KR100337649B1 - 강판모재 용접장치 - Google Patents

Abstract

강판모재 용접장치에 관한 것으로, 강판모재가 안착되는 회전 프레임이 수평에 대하여 45°위치에서 90°회전이 가능하도록 회전 프레임 각도 변환수단을 구비하고 있으며, 용접기 가이드 레일이 수평을 유지한 상태로 용접기 가이드 레일 위치 가변수단에 의하여 위치 가변이 이루어지는 용접장치를 제공하여, 용접되는 부위인 강판모재와 보강 리브의 접촉면이 위쪽을 향하도록 배치된 상태에서 자동 용접이 이루어짐으로서 용접부의 목두께가 일치하며 등각장이 이루어지면서 용접이 이루어진다. 따라서 강교 박스의 품질을 향상시킬 수 있으며, 작업효율이 증대되어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 용접 상태(각장, 목두께, 용입)가 일정하며 핀홀 발생이 줄어들고 언더컷이 발생되지 않아 고 품질의 강교 제작을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

강판모재 용접장치{Welding device of base metal plate}

본 발명은 강판모재 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강교 제작을위한 대형의 강판모재에 보강 리브를 자동으로 균일하게 용접하는데 이용되며, 용접 효율을 향상시키고, 용접 불량 발생을 억제하기 위한 강판모재 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 교량을 건설함에 있어 교각과 교각사이에 올려지는 상판은 강판 플레이트를 4각으로 결합한 박스로 이루어진다. 이러한 강교 박스를 제작할 때 판상의 강판모재에 다수의 보강 리브를 수직으로 용접하여 제작하는 작업이 필요하다. 이와 같이 강판모재에 보강 리브를 수직으로 용접하는 것은 강판모재를 수평으로 배치하고 적절한 위치에 보강 리브를 수직으로 배치하여 가용접을 한 후, 수작업 또는 자동 용접기에 의하여 강판모재에 보강 리브를 용접하게 된다. 이때 용접 부위는 강판모재와 보강 리브가 접촉하는 부위를 용접하는 것이므로 용접기의 선단부를 대략 45°기울인 상태로 용접을 하게 된다. 그리고 용접기의 토치 주위에는 용접부위의 산화막 발생을 억제하기 위하여 플럭스(flux)를 도포한다.

이와 같은 필렛 용접은 필렛용접의 루우트로부터 필렛용접의 직각변 끝까지의 거리인 다리길이(leg length, 脚長)가 서로 같은 등각장을 이루어야 이상적인 용접이며, 1회의 패스에 의하여 나타난 용착금속의 모양인 비드(bead)가 일정한 형태로 나타나야 고품질의 강교 제작을 할 수 있다.

그러나 종래의 수동 또는 자동 용접기를 이용하여 강판모재에 보강 리브를 용접하는 기술은 용접 과정에서 용착 금속이 중력에 의하여 아래쪽으로 흘러내려 등각장이 이루어지지 않아 용접 불량이 발생하며, 비드가 불규칙적으로 형성되어 품질 불량으로 인한 생산성을 저하시키는 문제점이 있다. 또한 필렛 용접에서 등각장이 이루어지지 않는 경우에는 구조물이 설계에 따른 적정한 하중을 견디지 못하는 경우가 발생하여 강교 제작상 고질적인 문제점으로 제기되어 왔다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 강판모재에 보강 리브를 용접할 때 등각장이 이루어지도록 하여 강교의 품질을 개선함은 물론 생산성을 향상시키고, 비드가 규칙적으로 형성되도록 하여 강교 제작상의 고질적인 문제점을 해결하는 강판모재 용접장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 바닥면에 수평으로 배치되는 다수의 베이스 프레임 중앙에 위 방향으로 배치되는 다수의 포스트 프레임과; 상기 포스트 프레임의 상부에 중앙부 하단이 힌지 결합되어 자유단측이 힌지 결합점을 중심으로 일정한 각도로 회전하며, 강판모재가 안착되는 회전 프레임과; 상기 회전 프레임의 힌지 결합점을 기준으로 자유단을 이루는 양끝에 배치되며 상기 강판모재의 위치를 고정하는 강판모재 고정수단과; 상기 회전 프레임에 길이 방향으로 결합되며 상기 회전 프레임의 폭 방향으로 이동이 가능하고 용접기의 이동을 안내하는 용접기 가이드 레일과; 상기 베이스 프레임과 상기 회전 프레임의 사이에 결합되어 상기 회전 프레임이 힌지 결합점을 중심으로 회전 이동하도록 하는 회전 프레임 각도 변환수단과; 상기 회전 프레임의 길이 방향 양측에 배치되어 상기 용접기 가이드 레일이 상기 회전 프레임을 따라 위치가 가변되도록 하는 한 쌍의 용접기 가이드 레일 위치 가변 수단과; 상기 회전 프레임의 길이 방향 양측에 배치되며 상기용접기 가이드 레일의 이동에 따라 상기 용접기 가이드 레일의 상면이 수평을 이루도록 하는 용접기 가이드 레일 수평 유지수단을 포함하는 강판모재 용접장치를 제공한다.

이와 같이 이루어지는 강판모재 용접장치는, 회전 프레임에 강판모재를 안착시키고 강판모재 고정수단으로 강판모재를 고정한 후, 회전 프레임 각도 변환수단을 구동하여 45°경사를 이루도록 회전 프레임을 배치한다. 그러면 강판모재와 보강 리브가 45°각도로 배치되고 용접될 부위가 위방향을 향하게 된다. 그러면 용접기 가이드 레일 위치 가변 수단을 구동하여 용접기가 용접기 가이드 레일을 타고 이동하면서 보강 리브와 강판모재의 접촉부 일측을 따라 용접한다. 강판모재와 보강 리브의 일측의 용접이 끝나면 회전 프레임 각도 변환수단을 작동시켜 회전 프레임을 90°각도로 회전시켜 상기 용접부와 인접한 또 다른 용접부가 상면을 향하게 한다. 그리고 용접기 가이드 레일 위치 가변 수단 및 용접기 가이드 레일 수평 유지수단을 작동시켜 용접기 가이드 레일이 일정한 위치에 배치되도록 한 후 강판모재와 보강 리브의 접촉부 중 용접되지 않은 용접부를 용접한다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 강판모재 용접장치의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위하여 강판모재 용접장치의 다른 면을 도시하고 있는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 실시예의 강판모재의 방향 전환 및 용접기의 수평 유지를 위한 메커니즘을 설명하기 위한 도면,

도 4는 도1의 측면도,

도 5는 본 발명에 따른 강판모재의 용접 상태를 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 의한 강판모재의 용접 결과를 나타내기 위하여 용접된 강판모재를 절개하여 나타낸 단면도,

도 7 내지 도 8은 본 발명에 의한 강판모재 용접장치의 작동을 설명하기 위한 작동 상태도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 본 발명에 따른 실시예를 도시한 강판모재 용접장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부를 상세하게 나타낸 사시도로서, 바닥면에 수평으로 고정 배치되는 다수의 베이스 프레임(1, 3, 5, 7, 9)과, 상기 베이스 프레임(1, 3, 5, 7, 9)에 고정되며 위쪽으로 향하는 다수의 포스트 프레임(21, 23, 25, 27, 29)과, 상기 포스트 프레임(21, 23, 25, 27, 29)에 힌지 결합되는 회전 프레임(41)을 도시하고 있다. 그리고 강판모재 용접장치는 상기 회전 프레임(41)의 일측에 강판모재 고정수단을 구비하고 있으며, 상기 회전 프레임(41)에 배치되어 있는 용접기 가이드 레일(43) 및 상기 회전 프레임(41)을 회전 이동하기 위한 회전 프레임 각도 변환수단을 더 포함하고 있다.

상기 포스트 프레임(21, 23, 25, 27, 29)은 일정한 길이를 가지며 직립으로 일정한 간격이 띄어져 배치되어 있고, 상부에는 힌지 결합구멍이 형성되어 있다. 그리고 상기 포스트 프레임(21, 23, 25, 27, 29)은 양측에 45°로 이루어진 다수개의 보조 프레임(22, 24, 26,...) 선단부가 고정 결합되어 있다. 그리고 상기 보조 프레임(22, 24, 26,...) 하단은 베이스 프레임(1, 3, 5, 7, 9)에 각각 고정 결합되어 있다.

상기 보조 프레임(22, 24, 26,...)은 상기 포스트 프레임(21, 23, 25, 27, 29)을 일정한 위치에 고정하는 역할을 함과 동시에 회전 프레임(41)의 이동을 45°각도로 제한하는 역할을 하고 있다.

그리고 상기 회전 프레임(41)은 강판모재(40, 도 7에 도시하고 있음)를 안착시키기 위한 것으로 중앙부 저면에 길이 방향으로 상기 포스트 프레임(21, 23, 25, 27, 29)의 힌지 결합구멍과 대응하는 또 다른 힌지 결합구멍이 형성되어 있어 상기 포스트 프레임(21, 23, 25, 27, 29)과 체결부재에 의하여 힌지 결합된다. 따라서 상기 회전 프레임(41)은 힌지 결합점을 중심으로 좌, 우로 이동하여 일정한 각도에위치할 수 있는 구조를 가진다.

상기 회전 프레임 각도 변환수단은 유압에 의하여 작동하는 복수의 실린더(51, 53) 및 피스톤 로드(55, 57)로 이루어진다. 상기 실린더(51, 53)는 하단부가 상기 베이스 프레임(1, 3, 5, 7, 9) 중에 힌지 결합되어 있다. 그리고 상기 피스톤 로드(55, 57)는 상기 실린더(51, 53)에 선택적으로 수납되며 선단부는 상기 회전 프레임(41)의 저면 일측에 힌지 결합되어 있다. 따라서 실린더의 구동에 의하여 선택적으로 상기 회전 프레임(41)의 각도를 조절할 수 있는 것이다.

상기 회전 프레임(41)은 자유단부에 강판모재 고정수단이 배치된다.

상기 강판모재 고정수단은 회전 프레임(41)의 자유단부의 양끝이 각각 서로 다르게 구성되는데, 우선 일측에는 다수의 걸림부재(71, 73, 75,...)가 상기 회전 프레임(41)의 상면에 대하여 직각 방향으로 배치된다. 상기 걸림부재(71, 73, 75,...)는 상기 회전 프레임(41)의 상면과 일정한 각을 가지는 홈을 구비하고 있다. 상기 홈은 강판모재(40)의 일측이 삽입되기 위한 것이며, 상기 회전 프레임(41)의 상면과 일정한 경사각을 구비하고 있어 강판모재의 두께가 다양해도 이를 수용할 수 있다.

그리고 상기 회전 프레임(41)은 자유단 타단에 유압에 의하여 작동하는 별도의 다수 실린더(91, 도 6에 도시하고 있으며 회전 프레임에 일정한 간격으로 배치되어 있으나 편의상 하나의 부호 만을 부여하여 설명함)에 의하여 강판모재(40)를 고정하는 구조로 이루어져 있다. 이를 좀더 상세하게 설명하면, 상기 실린더(91)는 유압에 의하여 선택적으로 수납되는 로드를 구비하고 있다. 그리고 상기 로드의 선단부는 회전 프레임(41)의 상면과 세로로 배치되는 고정부재(131, 도 7에 도시하고 있으며 등간격으로 다수가 배치됨)의 일단과 힌지 결합되어 있다. 상기 고정부재(131)는 상기 회전 프레임(41)에 고정 결합되어 있는 다수의 힌지부재(111, 도 7에 도시하고 있으며 다수가 등간격으로 배치됨)의 상면에 중앙부가 힌지 결합되어 있다. 물론 상기 고정부재(131)는 상기 걸림부재(71, 73, 75,...)와 같은 기능을 할 수 있도록 상기 회전 프레임(41)의 상면과 일정한 경사각을 가지는 홈을 구비하고 있다. 따라서 상기 고정부재(131)는 걸림부재(71, 73, 75,...)와 마찬가지로 강판모재(40)의 두께가 달라도 이에 대응할 수 있도록 경사각을 가지는 홈을 구비하고 있는 것이다.

한편 용접기 가이드 레일(43)은 상기 회전 프레임(41)의 폭 방향을 따라 이동할 수 있는 구조로 결합되어 있으며, 상부에는 레일이 형성되어 있다. 상기 용접기 가이드 레일(43)은 회전 프레임(41)의 길이 방향으로 배치되는 것이 바람직하며, 상부의 레일을 따라 자동 용접기가 회전 프레임(41)의 길이 방향으로 이동할 수 있도록 배치되어 있다.

상기 용접기는 통상의 것이 사용되며 용접 후 용접된 부위의 산화를 방지할 수 있도록 플럭스를 용접부위에 덮을 수 있는 구조 및 기능을 가지고 있다.

한편, 상기 용접기 가이드 레일(43)은 용접기 가이드 레일 위치 가변 수단을 통하여 회전 프레임(41)의 폭방향으로 이동할 수 있도록 결합되는데, 이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 용접기 가이드 레일(43)의 양측에는 힌지 결합부(151, 도 4에 도시하고있으며, 편의상 하나의 부호만을 도시하여 설명함)가 형성되어 있고, 이 힌지 결합부(151)와 이동부재(153)가 힌지 결합되어 있다. 상기 이동부재(153)는 일측에 피니언 기어(155, 157)가 배치되어 있다. 그리고 상기 피니언 기어(155, 157)는 회전 프레임(41)의 양측에 폭방향으로 형성되어 있는 랙(158, 160, 편의상 보이는 부분에만 부호를 부여하여 설명함)과 치합되어 있다. 그리고 상기 피니언 기어(155, 157)는 축이 감속기와 연결되어 있고, 감속기는 모터(159)와 동력전달이 이루어질 수 있도록 연결되어 있다.

상기 용접기 가이드 레일(43)의 양측 하단에는 용접기 가이드 레일(43)의 수평을 유지하기 위한 용접기 가이드 레일 수평 유지수단이 배치된다. 상기 용접기 가이드 레일 수평 유지수단은 상기 용접기 가이드 레일(43)의 양단에 기어부가 아래측을 향하도록 결합되어 있는 반원기어(161)를 구비하고 있다. 그리고 이 반원기어(161)는 모터(163)의 구동력을 전달받을 수 있도록 감속기 및 기어를 통하여 연결되어 있다.

이와 같이 이루어지는 강판모재 용접장치의 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선 실린더(51, 53)를 구동하여 회전 프레임(41)의 자유단 중 걸림부재(71, 73, 75,...)가 배치되어 있는 쪽이 아래로 경사지도록 회전 프레임(41)을 위치시키고, 상기 회전 프레임의 상면에 보강 리브(42)가 수직방향으로 가용접되어 있는 강판모재(40)를 안착시킨다. 그러면 강판모재(40)의 자중에 의하여 상기 걸림부재(71, 73, 75,...)에 형성되어 있는 홈속으로 강판모재(40)의 일단이 삽입되어 정렬된다. 그리고 걸림 부재(71, 73, 75,...)가 배치되어 있는 회전 프레임(41)의 반대측에 배치되어 있는 다수의 실린더(91)를 작동시키면 로드가 고정부재(131)의 일측을 밀게 된다. 그러면 고정부재(131)는 힌지부재(111)에 의하여 회전되면서 강판모재(40)의 일단을 가압한다. 따라서 강판모재(40)는 회전 프레임(41)에 고정된다.

그리고 실린더(51, 53)를 구동하여 회전 프레임(41)을 어느 한쪽으로 완전히 회전시킨다( 도 7의 상태에서 도 8의 상태로 회전 및 그 역으로 회전). 그러면 회전 프레임(41)은 보조 프레임(22, 24, 26,...)에 의하여 회전 이동이 제한되어 45°각도에서 멈춘다. 상기 실린더(51)는 작업자가 작동스위치(도시생략)를 동작시킴으로서 작동이 이루어지고 모터(159, 163) 역시 작업자가 작동 스위치를 작동함으로서 구동이 이루어진다.

이때 모터(159, 163)가 구동하여 반원기어(161)를 회전시키면서 수평 상태를 유지하고(도 4에 도시하고 있음), 이와 동시에 피니언 기어(155, 157)가 구동하여 랙(158, 160)을 타고 이동하여 일정한 위치에 정지한다. 이때 작업자는 모터(159)의 정, 역회전에 의하여 용접기 가이드 레일(43)의 위치를 조정할 수 있다.

이러한 상태에서 용접기를 구동시키면 용접기는 용접기 가이드 레일(43)을 타고 이동하면서 강판모재(40)와 보강리브(42)의 접촉면을 용접한다. 그리고 용접기는 용접된 부분을 지나면서 플럭스(flux)를 도포(도 5에 도시)하여 용접 부위가 산화되는 것을 방지한다. 이와 같이 본 발명은 강판모재(40)를 45°기울인 상태에서 용접기를 수평으로 배치하여 용접함으로서, 도 6에 도시하고 있는 바와 같이,용접물이 자중에 의하여 흐르지 않아 목두께(t)가 일정하며, 다리길이(ℓ₁, ℓ₂)가 같은 길이를 가지는 등각장이 이루어지는 상태로 용접을 할 수 있다. 또한 용접부위가 수평면으로 배치되어 플럭스도 균일하게 도포되어 용접부위의 산화 방지효과를 극대화시킬 수 있다.

상기와 같이 하나의 보강리브의 용접이 완료되면 상기와 같은 방법으로 인접하는 다른 보강리브를 동일하게 용접한다. 반복해서 일측의 보강리브 용접이 모두 이루어지면 상술한 방법으로 회전 프레임(41)을 90°회전시켜 방향을 바꾼 후 연속해서 보강리브 반대편쪽과 강판모재(41)의 용접을 행한다. 이러한 강판모재 용접장치는 자동적으로 고품질의 용접을 행할 수 있어 작업의 효율성 및 생산성을 극대화시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명의 강판모재 용접장치는, 용접되는 부위인 강판모재와 보강리브의 접촉면이 위쪽을 향하도록 배치하여 자동 용접이 이루어짐으로서 용접부의 목두께가 일치하며 등각장이 이루어지면서 용접이 이루어진다. 따라서 강교 박스의 품질을 향상시킬 수 있으며, 작업효율이 증대되어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 용접 깊이가 일정하며 핀홀 발생이 줄어들고 언더컷이 발생되지 않아 고 품질의 강교 제작을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 바닥면에 수평으로 배치되는 다수의 베이스 프레임 중앙에 위 방향으로 배치되는 다수의 포스트 프레임; 상기 포스트 프레임의 상부에 중앙부 하단이 힌지 결합되어 자유단측이 힌지 결합점을 중심으로 일정한 각도로 회전하며, 강판모재가 안착되는 회전 프레임; 상기 회전 프레임의 힌지 결합점을 기준으로 자유단을 이루는 양끝에 배치되며 상기 강판모재의 위치를 고정하는 강판모재 고정수단; 상기 회전 프레임에 길이 방향으로 결합되며 상기 회전 프레임의 폭 방향으로 이동이 가능하고 용접기의 이동을 안내하는 용접기 가이드 레일; 상기 베이스 프레임과 상기 회전 프레임의 사이에 결합되어 상기 회전 프레임이 힌지 결합점을 중심으로 회전 이동하도록 하는 회전 프레임 각도 변환수단; 상기 회전 프레임의 길이 방향 양측에 배치되어 상기 용접기 가이드 레일이 상기 회전 프레임을 따라 위치가 가변되도록 하는 한 쌍의 용접기 가이드 레일 위치 가변 수단; 상기 회전 프레임의 길이 방향 양측에 배치되며 상기 용접기 가이드 레일의 이동에 따라 상기 용접기 가이드 레일의 상면이 수평을 이루도록 하는 용접기 가이드 레일 수평 유지수단을 포함하며;

   상기 강판 모재 고정수단은

   상기 회전 프레임의 자유단 일측에 등간격으로 고정 결합되며, 상기 회전 프레임의 상면에 안착되는 상기 강판모재가 끼워질 수 있는 홈을 구비하고 있는 다수의 걸림 부재; 상기 회전 프레임의 자유단 타측에 등간격으로 결합되며 유압에 의하여 작동하는 다수의 실린더; 상기 실린더의 로드에 결합되어 있으며, 상기 회전 프레임의 상면에 안착되는 강판모재를 선택적으로 가압하여 상기 회전 프레임에 위치를 고정하는 다수의 고정부재를 더 포함하는 강판모재 용접장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 회전 프레임 각도 변환수단은

   상기 베이스 플레이트에 힌지 결합되며 유압에 의하여 구동하는 다수의 실린더와;

   상기 실린더에 선택적으로 수납되며 상기 회전 프레임의 하단부 일측과 힌지 결합되어 있는 다수의 피스톤 로드;

   로 이루어지는 강판모재 용접장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 용접기 가이드 레일 위치 가변수단은

   상기 회전 플레이트의 일측에 결합되어 있는 모터와;

   상기 모터의 회전력을 감속하는 감속기의 기어와 연결되어 있으며, 상기 용접기 가이드 레일과 힌지 결합되어 있는 이동부재에 회전 가능하게 결합되어 있는 피니언과;

   상기 피니언과 치합되어 있으며, 상기 회전 플레이트의 양측에 폭 방향으로 결합되어 있는 랙;

   을 구비하고 있는 강판모재 용접장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 용접기 가이드 레일 수평 유지수단은

   상기 회전 플레이트의 일측에 결합되어 있는 모터와;

   상기 모터의 회전력을 감속하는 감속기의 기어와 치합되어 있으며, 상기 용접 가이드 레일의 하단을 연장하여 결합되어 있는 반원기어;

   를 구비하고 있는 강판모재 용접장치.