KR100293914B1 - 원유저장용 대형탱크의 자동용접방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 원유저장용 대형탱크를 만들기 위한 탱크 벽면쉘의 용접방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래에는 원유저장용 대형탱크 제작시 대부분의 응접공정을 수동용접에 의존하였다. 본 발명에서는 수평용접은 탱크의 안쪽과 바깥쪽에서 동시에 수행하고, 수직용접은 코퍼 바를 이용하여 한쪽면에서 용접작업을 완료하도록 되어 있다. 본 발명의 용접방법 및 그 장치를 이용하면 용접품질 향상, 생산능률향상에 따른 공사기간단축 등의 효과를 얻을 수 있다. 본 발명은 원유저장용 대형탱크의 제작에 적용된다.

Description

원유저장용 대형탱크의 자동용접방법 및 그 장치

제 1도는 본 발명에 따른 용접장치를 이용하여 탱크 벽면쉘의 용접작업을 수행하고있는 모습을 나타낸 도면,

제 2도는 탱크 벽면쉘의 용접부의 단면모습을 설명하기 위한 도면,

제3도는 본 발명에 따른 수평양면자동용접을 수행하기 위한 그루브(groove)의 개선각 및 루트(root)갭을 나타낸 도면,

제 4도는 본 발명에 따른 수직자동용접을 수행하기 위한 그루브(groove)의 개선각 및 루트(root)갭을 나타낸 도면,

제 5도는 본 발명에 따른 수평양면자동용접장치를 나타낸 도면,

제 6도는 제 5도 장치에 의한 수평양면자동용접의 진행상태를 설명하기 위한 도면,

제 7도는 본 발명에 따른 수직양면자동용접장치를 나타낸 도면,

제 8도는 본 발명에 따른 바닥부 및 코너부의 자동필렛용접장치를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 탱크 벽 12 : 벽면쉘

14 : 배면비드 성형부재 14a : 홈

15 : 가용접부 16 : 융용풀 유지부재

20 : 수평양면자동용접기 21 : 프레임

24 : 높이조절용 이음쇠 25 : 휠그라인더

27 : 예열토치 28 : 용접토치

28a : 콘택트 튜브 28b : 플럭스(Flux)

29 : 와이어 릴 30 : 수직자동용접기

31 : 캐리지 32 : 롤러

33 : 용접토치 34 : 용접와이어

본 발명은 원유저장용 대형탱크의 자동용접방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 원유저장용 대형탱크를 만들기 위한 탱크의 벽면쉘 양면에서 동시에 용접가능하게 한 원유저장용 대형탱크의 자동용접방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 원유를 저장하기 위한 탱크들은 많은 갯수의 판들이 용접접합되어 만들어진다. 원유를 저장하기 위한 탱크는 대부분 대형이기 때문에 제작에 시간이 많이 걸릴뿐만아니라 아주 많은 용접공정이 필요하다.

종래에 탱크의 바닥 및 코너부에서는 수동용접에 의존하였다. 이에 따라 용접품질이 용접작업자의 기능에 따라 달라졌고, 대체로 불량율이 높았다. 또한, 수동용접시 다층(multi-pass)으로 용접해야 했으므로 패스(pass)당 용착량이 적어 생산능률이 저하되었다.

종래에 탱크 벽면쉘(shell)간의 수평용접시 수동용접 또는 단면자동용 접에 의존하였다. 즉, 한쪽면에서 용접을 수행하고, 가우징(gouging)한후 나머지 한쪽면에서 용접을 수행해야했다. 이에 따라 단면용접시 용접열에 의한 벽면쉘의 변형이 발생하여 탱크의 품질이 저하되며 작업속도도 느렸다.

또한, 종래에 탱크 벽면쉘간의 수직용접시는 주로 수동용접에 의존하였다.

이 경우 한쪽면에서만 용접을 수행한후 가우징을 하고 다시 나머지 한쪽면에서 수직용접을 수행하였다. 이 경우 역시 용접에 시간이 많이 소요되고 용접변형도 심하게 발생하였다.

본 발명의 목적은 원유저장용 대형탱크의 벽면쉘의 양면에서 동시에 용접이 가능하게 한 원유저장용 대형 탱크의 벽면 용접방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 수평양면자동용접을 구현하기 위한 수평양면자동용접장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 본 발명의 수직양면용접을 구현하기 위한 수직용접장치를 제공하는 데에도 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 탱크의 벽면쉘을 양면용접하기 위한 용접 방법에 있어서, 상기 벽면쉘들의 두께에 따라 상기 벽면쉘들간의 상하 및 좌우의 루트간격을 조정하여 가용접하는 가용접단계; 상기 가용접된 벽면쉘들의 수평용접그루브를 따라 브러싱하여 녹,이물질을 제거한 뒤 예열토치를 이용하여 예열하면서 안쪽과 바깥쪽에서 동시에 양쪽면을 자동으로 수평용접하여 접합하는 수평양면자동용접단계; 상기 가용접된 벽면쉘들의 수직용접그루브의 뒷면을 따라 상기 벽면쉘의 용접부위의 녹, 이물질을 브러싱제거한 뒤 소정 단면형상의 홈이 형성되어 있는 배면비드 성형부재(Back bead)를 설치하는 배면비드 성형부재 설치단계; 및 상기 가용접된 벽면쉘들의 수직용접그루브이 앞면에 용융품(Molten Pool)유지부재를 밀착한 상태에서 예열과 동시에 상승시키면서 앞면에서 뒷면까지 수직자동용접을 수행하는 수직자동용접단계를 포함하여 달성된다.

본 발명의 다른 목적은 탱크의 벽면쉘의 수평양면용접장치에 있어서, 상기 탱크의 가용접된 벽면쉘을 따라 수평에 상하이동 가능한 프레임, 상기 프레임에 상하이동 가능하게 결합된 높이조절용 이음쇠, 상기 높이조절용 이음쇠에 설치되고 양면 용접부위의 녹, 이물질 등을 제거하기 위한 한 쌍의 휠그라인더, 상기 높이조절용 이음쇠에 설치되고, 용접부위를 예열시키기 위한 한 쌍의 예열토치 및 상기 예열된 용접부위에서 동시에 양면용접을 수행하기 위한 한쌍의 용접토치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평양면용접장치에 의해 달성 가능하다.

본 발명의 또다른 목적은 탱크의 벽면쉘들을 수직방향으로 자동용접하기 위한 장치에 있어서, 상기 탱크의 가용접된 벽면쉘을 따라 수직승하강하는 캐리지, 상기 캐리지에 고정되어 상기 벽면쉘의 용접부홈을 따라 수직이동하며 상기 용접토치를 안내하는 안내수단 및, 상기 안내수단에 의해 가이드받아 상기 용접부홈을 따라 이동하며 동시에 양면용접을 수행하는 용접토치를 포함하는 수직양면자동용접장치에 의해 달성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

제 1도는 본 발명에 따른 용접장치를 이용하여 탱크 벽면쉘의 용접작업을 수행하고있는 모습을 나타낸 도면이다. 제 1도 탱크의 벽면쉘(12a)에는 수평양면자동용접기(20)가 설치되어 있다. 이 수평양면자동용접기(20)는 벽면쉘(12a)과 벽면쉘(12b)간의 수평용접을 수행하기 위한 것이다. 이 수평 양면자동용접 기(20)로는 서브머지드 아아크 용접(submerged arc welding)기를 사용하는 것이 적당하다. 이 수평양면자동용접기(20)는 벽면쉘(12a)의 상부끝단을 따라 좌우이동 가능하다. 이 수평양면자동용접기(20)는 탱크의 안쪽면과 바깥쪽면에서 동시에 용접작업을 수행할 수 있도록 대칭형태로 이루어져있다. 즉, 이 수평양면자동용접기(20)는 용접토치 등을 한쌍씩 구비하고 있다. 이 수평양면자동용접기(20)를 이용하면 가우징(gouging)이 필요없으며 동시에 양면을 자동으로 용접하므로 용접 불량율이 띨어지며, 용접입열에 의한 변형이 생기지 않아서 고품질의 기계적 강도를 갖는 용접부를 얻을 수 있다. 또한, 패스당 용착량이 많고 용접주행속도가 빨라 생산성이 향상된다. 이 때의 벽면쉘 두께에 따른 개선각 및 루트 갭은 제 3도에 나타내었다. 이러한 수평양면자동용접기(20)는 뒤에서 더 상세히 설명된다.

수평양면자동용접기(20) 인접하단의 벽면쉘(12c)에는 수직자동용접기(30)가 설치되어 있다. 이 수직자동용접기(30) 역시 벽면쉘을 따라 좌우이동 가능하다. 이 수직자동용접기(30)는 이웃하는 벽면쉘 (12c)와 (12d)간의 수직용접을 하기 위한 것이다. 이 수직자동용접기(30)는 바깥쪽에서 안쪽과 바깥쪽을 동시에 용접하게 되어 있다. 즉, 이 수직자동용접기(30)는 하나의 용접토치를 구비하고 있다. 이러한 수직자동용접기(30)를 이용하여 작업하는 경우 우선, 수직용접부의 뒷면에 용융풀(M이ten Poo1)유지부재를 상하로 설치한다. 그런 다음, 앞면에서는 다른 작은 용융풀 유지부재를 밀착시켜 용접시 용융 풀이 형성되도록 하여 용접토치 및 앞면의 용융풀 유지부재로 구성된 캐리지를 계속적으로 수직으로 상승시키면서 용접을 수행한다. 이와같이 하면 뒷면에서 다시 용접작업을 할 필요가 없게 된다. 이상 기술한 수직자동용접기(30)에 대한 상세한 설명은 제 7도에서 하기로 한다. 또한, 수평용접에서와 마찬가지로 수직용접은 가우징을 하지 않아도 되나, 모재 두께가 30mm이상이고 X개선을 하는 경우에는 가우징이 필요하다. 이때의 벽면쉘 두께에 따른 개선각 및 루트 갭은 제 4도에 나타내었다.

제 2도는 탱크 벽면쉘의 용접부의 단면모습을 설명하기 위한 도면이다. 제 2(a)도는 탱크의 측면모습을 나타낸 도면이고, 제 2(b)도는 제 2 (a)도 A-A선에 따른 수평용접부의 단면모습을 나타낸 것이고, 제 2(c)도는 제 2(a)도 B-B선에 따른 수직용접부의 단면모습을 나타낸 도면이다.

제 2도에서 알 수 있는 바와 같이 탱크의 벽(10)은 이웃하는 벽면쉘(12)들이 수평용접 및 수직용접에 의해 접합되어 이루어지게 된다. 이러한 벽면쉘(12)의 수평용접부의 단면모습은 제 2(b)도에 도시된 바와 같다.

제 2(b)도에서 알 수 있는 바와같이 수평용접부의 단면모습은 안쪽과 바깥쪽이 대칭의 형상을 이루고 있음을 알 수 있다. 이는 벽면켈(12)의 안쪽면과 바깥쪽면에서 별도의 용접토치로 동시에 용접을 수행하기 때문이다.

벽면쉘(12)의 수직용접부의 단면모습은 제 2(c)도에 도시된 바와같다.

제 2(c)도에서 알 수 있는 바와같이 수직용접부의 단면모습은 안쪽과 바깥쪽이 서로 다른 모양을 이루고 있다. 안쪽으로 갈수록 용접부가 좁아지는 것을 알 수 있다. 이는 바깥쪽에서 한꺼번에 용접을 수행하기 때문이다. 이러한 수직용접부의 안쪽면에는 구리(Copper)재질의 배면비드성형부재(14)가 설치되어 있다. 이 배면비드 성형부재(14)는 수직용접부를 따라 상하로 설치되는 부분으로 안쪽면의 비드모양을 성형하기 위한 홈(14a)을 구비하고 있다. 이 배면비드 성형부재(14)와 앞면 용융풀 유지부재(40)는 용접부형상과 밀접한 관련이 있으며, 용접입열량과 관련되어 용접부 및 HAZ기계적 강도에 많은 영향을 미치므로, 이 배면비드성형부재(14)는 용접이 끝나면 제거되어야 된다. 이 배면비드성형부재(14)는 안쪽의 비드모양을 형성해주므로 한쪽면에서 수직용접을 수행할 수 있게 해준다. 즉, 한쪽면에서 용접작업을 하고난 후 가우징작업을 수행하고 다시 다른쪽면에서 용접작업을 해야했던 종래와는 달리 한번의 용접공정으로 수직용접을 완료하게 된다.

제 3도는 본 발명에 따른 수평양면자동용접을 수행하기 위한 그루브(groove)의 개선각 및 루트(root)갭을 나타낸 도면으로, 벽면쉘(12)의 두께에 따라 제 3(a)도 내지 제 3(d)도에 각각 도시되어 있다. 제 3(a)도는 벽면쉘(12)의 두께가 4.8mm와 9mm사이인 경우, 제 3(b)도는 벽면쉘(12)의 두께가 9.0mm와 12.7mm사이인 경우, 제 3(c)도는 벽면쉘(12)의 두께가 13.0mm와 28mm사이인 경우, 제 3(d)도는 벽면쉘(12)의 두께가 29mm와 44.5mm사이인 경우를 각각 나타낸 것이다· 또한, 제 3도에 나타낸 바와같이 벽면쉘(12)의 두께에 따라 가용접부(15)의 위치도 달라지게 하는 것이 좋다.

제 4도는 본 발명에 따른 수직자동용접을 수행하기 위한 그루브(groove)의 개선각 및 루트(root)갭을 나타낸 도면으로, 벽면쉘(12)의 두께에 따라 제 4(a)도 내지 제 4(c)도에 각각 도시되어 있다. 제 4(a)도는 벽면쉘(12)의 두께가 45mm이상인 경우를 나타낸 것이다. 제 4(b)도는 벽면쉘(12)의 두께가 30mm와 40mm사이인 경우를 나타낸 것으로, 벽면쉘(12)의 앞쪽면에 용융 풀을 형성하기 위한 용융풀 유지부재(16)가 설치되어 있음을 보여준다. 용융풀 유지부재(16)는 코퍼플레이트(Copper Plate)가 바람직하다.

제 4(c)도는 벽면켈(12)의 두께가 28mm이하인 경우를 각각 나타낸 것이다.

제 5도는 본 발명에 따른 수평양면자동용접장치를 나타낸 도면이다.

제 5도에서는 수평양면자동용접장치가 좌우대칭의 형상을 이루고 있으므로 일측의 형태만을 나타내었다. 제 5도 용접장치는 벽면쉘에 수평이동 가능하게 설치되는 프레임(21)을 구비하고 있다. 이 프레임(21)에는 바퀴(22)와 이 바퀴(22)를 구동하기 위한 모터(23)가 설치되어 있다. 이러한 프레임(21)에는 높이조절용 이음쇠(24)가 결합되어 있다. 이 높이조절용 이음쇠(24)는 수평용접할 위치를 맞출 수 있도록 소정거리 상하이동 가능하다. 이러한 높이조절용 이음쇠(24)의 일측에는 휠 그라인더(wheel grinder)(25)와 이 휠그라인더(25)를 회전구동하기 위한 모터(26)가 설치되어 있다. 이 휠 그라인더(25)는 용접하기전에 용접부위의 녹, 이물질 등을 제거하기 위한 것이다. 이 휠 그라인더(25)는 용접수행시 가장 앞쪽에 위치되는 부분이다.

휠 그라인더(25)의 뒷쪽, 높이조절용 이음쇠(24)의 일측에는 예열토치(27)가 설치되어 있다. 이 예열토치(27)는 용접하기전에 용접할 부위를 미리 예열하기 위한 것이다. 이러한 예열은 과도한 용접변형을 방지하고 좋은 용접품질을 얻기 위한 것이다. 이와같은 예열토치(27)의 뒤쪽으로 용접토치(28)가 설치되어 있다. 이 용접토치(28)로는 와이어(wire)(29)가 지속적으로 공급되며, 용접부위가 외부와 차단되도록 플럭스(81ux)가 공급되게 된다. 이러한 용접토치(28)의 상측으로 와이어(29)를 공급하기 위한 와이어 릴(wire reel)(29a)이 설치되어 있다. 그 외 수평양면자동용접기(20)의 전체동작을 컨트롤하기 위한 컨트롤박스(CB)가 높이조절용 이음쇠(24)의 일측에 설치되어 있다. 이러한 제 5도 장치에 의한 용접작업과정은 제 6도를 보면 쉽게 알 수 있다.

제 6도는 제 5도 장치에 의한 수평양면자동용접의 진행상태를 설명하기 위한 도면이다. 제 6도에 나타낸 바와같이 용접작업 수행시 가장 앞쪽에서 한쌍의 횔 그라인더(25)가 용접하기 위한 벽면쉘(12)의 안쪽면과 바깥쪽면의 용접부위의 녹과 이물질을 제거한다. 그 뒤를 따라 한쌍의 예열토치(27)가 용접진행방향으로 진행하면서 용접할 부위롤 예열하게 된다. 이와 같은 과정을 거친다음 그 뒤쪽의 한쌍의 용접토치(28)가 벽면쉘(12)의 안쪽면과 바깥쪽면에 대한 수평용접을 동시에 수행하게 된다. 물론, 이때에는 콘택트 튜브(28a)로는 플럭스(28b)가 공급되게 되어 용접부위가 외부와 차단되게 된다.

제 7(a)도는 수직자동용접의 진행상태를 설명하기 위한 도면이고, 제7(b)도는 제 7(a)도의 I부분 확대단면도이다.

수직용접시 개선각에 대하여 앞면에는 용융풀 유지부재(16)를 밀착시키고, 뒷면에는 용접방향으로 뒷면용접비드를 형성할 수 있도록 홈(14a)이 가공되어 있는 배면비드 성형부재(14)를 설치하여 용접시 용융풀이 형성되도록 하고, 캐리지(31)가 수직으로 상승하면서 자동으로 용접을 한다. 이때, 우선 용접부홈을 따라서 안내수단인롤러(32)가 안내하고, 용접토치(33)를 통하여 용접와이어(34)의 아크로써 용접한다.

그 외 탱크의 바닥 및 코너부에서는 제 8도 (a) 내지(마)에서 보는 바와 같이 바닥의 필릿 겹치기 용접 및 바닥과 벽면쉘간의 수평필릿 용접은 다른 자동용접기를 사용하여 자동으로 용접하면 된다.

이상, 제 1도 내지 제 8도를 통해 설명한 바와같은 본 발명에 따른 용접방법 및 그 장치를 이용하면 원유저장용 대형탱크의 제작기간단축, 품질 향상을 꾀할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 원유 저장용 대형탱크의 벽면쉘 용접방법에 있어서, 상기 벽면쉘(12a)(12b)(12c)(12d)들의 두께에 따라 상기 벽면쉘(12a)(12b)(12c)(12d)들간의 상,하,좌,우의 루트간격을 조정하여 가용접하는 가용접단계는; 상기 가용접된 벽면쉘들의 수평용접그루브의 안쪽과 바깥쪽에서 동시에 양면을 수평용접하여 접합하는 수평양면용접단계; 상기 가용접된 벽면쉘들의 수직용접그루브의 뒷면을 따라 소정 단면형상의 홈이 형성되어 있는 배면비드 성형부재(14)를 설치하는 배면비드 성형 부재 설치단계; 및 상기 가용접된 벽면쉘들의 수직용접그루브의 앞면에 용융풀 유지부재(16)를 밀착한 상태에서 상승시키면서 앞면에서 뒷면까지 수직자동용접을 수행하는 수직용접단계를 포함하는 원유저장용 대형탱크의 자동용접방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 수평양면용접단계와 수직용접단계는 그라인더를 이용하여 상기 벽면쉘 용접부위의 녹,이물질을 제거하는 브러싱단계와, 예열토치를 이용하여 상기 벽면쉘의 용접부위를 예열하는 예열단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원유저장용 대형탱크의 자동용접방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 수직자동용접단계에서 배면비드 성형부재(14)와 용융풀 유지부재(16)는 구리로 만들어지고, 최적의 용접비드형상을 갖도록 홈(14a)이 파여져 있는 것을 특징으로 하는 원유저장용 대형탱크의 자동용접방법.
4. 원유 저장용 대형탱크의 벽면쉘 자동용접장치에 있어서, 상기 탱크의 가용접된 벽면쉘(12a)(12b)을 따라 수평이동 가능한 프레임(21); 상기 프레임(21)에 상하이동 가능하게 결합된 높이조절용 이음쇠(24); 상기 높이조절용 이음쇠(24)에 설치되고 양면 용접부위의 녹, 이물질등을 제거하기 위한 한 쌍의 휠그라인더(25); 상기 높이조절용 이음쇠(24)에 설치되고, 용접부의를 예열시키기 위한 한 쌍의 예열토치(27); 및 상기 예열된 용접부위에서 동시에 양면용접을 수행하기 위한 한쌍의 용접토치(28)를 포함하여, 벽면쉘들을 수평방향으로 자동용접하는 것을 특징으로 하는 원유저장용 대형탱크의 자동용접장치.
5. 원유 저장용 대형탱크의 벽면쉘 자동용접장치에 있어서, 상기 탱크의 가용접된 벽면쉘(12c)(12d)을 따라 수직승하강하는 캐리지(31); 상기 캐리지(31)에 고정되어 상기 벽면쉘(12c)(12d)의 용접부를 따라 수직이동하는 롤러(32); 및 상기 롤러(32)에 의해 용접부를 따라 안내되며 용접을 수행하는 용접토치(33)를 포함하며, 벽면쉘들을 수직방향으로 자동용접하는 것을 특징으로 하는 원유저장용 대형탱크의 자동용접장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 용접부의 앞면에는 코퍼플레이트로 된 용융풀유지부재(16)가 위치하고, 뒷면에는 용접홈(14a)이 형성된 배면비드성형부재(14)가 위치하는 것을 특징으로 하는 원유저장용 대형탱크의 자동용접장치.