KR100249348B1 - 파이프 접합방법 및 접합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프라스틱 파이프 용접방법 및 장치에 관한 것으로, 연결할 플라스틱 파이프(1)들의 단부들과 일체로 용접되며 내측부에 유도전류에 의한 발열체(21)를 부비한 연결구(20), 연결할 파이프들의 단부에 대하여 상기 연결구(20)를 가압지지하도록 상기 연결구의 윤곽과 동일한 내측 윤곽을 갖는 적어도 2개로 분할되고 각각 유도코일(18)이 제공된 파지부(11,11′), 그들로부터 연장되어 서로에 대하여 힌지연결된 작동손잡이(14)를 구비한 홀더(10), 상기 발열체(21)의 종류 및 연결할 파이프의 규격에 따라 상기 파이프와 연결구의 최적의 용접에 필요한 발열온도를 얻기 위하여 적절한 유도전류가 발생하도록 파지부(11,11′)의 유도코일(18)로의 전류공급을 제어하는 제어장치(120)를 포함하여 구성됨으로써, 외부전원과 연결을 위한 외부노출 단자가 필요없어 연결구 구조가 단순화되며 연결구 내측부에 발열체의 매설이 매우 간편하고 파이프와 연결구의 최적의 용접을 위한 전류공급의 제어가 용이하며, 상기 연결할 파이프에 대하여 연결구를 지지고정하는 홀더에 의해서 파이프 연결작업을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

파이프 접합방법 및 접합장치

본 발명은 플라스틱 파이프와 같은 요소들의 용접방법 및 용접장치에 관한 것으로, 특히 용접할 플라스틱 파이프의 용접용 연결구를 홀더로 제위치에 보지함과 동시에 홀더에 장치된 코일에 고주파전류를 흐르게 하여 자속을 발생시키고 그 자속에 의해 연결구에 제공된 발열체에 유도전류가 흐르게 함으로써 이때 발생되는 열로 상기 요소들과 연결구의 접촉면이 용융상태로 되어 용접되도록 하는 용접방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플라스틱 파이프의 용접에는 유기용제 또는 접착제를 이용하거나 용접이 주로 사용되고 있다. 그러나, 예를들어 폴리에틸렌(Polyethylen : PE)재 파이프의 경우에는 분자결합구조가 매우 안정되어 적합한 유기용재 또는 접착제가 없기 때문에 이러한 재료의 용접은 접합부를 용융시켜 용접하는 것이 가장 적합한 것으로 알려져 왔다. 이때, 접합부를 용융시키는 방법에 따라 전기저항열 용접, 열판용접, 초음파용접 및 열기체 용접 등이 있으나 폴리에틸렌관 배관에는 주로 전기저항열 용접법과 열판용접법이 사용되고 있다.

이러한 종래의 전기 저항열 용접방법 및 수단을 제10도를 참고하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

서로 연결할 플라스틱 파이프(1,1′)들의 단부들을 연결구(2)로 연결하며, 상기 연결구(2)는 파이프와 동일재질로 형성된 것으로 연결할 파이프 단부들이 마주보게 내입된다. 상기 내입된 파이프 단부들 외측면에 용접되는 연결구(2)의 내측부에는 발열코일(4)이 사출성형시 권취되어 제공되고 외주면에는 상기 발열코일(4)에 전류를 공급하도록 단자(3)가 돌출형성되어 있다. 상기 단자에 전원이 연결되면, 저항이 큰 발열코일(4)에서 발생되는 저항열에 의해 연결구(2)의 내측부와 그에 접촉된 파이프(1,1′)들의 단부 외측면이 용융상태로 되어 일체로 용접됨으로써 파이프(1,1′)들의 단부들은 연결구를 매개로 하여 서로 연결된다.

그러나, 상기와 같은 전기저항열 용접에 있어서, 연결구(2)와 파이프(1,1′) 들의 단부가 용융되기 위해서는 발열코일(4)에 고전류가 단시간에 공급되어야 하므로 이를 위한 정밀제어장치가 필요하고 발열코일(4)은 파이프의 직경, 두께 등을 감안하여 연결구(2) 사출성형시 내측부에 일정간격으로 권취된 상태로 제공되어야 하는데 그 작업이 매우 어렵기 때문에 고가의 전용장비의 이용이 필수적이다. 또한, 발열코일(4)이 단선된 경우에는 외부로부터 공급되는 전류가 차단되어 발열코일이 가열되지 못하게 되므로 용접작업을 수행할 수 없는 문제들이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술에 대한 문제점을 해소하도록 안출된 것으로, 플라스틱 파이프 연결용 연결구 내측부에 외부 노출단자가 필요없는 발열체를 매우 간편하게 삽입 사출성형할 수 있으며, 상기 연결구를 파이프에 대하여 가압지지하는 홀더에 유도코일을 제공하여 연결구의 발열체가 유도전류에 의해 발열되고, 파이프와 용접될 연결구의 내측부에 제공된 발열체의 종류와 파이프의 사양에 따라 전류를 공급하여 파이프와 연결구가 최적으로 용접되는 플라스틱 파이프 연결방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 다른목적은 연결할 플라스틱 파이프들의 단부들과 일체로 용접되는 연결구 내부측에 유도전류에 의한 발열체를 구비함으로써 외부전원과 연결을 위한 외부노출 단자가 필요없어 연결구 구조가 단순화되며 연결구 내부측에 발열체의 매설이 매우 간편하고 파이프와 연결구의 최적의 용접을 위한 전류공급의 제어가 용이하며, 상기 연결할 파이프에 대하여 연결구를 지지고정하는 홀더에 의해서 파이프 연결작업을 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 플라스틱 파이프 용접장치를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 직선관 연결용 연결구 홀더의 사시도.

제2도는 본 발명의 다른 실시예로서 분기관 연결용 연결구 홀더의 사시도.

제3도는 제1도의 종단면도.

제4(a),(b),(c)도는 본 발명에 따른 홀더에 의해 파이프에 용접되는 직선관, 분기관, 곡선관 연결용 연결구들의 단면도.

제5도는 본 발명에 따라 직선관용 연결구를 사용하여 직선형의 파이프들을 용접하는 방법을 보여주는 부분 단면도.

제6도는 제4(b)도의 분기관용 연결구의 사용상태 단면도.

제7도는 제4(c)도의 곡선관형의 연결구에 적합한 홀더의 사시도.

제8도는 본 발명에 따라 연결구의 발열체에 유도전류발생을 제어하기 위한 제어 장치의 블럭도.

제9도는 본 발명에 따른 유도전류 발생을 제어하기 위한 제어장치의 콘트롤러의 사시도.

제10도는 종래에 따른 직선관 전기저항 파이프 용접용 연결구의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 파이프 8 : 연결단자

9 : 입력단자 10 : 홀더

11 : 파지부 12 : 연결코드

13 : 힌지 14 : 작동손잡이

15 : 보조홀더 16 : (홀형성용)만곡부

17 : 홀 18 : 유도코일

21 : 발열체 40 : 콘트롤러 유니트

41 : 셀렉터스위치 42 : 파워스위치

43 : 스타트 스위치 44 : 비상정지스위치

45 : 타이머 50 : 마이크로프로세서

60 : 파워드라이브유니트 70 : 작동모듈

80 : 디스플레이유니트 90 : 입출력유니트

100 : 저전압유니트 110 : 전원부

111 : 평활회로 120 : 제어장치

VR : 가변저항 SW : 바이메탈 스위치

T : 트랜스 BD : 브리지다이오드

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플라스틱 파이프 연결방법은 플라스틱 파이프와 내측부가 용접되는 연결구 내측부에 유도전류에 의한 발열체를 매설하고, 연결할 파이프들의 단부들을 상기 연결구에 내입하며, 유도코일이 제공된 홀더를 상기 연결구 외측에 장착하여 연결구를 상기 파이프 단부들에 대하여 지지 고정시키고, 파이프와 용접될 연결구의 내측부에 제공된 발열체의 종류와 파이프의 사양에 따라 파이프와 연결구의 최적의 용접 온도로 상기 발열체에 열을 발생시키기 위하여 필요한 고주파전류를 제어하여 홀더에 제공된 유도코일에 공급하여 교번자속을 발생시킴으로써 파이프들의 단부들과 접촉된 연결구의 내측부에 제공된 발열체에 유도전류(와전류:渦電流)를 발생시키고, 그로부터 얻어지는 발열체의 저항열에 의해 연결구의 내측부가 연결요소들과 일체로 용접되도록 한다.

또한, 본 발명의 다른목적에 따른 플라스틱 파이프 용접장치는 연결할 플라스틱 파이프들의 단부들과 일체로 용접되며 내측부에 유도전류에 의한 발열체를 구비한 연결구와; 연결할 파이프들의 단부에 대하여 상기 연결구를 가압지지하도록 상기 연결구의 윤곽과 동일한 내측 윤곽을 갖는 적어도 2개로 분할되고 각각 유도코일이 제공된 파지부와 그들로부터 연장되어 서로에 대하여 힌지연결된 작동손잡이를 구비한 홀더와 ; 상기 발열체의 종류 및 연결할 파이프의 규격에 따라 상기 파이프와 연결구의 용접에 필요한 발열온도를 얻기 위하여 적합한 유도전류(와전류 : 渦電流)가 발생하도록 파지부의 유도코일로의 전류공급을 제어하는 제어장치를 포함하여 구성된다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예를 예시한 첨부도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

제1도와 제5도에 있어서, 홀더(10)는 소정의 길이를 갖는 원통형상의 파이프의 단부들이 내입되는 관형의 연결구(20)를 파이프에 대하여 가압지지하며, 내측부에 유도코일(18)이 매설된 2개로 분할된 파지부(11,11′)와, 상기 파지부(11,11′)로 부터 각각 수직상방으로 돌출형성된 작동손잡이(14)를 포함한다.

상기 홀더(10)의 파지부(11,11′)들은 도면에 도시된 결합된 위치와 분리된 위치로 회동하도록 힌지(13)로 연결되어 있으며, 상기 작동손잡이(14)들 사이에는 양단이 손잡이에 각각 고정된 인장스프링이 제공되어 평상시에는 서로 결합된 위치에서 보지되어 사용자가 별도의 힘을 가하지 않더라도 파이프에 연결구를 가압지지하는 한편, 사용자가 손잡이를 벌리면 파지부(11,11′)들이 분리되어 연결구(20)를 파이프에 장착할 수 있게 된다.

상기 파지부(11,11′)들 각각의 내측부에는 유도코일(18)이 제공되며, 그로부터 연장된 연결코드(12)가 외부에 노출되어 전원에 연결된다. 상기 유도코일에 고주파전류가 흐르면 교번자속 Φ가 발생하고 교번자속 Φ는

Φ=μSNI/ℓ[Wb]

여기서, μ : 투자율, S : 철심의 단면적(㎠), N : 코일의 권수, I : 전류(A), ℓ : 철심의 길이(cm)

이렇게 발생된 교번자속은 발열체(21)와 쇄교하게 된다. 발열체(21)는 도전성 금속으로 되어 있기 때문에, 교번자속과 쇄교에 의해 발열체(21)에 와전류(渦電流)가 발생한다. 발열체(21)를 관통하는 자속이 시간적으로 변화하기 때문에 이 변화를 막기 위해 발열체(21) 내에 국부적으로 형성되는 임의의 폐회로를 따라 와전류가 발생한다. 이 와전류에 의해 발생되는 전력손실 Pe는

Pe=kσf²B²[W]

여기서, k : 비례상수, σ : 금속의 도전율, f : 주파수[Hz], B : 최대자속밀도

이 된다. 교번자속에 의해 연결구(20)의 내측부에 성형시 매설된 발열체(21)에, 특히 표면부분에 집중하여 유도전류(와전류:渦電流) 가 흐르게 됨에 따라 발열체 고유의 전기적 저항에 의해 열이 발생한다.

또한, 자계가 교번하는 동안 히스테리시스 현상에 의해서 히스테리시스 손실이 발생하여 매초 f Hz로 자화되는 경우, 히스테리시스 손실 Ph는

Ph=f*v*η*B^1.6[W]

여기서, f : 교번자계의 주파수, v : 자성체의 체적, p : 히스테리시스 계수

B : 자속밀도의 최대값

이 된다.

이 와전류에 의한 전력손실 Pe 와 히스테리시스에 의한 전력손실 Ph 에 의해 발열체(21)에 열이 발생한다.

상기 발열체(21)로는 유도전류(와전류:渦電流)가 흐를 때 큰 저항열이 발생하는 도전성재료를 사용하며, 예를 들어 철 및 탄소강 등의 금속이나 구리, 알루미늄, 니켈의 비철금속의 망상구조, 폴리아닐린(polyanyline)이나 폴리피롤(polypirrole)과 같은 도전정 고분자 화합물, 분말상의 상기 금속 또는 비철금속과 PE의 혼합물, 상기 도전성 고분자화합물과 PE의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 금속, 비철금속 및 도전성 화합물을 PE에 체적비로 10%-50% 혼합하는 것이 바람직하다. 체적비가 10% 이하인 경우, 도전성이 약하고, 50% 이상인 경우 도전성은 강해지나 용융상태에서 플라스틱 파이프와 용접된 후 그 강도가 약해진다. 여기서, PE는 배관을 폴리에틸렌으로 사용하는 경우에 사용되며 배관의 플라스틱재질이 다른 경우에는 PE대신에 배관의 재질과 동일한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 발열체의 형상은 연결구(20)의 내부구조 및 사양에 맞는 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 발열체(21)를 지나는 교번자속에 따라 발생되는 유도전류(와전류:渦電流)에 의한 저항열과 히스테리시스 전력손실에 의한 열이 발생하여 플라스틱의 연결구(20)의 내측부와 파이프가 용융상태로 일체로 견고하게 용접 된다.

제4(a)도에 도시된 바와 같이, 파이프들을 직선으로 연결용접하는 경우, 발열체(21)가 연결구(20)의 내부구조와 사양에 맞게 성형된 직선관용 연결구(20)의 내부에 연결할 파이프들의 단부들을 근접되게 내입한 상태에서 홀더(10)의 파지부(11,11′)가 작동손잡이(14)에 제공된 인장스프링의 힘에 의해 당겨져서 연결구(20)를 가압파지하게 하고, 외부로 부터 연결되는 전원으로 파지부(11,11′)가 작동손잡이(14)에 제공된 인장스프링의 힘에 의해 당겨져서 연결구(20)를 가압파지하게 하고, 외부로부터 연결되는 전원으로 파지부(11,11′)의 유도코일(18)에 고주파전류를 공급하게 되면, 제5도에 도시된 상태에서 유도코일(18)에 교번자속이 발생하고 이 교번자속에 의해 인접한 발열체(21)에 유도전류(와전류:渦電流)가 흐르게 됨에 따라 발열체(21)의 전기적 저항으로 인하여 발생되는 열에 의해 연결구의 내측부와 그에 접촉된 파이프가 용융되어 일체화된 상태에서 냉각됨에 따라 견고하게 용접된다.

첨부도면 제2도에는 본 발명에 따른 홀더의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 홀더(10′)는 분기관을 용접하기 위한 것으로 작동손잡이가 파지부(11,11′)의 일단에 길이방향으로 형성되고 상기 파지부들 각각의 상부에는 분기관용의 홀을 형성하는 반원형의 만곡부(16)가 형성되고, 상기 파지부(11,11′)와 함께 결합하도록 연결 파이프의 저면에 보조파지부(15)가 제공되며, 상기 파지부들(11,11′)과 보조파지부(15)의 양측에 형성된 플랜지에 볼트체결용 홀(17)이 형성되어 있다. 이로써, 제4도(b)에 도시된 분기관용 연결구(20′)를 파이프 위에 안착시키고 파지부(11,11′,15)들로 연결할 파이프에 고정시킨 제6도에 도시된 상태에서 유도코일(18)에 고주파전류가 흐르면 교번자속이 발생하고, 이 교번자속이 통과하는 발열체(21)로부터 유도전류에 의한 저항열이 발생하여 파이프와 분기관용 연결구(20′)의 접촉부가 용접되어 연결된다.

상기 홀더(10)는 파지부(11,11′)들이 평상시 또는 파이프에 연결구를 보지하는 상태로 유지되게 인장스프링의 양단이 작동손잡이(14)들에 연결되어 내측방향으로 스프링력을 작용하게 하고, 작동손잡이들이 힌지(13)로 연결됨으로써 연결구를 파이프에 장착하기 위하여 또는 용접작업이 완료된 다음 그로부터 분리시키기 위하여 먼저 파지부(15)가 제거된 상태에서 사용자가 작동손잡이(14)를 벌리면 파지부(11,11′)들이 회동하면서 벌어져 파이프에 연결구를 장착하거나 그로부터 홀더를 제거할 수 있게 된다.

또한, 상기 발열체(21)는 파지부(11,11′)의 만곡부(16)들에 의해 형성되는 분기관용 연결구 삽입홀을 중심으로 환형으로 제공되고, 그에 대응하여 파지부(11,11′)에 제공된 유도코일(18)은 발열체 보다 넓은 환형 또는 다른 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

제4(c)도에는 분기 파이프를 주파이프로부터 분기시켜 연결하는 경우에 사용되는 곡선관의 연결구(20)를 도시하고 있으며, 상기 연결구의 양단 내측부에는 본 발명에 따른 발열체(21)가 제공되며, 상기 연결구(20) 장착은 제7도에 도시된 전용홀더를 사용하거나, 제1도의 홀더를 사용하여 제4도(a)에 도시된 직선관용 연결방법으로 직선형의 파이프들을 직각으로 연결구의 양단부에 연결할 수도 있다. 제7도의 홀더(10)는 곡선관의 연결구 전용으로서 파지부(11,11′)가 굽혀져 있으며 그 외측에 작동손잡이가 힌지연결된 것으로 파지부의 형상을 제외하고는 제1도에 도시된 실시예의 구조와 동일하다.

제8도는 상기한 파이프 용접을 위해 유도코일에 공급되는 전류를 제어하는 제어장치의 블럭도이다. 통상의 고주파전원으로 작동되며, 외부입력단자(9)를 통하여 입력된 전원은 제1트랜스(T1)에 의해 유기된 전원이 릴레이(RY)접점과 바이메탈스위치(SW)를 경유하고, 경유된 전원은 브리지다이오드(BD)와 평활회로(111)에 의해 직류전압·전류의 맥동률을 감소시켜 유도가열체의 유도코일(18)과 공진 캐패시터(C18)에 전압을 인가하여 그 인덕턴스와 캐패시턴스에 의해 결정되는 주파수로 발진하는 전류를 유도코일(18)에 공급하게 된다. 또한, 전원부(110)는 파워스위치(42)에 의해 연동되는 릴레이(RY)와, 과전압및 과전류의 흐름을 차단하도록 바이메탈스위치(SW)에 의해 과열방지하게 된다.

이렇게 가열전원은 다음에 설명되는 제어장치(120)의 각 모드스위치에 의해 제어된다. 즉, 제어장치(120)의 셀렉터스위치(41)는 유도코일(18)로 공급되는 전류를 수동으로 조절하는 수동접점, 오프접점, 파이프의 형태 및 종류에 따라 전류, 전압, 용접 시간을 선택하는 다수의 채널모드 접점(CH1-CH5)을 구비한다. 제어장치(120)는 파워스위치(42)와, 비상정지스위치(44)와, 스타트스위치(43)및 상기 셀렉터스위치(41)가 수동접점(41a)에 위치된 상태에서 홀더(10)의 유도코일(18)로 흐르는 전류량을 조절하는 가변저항(VR) 및 수동조작에 의한 동작시간을 설정하기 위한 타이머(45)를 포함한다 또한, 파워스위치(42)는 전원부(110)의 릴레이(RY)와 연동된다.

각 모드스위치에 의해 선택된 접점은 콘트롤러(40)에서 감지되며, 감지된 데이터는 마이크로프로세서(50)에 입력된다. 이렇게 입력된 데이터에 의해 마이크로프로세서(50)는 프로그램을 구동하여 전류, 전압, 용접시간, 냉각시간 등을 감안하여 최적의 상태에서 파이프와 연결구를 용접하기 위한 제어신호를 파워드라이브 유니트(60)에 입력하게 된다. 이때 파워드라이브 유니트(60)는 마이크로프로세서(50)에서 공급되는 제어신호에 의해 작동모듈(70)을 작동시키게 되고, 작동모듈(70)의 작동에 의해 홀더(10)의 파지부(11)에 와인딩된 유도코일(18)로 전류가 흐르면 연결구(20)의 발열체에 유도전류가 특히 표면에 집중하여 흐르게 됨에 따라 발열되어 파이프와 연결구의 접촉된 부분이 용융되어 일체로 용접된다. 상기 냉각시간은 용접된 파이프들의 용접부에 급냉에 의한 잔류 응력이 생기는 것을 방지하기 위하여 필요한 대기중에서의 서냉시간이다.

또한, 마이크로프로세서(50)는 파이프를 용접하는 과정에서 전류, 전압, 용접시간 및 냉각시간 등을 사전에 작성된 프로그램에 의해 제어하며, 그 제어되는 과정을 디스플레이유니트(80)에 표시한다. 즉, 용접과정에서 임의의 시간마다 전류, 전압 등을 최적조건에 대한 입력기준치와 비교하여 에러발생을 디스플레이유니트(80)에 표시하여 사용자에게 알려줌으로써 사용자가 조치를 취하게 한다. 또한, 파이프의 용접작업 횟수를 카운트하고 해당 작업조건을 저장함으로써 상기와 같은 에러가 발생된 작업위치를 작업자가 파악하여 그 작업조건등을 조사하여 필요시 정밀검사 또는 재작업을 하도록 함으로써, 예를들어 가스관 파이프의 경우와 같이 완벽한 파이프 용접의 요구를 충족하게 한다. 상기 마이크로프로세서(50)에 저장된 데이터는 입출력유니트(90)에 의해 외부의 출력장치 즉, 프린트 및 컴퓨터 등과 같은 출력장치를 통하여 저장된 데이터를 출력시켜 파이프의 용접된 상태를 정확하게 확인하게 되는 것이다.

상기 마이크로프로세서(50)의 작동전원은 전원부(110)의 릴레이(RY)접점과 바이메탈스위치(SW)를 경유한 전원을 입력받아 제2트랜스(T2)와 저전압유니트(100)을 경유하여 각각의 유니트의 작동전원을 공급한다.

제9도는 본 발명에 따른 유도전류에 의해 용접되는 파이프 용접장치용 제어장치(12)의 외관을 도시한 사시도로서, 외부전원(고주파전원) 입력단자(9)와 홀더(10)의 연결코드(12)를 연결하는 연결단자(8)를 연결하고, 파워스위치(42)를 누르게 되면 상기 파워스위치(42)와 연동되는 릴레이(RY)접점이 온(on)되면서 브리지다이오드(BD)를 경유하여 홀더(10)의 연결코드(12)에 연결된 유도코일에 스탠바이 상태의 작동전원을 통전시키게 된다. 또한, 제2트랜스(T2)로 유기되는 전원은 저전압유니트(100)를 통하여 각각의 유니트에 작동전원을 공급한다.

작업자가 셀렉터스위치(41)의 다수의 채널모드접점을 파이프의 형태 및 종류에 따라 선택하고, 스타트스위치(43)를 누르면 마이크로프로세서(50)는 상기 선택된 채널모드 접점에 따라 프로그램 처리하여 전류, 전압, 용접시간을 결정하여 상기 작동모듈(70)을 구동한다.

한편, 작업자가 파이프의 용접을 수동으로 조절하게 되는 경우, 예를들어 작업현장에서 공급되는 전압이 작업할 파이프의 규격에 대하여 적합하지 않거나 파이프 규격이 특수한 경우에는 그에 대한 셀렉터스위치(41)를 수동조작 접점에 위치시키고, 가변저항(VR)의 저항값을 조정하여 작업할 규격의 파이프 용접에 필요한 전류로 조정하고, 연결코드(12)를 통해 유도코일(18)에 통전되도록 한다. 이때 작업자는 조정된 입력전류에 따라 파이프 용접에 필요한 작업시간을 산출하여 타이머(45)를 설정하고, 스타트스위치(43)를 누르게 되면 타이머(45)가 동작하여 특수한 규격의 파이프 용접에 적합하게 조정된 전류가 설정된 시간동안 유도코일에 공급되도록 한다. 이로써, 여러 회사의 파이프 규격에 범용적으로 사용할 수 있으며, 항상 최적의 플라스틱 파이프 용접을 수행할 수 있다.

상기 마이크로프로세서(50)는 셀렉터스위치(41)의 다수의 채널접점모드 및 수동접점이 선택된 상태에서 조절되는 전류, 전압, 용접시간 등을 감지하게 되고, 이렇게 감지된 데이터는 디스플레이유니트(80)의 액정모니터에 홀더(10)의 파지부(11,11′)에 내입된 연결구의 형태 및 종류에 따라 용접하기 위해 공급되는 데이터를 표시함으로써, 작업자가 파이프의 용접조건을 알 수 있게 한다.

또한, 마이크로프로세서(50)는 전류, 전압, 용접시간 등이 프로그램된 데이터에 의해 파이프와 연결구를 용접하기 위한 제어신호를 파워드라이브유니트(60)에 출력하게 되고, 상기 파워드라이브유니트(60)는 입력된 제어신호에 의해 파이프를 용접시키는 작동모듈(70)을 작동시키게 된다. 상기 작동모듈(70)은 연결구와 파이프를 용접하기 위해 출력되는 전류량에 따라 복수개를 설치할 수 있다.

한편, 마이크로프로세서(50)는 파이프가 용접되는 과정에서 임의의 시간마다 전류, 전압 용접시간 등의 작업조건에 대한 신호를 받아 저장하고 미리 입력된 기준치와 비교하여 그 적합여부를 판별하게 되며, 상기 응접과정이 완료되면 파이프의 용접 작업순서를 각각 카운트하고 용접과정에서 발생된 전류, 전압의 오차를 감지하여 파이프와 연결구의 용접과정의 적부와 그 위치를 작업자가 알 수 있게 한다. 상기 파이프와 연결구의 용접과정에서 발생되는 상황은 마이크로프로세서(50)에서 저장되고, 이렇게 저장된 데이터는 입출력유니트(90)에 의해 외부의 출력장치(프린터 또는 컴퓨터의 모니터)로 출력하여 파이프의 용접과정에서 발생된 불량을 작업자가 용이하게 확인할 수 있게 된다.

이러한 파이프 용접장치는 발열체(21)가 유도전류에 의해 가열되면서 파이프와 연결구가 용접되므로 용접시간이 단축되고, 종래의 발열체를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 발열체가 단선된 경우에도 사용이 가능하다.

또한, 금속 또는 비철금속이나, 전도성 고분자 화합물을 발열원으로 사용하여 사출성형하게 되므로 연결구의 제조가 용이하며, 파이프를 용접하는데 있어 작업자의 작업공수를 절감시키게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 유도전류에 따른 저항열에 의해 용접하는 파이프 용접장치 및 방법으로서, 홀더의 파지부에 권취된 유도코일로 전류를 통전시키게 되면 통전된 전류에 의해 연결구의 발열체에 유도전류가 발생되고, 이러한 유도전류는 전도성의 금속 또는 비철금속의 망이나, 전도선 고분자 호합물자체의 저항에 의해 발열됨에 따라 그에 접촉된 파이프와 연결구를 용접시키게 되는 것이다. 따라서, 작업자가 연결구의 형태 및 종류에 따라 용접되는 전류, 전압 용접시간등이 각각 프로그램된 다수의 채널모드 접점을 선택하여 간편하게 작업할 수 있어 작업효율이 향상되고, 용접상태가 양호하게 된다. 또한, 용접된 파이프의 상태를 작업자가 외부의 출력장치를 통해 파이프의 용접상태를 데이터로 판별하게 되므로 파이프를 용접하는 과정에서 파이프와 연결구의 용접상태 적부를 용이하게 판단하여 항상 완벽한 작업을 수행할 수 있는 장점을 갖게된다. 또한, 종래 발열코일을 연결구에 권취하는 것과 비교하여 발열체의 매설을 매우 간편하게 할 수 있어 연결구의 생산성이 크게 향상된다.

Claims (11)

1. 플라스틱 파이프를 용접하는 방법에 있어서, 상기 플라스틱 파이프(1)와 그 내측부가 용접되는 연결구(20)의 내측부에 유도전류에 의한 발열체(21)를 매설하고, 상기 연결할 파이프들의 단부들을 상기 연결구(20)에 내입시키며, 유도코일(18)이 제공된 홀더(10)를 상기 연결구(20) 외측에 장착하여 연결구(20)를 상기 파이프 단부들에 대하여 지지고정시키고, 파이프(1)와 연결될 연결구(20)의 내측부에 제공된 발열체(21)의 종류와 파이프의 사양에 따라 상기 발열체(21)가 가열되는데 필요한 고주파전류를 제어하여 유도코일(18)에 공급하여 발열체(21)에 유도전류와 히스테리시스 손실을 발생시키고, 그로부터 얻어지는 발열체(21)의 열에 의해 연결구(20)의 내측부를 연결할 파이프들과 일체로 용접시키는 파이프 용접방법.
2. 제1항에 있어서, 연결구(20)의 내측에 제공되는 발열체(21)는 철, 구리, 알루미늄, 니켈, 산화철 및 탄소강중 하나인 도전성 금속의 망상구조로 된 것을 특징으로 하는 파이프 용접방법.
3. 제1항에 있어서, 연결구(20)의 내측에 제공되는 발열체(21)는 철, 구리, 알루미늄, 니켈, 산화철 및 탄소강중 하나인 도전성 금속의 분말을 배관용 플라스틱 파이프의 재료와 동일한 프라스틱 재료에 체적비 10% - 50%로 혼합한 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프 용접방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 연결구(20)의 내측에 제공되는 발열체(21)는 도전성 고분자 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프 용접방법.
5. 연결할 플라스틱 파이프(1)들의 단부들과 일체로 용접되며 내측부에 유도전류에 의한 발열체(21)를 구비한 연결구(20), 연결할 파이프들의 단부에 대하여 상기 연결구(20)를 가압지지하도록 상기 연결구(20)의 윤곽과 동일한 내측 윤곽을 갖는 적어도 2개로 분할되고 각각 유도코일(18)이 제공된 파지부(11,11′), 그들로부터 연장되어 서로에 대하여 힌지연결된 작동손잡이(14)를 구비한 홀더(10), 상기 발열체(21)로서의 전기저항체의 종류 및 연결할 파이프의 규격에 따라 상기 파이프와 연결구의 최적의 용접에 필요한 발열온도를 얻기 위하여 적합한 유도전류가 발생하도록 파지부(11,11′)의 유도코일(18)로의 전류공급을 제어하는 제어장치(120)를 포함하여 구성되는 파이프 용접장치.
6. 제5항에 있어서 , 연결구(20)의 내측에 제공되는 발열체(21)는 철, 구리, 알루미늄, 니켈 및 탄소강중 하나인 도전성 금속의 망상구조로 된 것을 특징으로 하는 파이프 용접장치.
7. 제5항에 있어서, 연결구(20)의 내측에 제공되는 발열체(21)는 철, 구리, 알루미늄, 니켈, 산화철 및 탄소강중 하나인 도전성금속의 분말을 배관용 플라스틱 파이프의 재료와 동일한 플라스틱 재료에 체적비 10% - 50%로 혼합한 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프 용접장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 연결구(20)의 내측에 제공되는 발열체(21)는 도전성 고분자 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프 용접장치.
9. 제5항에 있어서, 상기 홀더(10)는 내입되는 원통형상의 파이프의 단부들에 대하여 관형의 연결구(20)를 가압지지하도록 내측부에 유도코일(18)이 매설된 2개로 분할된 파지부(11,11′)와, 상기 파지부(11,11′)로부터 각각 수직상방으로 돌출 형성된 작동손잡이(14)를 포함하며, 상기 작동손잡이(14)들은 서로 결합된 위치와 분리된 위치로 회동하도록 힌지(13)로 연결되어 있으며, 작동손잡이(14)들 사이에는 양단이 손잡이에 각각 고정된 인장스프링이 제공되어 평상시에는 서로 결합된 위치에서 보지되어 사용자가 별도의 힘을 가하지 않더라도 파이프에 연결구를 가압지지하는 한편, 사용자가 손잡이를 벌리면 파지부(11,11′)들이 분리되어 연결구(20)를 파이프에 장착하며, 상기 홀더는 직선형의 파이프를 접하도록 된 것을 특징으로 하는 파이프 용접장치.
10. 제5항에 있어서, 상기 홀더(10)는 분기한 용접용이며 상기 연결구(20)는 분기관을 파이프에 연결하기 위한 것으로, 작동손잡이가 파지부(11,11′)의 일단에 길이방향으로 형성되며 상기 파지부들 각각의 상부에는 결합시 분기관용의 홀을 형성하도록 반원형의 만곡부(16)가 형성되고, 상기 파지부(11,11′)와 함께 결합하도록 연결구의 저면에 보조파지부(15)가 제공되며, 상기 파지부(11,11′)들과 보조파지부(15)의 양측에 형성된 플랜지에 볼트체결용 홀(17)이 형성되어 분기관용 연결구를 파이프에 대하여 지지하도록 하고, 분기관용 연결구(20)를 파이프 위에 안착시키고 파지부(11,11′,15)들로 연결할 파이프에 고정시킨 상태에서 유도코일(18)이 통전되면 발열체(21)로부터 저항열이 발생하여 파이프와 분기관용 연결구(20)의 접촉부가 용접되도록 구성된 것을 특징으로 하는 파이프 용접장치.
11. 제5항에 있어서 , 상기 제어장치(120)는 외부입력단자(9)로부터 입력되는 전원을 제1트랜스(T1)에 의해 전압을 변환하고, 그 변환된 전원이 릴레이(RY) 접점과 바이메탈스위치(SW)를 경유하고, 경유된 전원은 브리지다이오드(BD)와 평활회로(111)를 통하여 공급하는 전원부(110)와 ; 상기 전원부(110)의 제1트랜스(T1)를 경유한 전원을 입력받아 제2트랜스(T2)를 통하여 각 유니트의 작동전원을 공급하는 저전압유니트(100)와; 파이프의 형태 및 종류에 따라 전류, 전압, 용접 시간을 선택하는 다수의 채널 모드접점과 수동접점 및 오프접점을 구비하는 셀렉터스위치(41), 파워스위치(42)와, 비상정지스위치(44)와, 스타트스위치(43)를 구비하는 스위치부와; 상기 스위치부의 선택된 스위치에 따라 사전에 작성된 프로그램에 의해 홀더(10)의 유도코일(18)로의 공급전류, 전압, 작업시간 및 냉각시간 등에 대한 최적의 용접작업을 위한 기준치를 산출하여 파이프를 용접하기 위한 제어신호를 출력하고, 상기 산출된 전류, 전압, 시간등을 기준치와 비교하여 용접작업에 부적합한 경우 에러신호를 출력하여 작업자에게 표시하도록 하고, 파이프와 연결구의 용접작업 순서를 카운트하여 그 작업위치에서의 파이프 용접상태에 대한 데이터를 저장하는 제어부와; 상기 마이크로프로세서(50)에서 출력된 파이프를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 파워드라이브유니트(60)와; 상기 파워드라이브유니트(60)에서 출력된 제어신호에 의해 파이프의 유도가열체(18)와 공진캐패시터(C2)를 작동시켜 발진신호가 상기 유도가열체(18)에 인가되도록 하는 작동모듈(70)과; 상기 마이크로프로세서(50)에서 출력되는 표시 데이터를 표시하는 디스플레이유니트(80)와; 상기 마이크로프로세서(50)에 저장된 데이터를 외부의 출력장치로 출력시키는 입출력유니트(90)로 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프 용접장치.

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