KR100327871B1 - 고속 필렛 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 및 교량에 사용되는 철구조물의 제작시 용접부의 대부분을 차지하는 필렛 용접 이음부의 용접 작업을 고속화하면서 고속 용접에 의해 발생하는 용접 불량 현상을 제거하여 고품질의 용접 상태를 얻을 수 있도록 한 고속 필렛 용접 장치에 관한 것으로서, 선행 토치와 습동 토치를 포함하고 구조물의 접합면을 따라 이동하며 접합면을 용접하는 필렛 용접기에 있어서, 상기 습동 토치(15)의 외부 측면에 설치되고 전원을 공급받아 일정한 회전력을 발생시키는 모터(20), 상기 모터(20)의 회전축(25)의 단부에 고정 설치되어 있는 회전캠(30), 습동 토치(15)내부에 설치되고 중심부에 용접 와이어(5)가 통과하는 관통홀(55)이 형성되며 상기 회전캠(30)의 회전에 의해 발생한 진동 운동을 연결핀(40)으로 전달받아 용접 와이어(5)를 진동시키는 습동 블록(50)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고속 필렛 용접 장치{More Fast Welding machine for Fillet welding}

본 발명은 필렛 용접 장치에 관한 것으로서, 특히 선박 및 교량에 사용되는 철구조물의 제작시 용접부의 대부분을 차지하는 필렛 용접 이음부의 용접 작업을 고속화하면서 고속 용접에 의해 발생하는 용접 불량 현상을 제거하여 고품질의 용접 상태를 얻을 수 있도록 한 고속 필렛 용접 장치에 관한 것이다.

선박의 건조에 사용하는 선박 블록 및 교량과 같은 대형 철구조물의 제작시 각종 형강재들을 용접에 의하여 제조하게 된다. 각종 형강재들의 접합면을 용접할 경우 접합면은 대부분 직선을 이루고 있기 때문에 수작업에 의한 용접보다는 직선면을 따라 이동하는 오토 캐리지와 같은 장치에 용접기를 장착하고, 오토 캐리지의 주행과 동시에 용접기를 작동시켜 용접 작업을 진행하게 된다.

이러한 철구조물의 제작에 있어 사용하는 SAW 용접과 CO₂용접 등에 의해 얻을 수 있는 용접 속도는 최대 1.2 m/min 이지만, 공기 단축 등을 위해서는 용접 속도를 더욱 고속화할 필요가 있게 된다.

철구조물의 용접 방식은 여러 종류가 있으나, 그중 많이 사용되는 SAW 용접과 CO₂용접에 대하여 알아보면 다음과 같다.

고전류의 용접이 가능한 SAW 용접의 경우 아크 안정화를 위해 용접기 끝단에 발생하는 아크를 플럭스를 사용하여 덮도록 하기 때문에 고전류 용접시 플럭스의 용융으로 인해 다량의 기공이 용접 비드의 내, 외부에 발생하므로 용접속도 향상에는 한계가 있다.

또한, 용접 속도 향상을 위해 다수개의 토치를 사용할 경우에는 장비의 구성이 복잡해 지고 설비비가 급격히 증가하여 필렛용접에는 적합하지 않는 문제점이 있다.

CO₂용접의 경우 2 개 이상의 복수개 토치를 사용하거나 용접 전류와 전압을높게 하여 모재와 용접 금속(이하 용접 와이어)을 많이 녹게하여 용착량을 증대시켜 용접의 속도를 높이는 것이 일반적이다.

그러나 이러한 방법으로 용접 속도를 2m/min 이상 증가시킬 경우에는 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 문제점이 있음을 알 수 있다.

국부적인 발열 및 고전류 용접에서 아크 용접 특성상 아크의 영향으로 아크 아래에 불안정한 용융이 발생되어 아크 뒤쪽으로 용융지가 형성되면서 응고가 시작되어 용융지 끝단이 채워지지 못하고, 오목하게 패이는 언더컷(1)과 같은 결함이 발생하기 쉽고, 비드 모양이 불균일한 사행 비드(2)의 발생도 야기되어, 완성된 철구조물의 강도가 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 2개의 용접기을 사용한 CO₂용접 방식이 개시되었다. 2개의 용접기을 사용한 CO₂용접 방식은 2개의 용접 토치가 용접면을 따라 진행하면서 용접을 진행하고, 용접과 동시에 후행 토치에 일정한 진동을 주어 아크력을 완화할 수 있도록 함으로서, 언더컷의 발생을 억제하고, 사행 비드를 평활화시켜 균일한 비드폭을 얻을 수 있도록 하였다.

이러한 방법을 사용하였을 경우에 후행 토치에 가해지는 진동 주파수는 기존의 습동 장치나 로봇에 의한 습동을 행할 경우 기구적으로 3Hz ~ 5Hz 정도가 한계이다. 이 정도의 습동 주파수로는 1.5 m/min 이상의 고속 용접시에는 언더컷과 사행 비드는 방지할 수 없어, 용접 속도의 향상을 기대할 수 없다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 2개의 용접기를 사용하는 고속 아크 용접시 후행 토치에 고속의 진동을 주어 필렛 용접시 언더컷 이나 사행 비드와 같은 용접 품질 저하 요인이 제거되도록 함으로서 2m/min 이상의 고속 용접이 가능하도록 하여 공기를 단축할 수 있고, 또한 높은 용접 품질을 얻을 수 있도록 한 고속 필렛 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 선행 토치와 습동 토치를 포함하고 구조물의 접합면을 따라 이동하며 접합면을 용접하는 필렛 용접기에 있어서, 상기 습동 토치의 외부 측면에 설치되고 전원을 공급받아 일정한 회전력을 발생시키는 모터, 상기 모터의 회전축의 단부에 고정 설치되어 있는 회전캠, 습동 토치 내부에 설치되고 중심부에 용접 와이어가 통과하는 관통홀이 형성되고 상기 회전캠의 회전에 의해 발생한 진동 운동을 연결핀으로 전달받아 용접 와이어를 진동시키는 습동 블록으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1a와 도 1b는 일반적인 고속 필렛 용접시 나타나는 용접 상태를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 고속 필렛 용접 장치의 구성을 나타내는 측단면도.

도 3a 와 도 3b는 회전캠의 작동 상태도.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명에 따른 고속 필렛 용접 장치를 사용한 용접 토치의 설치 상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10:선행 토치 15:습동 토치

20:모터 30:회전캠

40:연결핀 50:습동 블록

도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 고속 필렛 용접 장치의 구성을 나타내는 측단면도로서, 선행 토치와 습동 토치를 포함하고 구조물의 접합면을 따라 이동하며 접합면을 용접하는 필렛 용접기에 있어서, 상기 습동 토치(15)의 외부 측면에 설치되고 전원을 공급받아 일정한 회전력을 발생시키는 모터(20), 상기 모터(20)의 회전축(25)의 단부에 고정 설치되어 있는 회전캠(30), 습동 토치(15)내부에 설치되고중심부에 용접 와이어(5)가 통과하는 관통홀(55)이 형성되며 상기 회전캠(30)의 회전에 의해발생한 진동 운동을 연결핀(40)으로 전달받아 용접 와이어(5)를 진동시키는 습동 블록(50)으로 구성되어 있음을 도시하고 있다.

도면을 참조하여 본 발명의 구성을 알아보면 다음과 같다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명에 따른 고속 필렛 용접 장치의 용접 토치의 설치 상태도로서, 2개의 용접 토치 중 하나를 선행 토치(10)로 설정하고 선행 토치(10)와 일정한 극간 거리를 갖고 선행 토치(10)의 후방에 설치되는 토치를 습동 토치(15)로 설정한다. 이때 극간 거리는 25 mm 로 설정하고, 선행 토치(10)와 습동 토치(15)는 45。 의 토치 각도()를 갖고 있고, 용접 진행 방향에 대하여는 후방측으로 6。 의 각도()로 기울어지도록 설치한다.

습동 토치(15)의 외부 측면부에는 모터(20)가 설치되고, 외부의 전원을 공급받아 회전하는 모터(20)의 회전축(25) 단부에는 회전캠(30)이 부착된다. 회전캠(30)은 원주를 따라 일정 깊이의 홈(35)이 형성되어 있고, 이 홈(35)에는 연결핀(40)이 삽입되어 있고 연결핀(40)은 습동 블록(50)에 연결되어 있다.

습동 블록(50)은 습동 토치(15)내부에 설치되고, 중심부에는 용접 와이어(5)가 지나는 관통홀(55)이 형성되어 있다. 연결핀(40)과 습동 블록(50)의 연결부의 반대쪽에는 습동 블록 가이드(60)가 설치되어 습동 블록(50)을 지지하도록 한다.

본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

작업자에 의해 용접이 시작되면 2개의 용접 토치도 작동이 되고 오토 캐리지도 일정속도로 주행이 되면서 용접 작업이 진행된다. 용접 작업과 동시에 모터(20)에 전원이 공급되어 모터(20)에서 회전력이 발생되면 모터(20)의 회전축(25)단부에설치되어 있는 회전캠(30)도 회전하게 된다.

도 3a 와 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이 회전캠(30)의 그 중심축이 편심되게 위치되어 있으므로, 회전캠(30)이 회전하면 회전캠(30)의 원주면에 형성되어 있는 홈(35)에 삽입되어 있는 연결핀(40)이 캠(30)의 회전에 따라 좌우로 진동하게 된다. 이때 연결핀(40)은 슬라이드 베어링(45)에 의해 지지되고 있어 좌우로는 진동하지만 다른 방향으로는 진동하지 않게 된다.

연결핀(40)은 습동 블록(50)에 연결되어 있으므로, 연결핀(40)의 진동은 습동 블록(50)을 진동시키게 된다.

습동 블록(50)은 연결핀(40)에서 발생한 진동에 의해 좌우로 진동하게 되고, 습동 블록(50)의 진동은 습동 블록(50) 중앙의 관통홀(55)을 통과하는 용접 와이어(5)로 전해져 습동이 발생하게 된다. 이때 용접 와이어(5)에서 발생하는 습동의 진동수는 20Hz ~ 100Hz 범위내에서 용접 조건에 따라 적정 진동수를 설정하여 용접한다.

습동 토치(15)에 의해 용접이 진행되면서 용접 와이어(5)가 외부에서 전해지는 진동에 의해 일정 속도와 범위로 진동되므로 선행 토치(10)에 의해 발생된 사행 비드, 언더컷과 같은 용접 결함 발생 요인을 제거하도록 한다.

상기와 같은 본 발명은 필렛 부분을 고속으로 용접하기 위해 2개의 용접 토치를 동시에 이동시키며 용접 작업을 진행하도록 하고, 용접 작업과 동시에 2개의 용접 토치중 습동 토치에는 모터에 의해 일정한 진동을 용접 와이어로 전달하는 습동 장치를 부착하여, 습동에 의해 용접 작업시 발생하는 언더컷이나 사행 비드와 같은 용접 결함의 발생을 방지하여 2m/min 이상의 초고속 용접 상태에서 고품질의 용접 비이드를 형성할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 선행 토치와 습동 토치를 포함하고 구조물의 접합면을 따라 이동하며 접합면을 용접하는 필렛 용접기에 있어서, 상기 습동 토치(15)의 외부 측면에 설치되고 전원을 공급받아 일정한 회전력을 발생시키는 모터(20), 상기 모터(20)의 회전축(25)의 단부에 고정 설치되어 있는 회전캠(30), 습동 토치(15)내부에 설치되고 중심부에 용접 와이어(5)가 통과하는 관통홀(55)이 형성되며 상기 회전캠(30)의 회전에 의해 발생한 진동 운동을 연결핀(40)으로 전달받아 용접 와이어(5)를 진동시키는 습동 블록(50)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속 필렛 용접 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 선행 토치(10)와 습동 토치(15)는 45。 의 토치 각도()를 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 고속 필렛 용접 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 선행 토치(10)와 습동 토치(15)는 6。 의 후진각()을 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 고속 필렛 용접 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전캠(30)은 원주면에 일정 깊이의 홈(35)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고속 필렛 용접 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 홈(35)에는 연결핀(40)이 삽입되는 것을 특징으로하는 고속 필렛 용접 장치.