KR100315539B1

KR100315539B1 - 터빈 다이어프램용 자동밀봉용접장치

Info

Publication number: KR100315539B1
Application number: KR1019990021684A
Authority: KR
Inventors: 김종오; 정인철; 손현락; 정원희
Original assignee: 윤영석; 두산중공업 주식회사
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2001-12-20
Also published as: KR20010002080A

Abstract

본 발명은 본 발명은 터빈 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치에 관한 것으로, 본 고안의 구성은 터빈의 다이어프램을 용접하기 위한 터빈 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치를 구성함에 있어서, 용접을 수행하는 로봇(130)의 전체적인 회전을 가능하게 하는 기점을 제공하고 상,하 이동을 위한 업-다운 유니트(120)의 가이드 기능을 갖는 매니플레이터(110)와; 상기 매니플레이터(110)에 상,하 이동 가능하게 결합되어 로봇(130)의 상,하 이동체를 이루는 업-다운 유니트(120)와; 상기 업-다운 유니트(120)에 설치되어 제어부에 설정된 값에 대응하는 용접궤적을 그리는 MIG 및 TIG 용접 토치가 단부에 구비된 로봇(130)과; 상기 업-다운 유니트(120)의 상부에 형성되어 토치를 지지 및 교환하는 토치교환구(150) 및 용접 작업시 용재를 이루는 와어어를 지속적으로 공급하도록 하는 와이어 피더(160)와; 상기 메니플레이터(110)의 전방에 설치되어 용접대상물을 회전시키는 포지셔너 테이블(220), 상기 포지셔너 테이블(220)의 일측에 설치되어 용접 대상물을 고정해주는 클램핑 유니트(230)로 이루어진 다이어프램의 용접위치 셋팅을 위한 포지셔너 조립체(200)를 포함하여 구성된 것으로, 본 발명에 의하면 로봇에 용접장치를 형성하여 용접작업을 자동으로 수행하여 신속하고 균일화된 용접대상물의 품질을 유지할 수 있고, 또한 본 발명의 장치에 설치된 토치 교환구 및 와이어 피더에 의하면 용접작업시 성능이 저하된 토치를 자동으로 교환해주고 용재를 이루는 와이어를 연속적이고 안정적으로 공급하는 동작에 의해 연속적인 작업을 수행하여야 하는 작업의 특성상 흐름의 단락을 방지하여 작업시간을 단축시킴은 물론 용접의 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

터빈 다이어프램용 자동밀봉용접장치{Automatic seal-welding machine for the diaphragm of turbine}

본 발명은 자동 밀봉 용접 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터빈의 주요 구성부품인 다이어프램을 셋팅된 프로그램에 의해 작동궤적을 그리는 로봇 및 최적의 용접위치를 설정하는 포지셔너에 의해 용접작업을 신속하고도 용이하게 할 수 있는 터빈 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치에 관한 것이다.

터빈(turbin)은 고온의 증기 및 가스압을 유체 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 원동기(原動機)이다. 일반적으로 원자력 발전이나 화력발전에 사용되며, 주요 구성은 로터(rotor).버킷(bucket).다이어프램(diaphram) 및 케이싱(casing)등으로 구성되어 있다.

상기한 터빈의 구성부품들중 다이어프램은 증기발생기나 보일러에서 생성된 고압·고온의 증기를 회전체인 버켓에 효과적으로 전달하기 위해 증기의 유량과 유압을 조절하는 부품으로서 터빈 전체의 효율을 좌우하는 주요한 부품이다.도 1a에서 볼 수 있듯이, 다이어프램(D)은 보통 직경 800~3,500㎜ 범위의 원형이나 반원 형태로 되어 있는 한편 다양한 크기와 형태의 단을 가진 구조로 되어 있다.그리고, 도 1b에서 볼 수 있듯이, 상기 다이어프램(D)의 제작에 있어서는 유체의 누설을 방지하도록 기밀성 확보에 중점을 두는 밀봉용접(seal-welding)을 실시해야 함과 아울러, 실질적인 반동체의 기능을 갖는 블레이드(Blade)를 원형의 밴드 구조를 갖는 박판 형태의 두개의 내,외 밴드 스페이스(B)사이에 위치하여 가용접한 후, 상기 블레이드와 밴드 스페이스(B)를 일체화한 상태에서 최종적으로 블레이드의 폐곡선에 대응하는 복잡한 형태의 밀봉용접부(W)를 형성해 주어야 한다.

그러나, 상기 다이어프램은 유체역학적 최적효율에 최적화된 곡선의 단면을 갖도록 블레이드 단부에 특수한 용접 형태를 가짐으로 인해서 수작업에 의존하여 제작됨에 따라 용접시간이 많이 소요되는 한편 숙련자를 필요로 하므로 작업효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 상기 다이어프램은 다양한 구성재질을 가지고 있으므로 각 재질에 대응하는 용재(鎔材)를 위한 TIG(Tungsten-Inert Gas; 텅스텐-불활성 가스) 용접과 MIG(Metal-Inert Gas; 금속-불활성 가스)용접을 병행하게 되는데, 종래에는 각 용재를 구성하는 텅스텐 및 금속 와이어를 수작업으로 교환해 주게 되므로 작업 효율을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 용접작업을 위한 전체공정을 자동화해서 셋팅시간과 용접시간을 줄일 수 있고 용접 대상물을 최적의 용접자세로 설정가능하게 함으로써 용접작업의 용이성과 균일성을 확보할 수 있는 터빈 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치를 제공하는 것에 있다.본 발명의 또 다른 목적은 TIG 용접과 MIG 용접을 위한 용재를 이루는 와이어를 자동으로 공급해주고 수납하는 장치를 제공함으로써 와이어 교환작업에 의한 작업시간의 증대와 작업의 단락(段落)으로 인한 용접품질의 불균일을 방지할 수 있는 터빈 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치를 제공하는 것에 있다.

도 1a는 터빈 다이어프램의 일예를 보여주는 사진,

도 1b는 터빈 다이어프램의 용접된 상태를 상세하게 보여주는 사진,

도 2a는 본 발명에 따른 터빈 다이어프램용 자동밀봉용접장치를 전체적으로 도시하는 정면도,

도 2b는 도 2a에 대한 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 터빈 다이어프램용 자동밀봉용접장치에 적용되는 토치교환구의 개략도,

도 4a는 본 발명에 따른 터빈 다이어프램용 자동밀봉용접장치에 적용되는 클램핑 유니트의 기구구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 4b는 본 발명에 따른 터빈 다이어프램용 자동밀봉용접장치에 적용되는 클램핑 유니트의 유압기구 구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 5는 다이어프램이 셋업완료된 상태를 보여주는 사진이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 용접본체 조립체, 110 : 매니퓰레이터

120 : 업-다운 유니트, 130 : 로봇

140 : 용접토치, 160 : 와이어 피더

200 : 포지셔너 조립체, 210 : 포지셔너 바디

220 : 포지셔너 테이블, 230 : 클램핑 유니트

300 : 용접기 D : 다이어프램B : 밴드 스페이스

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 터빈의 다이어프램을 용접하기 위한 터빈 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치를 구성함에 있어서, 용접을 수행하는 로봇의 전체적인 회전을 가능하게 하는 기점을 제공하고 상,하 이동을 위한 업-다운 유니트의 가이드 기능을 갖는 매니플레이터와; 상기 매니플레이터에 상,하 이동 가능하게 결합되어 로봇의 상,하 이동체를 이루는 업-다운 유니트와; 상기 업-다운 유니트에 설치되어 제어부에 설정된 값에 대응하는 용접궤적을 그리는 MIG 및 TIG 용접 토치가 단부에 구비된 로봇과; 상기 업-다운 유니트의 상부에 형성되어 토치를 지지 및 교환하는 토치교환구 및 용접 작업시 용재를 이루는 와어어를 지속적으로 공급하도록 하는 와이어 피더와; 상기 메니플레이터의 전방에 설치되어 용접대상물을 회전시키는 포지셔너 테이블, 상기 포지셔너 테이블의 일측에 설치되어 용접 대상물을 고정해주는 클램핑 유니트로 이루어진 다이어프램의 용접위치 셋팅을 위한 포지셔너 조립체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적과 특징에 최적의 형태로 부합할 수 있는 본 발명의 실시예에 의한 구성을 도 2a, 도 2b, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조해서 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 터빈 다이어프램용 자동밀봉용접장치는 크게 용접본체 조립체(100)·포지셔너 조립체(200) 및 용접기(300) 등으로 이루어져 있다.

상기 용접본체 조립체(100)는 다시 매니퓰레이터(manipulator, 110)·업-다운 유니트(up-down unit, 120)·로봇(robot, 130)·용접 토치(welding torch, 140) ·토치교환구(150) 및 와이어 피더(wire feeder, 160) 등으로 이루어져 있다.매니플레이터(110)는 로봇(130)에 의한 용접장치의 주 지지대 및 용접물 셋업시에 간섭을 피하기 위해서 회전할 수 있도록 되어 있는 장치이이며, 업-다운 유니트(120)는 상기 매니플레이터(110)에 상,하이동이 가능하도록 설치된 이동부를 구성한다.로봇(130)은 상기 업-다운 유니트(120)에 장착되어 용접대상물 즉, 다이어프램(D)의 블레이드 단면 형상에 대응하는 복잡한 용접궤적을 설정하며 실질적인 용접작업을 수행하는 용접 토치(140)가 말단에 장착되어 있다.이러한 로봇(130)은 MIG 용접토치와 TIG 용접토치를 원활이 다룰 수 있는 충분한 가반중량과 반복 정밀도의 조건을 충족해야 하고, 또한 블레이드 형상에 따른 복잡한 용접궤적를 원활하게 형성할 수 있는 축수를 가져야 한다.예를 들면, 가반중량이 10kg이고, 반복정밀도가 0.1mm이며, 또한 축수가 6축인것으로 로봇(130)을 구성할 수 있다.상기 용접토치(140)는 상기 로봇(130)의 관절 말단부에 장착되어 와이어나 전극봉에 의해 용접 아크를 발생시키는 부분으로서 MIG 용접토치와 TIG 용접토치로 이루어져 있다.상기 업-다운 유니트(120)에는 상기 용접 토치(140)를 자동으로 교환해 주는 토치교환구(150)가 설치되어 있다. 토치 교환구(150)는 고압에 의해 작동되는 토치(140) 말단부에 이를 교환하기 용이하도록 안내하는 기능을 가지며 도 3에서 볼 수 있듯이, 상기 토치 교환구(150)는 제 1 가이드 핀(151)과 제 2 가이드핀(152)을 포함하고, 용접 토치(140)에 와이어를 연속으로 공급하기 위한 와이어 피더(160)가 설치되어 있다.한편, 용접 본체(100)의 전방에는 용접대상물 즉, 다이어프램이 회전가능하게 올려져 고정되는 용접위치를 설정하는 포지셔너 조립체(200)가 설치되는데, 포지셔너 조립체(200)는 다시 포지셔너 바디(210), 포지셔너 테이블(220) 및 클램핑 유니트(230) 등으로 이루어져 있으며, 포지셔너 바디(210)는 포지셔너 조립체(200)의 몸체를 이루고 포지셔너 바디(210)에 포지셔너 테이블(220)이 회전 가능하게 설치되어 있다.상기 포지셔너 조립체(200)의 일부를 이루는 클램핑 유니트(230)는 유압으로 구동되어 다이어프램을 고정해 주는 부분으로서 그 세부 구성은 나사식 가이드빔(231). 죠 가이드빔(232), 죠(233), 및 고정용 치구(234)등으로 이루어져 있다. (특히 도 4a 참조)상기 나사식 가이드 빔(231)과 죠 가이드 빔(232)는 방사상으로 배치되어 용접용 다이어프램을 방사상으로 이동시키는 역활을 하는 것이고, 상기 죠(233)는 용접대상물인 다이어프램(D)의 밴드 스페이스를(B) 눌러서 고정하는 기능을 갖는다.또한 고정용 치구(234)는 용접시 발생하는 용접물의 변형이나 회전시 발생되는 용접물의 이탈을 방지하기 위한 고정용 볼트이다.그리고, 도 4b에서 볼 수 있듯이 상기 클램핑 유니트(230)를 유압방식에 의해 구동시키기 위한 유압기구는 유압탱크(235). 유압펌프(236). 모터(237). 매니폴드(238) 및 트로틀 밸브(239)등으로 이루어진 일반적인 구성의 것이다.한편, 용접기(300)는 MIG 용접기와 TIG 용접기로 이루어져 각각 상기 MIG용접토치와 TIG 용접토치에 케이블로 연결되어 있다.이하에서는 본 발명의 터빈 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치에 따른 용접작업의 순서에 의한 작용을 나타내었다..우선, 용접물 셋업시에 용접물인 다이어프램(D)과 상기 로봇(130)간의 간섭을 피하기 위해서 매니플레이터(110)를 회전시켜 이에 설치된 로봇(130) 및 업-다운 유니트(120)를 치워준다.다음에는, 포지셔너 바디(210)에 장착된 포지셔너 테이블(220) 상에 용접대상물인 다이어프램(D)을 위치한다.다음에는, 클램핑 유니트(230)의 죠(233)와 고정용 치구(234)를 이용해서 상기 포지셔너 테이블(220) 상에 위치한 다이어프램(D)의 밴드 스페이스(B)를 한번에 셋업시킨다. 도 5는 셋업된 다이어프램의 상태를 보여주는 사진이다.다음에는, 상기 매니플래이터(110)를 원위치로 회전시키는 한편 여기에 설치된 업-다운 유니트(120)의 상,하 위치를 조정해서 로봇(130)이 용접하기 좋은 위치로 위치시키고 동시에 포지셔너 테이블(230)에 셋업된 다이어프램(D)을 수직으로 회전시켜 아래보기 자세를 유지하도록 해준다.마지막으로, 상기 로봇(130)을 조작해서 용접자세를 잡아준 다음 상기 용접기를 구동시켜 용접을 실시한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명에 따른 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치는 프로그램된 3차원 작동 궤적을 그리는 로봇에 용접장치를 형성하여 용접작업을 자동으로 수행하여 신속하고 균일화된 용접대상물의 품질을 유지할 수 있다.또한, 로봇과 이를 구동시키기 위한 주변장치에 의해 전체공정을 자동화해서 셋팅시간과 용접시간을 절약할 수 있고 동시에 로봇이 설정된 최적의 용접궤적을 따라 작업을 수행함으로써 균일한 용접품질의 향상을 이룰 수 있다.그리고 본 발명의 장치에 설치된 토치 교환구 및 와이어 피더에 의하면 두개의 TIG 용접과 MIG 용접을 위한 토치를 자동으로 교환해주고 용재를 이루는 와이어를 연속적이고 안정적으로 공급하는 동작에 의해 연속적인 작업을 수행하여야 하는 작업의 특성상 흐름의 단락을 방지하여 작업시간을 단축시킴은 물론 용접의 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

터빈의 다이어프램을 용접하기 위한 터빈 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치를 구성함에 있어서,

용접을 수행하는 로봇의 전체적인 회전을 가능하게 하는 기점을 제공하고 상,하 이동을 위한 업-다운 유니트의 가이드 기능을 갖는 매니플레이터와; 상기 매니플레이터에 상,하 이동 가능하게 결합되어 로봇의 상,하 이동체를 이루는 업-다운 유니트와; 상기 업-다운 유니트에 설치되어 제어부에 설정된 값에 대응하는 용접궤적을 그리는 MIG 및 TIG 용접 토치가 단부에 구비된 로봇과; 상기 업-다운 유니트의 상부에 형성되어 토치를 지지 및 교환하는 토치교환구 및 용접 작업시 용재를 이루는 와어어를 지속적으로 공급하도록 하는 와이어 피더와; 상기 메니플레이터의 전방에 설치되어 용접대상물을 회전시키는 포지셔너 테이블 및 상기 포지셔너 테이블의 일측에 설치되어 용접 대상물을 고정해주는 클램핑 유니트로 이루어진 다이어프램의 용접위치 셋팅을 위한 포지셔너 조립체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 터빈 다이어프램용 자동 밀봉 용접 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 클램핑 유니트가 나사식 가이드 빔, 죠 및 고정용 치구로 이루어져 이들이 유압장치에 의해 구동되어 다이어프램을 고정함을 특징으로 하는 터빈 다이어프램용 자동 밀봉장치.