KR0116809Y1 - 고능률 전자빔 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 항공 우주 부품, 자동차부품, 원자력발전설비, 및 일반기계부품등의 용접 및 표면개질을 위하여 사용되는 전자빔 용접장치에 관한 것으로써, 동종 및 이종의 여러 가지 용접시편을 동시에 장입하여 연속적으로 전자빔 용접을 할 수 있을뿐만 아니라 종래의 로터리 테이블의 회전속도를 기어비에 의하여 고속의 범위까지 자유로이 조절할 수 있는 고능률 전자빔 용접장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 고안은 회전축(40)을 구비하여 용접하고자 하는 피용접체를 회전시키도록 구성되어 진공챔버내에 위치되는 로터리 테이블을 포함하여 구성되는 전자빔 용접장치에 있어서, 상기 회전축(40)에 회전축기어(41)가 형성되고; 그 중심 및 그 중심으로부터 다른 거리에 있는 다수개의 동심원의 각각의 원주상에 다수개의 피용접체 홀더(10)가 고정되어 있는 피용접체 고정판(1), 및 이 피용접체 고정판(1)과 일체로 결합되고, 그내부에 서로 다른 기어비를 갖는 다수개의 기어(20)가 상기 회전축(40)의 회전축기어(41)와 맞물리도록 구비되어 있는 회전부(2)로 이루어진 피용접체 고정지그(100)가 상기 로터리 테이블의 회전축(40)과 기어 맞물림 방식으로 결합되어 있는 고능률 전자빔 용접장치를 그 요지로 한다.

Description

고능률 전자빔 용접장치

제1도는 본 고안에 부합되는 피용접체 고정지그(jig)의 평면개략도

제2도는 제1도의 피용접체 고정지그의 단면 개략도

제3도는 제1도의 피용접체 고정지그의 피용접체 홀더의 상세단면도

제4도는 제3도의 피용접체 홀더의 평면도

제5도는 제1도의 피용접체 고정지그의 초점위치설정부의 상세단면도

제6도는 피용접체지지구의 두께에 따른 피용접체 변형량을 나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:피용접체 고정판2:회전부

10:피용접체 홀더12:피용접체 지지구

13:피용접체 받침대14:스프링

20a,20b,20c:기어30:촛점위치설정부

31:나선부32:촛점설정블록

40:회전축41a,41b,41c:기어

50:피용접체

본 고안은 항공 우주 부품, 자동차부품, 원자력발전설비 및 일반기계부품등의 용접 및 표면개질을 위하여 사용되는 전자빔 용접장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 고능률 전자빔 용접장치에 관한 것이다.

통상의 전자빔 용접장치에는 X-Y테이블(table)과 X-Y테이블 위에 하나의 로터리 테이블을 설치하여 하나의 용접시편만 용접할 수 있도록 구성되어 있어 하나의 전자빔 용접작업이 완료되면 공기를 주입하고 진공실을 개방한 다음 용접시편을 꺼내어 새로운 시편을 장착하게 되고, 그 다음 처음부터 로터리펌프(rotary pump), 부스터펌프(booster pump), 디퓨죤펌프(diffusion pump)로 용접실을 충분히 진공상태로 한 다음 수작업이나 프로그램에 의한 전자빔 용접작업이 가능하게 되어 상당한 시간이 소요되는 준비작업이 필요한 문제점이 있다.

공지된 전자빔 용접장치로는 일본 공개특허 공보평 2-151376호를 들수 있는데, 여기에 제시된 전자빔 용접장치는 전자빔 발생부를 회전테이블상의 피용접체에 진공시일링(sealing)이 되도록 한 다음 돌아가면서 용접하는 방법으로서 전자총을 포함하는 부분이 피용접체 수납부와 밀착되어 용접한 다음 다음위치로 X-Y테이블이 회전되어 전자층 부분과 밀착되어 진공을 형성한 다음 용접을 실시하도록 구성되는 것으로써, 진공 배기실과 수납부를 긴밀하게 하는 가소성의 쉴드(shield)재를 각 수납부의 개구부 주위에 설치한 것으로 고정실과 진공배기실, 배기관, 전자빔 발생부등을 풀어냄이 없이 쉴드재를 용이하게 교환하는 것을 특징으로 하고 있다.

그러나, 상기 전자빔 용접장치의 경우에도 통상적인 전자빔 용접장치에서와 같이 상당한 시간이 소요되는 준비작업이 필요하게 되는 문제점이 있다.

본 고안자들은 상기한 종래의 전자빔 용접장치의 문제점을 개선하기 위하여 연구를 행하고, 그 결과에 기초하여 본 고안을 제안하게 된 것으로써, 본 고안은 동종 및 이종의 여러 가지 용접시편을 동시에 장입하여 연속적으로 전자빔 용접을 할 수 있을뿐만 아니라 종래의 로터리 테이블의 회전속도를 기어비에 의하여 고속의 범위까지 자유로이 조절할 수 있는 고능률 전자빔 용접장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 고안은, 회전축을 구비하여 용접하고자 하는 피용접체를 회전시키도록 구성되어 진공챔버내에 위치되는 로터리 테이블을 포함하여 구성되는 전자빔 용접장치에 있어서, 상하로 이동가능하면서 회전가능한 상기 회전축에 회전축 기어가 형성되고; 상기 회전축의 외측에 회전가능하도록 끼워지며, 내표면에 상기 기어와 맞물리도록 된 기어를 그 기어비가 다르도록 다수개 형성한 회전부; 와, 상기 회전부의 상단부에 하부면 중앙이 일체로 고정되며, 상부면에 회전중심 및 그 중심으로부터 다른 거리에 있는 다수개의 동심원의 각각의 원주상에 다수개의 피용접체 홀더를 고정하고, 상기 피용접체를 삽입 및 제거할 수 있도록 형성된 피용접체 수용홀을 구비하여 피용접체 지지판에 고정되는 피용접체 지지구로 이루어지며, 상기 피용접체 수용홀내에 피용접체 받침대를 위치시키고, 상기 피용체 받침대는 일단이 상기 지지판에 고정된 다수개의 스프링에 의해 상부측으로 탄성력을 제공받도록 된 피용접체 고정판; 및 상기 고정판의 상부면에 나사결합되어 나사방식에 의해 상,하로 이동하도록 된 텅스텐재의 초점 설정블록;을 포함함을 특징으로 하는 고능률 전자빔 용접장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안을 도면에 의해 상세히 설명한다.

본 고안은 피용접체를 회전시키도록 구성되어 진공챔버내에 위치되는 로터리테이블의 회전축에 기어맞물림 방식으로 장착되는 피용접체 고정지그를 제공하는 것이다.

본 고안의 피용접체 고정지그(100)는, 제1 및 제2도에 나타난 바와같이, 다수개의 피용접체 홀더(10)가 설치되어 있는 피용접체 고정판(1)과, 이 피용접체 고정판(1)의 하부에 위치하여 회전축기어(41)를 구비한 로터리 테이블의 회전축(40)의 동력을 기어방식으로 전달받아 상기 피용접체 고정판(1)을 회전시키도록 구성되는 회전부(2)로 이루어진다. 물론, 상기 고정판(1)과 회전부(2)는 로터리테이블에 갖추어진 하우징(110)에 베어링블록을 매개로 회전가능하면서 상하 이동은 차단되도록 장착된다. 상기 고정판(1)은 상부면에 다수개의 피용접체 홀더(10)를 갖추는바, 이러한 피용접체 홀더(10)는 고정판(1)의 회전중심에 1개가 갖추어지고, 서로 다른 동심원상의 원주방향에 일정간격으로 각각 다수개씩 갖추어진다.

물론, 상기 동심원과 중심과의 거리 및 하나의 원주상에 설치되는 피용접체 홀더(10)의 수는 용도 등에 따라 적절히 변화될 수 있다.

상기 피용접체 홀더(10)는 제3 및 제4도에 나타난 바와같이, 피용접체를 삽입 및 제거할 수 있도록 형성된 피용접체 수용홀(12a)을 구비하여 고정핀(11) 등에 의해 상기 피용접체 지지판(1)에 고정되는 피용접체 지지구(12), 상기 지지구(12)의 수용홀(12a)내에 위치하여 상기 피용접체 지지구(12)와 함께 피용접체를 고정시키는 피용접체받침대(13), 및 일단은 상기 피용접체 지지판(1)에 고정되고 타단은 상기 피용접체받침대(13)에 고정되어 상기 피용접체 받침대(13)에 상하방향으로의 탄성을 부여하는 다수개의 스프링(14)을 포함하여 구성된다.

상기 피용접체 지지구(12)는 상단부가 내측으로 절곡되어 그 절곡된 단부는 테이퍼가공되는 것이 바람직한데, 그 이유는 전자빔용접시 상부에서 내려오는 전자빔과 피용접체 고정지그(12)와의 간섭을 완전히 배제시켜 용접시 간섭에 의해 발생되는 아크 발생 현상을 억제하기 위함이다.

또한, 상기와 같이 테이퍼가공된 피용접체 지지구(12)의 테이퍼부(12b)의 선단 두께(t)는 2㎜이상, 바람직하게는 2∼3㎜가 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 피용접체(50)의 변형을 효율적으로 억제하고, 또한 용접시 발생하는 열의 일부를 피용접체 지지구(12)가 흡수함으로써 박판등의 피용접체의 용락을 억제시켜 적정한 용접비이드 형상과 용입을 얻기 위함이다.

이러한 사실은 피용접체 지지구(12)의 두께에 따른 피용접체 변형량을 나타낸 제6도에서도 확인된다. 즉, 전자빔 특성상 용접변형량이 클수록 넓은 면적을 가열 용융시켜 시편 과열에 의한 용락이 발생하지만 제6도에 나타낸 바와같이 한계 변형량 이하에서는 피용접체 지지구(12)가 용접열을 충분히 흡수하여 시편에 과열을 방지하기 때문에 적정한 용접조건으로 원하는 비이드 형상과 용입을 얻을 수 있다.

상기 피용접체 지지구(12)는 제1 내지 제4도에서는 원형으로 도시되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 피용접체(50)를 적절히 고정할 수 있는 다른 형상으로도 변화될 수 있으며, 또한 비자성체인 스테인레스강으로 제작하는 것이 바람직한데, 그 이유는 전자빔 용접에서는 자장에 대한 대책이 필수적이기 때문이다.

그리고, 상기 피용접체 받침대(13)는 단열재로 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피용접체 지지판(1)은 피용접체 고정지그의 무게를 최소화하기 위하여 고장력 알루미늄 소재로 제작되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 회전부(2)는 그 내부에 서로 기어비가 다른 다수개의 기어(20a)(20b)(20c)가 구비되어 있으며, 이 기어(20a)(20b)(20c)의 어느 하나는 로터리 테이블의 회전축(40)에 다수개 형성되어 있는 기어(41a)(41b)(41c)의 어느 하나와 맞물려 로터리 테이블의 동력을 전달받아 상기 회전부(2)를 회전시킴으로써, 피용접체고정판(1)에 고정되어 있는 피용접체들이 회전하게 된다. 따라서, 상기 회전축(40)을 상하이동될 수 있도록 하여 그 기어(41a)(41b)(41c)의 어느 하나(도면상에서는 41a)가 회전부(2)의 기어(20a)(20b)(20c)중의 어느 하나(도면상에서는 20a)에 맞물린 상태에서 피용접체 고정판(1)을 회전시키고, 이러한 고정판(1)의 회전속도를 변화시키고자 하는 경우에네는 상기 회전축(40)을 상승 또는 하강시켜 기어(41a)(41b)(41c)의 다른 하나가 기어(20a)(20b)(20c)의 다른 하나와 맞물리도록 하면 된다.

상기한 기어(20a)(20b)(20c)(41a)(41b)(41c)들은 용도에 따라 다른 기어비를 가지도록 적절히 변화될 수 있기 때문에 피용접체의 회전속도를 보다 고속 범위까지 가변시킬 수 있어 용접속도를 증대시킬 수 있다.

한편, 본 고안의 바람직한 전자빔 용접장치에는 상기 피용접체 고정판(1)에 초점 위치 설정부(30)가 형성되는데, 상기 초점위치 설정부(30)는 제5도에 나타난 바와 같이, 상기 피용접체 고정판(1)에 형성된 나선홀(1a)내를 나사방식에 의해 상,하로 이동하는 나선부(31) 및 이 나선부(31)와 일체로 결합되어 상,하로 이동가능하게 형성된 초점 설정블록(32)으로 이루어진다.

이러한 촛점 설정블록(32)은 텅스텐재로 이루어져 전자빔에 의해 쉽게 용융되지 않도록 하며, 이렇게 초점 설정블록(32)을 설치함으로써, 전자빔 초점의 위치를 정확히 설정하여 우수한 전자빔 용접품질을 얻을 수 있게 된다.

상술한 바와같이, 본 고안은 다수개의 피용접체의 높이가 일정하게 유지되므로 1회의 진공처리작업 및 초점위치를 설정함으로써 여러개의 피용접체를 연속적으로 용접할 수 있으므로, 고능률 용접작업이 가능하고, 또한 용접속도를 최고 90rpm까지 가변시킬 수 있기 때문에 장치의 효율을 극대화할 수 있을뿐만 아니라 박판과 같은 피용접체의 변형을 방지할 수 있어 고품질의 용접부를 얻을 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 회전축(40)을 구비하여 용접하고자 하는 피용접체를 회전시키도록 구성되어 진공쳄버내에 위치되는 로터리 테이블을 포함하여 구성되는 전자빔 용접장치에 있어서, 상하로 이동가능하면서 회전가능한 상기 회전축(40)에 회전축 기어(41a)(41b)(41c)가 길이방향에 다수개 형성되고; 상기 회전축(40)의 외측에 회전가능하도록 끼워지며, 내표면에 상기 기어(41a)(41b)(41c)의 적어도 하나와 맞물리도록 된 기어(20a)(20b)(20c)를 형성하여 이들 각각 기어비가 다르도록 한 회전부(2); 와, 상기 회전부(2)의 상단부에 하부면 중앙이 일체로 고정되며, 상부면에 회전중심 및 그 중심으로부터 다른 거리에 있는 다수개의 동심원의 각각의 원주상에 다수개의 피용접체 홀더(10)를 고정하고, 상기 피용접체 홀더(10)는 피용접체를 삽입 및 제거할 수 있도록 형성된 피용접체 수용홀(12a)을 구비하여 피용접체 지지판(11)에 고정되는 피용접체 지지구(12)로 이루어지며, 상기 피용접체 수용홀(12a)내에 피용접체 받침대(13)를 위치시키고, 상기 피용접체 받침대(13)는 일단이 상기 지지판(11)에 고정된 다수개의 스프링(14)에 의해 상부측으로 탄성력을 제공받도록 된 피용접체 고정판(1); 및, 상기 고정판(1)의 상부면에 나사결합되어 나사방식에 의해 상,하로 이동하도록 된 텅스텐재의 촛점 설정블록(32);을 포함함을 특징으로 하는 고능률 전자빔 용접장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 피용접체 지지구(12)가 테이퍼 가공되고, 테이퍼 가공된 테이퍼부(12b)의 선단의 두께(t)가 2㎜이상인 것을 특징으로 하는 고능률 전자빔 용접장치.