KR102631208B1 - 플레이트 적층체의 용접 장치 및 플레이트 구조체의 제조 방법 - Google Patents

플레이트 적층체의 용접 장치 및 플레이트 구조체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

일실시 형태에 따른 플레이트 적층체의 용접 장치는, 용접 토치와, 적층된 복수의 플레이트를 적층 방향이 횡향인 자세로 파지하는 척과, 상기 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 플레이트 적층체를 하방으로부터 지지하는 적어도 하나의 서포트를 구비한다.

Description

플레이트 적층체의 용접 장치 및 플레이트 구조체의 제조 방법
본 개시는, 플레이트 적층체의 용접 장치 및 플레이트 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
쉘 앤 플레이트형 열교환기에 설치되는 열교환부는, 예를 들면, 동일한 외형을 가지고 적층한 복수의 플레이트로 구성되는 플레이트 구조체가 이용된다. 이 플레이트 구조체는, 냉매가 유입되거나 또는 유출되는 2개의 냉매 유통 구멍을 가지는 한 쌍의 플레이트를 당해 냉매 유통 구멍의 주연부에서 접합하여 페어 플레이트를 형성하고, 또한, 복수의 페어 플레이트를 적층시킴과 함께, 복수의 페어 플레이트 간에서 서로 대향 배치된 플레이트의 외주연들을 접합하여 제조된다. 이 플레이트 구조체에서는, 각 플레이트의 표면측을 흐르는 냉매와 이면측을 흐르는 냉매가 서로 열교환을 행한다. 특허 문헌 1에는, 쉘 앤 플레이트형 열교환기의 구성 및 플레이트 구조체의 제조 공정(도 13)이 개시되어 있다.
특허 문헌 2에는, 플레이트 구조체를 구성하는 복수의 플레이트의 외형은 진원(眞圓)이 아닌 둘레 방향으로 곡률이 상이한 비원형의 형상을 가지며, 페어 플레이트 간에서 서로 대향 배치된 비원형 플레이트의 외주연들을 용접하는 용접 장치가 개시되어 있다. 이 용접 장치는, 우선, 플레이트면이 수평 방향으로 배치된 복수의 페어 플레이트를 연직 방향으로 적층하고, 회전 지그로 상하 방향에서 파지하여 고정한다. 다음에, 적층된 복수의 플레이트를 적층 방향을 따르는 축 중심으로 회전시키고, 측방으로부터 횡향 자세가 된 용접 토치로, 페어 플레이트 간에서 대향 배치된 비원형 플레이트의 외주연들을 용접한다. 이 용접 장치에서는, 비원형의 플레이트 외주연의 곡률 변화에 대해 용접 토치의 토치 각도를 항상 일정하게 유지함으로써, 용접 불량을 억제하고 있다.
일본 특허 제5690532호 공보(도 13) 일본 재공표 WO 2018-066136호 공보
특허 문헌 2에 개시된 용접 장치에서는, 용접 토치가 횡향 자세이기 때문에, 중력의 영향을 받아 용접 비드에 처짐 등 미묘한 흐트러짐이 발생하기 쉽고, 이것에 의해, 용접 불량이 생기는 경우가 있다. 또한, 상하 방향으로 세로로 두어진 플레이트 적층체가 용접 시의 열 변형에 의해 적층 방향(축방향)에 대해 미소하게 기울어지는 경우가 있고, 그 경우, 용접 중에 그것을 유효하게 교정하는 수단이 없다. 그 때문에, 플레이트 적층체의 적층수에 제약이 생기는 등의 문제가 있다.
본 개시에 따른 일실시 형태는, 적층된 복수의 플레이트의 외주연들을 용접하는 경우에, 열 변형에 의한 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다.
(1) 일실시 형태에 따른 플레이트 적층체의 용접 장치는,
용접 토치와,
플레이트 적층체를 적층 방향이 횡향인 자세로 파지하는 척과,
상기 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 플레이트 적층체를 하방으로부터 지지하는 적어도 하나의 서포트를 구비한다.
본 명세서에서, 「플레이트 적층체」란, 복수의 플레이트가 플레이트면과 직교하는 방향으로 적층되어, 서로 이웃하는 적어도 1조의 플레이트에 있어서 외주연들이 서로 맞대어져 용접 가능한 위치 관계에 있는 것을 말한다. 플레이트 적층체는 적어도 2장의 플레이트로 이루어지며, 이들 2장의 플레이트의 미용접의 외주연들이 서로 맞대어져 용접 가능한 위치 관계에 있다. 또, 「적층 방향」이란, 플레이트 적층체를 구성하는 복수의 플레이트가 적층된 방향이며, 또한 각 플레이트의 플레이트면과 직교하는 방향이기도 하다. 적층 방향은, 적층된 복수의 플레이트가 용접 후에 형성되는 플레이트 적층체의 축선 방향과 일치한다.
상기 (1)의 구성에 있어서, 척에 의해 횡향의 자세로 파지된 플레이트 적층체는, 상기 서포트로 하방으로부터 지지되면서 플레이트 적층체의 축선 둘레로 회전되어, 용접 토치에 의해 각 플레이트의 외주연들이 용접된다. 외주연들이 용접되어 일체가 된 플레이트 적층체에, 또한, 다른 플레이트를 같은 방법으로 순차적으로 용접하여 나감으로써, 플레이트 적층체의 플레이트 장수를 늘려 갈 수 있다. 용접 중, 복수의 플레이트는, 각각 서포트로부터 균등한 지지 반력을 받기 때문에, 용접 시의 열 변형에 의한 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐은, 서포트로부터 각 플레이트에 가해지는 균등한 지지 반력에 의해 교정된다. 이것에 의해, 용접 후의 플레이트 적층체의 휨이나 적층 방향(축선 방향)에 대한 기울어짐을 억제할 수 있다.
(2) 일실시 형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서,
상기 척은 상기 플레이트 적층체를 상기 적층 방향을 따르는 축선 둘레로 회전 가능하게 구성되고,
상기 적어도 하나의 서포트는 서포트 롤러로 구성된다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 적어도 하나의 서포트를 서포트 롤러로 구성함으로써, 서포트 롤러로 지지되는 플레이트 적층체를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 따라서, 플레이트 적층체의 외측에 정위치에 배치된 용접 토치로, 플레이트 적층체를 회전시키면서 서로 이웃하는 플레이트가 맞대어진 외주연들을 용이하게 용접할 수 있다.
(3) 일실시 형태에서는, 상기 (2)의 구성에 있어서,
상기 서포트 롤러는 상기 플레이트 적층체의 회전에 수반하여 종동 회전하도록 구성된다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 서포트 롤러가 종동 회전하기 때문에, 회전하는 플레이트 적층체와 서포트 롤러 간에서 마찰이 없어진다. 이것에 의해, 플레이트 적층체를 구성하는 복수의 플레이트 각각은, 서포트 롤러로부터 불필요한 힘을 받지 않기 때문에, 각 플레이트의 외주연에 뒤틀림이나 변형이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(4) 일실시 형태에서는, 상기 (1)~(3) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 적어도 하나의 서포트는, 상기 척의 회전 중심을 통과하는 연직면을 사이에 두고 당해 연직면의 양측에 배치되는 제1 서포트 및 제2 서포트를 포함하여 구성된다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 제1 서포트 및 제2 서포트가 플레이트 적층체의 회전 중심을 통과하는 연직면의 양측에 배치되므로, 플레이트 적층체를 안정 지지할 수 있다.
(5) 일실시 형태에서는, 상기 (1)~(4) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 서포트를 상하 방향을 따라 이동시키는 구동부와,
상기 척의 회전 각도에 의거하여 상기 서포트의 지지 높이를 제어하는 제어부를 구비한다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 상기 제어부에 의해, 서포트의 지지 높이를 척의 회전 각도에 의거하여 제어하기 때문에, 플레이트 적층체를 구성하는 복수의 플레이트가 비원형 플레이트일 때에도, 서포트의 지지 높이를 비원형 플레이트의 형상에 맞추어 조정할 수 있다. 이것에 의해, 플레이트 적층체의 회전 중심을 정위치에 유지한 채로, 맞대어진 외주연들의 용접이 가능해진다.
본 명세서에서, 「비원형 플레이트」란, 진원형과 같이 외주연 전체 둘레가 둘레 방향으로 동일한 곡률을 가지는 원호로 구성되는 것이 아니라, 둘레 방향으로 적어도 일부가 상이한 곡률을 가지는 형상의 플레이트를 말한다. 예를 들면, 플레이트 적층체가 척에 의해 축 중심으로 회전될 때, 타원형의 플레이트 등과 같이, 회전 중심으로부터 외주연까지의 길이가 둘레 방향으로 상이한 플레이트면을 가진다. 또한, 타원형과 같이 외주연이 원호 만으로 구성되는 형상에 한정되지 않고, 외주연의 일부에 원호 이외의 형상을 포함하고 있어도 된다.
(6) 일실시 형태에서는, 상기 (5)의 구성에 있어서,
상기 구동부는,
서보모터와,
상하 방향을 따라 배치되며, 상기 서포트를 지지하는 볼 나사와,
상기 서보모터의 동력이 전달되어, 당해 동력에 의해 상기 볼 나사를 상하 이동시키도록 구성된 동력 전달부를 포함한다.
상기 (6)의 구성에 의하면, 상기 구성의 구동부를 구비하기 때문에, 간이한 구성으로 서포트의 상하 방향 위치를 정확하게 조정할 수 있다.
(7) 일실시 형태에서는, 상기 (5) 또는 (6)의 구성에 있어서,
상기 제어부는, 상기 플레이트 적층체가 상기 서포트에 가하는 하중을 가미하여 상기 서포트의 지지 높이를 제어하도록 구성된다.
상기 (7)의 구성에 의하면, 제어부는, 척의 회전 각도 이외에, 서포트에 가해지는 플레이트 적층체의 하중을 가미하여 서포트의 지지 높이를 제어함으로써, 용접 중, 서포트에 의해 플레이트 적층체를 구성하는 플레이트 각각의 외주연에 둘레 방향 전역에서 일정한 하중을 부가할 수 있다. 또, 각 플레이트의 중량 등의 개체차에 의한 플레이트 적층체의 하중의 변동을 파악하면서, 서포트의 지지 높이를 제어할 수 있다. 이것에 의해, 각 플레이트의 외주연에 둘레 방향으로 부분적인 휨이나 패임을 발생시키지 않고, 플레이트 적층체를 지지할 수 있다.
(8) 일실시 형태에서는, 상기 (6)의 구성에 있어서,
상기 서보모터에 공급되는 구동 전류의 값은, 상기 플레이트 적층체가 상기 서포트에 가하는 하중을 나타내고 있으며, 상기 제어부는, 상기 구동 전류의 값을 가미하여 상기 구동부의 작동을 제어하여, 상기 서포트의 지지 높이를 제어하도록 구성된다.
상기 (8)의 구성에 의하면, 제어부는, 서보모터에 공급되는 구동 전류의 값을 가미함으로써, 각 플레이트의 중량 등의 개체차에 의한 플레이트 적층체의 하중의 변동을 간이하게 파악할 수 있다.
(9) 일실시 형태에서는, 상기 (1)~(8) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 플레이트 적층체는, 동일한 외형을 가지고 적층된 복수의 비원형 플레이트로 구성된다.
상기 (9)의 구성에 의하면, 플레이트 적층체를 구성하는 복수의 플레이트가 비원형 플레이트여도, 척에 의해 횡향의 자세로 파지되어 있는 플레이트 적층체는, 적층 방향을 따라 연장되는 서포트로 하방으로부터 지지되기 때문에, 플레이트 적층체를 구성하는 복수의 플레이트는, 각각 서포트로부터 균등한 지지 반력을 받는다. 그 때문에, 용접 시의 열 변형에 의한 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐은, 서포트로부터 각 플레이트에 가해지는 균등한 지지 반력에 의해 교정된다. 이것에 의해, 용접 후의 플레이트 적층체의 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐을 억제할 수 있다.
(10) 일실시 형태에서는, 상기 (1)~(9) 중 어느 하나의 구성에 있어서,
상기 용접 토치는, 상기 플레이트 적층체의 상방에 배치되고, 또한, 하향 용접 가능하게 구성된다.
상기 (10)의 구성에 의하면, 용접 토치의 하향 용접이 가능해지기 때문에, 중력의 영향에 의한 용접 비드의 처짐을 억제할 수 있어, 용접 불량을 억제할 수 있다.
(11) 일실시 형태에 따른 플레이트 구조체의 제조 방법은,
정면에서 봤을 때 외주연이 겹치도록 접합된 한 쌍의 플레이트로 구성된 적어도 2조의 페어 플레이트를, 상기 적어도 2조의 페어 플레이트 간에서 상기 플레이트의 외주연들이 맞대어지도록 적어도 하나의 서포트에 적층 방향이 횡향인 자세로 하방으로부터 지지시키는 위치 결정 단계와,
상기 적어도 2조의 페어 플레이트를 당해 페어 플레이트의 둘레 방향으로 회전시키고, 용접 토치에 의해 서로 맞대어진 상기 외주연들을 용접하는 용접 단계를 포함한다.
상기 (11) 방법에 의하면, 척에 의해 횡향의 자세로 파지되어 있는 복수의 페어 플레이트는, 적층 방향을 따라 연장되는 서포트로 하방으로부터 지지되기 때문에, 플레이트 적층체를 구성하는 복수의 페어 플레이트는, 각각 서포트로부터 균등한 지지 반력을 받는다. 그 때문에, 용접 시의 열 변형에 의한 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐은, 서포트로부터 각 페어 플레이트에 가해지는 균등한 지지 반력에 의해 교정된다. 이것에 의해, 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐이 없는 플레이트 구조체를 제조할 수 있다.
몇가지의 실시 형태에 의하면, 플레이트 적층체를 구성하는 적층된 복수의 플레이트가 서로 이웃하는 외주연들을 용접하는 경우에, 용접 시의 열 변형에 의한 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐을 억제할 수 있다.
도 1은 일실시 형태에 따른 용접 장치의 정면도이며, 또한 용접 공정의 순서를 나타내는 설명도이다.
도 2는 일실시 형태에 따른 용접 장치의 측면도이다.
도 3은 일실시 형태에 따른 용접 방법의 공정도이다.
도 4는 일실시 형태에 따른 용접 장치의 정면도이다.
도 5는 일실시 형태에 따른 용접 장치에 의한 용접 공정을 나타내는 설명도이다.
도 6은 일실시 형태에 따른 플레이트 구조체의 제조 공정을 나타내는 설명도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇가지의 실시 형태에 대해서 설명한다. 단, 실시 형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 나타나 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
예를 들면, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그와 같은 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 같은 기능을 얻을 수 있는 정도의 각도나 거리를 가지고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
또 예를 들면, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 같은 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 요철부나 모따기부 등을 포함한 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성 요소를 「마련한다」, 「갖춘다」, 「구비한다」, 「포함한다」, 또는, 「가진다」라는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
도 1은, 일실시 형태에 따른 용접 장치(10)를 이용한 플레이트 적층체의 용접 공정을 나타내고 있다. 도 2는 용접 장치(10)의 측면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 척(12)은, 용접 대상이 되는 플레이트 적층체(102)나 플레이트(100) 등을 적층 방향(플레이트 적층체(102)의 축선 방향)이 횡향의 자세로 양측에서 파지한다. 적어도 하나의 서포트(14)는 당해 적층 방향을 따라 연장되고, 척(12)에 파지된 플레이트 적층체(102) 등을 하방으로부터 지지한다. 서포트(14)에 의해 지지된 플레이트 적층체(102)의 경방향 외측에 용접 토치(16)가 설치되어 있다. 도 1에 나타내는 실시 형태에서는, 서포트(14)에 지지된 플레이트 적층체(102)를 구성하는 복수의 플레이트(100)는, 서로 이웃하는 플레이트(100)의 외주연들이 이미 용접되어, 플레이트 적층체(102)의 축방향 단부에 있는 플레이트(100(100a))의 외주연과 새롭게 용접 장치(10)에 반입되는 플레이트(100(100b))의 외주연을 용접하는 공정을 나타내고 있다.
플레이트 적층체(102)와 플레이트(100(100b))는, 척(12)에 의해 적층 방향이 횡향인 자세로 파지되고, 또한 서포트(14)로 하방으로부터 지지된다. 이 상태에서 플레이트(100(100a))와 플레이트(100(100b))는, 적층 방향으로 외주연들이 서로 겹쳐 맞대어진 위치 관계로 배치된다. 그리고, 척(12)에 의해 플레이트 적층체(102)의 축 둘레로(플레이트(100)의 둘레 방향으로) 회전되면서, 용접 토치(16)에 의해 맞대어진 외주연들이 용접된다. 플레이트(100(100b))가 용접된 플레이트 적층체(102)에 대해, 같은 용접 공정을 반복함으로써, 플레이트 적층체(102)를 구성하는 플레이트(100)의 적층수를 늘릴 수 있다.
용접 중, 플레이트 적층체(102)를 구성하는 복수의 플레이트(100) 및 플레이트(100(100b)) 각각은, 서포트(14)로부터 균등한 지지 반력을 받는다. 따라서, 용접 시의 열 변형에 의한 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐은, 서포트(14)로부터 각 플레이트에 가해지는 균등한 지지 반력에 의해 교정된다. 이것에 의해, 용접 후의 플레이트 적층체(102)의 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐을 억제할 수 있다.
일실시 형태에서는, 플레이트 적층체(102)를 구성하는 복수의 플레이트(100)는 동일한 외형 및 크기를 가진다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 척(12)은 한 쌍의 척(12(12a, 12b))으로 구성된다. 한 쌍의 척(12(12a, 12b))은 각각 스탠드(20(20a, 20b))에 장착되어, 서포트(14)에 의해 지지된 플레이트 적층체(102) 및 플레이트(100(100b))를 적층 방향 양측에서 사이에 두도록 구성된다. 스탠드(20(20a, 20b))는, 기대(22) 상에 설치되고, 기대(22)의 상면에는, 화살표 a방향을 따라 레일(24)이 설치되어 있다. 한쪽의 스탠드(20(20a)) 및 서포트(14)는 공통의 가대(44)에 고정되고, 가대(44)는 레일(24) 상을 화살표 a방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다. 다른쪽의 스탠드(20(20b))는, 기대(22) 상에 고정되어 있다. 또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 척(12)은, 클로(13)로 플레이트(100)의 내주연(110)(도 6 참조)을 파지한다.
도 1중, 단계 (1)에서는, 가대(44)는 스탠드(20(20b))로부터 떨어져 있으며, 플레이트(100(100b))가 반입되어 척(12(12b))에 장착된다. 단계 (2)에서는, 가대(44)가 스탠드(20(20b))에 접근하고, 플레이트(100(100b)) 및 플레이트 적층체(102)는, 각각 척(12(12a, 12b))에 의해 파지된다. 단계 (3)에서, 플레이트(100(100a))와 플레이트(100(100b))의 외주연들이 용접 토치(16)에 의해 용접된다. 단계 (4)에서, 가대(44)는 스탠드(20(20b))로부터 떨어진다.
여기서, 플레이트 적층체(102)의 일실시 형태로서의 플레이트 구조체(102(102a))의 제조 공정을 설명한다. 플레이트 구조체(102(102a))는, 쉘 앤 플레이트형 열교환기의 열교환부로서 이용된다. 도 6은, 특허 문헌 1의 도 13에 도시된 당해 열교환부의 제조 공정을 나타내고 있다. 이 예에서는, 플레이트(100)로서, 외형이 진원형을 가지는 플레이트(100(100A))가 이용되고 있다. 복수의 진원형 플레이트(100(100A))는, 각각 파형 단면을 가지는 요철(104)이 형성되어 있다. 플레이트(100(100A))에는, 외주연(106)의 근방에, 중심으로 대해 위상을 180도 다르게 한 2개의 냉매 유통 구멍(108)이 형성되어 있다. 플레이트(100(100A))의 외주연(106) 및 냉매 유통 구멍(108)을 형성하는 플레이트(100(100A))의 내주연(110)은, 요철(104)에 이어진 좁은 환상의 평탄면으로 형성되어 있다. 외주연(106)의 평탄면을 형성하는 판형상체와 내주연(110)의 평탄면을 형성하는 판형상체는, 요철(104)의 산과 골짜기의 단차분만큼 고저차가 형성되어 있다.
우선, 2장의 플레이트(100(100A))를 서로의 이면들을 상대시켜(요철(104)의 볼록부 또는 오목부들을 서로 등을 맞대게 하여) 겹치고, 서로 대향 배치된 냉매 유통 구멍(108)의 내주연(110)들을 화살표 u로 나타내는 바와 같이 둘레 용접하여, 페어 플레이트(112)를 제조한다. 이 때, 서로 이웃하는 플레이트(100(100A))의 외주연(106) 간은, 플레이트(100(100A))에 형성된 요철(104)의 산과 골짜기의 단차의 2배의 간극(s)을 형성한다. 다음에, 예를 들면, 용접 장치(10)를 이용하여, 복수의 페어 플레이트(112)를 서포트(14)에 지지시켜 적층시켜, 서로 이웃하는 페어 플레이트(112)의 외주연들을 맞닿게 한다. 이 단계에서 플레이트 적층체(102)의 일실시 형태로서의 페어 플레이트(112)로 구성된 적층체가 형성된다. 또한, 맞닿은 외주연들을 화살표 v로 나타내는 바와 같이 둘레 용접하여 플레이트 구조체(102(102a))를 제조한다. 이 플레이트 구조체는, 쉘 앤 플레이트형 열교환기의 중공 용기의 내부에 저류된 냉매에 침지된다.
이와 같이, 플레이트 구조체(102(102a))는, 복수의 플레이트(100)의 냉매 유통 구멍(108)의 내주연(110)과 외주연(106)이 적층 방향으로 번갈아 용접되어 제조된다. 이것에 의해, 각 플레이트의 한쪽의 면측에, 상기 중공 용기의 내부 공간에 개방된 제1의 유로와, 중공 용기의 내부 공간에 대해 차단되어 냉매 유통 구멍(108)에 연통한 제2의 유로가 형성된다. 그리고, 제1의 유로를 흐르는 제1 냉매와 제2의 유로를 흐르는 제2 냉매가 플레이트를 통하여 열교환 가능해진다. 또한, 플레이트 구조체(102(102a))를 구성하는 플레이트(100)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 비원형 플레이트(100(100B))여도 된다.
일실시 형태에 따른 플레이트 구조체(102(102a))의 제조 방법은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 우선, 정면에서 봤을 때 외주연이 겹치도록 접합된 한 쌍의 플레이트(100)로 구성된 적어도 2조의 페어 플레이트(112)를 준비한다(준비 단계 S10). 페어 플레이트(112)는, 예를 들면, 도 6에 나타내는 순서로 제조된다. 다음에, 2조의 페어 플레이트(112)를, 2조의 페어 플레이트(112) 간에서 대향 배치된 플레이트(100)의 외주연(106)들이 맞대어지도록 배치한다. 이들 2조의 페어 플레이트(112)를 횡향의 자세로 척(12(12a, 12b))에 의해 양측에서 파지함과 함께, 서포트(14)에 의해 하방으로부터 지지한다(위치 결정 단계 S12). 그 후, 서포트(14)에 의해 위치 결정된 2조의 페어 플레이트(112)를 페어 플레이트(112)의 둘레 방향(축선 회전)으로 회전시키고, 용접 토치(16)에 의해 서로 맞대어진 플레이트(100)의 외주연(106)들을 용접하여, 플레이트 구조체(102(102a))를 제조한다(용접 단계 S14). 제조된 플레이트 구조체(102(102a))에 대해, 상기 공정을 반복함으로써, 플레이트 구조체(102(102a))를 구성하는 페어 플레이트(112)의 수를 늘릴 수 있다.
상기 방법에 의하면, 용접 중, 횡향 자세의 복수의 페어 플레이트(112)는, 서포트(14)로 하방으로부터 지지되므로, 복수의 페어 플레이트(112) 각각은, 서포트(14)로부터 균등한 지지 반력을 받는다. 그 때문에, 용접 시의 열 변형에 의한 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐은, 서포트(14)로부터 각 페어 플레이트(112)에 가해지는 균등한 지지 반력에 의해 교정된다. 이것에 의해, 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐이 없는 플레이트 구조체(102(102a))를 제조할 수 있다.
도 1에 나타내는 실시 형태에서는, 우선, 단계 (1)에 있어서, 이미 적어도 2조의 페어 플레이트(112) 간에서 대향 배치된 플레이트(100)의 외주연(106)들이 맞대어져 용접되어 제조된 플레이트 구조체(102(102a))는 서포트(14)에 의해 하방으로부터 지지된다. 또, 플레이트 구조체(102(102a))의 일단이 척(12(12a))에 파지되어 있다. 스탠드(20(20a))는 스탠드(20(20b))로부터 화살표 a방향으로 떨어진 위치에 있다. 한편, 또 다른 1조의 페어 플레이트(112)가 용접 장치(10)에 반입되어, 척(12(12b))에 파지된다. 다음에, 단계 (2)에 있어서, 척(12(12a)) 및 서포트(14)는 척(12(12b))을 향하여 이동하고, 플레이트 구조체(102(102a))와 새로운 페어 플레이트(112)는, 서로 이웃하는 플레이트(100)의 외주연들이 서로 맞대어져 용접 가능한 위치 관계가 된다.
다음에, 단계 (3)에서는, 플레이트 구조체(102(102a))의 경방향 외측에 배치된 용접 토치(16)에 의해, 서로 이웃하는 페어 플레이트(112) 간에서 맞대어진 플레이트(100)의 외주연들이 전체 둘레에 걸쳐 용접되고, 이것에 의해, 기존의 플레이트 구조체(102(102a))에 새로운 페어 플레이트(112)를 더한 플레이트 구조체(102(102a))가 제조된다. 단계 (4)에서는, 용접 후, 플레이트 구조체(102(102a))는 척(12(12b))으로부터 벗어나, 척(12(12a)) 및 서포트(14)가 원래의 위치, 즉, 스탠드(20(20a))가 스탠드(20(20b))로부터 떨어진 위치로 되돌아온다. 다음에, 단계 (1)로 되돌아와, 또한 새로운 1조의 페어 플레이트(112)가 준비되고, 척(12(12b))에 파지된다.
일실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 척(12(12a, 12b))은, 파지한 플레이트(100(100b)) 및 플레이트 적층체(102)를 적층 방향을 따르는 회전축(18)의 축선 둘레로, 즉 회전 중심(O)을 중심으로 회전 가능하게 구성된다. 척(12(12a, 12b))을 회전시키는 장치(도시하지 않음)는 스탠드(20(20a, 20b))의 내부에 설치되어 있다. 또, 서포트(14)는 서포트 롤러로 구성된다. 이것에 의해, 용접 공정에 있어서, 서포트(14)는 지지된 플레이트(100(100b)) 및 플레이트 적층체(102)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 따라서, 이들의 외측에 정위치에 고정된 용접 토치(16)로, 플레이트(100(100b)) 및 플레이트 적층체(102)를 회전시키면서, 플레이트(100(100b)) 및 플레이트 적층체(102) 간에서 서로 이웃하는 플레이트(100)의 외주연들을 용이하게 용접할 수 있다.
일실시 형태에서는, 서포트 롤러로 구성된 서포트(14)는 지지하는 플레이트 적층체(102) 등의 회전에 수반하여 종동 회전하도록 구성된다. 이것에 의해, 플레이트 적층체(102)를 구성하는 복수의 플레이트(100) 각각은, 서포트 롤러로부터 불필요한 힘을 받지 않기 때문에, 각 플레이트(100)의 외주연(106)에 뒤틀림이나 변형이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
일실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 서포트(14)는, 척(12)의 회전 중심(O)을 통과하는 연직면(Sv)을 사이에 두고 연직면(Sv)의 양측에 배치되는 제1 서포트(14(14a)) 및 제2 서포트(14(14b))로 구성된다. 이것에 의해, 플레이트 적층체(102) 등을 안정 지지할 수 있다.
일실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 서포트(14)를 상하 방향을 따라 이동시키는 구동부(26)를 구비한다. 제어부(28)는, 척(12)의 회전 각도에 의거하여 구동부(26)의 작동을 제어하여, 서포트(14)의 지지 높이를 제어한다. 플레이트 적층체(102)를 구성하는 복수의 플레이트(100)가, 도 2에 나타내는 바와 같은비원형 플레이트(100(100B))일 때, 척(12)의 회전 중심(O)으로부터 외주연(106)까지의 길이(r)는, 척(12)의 회전 각도에 따라 상이하다. 이 실시 형태에 의하면, 제어부(28)에 의해, 서포트(14)의 지지 높이를 척(12)의 회전 각도에 의거하여 제어하기 때문에, 플레이트(100)가 비원형 플레이트(100(100B))일 때에도, 서포트(14)의 지지 높이를 비원형 플레이트(100(100B))의 형상에 맞추어 조정할 수 있다. 따라서, 비원형 플레이트로 구성된 플레이트 적층체(102)를 용접하는 경우에도, 플레이트 적층체(102)의 회전 중심(O)을 정위치에 유지한 채로, 플레이트 적층체(102)를 구성하는 플레이트 외주연들의 용접이 가능해진다.
일실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 척(12)의 회전 각도를 검출하는 각도 센서(30)가 설치되어, 각도 센서(30)의 검출값이 제어부(28)에 보내어진다. 제어부(28)는 각도 센서(30)로부터 보내어지는 검출값에 의거하여 서포트(14)의 지지 높이를 제어한다.
일실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 구동부(26)는, 서보모터(32)와, 상하 방향을 따라 배치되어, 서포트(14)를 지지하는 볼 나사(34)를 구비한다. 서보모터(32)의 동력은 동력 전달부(36)를 통하여 볼 나사(34)에 전달되고, 서포트(14)는 동력 전달부(36)로부터 전달되는 동력에 의해 상하 이동한다. 상기 구성의 구동부(26)에 의해, 간이한 구성으로 서포트(14)의 상하 방향 위치를 정확하게 조정할 수 있다.
일실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 동력 전달부(36)는, 서보모터(32)의 출력축에 장착된 톱니바퀴(38)와, 중심 관통 구멍에 형성된 나사부가 볼 나사(34)로 나사식 결합하는 톱니바퀴(40)를 포함한다. 톱니바퀴(38)와 톱니바퀴(40)는 서로 맞물림으로써, 서보모터(32)의 출력축의 회전은 볼 나사(34)에 전달되어, 볼 나사(34)를 상하 이동시킬 수 있다.
일실시 형태에서는, 2개의 톱니바퀴(40)가 톱니바퀴(38)를 사이에 두고 적층 방향을 따라 배치되어 있다. 그 때문에, 적층 방향을 따라 연장되는 서포트(14)를 수평 방향으로 기울어지게 하는 일 없이, 상하 이동시킬 수 있다.
일실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 서포트(14)는 서포트 롤러로 구성되고, 당해 서포트 롤러를 회전 가능하게 지지하는 대좌(42)를 구비하고, 대좌(42)는 가대(44)에 고정된다. 볼 나사(34)의 상단부가 가대(44)에 형성된 관통 구멍을 관통하여, 대좌(42)에 결합되어 있다. 이것에 의해, 서포트(14)는 대좌(42)와 함께 상하 이동 가능해진다. 이와 같이, 볼 나사(34)가 대좌(42)에 결합되기 때문에, 서포트(14)에는 불필요한 하중이 부가되지 않는다. 이것에 의해, 서포트(14)를 정확하게 서포트 위치에 유지할 수 있다.
또, 톱니바퀴(40)의 적층 방향 외측에 상하 방향을 따라 설치된 한 쌍의 가이드 샤프트(46, 46)와, 가이드 샤프트(46)가 슬라이드 이동 가능하게 관통하는 관통 구멍을 가지는 한 쌍의 가이드(48, 48)를 구비하고 있다. 가이드 샤프트(46)의 상단부는 대좌(42)에 결합되고, 가이드(48)의 상단부는 가대(44)에 결합되어 있다. 가이드 샤프트(46) 및 가이드(48)를 구비함으로써, 서포트(14)의 상하 이동을 원활하게 행할 수 있다.
일실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 플레이트 적층체(102)가 서포트(14)에 가하는 하중을 검출하고, 제어부(28)는, 척(12)의 회전 각도 이외에, 당해 하중의 검출값을 가미하여, 서포트(14)의 지지 높이를 제어하도록 구성된다. 이것에 의해, 용접 중, 서포트(14)에 의해 플레이트 적층체(102)를 구성하는 복수의 플레이트(100)의 외주연(106)에 둘레 방향 전역에서 일정한 하중을 부가할 수 있다. 또, 각 플레이트(100)의 중량 등의 개체차에 의한 플레이트 적층체(102)의 하중의 변동을 파악하면서, 서포트(14)의 지지 높이를 제어할 수 있다. 따라서, 외주연(106)에 부분적인 휨이나 패임을 발생시키는 일 없이, 플레이트 적층체(102)를 지지할 수 있다.
일실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 플레이트 적층체(102)가 서포트(14)에 가하는 하중을 검출하는 하중 센서(50)를 구비하고, 하중 센서(50)의 검출값은 제어부(28)에 보내어진다. 제어부(28)는, 하중 센서(50)로부터 보내어지는 검출값에 의거하여 서포트(14)의 지지 높이를 제어하도록 구성된다.
일실시 형태에서는, 제어부(28)는, 척(12)의 회전 각도 이외에, 서보모터(32)에 공급되는 구동 전류의 값을 가미하여, 구동부(26)의 작동을 제어하여, 서포트(14)의 지지 높이를 제어하도록 구성된다. 서보모터(32)에 공급되는 구동 전류의 값은, 플레이트 적층체(102)가 서포트(14)에 가하는 하중을 나타내고 있다. 따라서, 서보모터(32)에 공급되는 구동 전류의 값을 검출함으로써, 각 플레이트(100)의 중량 등의 개체차에 의한 플레이트 적층체(102)의 하중의 변동을 간이하게 파악할 수 있다.
일실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 플레이트 적층체(102)는, 플레이트(100)로서, 동일한 외형을 가지고 적층된 복수의 비원형 플레이트(100(100B))로 구성된다. 플레이트 적층체(102)를 구성하는 플레이트(100)가 비원형 플레이트(100(100B))여도, 횡향 자세의 플레이트 적층체(102)를 서포트(14)로 하방으로부터 지지하면서 용접하므로, 플레이트 적층체(102)를 구성하는 복수의 비원형 플레이트(100(100B))는 플레이트 적층체(102)의 자중에 동등한 반력을 서포트(14)로부터 받는다. 그 때문에, 용접 시에 일어나는 열 변형에 의한 휨이나 적층 방향(회전축(18)의 축선 방향)에 대한 기울어짐은, 서포트(14)에 의해 교정된다. 이것에 의해, 용접 후의 플레이트 적층체(102)의 휨이나 적층 방향에 대한 기울어짐을 억제할 수 있다.
일실시 형태에서는, 플레이트 적층체(102)는, 정면에서 봤을 때 외주연(106)이 겹치도록 접합된 한 쌍의 비원형 플레이트(100(100B))로 구성된 페어 플레이트(112)를 적어도 2조 적층하여 구성된다.
일실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 용접 토치(16, 16＇)는 플레이트 적층체(102)의 상방에 배치되고, 또한 하향 용접 가능하게 구성된다. 이것에 의해, 중력의 영향에 의한 용접 비드의 처짐을 억제할 수 있어, 용접 불량을 억제할 수 있다.
도 5는, 비원형 플레이트(100(100B))로 구성되는 플레이트 적층체(102)의 용접 단계를 순서대로 나타내는 설명도이다. 이 도면 중, 각 도형의 하방에 나타내는 수치는 척(12)의 회전 각도(θ)를 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 비원형 플레이트(100(100B))로 구성되는 플레이트 적층체(102)의 경우, 척(12)의 회전 각도(θ)에 의해 회전 중심(O)으로부터 서포트(14(14a, 14b))가 지지하는 플레이트 외주연(106)까지의 길이(r)가 상이하므로, 제어부(28)에 의해 서포트(14(14a, 14b))의 지지 높이를 조정한다. 이것에 의해, 플레이트 적층체(102)의 회전 중심(O)을 고정한 채로, 서로 이웃하는 비원형 플레이트(100(100B))의 외주연(106)을 용접할 수 있다.
<산업상의 이용 가능성>
본 개시에 따른 몇가지의 실시 형태에 의하면, 플레이트 적층체를 용접하여, 쉘 앤 플레이트형 열교환기의 열교환부 등에 적용 가능한 플레이트 구조체 등을 제조하는 경우에, 용접 중의 열 변형에 의한 휨이나 적층 방향에서의 기울어짐을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 열교환부에 적용되는 경우, 플레이트의 양측을 흐르는 냉매의 유로를 설계 대로 정확하게 형성할 수 있으므로, 열교환 효율을 높게 유지할 수 있다.
10 용접 장치 12(12a, 12b) 척
13 클로 14(14a, 14b) 서포트
14a 제1 서포트 14b 제2 서포트
16, 16＇ 용접 토치 18 회전축
20(20a, 20b) 스탠드 22 기대
24 레일 26 구동부
28 제어부 30 각도 센서
32 서보모터 34 볼 나사
36 전달부 38, 40 톱니바퀴
42 대좌 44 가대
46 가이드 샤프트 48 가이드
50 하중 센서 100(100a, 100b) 플레이트
100A 비원형 플레이트 100B 진원형 플레이트
102 플레이트 적층체 102(102a) 플레이트 구조체
104 요철 106 외주연
108 냉매 유통 구멍 110 내주연
112 페어 플레이트 O 회전 중심
θ 회전 각도

Claims (11)

  1. 용접 토치와,
    플레이트 적층체를 적층 방향이 횡향(橫向)인 자세로 파지하는 척과,
    상기 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 플레이트 적층체를 하방으로부터 지지하는 적어도 하나의 서포트와,
    상기 서포트를 상하 방향을 따라 이동시키는 구동부와,
    상기 척의 회전 각도에 의거하여 상기 구동부의 작동을 제어하여, 상기 서포트의 지지 높이를 제어하는 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 플레이트 적층체의 용접 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 척은 상기 플레이트 적층체를 상기 적층 방향을 따르는 축선 둘레로 회전 가능하게 구성되고,
    상기 적어도 하나의 서포트는 서포트 롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 적층체의 용접 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 서포트 롤러는 상기 플레이트 적층체의 회전에 수반하여 종동 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 적층체의 용접 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서포트는, 상기 척의 회전 중심을 통과하는 연직면을 사이에 두고 당해 연직면의 양측에 배치되는 제1 서포트 및 제2 서포트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 적층체의 용접 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    서보모터와,
    상하 방향을 따라 배치되며, 상기 서포트를 지지하는 볼 나사와,
    상기 서보모터의 동력이 전달되어, 당해 동력에 의해 상기 볼 나사를 상하 이동시키도록 구성된 동력 전달부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트 적층체의 용접 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 플레이트 적층체가 상기 서포트에 가하는 하중을 가미하여 상기 서포트의 지지 높이를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플레이트 적층체의 용접 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 서보모터에 공급되는 구동 전류의 값은, 상기 플레이트 적층체가 상기 서포트에 가하는 하중을 나타내고 있으며, 상기 제어부는, 상기 구동 전류의 값을 가미하여 상기 구동부의 작동을 제어하여, 상기 서포트의 지지 높이를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플레이트 적층체의 용접 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트 적층체는, 동일한 외형을 가지고 적층된 복수의 비원형 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 적층체의 용접 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 토치는, 상기 플레이트 적층체의 상방에 배치되고, 또한, 하향 용접 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 플레이트 적층체의 용접 장치.
  10. 정면에서 봤을 때 외주연이 겹치도록 접합된 한 쌍의 플레이트로 구성된 적어도 2조의 페어 플레이트를, 상기 적어도 2조의 페어 플레이트 간에 상기 플레이트의 외주연들이 맞대어지도록 적어도 하나의 서포트에 적층 방향이 횡향인 자세로 하방으로부터 지지시키는 위치 결정 단계와,
    상기 적어도 2조의 페어 플레이트를 당해 페어 플레이트의 둘레 방향으로 회전시키고, 용접 토치에 의해 서로 맞대어진 상기 외주연들을 용접하는 용접 단계와,
    서로 맞대어진 상기 외주연들의 용접 중에, 상기 2조의 페어 플레이트를 파지하는 척의 회전 각도에 의거하여 상기 서포트를 상하 방향을 따라 이동시켜, 상기 서포트의 지지 높이를 제어하는 지지 높이 제어 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트 구조체의 제조 방법.
  11. 삭제
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