KR100471129B1 - 선박건조용 용접기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박건조용 용접기 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 토치(11)를 고정/해체하는 토치 클램프(12)와; 오실레이터 제어박스(15)의 제어를 받아 상기 토치(11)를 전후로 왕복운동시키는 오실레이터(13)와; 용접기의 기계 부분과 용접 제어박스(19)를 연결시키는 오실레이터 연결수단(14)과; 용융풀을 냉각시키는 동(Cu)당금 구조물을 설치할 수 있게 하여 코퍼슈(Copper Shoe)를 조정하는 코퍼슈 조정 손잡이(16)와; 상기 토치(11)를 전후/상하로 조절할 수 있게 하는 토치 전후/상하 조절기(17)(18)와; 상기 토치(11)의 의한 용접을 제어하는 용접 제어박스(19)와; 레일(31)의 기어와 주행 기어(25) 간의 클러치인 주행 기어 클러치 레버(20)와; 상기 용접 제어박스(19)와 케이블이 연결되도록 하는 용접 케이블 연결박스(21)와; 가변 레일 가이드 롤러(24)들을 조정하여 상기 용접기를 상기 레일(31)에 탈, 부착할 수 있게 하는 레일 가이드 롤러 조정 손잡이(22)와; 상기 레일(31)과 접촉되어 주행하는 고정/가변 레일 가이드 롤러(23)(24)들과; 상기 레일(31)과 연결되어 주행되도록 하는 주행 기어(25)와; 상기 용접 제어박스(19)의 제어를 받고, 홀 효과에 의해 용접이 수행되도록 하는 홀 센서(26)를 포함하여 구성한다.

Description

선박건조용 용접기 및 그 제어방법{Apparatus and control method for welding carriage in shipyard}

본 발명은 선박건조용 용접기에 관한 것으로, 특히 EGW(Electro Gas arc Welding) 기법을 적용하여 컴팩트한 소형 용접기를 개발하여 편리하게 사용하기에 적당하도록 한 선박건조용 용접기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 선저 거더(Bottom Girder) 또는 ULCC(Ultra Large Crude oil Carrier, 40만톤 이상의 유조선)나 컨테이너 운반선 등의 건조에 사용되는 건조에 사용되는 극후판은 용접시 용접 왕복대를 이용하여 용접하고 있다.

종래에는 선박건조용 용접기로 일본제품인 SG-2를 사용하였다.

이러한 SG-2 용접기는 외형이 600*300*240mm 이고, 중량은 27.5Kg에 달한다. 또한 전류는 분류기 방식으로 검출하며, 바퀴의 개별 이동 방식으로 설치된다. 또한 커넥터는 후면에 부착되어 있으며, 오실레이터는 속도가 정속이므로 가변이 불가하고, 기계식의 30mm 진폭을 갖는다.

도 6은 용접방식을 비교한 것으로, (a)는 종래의 분류기 방식의 용접을 설명한 개념도이다.

여기서 도면부호 41은 황동이고, 42는 텅스텐 합금이며, 43은 용접 홀더 연결 홀이다.

그래서 종래의 용접기에서 이용한 분류기(Shunt) 방식이란 황동(41)과 텅스텐 합금(42)의 2가지 금속체를 물리적으로 결합된 상태로 제작되어 흐르는 전류에 비례하여 일정 비율의 전압 강하가 발생되도록 한 것이다. 이러한 분류기에는 2000A/50mV, 1500A/50mV, 600A/60mV 등의 여러 종류가 있으며, 용접전류의 측정 및 전자회로의 피드백 시그널로 사용된다.

그러나 이러한 종래의 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 외형이 600*300*240mm 로써 대형이므로, 탱크 내부의 단거리 후판부 용접 등과 같이 짧은 거리의 용접시 사용이 불가능하거나 불편하고, 용접 구간에 따라 토치와 제어박스의 위치를 변경하여야만 하는 문제점이 있었다.

둘째, 중량(27.5Kg)이 무거워 작업자들의 허리 통증 호소 및 안전사고 위험이 있었다.

셋째, 오실레이터 기능이 부적합하여 후판 용접에 적용하는 것은 불가능한 단점도 있었다.

넷째, 외국(주로 일본)으로부터의 수입 제품이기 때문에 부품의 수급이 어렵고, 고가여서 제조원가 상승의 요인이 된다.

다섯째, 자동 주행 센싱을 분류기 방식으로 수행하여 열화가 발생하고, 이로 인해 고장 발생이 많으며, 용접 품질에 결합이 발생하는 요인으로 작용하였다. 즉, 350~500A의 높은 전류가 흐를 경우 분류기 연결 부위의 과열로 인한 소손이 발생하며, 검출 전압의 변화로 용접 왕복대가 오작동하거나 중고장이 발생하는 등으로 생산에 많은 지장을 주고 있는 상태이다.

여섯째, 용접 왕복대의 레일과의 탈, 부착이 어려워 작업시간이 지연되고 안전사고의 위험이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 EGW 기법을 적용하여 컴팩트한 소형 용접기를 개발하여 용접의 생산성을 향상시키고, 공기단축은 물론 작업자의 사용 편의성을 높이며, 안전사고를 예방할 수 있는 선박건조용 용접기 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 선박건조용 용접기는,

토치를 고정/해체하는 토치 클램프와; 오실레이터 제어박스의 제어를 받아 상기 토치를 전후로 왕복운동시키는 오실레이터와; 용접기의 기계 부분과 용접 제어박스를 연결시키는 오실레이터 연결수단과; 용융풀을 냉각시키는 동당금 구조물을 설치할 수 있게 하여 코퍼슈를 조정하는 코퍼슈 조정 손잡이와; 상기 토치를 전후/상하로 조절할 수 있게 하는 토치 전후/상하 조절기와; 상기 토치의 의한 용접을 제어하는 용접 제어박스와; 레일의 기어와 주행 기어 간의 클러치인 주행 기어 클러치 레버와; 상기 용접 제어박스와 케이블이 연결되도록 하는 용접 케이블 연결박스와; 가변 레일 가이드 롤러들을 조정하여 상기 용접기를 상기 레일에 탈, 부착할 수 있게 하는 레일 가이드 롤러 조정 손잡이와; 상기 레일과 접촉되어 주행하는 고정/가변 레일 가이드 롤러들과; 상기 레일과 연결되어 주행되도록 하는 주행 기어와; 상기 용접 제어박스의 제어를 받고, 홀 효과에 의해 용접이 수행되도록 하는 홀 센서를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 선박건조용 용접기의 제어방법은,

용접재료를 준비하고, 용접부위 편면 용접용 세라믹을 설치한 다음 용접기 주행용 레일을 설치하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계 후 외판의 두께 변경 부분에 대한 용접작업과 그라인딩을 수행하고, 주행레일에 선박건조용 용접기를 설치한 다음 용접 와이어 피더를 설치하고, CO₂ 가스에 대한 확인 및 연결을 수행하고, 제어 케이블, 라이너, 쿨링, 용접 홀더를 결속시키는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계 후 용접 시작 부위를 단속 용접하여 비드를 형성시키는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계 후 용접을 자동으로 시작하여 용접 와이어의 송출 상태를 확인하고 자동 주행을 확인하며 용접 종료가 되도록 하는 제 4 단계를 포함하여 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명, 선박건조용 용접기 및 그 제어방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 선박건조용 용접기의 정면도이고, 도 2는 도 1의 선박건조용 용접기의 평면도이며, 도 3은 도 1의 선박건조용 용접기의 측면도이고, 도 4는 도 1의 선박건조용 용접기의 일부 배면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 토치클램프(12)는 토치(11)를 고정/해체하고, 오실레이터(13)는 오실레이터 제어박스(15)의 제어를 받아 상기 토치(11)를 전후로 왕복운동시키고, 오실레이터 연결수단(14)은 용접기의 기계 부분과 용접 제어박스(19)를 연결시킨다. 또한 코퍼슈 조정손잡이(16)는 용융풀을 냉각시키는 동(Cu)당금 구조물을 설치할 수 있게 하여 코퍼슈(Copper Shoe)를 조정하고, 토치 전후/상하조절기(17, 18)는 상기 토치(11)를 전후/상하로 조절할 수 있게 하고, 용접제어박스는 상기 토치(11)의 의한 용접을 제어하고, 주행클러치 레버(20)는 레일(31)의 기어와 주행 기어(25) 간의 클러치이며, 용접케이블 연결박스(21)는 상기 용접 제어박스(19)와 케이블이 연결되도록 하고, 레일가이드롤러 조정손잡이(22)는 가변 레일 가이드 롤러(24)들을 조정하여 상기 용접기를 상기 레일(31)에 탈, 부착할 수 있게 하고, 고정/가변 레일가이드롤러(23, 24)는 상기 레일(31)과 접촉되어 주행하고, 주행기어는 상기 레일(31)과 연결되어 주행되도록 한다. 그리고 홀센서는 상기 용접 제어박스(19)의 제어를 받고, 홀 효과에 의해 용접이 수행되도록 한다. 여기서 미설명 부호 32는 용접 대상물이다.여기서 상기 주행레일(31)은 선박측면에 수직으로 설치되며, 선체측면에 부착되는 자석(311)과, 상기 자석(311)에 연결되는 연결수단(312)과 상기 연결수단(312)의 상측에서 상기 용접기의 배면에 결합되는 레일(313)로 구성된다. 그리고, 상기 용접기의 배면에는 상기 고정레일가이드롤러(23)와 가변레일가이드롤러(24)가 각각 복수개로 쌍을 이루어 다수개가 형성되며, 각 쌍을 이룬 고정 레일가이드롤러(23)와 가변레일가이드롤러(24) 사이에 상기 레일(313)이 삽입되므로써 상기 주행레일(31)을 따라서 상기 용접기가 상하로 이동가능하게 된다. 그리고 상기 레일가이드롤러조정손잡이(22)는 상기 가변레일가이드롤러(24)에서 한쌍을 이룬 가변레일가이드롤러간(24)의 간격을 조정하므로써 상기 가변레일가이드롤러(24)간의 간격이 넓어짐에 따라 상기 주행레일(31)의 레일(313)이 롤러(23. 24)사이에 끼워지게 된다. 또한, 상기 홀센서(26)는 상기 토치(11)에 전원을 전달하는 전원케이블이 관통되며, 상기 전원케이블에 흐르는 전원의 크기를 감지하여 용접제어박스(19)에 내장되는 회로에 이를 전달한다.

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도 5는 본 발명에 의한 선박건조용 용접기의 제어방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 용접재료를 준비하고, 용접부위 편면 용접용 세라믹을 설치한 다음, 용접기 주행용 레일(31)을 용접대상물(32)에 수직으로 설치하는 제 1 단계(ST11 ~ ST13)와; 상기 제 1 단계 후 외판의 두께 변경 부분에 대한 용접작업과 그라인딩을 수행하고, 가변레일가이드롤러(24)를 조정하여 주행레일(31)을 상기 가변레일가이드롤러(24)와 고정레일가이드롤러(23)에 삽입시켜 상기 주행레일(31)에 상기 용접기를 설치한 다음 용접 와이어 피더(Feeder)를 설치하고, CO₂ 가스에 대한 확인 및 연결을 수행하고, 제어 케이블, 라이너, 쿨링, 용접 홀더를 결속시키는 제 2 단계(ST14 ~ ST17)와; 상기 제 2 단계 후 용접 시작 부위를 단속 용접하여 비드를 형성시키는 제 3 단계(ST18)와; 상기 제 3 단계 후 용접을 자동으로 시작하여 육안으로서 용접 와이어의 송출 상태를 확인하고, 홀센서(26)를 통한 토치의 인가전원을 감지하여 상기 용접기의 정상구동을 확인하고, 별도의 표시수단을 통하여 이를 표시하여 용접이 종료가 되도록 하는 제 4 단계(ST19)(ST20)를 포함한다.

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도 6은 용접방식을 비교한 것으로, (a)는 종래의 분류기 방식의 용접을 설명한 개념도이고, (b)는 본 발명에 의한 선박건조용 용접기에서의 홀 센서 방식의 용접을 설명한 개념도이다.

그래서 도 6의 (b)를 참조하면, 외부적으로 정전압을 인가하여 홀(Hall) 효과에 의해 용접이 수행되도록 한다. 정전압 인가시 1번은 +5V로 설정할 수 있고, 3번은 -5V로 설정할 수 있다. 홀을 통하여 흐르는 전류에 비례하여 자속의 변화에 따라 전압이 출력된다. 이때 2번은 그라운드로 하고, 4번은 출력(최대 출력 2V로 설정할 수 있음)단자로 설정할 수 있다.

이러한 홀 센서(26)를 이용할 경우 전류에 비례하여 전압을 출력하게 되는데, 350~500A의 높은 전류가 흐를 경우에도 분류기 연결 부위의 과열로 인한 소손 및 용접 왕복대의 오작동과 같은 현상은 발생하지 않게 된다.

이러한 본 발명의 이용방법을 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 사용자는 장비상태를 확인하고, 냉각장치를 확인하며, 송급장치와 용접재료를 준비한다.

그리고 용접부위 편면 용접용 세라믹(베이킹(Backing)재)을 설치한다. 또한 용접기 주행용 레일(31)을 설치한다. 즉, 상기 용접대상물이 되는 선체의 측면에서 수직방향으로 일정간격마다 자석(311)을 부착하고, 연결수단(312)을 이용하여 레일(313)이 고정되도록 하여 주행레일(31)을 선체에 설치한다.

그런 다음 외판의 두께 변경 부분에 대한 용접작업과 그라인딩을 수행한다.

그리고, 사용자는 용접기를 주행레일(31)에 설치하기 위하여 용접기의 레일가이드롤러조정손잡이(22)를 이용하여 가변레일가이드롤러(24)를 개방시켜 각 쌍으로 이루어진 가변레일가이드롤러(24) 한쌍의 간격을 상기 레일(313)이 삽입될 수 있을 정도로 개방한다. 그러므로 사용자는 개방된 가변레일가이드롤러(24)를 통하여 고정레일가이드롤러(23)에 상기 주행레일(31)의 일측이 삽입되도록 하고, 다시 상기 레일가이드롤러조정손잡이(22)를 조정하여 상기 가변레일가이드롤러(24)의 간격을 조정하므로써 상기 주행레일(31)의 타측이 상기 가변레일가이드롤러(24)에 삽입되도록 하므로써 주행레일(31)에 용접기가 설치된다. 그리고 용접 와이어 피더를 설치하고, CO₂ 가스에 대한 확인 및 연결을 수행한다.

그리고 제어 케이블, 라이너, 쿨링, 용접 홀더를 결속시킨다.

그래서 용접 시작 부위를 단속 용접하여 비드(Bead)를 형성시킨다.

또한 용접을 자동으로 시작하여 용접 와이어의 송출 상태를 확인한다.

상기와 같이 용접을 시작되면, 사용자는 용접와이어의 송출상태를 육안으로 확인하며, 상기 홀센서(26)는 관통되는 토치(11)의 전원케이블에 인가되는 전원의 크기를 감지하여 이를 용접제어박스(19)에 내장되는 제어부(도시되지 않음)에 감지신호를 출력한다. 그러므로 제어부는 인가되는 상기 홀센서(26)의 감지신호와 설정된 토치(11)의 구동전원을 비교하여 토치(11)의 구동전원을 증폭 또는 감소시킨다. 이때 상기 제어부는 상기 감지신호가 설정된 전원과 일정범위이내에 해당되면, 별도의 표시수단(도시되지 않음)을 통하여 정상구동을 표시할 수 하므로써 사용자는 용접기의 자동 주행을 확인하며 용접 종료가 되도록 한다.

이처럼 본 발명은 EGW 기법을 적용하여 컴팩트한 소형 용접기를 개발하여 용접의 생산성을 향상시키고, 공기단축은 물론 작업자의 사용 편의성을 높이며, 안전사고를 예방하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 선박건조용 용접기 및 그 제어방법은 EGW 기법을 적용하여 컴팩트한 소형 용접기를 개발하여 용접의 생산성을 향상시키고, 공기단축은 물론 작업자의 사용 편의성을 높이며, 안전사고를 예방할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한 본 발명은 경량화로 안전사고 예방 및 후판 단거리에도 적용이 가능하며, 오실레이터의 폭 증가로 컨테이너 선 등에서의 극 후판에도 적용이 가능한 효과도 있게 된다.

더불어 본 발명은 국산화로 부품을 원활하게 수급하며, 비용을 절감할 수 있고, 높은 전류에서도 과열로 인한 오작동이 발생하지 않는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 선박건조용 용접기의 정면도이다.

도 2는 도 1의 선박건조용 용접기의 평면도이다.

도 3은 도 1의 선박건조용 용접기의 측면도이다.

도 4는 도 1의 선박건조용 용접기의 일부 배면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 선박건조용 용접기의 제어방법을 보인 흐름도이다.

도 6은 용접방식을 비교한 것으로, (a)는 종래의 분류기 방식의 용접을 설명한 개념도이고, (b)는 본 발명에 의한 선박건조용 용접기에서의 홀 센서 방식의 용접을 설명한 개념도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 토치 12 : 토치 클램프

13 : 오실레이터 14 : 오실레이터 연결수단

15 : 오실레이터 제어박스 16 : 코퍼슈 조정 손잡이

17 : 토치 전후 조절기 18 : 토치 상하 조절기

19 : 용접 제어박스 20 : 주행 기어 클러치 레버

21 : 용접 케이블 연결박스 22 : 레일 가이드 롤러 조정 손잡이

23 : 고정 레일 가이드 롤러 24 : 가변 레일 가이드 롤러

25 : 주행 기어 26 : 홀 센서

31 : 레일 32 : 용접 대상물

41 : 황동 42 : 텅스텐 합금

43 : 용접 홀더 연결 홀

Claims (2)

1. 토치(11)를 고정/해체하는 토치 클램프(12)와; 상기 토치(11)의 의한 용접을 제어하는 용접 제어박스(19)와; 일측으로는 상기 토치클램프(12)와 연결되어 상기 토치(11)를 전후로 왕복운동시키는 오실레이터(13)와; 상기 오실레이터(13)를 용접기에 탈, 부착가능하도록 용접기 기계부분과 용접제어박스를 연결시키는 오실레이터 연결수단(14)과; 상기 오실레이터(13)와 연결되어 상기 토치(11)를 상기 오실레이터(13)의 구동에 따라서 전후/상하로 조절할 수 있게 하는 토치 전후/상하 조절기(17)(18)와; 용융풀을 냉각시키는 동(Cu)당금 구조물을 설치할 수 있도록 일측방향으로 연결되어 코퍼슈(Copper Shoe)를 조절하는 코퍼슈 조정 손잡이(16)와; 용접대상물(32)의 표면에 수직으로 구성되어 상기 용접기가 결합이동되는 주행레일(31)과 연결되어 주행되도록 하는 주행 기어(25)와; 상기 주행 기어(25) 간의 클러치인 주행 기어 클러치 레버(20)와; 상기 용접 제어박스(19)와 케이블이 연결되도록 하는 용접 케이블 연결박스(21)를 포함하는 선박건조용 용접기에 있어서,

   상기 용접기의 배면에서 복수개가 한쌍으로 하여 그 사이에 상기 주행레일(31)이 삽입되어 상기 용접기가 상하로 이동가능케하도록 다수개가 구성되는 고정/가변 레일가이드롤러(23)(24)와;

   상기 가변 레일 가이드 롤러(24)를 조정하여 상기 용접기를 상기 주행레일(31)에 탈, 부착할 수 있게 하는 레일 가이드 롤러 조정 손잡이(22)와;

   상기 토치(11)에 연결되는 전원케이블이 관통되고, 상기 전원케이블에 흐르는 전원의 크기를 감지하여 이를 상기 용접 제어박스(19)에 전달하므로써 상기 용접제어박스(19)는 상기 토치(11)에 인가되는 전원의 크기를 감지하여 설정된 전원과 비교하여 상기 토치(11)를 제어하므로 홀 효과에 의해 용접이 수행되도록 하는 홀 센서(26)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선박건조용 용접기.
2. 용접재료를 준비하고, 용접부위 편면 용접용 세라믹을 설치한 다음, 용접기 주행용 레일(31)을 용접대상물(32)에 수직으로 설치하는 제 1 단계(ST11 ~ ST13)와; 상기 제 1 단계 후 외판의 두께 변경 부분에 대한 용접작업과 그라인딩을 수행하고, 가변레일가이드롤러(24)를 조정하여 주행레일(31)을 상기 가변레일가이드롤러(24)와 고정레일가이드롤러(23)에 삽입시켜 상기 주행레일(31)에 상기 용접기를 설치한 다음 용접 와이어 피더(Feeder)를 설치하고, CO₂ 가스에 대한 확인 및 연결을 수행하고, 제어 케이블, 라이너, 쿨링, 용접 홀더를 결속시키는 제 2 단계(ST14 ~ ST17)와; 상기 제 2 단계 후 용접 시작 부위를 단속 용접하여 비드를 형성시키는 제 3 단계(ST18)와; 상기 제 3 단계 후 용접을 자동으로 시작하여 육안으로서 용접 와이어의 송출 상태를 확인하고, 홀센서(26)를 통한 토치(11)의 인가전원을 감지하여 상기 용접기의 정상구동을 확인하고, 별도의 표시수단을 통하여 이를 표시하여 용접이 종료가 되도록 하는 제 4 단계(ST19)(ST20)를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 선박건조용 용접기의 제어방법.