KR101571410B1 - 위빙 서브머지드 용접 장치 - Google Patents

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Abstract

위빙 서브머지드 용접 장치가 소개된다.
위빙 서브머지드 용접 장치는 용접대상물의 용접선과 나란하게 이동하는 캐리지와, 캐리지에 회전 가능하게 장착되는 연결붐과, 연결붐의 단부에서 회전 가능하게 설치되고 토치가 용접선의 폭방향으로 이동되도록 장착되는 토치기구를 포함할 수 있다.

Description

위빙 서브머지드 용접 장치{WEAVING SUBMERGED WELDING APPARATUS}
본 발명은 위빙 서브머지드 용접 장치에 관한 것으로, 토치가 캐리지에서 회전되더라도, 토치가 용접선의 폭방향으로 위빙 모션을 원활하게 구현할 수 있는 위빙 서브머지드 용접 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 대형 선박이나 해양 구조물의 제작에 있어서 판과 판, 블록과 블록을 용접할 때 철판과 철판을 용접하게 된다. 철판의 용접은 비교적 입열이 적은 CO2용접으로 초층 용접을 실시한 후 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding :SAW)으로 마무리하게 된다.
서브머지드 아크 용접은 입상의 플럭스 밑에서 와이어와 모재 사이에 아크(arc)를 발생시켜 얻는 열로서 2개 이상의 피 접합물을 용접한다. 이때, 아크는 플럭스(flux)로 덮혀 있어 외부에 노출되지 않으며, 플럭스는 공기를 차단함으로써 용접금속의 정련작용을 보호한다. 이러한 서브머지드 아크 용접은 열효율이 매우 높으며 피복아크용접에 비해 3배 이상의 융착속도를 낼 수 있다.
이와 관련하여 "서브머지드아크용접 위빙 장치(국내등록특허 10-0841822)"가 참고될 수 있다.
종래 기술은 주행대차를 용접 방향으로 주행시키고, 용접노즐을 위빙기구부에서 용접선 방향의 직교방향으로 왕복 이동시켜, 용접선을 용접한다.
그런데, 종래 서브머지드아크용접 위빙 장치의 경우, 위빙기구부가 주행대차에 수직하게 연결됨에 따라, 주행대차가 용접 방향에서 조금이라도 틀어지게 배치되면, 주행대차가 용접선을 기준으로 사선 방향으로 주행되므로, 용접 불량이 발생될 수 있다.
위빙기구부가 주행대차에서 회전될 수 있는 구조라 하더라도, 용접선 방향에 대해 위빙기구부의 용접노즐이 정해진 방향으로 왕복 이동하기 때문에, 주행대차가 용접 방향에서 틀어지면, 용접이 용접선을 따라 제대로 실시되기 어렵게 된다.
특허문헌: 국내등록특허 10-0841822 (2008.06.20. 등록)
본 발명의 실시예들은 토치가 다양한 각도로 회전되더라도 용접선의 폭방향으로 토치의 안정적인 위빙 모션을 구현할 수 있는 위빙 서브머지드 용접 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 용접대상물의 용접선과 나란하게 이동하는 캐리지; 상기 캐리지에 회전 가능하게 장착되는 연결붐; 및 상기 연결붐의 단부에서 회전 가능하게 설치되고, 토치가 상기 용접선의 폭방향으로 이동되도록 장착되는 토치기구를 포함할 수 있다.
이때, 상기 토치기구는 상기 용접선을 용접하는 토치; 상기 토치를 상기 용접선의 폭방향으로 이동시키는 위빙수단; 및 상기 위빙수단이 회전되도록 상기 연결붐과 상기 위빙수단 사이에 설치되는 위빙회전구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 위빙수단은 상기 위빙회전구에 상기 폭방향으로 연장되게 설치되는 가이드레일; 상기 가이드레일을 따라 이동가능하게 설치되고 상기 토치가 장착되는 가이드편; 및 상기 가이드편을 왕복 이동시키기 위한 구동력을 상기 가이드편에 제공하는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 토치가 회전되도록 상기 토치와 상기 위빙수단 사이에 설치되는 토치회전구를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 토치회전구의 회전축은 상기 위빙회전구의 회전축과 소정 거리 이격되게 위치될 수 있다.
또한, 상기 가이드레일의 양단부에는 상기 가이드편의 이탈을 방지하기 위한 스토퍼가 마련될 수 있다.
또한, 상기 위빙수단은 상기 피니언기어에 맞물리는 감지기어의 회전수를 통해, 상기 가이드편의 이동 위치를 측정하는 포텐셔미터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 토치에 용접와이어를 제공하도록 상기 연결붐에 설치되는 와이어드럼; 및 상기 토치의 용접 조건 및 위빙 조건을 제어하기 위한 컨트롤패널을 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결붐에 장착되고, 용접에 사용되는 보충재가 수용되는 호퍼; 상기 호퍼내 수용된 보충재를 상기 토치로 안내하는 공급관; 및 상기 보충재가 상기 토치의 진행 전방측에 토출되도록 상기 공급관에 연결되는 분사노즐을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 캐리지와 용접선 간의 이격 거리에 따라, 토치유닛이 캐리지를 회전중심으로 회전되더라도, 토치유닛의 토치가 용접선의 폭방향으로 위빙하면서 효과적인 광폭 용접을 구현할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 토치회전구를 통해 토치의 회전각도를 1차 조절하여 용접와이어가 벤딩없이 토치로 공급될 수 있도록 할 수 있고, 위빙회전구를 통해 토치의 회전각도를 2차 조절하여 토치가 용접선의 폭방향으로 이동되도록 할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 토치의 위빙 위치를 정확하게 감지하여, 용접선의 너비에 따라, 토치의 위빙 범위를 정밀하게 조절함으로써, 용접선을 고르게 용접할 수 있고, 용접변형을 감소시켜 용접 품질을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 정면도이다.
도 3은 도 1의 "A"부를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치의 토치기구를 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
도 5는 도 4를 "Z"방향 측으로 바라본 토치기구의 측면도이다.
도 6은 도 4를 "X"방향 측으로 바라본 토치기구의 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 정면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치는, 캐리지(100), 연결붐(300) 및 토치기구(200)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 캐리지(100)는 용접대상물(10)의 용접선(11)과 나란하게 주행 가능한 이동대차로 구성될 수 있다. 이 캐리지(100)는 본체(110)와, 용접대상물(10)의 상면을 이동할 수 있는 주행휠(120)과, 주행을 위해 작업자가 파지 가능한 주행손잡이(130)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 캐리지(100)는 주행휠(120)을 통해 용접대상물(10)의 상면을 주행가능한 형태로 제공되지만, 캐리지(100)의 주행 형태는 다양한 구조로 변경될 수 있다. 예를 들어, 캐리지는 기 설치된 안내레일 위를 슬라이딩 주행할 수 있는 형태로 제공될 수 있다.
캐리지(100)에는 회전블록(310)을 매개로 연결붐(300)이 회전가능하게 연결될 수 있다. 이때, 회전블록(310)은 캐리지(100)의 상부에서 회전축(미도시)을 매개로 회전 가능하게 장착된다.
연결붐(300)은 회전블록(310)을 관통하여 수평방향으로 연장될 수 있다. 본 실시예에서 연결붐(300)은 회전블록(310)을 중심으로 단부가 수평방향으로 연장되는 바 구조이지만, 이 연결붐(300)의 구조는 설계 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
연결붐(300)의 일단에는 와이어드럼(240)이 설치될 수 있으며, 와이어드럼(240)에는 용접와이어가 권취되고 컨트롤패널(250)이 마련될 수 있다. 여기서, 용접와이어는 송급모터(241)에 의해 와이어드럼(240)에서 토치(210)로 공급되어 토치(210)의 끝단에서 아크를 발생하며 녹게 되고, 컨트롤패널(250)은 토치(210)의 용접 조건 및 위빙 조건을 제어할 수 있다. 즉, 컨트롤패널(250)은 송급모터(241)를 조절하여 용접와이어의 공급속도를 제어할 수 있고, 후술하는 위빙수단(230)의 액츄에이터(233)를 조절하여 토치(210)의 위빙 거리, 위빙 속도, 위빙 양단 정지시간 등을 제어할 수 있다.
연결붐(300)에는 수직붐(301)을 통해 호퍼(260)가 장착될 수 있다. 호퍼(260)는 용접에 필요한 보충재(예를 들면 플럭스)가 수용되는 케이스로, 공급관(270) 및 분사노즐(280)을 통해 보충재를 토치(210)에 공급할 수 있다. 공급관(270)은 후술하는 호퍼(260)와 분사노즐(280) 사이를 연결하여 호퍼(260) 내 수용된 보충재를 토치(210)로 안내할 수 있고, 분사노즐(280)은 공급관(270)으로부터 제공받은 보충재를 토치(210)의 진행 전방측에 토출할 수 있다.
연결붐(300)의 타단에는 토치기구(200)가 설치될 수 있다. 본 실시예에서, 연결붐(300)의 일단 및 타단에는 와이어드럼(240) 및 토치기구(200)가 각각 설치되지만, 연결붐(300)에 설치되는 와이어드럼(240) 및 토치기구(200)의 위치는 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
도 3은 도 1의 "A"부를 확대하여 도시한 확대도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치의 토치기구를 다른 각도에서 바라본 사시도이고, 도 5는 도 4를 "Z"방향 측으로 바라본 토치기구의 측면도이며, 도 6은 도 4를 "X"방향 측으로 바라본 토치기구의 정면도이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 토치기구(200)는 연결붐(300)을 통해 캐리지(100)에서 회전될 수 있고, 토치(210)가 용접선의 폭방향으로 이동되도록 장착될 수 있다. 이 토치기구(200)는 토치(210), 위빙수단(230), 토치회전구(220) 및 위빙회전구(290)를 포함할 수 있다.
토치(210)는 위빙수단(230)을 통해 연결붐(300)의 연결프레임(320)에 설치될 수 있으며, 와이어드럼(240)으로부터 용접와이어(미도시)를 공급받아 토치노즐(231)을 통해 용접선(11)을 용접할 수 있다. 토치(210)의 상부에는 용접와이어를 토치노즐(231)에 공급시키기 위한 송급모터(241) 및 감속기(242)가 마련될 수 있고, 토치노즐(231)에는 후술하는 공급관(270) 및 분사노즐(280)이 연결될 수 있다.
위빙수단(230)은 토치(210)와 연결프레임(320) 사이에 설치되어 토치(210)를 용접선(11)의 폭방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 위빙수단(230)은 가이드레일(231), 가이드편(232), 액츄에이터(233) 및 포텐셔미터(238)를 포함할 수 있다. 가이드레일(231)은 일방향으로 연장되는 레일홈으로, 토치회전구(220)를 사이에 두고 연결프레임(320)의 상부에 설치되되, 위빙회전구(290)의 회전에 의해 용접선(11)의 폭방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 가이드레일(231)의 양단부에는 가이드편(232)의 이탈을 방지하기 위한 스토퍼(235)가 마련될 수 있다.
그리고 가이드편(232)은 가이드레일(231)에 슬라이딩 이동 가능하게 장착되는 구조로, 일측부에 가이드레일(231)과 나란하게 배치되는 렉기어(234b)가 마련될 수 있다. 가이드편(232)의 렉기어(234b)는 액츄에이터(233)의 피니언기어(234a)에 맞물릴 수 있다. 액츄에이터(233)는 가이드레일(231)의 일측에 배치되고, 액츄에이터(233)의 구동축은 렉기어(234b)에 맞물리는 피니언기어(234a)를 통해, 가이드편(232)을 왕복 이동시키기 위한 구동력을 가이드편(232)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 액츄에이터(233)의 구동축이 정방향/역방향으로 회전되면, 구동축의 회전력이 피니언기어(234a)를 통해 가이드편(232)의 렉기어(234b)에 전달됨으로써, 가이드편(232)은 가이드레일(231)을 따라 왕복 이동될 수 있다.
또한, 포텐셔미터(238)는 액츄에이터(233)에서 하방향으로 돌출된 구동축(237)의 회전수를 감지하여 가이드편(232)의 이동 거리 및 이동 위치를 측정할 수 있다. 이 포텐셔미터(238)는 가이드편(232)의 위치 정보를 측정하여 컨트롤패널(250)에 제공할 수 있으며, 컨트롤패널(250)은 가이드편(232)의 위치 정보를 토대로, 토치(210)의 위빙 조건, 예를 들어 토치(210)의 위빙폭 및 위빙속도 등을 제어할 수 있다.
위빙회전구(290)는 연결붐(300)의 연결프레임(320)과 위빙수단(230) 사이에 설치되어, 토치(210)가 용접선의 폭방향으로 이동되도록 토치(210)의 회전각도를 조절할 수 있다. 이 위빙회전구(290)에는 연결프레임(320) 상에서 위빙수단(230)을 회전시키기 위한 베어링(미도시)이 내장될 수 있고, 위빙회전구(290)의 일측에는 위빙수단(230)을 회전시키기 위한 위빙손잡이(291)가 마련될 수 있다.
토치회전구(220)는 위빙수단(230)의 가이드편(232)과 송급모터(241)를 지지하는 토치프레임(243)에 사이에 설치되되, 토치회전구(220)의 회전축이 위빙회전구(290)의 회전축과 소정 거리 이격되게 위치됨으로써, 와이어드럼(240)의 용접와이어가 벤딩없이 토치(210)로 공급될 수 있도록 토치(210)의 회전각도를 조절할 수 있다. 이를 위해, 토치회전구(220)에는 가이드편(232) 상에서 토치프레임(243) 회전시키기 위한 베어링(미도시)이 내장될 수 있고, 토치회전구(220)의 일측에는 토치프레임(243)을 회전시키기 위한 토치손잡이(221)가 마련될 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
캐리지(100)를 용접대상물(10)의 용접선(11)과 나란하게 배치하고, 토치(210)가 용접선(11)에 근접하게 위치되도록 연결붐(300)을 회전시켜 토치기구(200)를 소정 각도 회전시킨다.
캐리지(100)가 용접선(11)과 나란하게 배치되고 토치(210)가 용접선(11) 상에 위치되면, 와이어드럼(240)의 용접와이어가 벤딩없이 토치(210)로 공급될 수 있도록 토치회전구(220)를 통해 토치(210)의 회전각도를 1차 조절하고, 토치(210)가 용접선에 일치되도록 위빙회전구(290)를 통해 토치(210)의 회전각도를 2차 조절한다.
토치회전구(220) 및 위빙회전구(290)를 통해 토치(210)가 용접선에 최종적으로 위치되면, 분사노즐(280)을 통해 토치(210)의 진행 전방측에 플럭스를 토출시키고, 캐리지(100)를 용접선(11)과 나란하게 이동시키면서, 와이어드럼(240)으로부터 용접와이어를 공급받아 토치(210)를 통해 용접선을 용접한다.
이때, 액츄에이터(233)의 작동에 의해 가이드편(232)은 가이드레일(231)을 따라 왕복 이동되면, 가이드편(232)의 왕복 이동에 따라, 토치(210)는 용접선(11)의 폭방향으로 위빙모션될 수 있고, 컨트롤패널(250)은 포텐셔미터(238)로부터 제공받은 가이드편(232)의 위치 정보를 토대로, 가이드편(232)의 폭방향 이동거리 및 이동속도를 조절하여, 토치(210)의 위빙폭 및 위빙속도 등을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 캐리지와 용접선 간의 이격 거리에 따라, 토치유닛이 캐리지를 회전중심으로 회전되더라도, 토치유닛의 토치가 용접선의 폭방향으로 위빙하면서 효과적인 광폭 용접을 구현할 수 있고, 토치회전구를 통해 토치의 회전각도를 1차 조절하여 용접와이어가 벤딩없이 토치로 공급될 수 있도록 할 수 있고, 위빙회전구를 통해 토치의 회전각도를 2차 조절하여 토치가 용접선의 폭방향으로 이동되도록 할 수 있고, 토치의 위빙 위치를 정확하게 감지하여, 용접선의 너비에 따라, 토치의 위빙 범위를 정밀하게 조절하여, 용접선을 고르게 용접할 수 있고, 용접변형을 감소시켜 용접 품질을 향상시킬 수 있는 등의 우수한 장점을 갖는다.
상기에서 본 발명을 실시 예를 통해 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
100 :캐리지 110 :본체
120 :주행휠 130 :주행손잡이
200 :토치기구 210 :토치
220 :토치회전구 230 :위빙수단
231 :가이드레일 232 :가이드편
233 :액츄에이터 234a :피니언기어
234b :렉기어 235 :스토퍼
240 :와이어드럼 250 :컨트롤패널
260 :호퍼 270 :공급관
280 :분사노즐 300 :연결붐
310 :회전블록 320 :연결프레임

Claims (9)

  1. 용접대상물의 용접선과 나란하게 이동하는 캐리지;
    상기 캐리지에 회전 가능하게 장착되는 연결붐; 및
    상기 연결붐의 단부에서 회전 가능하게 설치되고, 토치가 상기 용접선의 폭방향으로 이동되도록 장착되는 토치기구를 포함하고,
    상기 토치기구는
    상기 용접선을 용접하는 토치;
    상기 토치를 상기 용접선의 폭방향으로 이동시키는 위빙수단; 및
    상기 위빙수단이 회전되도록 상기 연결붐과 상기 위빙수단 사이에 설치되는 위빙회전구를 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위빙수단은
    상기 위빙회전구에 상기 폭방향으로 연장되게 설치되는 가이드레일;
    상기 가이드레일을 따라 이동가능하게 설치되고 측부에 렉기어가 마련되는 가이드편; 및
    상기 렉기어에 맞물리는 피니언기어를 통해, 상기 가이드편을 왕복 이동시키기 위한 구동력을 상기 가이드편에 제공하는 액츄에이터를 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 토치가 회전되도록 상기 토치와 상기 위빙수단 사이에 설치되는 토치회전구를 더 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 토치회전구의 회전축은 상기 위빙회전구의 회전축과 소정 거리 이격되게 위치되는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 가이드레일의 양단부에는
    상기 가이드편의 이탈을 방지하기 위한 스토퍼가 마련되는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 위빙수단은 상기 액츄에이터의 구동축의 회전수를 통해, 상기 가이드편의 이동 위치를 측정하는 포텐셔미터를 더 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 토치에 용접와이어를 제공하도록 상기 연결붐에 설치되는 와이어드럼; 및
    상기 토치의 용접 조건 및 위빙 조건을 제어하기 위한 컨트롤패널을 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연결붐에 장착되고, 용접에 사용되는 보충재가 수용되는 호퍼;
    상기 호퍼내 수용된 보충재를 상기 토치로 안내하는 공급관; 및
    상기 보충재가 상기 토치의 진행 전방측에 토출되도록 상기 공급관에 연결되는 분사노즐을 더 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
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