
Non-plasma arc TIG arc welding torch.

4. The method of claim 1 or 3,
The water cooling line includes a cooling water guide tube inserted into the hollow portion of the electrode body
Non-plasma arc TIG arc welding torch.

4. The method of claim 1 or 3,
Further comprising an outer gas nozzle for discharging an inert gas to prevent oxidation of the welding portion
Non-plasma arc TIG arc welding torch.

6. The method of claim 5,
Further comprising an inner gas nozzle for discharging an inert gas to forcibly contract the arc formed in the tip of the tungsten electrode,
The inner gas nozzle has a narrower inner diameter than the outer gas nozzle
Non-plasma arc TIG arc welding torch.

6. The method of claim 5,
It is possible to adjust the height of the outer gas nozzle
Non-plasma arc TIG arc welding torch.

4. The method of claim 3,
The tungsten electrode fixed to the electrode body is replaceable
Non-plasma arc TIG arc welding torch.

9. The method of claim 8,
The tungsten electrode is partially inserted and fixed in the casing threaded on the outer wall
Non-plasma arc TIG arc welding torch.

4. The method of claim 1 or 3,
the electrode body is made of copper
Non-plasma arc TIG arc welding torch.

delete

10. A tungsten electrode and an electrode body for use in a non-plasma arc TIG arc welding torch according to any one of claims 1, 3, 8 and 9.
Electrode assembly for non-plasma arc TIG arc welding torches.