KR100667480B1 - 협개선 그루빙용 밀링장치를 적용한 단·복관 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 협개선 그루빙용 밀링장치를 적용한 단·복관 제작방법에 관한 것이며, 그 목적은 단관과 복관의 용접부 외면에 홈을 가공할 수 있는 그루빙용 밀링장치를 이용하여 백킹재의 부착 작업과 이에 따른 단차조정작업 및 가우징 공정을 제거토록 하여 공정을 단순화하고, 용접개선 형상을 균일화 하여 항상 동일한 용접조건을 구비하게 함으로써 용접자동화를 기할 수 있도록 하며, 동일 형상의 용접형상 확보와 제작방법에 따라 복관 외면 용접에 있어서 여러개의 복관외면 용접선의 동시 용접이 가능토록 구성된 단·복관 제작방법을 제공함에 있다.

본 발명은 개별 단관과 여러개의 단관으로 연결되어 구성된 복관 제작시 수행되는 연속적인 공정에서 기존의 제작공법과 다른 그루빙 공정을 적용하여 백킹재 부착공정과 수동 아크 가우징 공정을 제거하고, 부재의 취부작업을 용이하게 하며, 고정도의 동일한 용접부 개선 형상으로 용접작업시의 자동화를 제공할 수 있는 단·복관 제작방법을 그 기술적 요지로 한다.

화공기기, 압력용기, 단관 그루빙용 밀링장치, 복관 그루빙용 밀링장치, 협개선

Description

협개선 그루빙용 밀링장치를 적용한 단·복관 제작방법{Fabrication method for pressure vessel using grooving milling machine}

도 1 은 본 발명에 따른 단·복관 제작방법에 따른 공정도

도 2 는 본 발명에 따른 단관 제작공정의 용접부 형태와 순서를 나타낸 공정도

도 3 은 본 발명에 따른 복관 제작공정의 용접부 형태와 순서를 나타낸 공정도

도 4 는 본 발명에 이용한 설비 구성을 나타낸 장치 배치도

도 5 는 본 발명에 사용된 단관 그루빙용 밀링장치의 구성을 나타낸 예시도

도 6 은 본 발명에 그루빙용 밀링장치에 의해 가공된 용접부 협개선 형상을 나타낸 예시도

도 7 은 본 발명에 사용된 복관 그루비용 밀링장치의 구성을 나타낸 예시도

도 8 은 단관 및 복관의 구조를 나타낸 예시도

도 9 는 종래의 단·복관 제작방법에 따른 제작 공정도

도 10 은 종래의 단관 제작방법에 따른 각 단위 공정의 용접부 형태와 순서 를 나타낸 공정도

도 11 은 종래의 복관 제작방법에 따른 각 단위 공정의 용접부 형태와 순서를 나타낸 공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 단관(Single shell) (1`) : 단관부재

(2) : 단관 용접선(Longitudinal Seam) (3) : 복관(Multi-shell)

(3`) : 복관부재 (4) : 복관 용접선(Girth Seam)

(5) : 가공부 (6) : 단관내면 용접장치

(7) : 단관 그루빙용 밀링장치 (8) : 단관외면 용접장치

(9) : 복관취부장치 (10) : 복관내면 용접장치

(11) : 복관 그루빙용 밀링장치 (12) : 복관 외면 용접장치

(21) : 메인베이스 (22) : 클램프장치

(23) : 밀링헤드 (24) : 롤러

(25) : 탭피스(Tap piece) 또는 프로덕션 피스(Production piece)

(31) : 주행레일

(32) : 새들(Saddle) (33) : 터닝롤

(34) : 메인베드 (35) : 밀링헤드

(36) : 슬라이드

본 발명은 협개선 그루빙용 밀링장치를 적용한 단·복관 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화공기기, 압력용기(Pressure Vessel), 튜블러(Tubular), 파이프(Pipe)등의 철구조물을 제작시 용접부 협개선(Narrow-gap) 그루빙용 밀링장치를 적용하여 수동 가우징 및 그라인딩 공정과 백킹재 부착공정을 제거한 제작공법에 관한 것이다.

일반적으로 압력용기나 튜블러, 파이프 등에 필요한 원관형 철구조물들의 제작은 일차적으로 부재의 절단과 밴딩, 그리고 용접과 같은 접합 공정을 통하여 완성된다.

이러한 공정중에서 제작시의 상당한 공수와 어려움을 제시하는 부분이 용접을 이용한 접합공정인데 압력용기나 화공기기와 같은 제품의 경우는 용접결함이나 미용착 등의 부위가 조금이라도 발생되어서는 그 용도를 다할 수 없는 바가 있어, 일반적인 철구조물에 비하여 상당히 까다롭고 번거로운 용접공정으로 제작 공정이 일반화되어 있다.

도 9 는 종래의 단·복관 제작방법에 따른 제작 공정도를, 도 10 은 종래의 단관 제작방법에 따른 각 단위 공정의 용접부 형태와 순서를 나타낸 공정도를, 도 11 은 종래의 복관 제작방법에 따른 각 단위 공정의 용접부 형태와 순서를 나타낸 공정도를 나타내고 있으며, 종래의 단·복관 제작공법은 개선가공공정 - 밴딩공정 - 단관취부공정 - 백킹재 부착 및 초층용접공정 - 단관내부 용접공정 - 단관 외부 가우징공정 - 단관외부 용접공정을 거쳐 단관을 제작하게 되며, 이렇게 제작된 단관이 연결되어 구성되는 복관은 단관을 연결하기 위한 복관취부공정 - 백킹재의 부착 및 초층용접공정 - 복관내부 용접공정 - 복관외부 가우징공정 - 복관외부 용접공정을 거쳐 제작되도록 구성되며, 이와 같은 공정을 반복 수행함으로써 다수의 단관을 연결할 수 있게 되었다.

이러한 제조공정의 특징은 용접부의 취부작업후에 세라믹 등을 이용한 용락 방지용 백킹재를 부착한 상태에서 내면 또는 외면을 용접하는 것이며, 일차 내면 또는 외면 용접이 끝난후 백킹재를 제거하고, 용접부의 결함을 방지하기 위하여 수동 가우징 및 그라인딩 작업을 수행한 후 나머지 용접을 수행하는 순서로 되어 있다.

또한, 밴딩전 부재의 절단은 철판의 두께에 따라 다양한 형태로 나타나는데, 그 모양은 X 개선, Y 개선, 더블(Double) Y 개선, 협개선 등이 있으며, 이러한 다양한 개선은 제품의 용접시 발생되는 용접결함과 용접기간을 최소화하는 방향으로 적용된다. 하지만 다양한 개선에도 불구하고 용접절차에 따르는 공정은 상술한 공정에 나타난 순서와 유사하며, 이러한 공정순서가 요구되는 이유는 용접부의 결함을 방지하기 위한 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 제작방법은 다음과 같은 단점이 발생되었다.

첫째, 단관 및 복관 제작시 각각의 개선형상에 따른 용접부의 취부 작업에 있어서 부재 모서리간의 틈새와 단차 정렬작업의 정도확보가 곤란하고, 부가적으로 세라믹이나 기타 재질로 제작한 용락 방지용 백킹재 부착을 필요로 하기 때문에 부재 취부작업시 균일한 용착량과 백킹재 부착을 위한 부재간의 균일한 틈새확보 및 단차 조정 작업은 상당히 많은 시간을 요구하게 되고, 부재를 지지하고 있는 터닝 롤이나 유압잭의 빈번한 조정을 필요로 하며, 그 취부 정도의 유지도 상당히 곤란한 제약이 있었다.

둘째, 백킹재 부착후 한쪽면 용접을 수행하고 나면 부가적으로 다시 백킹재 제거 작업을 수행하여야 하며, 백킹재가 제거 되고 난 부위는 용접결함을 방지하기 위하여 수동 가우징 작업과 그라인딩 작업을 필수적으로 수행한 후 다음의 용접작업에 들어가야 하는 작업 제약이 있으며 과다한 분진 발생등의 문제점이 발생되었다.

셋째, 부재의 두께에 따라 다양하게 제시되는 개선형상에 따라 초기의 부재 절단시 모서리 개선절단 공정이 추가되어야 하며, 가스 또는 플라즈마에서 발생되는 모서리부의 가공편차에 의해 용접선 자동추적 및 용접 자동화 구현의 제약이 발생되며, 일련의 필수적인 공정을 필히 준수하여야 하는 여건에 따라 복관 제작시 효율적인 제작 진행이 어려우며, 항시 순차적인 단위 공정간의 필수적인 장비나 부재의 빈번한 이동작업이 발생되고, 다양한 생산면적을 확보해야 하는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 단관과 복관의 용접부 외면에 홈을 가공할 수 있는 그루빙용 밀링장치를 이용하여 백킹재의 부착 작업과 이에 따른 단차조정작업 및 가우징 공정을 제거토록 하여 공정을 단순화하고, 용접개선 형상을 균일화 하여 항상 동일한 용접조건을 구비하게 함으로써 용접자동화를 기할 수 있도록 하며, 동일 형상의 용접형상 확보와 제작방법에 따라 복관 외면 용접에 있어서 여러개의 복관외면 용접선의 동시 용접이 가능토록 구성된 단·복관 제작방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기본적인 설비 구성은 단관 내면 용접선을 전용으로 용접하는 단관내면 용접장치와, 내면 용접선이 용접된 부재의 단관 외면 용접선을 협개선 형태로 가공하는 단관 그루빙용 밀링장치와, 가공된 단관 외면 용접선을 전용으로 용접하는 단관외면 용접장치와, 제작된 단관들을 정렬하여 연결하는 복관취부장치와, 정렬된 복관부재의 복관 내면 용접선을 전용으로 용접하는 복관내면 용접장치와, 내면용접이 완료된 복관부재의 복관 외면 용접선을 협개선 형태로 가공하는 복관 그루빙용 밀링장치와, 가공 완료된 복관부재상에 있는 여러개의 복관 외면 용접선에 대하여 2개 용접부를 동시에 용접하는 복관외면 멀티용접장치로 이루어진 설비를 이용한 단·복관 제작방법을 제공함으로써 달성된다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 단·복관 제작방법에 따른 공정도를, 도 2 는 본 발명에 따른 단관 제작공정의 용접부 형태와 순서를 나타낸 공정도를, 도 3 은 본 발명에 따른 복관 제작공정의 용접부 형태와 순서를 나타낸 공정도를, 도 4 는 본 발명에 이용한 설비 구성을 나타낸 장치 배치도를 도시한 것으로, 본 발명은 철판을 일정크기로 절단함과 동시에 내면부 모서리만을 개선절단하여 제공된 부재를 원통형으로 밴딩하는 밴딩단계와, 밴딩된 부재를 용접부의 틈새가 존재하지 않도록 단관 용접선(2) 방향에 대하여 노갭(No-gap)상태로 취부함과 동시에 용접부의 시작과 끝단부에 발생키 쉬운 아크 안정화 구간에서의 용접결함을 방지하기위해 용접선의 연장선상에 동일한 개선형상을 갖고서 부착되는 탭피스(25)나 용접부의 기계적 물성평가를 위해 탭피스와 동일한 형태이나 상대적으로 길이가 긴 프로덕션 피스(Production-piece)를 부착하는 단관 취부단계와, 이렇게 취부된 단관부재(1`)의 단관 내면 용접선을 용접하는 단관내면 용접단계와, 내면 용접이 완료된 단관부재(1`)의 단관 외면 용접선을 단관 그루비용 밀링장치(6)를 이용하여 내면용접부의 루트(Root)부까지 협개선 형태로 가공하는 단관 그루빙단계와, 외면가공이 완료된 단관부재(1`)의 단관 외면 용접선을 용접한 후 탭피스를 제거하여 단관제작을 완료하는 단관외면 용접단계와, 이렇게 제작된 단관의 끝단부에 또 다른 단관의 끝단부가 인접하게 배열하는 복관 취부단계와, 취부된 복관부재(3`)의 복관 내면 용접선 을 용접하는 복관내면 용접단계와, 내면용접이 완료된 복관부재(3`)의 복관 외면 용접선을 복관외면 그루빙용 밀링장치를 이용하여 내면용접부의 루프(Root)부까지 협개선 형태로 가공하는 복관 그루빙단계와, 외면가공이 완료된 복관부재(3`)의 1개 또는 다수의 복관 외면 용접선을 동시 용접하는 복관외면 용접단계로 이루어져 수동 가우징 및 그라인딩 작업과 백킹재 부착작업을 제거하여 작업을 단순화함과 동시에 용접품질을 향상시킬 수 있도록 구성되었다.

상기 단관제작에 사용되는 부재는 부재의 절단시 각 부재의 모서리중 내면부의 모서리만을 통상의 가스나 플라즈마 절단장치로 개선가공하고, 개선가공된 모서리가 내측에 위치하도록 밴딩하게 된다.

이와 같이 밴딩된 단관부재(1`)는 마주보는 두 측면 사이에 틈새가 존재하지 않도록 취부작업을 시행하게 되며, 이는 내면부 모서리만이 개선가공이 되어있어 마주보는 두 측면의 밀착면적을 증가시킬 수 있으므로, 용락방지를 위한 백킹재의 부착이 불필요하게 되며, 노갭(No-gap)상태로 취부가 가능함에 따라 종래의 틈새 및 단차조정작업을 단순화할 수 있게 된다.

이렇게 취부된 단관부재(1`)는 단관내면 용접장치(5)로 이동하여 단관 내면 용접선을 용접하게 되고, 단관 내면 용접선이 용접된 단관부재(1`)는 외면부 협개선 형상이 갖추어진 밀링헤드(23)가 구비된 단관 그루비용 밀링장치(6)로 이동하여 협개선 가공을 하게 된다.

상기 단관 그루비용 밀링장치(6)는 도 5와 같이 메인베이스(21)의 상면 양측에 설치되어 단관을 고정하는 유압식 클램프장치(22)와, 상기 메인베이스(21)의 사 이에 설치되고 협개선 형상의 커터가 구비된 밀링헤드(23)와, 상기 메인베이스(21)의 상면 중앙에 설치되어 단관 (1)을 회전시키는 다수의 롤러(24)로 구성되었다.

즉, 단관 내면 용접선이 용접된 단관부재(1`)는 단관 그루비용 밀링장치(6)의 메인베이스(21)에 구비된 롤러(24)위에 얹혀지게 되고, 롤러(24)에 의해 회전되어 외면 용접선이 커터와 일치하도록 위치된 후 클램프장치(22)에 의해 고정되며, 밀링헤드(23)가 이송되어 단관(1) 외면 용접선에 대하여 그루빙작업을 시행하게 된다.

이와 같이 단관 그루비용 밀링장치(6)에 의해 가공된 단관(1)의 외면 용접부 협개선 형상은 도 6과 같이 나타나며, 가공부(5)는 내면 용접부의 루트부까지 가공되고, 루트부의 가공단면형상이 라운드형을 이루도록 커터의 끝단이 이에 대응되는 라운드가 형성되어 용접초기 루트부에서 생성되기 쉬운 용접결함을 방지하였고, 측부는 동일한 각도를 유지하도록 가공되어 안정적인 용접조건을 유지할 수 있게 되며, 이와 같은 가공을 통해 가우징 효과를 얻을 수 있게 된다.

이와 같이 단관 외면 용접선이 가공된 단관부재(1`)는 단관외면 용접장치(7)로 옮겨져 단관 외면 용접선을 용접하게 됨으로써, 단관제작을 완료하게 되고, 제작된 다수의 단관(1)을 연결하여 복관(3)을 제작하게 된다.

즉, 제작된 단관(1)은 상/하/좌/우 방향의 부재이동기능을 가진 복관취부장치(8)에 얹혀져 복관 용접부의 취부작업이 수행된다.

이때 원주방향의 개선형상은 초기 절단공정에서 이미 완료되어져 있으므로 별도의 개선가공이 불필요하게 된다.

취부작업이 완료된 복관부재(3`)는 복관내면 용접장치(9)로 이동되어 복관 내면 용접선에 대한 용접이 실시되고, 이와 같은 복관취부작업과 내면용접작업을 반복하여 필요한 수만큼의 단관(1)을 직렬로 배열하여 복관을 구성하게 되며, 내면용접이 완료된 복관부재(3`)는 복관 그루비용 밀링장치(10)로 이동되어 개선가공을 실시하게 된다.

상기 복관 그루비용 밀링장치(10)는 도 7에 도시된 바와 같이 한쌍의 평행한 주행레일(31)을 따라 이동하는 새들(32)과, 상기 새들(32)의 상부에 설치되어 복관(3)을 회전시키는 터닝롤(33)과, 상기 주행레일(31)에 직교하는 방향으로 설치된 메인베드(34)와, 상기 메인베드(34) 상부에 설치되어 협개선 형상의 커터가 구비된 밀링헤드(35)를 전후로 이동시키는 슬라이드(36)로 구성되었다.

이와 같이 구성된 복관 그루비용 밀링장치(10)의 터닝롤(33) 상부에 복관부재(3`)가 얹혀지게 되고, 터닝롤(33)에 의해 회전되는 복관부재(3`)에 대해 직교하는 방향으로 밀링헤드(23)가 전진하여 개선가공을 실시하게 된다.

이와 같은 방법으로 복관부재(3`)에 형성된 여러개의 복관 외면 용접선을 순차적으로 개선가공을 하게 되며, 이후 2개의 용접헤드가 구비된 복관외면 용접장치(11)로 이동되어 복관 외면 용접선을 동시에 용접하게 됨으로써 작업을 완료하게 된다.

도 4 는 본 발명에 이용한 설비 구성을 나타낸 장치 배치도를 나타낸 것으로, 상술한 일련의 작업을 연속적으로 수행가능토록 순차적으로 배치되어 생산의 효율성을 향상시킴과 동시에 최소한의 설치면적을 소요하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 단·복관 제작방법은 압력용기나 파이프등의 철구조물 제작에 있어서 기존작업의 난점과 품질개선, 생산성 향상, 용접 자동화 등을 가능하게 할 수 있는 것으로, 보다 구체적으로는

첫째, 종래방법에서 갖고 있는 취부공정의 단차 및 틈새조정작업이 노갭상태로서 연결토록 되어 작업이 용이하며, 백킹재 부착작업을 제거하여 작업공정이 단순화되었다.

둘째, 내면 용접부의 용접 루트부위에 대한 가우징작업이 제거되어 가공장비에 의한 확실한 용접루트부 결함이 제거되어 용접품질과 작업환경 및 생산성이 개선되었다.

셋째, 용접부의 협개선 가공시 밀링장치를 적용하여 고정도의 개선형상 창출이 가능하며, 이에 따라 관련 용접설비의 용접공정자동화를 기할 수 있어 품질 및 고난도의 작업을 단순화할 수 있는 효과 등이 있는 것이다.

Claims (1)

1. 철판을 일정크기로 절단함과 동시에 내면부 모서리만을 개선절단하여 제공된 부재를 원통형으로 밴딩하는 밴딩단계와,

   밴딩된 부재를 용접부의 틈새가 존재하지 않도록 단관 용접선(2) 방향에 대하여 노갭상태로 취부함과 동시에 탭피스(25)를 부착하는 단관 취부단계와,

   이렇게 취부된 단관부재(1`)의 단관 내면 용접선을 용접하는 단관내면 용접단계와,

   내면 용접이 완료된 단관부재(1`)의 단관 외면 용접선을 단관 그루비용 밀링장치(6)를 이용하여 내면용접부의 루트부까지 협개선 형태로 가공하는 단관 그루빙단계와,

   외면가공이 완료된 단관부재(1`)의 단관 외면 용접선을 용접한 후 탭피스를 제거하여 단관제작을 완료하는 단관외면 용접단계와,

   이렇게 제작된 단관(1)의 끝단부에 또 다른 단관(1)의 끝단부가 인접하도록 단관(1)을 배열하는 복관 취부단계와,

   취부된 복관부재(3`)의 복관 내면 용접선을 용접하는 복관내면 용접단계와,

   내면용접이 완료된 복관부재(3`)의 복관 외면 용접선을 복관외면 그루빙용 밀링장치를 이용하여 내면용접부의 루트부까지 협개선 형태로 가공하는 복관 그루빙단계와,

   외면가공이 완료된 복관부재(3`)의 1개 또는 다수의 복관 외면 용접선을 동시 용접하는 복관외면 용접단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 협개선 그루빙용 밀링장치를 적용한 단·복관 제작방법.

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