KR100607338B1 - 용접선 추적 및 부재 취부장치를 구비한 멤브레인 형식액화천연가스 운반선 화물창건조를 위한 플라즈마 자동용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접선 추적 및 부재 취부장치를 구비한 멤브레인 형식 액화천연가스 운반선 화물창건조를 위한 플라즈마 자동 용접 장치에 관한 것으로,

멤브레인 형식 화물창 구조에서 발생하는 특수구역의 용접작업 품질을 향상시킬 수 있으며, 용접속도를 매우 높게 유지할 수 있고 용접선 추적 및 부재 취부를 동시에 할 수 있는 장비를 구비한 플라즈마 용접 방법과 그 장치를 제공하여 용접 품질을 향상시키고, 생산성을 향상시키기 위한 것이다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 멤브레인 형식 액화천연가스운반선 화물창 구조 중, 인바튜브와 앵커링 바의 박판 겹치기 이음부의 용접장치에 있어서 레일 상에서 이송되게 설치된 캐리지와, 상기 캐리지에 높낮이 조정이 가능하도록 설치되어 플라즈마 용접장치로부터 전원을 공급받아 용접을 수행하는 용접헤드와, 상기 용접헤드에 설치되어 용접 비드를 형성하는 용접토치와, 상기 용접헤드 하부 일측에 설치되어 인바튜브와 앵커링 바를 가압하여 취부시켜주는 부재 가압장치와, 상기 용접헤드 하부 타측에 설치되어 상기 박판 겹치기 이음부의 일단에 접촉하는 접촉에지를 구비하여 용접토치의 이동방향을 유도하는 용접선 추적장치와, 상기 캐리지에 설치되고 용접헤드와 연결되어 상기 용접헤드를 항상 인바튜브방향으로 밀착시켜주는 스프링조절기구로 구성된 것을 특징으로 하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

액화천연가스운반선, CS-1, 화물창, 인바튜브, 앵커링 바, 박판 겹치기 이음 용접, 플라즈마 용접, 취부, 용접선 추적, 부재 가압장치

Description

용접선 추적 및 부재 취부장치를 구비한 멤브레인 형식 액화천연가스 운반선 화물창건조를 위한 플라즈마 자동 용접 장치 {The plasma automatic welding machine with welding seam tracking and plate fit-up device for the fabrication of membrane type LNG(Liquified Natural Gas) carrier ship containment tank}

도 1은 본 발명이 적용되는 멤브레인 형식 화물창 구조의 일부를 입체적으로 나타낸 사시도이다,

도 2는 본 발명이 적용되는 용접부를 측면에서 바라본 단면도이다,

도 3은 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸 사시도이다,

도 4는 본 발명에 따른 용접선 추적 및 부재 취부장치가 적용된 상태를 나타낸 측면도이다,

도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 용접기법을 적용한 위한 시스템의 구성도이다,

도 6은 본 발명의 용접헤드와 레일 및 캐리지의 세부 측단면도이다,

도 7은 본 발명의 용접헤드 부분 저면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(11) : 인바 튜브(Invar Tube)

(12) : 트렌스버셜 벌크헤드(Transversal Bulkhead)

(13) : 앵커링 바(Anchoring Bar)

(14) : 겹치기 이음부(Lap Joint) (15) : 작업각(Working Angel)

(21) : 레일(Rail) (22) : 캐리지(Carriage)

(23) : 스프링조절기구(Spring Adjustment Device)

(24) : 용접헤드(Welding Head)

(24a): 용접헤드 소켓 (24b): 용접토치 고정부

(25) : 용접비드폭(Welding Bead Width) (26) : 핸들(handle)

(31) : 용접 토치(Welding Torch)

(32) : 부재 가압장치(Plate Pressing Device)

(33) : 용접선 추적장치(Welding Seam Tracking Device)

(400): 플라즈마 용접장치

(41) : 플라즈마 용접기(Plasma Power Source)

(42) : 플라즈마 가스저장부(Plasma Gas Tank)

(43) : 보호가스 저장부(Shielding Gas Tank)

(44) : 제어기(Controller) (45) : 인터페이스(Interface)

(46) : 리모콘(Remote Controller)

본 발명은 액화천연가스 운반선의 화물창 건조 중 발생하는 서로 다른 강재 박판의 겹치기 이음부 용접을 위한 플라즈마 자동용접장치에 관한 것으로, 멤브레인형식 LNG선의 화물창 구조에서 발생하는 특수구역의 용접을 위한 것으로서, 서로 다른 재질의 겹치기 이음부 박판의 취부와 용접을 동시에 수행할 수 있으며, 별도의 용접선 추적장치 없이 플라즈마 용접을 자동으로 수행하도록 한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 용접은 접합하려는 두 금속재료 즉, 모재의 접합부를 가열하여 용융 또는 반용융상태로 하여 모재만으로 또는 모재와 용가재를 융합하여 접합하는 방법으로, 아크용접, 가스용접, 테르밋용접, 일렉트로슬랙용접, 전자빔용접 등으로 분류되며, 아크용접의 경우, 전극의 소모여부에 따라 사용전극이 소모되는 소모식(Consumable)과, 사용전극이 소모되지 않는 비소모식(Non Consumable) 용접법으로 분류된다. 이들 중, 비 소모식 용접법의 대표적인 용접기법으로 가스 텅스텐 아크용접(GTAW, Gas Tungsten Arc Welding) 및 플라즈마 용접(Plasma Welding)등이 있으며, 각각 고유한 특성과 사용용도에 따라 수동 또는 자동용접으로 분류할 수 있다.

상기 가스텅스텐 아크용접은 Ar, He등과 같은 불활성가스를 보호가스(Shield gas)로 사용하면서 비소모성 전극인 텅스텐 전극과 모재 간에 발생된 아크열로 모재를 용융시켜 접합하는 용접법으로, 별도의 용가재를 공급하여 모재와 함께 용융시키기도 한다. 보호가스로는 모재와 텅스텐 전극 봉의 산화를 방지하기 위하여 불활성가스인 Ar이나 He등을 사용하므로 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접으로 부르기도 한다. 본 용접법은 모든 용접자세에 적용할 수 있으며, 아크가 매우 안정되고 용접부 품질이 우수하므로 산화나 질화 등에 민감한 재질의 용접이나 저 입열 고품질 시공이 요구되는 경우에 사용된다.

상기 플라즈마 아크용접은 고속으로 분출되는 플라즈마 젯트를 이용한 용접법으로, TIG용접의 특수한 형태라고 할 수 있다. 플라즈마 용접에서는 보호가스 외에도 플라즈마 가스가 별도로 공급되고, 텅스텐 전극봉은 수냉형 수축노즐 내부에 위치한다. 이 용접법의 특징은 아크가 수축노즐에 의해 수축되어 원통형상을 가지기 때문에 노즐과 모재 사이의 거리가 변하더라도 아크 열원을 받는 모재 부위의 면적은 거의 변하지 않는다는 것이다. 결국 플라즈마 아크용접은 수축노즐에 의해 아크의 집중성을 향상시킨 측면을 제외하고는 TIG 용접공정과 거의 동일하다고 할 수 있다.

종래에는 상기의 용접방법 중, 장비의 구성, 제어, 신호전달 등이 비교적 용이한 TIG 용접법을 겹치기 이음부에 주로 사용하였다. 그러나 상기의 TIG 용접은 플라즈마 용접법에 비해 용접속도가 느리기 때문에 생산성을 높일 수 없는 단점이 있다.

또한, 서로 다른 재질의 박판 겹치기 이음부 용접을 위해서는 용접시, 용접 토치의 지향범위가 변하지 않도록 용접선과 토치의 방향을 정밀하게 유지해야하며, 겹치기 이음부 사이의 갭이 발생하지 않도록 취부의 상태를 밀착시켜야 우수한 용접 품질을 얻을 수 있다. 즉, 용접 토치의 자세가 정확하지 않거나, 용접조건이 적절하지 못하면 입열과다, 입열부족 등으로 원하는 용접비드가 생성되지 않거나 용접결함이 빈번히 발생하므로 안정된 플라즈마 용접조건을 설정해야만 한다.

또, 수작업 혹은 기계에 따른 용접 작업시 서로 다른 강재 박판을 취부 시켜주기 위해 별도의 취부작업이 필요하며, 용접하는 동안 용접토치를 용접선에 따라 유도해주는 확인작업이 필요하고, 혹은 별도의 전기적 센서와 제어방식이 필요해 기계적 복잡성을 띄고, 작동, 관리 등 잦은 손길이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출되는 것으로,

멤브레인 형식 화물창 구조에서 발생하는 특수구역의 용접작업 품질을 향상시킬 수 있으며, 용접속도를 매우 높게 유지할 수 있는 용접선 추적 및 부재 취부를 동시에 할 수 있는 장비를 구비한 플라즈마 용접 장치로 큰 효율성을 제공함을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 용접선 추적 및 부재 취부장치를 구비한 멤브레인 형식 액화천연가스운반선 화물창 구조 중 인바튜브와 앵커링 바의 박판 겹치기 이음부의 플라즈마 자동 용접장치에 있어서,

레일 상에서 이송되게 설치된 캐리지와, 상기 캐리지에 높낮이 조정이 가능하도록 설치되어 플라즈마 용접장치로부터 전원을 공급받아 용접을 수행하는 용접헤드와, 상기 용접헤드에 설치되어 용접 비드를 형성하는 용접토치와, 상기 용접헤드 하부 일측에 설치되어 인바튜브와 앵커링 바를 가압하여 취부시켜주는 부재 가압장치와, 상기 용접헤드 하부 타측에 설치되어 상기 박판 겹치기 이음부의 일단에 접촉하는 접촉에지를 구비하여 용접헤드에 용접토치의 이동방향을 유도하는 용접선 추적장치와, 상기 캐리지에 설치되고 용접헤드와 연결되어 상기 용접헤드를 항상 인바튜브방향으로 밀착시켜주는 스프링조절기구로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용되는 멤브레인 형식 화물창 구조의 일부를 입체적으로 나타낸 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 인바튜브(11)은 1.5mm 두께의 박판 인바 강재로 구성된 구조물이며, 트랜스버셜 벌크헤드(12)에 수직으로 부착된 8mm 두께의 스테인레스 강판인 앵커링 바(13)와 만나는 부위에 겹치기 용접부(14)가 발생한다.

도 2는 도 1에 나타낸 용접부위를 측면에서 나타낸 것이다.

도 1에 나타난 겹치기 용접부(14)에 균일한 용접비드를 만들기 위해 플라즈마 자동용접을 위한 토치의 접근과 용접을 위한 작업각(15)이 형성된다.

상기 작업각(15)은 60도 정도의 예각이다.

상기 작업각(15)에 용접 토치가 들어가 용접을 해야 하는데 상기 트랜스버셜 벌크헤드(12)가 막아섬으로 인해 용접 할 수 있는 작업각(15) 공간이 매우 협소함을 알 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 용접을 위한 레일(21)과, 레일(21)상에서 겹치기 이음 용접부로의 주행방향으로 이송할 수 있는 캐리지(21)와, 캐리지(21)의 중앙에 스프링 조절기구(23)가 구비되고 그 스프링 조절기구(23)에 용접헤드(24) 걸쳐져 있으며, 상기 용접헤드(24)는 용접헤드 소켓(24a)과 용접토치 고정부(24b)로 구성되어 상기 용접헤드 소켓(24a) 상단에 설치된 핸들(26)을 돌리면 스크류가 말려올라가 높낮이 방향으로 조정할 수 있으며, 작업부재를 가압할 수 있는 부재 가압장치(32)와 용접선을 별도의 제어적 방법 없이 추적할 수 있는 용접선 추적장치(33)로 구성되어 있다. 레일(21)상에서 캐리지(22)를 용접방향으로 자동주행 하기 위해서는 전기 또는 에어로 작동하는 모터를 사용할 수 있다. 또한 시스템의 탈/부착을 위해서는 레일(21)과 캐리지(22)의 사이에 클램프/언클램프 기구를 설치할 수도 있다. 용접헤드(24)은 도 4에 나타난 바와 같이 부재가압장치(32)과 용접선 추적장치(33)가 함께 부착되어 있으며, 이러한 부재 가압장치(32)과 용접선 추적장치(33)는 용접방향으로의 주행을 위하여 롤러로 구성되어, 용접선방향으로 기울어져 설치되어 있으며, 그 가운데 플라즈마 용접용 토치가 위치하게 된다. (상기 용접선 추적장치는 1도에서 90도 정도의 기울기를 구비한다.)

용접선 추적을 위해서 용접비드폭(25) 방향으로의 위치추적을 위한 스프링조절기구(23)를 갖고 있다. 압축과 인장 스프링의 조합으로 항상 인바튜브(11)의 방향과 접촉될 수 있도록 구성되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 용접기법 적용을 위한 시스템의 구성도이다.

플라즈마 용접토치(31)을 이동시키는 캐리지(22)과 상기 캐리지(22)이 이동되는 레일(21)과 상기 플라즈마 용접 토치(31)로 용접전력을 공급하는 플라즈마 용접기(41)와 상기 플라즈마 용접기(41) 및 용접토치(31)와 연결되는 플라즈마 가스저장부(42) 및 보호가스 저장부(43)와 상기 플라즈마 용접기(41) 및 캐리지(22)과 연결되는 제어기(44)와 상기 제어기(44)와 연결되는 인터페이스부(45)와 리모콘(46) 등을 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 작용효과는 다음과 같다.

상기 인바튜브(11)와 앵커링바(13)를 접합하기 위해 상기 겹치기 용접부(14)가 생성되는데 상기 겹치기 용접부(14)에 용접하기 위해 균일한 용접비드를 만들기 위해 상기 작업각(15)에서의 용접작업이 필요하게 된다.

그러나 상기 작업각(15)에는 상기 트렌스버셜 벌크헤드(12)가 수직으로 세워져 있음으로 좁은 공간을 형성하게 되어 용접작업 환경이 열악하다.

그리하여 상기 용접부위를 따라 선박구조물에 레일(21)이 구비되어 레일(21)에 레일 주행방향으로 이동이 가능하도록 설치된 캐리지(22)와 상기 캐리지(22)에 부착되어 상하로 높낮이조정이 가능한 용접헤드(24)가 구성되고 상기 캐리지(22)와 상기 용접헤드(24)의 연결부위에 스프링 조절기구(23)가 구비됨으로 상기 용접비드폭(25) 방향으로 움직임이 가능하여 용접을 수행하는 상기 용접헤드(24)가 상기 작업각(15)으로 용접 작업 할 수 있는 환경을 만들어 낸다.

상기 용접헤드(24)는 도 6에서와 같이, 본체 전체가 나사식으로 상승/하강 조정하는 스크류 회전에 따라 상하이동되는 수동식 구조로 핸들(26)을 회전하면 스크류에 의해 용접토치 고정부(24b)가 용접헤드 소켓(24a)으로 말려 올라감으로 높낮이가 조절된다.

상기 용접헤드(24)에 용접선을 자동으로 추적이 가능한 용접선 추적장치(33)가 설치되어 상기 용접토치(31)에 대한 추가적인 조정이 필요치 않으며 상기 용접토치(31)에는 압착식 롤러로 된 부재 가압장치(32)가 설치되어 상기 인바튜브(11)와 앵커링 바(13)를 압착하여 용접할 부위인 겹치기 용접부(14)를 형성해 주며, 상기 용접선 추적장치(33)로 용접비드폭(25) 방향을 상기 스프링 조절기구(23)의 압 축과 인장으로 인해 자동 추적하여 상기 겹치기 용접부(14)에 상기 용접토치(31)로 용접을 구현하게 된다.

상기 용접헤드(24)하단에 부착된 상기 용접 토치(31)와, 상기 부재 가압장치(32)와, 상기 용접선 추적장치(33)의 위치관계를 도 7에서와 같이 저면에서 바라보았을 때 설명하면 다음과 같다.

상기 용접헤드(24)의 용접 진행 방향을 위로 보고 앵커링 바(13)를 우측, 인바튜브(11)를 좌측으로 설정해놓고 바라보았을 때 상기 용접헤드(24)의 중심 하부에 용접토치(31)가 부착돼 있고, 상기 용접토치(31) 상부에 상기 용접선 추적장치(33)가 설치되고, 상기 용접선 추적장치(33) 좌측에 상기 부재 가압장치(32)가 설치되어, 상기 부재 가압장치(32)의 좌향으로 기울어진 롤러가 상기 박판을 취부시켜주며 진행방향 좌측으로 나아갈 때, 상기 박판 겹치기 이음부(14)의 일단에 접촉하는 접촉에지가 구비된 상기 용접선 추적장치(33)의 구속으로 인해 용접헤드(24)가 용접선을 따라 용접 진행방향으로 나아가고, 상기 용접선 추적장치(33)를 뒤이어 상기 용접토치(31)가 용접선을 따라 용접비드를 형성해 나간다.

또한, 상기 용접헤드(24)에는 플라즈마 용접기(41)를 구비하여 안정된 용접비드를 생성해 내고 빠른 용접속도를 구현한다.

상기 용접선 추적장치(33)는 기계식 가이드 방식으로 단순히 가압 롤러가 용 접부재의 겹치기부위가 밀착될 수 있도록 하는 기능으로 용접선 라인을 따라 롤러방향 안쪽 측면으로 꺽은 상태를 유지하여 가이드 방향으로 나가는 구성이며, 이때 진행방향과 직각을 이루는 상기 용접선 추척장치(33)의 꺾임 방향으로의 원활한 동작과 동작 후의 원위치 복귀를 위해 인장 스프링이 구비된 스프링조절기구(23)가 구성된다.

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.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는,

GTT 멤브레인 형식 액화 천연가스운반선 화물창 구조중 서로 다른 박판의 겹치기 이음부의 자동용접에 있어서, 부재 취부 작업 없이 작업부재의 취부와 용접선 추적을 동시에 할 수 있으며, 플라즈마 용접기법을 이용한 고속 용접이 가능하도록 하여, 이에 따른 용접 결함을 감소시키고, 높은 생산성을 얻을 수 있도록 하는 효과가 큰 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

Claims (3)

1. 멤브레인 형식 액화천연가스운반선 화물창 구조의 박판 겹치기 이음의 용접장치에 있어서,

   레일(21)상에서 이송되게 설치된 캐리지(22)와;

   상기 캐리지(22)에 높낮이 조정이 가능하도록 설치되어 플라즈마 용접장치(400)로부터 전원을 공급받아 용접을 수행하는 용접헤드(24)와;

   상기 용접헤드(24) 하단에 설치되어 용접 비드를 형성하는 용접토치(31)와;

   상기 용접헤드(24) 하단 일측에 설치되어 인바튜브(11)와 앵커링 바(13)를 가압하여 취부시켜주는 부재 가압장치(32)와;

   상기 용접헤드(24) 하단 타측에 설치되어 상기 박판 겹치기 이음부(14)의 일단에 접촉하는 접촉에지를 구비하여 상기 용접토치(31)의 이동방향을 유도하는 용접선 추적장치(33)와;

   상기 캐리지(22) 일측에 설치되고 상기 용접헤드(24) 상단과 연결되어 상기 용접헤드(24)를 인바튜브(11)방향으로 밀착시켜주는 스프링조절기구(23)로 구성된 것을 특징으로 하는 용접선 추적 및 부재 취부장치를 구비한 멤브레인 형식 액화천연가스 운반선 화물창 건조를 위한 플라즈마 자동 용접 장치.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 박판 겹치기 이음은 인바튜브(11)와 앵커링 바(13)의 겹치기 이음인 것을 특징으로 하는 용접선 추적 및 부재 취부장치를 구비한 멤브레인 형식 액화천연가스 운반선 화물창 건조를 위한 플라즈마 자동 용접 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서;

   상기 부재 가압장치(32)는 가압 롤러로서 상기 용접선 추적장치(33)의 이동방향과 인바튜브(11)방향으로 롤러의 조향이 일정각도로 기울어져 용접의 진행에 따라 용접선 추적장치(33)에 추적을 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 용접선 추적 및 부재 취부장치를 구비한 멤브레인 형식 액화천연가스 운반선 화물창 건조를 위한 플라즈마 자동 용접 장치.

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