KR101281482B1

KR101281482B1 - 대상물 가공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101281482B1
Application number: KR1020110080312A
Authority: KR
Inventors: 문종현; 권창길; 남상법; 윤동렬
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2013-07-02
Also published as: KR20130017719A

Abstract

본 발명은 대상물 가공 장치 및 방법에 관한 것으로, 대상물과 전극봉 사이에 아크를 발생시키는 전류 공급 유닛;과, 전극봉 측에서 상기 대상물 측으로 공기를 분사하는 공기 분사 유닛;과, 전류 공급 장치와 공기 공급 장치를 제어하여 아크 발생과 공기 분사가 교번되도록 하는 제어 유닛;을 포함하여 구성되는 것이다.

Description

대상물 가공 장치 및 방법{BASE METAL WORKING DEVICE AND METHOD}

본 발명은 대상물 가공 방법에 관한 것으로, 아크를 이용하여 대상물을 가공하는 방법에 관한 것이다.

에어 카본 아크 가우징은 대상물을 가공하는데 사용된다. 탄소 전극봉과 대상물(모재 또는 부재라고도 함)사이에 아크를 발생시키고, 아크의 고에너지를 이용하여 금속을 용융시키고, 이렇게 용융된 금속을 압축공기를 이용하여 불어내면서 대상물을 절단하거나 홈을 가공할 수 있다.

탄소 전극봉과 대상물 사이에서 발생된 아크는 1000K 이상의 고온이고, 탄소 전극봉을 따라 공급되는 압축공기는 고속/고압으로 분사된다. 이때 아크와 압축공기가 충돌하면서 폭발음을 발생시켜, 소음의 원인이 되고 있다.

종래에는 아래의 선행기술문헌에 기재된 것처럼, 절단 작업에서 발생하는 소음원을 제거하기 위하여 여러 가지 방법들이 제안되었다. 미국 등록 특허 US4258244는 압축 공기 속도를 제어하여 소음 발생 수준을 낮추는 방법을 개시하고, 미국 등록 특허 US4201902, US4300033은 가우징 홀도 또는 토치의 형상을 바꾸는 방법을 개시하고 있다. 또한 대한민국 등록특허 10-0885005호는 절단 작업이 물속에서 이루어지도록 마련되어 아크와 공기의 접촉을 차단하는 방법을 개시하고, 일본 공개특허 특개평05-111763호는 절단봉의 조성을 변경하여 소음을 줄이는 방법을 개시하고 있다.

그러나 선행 특허 문헌에 개시된 방법들은 소음 수준을 낮추는데 어느 정도 효과가 있으나, 고온의 아크와 고압의 압축 공기가 충돌하면서 발생하는 폭발음은 제거하지 못하는 문제점이 있었다.

특허문헌 1: 미국 등록특허 US4258244(1981. 03. 24 공고) 특허문헌 2: 미국 등록특허 US4201902(1980. 05. 06 공고) 특허문헌 3: 미국 등록특허 US4300033(1981. 11. 10 공고) 특허문헌 4: 대한민국 등록특허 제0885005호(2009. 02. 20 공고) 특허문헌 5: 일본 공개특허 특개평05-111763(1993 05. 07 공개)

본 발명의 목적은 아크와 공기 유동을 제어하여 저소음으로 대상물을 가공하는 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 아크와 공기 유동을 제어하여 저소음으로 대상물을 가공하는 방법을 제공하는데 있다.

일 기술적 사상에 따른 대상물 가공 장치는, 대상물과 전극봉 사이에 아크를 발생시키는 전류 공급 유닛;과 상기 전극봉 측에서 상기 대상물 측으로 공기를 분사하는 공기 분사 유닛;과 상기 전류 공급 장치와 상기 공기 공급 장치를 제어하여 상기 아크 발생과 상기 공기 분사가 교번되도록 하는 제어 유닛;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어 유닛은, 상기 전류 공급 유닛이 공급하는 전류가 제1주파수를 가지도록 계단형 파형으로 펄스화하고, 상기 공기 분사 유닛이 분사하는 공기 압력이 제1주파수를 가지도록 계단형 파형으로 펄스화하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 계단형 파형으로 형성되는 전류의 피크값이 지속되는 시간과 상기 계단형 파형으로 형성되는 공기 압력의 피크값이 지속되는 시간이 서로 중첩되지 않도록 더 제어할 수 있다.

또한, 상기 계단형 파형으로 형성되는 전류의 바텀값이 지속되는 시간 범위 내에서 상기 계단형 파형으로 형성되는 공기 압력의 피크값이 소정 시간 동안 지속되도록 더 제어할 수 있다.

또한, 상기 전류의 피크값이 끝나는 시점에서 상기 공기 압력의 피크값이 시작되도록 더 제어할 수 있다.

또한, 상기 계단형 파형으로 형성되는 공기 압력의 바텀값이 지속되는 시간 범위 내에서 상기 계단형 파형으로 형성되는 전류의 피크값이 소정 시간 동안 지속되도록 더 제어할 수 있다.

또한, 상기 공기 압력의 바텀값이 끝나는 시점에서 상기 전류의 피크값이 끝나도록 더 제어할 수 있다.

또한, 상기 전류 공급 유닛은 정전류 방식의 전원;과, 상기 전원을 상기 대상물과 연결시키는 제1전선케이블;과, 상기 전원을 상기 전극봉과 연결시키는 제2전선케이블;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 공기 분사 유닛은 공기를 분사하는 공기 공급원;과, 상기 공기 공급원에서 분사되는 공기를 개폐/차단하는 밸브;와, 상기 공기 공급원에서 분사하는 공기를 이동시키는 공기 호스;를 포함할 수 있다.

한편, 다른 기술적 사상에 따른 대상물 가공 방법은 대상물과 전극봉 사이에 아크를 발생시키고, 상기 전극봉 측에서 상기 대상물 측으로 공기를 분사하되, 상기 아크 발생과 상기 공기 분사를 교번시킬 수 있다.

또한, 상기 아크 발생은 제1주파수를 가지도록 계단형 파형으로 펄스화되고, 상기 공기 분사는 제1주파수를 가지도록 계단형 파형으로 펄스화 할 수 있다.

또한, 상기 아크 발생이 지속되는 시간과 상기 공기 분사가 지속되는 시간은 중첩되지 않을 수 있다.

일 실시예에 따른 대상물 가공 장치 및 방법은 저소음으로 대상물을 가공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 대상물 가공 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2A는 일 실시예에 따른 제어 유닛에 의해서 계단형 파형으로 펄스화된 전류를 나타낸 도면이다.
도 2B는 일 실시예에 따른 제어 유닛에 의해서 계단형 파형으로 펄스화된 공기 압력을 나타낸 도면이다.

이하에서는 일 실시예에 따른 대상물 가공 장치 및 방법에 대하여 첨부 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 대상물 가공 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 대상물 가공 장치(10)는 대상물(20)과, 전극봉(31), 토치(32), 전류 공급 유닛(40), 공기 분사 유닛(50), 제어 유닛(60)을 포함하여 구성될 수 있다.

대상물 가공 장치(10)는 아크의 고에너지를 이용하여 대상물(20)을 절단하거나 홈을 가공할 수 있다. 대상물(20)과 전극봉(31) 각각은 전류 공급 유닛(40)과 연결되어 서로 다른 전극을 형성하고, 이들 사이의 전위차에 의해서 아크가 발생한다. 대상물(20)은 금속 재질로 형성되는 모재(또는 부재)를 포함한다. 전극봉(31)은 탄소와 흑연으로 형성되는 봉을 포함한다. 이때 토치(32)는 전극봉(31)을 고정하고, 공기 분사 유닛(50)과 연결되어 대상물(20) 측으로 공기를 고압, 고속으로 분사한다.

전류 공급 유닛(40)은 전원(41)과 제1전선케이블(42), 제2전선케이블(43)을 포함한다. 이때 전원(41)은 정전류 방식이 사용된다. 제1전선케이블(42)은 대상물(20)과 연결되고 제2전선케이블(43)은 토치(32)와 전극봉(31)으로 연결되어 개방 회로 시스템을 구성한다. 이러한 구성에 의하여 대상물(20)과 전극봉(31) 사이에 전위차가 발생하고, 이로 인해 이들 사이에 아크가 발생한다.

공기 분사 유닛(50)은 공기 공급원(51)과 밸브(52), 공기 호스(53)를 포함한다. 공기 공급원(51)은 공기를 고압/고속으로 분사한다. 밸브(52)는 제어 유닛(60)과 연결되어, 분사되는 압축공기를 공급 또는 차단한다. 공기 호스(53)는 공기 공급원(51)과 토치(32)를 연결하고, 공기는 토치(32)(또는 전극봉(31)) 측에서 대상물(20) 측으로 분사된다.

도 2A는 일 실시예에 따른 제어 유닛에 의해서 계단형 파형으로 펄스화된 전류를 나타낸 도면이고, 도 2B는 일 실시예에 따른 제어 유닛에 의해서 계단형 파형으로 펄스화된 공기 압력을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(60)은 전류 공급 유닛(40)에서 공급되는 전류를 제어함으로써 그 전류를 제1주파수를 가지는 계단형 파형으로 펄스화하고, 밸브(52)를 제어함으로써 공기 공급원(51)에서 분사되는 공기를 제1주파수를 가지는 계단형 파형으로 펄스화한다. 이때 제어 유닛(60)은 전류가 공급되는 주기를 나타내는 제1주파수와 공기가 분사되는 주기를 나타내는 제1주파수가 동일해지도록 제어한다. 도 2A에서 전류가 피크값에 해당할 때 대상물(20)과 전극봉(31) 사이에 아크가 발생하고, 바텀값에 해당할 때 아크 발생이 중지된다. 도 2B에서 공기 압력이 피크값에 해당할 때 최대 압력으로 공기를 공급하고, 바텀값에 해당할 때 공기가 저압 상태이거나 공기 공급이 차단된 상태이다.

제어 유닛(60)은 전류 공급 유닛(40)과 공기 분사 유닛(50)을 제어하여 아크 발생과 공기 분사를 교번시킨다. 보다 구체적으로는, 아크 발생이 지속되는 시간(또는 전류의 피크값 지속시간)(T1)과 공기가 분사되는 시간(또는 공기 압력의 피크값 지속시간)(T3)이 중첩되지 않도록 한다. 이에 아크 발생 동안에는 공기가 분사되지 않고 아크 발생이 중지된 동안에는 공기가 분사되어 아크와 공기의 충돌을 회피할 수 있다. 이로써 고온의 아크와 고압, 고속으로 분사되는 공기의 충돌로 인한 소음을 제거할 수 있다.

또한, 제어 유닛(60)은 전류 공급 유닛(40)과 공기 분사 유닛(50)을 제어하여 계단형 파형으로 형성되는 전류의 바텀값이 지속되는 시간(T2) 동안에 계단형 파형으로 형성되는 압력의 피크값이 소정 시간(T3) 동안 지속되도록 한다. 여기서, 소정 시간(T3)이란, 예를 들면 전류 공급 신호와 공기 분사 신호의 주파수가 5hz인 경우 그 주기는 200ms이다. 이때 전류의 피크값과 바텀값의 지속시간(T1, T2)이 동일한 경우 그 바텀값의 지속시간(T2)은 100ms이고, 결국 압력의 피크값이 100ms 이내에서 지속되는 시간(T3)을 말한다.

이와 더불어 제어 유닛(60)은 공기 압력의 피크값이 전류의 피크값이 끝나는 시점에서 시작되도록 제어한다. 이에 압축공기는 아크 발생에 의해서 용융된 금속을 아크 발생이 중지되자마자 바로 불어낼 수 있다.

또한, 제어 유닛(60)은 전류 공급 유닛(40)과 공기 분사 유닛(50)을 제어하여 계단형 파형으로 형성되는 공기 압력의 바텀값이 지속되는 시간(T4) 범위 내에서 계단형 파형으로 형성되는 전류의 피크값이 소정 시간(T1) 동안 지속되도록 한다. 여기서, 소정 시간(T1)이란, 예를 들면 전류 공급 신호와 공기 분사 신호의 주파수가 5hz인 경우, 전류의 피크값과 바텀값의 지속시간(T1, T2)이 동일한 경우 그 피크값의 지속시간(T1)은 100ms이다. 이때 압력 바텀값의 지속시간(T4)는 100ms 보다 크게 제어된다.

이와 더불어 제어 유닛(60)은 공기 압력의 바텀값이 끝나는 시점에서 전류의 피크값이 끝나도록 제어한다. 이에 압축공기는 아크 발생에 의해서 용융된 금속을 아크 발생이 중지되자마자 바로 불어낼 수 있다.

이처럼 제어 유닛(60)은 전류 신호 및 공기 압력이 계단형으로 펄스화되도록 제어하고, 아크의 펄스 주파수와 전류 피크값 및 바텀값, 공기 압력 피크값 및 바텀값의 지속시간(T1-T4)을 제어한다. 이는 가공하고자 하는 대상물(20)의 양에 따라 전극봉(31)의 직경이 다르고, 직경에 따른 적정 전류가 다르기 때문이다. 또한, 동일 직경의 전극봉(31)이라고 하더라도 가공하려는 대상물(20)의 용융양을 조절할 필요가 있기 때문이다.

이하에서 일 실시예에 따른 대상물 가공 장치 및 방법의 동작에 대해서 자세히 설명한다.

전류 공급 유닛(40)은 대상물(20)과 전극봉(31)에 전류를 공급한다. 이에 대상물(20)과 전극봉(31) 사이에 아크가 발생되고, 아크의 고에너지는 금속 재질의 대상물(20)을 용융시킨다. 이후 용융된 금속이 응고되기 전 아크 발생을 순간적으로 중단시킨다. 이때 공기 분사 유닛(50)은 압축 공기를 고압, 고속으로 분사시켜 용융된 금속을 불어 낸다. 즉 아크 발생 동안은 압축 공기를 차단하고, 압축 공기 분사 시간 동안은 아크 발생을 중지시켜 아크 발생과 공기 분사가 교번되도록 제어한다. 이로써 고온의 아크와 고속, 고압의 압축 공기가 서로 충돌하는 시간을 회피시킴으로써 충격파를 제거할 수 있고 이로 인한 소음원을 제거할 수 있다.

10: 대상물 가공 장치 20: 대상물
31: 전극봉 32: 토치
40: 전류 공급 유닛 50: 공기 분사 유닛
60: 제어 유닛

Claims

대상물과 전극봉 사이에 아크를 발생시키는 전류 공급 유닛;과
상기 전극봉 측에서 상기 대상물 측으로 공기를 분사하는 공기 분사 유닛;과
상기 전류 공급 장치와 상기 공기 공급 장치를 제어하여 상기 아크 발생과 상기 공기 분사가 교번되도록 하는 제어 유닛;을
포함하는 대상물 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 전류 공급 유닛이 공급하는 전류가 제1주파수를 가지도록 계단형 파형으로 펄스화하고, 상기 공기 분사 유닛이 분사하는 공기 압력이 제1주파수를 가지도록 계단형 파형으로 펄스화하는 것을 포함하는 대상물 가공 장치.
제2항에 있어서,
상기 계단형 파형으로 형성되는 전류의 피크값이 지속되는 시간과 상기 계단형 파형으로 형성되는 공기 압력의 피크값이 지속되는 시간이 서로 중첩되지 않도록 더 제어하는 대상물 가공 장치.
제3항에 있어서,
상기 계단형 파형으로 형성되는 전류의 바텀값이 지속되는 시간 범위 내에서 상기 계단형 파형으로 형성되는 공기 압력의 피크값이 소정 시간 동안 지속되도록 더 제어하는 대상물 가공 장치.
제4항에 있어서,
상기 전류의 피크값이 끝나는 시점에서 상기 공기 압력의 피크값이 시작되도록 더 제어하는 대상물 가공 장치.
제3항에 있어서,
상기 계단형 파형으로 형성되는 공기 압력의 바텀값이 지속되는 시간 범위 내에서 상기 계단형 파형으로 형성되는 전류의 피크값이 소정 시간 동안 지속되도록 더 제어하는 대상물 가공 장치.
제6항에 있어서,
상기 공기 압력의 바텀값이 끝나는 시점에서 상기 전류의 피크값이 끝나도록 더 제어하는 대상물 가공 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 공급 유닛은 정전류 방식의 전원;과, 상기 전원을 상기 대상물과 연결시키는 제1전선케이블;과, 상기 전원을 상기 전극봉과 연결시키는 제2전선케이블;을 포함하는 대상물 가공 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기 분사 유닛은 공기를 분사하는 공기 공급원;과, 상기 공기 공급원에서 분사되는 공기를 개폐/차단하는 밸브;와, 상기 공기 공급원에서 분사하는 공기를 이동시키는 공기 호스;를 포함하는 대상물 가공 장치.
대상물과 전극봉 사이에 아크를 발생시키고,
상기 전극봉 측에서 상기 대상물 측으로 공기를 분사하되,
상기 아크 발생과 상기 공기 분사를 교번시키는 대상물 가공 방법.
제10항에 있어서,
상기 아크 발생은 제1주파수를 가지도록 계단형 파형으로 펄스화되고, 상기 공기 분사는 제1주파수를 가지도록 계단형 파형으로 펄스화되는 대상물 가공 방법.
제11항에 있어서,
상기 아크 발생이 지속되는 시간과 상기 공기 분사가 지속되는 시간은 중첩되지 않는 대상물 가공 방법.