KR101277453B1 - 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 선박의 LNG 저장탱크와 같은 대형의 알루미늄 합금 구조물을 제작하는 데에 적용할 수 있는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치에 관한 것이다. 본 발명의 대표적인 구성은, 용접 대상 알루미늄합금 소재가 안착된 상태에서 Y축 방향으로 이송되는 소재 이송부와, 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상대로 소재 이송부와 교차하도록 X축 방향으로 길게 설치되는 지지 프레임과, 이 지지 프레임에 설치되어 용접 대상 알루미늄합금 소재를 위에서 가압하여 고정하는 상하방향 구속수단과, 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상대로 X축 방향으로 이동 가능하도록 지지 프레임에 설치되어 X축 방향으로 연속 이동하면서 용접 대상 알루미늄합금 소재를 하측에서 상향 용접하는 용접수단을 포함하여 이루어진다.

Description

대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치{Apparatus for welding large size alluminium alloy structures}

본 발명은 용접장치에 관한 것으로서, 특히 LNG 선박의 LNG 저장탱크와 같은 대형의 알루미늄 합금 구조물을 제작하는 데에 적용할 수 있는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치에 관한 것이다.

LNG 운반선에 구축되는 LNG 저장 탱크는 스테인리스 스틸이나 9% 니켈강, 인바(invar) 등과 같은 철계 소재를 이용하여 제작하다가, 최근에는 기존의 철계 소재에 비해 중량이 훨씬 가벼운 알루미늄합금 소재를 이용하여 절단 또는 용접 등의 방법으로 구축하고 있다. 특히, Al-Mg계 알루미늄합금(A5000계) 소재를 이용하여 LNG 저장 탱크를 제작하고 있는데, 그 과정을 첨부도면 도 1을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, A5000계열의 알루미늄합금(예를 들면, A5083) 판재들을 선박 제조 현장에서 각각 가공 및 절단하고, T자형으로 용접을 한다. 그리고, 용접시 발생한 용접 휨 현상을 바로잡기 위한 교정 작업을 거친 뒤, 바닥부 용접과 교정 작업을 통해 도 1의 (A)그림과 같은 I자형 단품을 제작한다. 이어서, 각각의 I자형 단품들을 용접으로 연결하여 도 1의 (B)그림과 같은 소모듈을 제작하고, 이와 마찬가지로 소모듈 보다 크기가 큰 I자형 단품들을 용접으로 연결하여 도 1의 (C)그림과 같은 중모듈을 제작하며, 이들 소모듈과 중모듈을 용접으로 연결하여 도 1의 (D)그림과 같은 파일럿(pilot)을 제작하는 과정을 거침으로써 최종적으로 LNG 저장탱크를 완성하게 된다.

이와 같이 제작되는 LNG 저장탱크 구조물의 일반적인 크기는, 예를 들면 상기 소모듈의 경우 폭 4m×길이 15m, 상기 중모듈은 폭 8m×길이 7.5m, 상기 파일럿은 폭 8m×길이 7.5m×높이 4m 이상으로서, 대형의 알루미늄합금 구조물임으로 인해 용접 작업을 진행하기가 용이하지 않고, 용접부의 품질 확보도 어려울 수밖에 없다.

또한, 용접방법으로는 MIG 용접을 적용하고 있는데, MIG 용접은 소재에 변형을 초래함으로 인해 교정 작업이 요구되는 단점이 있다. 최근 활발한 연구와 함께 상업화가 진행되고 있는 마찰교반용접(Friction Stir Welding : FSW)의 경우 소재의 변형 발생이 적고 용접 불량율을 최소화할 수 있는 장점이 있으나, 길이가 15m에 달하는 소모듈의 제작을 위해 FSW 용접을 적용하게 되면 용접 툴(tool)의 마찰열에 의해 용접 품질이 떨어짐은 물론 용접 툴의 수명도 저하되고 만다. 더욱이, FSW 용접은 작업시 소재가 유동되지 않도록 고정하는 수단이 필요하며, 용접 툴의 신뢰성이 가장 중요한 용접법이다.

전술한 바와 같이 LNG 선박의 LNG 저장탱크와 같은 대형의 알루미늄합금 구조물을 제작함에 있어서 종래에는 알루미늄합금 판재를 절단 및 용접 등의 과정을 통해 I자형 단품으로 제작한 후 이들 단품을 용접으로 연결하였는데, 이때 알루미늄합금 소재가 대형의 크기를 가짐으로 인해 용접 작업을 진행하기가 용이하지 않고, 용접부의 품질 확보도 어려운 문제가 있다.

또한, 용접 방법으로 MIG 용접 이외에 마찰교반용접(FSW)을 적용하고자 하는 경우, 길이가 긴 소재를 대상으로 용접이 진행되기 때문에 용접 툴의 마찰열에 의해 용접 품질이 떨어질 뿐만 아니라 용접 툴의 수명도 저하되는 결과를 초래하는 문제가 있으며, 용접 작업시 소재를 유동되지 않도록 고정할 필요가 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위해 개발된 것으로서, 그 목적은, 대형의 알루미늄합금 구조물을 제작하기 위한 용접 작업시 용접부의 우수한 품질을 확보함과 아울러 작업성을 향상시키고, 길이가 긴 소재를 대상으로 용접을 무리 없이 적용할 수 있는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 용접 대상 알루미늄합금 소재가 안착되는 소재 안착부와, 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 향해 Y축 방향으로 이동 가능하게 상기 소재 안착부를 상대로 설치되는 지지 프레임과, 이 지지 프레임에 설치되어 용접 대상 알루미늄합금 소재를 위에서 가압하여 고정하는 상하방향 구속수단과, 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상대로 X축 방향으로 이동 가능하도록 상기 지지 프레임에 설치되어 X축 방향으로 연속 이동하면서 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상측에서 하향 용접하는 용접수단을 포함하여 이루어지는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치를 제공한다.

상기 구성에 있어서, 상기 소재 안착부에는 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 Y축 방향으로 가압하여 고정하는 Y축 방향 구속수단이 더 구비될 수도 있다.

또, 본 발명은, 용접 대상 알루미늄합금 소재가 안착된 상태에서 Y축 방향으로 이송되는 소재 이송부와, 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상대로 상기 소재 이송부와 교차하도록 X축 방향으로 길게 설치되는 지지 프레임과, 이 지지 프레임에 설치되어 용접 대상 알루미늄합금 소재를 위에서 가압하여 고정하는 상하방향 구속수단과, 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상대로 X축 방향으로 이동 가능하도록 지지 프레임에 설치되어 X축 방향으로 연속 이동하면서 용접 대상 알루미늄합금 소재를 하측에서 상향 용접하는 용접수단을 포함하여 이루어지는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치를 제공한다.

위와 같은 용접장치에 있어서, 상기 용접수단은 마찰교반용접을 하는 용접 툴과 이 용접 툴을 회전 구동하는 스핀들부를 포함하는 마찰교반용접기가 적용될 수 있다. 이와 아울러 상기 마찰교반용접기의 스핀들부에는 냉각수단이 구비될 수도 있다.

또한, 상기 지지 프레임에는 상기 용접수단을 따라 X축 방향으로 이동하면서 용접 버를 제거하는 디버링 수단이 더 구비될 수도 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, LNG 선박의 LNG 저장탱크와 같은 대형의 알루미늄합금 구조물을 제작하기 위해 길이가 긴 소재를 용접할 때 용접을 무리 없이 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 품질의 용접부를 확보할 수 있고, 작업성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1의 (A),(B),(C),(D)는 각각 대형 알루미늄합금 구조물의 예로서 LNG 저장탱크를 제작하기 위한 소재의 용접 공정에 따른 형태들을 예시한 도면들이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 대한 외관 사시도이다.
도 3은 도 2의 실시예에 구비되는 상하방향 구속수단을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 실시예에 구비되는 Y축 방향 구속수단을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 실시예에 구비되는 용접수단과 디버링 수단의 장착 부위를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 용접수단을 구성하는 스핀들부를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 대한 정면도이다.
도 8은 도 7의 제2실시예에 대한 측면도이다.
도 9는 도 7의 제2실시예에 대한 평면도이다.
도 10은 도 8에 나타난 용접수단과 디버링 수단의 장착 부위에 대한 확대도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<제1실시예>

도 2∼도 6을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 대한 구성을 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 대한 외관 사시도이고, 도 3은 도 2의 실시예에 구비되는 상하방향 구속수단을 나타낸 도면이며, 도 4는 도 2의 실시예에 구비되는 Y축 방향 구속수단을 나타낸 도면이다. 그리고, 도 5는 도 2의 실시예에 구비되는 용접수단과 디버링 수단의 장착 부위를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 용접수단을 구성하는 스핀들부를 나타낸 단면도이다.

상기 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예는 소재 안착부(10), 지지 프레임(20), 상하방향 구속수단(30) 및 용접수단(40)을 주요 구성부로 구비하고 있으며, 구체적으로는 다음과 같다.

먼저, 상기 소재 안착부(10)는 용접 대상인 알루미늄합금 소재(M)가 안착되는 구성 요소로서, 도면상에서 X축 방향을 길이 방향이라 하고 Y축 방향을 폭 방향이라고 할 때 Y축 방향보다 X축 방향의 사이즈가 길면서 상부면은 평평한 대(臺) 형태의 구조물로 이루어져 있다.

상기 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)는 LNG 선박의 LNG 저장탱크를 구축하는 데에 사용되는 'ㄷ'자형 알루미늄합금 압출재 또는 'I'자형 알루미늄합금 압출재를 말한다. 특히 이들 알루미늄합금 압출재는 A5000계열 또는 A6000계열의 알루미늄합금 소재를 압출 성형한 것이다.

상기 소재 안착부(10)에는, 'I'자형의 알루미늄합금 소재(M)를 용접하기 용이하도록 하기 위해, 웨브(web) 부분과 하측 플랜지 부분이 삽입될 수 있는 삽입홈(11)들이 Z축 방향으로 다수 개가 형성되어 있다.

그리고, 소재 안착부(10)의 상면부에서 Y축 방향 일측단에는 소재 안착부(10)에 하나씩 안착된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)가 Y축 방향을 따라 소재 안착부(10) 밖으로 이탈되지 않도록 하기 위한 돌출부(12)가 구비되어 있다. 또, 이 돌출부(12)와 좌우 대칭된 위치에서 소재 안착부(10)의 측면부에는 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)들을 Y축 방향을 따라 돌출부(12) 쪽으로 가압하여 고정하는 Y축 방향 구속수단(50)이 설치되어 있다. 이 Y축 방향 구속수단(50)은 유압 실린더 방식으로 작동되는 통상적인 유압장치이다. 따라서, 소재 안착부(10)에 Y축 방향을 따라 차례로 안착되는 다수의 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)들은 이러한 돌출부(12)와 Y축 방향 구속수단(50)에 의해 클램핑이 됨으로써, 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)들에 대한 용접이 이루어질 때 유동되는 것을 방지하여 용접 품질의 저하를 예방할 수 있게 된다.

다음으로, 상기 지지 프레임(20)은 마치 갠트리 크레인과 같은 형태로 이루어져 있는데, 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 향해 Y축 방향으로 이동 가능하도록 소재 안착부(10)를 상대로 설치된다. 즉, 소재 안착부(10)의 정면부 전방과 후방에 각각 Y축 방향을 따라 평행하게 이동 레일(21)이 설치되어 있고, 지지 프레임(20)은 이 이동 레일(21) 위로 수직 연장된 한 쌍의 다리(20a)를 구비함과 아울러 이들 다리(20a)의 상단을 X축 방향으로 연결하면서 상하방향 구속수단(30) 및 용접수단(40) 등이 장착될 수 있도록 하는 좌우 한 쌍의 평행한 장비 장착부(20b)로 구성되어 있다. 또, 이동 레일(21)에는 랙(rack : 21a)이 구비되어 있고, 지지 프레임(20)의 다리(20a)에는 상기 랙(21a)에 맞물려 회전하는 피니언 기어(22)와 함께 이 피니언 기어(22)를 구동하는 제1모터(23)가 장착되어 있다. 따라서, 제1모터(23)의 구동으로 피니언 기어(22)가 회전하면 지지 프레임(20)이 이동 레일(21)의 랙(21a)을 따라 Y축 방향으로 이동함으로써, 지지 프레임(20)이 소재 안착부(10) 및 이 소재 안착부(10) 상에 안착된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 상대로 Y축 방향의 위치를 설정할 수 있게 된다.

다음으로, 상기 상하방향 구속수단(30)은 지지 프레임(20)의 장비 장착부(20b)에 수직 하방으로 설치되는데, 이 역시 Y축 방향 구속수단(50)과 마찬가지로 유압 실린더 방식으로 작동되는 통상적인 유압장치로서, 소재 안착부(10) 상에 안착된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 위에서 가압하여 고정하게 된다. 특히, 상하방향 구속수단(30)은 한 쌍의 장치 장착부(20b) 내측면에서 용접 대상 알루미늄합금 소재(M) 한 쌍의 상면부를 향해 연장된 좌우 한 쌍이 한 벌을 이루게 되며, 여러 벌의 상하방향 구속수단(30)들이 장비 장착부(20b)의 X축 방향을 따라 일정 간격으로 장착이 됨으로써 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 안정적으로 고정할 수 있게 된다.

다음으로, 상기 용접수단(40)은 지지 프레임(20)의 장비 장착부(20b)에서 소재 안착부(10) 상의 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 향하도록 하향 설치가 되는데, 제2모터(41)의 구동에 의해 장비 장착부(20b)에서 X축 방향을 따라 연속적으로 이동할 수 있게 됨으로써, 소재 안착부(10) 상에 배치된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)에 대하여 상측에서 하향 용접을 실시하게 된다. 이 용접수단(40)으로는 통상적인 MIG 용접기가 적용될 수도 있지만, 본 실시예에서는 마찰교반용접(FSW) 장치가 적용되었다.

상기 마찰교반용접 장치로 예시된 용접수단(40)은 마찰교반용접을 하는 용접 툴(tool : 42)과 이 용접 툴(42)을 회전 구동하는 스핀들부(43)를 포함하고 있다. 마찰교반용접에 대하여 일반적으로 알려져 있는 바와 같이, 비소모성 공구인 용접 툴(42)을 스핀들부(43)에 의해 고속으로 회전시키면서 피접합재인 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)에 삽입하면 용접 툴(42)과 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)와의 상호마찰에 의해 열이 발생하며, 이러한 마찰열에 의해 용접 툴(42) 주변의 재료가 연화되고, 용접 툴(42)의 교반에 의한 재료의 소성 유동으로 접합면 양쪽의 재료들이 강제적으로 혼합되는 원리로 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)의 용접이 이루어지게 된다. 이때, 용접 툴(42)의 수명 보전과 접합 과정에서의 소성 유동을 촉진하기 위해 용접 툴(42)은 용접 진행방향에 대하여 2∼5°의 전진각을 갖도록 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 용접수단(40)은 스핀들부(43)를 회전 구동하기 위한 제3모터(44)를 구비하고 있다. 또, 스핀들부(43)에는 냉각수단(43a)이 구비되어 있는데, 길이가 긴 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 연속적으로 마찰교반용접함에 따라 발생하는 열로 인해 스핀들부(43)가 파손되는 것을 방지하고 스핀들부(43)의 수명을 보전하기 위해 냉각을 실시하게 된다. 도 6에 나타난 바와 같이, 냉각수단(43a)은 스핀들부(43)에 냉각수를 유통하는 냉각수 유로로 구체화되어 있는데, 이 냉각수 유로에 냉각수를 공급하면서 순환되도록 하는 냉각수 순환장치는 일반적인 공지기술이므로 도시를 생략하였다.

상기와 같은 마찰교반용접 장치로 예시된 용접수단(40)을 대신하여 MIG 용접용 토치를 장착함으로써 MIG 용접이 가능하도록 설계 변경될 수도 있는데, MIG 용접은 주지의 관용 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

지지 프레임(20)의 장비 장착부(20b)에는 용접수단(40)의 후방에서 용접수단(40)을 따라 X축 방향으로 이동하는 디버링 수단(60)이 장착되어 있다. 이 디버링 수단(60)은, 용접수단(40)에 의해 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)가 용접됨에 따라 발생하는 용접 버(burr)를 용접 직후 제거(deburring)하는 수단으로서, 통상적인 디버링 장치와 같이 하단부에 연마 툴을 구비하여 제4모터(61)에 의해 회전 구동하면서 용접 버를 제거하게 된다.

한편, 상기 장비 장착부(20b)에는 용접 대상 알루미늄합금 소재(M) 사이에 간극이 발생하는 것을 감지하여 상기 Y축 방향 구속수단(50)으로 하여금 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)들을 Y축 방향으로 밀착되도록 하기 위한 심 트래커(seam tracker : 70)가 부가될 수 있다. 이와 아울러, 본 발명의 용접장치를 운용하는 작업자 또는 관리자가 용접 상황과 디버링 상황을 감시할 수 있도록, 장비 장착부(20b)에는 용접수단(40)과 디버링 수단(60) 쪽에 각각 카메라(80,80')가 설치될 수 있다. 이들 카메라(80,80')는 유/무선 통신망(도시되지 않음)을 통해 작업자 또는 관리자의 전산망으로 용접 상황과 디버링 상황에 대한 화상 정보를 전송하게 되다.

위와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예는 다음과 같이 운용한다.

먼저, 소재 안착부(10) 상에 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 X축 방향을 길이 방향으로 하여 Y축 방향을 따라 하나씩 배치한다. Y축 방향은 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)의 폭 방향으로서, 이 폭 방향으로 나란히 배열된 한 쌍씩의 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)들을 길이 방향으로 용접하게 된다.

용접 대상 알루미늄합금 소재(M)가 'ㄷ'자형 알루미늄합금 압출재일 경우에는 소재 안착부(10) 상에 그대로 배치하면 되지만, 'I'자형 알루미늄합금 압출재일 경우에는 소재 안착부(10)에 구비된 삽입홈(11)에 웨브(web) 부분과 하측 플랜지 부분이 삽입되도록 하여 배치한다.

이어서, 소재 안착부(10)에 안착된 다수의 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)들은 소재 안착부(10)에 구비된 돌출부(12)와 Y축 방향 구속수단(50)에 의해 클램핑함으로써, 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)들에 대한 용접이 이루어질 때 유동되지 않도록 한다.

그리고, 소재 안착부(10)를 상대로 지지 프레임(20)의 제1모터(23)를 구동하여 지지 프레임(20)이 이동 레일(21)을 따라 Y축 방향으로 이동하도록 함으로써, 소재 안착부(10) 및 이 소재 안착부(10) 상에 안착된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 상대로 지지 프레임(20)의 Y축 방향 위치를 설정하도록 한다.

이렇게 지지 프레임(20)의 위치가 설정되면, 지지 프레임(20)에 장착된 상하방향 구속수단(30)을 작동시켜 소재 안착부(10) 상에 안착된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 위에서 가압하여 고정하도록 한다.

이어서, 지지 프레임(20)의 장비 장착부(20b)에 장착된 용접수단(40)을 제2모터(41)의 구동에 의해 X축 방향을 따라 연속적으로 이동시키면서 소재 안착부(10) 상의 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 용접한다. 이때, 용접수단(40)은 소재 안착부(10) 상에 배치된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)에 대하여 상측에서 하향 용접을 실시하게 된다. 용접수단(40)으로는, 필요에 따라 MIG 용접기를 적용하거나 마찰교반용접 장치를 적용하되, 마찰교반용접 장치를 적용하는 경우에는 스핀들부(43)에 구비된 냉각수단(43a)을 작동시킴으로써 마찰교반용접시 발생하는 열로 인한 스핀들부(43)의 파손 등을 방지하도록 한다.

이러한 용접수단(40)과 병행하여 용접수단(40)의 후방에 위치한 디버링 수단(60)을 구동하여 용접수단(40)을 따라 X축 방향으로 이동시키면서 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)의 용접시 발생하는 용접 버를 용접 직후 제거하도록 한다.

또한, 심 트래커(70)의 작동으로 용접 대상 알루미늄합금 소재(M) 사이에 간극이 발생하는 것이 감지되면, Y축 방향 구속수단(50)을 구동하여 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)들을 Y축 방향으로 밀착되도록 한다.

또, 용접수단(40)과 디버링 수단(60) 쪽에 각각 설치된 카메라(80,80')를 작동시켜, 이 카메라(80,80')에 의해 취득된 화상 정보를 유/무선 통신망을 통해 작업자 또는 관리자의 전산망으로 전송받음으로써, 작업자 또는 관리자가 용접 상황과 디버링 상황을 감시하도록 한다.

<제2실시예>

도 7은 본 발명의 제2실시예에 대한 정면도이고, 도 8은 도 7의 제2실시예에 대한 측면도이며, 도 9는 도 7의 제2실시예에 대한 평면도이고, 도 10은 도 8에 나타난 용접수단과 디버링 수단의 장착 부위에 대한 확대도이다.

전술한 제1실시예는 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 용접수단(40)이 상측에서 하향 용접을 실시하는 데에 비해, 상기 도 7∼도 10에 도시된 제2실시예는 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 하측에서 상향 용접하는 구성으로 이루어지는데 구체적으로는 다음과 같다.

먼저, 본 실시예의 구성 요소들로는, 소재 이송부(110), 지지 프레임(120), 상하방향 구속수단(130), 용접수단(140)이 포함된다.

상기 소재 이송부(110)는 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)의 개수에 상응하여 Y축 방향으로 길게 연장된 이송수단으로서, 롤러 이송장치 또는 이와 유사한 것으로 다양하게 구현될 수 있다. 이러한 소재 이송부(110)는 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)의 길이에 대응하여 X축 방향으로 다수 개가 배열됨으로써, 소재 이송부(110) 상에 안착된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 안정적으로 지지하면서 Y축 방향으로 이송할 수 있게 된다. 특히, 소재 이송부(110)는 지지 프레임(120)과 교차하게 되는데, 그 교차되는 중간 부분은 소재 이송부(110) 상에 배치된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)의 저면부 가운데가 노출되도록 부분적으로 끊겨져 있어서, 상기 용접수단(140)에 의한 상향 용접이 가능하게 된다.

상기 지지 프레임(120)은 소재 이송부(110)와 교차하도록 X축 방향으로 길게 설치되는데, 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)는 이 지지 프레임(120)을 지나면서 용접이 이루어지게 된다. 이 지지 프레임(120)은 Z축 방향으로 지상에 고정된 상태로 설치되며, X축 방향으로 길게 뻗은 측벽 형태의 다리(120a) 한 쌍이 구비되어 있다. 이들 한 쌍의 다리(120a)는 상단부가 서로 연결되어 있으며, 소재 이송부(110)와 교차하는 부위에서 상측보다 하측 부분의 Y축 방향 간격이 넓게 설정됨으로써, 안정적인 구조를 이루게 된다.

상기 상하방향 구속수단(130)은 지지 프레임(120)에 구비된 측벽 형태의 다리(120a)에 하향 설치되는 유압 실린더 방식으로 작동되는 통상적인 유압장치로서, 소재 이송부(110) 상에 안착된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 위에서 가압하여 고정하게 된다. 이 상하방향 구속수단(130)은 양측 다리(120a)의 내측면에서 용접 대상 알루미늄합금 소재(M) 한 쌍의 상면부를 향해 연장된 좌우 한 쌍이 한 벌을 이루게 되며, 여러 벌의 상하방향 구속수단(130)들이 지지 프레임(120)의 X축 방향을 따라 일정 간격으로 장착이 됨으로써 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 안정적으로 고정할 수 있게 된다.

상기 용접수단(140)은 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 상대로 X축 방향으로 이동 가능하도록 지지 프레임(120)에 설치된다. 특히, 이 용접수단(140)은 지지 프레임(120)과 소재 이송부(110)가 서로 교차하고 있는 부분에서 소재 이송부(110)의 하방에 위치하도록 지지 프레임(120)의 하부에 설치가 된다. 그리고, 앞에서 언급한 바와 같이 소재 이송부(110)는, 지지 프레임(120)과 교차되는 중간 부분에서 소재 이송부(110) 상에 배치된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)의 저면부 가운데가 노출되도록 부분적으로 끊겨져 있으므로, 이 끊겨진 부분을 통해 용접수단(140)의 용접 툴 또는 용접 팁이 위를 향해 배치된다. 그리고 용접수단(140)은 제2모터(141)의 구동에 의해 지지 프레임(120)에서 X축 방향을 따라 연속적으로 이동하면서 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 하측에서 상향 용접하게 된다.

이러한 용접수단(140)으로는 MIG 용접기가 적용될 수도 있지만, 마찰교반용접을 하는 용접 툴(미도시)과 이 용접 툴을 회전 구동하는 스핀들부(143)를 포함하는 마찰교반용접기가 적용될 수도 있다. 그리고, 전술한 제1실시예와 마찬가지로, 이 용접수단(140)은 스핀들부(143)를 회전 구동하기 위한 제3모터(144)를 구비하고 있다. 또, 스핀들부(143)에는 제1실시예와 동일한 냉각수단이 구비됨으로써, 길이가 긴 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 연속적으로 마찰교반용접함에 따라 발생하는 열로 인해 스핀들부(143)가 파손되는 것을 방지하고 스핀들부(143)의 수명을 보전하기 위해 냉각을 실시하게 된다.

본 실시예와 같이 용접수단(140)이 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 하측에서 상향 용접을 하게 되면, 특히 마찰교반용접시 접합 추력에 의한 소재의 변형을 최소화하여 불량률을 낮추게 되는 장점이 있다.

한편, 지지 프레임(120)에는, 전술한 제1실시예와 마찬가지로, 상기 용접수단(140)을 따라 X축 방향으로 이동하면서 용접 버를 제거하는 디버링 수단(160)과, 용접 대상 알루미늄합금 소재(M) 사이에 간극이 발생하는 것을 감지하는 심 트래커, 용접 상황과 디버링 상황을 감시하기 위한 카메라 등이 부가적으로 설치될 수 있으며, 이들은 전술한 제1실시예와 동일하므로 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

위와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예는 다음과 같이 운용한다.

먼저, 소재 이송부(110) 상에 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)들을 배치하고, 용접될 알루미늄합금 소재 한 쌍을 지지 프레임(120) 측으로 이동시킨다.

이때, 소재 이송부(110)와 지지 프레임(120)의 교차되는 중간 부분은 소재 이송부(110) 상에 배치된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)의 저면부 가운데가 노출되도록 부분적으로 끊겨져 있으므로, 이 끊겨진 부분을 통해 용접수단(140)의 용접 툴 또는 용접 팁이 위를 향하면서 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)의 저면부와 마주하게 된다.

이어서, 상하방향 구속수단(130)을 작동시켜 소재 이송부(110) 상에 안착된 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 위에서 가압하여 고정하도록 한다.

그리고, 용접수단(140)에 구비된 제2모터(141)를 구동하여 용접수단(140)을 지지 프레임(120)에서 X축 방향을 따라 연속적으로 이동시키면서 용접 대상 알루미늄합금 소재(M)를 하측에서 상향 용접한다.

상기 구성 요소들 이외에 디버링 수단(160)과 심 트래커 및 카메라 등의 운용은 전술한 제1실시예와 동일하므로, 이하 설명을 생략한다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10 : 소재 안착부 11 : 삽입홈
12 : 돌출부 20,120 : 지지 프레임
20a,120a : 다리 20b : 장비 장착부
21 : 이동 레일 21a : 랙
22 : 피니언 기어 23 : 제1모터
30,130 : 상하방향 구속수단 40,140 : 용접수단
41,141 : 제2모터 42 : 용접 툴
43,143 : 스핀들부 43a : 냉각수단
44,144 : 제3모터 50 : Y축 방향 구속수단
60,160 : 디버링 수단 61 : 제4모터
70 : 심 트래커 80,80' : 카메라
M : 용접 대상 알루미늄합금 소재

Claims (6)

1. 용접 대상 알루미늄합금 소재가 안착되는 소재 안착부;
   상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 향해 Y축 방향으로 이동 가능하게 상기 소재 안착부를 상대로 설치되는 지지 프레임;
   상기 지지 프레임에 설치되어 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 위에서 가압하여 고정하는 상하방향 구속수단;
   상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상대로 X축 방향으로 이동 가능하도록 상기 지지 프레임에 설치되어 X축 방향으로 연속 이동하면서 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상측에서 하향 용접하는 용접수단을 포함하여 이루어지는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 소재 안착부에는 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 Y축 방향으로 가압하여 고정하는 Y축 방향 구속수단이 구비된 것을 특징으로 하는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치.
   
3. 용접 대상 알루미늄합금 소재가 안착된 상태에서 Y축 방향으로 이송되는 소재 이송부;
   상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상대로 상기 소재 이송부와 교차하도록 X축 방향으로 길게 설치되는 지지 프레임;
   상기 지지 프레임에 설치되어 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 위에서 가압하여 고정하는 상하방향 구속수단;
   상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 상대로 X축 방향으로 이동 가능하도록 상기 지지 프레임에 설치되어 X축 방향으로 연속 이동하면서 상기 용접 대상 알루미늄합금 소재를 하측에서 상향 용접하는 용접수단을 포함하여 이루어지는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 용접수단은 마찰교반용접을 하는 용접 툴과 이 용접 툴을 회전 구동하는 스핀들부를 포함하는 마찰교반용접기인 것을 특징으로 하는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 마찰교반용접기의 스핀들부에 냉각수단이 구비된 것을 특징으로 하는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치.
   
6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 지지 프레임에는 상기 용접수단을 따라 X축 방향으로 이동하면서 용접 버를 제거하는 디버링 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 대형 알루미늄합금 구조물용 용접장치.

Images