KR100739104B1 - 현장공사의 티그(ｔｉｇ) 자동 용접 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치 및 방법은, 양쪽 강관의 접합부를 V형 맞대기 용접이 가능하도록 면취 가공하고, 강관 정형이음장치를 이용하여 양쪽 강관을 정형하고, 맞대기 용접이 가능하도록 나란히 정렬하며, 나란히 정렬된 양쪽 강관 사이의 미세 단차를 조정한 다음, 양쪽 강관의 맞대어진 부분의 수 개소에 가용접을 실시하고, 양쪽 강관의 접합부에 강관의 맞대기 용접장치를 이용하여 맞대기 용접을 실시하되, 강관의 둘레를 따라 용접 구간을 복수의 구간으로 구획한 상태에서 용접부를 따라 용접할 때, 각 구간별로 용접 토치에 제공되는 용접 전류가 단계적으로 다운되도록 하면서 용접을 실시하도록 구성됨으로써, 강관 용접 접합부의 용접 비드가 미려함과 아울러 용접 품질을 향상시킬 수 있고, 특히 강관 접속부의 접합 강도도 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
맞대기, 티그, TIG, 용접 로봇, 정형기, 용접 토치, 접촉식 센서, 솔리드 와이어

Description

현장공사의 티그(ＴＩＧ) 자동 용접 장치 및 방법{Automatic TIG-welding device and its welding method for constructing on field}
도 1은 선행 기술의 강관 정형이음장치가 백호우에 장착된 상태를 보인 사시도,
도 2는 선행 기술의 강관 정형이음장치의 내부 구조를 보인 정면도,
도 3은 선행 기술의 강관 정형이음장치에 용접로봇이 부가되어 용접 상태를 보인 측면도,
도 4는 선행 기술의 강관 정형이음장치에 용접로봇이 부가된 상태의 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치가 도시된 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치의 측면도로서, 강관 용접 상태를 보인 도면,
도 7은 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치의 정면 구성도로서, 강관 파지 전 상태를 보인 도면,
도 8은 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치의 정면 구성도로서, 강관 파지을 파지한 상태를 보인 도면,
도 9는 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치의 용접 로봇이 도시된 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치의 용접 로봇이 도시된 정면도,
도 11은 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치의 용접 로봇 주행 구조가 도시된 단면도,
도 12는 본 발명에 이용되는 강관 정형이음장치가 도시된 정면도로서, 강관 파지 전의 상태도,
도 13은 본 발명에 이용되는 강관 정형이음장치가 도시된 정면도로서, 강관 파지한 상태도,
도 14는 본 발명에 이용되는 강관 정형이음장치가 도시된 측면도,
도 15는 본 발명에 따른 티그(TIG)용접 방식을 이용한 강관 용접 방법이 도시된 순서도,
도 16a 내지 도 16g는 본 발명에 따른 티그(TIG)용접 방식을 이용한 강관 용접 방법이 도시된 개략적인 순서도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50 : 원형 몸체 55 : 상부 몸체
56, 57 : 쿼터형 몸체 60 : 연결 장치
70 : 개폐 장치 80 : 잠금 장치
90 : 정형 장치 100 : 정형 이음장치
100A, 100B : 정형기 125 : 정형 장치
125A : 정형 조정기구 125B : 지지 플레이트
126 : 정형 실린더 128 : 미세조정볼트
130 : 견인 장치 135 : 개폐 장치
140 : 연결 장치 150 : 잠금 장치
210 : 용접 주행부 211 : 레일 플레이트
215 : 주행 레일 220 : 용접 로봇
222 : 용접 토치 223 : 용접 와이어
225 : 접촉식 센서 230 : 주행 구동부
240 : 수직 수평 조절부 250 : 행거 베이스
260 : 센서 장착 조절부 270 : 토치 장착 조절부
300 : 용접 장치 500 : 베벨러
본 발명은 강관의 연결 시공시 외면 용접에 사용되는 용접장치에 관한 것으로서, 특히 티그(TIG; Tungsten inert gas welding) 용접기를 이용하여 강관을 맞대기 용접함으로써 강관 접합부를 보다 정밀하게 용접하여 용접성을 향상시킬 수 있는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 출원인은 일반 토사구간이나 가시설 구간 등 모든 현장 조건에 대형 강관 시공시에 배관 및 용접을 자동으로 수행하여 시공성, 경제성, 안전성 확보와 용접 접합부의 품질을 높여 배관 시스템의 내구성을 극대화시키기 위한 기술 개발을 지속하고 있다.
이에 본 출원인은 이러한 연구 개발의 성과에 힘입어 "강관의 시공방법"(특허 제10-0440555호), "강관의 정형장치"(특허 제10-0440185호), "강관의 정형이음장치"(특허 제10-0598551호)를 특허 출원하여 대한민국 특허청으로부터 특허 받은 바 있다.
도 1 내지 도 4는 위의 특허 발명 중 특허 제10-0598551호에 개시된 도면으로서, 이를 참조하여 강관의 정형이음장치에 대해 간략히 살펴보면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4는 위의 특허 발명 중 특허 제10-0598551호에 개시된 도면으로서, 도 1은 정형이음장치가 백호우에 매달려 이송되는 상태를 보인 도면이고, 도 2는 정형이음장치의 정면도이며, 도 3은 정형이음장치의 측면에 용접 로봇을 설치하여 상호 결합된 강관의 외면을 용접하고 있는 상태를 보인 측면도이며, 도 4는 역시 강관의 외면을 용접하고 있는 상태를 보인 정면도이다.
이를 참조하여 위 특허 발명의 강관의 정형이음장치에 대해 간략히 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 강관의 정형이음장치가 백호우(BH)의 작업용 암(R)에 연결되어 시공할 강관으로 이송되는 상태를 보여주고 있다.
이러한 강관의 정형이음장치는, 연결하고자 하는 양쪽 강관(P)을 파지한 상 태에서 강관의 끝단부분을 소정의 진원도로 성형하고, 양쪽 강관을 삽입 연결한 다음 도 3과 도 4에서와 같이 용접 로봇(30)을 이용하여 용접할 수 있도록 이루어진 장비이다.
즉, 강관의 정형이음장치는, 도 3에서와 같이 두 개의 정형기(10)가 나란히 위치되어, 연결 장치(40) 및 견인 장치(20)를 통해 서로 연결되게 구성된다.
각 정형기(10)는 폐쇄시 원형 구조를 이루도록 형성되어 있는 바, 도 2에 도시된 바와 같이 상부에 반원형 몸체(11a)가 구비되고, 하부에 한 쌍의 쿼터형 몸체(11b)가 구성되는데, 이 한 쌍의 쿼터형 몸체(11b)는 상기 반원형 몸체(11a)의 하부에 힌지(13)로 연결되어 강관의 둘레에 결합 및 분리될 때, 개폐가 가능하도록 구성된다.
상기 쿼터형 몸체(11b)의 개폐 작동은 상기 반원형 몸체(11a)와 쿼터형 몸체(11b) 사이를 연결하는 개폐 실린더(14)에 의해 이루어진다.
그리고 상기 양쪽 쿼터형 몸체(11b)가 서로 맞닿는 부분에는 정형기(10)가 원형 구조로 닫힌 상태에서 벌어지지 않도록 잠금 장치(15)가 구비된다.
이와 같은 상기 양쪽 정형기(10)의 상부에는 도 1에서와 같이 크레인 또는 백호우(BH) 등의 작업용 암(R)과 연결할 수 있도록 연결 장치(40)가 구성된다.
상기 양쪽 정형기(10)에는 도 4에서와 같이 연결하고자 하는 양쪽 강관(P)을 파지한 상태에서 양쪽 강관의 진원도를 정형할 수 있도록 반경 방향으로 실린더가 작동되는 다수의 정형 장치(16)가 일정 간격마다 다수개가 구비된다.
또한 상기 양쪽 정형기(10) 사이에는 도 1과 도 3에서와 같이 한쪽 정형 기(10)가 고정된 상태에서 다른 쪽 정형기(10)를 당겨서 상대 강관이 다른 강관에 삽입되도록 하는 견인 장치(20)가 구비된다.
특히, 상기 정형기(10)는 도 3에서와 같이 상호 결합된 강관의 연결 부분의 외면을 용접하기 위한 용접 로봇(30)이 마련된다.
이 용접로봇(30)은 한쪽 정형기(10)의 측면에 구비된 주행 레일(32)을 따라 강관의 둘레를 이동하면서 용접기(33)를 통해 강관의 외면을 용접할 수 있도록 이루어진다.
그러나 상기한 바와 같은 특허 발명의 용접 로봇(30)은 용접 토치를 수평, 수직 방향으로 정밀하게 이동시키면서 용접하기 어려울 뿐만 아니라, 용접 토치 및 접촉식 센서의 위치 설정도 쉽지 않은 문제점이 있다.
특히, 일반 CO2 가스 아크 용접 방식은 주로 강관의 수구 접합 구조에서 적용되는 용접 방식으로서, 강관을 맞대기 용접 방식으로 접합할 경우에 보다 높은 용접 성능 및 용접 품질이 요구되어 일반적인 CO2 가스 아크 용접 방식은 한계를 갖는 문제점이 있다.
한편, 상기 용접 로봇(30) 등이 정형이음장치에 장착되도록 구성되기 때문에 전체적인 장비의 구조가 복잡하고, 용접 작업의 신속성 및 신뢰성을 높이는데도 한계가 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 강관을 V형 맞대기 용접 방식으로 접합할 수 있도록 티그(TIG) 용접이 가능하도록 용접 로봇을 구성함과 아울러 맞대기 용접을 실시할 수 있도록 구성함으로써 강관 용접 접합부의 용접 비드가 미려하고, 용접 품질이 향상될 수 있도록 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 용접 토치와 용접 와이어를 동시 위빙시키면서 용접하도록 구성함과 아울러 아크 센서를 이용하여 용접 간극을 자동으로 조절할 수 있도록 구성함으로써 강관 외면의 용접 품질을 향상시킬 수 있는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치 및 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 용접 장치를 정형이음장치와 분리하여 별도로 구성함으로써 용접 작업의 신속성 및 신뢰성을 높여 생산성 및 시공성을 향상시킬 수 있는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 방법은, 양쪽 강관의 접합부를 V형 맞대기 용접이 가능하도록 면취 가공하는 단계와; 강관 정형이음장치를 이용하여 상기에서 면취 가공된 양쪽 강관을 정형하고, 맞대기 용접이 가능하도록 나란히 정렬하는 단계와; 정형 실린더의 피스톤 로드 끝단에 강관의 외면에 접촉되는 미세조정볼트가 설치되어 있는 강관 정형 이음장치를 이용하되, 상기 미세조정볼트를 회전시켜 상기 단계에서 나란히 정렬된 양쪽 강관 사이의 미세 단차를 조정하는 단계와; 상기 단계에서 양쪽 강관 사이의 단차가 조정되면, 양쪽 강관의 맞대어진 부분의 수 개소에 가용접을 실시하는 단계와; 상기 가용접 후에 양쪽 강관의 접합부에 강관의 맞대기 용접장치를 이용하여 맞대기 용접을 실시하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 맞대기 용접을 실시하는 단계에서 용접 토치와 용접 와이어가 동시에 위빙 작동되면서 강관의 접합부에 용접을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 맞대기 용접을 실시하는 단계에서 용접 토치와 용접부 사이의 간격은 아크 센서 방식을 이용하여 일정한 간격을 유지하면서 용접하는 것이 바람직하다.
상기 맞대기 용접을 실시하는 단계에서, 강관의 접속부 둘레에 복수의 패스로 용접을 실시하되, 모든 패스를 티그(TIG) 용접으로 실시할 수 있다.
또한 상기 맞대기 용접을 실시하는 단계에서, 강관의 접속부 둘레에 복수의 패스로 용접을 실시하되, 제 1 패스는 티그(TIG) 용접을 실시하고, 제 2 패스부터는 티그(TIG) 용접이 아닌 타 용접 방법으로 용접을 실시하는 것도 가능하다.
한편, 상기 맞대기 용접 단계는, 강관의 둘레를 따라 용접 구간을 복수의 구간으로 구획한 상태에서 용접부를 따라 용접할 때, 각 구간별로 용접 토치에 제공되는 용접 전류가 단계적으로 다운되도록 하면서 용접을 실시하는 것이 바람직하다.
다음, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치는, 강관의 둘레에 결합될 수 있도록 폐쇄시에 원형 구조를 갖는 원형 몸체와, 상기 원형 몸체의 한쪽 측면에서 원형 링 구조로 돌출되는 용접 주행부와, 상기 용접 주행부에 장착되어 이동하면서 강관을 용접하는 용접 로봇을 포함한 강관의 용접 장치에 있어서, 상기 용접 로봇은 상기 용접 주행부를 따라 이동하면서 상기 원형 몸체 쪽에 상기 용접 로봇을 연결하는 주행 구동부와, 상기 주행 구동부에 지지되게 설치되어 용접 로봇의 수평 방향 및 수직 방향의 위치를 조절할 수 있도록 이루어진 수직 수평 조절부와, 상기 수직 수평 조절부에 연결되어 용접 토치, 용접 와이어, 접촉식 센서를 지지하는 행거 베이스와, 상기 행거 베이스의 한 쪽에 연결되어 상기 접촉식 센서를 지지하는 센서 장착 조절부와, 상기 행거 베이스의 다른 쪽에 연결되어 상기 용접 토치 및 용접 와이어를 지지함과 아울러 용접 토치와 용접 와이어를 동시에 위빙 작동되도록 하는 토치 장착 조절부를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 센서 장착 조절부는 상기 행거 베이스에 수직 방향으로 고정되는 수직봉과, 이 수직봉에 설치되되 높이 조절이 가능함과 아울러 회전 방향의 위치 조절이 가능하도록 수직봉에 설치되는 수평 브래킷과, 수직 및 수평 방향으로 길이 조절이 가능하도록 이루어진 조절대와, 이 조절대에 수평 방향으로 결합됨과 아울러 상기 수평 브래킷에 그 끝단부가 고정되어 접촉식 센서의 수평 방향의 위치 조절이 가능하도록 이루어진 수평 조절 노브와, 상기 조절대에 수직 방향으로 결합되어 상기 접촉식 센서의 수직 방향의 위치 조절이 가능하도록 이루어진 수직 조절 노브와, 상기 수직 조절 노브의 끝단부에 수평 방향으로 연결되는 수평 연결대와, 이 수평 연결대에 각도 조절이 가능하도록 연결되어 접촉식 센서가 고정되는 센서 클램프를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 토치 장착 조절부는 상기 행거 베이스에 수직 방향으로 설치되는 지지 플레이트와, 이 지지 플레이트의 후면에 설치되어 상기 용접 토치의 위빙(weaving) 작동이 가능하도록 지지하는 위빙 구동부와, 상기 지지 플레이트의 안쪽에서 상기 위빙 구동부에 연결되어 용접 토치를 고정하여 장착하는 토치 클램프를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 위빙 구동부와 토치 클램프 사이에는 용접 토치의 용접각을 조절할 수 있도록 원주 방향으로 슬롯이 형성된 경사조절용 브래킷이 구비되어, 상기 토치 클램프를 나사 조립 방법으로 슬롯을 따라 그 위치를 고정함으로써 용접 토치의 용접각을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 경사조절용 브래킷에는 선단부가 고정된 상태에서 길게 연장되는 와이어 지지 브래킷과, 이 와이어 지지 브래킷의 끝단부에 위치 조절이 가능하게 연결되어 상기 용접 와이어가 장착되는 와이어 홀더가 설치되어, 용접 와이어의 길이 방향 및 회전 방향의 위치 조절이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
참고로, 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치는, 쓰레기 이송 관로 등에 사용되는 500mm 정도의 직경을 가진 소구경 강관들을 맞대기 용접하기 위한 장비이다. 이러한 본 발명의 장치는 반드시 소구경 강관에만 적용되는 것은 아니며, 일반적인 강관 이음장비로서, 폭넓게 적용할 수 있음은 물론이다.
아울러, 본 발명의 장치가 이용되는 강관은 도 6에서와 같이 상호 접합할 부분이 맞대기 용접이 가능하도록 베벨러 등에 의해 챔퍼 가공된 구조(CP)를 가지며, 상호 접합 부분의 일정 구간을 제외한 나머지 부분의 강관 외면에는 코팅(C)이 이루어질 수 있다.
이와 같은 강관을 용접하여 연결하는데 사용되는 본 발명의 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치가 도시된 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치는 강관(P)의 둘레에 결합될 수 있도록 원형 구조를 갖는 원형 몸체(50)가 구비된다. 이 원형 몸체는 반원형 상부 몸체(55)와 이 상부 몸체(55)의 양쪽에 결합되는 쿼터형 몸체(56,57)로 이루어진다.
상기 상부 몸체(55)와 양쪽 쿼터형 몸체(56,57) 사이에는 상기 쿼터형 몸체(56,57)의 개폐 상태를 조절하는 개폐 장치(70)가 구비되고, 상기 양쪽 쿼터형 몸체(56,57)가 상호 맞닿는 부분에는 강관을 파지한 상태에서 벌어지는 것을 방지하는 잠금 장치(80)가 구비된다.
상기 원형 몸체(50)에는 강관이 표면에 밀착되면서 강관의 진원을 조정하면서 본 발명의 장치가 강관 둘레에 고정될 수 있도록 정형 장치(90)가 구비된다.
특히, 상기 원형 몸체(50)에는 자동 용접부(200)가 구성되는데, 이 자동 용접부(200)는 상기 원형 몸체(50)의 한쪽 측면에 원형 링 구조로 돌출되는 용접 주 행부(210)가 구비되고, 이 용접 주행부(210)에 강관 둘레를 따라 이동하면서 강관의 외면을 용접하는 용접 로봇(220)이 장착된 구성으로 이루어진다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치의 주요 구성 부분에 대하여 도 5 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 위에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전체 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 장치의 측면 내부 구성도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 장치의 정면 구성도로서, 도 7은 강관 파지전의 상태도, 도 8은 강관을 파지한 상태도이다.
먼저, 상기 원형 몸체(50)는 강관(P)의 둘레를 파지할 수 있도록 폐쇄시 원형 구조를 갖도록 구성된다.
이 원형 몸체(50)는 도 6에서와 같이 전체적으로 양측 링형 플레이트(51,52) 사이에 본 장치를 구성하는데 필요한 여러 장치들이 설치되고, 두 플레이트(51,52) 사이에는 연결 부재(53)가 구비되어 간격 유지 및 상호 고정이 이루어지도록 구성된다.
특히 상기 원형 몸체(50)는 도 7에서와 같이 크게 반원형 구조를 가진 상부 몸체(55)와, 상기 상부 몸체(55)의 양단부에 회전 가능하게 각각 연결되고 양 끝단부가 서로 잠가질 수 있게 구성되는 쿼터형 몸체(56,57)로 이루어진다.
즉, 상기 상부 몸체(55)는 원형 구조에서 대략 1/2의 크기로 분할되고, 쿼터 형 몸체(56,57)는 대략 1/4의 크기로 분할되어, 상호 조립됨으로써 강관의 둘레를 파지할 수 있도록 원형 구조를 이루게 된다.
다음, 상기 상부 몸체(55)의 상측에는 본 발명의 장치를 도 1에서와 같은 백호우(BH) 또는 크레인 등의 장비를 이용하여 인양하거나 이동시킬 수 있도록 연결 장치(60)가 구비된다.
이 연결 장치(60)는 도 6에서와 같이 상기 링형 플레이트(51,52)의 양쪽에 연결 플레이트(61)가 각각 고정되고, 두 연결 플레이트(61) 사이에 연결축(62)이 설치되며, 이 연결축(62)에 체인 등을 연결할 수 있는 연결 고리(63)가 구성된다. 물론 상기 연결 고리(63)는 상기 연결축(62)으로부터 어느 정도 자유롭게 회전할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 상부 몸체(55)와 쿼터형 몸체(56,57)의 연결부분 사이에는 본 발명의 장치를 강관(P)의 둘레에 결합시킬 때, 쿼터형 몸체(56,57)를 벌린 상태에서 다시 모아지도록 하기 위한 개폐 장치(70)가 구비된다.
상기 개폐 장치(70)는 유압 실린더(71)로 구성되며, 상기 양쪽 쿼터형 몸체(56,57)에 각각 구비된다. 물론 상기 상부 몸체(55)와 쿼터형 몸체(56,57)의 연결부에는 힌지(58, 59)가 각각 구비된다.
다음, 상기 양쪽 쿼터형 몸체(56,57)의 상호 마주하는 끝단부에는 강관에 둘레에 결합될 때, 벌어지는 것을 방지할 수 있도록 잠금 장치(80)가 구성된다.
이 잠금 장치(80)는 유압에 의해 잠금이 이루어지도록 구성되는 것이 바람직한데, 도 7을 참고하면, 상기 양쪽 쿼터형 몸체(56,57)의 양쪽 잠금부(56a,57a)가 서로 겹치게 위치된 상태에서 가운데 설치된 잠금 실린더(81)의 로드(82)가 양쪽으로 돌출되면서 상기 양쪽 잠금부(56a,57a)를 각각 관통하면서 잠금이 이루어지도록 구성된다.
다음, 상기 원형 몸체(50)에서 양쪽 링형 플레이트(51,52) 사이에는 강관(P)의 진원을 조정하고, 강관의 둘레에 본 발명의 장치를 안정적으로 고정하기 위한 복수의 정형 장치(90)가 구성된다.
상기 정형 장치(90)는 상기 원형 몸체(50)에서 복수개가 일정 간격마다 설치되는 것이 바람직한 바, 본 발명의 실시예에서는 4개가 설치된 구조를 예시하고 있다.
즉, 상기 정형 장치(90)는 상부 몸체(55)에 두 개가 설치되고, 쿼터형 몸체(56,57)에 각각 하나씩 설치되며, 각각의 구성은 원형 몸체(50)에 고정된 정형 실린더(91)와, 이 정형 실린더에 연결되어 직선 이동하면서 강관(P)의 외면에 밀착되는 정형 플레이트(93)로 구성된다.
특히 본 발명에 따른 용접 장치는 소구경 맞대기 용접에 사용되므로, 상기 정형 장치(90)는 강관(P) 둘레에 전체적으로 균일한 수직압을 제공하면서 용접시 열변형에 의해 맞대기 이음부가 틀어지면서 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 구성된다. 또한 강관(P)의 외면에 코팅된 경우도 코팅 부분(C)이 손상되지 않도록 밀착되게 구성된다.
이러한 정형 장치(90)는 강관의 외면에 밀착되는 정형 플레이트(93)가 도 6에서와 같이 원형 몸체(50) 밖으로 더 돌출되어 강관에 균일하게 접촉하는데 충분 한 면적을 갖도록 형성되며, 이 정형 플레이트(93)에는 강관의 외면에 부드럽게 접촉하도록 일정 간격마다 복수의 완충 패드(95)들이 설치된다. 본 실시예의 도면에서는 하나의 정형 플레이트(93)에 3개의 완충 패드(95)가 구성된 것을 예시하였다.
물론, 완충 패드(95)는 상기 정형 플레이트(93)의 전면에 걸쳐서 설치되는 것도 가능하며, 패드의 소재로는 실리콘 소재 또는 벨트류에 사용되는 섬유 소재 등을 이용할 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 8에서 참조 번호 65는 본 발명의 장치를 특정 장소에 보관할 대 보다 안정되게 보관할 수 있도록 곡면판 구조로 연장된 보관용 플레이트를 나타낸 것이다.
또한 참조 번호 99는 상기 정형 실린더(91)를 포함하여, 개폐 실린더(71), 잠금 실린더(81) 등에 유압 제공을 단속하는 솔레노이드 밸브들을 나타낸다. 이러한 솔레노이드 밸브(99)들은 원형 몸체(50)의 상부에서 양쪽 플레이트 사이에 설치될 수 있다.
다음, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 장치는, 원형 몸체(50)에 연결 장치(60), 개폐 장치(70), 잠금 장치(80), 정형 장치(90) 등이 구성되는데, 이러한 기본적인 구성에 강관(P) 외면에 티그(TIG; Tungsten inert gas welding) 맞대기 자동 용접을 실시할 수 있도록 자동 용접부(200)가 구성된다.
상기 자동 용접부(200)는 도 5 및 도 6에서와 같이 상기 원형 몸체(50)의 한쪽 측면에서 원형 링 구조로 돌출되는 용접 주행부(210)와, 이 용접 주행부(210)에 장착되어 이동하면서 강관의 외면을 용접하는 용접 로봇(220)으로 이루어진다.
상기 용접 주행부(210)는 상기 원형 몸체(50)의 한쪽 측면에 링형 구조로 돌출되게 설치되는 레일 플레이트(211)와, 이 레일 플레이트(211)의 안쪽 면에 구비되어 상기 용접 로봇(220)이 따라서 이동할 수 있도록 이루어진 주행 레일(215)로 구성된다.
여기서 상기 레일 플레이트(211) 및 주행 레일(215)은 상기 원형 몸체(50)에서 상부 몸체(55), 쿼터형 몸체(56,57)와 동일하게 나누어져 구성되며, 상기 주행 레일(215)은 상기 레일 플레이트(211)에 설치된 레일 받침대(213)에 의해 레일 플레이트의 안쪽 면으로부터 일정 간격 이격된 상태로 설치되며, 그 내주면은 상기 용접 로봇(220)의 원활한 이동을 위해 기어 구조를 갖는 선형 부재로 구성되는 것이 바람직하다.
이러한 용접 주행부(210)를 따라서 이동하는 용접 로봇(220)의 주행 구조에 대해서는 도 11을 참조하여 다음에 자세히 설명한다.
먼저, 상기 용접 로봇(220)의 구성에 대하여 주로, 도 9 내지 도 11을 참조하여 자세히 설명한다.
도 9는 상기 용접 로봇의 사시도이고, 도 10은 상기 용접 로봇이 도시된 정면도이며, 도 11은 상기 용접 로봇 주행 구조가 도시된 개략적인 단면도이다.
도시된 바와 같이 용접 로봇(220)은 상기 주행 레일(215)을 따라 이동하면서 원형 몸체(50) 쪽에 상기 용접 로봇(220)을 연결하는 주행 구동부(230)와, 상기 주행 구동부(230)에 지지되게 설치되어 용접 로봇(220)의 수평 방향 및 수직 방향의 위치를 조절할 수 있도록 이루어진 수직 수평 조절부(240)와, 상기 수직 수평 조절부(240)에 연결되어 이후 설명될 티그(TIG) 용접 토치(222), 용접 와이어(223), 접촉식 센서(225)를 지지하는 행거 베이스(250)와, 상기 행거 베이스(250)의 한 쪽에 연결되어 접촉식 센서(225)를 지지하는 센서 장착 조절부(260)와, 상기 행거 베이스(250)의 다른 쪽에 연결되어 용접 토치(222) 및 용접 와이어(223)를 지지하는 토치 장착 조절부(270)로 구성된다.
상기 수직 수평 조절부(240)에는 외부 신호를 입력받아 본 발명의 용접 로봇(220)을 제어할 수 있도록 콘트롤 박스(217)가 구비된다.
이러한 용접 로봇(220)의 각각의 주요 구성 부분에 대해 자세히 설명한다.
상기 주행 구동부(230)를 설명하기에 앞서, 도 11 등을 참조하여, 상기 레일 플레이트(211)에 구비되는 주행 레일(215)의 설치 구조에 대해 설명하면, 상기 주행 레일(215)은 위에서 설명한 바와 같이 레일 지지대(213)에 의해 상기 레일 플레이트(211)로부터 일정 간격 이격된 상태로 설치된다.
이러한 주행 레일(215)은 레일 고정 볼트(미도시)에 의해 상기 레일 플레이트(211)에 고정되게 설치된다.
특히 상기 주행 레일(215)은 긴 선형 구조로 형성되는데, 그 양측에 이후 설명될 주행 롤러(233)가 결합되도록 롤러 결합부(215a)가 돌출되어 형성되고, 내측면에는 이후 설명될 구동 기어(237)가 치합되게 랙 구조의 기어치(215b)가 형성된다.
이제 상기 용접 로봇(220)의 주행 구동부(230)에 대하여 설명하면, 구동부의 몸체를 이루고 상기 수직 수평 조절부(240)가 연결되는 주행 베이스(231)와, 상기 주행 베이스(231)에 회전 가능하도록 설치되어 상기 주행 레일(215)의 롤러 결합부(215a)에 결합되는 주행 롤러(233)와, 상기 주행 베이스(231)의 일측에 설치되어 구동력을 발생시키는 주행 모터(235)와, 상기 주행 베이스(231)에서 상기 주행 레일(215)의 기어치(215a)에 치합되도록 설치되어 상기 주행 모터(235)의 구동력에 의해 회전면서 용접 로봇(220)을 이동시키는 구동 기어(237)로 구성된다.
상기 주행 베이스(231)의 내부에는 상기 주행 모터(235)에서 상기 구동 기어(237)에 전달되는 동력 감속 및 동력 전달을 위해 웜 감속기 등이 구비된다.
상기 주행 롤러(233)는 상기 주행 베이스(231)의 이동 방향으로 앞쪽과 뒤쪽에 한 쌍씩 모두 4개가 설치되어 상기 주행 레일(215)의 양쪽에 결합됨으로써 보다 안정된 지지 상태를 유지할 수 있도록 구성된다.
상기 주행 모터(235)는 DC 모터보다는 스탭핑(Stapping) 모터로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 구동 기어(237)는 상기 주행 레일(215)에 랙과 피니언 구조로 치합되어 주행이 가능하도록 하는 구성으로 이루어진다.
다음, 상기 수직 수평 조절부(240)는 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 주행 구동부(230)의 주행 베이스(231)에 고정된 연결 브래킷(232)의 상부에 수평 방향으로 연결되어 연결 브래킷(232)에 대하여 수평 방향으로 이동하는 수평 가이드(241)와, 이 수평 가이드(241)에 수직 방향으로 고정되고 상기 행거 베이스(250)가 연결되어 이 행거 베이스(250)가 수직 방향으로 이동되도록 안내하는 수직 가이드(245)로 구성된다.
여기서 상기 수평 가이드(241) 및 수직 가이드(245)의 내부에는 상기 수평 가이드(241) 및 행거 베이스(250)가 수평 및 수직 이동이 가능하도록 하는 구동부가 구비되는데, 이 구동부는 통상적으로 사용되는 직선 이송 기구가 사용된다. 그 일례로 모터의 구동력에 의해 연결 부품의 직선 이동이 가능하도록 하는 볼 스크류 등이 있다.
상기 수평 가이드(241)의 상부에는 상기한 용접 로봇(220)을 제어하도록 상기한 콘트롤 박스(217)가 설치되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 행거 베이스(250)는 상기 수직 가이드(245)에 수직 방향으로 직선 이동토록 연결되는 수직 플레이트(251)와, 이 수직 플레이트(251)에 상하 방향으로 꺾임 조절이 가능하도록 관절부(253)를 통해서 연결되어 상기 센서 장착 조절부(260) 및 토치 장착 조절부(270)가 연결되어 설치될 수 있도록 하는 수평 플레이트(255)로 이루어진다.
여기서 상기 관절부(253)는 상기 수직 플레이트(251)에 대하여 수평 플레이트(255)가 회전 조절이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이러한 관절부(252) 및 회전 조절 구조는 자동 조절이 가능하도록 구성할 수 있으나, 본 실시예에서는 용접 로봇(220)을 초기 세팅할 때, 용접 토치(222) 및 접촉식 센서(225)의 위치를 적절하게 조절할 수 있도록 조정 볼트 등을 통해 위치를 조절하고, 위치 조절된 상태에서 고정될 수 있는 구성을 예시하였다.
다음, 상기 센서 장착 조절부(260)는 상기 행거 베이스(250)의 수평 플레이트(255)에 수직 방향으로 고정되는 수직봉(261)과, 이 수직봉(261)에 설치되되 높이 조절이 가능함과 아울러 회전 방향의 위치 조절이 가능하도록 수직봉(261)에 설치되는 수평 브래킷(262)과, 수직 및 수평 방향으로 길이 조절이 가능하도록 이루어진 조절대(263)와, 이 조절대(263)에 수평 방향으로 결합됨과 아울러 상기 수평 브래킷(262)에 그 끝단부가 고정되어 접촉식 센서(225)의 수평 방향의 위치 조절이 가능하도록 이루어진 수평 조절 노브(264)와, 상기 조절대(263)에 수직 방향으로 결합되어 상기 접촉식 센서(225)의 수직 방향의 위치 조절이 가능하도록 이루어진 수직 조절 노브(265)와, 상기 수직 조절 노브(265)의 끝단부에 수평 방향으로 연결되는 수평 연결대(266)와, 이 수평 연결대(266)에 각도 조절이 가능하도록 연결되어 접촉식 센서(225)가 고정되는 센서 클램프(267)로 구성된다.
여기서 상기 접촉식 센서(225)는 통상 특정 물체에 접촉되어 그 위치 변화를 감지하는 센서로서, 도면에서와 같이 센서 프로브(225a)와, 이 프로브의 신호를 외부에 전달하는 신호 전송박스(225b)로 이루어져, 강관 접속부 외면의 용접할 부분을 따라 이동하면서 용접 토치(222)의 용접 위치를 적절하게 변화시킬 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
물론, 본 발명의 실시예에서는 접촉식 센서(225)를 예시하여 설명하였으나, 조건에 따라서는 용접 위치 추적이 가능한 비접촉식 센서(225)를 이용하여 구성하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같은 접촉식 센서(225)는 상기 수직봉(261), 수평 브래킷(262), 수평 조절 노브(263), 수직 조절 노브(265), 수평 연결대(267)와 센서 클램프(265) 의 연결 부분을 이용하여 X,Y,Z,?? 방향으로의 위치 조절이 가능하게 된다. 이러한 접촉식 센서는 상기 용접 토치(222)와 최대한 근접하여 위치되게 조절되는 것이 바람직하다.
상기 접촉식 센서(225)가 강관의 외면에 접촉되면서 감지한 결과는 콘트롤 박스(217) 등을 통해 메인 제어부에 입력되고, 상기 접촉식 센서(225)의 감지 결과에 따라 메인 제어부에서 상기 수직 수평 조절부(240)를 작동하여 용접 토치(222)의 용접 위치를 조절하게 된다.
한편 상기에서는 주로 접촉식 센서(225)의 위치 설정을 위한 구성을 주로 수동식 구조로 이루어진 것을 예시하였으나, 실시 조건에 따라서는 전동 모터를 구비하여 자동으로 상기 수평 조절 노브(263), 수직 조절 노브(265)의 조절하여 위치를 조절하는 구성도 가능하다.
다음, 상기 토치 장착 조절부(270)는 기본적으로 상기 티그(TIG) 용접 토치(222)와 용접 와이어(223)가 동시에 위빙 작동되면서 용접이 이루어질 수 있도록 구성된다.
즉, 토치 장착 조절부(270)는 상기 행거 베이스(250)의 수평 플레이트(255)에 수직 방향으로 설치되는 지지 플레이트(279)와, 이 지지 플레이트의 후면에 설치되어 상기 용접 토치(222)의 위빙(weaving) 작동이 가능하도록 지지하는 위빙 구동부(273)와, 상기 지지 플레이트(279)의 안쪽에서 상기 위빙 구동부에 연결되어 용접 토치(222)를 고정하여 장착하는 상기 토치 클램프(271)로 구성된다.
상기 용접 토치(222)는 아크 용접 방식 중 가스-텅스텐 아크 용접법, 즉 티 그(TIG) 용접 방식을 가능하게 구성된 것으로서, 관체형의 용접 하우징 내에 텅스텐으로 된 용접봉이 구비되고, 이 용접봉 주위에 불활성 가스(예를 들면 아르곤 가스)를 공급하도록 이루어져, 용접시 용접봉과 용접 부위 사이에 아크를 발생시키면서 상기 용접 와이어(223)를 녹여 용접하도록 구성된다.
이러한 용접 토치(222)를 고정하는 상기 토치 클램프(271)는 상기 위빙 구동부(273)에 의해 병진 운동이 가능하도록 상기 위빙 구동부(273) 쪽에 연결되어 지지되고, 상기 용접 토치(222)를 고정 또는 분리하거나 돌출 길이를 조절할 수 있도록 나사 조임 구조를 갖는 토치 고정노브(271a)가 구비된다.
또한 상기 토치 클램프(271)의 앞쪽에는 용접 토치의 용접각을 조절할 수 있도록 원주 방향으로 슬롯이 형성된 경사조절용 브래킷(272)이 구비된다. 이 경사조절용 브래킷(272)은 상기 토치 클램프(271)를 나사 조립 방법으로 슬롯(272a)을 따라 그 위치를 고정함으로써 용접 토치의 용접각을 조절할 수 있도록 구성된다.
이러한 경사조절용 브래킷(272)은 위빙 구동부(273) 쪽에 고정되어 위빙 작동시에 용접 토치(222) 및 토치 클램프(271)와 함께 하나의 세트를 이루며 위빙 운동을 하도록 구성된다.
상기 위빙 구동부(273)는 상기 용접 토치(222) 및 용접 와이어(223)가 용접 방향에 대해 일정 폭 내에서 연속적으로 왕복하도록 구동하는 장치로서, 상기 지지 플레이트(279)의 뒤쪽에 고정되어 위빙 구동력을 상기 경사조절용 브래킷(272) 또는 토치 클램프(271)에 전달하여 위빙 작동이 이루어지도록 하는 위빙 전달기(275)와, 이 위빙 전달기에 설치되어 위빙 구동력을 발생시키는 위빙 모터(274)로 구성 된다.
상기 위빙 전달기(275)는 상기 위빙 모터(274)의 회전력을 전달받아 상기 용접 토치(222)가 용접 진행 방향에 대해 대략 직교하는 방향으로 위빙 운동을 할 수 있도록 구성된 것으로서, 도 10에서와 같이 위빙축(276)이 정역회전을 반복함으로써 용접 토치의 위빙 운동이 가능하도록 구성된다.
상기와 같이 구성되는 토치 장착 조절부(270)에 구성되는 용접 토치(222)는 수평 및 수직 방향으로의 이동은 상기 접촉식 센서(225)와 같이 수직 수평 조절부(240)의 작동에 따라 이루어진다.
또한 상기 위빙 구동부(273)가 작동하게 되면, 용접 토치(222)가 강관(P)의 용접 부위에 좌우로 위빙 운동을 하면서 이동하게 되므로, 강관의 외면의 위빙 용접이 가능해진다.
한편, 상기 경사조절용 브래킷(272)에는 용접 와이어(223)를 지지할 수 있도록 구성되는데, 상기 경사조절용 브래킷(272)에 선단부가 연결되어 접촉식 센서 방향으로 길게 연장되는 와이어 지지 브래킷(280)과, 이 와이어 지지 브래킷(280)의 끝단부에 위치 조절이 가능하게 연결되어 용접 와이어(223)가 장착되는 와이어 홀더(282)로 구성된다.
상기 와이어 지지 브래킷(280)은 강관의 용접 부분에 지속적으로 용접 와이어(223), 즉, 솔리드 와이어(SOLID WIRE)를 공급할 수 있도록 지지하는 구성 부분으로서, 상기 용접 와이어의 위치를 다양하게 조절할 수 있도록 상기 경사조절용 브래킷(272)을 상기 위빙축(276)에 지지된 블록(276a)에 볼트(272b) 등을 이용하여 고정할 수 있도록 구성되는데, 길이 방향으로 일정 간격마다 다수의 홀(280a)이 형성되고, 상기 와이어 홀더(282)가 설치되는 부분에는 긴 슬롯(280b)이 형성되어 용접 와이어(223)의 길이 방향 및 회전 방향의 위치 조절이 가능하도록 구성된다.
또한 와이어 홀더(282)는 그 내부에 용접 와이어(223)가 통과할 수 있도록 구성되어 상기 와이어 지지 브래킷(280)의 끝단에 나사 조립되어 구성된다.
상기와 같이 용접 토치(222) 및 용접 와이어(223)가 토치 클램프(271)와 와이어 홀더(282)에 장착된 상태에서 상기 경사조절용 브래킷(272)에 함께 연결되어 설치되므로, 용접 토치(222) 및 용접 와이어(223)가 위빙 구동부(273)에 의해 동시에 위빙 운동을 하면서 용접을 실시할 수 있게 된다.
다음, 본 발명의 용접 장치가 티그(TIG) 용접 방식을 주로 이용하도록 구성되는 바, 티그(TIG) 용접의 특성상, 강관의 용접부와 용접 토치(222) 사이의 간극, 즉 간격이 항상 일정하게 유지되면서 용접을 진행하여야 우수한 용접 품질을 확보할 수 있게 된다.
본 발명에서는 강관의 용접부와 용접 토치의 간격을 일정하게 유지하는 방법으로 아크 센서를 이용하게 된다.
아크 센서는 용접 토치(222)의 팁(Tip)과 강관(P) 용접부(모재) 간의 거리 변화에 따른 전류 및 전압값 변화를 이용하여 강관의 용접부와 용접 토치(222) 사이의 간격을 자동 조절할 수 있도록 구성된다. 즉, 용접 토치(222)와 용접부 사이의 간격이 멀어지게 되면 측정되는 전류값은 낮아지고, 간격이 좁아지면 용접 전류값이 증가하게 된다.
따라서 이러한 원리를 이용하여 용접 토치(222)와 강관 용접부 사이의 간격을 측정하면서 아크센서 제어기(미도시)를 통해 설정된 적정 용접 간격으로 제어하면서 티그(TIG) 용접을 실시하게 된다.
여기서 상기 아크센서 제어기는 상기한 수직 수평 조절부(240)의 수직 가이드(245)의 작동을 제어함으로써 용접 토치(222)와 강관 용접부 사이의 간극을 조절하게 된다.
한편, 상기 용접 토치(222)가 티그(TIG) 용접 방식으로 구성되므로, 상기 아크센서 제어기 외에 티그(TIG) 용접에 필요한 용접기 제어 박스와, 불활성(아르곤) 가스 공급기, 용접 와이어 송급기 등이 필요하게 되며, 이에 대한 구성은 일반적으로 티그(TIG) 용접 방식에 채택되는 부대장비들이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
다만, 본 발명의 장치에 사용되는 용접기 제어 박스는 일본 특개소 58-128285호에 개시된 '용접 방법 및 장치'의 기술을 이용한 제어장치를 이용할 수 있다.
즉, 상기 공개 발명은 강관(파이프)의 용접 구간을 복수의 섹션으로 구획하고, 용접 토치가 각 섹션을 경유하면서 용접할 때, 용접 토치에 제공되는 용접 전류가 단계적으로 상승 또는 다운되도록 제어하는 구성으로 이루어져 있다.
따라서 본 발명의 용접장치도 소구경 또는 대구경 강관을 티그(TIG) 용접 방식으로 용접하는 장치인 바, 상기 특허 발명의 제어 장치를 이용하여 용접 구간에 따라 용접 전류 및 전압을 적절하게 제어하게 되면 보다 정밀하고 우수한 용접 품 질을 확보할 수 있게 된다.
다음, 본 발명의 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 방법을 설명하기에 앞서, 양쪽 강관을 용접하기 전에 양쪽 강관을 정형하고, 상호 맞댄 상태에서 단차를 조정할 수 있는 강관 맞대기 정형이음장치에 대하여 도 12 내지 도 14를 참조하여 설명하면 한다.
도 12와 도 13은 본 발명에 사용되는 강관 맞대기용 정형이음장치의 정면도로서, 도 12 및 도 13은 강관을 파지하기 전 및 강관 파지한 후의 상태를 나타낸 도면들이다. 그리고 도 14는 본 발명에 따른 강관 맞대기용 정형이음장치의 측면도이다.
본 발명에 사용되는 강관 맞대기용 정형이음장치는, 강관(P)을 각각 정형할 수 있도록 도 14에서와 같이 원형 몸체(111,112)로 이루어진 2개의 정형기(100A, 100B)가 나란히 배치되어 아래에서 설명될 견인 장치(130) 및 연결 장치(140)에 의해 하나의 세트로 연결되어 구성된다.
이러한 상기 각 정형기(100A)(100B)의 원형 몸체(111,112)는 도 12 내지 도 13에서와 같이 반원형 구조의 상부 몸체(113)와, 이 상부 몸체(113)의 양쪽에 결합되어 개폐 및 잠금이 이루어지는 양쪽 쿼터형 몸체(114,115)가 상호 조립되어 구성된다.
상기 양쪽 쿼터형 몸체(114,115)는 상기 상부 몸체(113)에 연결축(137)을 통해 연결되어 도 13에서와 같이 정형기(100A, 100B) 폐쇄시에는 전체가 하나의 원을 이루도록 회전하고, 강관(P)의 둘레에 삽입될 때와 같이 개방시에는 도 12에서와 같이 양쪽으로 벌어지도록 구성된다.
다음, 상기 상부 몸체(113)와 쿼터형 몸체(114,115)의 연결부분 사이에는 강관(P)의 둘레에 결합시킬 때, 쿼터형 몸체(114,115)를 벌린 상태에서 다시 모아지도록 하기 위한 개폐 실린더(136)가 포함된 개폐 장치(135)가 구비된다.
여기서 상기 개폐 장치(135)가 설치된 상기 상부 몸체(113)와 쿼터형 몸체(114,115)의 연결부분에 대하여 설명한다.
상기 상부 몸체(113)와 양쪽 쿼터형 몸체(114,115)를 이루는 전면과 후면 플레이트들은 동일한 평면을 이루도록 구성된다. 그리고 상기 상부 몸체(113)와 양쪽 쿼터형 몸체(114,115) 중 어느 한쪽 몸체(도면에서는 쿼터형 몸체(114,115))의 양쪽 외면에 연결 플레이트를 각각 설치되고, 이 연결 플레이트가 상대 몸체(도면에서는 상부 몸체(113)) 방향으로 연장된 상태에서 상기 연결축(137)으로 상호 연결되게 구성된다.
이러한 구성은 상부 몸체(113) 또는 양쪽 쿼터형 몸체(114,115) 중 어느 한쪽 몸체의 폭을 줄이지 않고 양쪽 몸체를 동일한 폭으로 형성하여 소구경 강관의 정형 이음에 적합하도록 구성한 것이다.
또한 상기 연결축(137)은 상기 각 원형 몸체(111,112)의 내주면 쪽에 위치되게 설치하고, 상기 상부 몸체(113)와 쿼터형 몸체(114,115)를 이루는 양쪽 플레이트는, 상기 연결축(137)을 중심으로 상호 접하는 부분이 쿼터형 몸체(114,115) 회전 작동시에 지장을 주지 않도록 볼록 및 오목 구조로 접하도록 라운드 접촉 면(139a)이 형성된다.
이와 함께 라운드 접촉면(139a)에서 원형 몸체(111,112)의 외주면 방향으로는 양쪽 플레이트의 거리가 점차 멀어지도록 형성하여, 상기 양쪽 쿼터형 몸체(114,115)가 양쪽으로 벌어질 때 일정 간격 이상 벌어지면 상호 접촉되면서 더 이상 벌어지지 않도록 스토퍼면(139b)이 구비된다.
그리고 상기 원형 몸체(111,112)는 수평 방향의 폭을 최소화할 수 있도록 상기 상부 몸체(113)와 쿼터형 몸체(114,115)가 상호 연결된 부분의 바깥쪽 양 측면이 원형 구조에서 더 안쪽으로 들어가도록 삭제된 구조의 삭제부(139c)가 형성된다.
다음, 상기 정형기(100A, 100B)에는 상기 각 원형 몸체(111,112)의 내부에 강관(P)의 진원을 조정하고, 강관의 둘레에 본 발명의 장치를 안정적으로 고정하기 위한 복수의 정형 장치(125)들이 구성된다.
특히 상기 정형 장치(125)는 소구경 강관의 맞대기 이음에 접합하도록 구성되는데, 상기 각 정형기(100A, 100B)에는 양쪽 강관을 견인하여 맞대기 할 때, 양쪽 강관 사이에 발생하는 단차를 조정할 수 있도록 상기 원형 몸체(111,112)의 내측 방향으로 돌출되게 구성된다.
이러한 상기 정형 장치(125)는, 상기 원형 몸체(111,112)에서 일정 간격마다 돌출되게 설치되어 강관(P)의 하부를 지지하는 복수의 지지 플레이트(125B)와, 상기 원형 몸체(111,112)에서 반경 방향으로 이동하는 정형 실린더(126)들이 일정 간격마다 설치되어 강관의 상부에 접촉하면서 강관을 정형하거나 단차를 조정하는 복 수의 정형 조정기구(125A)로 구성된다.
이때 상기 지지 플레이트(125B)들은 상기 양쪽 쿼터형 몸체(114,115)에 각각 구비되고, 상기 정형 조정기구(125A)들은 상기 상부 몸체(113)에 각각 구비된다.
상기 지지 플레이트(125B)는 강관의 길이 방향을 따라 길게 형성된 플레이트(129)로 이루어져, 상기 쿼터형 몸체(114,115)를 이루는 양쪽 플레이트 사이에 고정되게 설치된다. 물론 지지 플레이트(125B)들의 돌출 높이는 상부에 위치된 정형 조정기구(125A)를 통해 진원을 조정할 때 강관(P)의 하부를 지지하면서 강관의 하부 진원도 및 단차도 함께 조정할 수 있도록 설정된다.
이러한 지지 플레이트(125B)의 끝단에는 강관에 접촉되는 플레이트(129) 면에 완충 패드(129a)가 설치되는데, 이 완충 패드는 고체형 실리콘이나, 벨트 소재로 이용되는 섬유재 등으로 구성될 수 있다.
상기 정형 조정기구(125A)는 먼저 자동으로 양쪽 강관을 정형한 다음, 나중에 수동으로 이하 설명될 미세조절볼트(128)를 스패너 등의 공구로 회전시켜 양쪽 강관 사이의 단차를 미세 조정할 수 있도록 구성된다.
이러한 정형 조정기구(125A)는 상기 상부 몸체(113) 내에 정형 실린더(126)가 설치되고, 이 정형 실린더(126)에는 반경 방향 즉, 강관의 외면 방향으로 피스톤 로드(127)가 돌출되게 구성된다. 특히 상기 피스톤 로드(127)의 끝단에는 양쪽 강관 사이의 단차를 미세 조정할 수 있도록 미세조정볼트(128)가 구비된다.
미세조정볼트(128)는 상기 피스톤 로드(127)에 나사 결합되는 방식으로 장착되어 머리부가 강관의 표면에 접촉하도록 구성된다. 물론, 상기 머리부에서 강관의 표면에 접촉하는 부분에는 상기 지지 플레이트(125B)에 설치되는 완충 패드(129a)와 같은 패드(128a)를 설치하여 구성할 수 있다.
한편, 상기와 같은 지지 플레이트(125B) 및 정형 조정기구(125A)는 강관을 중심으로 대략 18도 정도에 하나씩 배치되게 구성되는 것이 바람직한데, 이와 같이 지지 플레이트(125B) 및 정형 조정기구(125A)들을 조밀하게 배치하는 이유는 맞대기 용접을 위해서는 양쪽 강관(P)에서 서로 맞댄 부분의 단차가 3mm 이하가 되도록 전 부분을 미세하게 조정해야 되기 때문이다.
다음, 상기 양쪽 정형기 즉, 양쪽 원형 몸체(111,112) 사이에는 견인 장치(130)가 구비되는데, 이 견인 장치(130)는 도 10에서와 같이 상기 양쪽 강관(P)을 양쪽 정형기(100A, 100B)를 통해 각각 파지한 상태에서 양쪽 강관(P)이 상호 맞대어진 상태로 접속되도록 한쪽 강관을 견인하여 연결시키기 위한 장치로서, 견인 실린더(131)를 작동하여 어느 정도 진원이 확보된 양쪽 강관(P)을 상호 맞댈 수 있도록 구성된다. 물론 견인 실린더(131)의 양측에는 양쪽 원형 몸체(111,112)를 서로 연결하고 견인 작동시에 직선 이동을 안내하는 견인 가이드봉(132)이 구비된다.
다음, 상기 양쪽 정형기(100A, 100B)의 상부에 크레인 또는 백호우 등의 인양장치를 연결할 수 있도록 연결 장치(140)가 구비된다.
상기 연결 장치(140)는 견인 작동시와 같이 상기 양쪽 정형기(100A, 100B)의 간격 조정에 따라 접혀졌다 펴졌다 할 수 있도록 복수의 연결 링크(142, 143)로 구성되어 상기 양쪽 정형기(100A, 100B) 사이에 설치되고, 상기 연결 링크(142, 143)의 중앙부에 외부의 인양 장치가 연결될 수 있도록 연결 고리(144)가 구비되는 구 성으로 이루어진다.
여기서 상기 복수의 연결 링크(142, 143)는 상기 양쪽 정형기(100A, 100B)의 외면에 고정된 링크 브래킷(141)에 연결되어 설치된다.
다음, 상기 양쪽 쿼터형 몸체(114,115)의 상호 마주하는 끝단부에는 상호 연결이 해제되지 않도록 하는 잠금 장치(150)가 구성된다.
이 잠금 장치(150)는 한쪽 쿼터형 몸체(114) 내에 구비된 잠금 실린더(151)와, 이 잠금 실린더(151)의 직선 운동을 수직 방향으로 전환하는 캠 로드(152)와, 이 캠 로드에 의해 양쪽으로 벌어지면서 상대 쪽 잠금 플레이트(117)의 양쪽 잠금홀(117a)에 삽입되는 양쪽 잠금 핀(155)으로 구성된다.
상기 캠 로드(152)는 상대적으로 두께가 얇은 부분에서 상대적으로 두께가 두꺼운 부분이 연결되게 형성되어, 상기 잠금 실린더(151)의 작동에 따라 직선 이동하면서 상기 잠금 핀(155)을 이동시키도록 구성된다.
다음, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치 및 강관의 맞대기 정형이음장치를 이용하여 강관을 용접하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 15는 본 발명에 따른 티그(TIG)용접 방식을 이용한 강관 용접 방법이 도시된 순서도이고, 도 16a 내지 도 16f는 본 발명에 따른 티그(TIG)용접 방식을 이용한 강관 용접 방법이 도시된 개략적인 순서도면들이다.
먼저, 상호 연결할 양쪽 강관의 접합부를 면취 가공한다(S1).
상호 연결하고자 하는 강관의 끝단부가 직각인 상태에서, 도 16a에 도시된 바와 같은 베벨러(500) 등의 모따기 장비를 이용하여, V형 맞대기 용접이 가능하도록 상호 연결할 각 강관(P)의 끝단부를 대략 20°~ 50° 정도, 바람직하게는 30°~ 35° 정도로 면취(C; champer)하여 가공한다.
즉, 베벨러(500)의 헤드(510)를 강관(P) 내에 삽입한 상태에서 다수의 고정 블록(520)을 확장시켜 강관에 장비를 고정한 상태에서 주축(530)을 중심으로 비트(bit)(540)를 회전시키면서 강관 끝단을 면취 가공한다.
참고로 도 16a는 이하 강관 맞대기 용접 구조의 도면들보다 면취 부분 강조하기 위해 강관의 두께를 상대적으로 크게 하여 표시하였다.
다음, 양쪽 강관(P)을 정형하고, 맞대기 용접이 가능하도록 나란히 정렬한다(S2).
도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같은 강관 정형이음장치(100)를 이용하여 양쪽 강관의 정형하고, 견인하여 나란히 정렬하는 것이다.
즉, 도 16b에서와 같이 정형이음장치(100)의 두 정형기(100A, 100B)를 이용하여 양쪽 강관(P)의 끝단을 파지한 상태에서, 도 12 내지 도 14에서의 상하의 정형장치(125)를 이용하여 양쪽 강관의 진원을 형성하고, 도 16c에 도시된 바와 같이 견인 장치(130)를 이용하여 한쪽 강관을 다른 쪽 강관 쪽으로 견인하여 두 강관이 상호 맞댄 상태가 되도록 정렬한다.
다음, 상호 맞대어진 양쪽 강관 사이의 단차를 미세 조정한다(S3).
즉, 상호 맞대어진 양쪽 강관 사이의 단차 상태를 확인하면서, 도 16d에서와 같이 상기 정형 조정기구(125A)의 미세조절볼트(128)를 스패너 등의 공구로 회전시키면서 양쪽 강관(P) 사이의 단차를 미세 조정한다.
따라서 본 발명은 상기 정형 조정기구(125A)의 정형 실린더(126)를 이용하여 자동으로 양쪽 강관을 정형하고, 이후 맞대어진 양쪽 강관 사이의 단차를 확인하면서 미세조절볼트(128)를 이용하여 정밀하게 수동 조절을 실시하게 된다.
다음, 양쪽 강관이 맞대어진 부분을 가용접한다(S4).
도 16e에 도시된 바와 같이 일반적인 수동 가스 용접기 등을 이용하여 용접 부위의 수 개소에 일정 간격마다 가용접(PW)을 실시하는 것이다.
다음, 양쪽 강관(P)의 접합부를 상기한 본 발명의 용접 장치를 이용하여 티그(TIG) 자동 용접을 실시한다(S5)(S6).
상기 양쪽 강관으로부터 정형이음장치(100)를 분리해내고, 도 16f에서와 같이, 상기한 본 발명의 용접 장치(300)를 설치한 다음, 용접 로봇(220)을 강관의 외면 접속부를 따라 이동시키면서 티그(TIG) 용접 방식을 이용하여 맞대기 용접을 실시한다.
이때, 전술한 바와 같이 아크센서를 이용하여 용접 토치(222)와 용접부 사이의 간격을 일정하게 유지한 상태에서 용접을 실시하게 된다. 또한 티그(TIG) 용접 토치(222)와 용접 와이어(223)가 동시에 위빙 작동되면서 접합부의 용접이 이루어진다. 물론 용접 조건에 따라서는 위빙 용접을 실시하지 않을 수 있다.
특히 본 발명은 용접기 제어박스를 이용하여 강관(P)의 둘레를 따라 용접 구간을 복수의 구간으로 구획한 상태에서 용접 토치(222) 및 용접 와이어(223)가 용접부를 따라 용접할 때, 각 구간별로 용접 토치(222)에 제공되는 용접 전류가 단계적으로 다운시키면서 용접을 실시하게 된다.
한편, 상기와 같이 본 발명의 용접 장치(300)를 이용하여 용접하는 과정에서 강관 접속부의 V형 홈부에 용접재가 충분히 채워져 육성되도록 여러 패스(PASS)로 용접을 실시하게 된다.
즉, 본 발명의 용접 장치(300)가 사용되는 강관의 500mm 정도의 강관에 적용되므로, 강관의 두께가 상당히 두껍고, 상호 맞대어진 용접 부위의 V형 홈부도 상당한 깊이를 갖게 된다. 따라서 강관 둘레를 한 번 용접하는 것만으로는 용접 부분의 충분한 접합 강도를 확보하기 어려우므로, 여러 패스로 용접을 실시하게 된다.
이렇게 여러 패스로 용접할 때, 모든 패스를 티그(TIG) 용접하는 올(all) 티그(TIG) 방식(S71)과, 제 1 패스는 티그(TIG) 용접을 하고 제 2 패스부터는 다른 용접 방식, 예를 들면 일반적인 가스 용접, CO2 아크 용접을 비롯하여 탄소 및 금속 아크 용접, 미그(MIG) 용접 등 육성 용접이 가능한 다양한 용접 방법으로 용접하여 육성을 하는 혼합 방식(S72)으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 올 티그(TIG) 방식은 상기 모든 패스를 티그(TIG) 용접으로 하는 방식은 상기한 바와 같은 본 발명의 용접 장치를 강관 용접 부위에 여러 번 회전시켜 용접을 실시하게 되는 방식이고, 후자의 혼합 방식은 제 1 패스는 상기한 본 발 명의 용접 장치를 이용하여, 티그(TIG) 용접을 실시하고, 이후 티그(TIG) 용접 로봇을 분리한 다음, 주행 레일(215)에 CO2 용접 등의 다른 용접이 가능한 용접 로봇을 장착하여, 티그(TIG) 용접된 비드 부분 위에 추가로 육성 용접을 실시한다.
물론, 주행 레일(215)에 티그(TIG) 용접 로봇과 함께 다른 용접이 가능한 용접 로봇도 함께 장착하여 일정 간격 또는 시간을 두고 연속적으로 용접하는 방법도 가능하다.
상기와 같은 방법으로 강관 접속부의 용접(TW)을 완료하게 되면, 도 16g에서와 같이 양쪽 강관(P)이 맞대어진 부분에 용접재가 채워진 후 경화되어, 양쪽 강관을 충분한 접합 강도로 상호 연결할 수 있게 된다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치 및 방법은, 강관을 V형 맞대기 용접 방식으로 접합할 수 있도록 티그(TIG) 용접이 가능하도록 용접 로봇이 구성되고, 맞대기 용접 방식으로 강관을 연결하기 때문에 강관 용접 접합부의 용접 비드가 미려함과 아울러 용접 품질을 향상시킬 수 있고, 특히 강관 접속부의 접합 강도도 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 용접 토치와 용접 와이어를 동시 위빙시키면서 용접하도록 구성되고, 또 아크 센서를 이용하여 용접 간극을 자동으로 조절할 수 있도록 구성되며, 용접 구간별 용접 전류를 다운시키면서 용접하도록 구성되기 때문에 강관 외 면 용접 부위의 용접성 및 용접 품질도 향상될 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 용접 장치를 정형 이음장치와 분리하여 별도로 구성되기 때문에 용접 작업의 신속성 및 신뢰성을 높여 생산성 및 시공성을 향상시킬 수 있는 이점도 있다.

Claims (11)

  1. 양쪽 강관의 접합부를 V형 맞대기 용접이 가능하도록 면취 가공하는 단계와;
    강관 정형이음장치를 이용하여 상기에서 면취 가공된 양쪽 강관을 정형하고, 맞대기 용접이 가능하도록 나란히 정렬하는 단계와;
    정형 실린더의 피스톤 로드 끝단에 강관의 외면에 접촉되는 미세조정볼트가 설치되어 있는 강관 정형 이음장치를 이용하되, 상기 미세조정볼트를 회전시켜 상기 단계에서 나란히 정렬된 양쪽 강관 사이의 미세 단차를 조정하는 단계와;
    상기 단계에서 양쪽 강관 사이의 단차가 조정되면, 양쪽 강관의 맞대어진 부분의 수 개소에 가용접을 실시하는 단계와;
    상기 가용접 후에 양쪽 강관의 접합부에 강관의 맞대기 용접장치를 이용하여 맞대기 용접을 실시하되, 강관의 둘레를 따라 용접 구간을 복수의 구간으로 구획한 상태에서 용접부를 따라 용접할 때, 각 구간별로 용접 토치에 제공되는 용접 전류가 단계적으로 다운되도록 하면서 용접을 실시하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 맞대기 용접을 실시하는 단계에서 용접 토치와 용접 와이어가 동시에 위빙 작동되면서 강관의 접합부에 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 맞대기 용접을 실시하는 단계에서 용접 토치와 용접부 사이의 간격은 아크 센서 방식을 이용하여 일정한 간격을 유지하면서 용접하는 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 맞대기 용접을 실시하는 단계에서, 강관의 접속부 둘레에 복수의 패스로 용접을 실시하되, 모든 패스를 티그(TIG) 용접으로 실시하는 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 맞대기 용접을 실시하는 단계에서, 강관의 접속부 둘레에 복수의 패스로 용접을 실시하되, 제 1 패스는 티그(TIG) 용접을 실시하고, 제 2 패스부터는 티그(TIG) 용접이 아닌 타 용접 방법으로 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 방법.
  6. 삭제
  7. 강관의 둘레에 결합될 수 있도록 폐쇄시에 원형 구조를 갖는 원형 몸체와, 상기 원형 몸체의 한쪽 측면에서 원형 링 구조로 돌출되는 용접 주행부와, 상기 용접 주행부에 장착되어 이동하면서 강관을 용접하는 용접 로봇을 포함한 강관의 용접 장치에 있어서,
    상기 용접 로봇은 상기 용접 주행부를 따라 이동하면서 상기 원형 몸체 쪽에 상기 용접 로봇을 연결하는 주행 구동부와, 상기 주행 구동부에 지지되게 설치되어 용접 로봇의 수평 방향 및 수직 방향의 위치를 조절할 수 있도록 이루어진 수직 수평 조절부와, 상기 수직 수평 조절부에 연결되어 용접 토치, 용접 와이어, 접촉식 센서를 지지하는 행거 베이스와, 상기 행거 베이스의 한 쪽에 연결되어 상기 접촉식 센서를 지지하는 센서 장착 조절부와, 상기 행거 베이스의 다른 쪽에 연결되어 상기 용접 토치 및 용접 와이어를 지지함과 아울러 용접 토치와 용접 와이어를 동시에 위빙 작동되도록 하는 토치 장착 조절부를 포함한 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 센서 장착 조절부는 상기 행거 베이스에 수직 방향으로 고정되는 수직봉과, 이 수직봉에 설치되되 높이 조절이 가능함과 아울러 회전 방향의 위치 조절이 가능하도록 수직봉에 설치되는 수평 브래킷과, 수직 및 수평 방향으로 길이 조절이 가능하도록 이루어진 조절대와, 이 조절대에 수평 방향으로 결합됨과 아울러 상기 수평 브래킷에 그 끝단부가 고정되어 접촉식 센서의 수평 방향의 위치 조절이 가능하도록 이루어진 수평 조절 노브와, 상기 조절대에 수직 방향으로 결합되어 상기 접촉식 센서의 수직 방향의 위치 조절이 가능하도록 이루어진 수직 조절 노브와, 상기 수직 조절 노브의 끝단부에 수평 방향으로 연결되는 수평 연결대와, 이 수평 연결대에 각도 조절이 가능하도록 연결되어 접촉식 센서가 고정되는 센서 클램프를 포함한 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 토치 장착 조절부는 상기 행거 베이스에 수직 방향으로 설치되는 지지 플레이트와, 이 지지 플레이트의 후면에 설치되어 상기 용접 토치의 위빙(weaving) 작동이 가능하도록 지지하는 위빙 구동부와, 상기 지지 플레이트의 안쪽에서 상기 위빙 구동부에 연결되어 용접 토치를 고정하여 장착하는 토치 클램프를 포함한 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 위빙 구동부와 토치 클램프 사이에는 용접 토치의 용접각을 조절할 수 있도록 원주 방향으로 슬롯이 형성된 경사조절용 브래킷이 구비되어, 상기 토치 클램프를 나사 조립 방법으로 슬롯을 따라 그 위치를 고정함으로써 용접 토치의 용접각을 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 경사조절용 브래킷에는 선단부가 고정된 상태에서 길게 연장되는 와이어 지지 브래킷과, 이 와이어 지지 브래킷의 끝단부에 위치 조절이 가능하게 연결되어 상기 용접 와이어가 장착되는 와이어 홀더가 설치되어, 용접 와이어의 길이 방향 및 회전 방향의 위치 조절이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 현장공사의 티그(TIG) 자동 용접 장치.
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