KR101607975B1 - 위빙 서브머지드 용접 장치 - Google Patents

위빙 서브머지드 용접 장치 Download PDF

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Abstract

위빙 서브머지드 용접 장치가 소개된다.
이 위빙 서브머지드 용접 장치는 용접대상물의 용접선을 용접하기 위한 토치와, 용접와이어를 토치에 공급하는 송급유닛과, 송급유닛의 구동축을 이용하여 토치를 용접선의 폭방향으로 이동시키는 위빙수단을 포함할 수 있다.

Description

위빙 서브머지드 용접 장치{WEAVING SUBMERGED WELDING APPARATUS}
본 발명은 위빙 서브머지드 용접 장치에 관한 것으로, 용접와이어를 토치에 공급하는 송급유닛의 구동축을 이용하여, 토치를 용접선의 폭방향으로 위빙 모션시킬 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.
아울러, 위빙기구부에서 용접노즐을 용접선 방향의 직교방향으로 왕복 이동시키기 위해서는, 용접노즐을 이동시키기 위한 구동모터가 추가로 필요한데, 구동모터의 작동에 필요한 추가 전력 소모로 인해, 용접시 전류 및 전압이 불안정될 수 있고, 결국 용접품질이 불량해질 수 있다.
국내등록특허 10-0841822 (2008.06.20. 등록)
본 발명의 실시예들은 송급모터의 구동축을 통해 토치의 안정적인 위빙 모션을 구현할 수 있는 위빙 서브머지드 용접 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 용접대상물의 용접선을 용접하기 위한 토치; 용접와이어를 상기 토치에 공급하는 송급유닛; 및 상기 송급유닛의 구동축을 이용하여 상기 토치를 상기 용접선의 폭방향으로 이동시키는 위빙수단을 포함할 수 있다.
이때, 상기 위빙수단은 상기 구동축에 장착되고, 가장자리부에 위빙볼이 마련되는 회전플레이트; 상기 위빙볼이 접촉되는 경사면이 형성되고, 상기 토치가 장착되는 경사플레이트; 상기 경사플레이트를 상기 구동축의 축방향으로 안내하도록 상기 경사플레이트와 상기 송급유닛 사이를 연결하는 가이드부재; 및 상기 경사플레이트와 상기 회전플레이트를 서로 밀착시키기 위한 탄성스프링을 포함할 수 있다.
또한, 상기 송급유닛은 상기 구동축을 제공하는 송급모터; 및 상기 구동축의 단부에 마련되어 상기 용접와이어를 상기 토치에 안내하는 송급롤러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 송급롤러는 베어링을 매개로 상기 경사플레이트에 결합될 수 있다.
또한, 상기 송급롤러의 내부에는 상기 구동축과 스플라인 결합되는 가이드 스플라인면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 용접선과 나란하게 이동하는 캐리지; 상기 캐리지에 회전 가능하게 장착되는 연결붐; 및 상기 연결붐의 일단부에서 상기 송급유닛을 회전시키기 위한 송급회전구를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결붐의 타단부에 설치되고, 상기 용접와이어가 권취되는 와이어드럼; 및 상기 토치의 용접 조건 및 위빙 조건을 제어하기 위한 컨트롤패널을 더 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 송급모터의 구동축에 의한 회전력을 토치의 위빙 모션과 연동시킴으로써, 별도의 구동원 없이도 토치를 용접선의 폭방향으로 위빙시킬 수 있고, 위빙 모션을 위한 전력 추가시 발생되는 불안정한 전류, 전압으로 인한 용접변형을 미연에 방지할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 위빙볼의 회전시 발생되는 위상차를 이용하여 토치를 직선 왕복운동시킴으로써, 구동축을 회전시키는 작동만으로 광폭 용접을 효과적으로 구현할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 토치의 위빙 범위를 일정하게 유지하여 용접선을 고르게 용접함으로써, 용접 품질을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 "A"부를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 3은 도 1의 "A"부를 다른 각도에서 바라본 확대도이다.
도 4는 도 3의 "B-B"부를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 정면도이다.
도 6은 도 5의 "C"부를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 7은 도 6에서 위빙수단의 작동 상태를 도시한 상태도이다.
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 도 1의 "A"부를 확대하여 도시한 확대도이고, 도 3은 도 1의 "A"부를 다른 각도에서 바라본 확대도이며, 도 4는 도 3의 "B-B"부를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치는, 캐리지(100), 연결붐(300), 송급유닛(240), 송급회전구(220), 위빙수단(230) 및 토치(210)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, 캐리지(100)는 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 중심으로 수평방향으로 연장될 수 있고, 연결붐(300)의 일단에는 송급유닛(240) 및 토치(210)가 설치될 수 있고, 연결붐(300)의 타단에는 용접와이어(미도시)가 권취되는 드럼 형태의 와이어드럼(290)이 설치될 수 있다. 여기서, 용접와이어는 송급유닛(240)을 통해 토치(210)로 공급될 수 있으며, 토치(210)의 끝단에서 아크를 발생하며 녹게 된다.
그리고 와이어드럼(290)에는 토치(210)의 용접 조건 및 위빙 조건을 제어할 수 있는 컨트롤패널(250)이 마련될 수 있다. 컨트롤패널(250)은 송급유닛(240)을 조절하여 용접와이어의 공급속도를 제어할 수 있고, 토치(210)의 위빙 거리, 위빙 속도, 위빙 양단 정지시간 등을 제어할 수 있다.
본 실시예에서 연결붐(300)은 회전블록(310)을 중심으로 단부가 수평방향으로 연장되는 바 형태이지만, 이 연결붐(300)의 구조는 설계 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 연결붐(300)에 설치되는 구성들, 예컨대, 송급유닛(240), 토치(210) 및 와이어드럼(290) 등의 위치 또한 변경될 수 있음은 물론이다.
송급유닛(240)은 구동축(243)의 구동력을 이용하여 용접와이어를 토치(210)에 공급하는 동시에, 토치(210)를 용접선의 폭방향으로 위빙 모션시킬 수 있다. 이를 위해, 송급유닛(240)은 위빙수단(230)에 연동되는 구동축(243)을 제공하는 송급모터(241)와, 구동축(243)의 단부에 장착되어 용접와이어를 토치(210)로 안내하는 송급롤러(244)를 포함할 수 있다.
이때, 구동축(243)은 감속기(242)를 통해 용접와이어의 공급 속도와 토치(210)의 위빙 속도에 적합한 회전 속도로 감속될 수 있다. 그리고 송급롤러(244)의 회전축(244b)은 베어링(245)을 매개로 위빙수단(230)의 경사플레이트(233)에 결합될 수 있고, 송급롤러(244)의 내부에는 구동축(243)과 스플라인 결합되는 가이드 스플라인면(244a)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 송급롤러(244)는 구동축(243)의 회전에 연동하여 회전될 수 있고, 경사플레이트(233)의 축방향 이동에 연동하여 구동축(243)의 축방향으로 이동될 수 있다.
송급회전구(220)는 연결프레임(320)과 송급유닛(240) 사이에 설치되고, 송급회전구(220)에는 연결프레임(320) 상에서 송급유닛(240)을 회전시키기 위한 베어링(미도시)이 내장될 수 있으며, 송급회전구(220)의 일측에는 송급유닛(240)을 회전시키기 위한 송급손잡이(미도시)가 마련될 수 있다. 이 송급회전구(220)는 연결붐(300)의 일단부에서 송급유닛(240)을 회전시킴으로써, 토치(210)가 용접선에 위치되도록 토치(210)의 회전각도를 조절할 수 있다.
위빙수단(230)은 송급유닛(240)의 구동축(243)을 이용하여 토치(210)를 용접선의 폭방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 위빙수단(230)은 회전플레이트(231), 경사플레이트(233), 가이드부재(234) 및 탄성스프링(235)을 포함할 수 있다.
회전플레이트(231)는 송급유닛(240)과 경사플레이트(233) 사이에 배치되고, 회전플레이트(231)의 중앙부는 구동축(243)과 연동 가능하게 결합될 수 있다. 그리고 회전플레이트(231)의 일측 가장자리부에는 경사플레이트(233)의 경사면에 접촉되는 위빙볼(232)이 마련될 수 있다.
경사플레이트(233)는 회전플레이트(231)를 사이에 두고 송급유닛(240)과 나란하게 배치되고, 경사플레이트(233)의 가장자리부는 가이드부재(234) 및 탄성스프링(235)을 매개로 송급유닛(240)에 연결될 수 있다. 그리고 경사플레이트(233)의 중앙부에는 베어링(245)을 통해 구동축(243) 및 송급롤러(244)의 회전축(244b)이 회전 가능하게 관통될 수 있고, 경사플레이트(233)의 일측부에는 위빙볼(232)이 접촉되는 경사면이 형성되며, 경사플레이트(233)의 타측부에는 토치(210)가 장착될 수 있다.
가이드부재(234)는 경사플레이트(233)를 구동축(243)의 축방향으로 안내하기 위해, 경사플레이트(233)와 송급유닛(240) 사이를 연결할 수 있다. 이때, 가이드부재(234)의 일단은 경사플레이트(233)의 가장자리부에 고정되고, 가이드부재(234)의 타단은 송급유닛(240)에 슬라이딩 이동 가능하게 삽입되므로, 경사플레이트(233)는 구동축(243)의 회전시 구동축(243)의 축방향으로 왕복 이동될 수 있다.
탄성스프링(235)은 경사플레이트(233)와 회전플레이트(231)를 서로 밀착되도록 경사플레이트(233)에 탄성 복원력을 제공할 수 있다. 여기서, 탄성스프링(235)의 일단은 경사플레이트(233)의 가장자리부에 고정되고, 탄성스프링(235)의 타단은 송급유닛(240)에 고정될 수 있다.
이에 따라, 송급유닛(240)의 작동에 의해 구동축(243)이 일방향으로 회전되면, 회전플레이트(231)가 구동축(243)의 회전에 연동하여 일방향으로 회전되고, 이때, 회전플레이트(231)의 위빙볼(232)은 경사플레이트(233)의 경사면을 따라 이동하면서, 경사플레이트(233)에 위상차를 제공하므로, 경사플레이트(233)는 구동축(243)의 축방향으로 이동될 수 있다. 결국, 이 경사플레이트(233)의 축방향 이동에 의해, 토치(210)는 용접선의 폭방향으로 왕복이동하면서, 위빙모션할 수 있다.
토치(210)는 경사플레이트(233)에 고정 설치되고, 송급롤러(244)에 의해 용접와이어(미도시)를 공급받아 용접선(11)을 용접할 수 있다. 토치(210)에는 공급관(270) 및 분사노즐(280)이 연결될 수 있다. 여기서, 공급관(270)은 호퍼(260)로부터 용접에 필요한 보충재(예를 들면 플럭스)를 공급받아 분사노즐(280)에 제공할 수 있고, 분사노즐(280)은 공급관(270)으로부터 제공받은 보충재를 토치(210)의 진행 전방측에 토출할 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 정면도이고, 도 6은 도 5의 "C"부를 확대하여 도시한 확대도이며, 도 7은 도 6에서 위빙수단의 작동 상태를 도시한 상태도이다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 캐리지(100)를 용접대상물(10)의 용접선(11)과 나란하게 배치하고, 토치(210)가 용접선(11)에 근접하게 위치되도록 연결붐(300)을 회전시켜 토치(210) 및 송급유닛(240)을 소정 각도 회전시킨다.
캐리지(100)가 용접선(11)과 나란하게 배치되고 토치(210)가 용접선(11) 상에 위치되면, 분사노즐(280)을 통해 토치(210)의 진행 전방측에 플럭스를 토출시키고, 캐리지(100)를 용접선(11)과 나란하게 이동시키면서, 와이어드럼(290)으로부터 용접와이어를 공급받아 토치(210)를 통해 용접선(11)을 용접한다.
이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 송급유닛(240)의 송급모터(241)를 작동시켜, 송급유닛(240)의 구동축(243)을 일방향으로 회전시키면, 회전플레이트(231)가 구동축(243)의 회전에 연동하여 일방향으로 회전되면서, 회전플레이트(231)의 위빙볼(232)은 경사플레이트(233)의 경사면을 따라 이동하면서, 경사플레이트(233)를 구동축(243)의 축방향으로 이동시킬 수 있고, 경사플레이트(233)의 축방향 이동에 의해, 토치(210)는 용접선의 폭방향으로 위빙모션할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 송급모터의 구동축에 의한 회전력을 토치의 위빙 모션과 연동시켜, 별도의 구동원 없이도 토치를 용접선의 폭방향으로 위빙시킬 수 있고, 위빙 모션을 위한 전력 추가시 발생되는 불안정한 전류, 전압으로 인한 용접변형을 미연에 방지할 수 있으며, 위빙볼의 회전시 발생되는 위상차를 이용하여 토치를 직선 왕복운동시키므로, 구동축을 회전시키는 작동만으로 광폭 용접을 효과적으로 구현할 수 있고, 토치의 위빙 범위를 일정하게 유지하여 용접선을 고르게 용접하여, 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
210 :토치 220 :송급회전구
230 :위빙수단 231 :회전플레이트
232 :위빙볼 233 :경사플레이트
234 :가이드부재 235 :탄성스프링
240 :송급유닛 241 :송급모터
243 :구동축 244 :송급롤러
250 :컨트롤패널 260 :와이어드럼
270 :공급관 280 :분사노즐
290 :와이어드럼 300 :연결붐
310 :회전블록 320 :연결프레임

Claims (8)

  1. 용접대상물의 용접선을 용접하기 위한 토치;
    용접와이어를 상기 토치에 공급하는 송급유닛; 및
    상기 송급유닛의 구동축을 이용하여 상기 토치를 상기 용접선의 폭방향으로 이동시키는 위빙수단을 포함하고,
    상기 위빙수단은
    상기 구동축에 장착되고, 가장자리부에 위빙볼이 마련되는 회전플레이트;
    상기 위빙볼이 접촉되는 경사면이 형성되고, 상기 토치가 장착되는 경사플레이트;
    상기 경사플레이트를 상기 구동축의 축방향으로 안내하도록 상기 경사플레이트와 상기 송급유닛 사이를 연결하는 가이드부재; 및
    상기 경사플레이트와 상기 회전플레이트를 서로 밀착시키기 위한 탄성스프링을 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 송급유닛은
    상기 구동축을 제공하는 송급모터; 및
    상기 구동축의 단부에 마련되어 상기 용접와이어를 상기 토치에 안내하는 송급롤러를 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 송급롤러의 회전축은 베어링을 매개로 상기 경사플레이트에 결합되는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 송급롤러의 내부에는 상기 구동축과 스플라인 결합되는 가이드 스플라인면이 형성되는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  6. 용접대상물의 용접선을 용접하기 위한 토치;
    용접와이어를 상기 토치에 공급하는 송급유닛;
    상기 송급유닛의 구동축을 이용하여 상기 토치를 상기 용접선의 폭방향으로 이동시키는 위빙수단;
    상기 용접선과 나란하게 이동하는 캐리지;
    상기 캐리지에 회전 가능하게 장착되는 연결붐; 및
    상기 연결붐의 일단부에서 상기 송급유닛을 회전시키기 위한 송급회전구를 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연결붐의 타단부에 설치되고, 상기 용접와이어가 권취되는 와이어드럼; 및
    상기 토치의 용접 조건 및 위빙 조건을 제어하기 위한 컨트롤패널을 더 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  8. 제 6 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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