KR100781886B1 - 파이프 궤도용접용 하이브리드 레이저 용접 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이프 용접을 위한 하이브리드 레이저 용접시스템에 관한 것이며, 그 목적은 아크와 레이저빔을 합성한 혼합열원을 사용하여 기존의 용접기보다 용접속도를 향상시킬 수 있고, 백킹재의 취부 없이 양호한 하부비드를 형성시킬 수 있는 하이브리드 레이저 용접시스템을 제공함에 있다.

본 발명은 용접하고자 하는 파이프를 감싸고 있는 가이드 레일과, 상기 가이드 레일 위를 움직이는 몸체부와, 상기 몸체부의 상부에 설치된 수평핸들과, 상기 몸체부의 하단부에 부착되어 상기 몸체부를 이동시키는 주행모터와, 상기 몸체부의 전방부에 용접하고자 하는 파이프의 중심부를 향하여 수직으로 설치되어 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드와, 상기 레이저 헤드의 일측면에 부착된 차폐노즐과, 상기 몸체부의 전방부에 비스듬히 설치된 아크토치와, 상기 몸체부의 전방부의 아래 부분에 설치된 스패터 보호막과, 상기 몸체부의 중심부에 설치되어 레이저 빔과 아크토치의 방향을 조절하는 용접선 정렬모터 및 높이 조절모터와, 상기 몸체부의 후방부에 설치된 광파이버 보호부로 구성된 것을 그 기술적 요지로 한다.

용접, 파이프, 레이저, 하이브리드

Description

파이프 궤도용접용 하이브리드 레이저 용접 시스템{Hybrid laser welding system for pipe orbital welding}

도 1 은 본 발명에 따른 하이브리드 레이저 용접 개념도 이며,

도 2 는 본 발명에 따른 하이브리드 레이저 용접용 헤드 구성도이고,

도 3 은 본 발명에 따른 하이브리드 레이저 용접시스템 전체 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 레이저 헤드(laser head)

(2) : 레이저 빔(laser beam)

(3) : 아크 토치(arc torch)

(4) : 파이프(pipe)

(5) : 차폐 노즐(shielding nozzle)

(6) : 스패터 보호막(spatter cover)

(7) : 수평 핸들(handle)

(8) : 몸체부(body)

(9) : 광파이버 보호부(optical fiber protection)

(10) : 가이드 레일(guide rail)

(11) : 주행모터(running motor)

(12) : 용접선 정렬용 모터(line setting motor)

(13) : 높이 조절용 모터(height setting motor)

본 발명은 파이프 용접을 위한 하이브리드 레이저 용접시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크와 레이저빔을 합성한 혼합열원을 사용하여 기존의 용접기보다 용접속도를 향상시킬 수 있고, 백킹재의 취부 없이 양호한 하부비드를 형성시킬 수 있으며, 클램핑 장치를 따라 복합용접을 수행할 수 있도록 클램핑 장치와 캐리지가 일체 형으로 형성된 하이브리드 레이저 용접시스템에 관한 것이다.

종래에 파이프 용접을 위하여 작업자가 직접 용접 토치를 들고 용접을 하는 경우 정밀도가 떨어지고 일괄적으로 작업을 처리하지 못하기 때문에 시간적 낭비가 심했으며, 기계를 이용하더라도 파이프를 회전시키고 용접장치는 고정하는 구조로 되어있어서 파이프를 회전시키기 위한 거대한 장비가 필요하다는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 일반적인 파이프 자동용접 작업은 상부에 아크 용접 토치가 앞뒤로 나란히(Tandem)구성된 캐리지가 파이프의 원주방향으로 궤도운동을 하면서 용접작업이 이루어졌다. 이 과정에서 하부비드를 형성시키기 위해 적당한 개선으로 가공한 후 파이프의 맞닿는 하부에 백킹 취부재를 부착하여 용접하였으나, 공정이 다소 복잡하고 생산성과 직결되는 용접속도 또한 빠르지 못하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 아크와 레이저빔을 합성한 혼합열원을 사용하여 기존의 용접기보다 용접속도를 향상시킬 수 있고, 백킹재의 취부 없이 양호한 하부비드를 형성시킬 수 있으며, 클램핑 장치를 따라 복합용접을 수행할 수 있도록 클램핑 장치와 캐리지가 일체 형으로 형성된 하이브리드 레이저 용접 시스템를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 용접하고자 하는 파이프를 감싸고 있는 가이드 레일과, 상기 가이드 레일 위를 움직이는 몸체부와, 상기 몸체부의 상부에 설치된 수평핸들과, 상기 몸체부의 전방부에 용접하고자 하는 파이프의 중심부를 향하여 수직으로 설치되어 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드와, 상기 레이저 헤드의 일측면에 부착된 차폐노즐과, 상기 몸체부의 전방부에 비스듬히 설치된 아크토치와, 상기 몸체부의 전방부의 아래 부분에 설치된 스패터 보호막과, 상기 몸체부의 중심부에 설치되어 레이저 빔과 아크토치의 방향을 조절하는 용접선 정렬모터 및 높이 조절모터와, 상기 몸체부의 후방부에 설치된 광파이버 보호부로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 하이브리드 레이저 용접 개념도를, 도 2 는 본 발명에 따른 하이브리드 레이저 용접용 헤드 구성도를, 도 3 은 본 발명에 따른 하이브리드 레이저 용접시스템 전체 구성도를 도시한 것으로, 본 발명은 용접하고자 하는 파이프를 감싸고 있는 가이드 레일(10)과, 상기 가이드 레일(10) 위를 움직이는 몸체부(8)와, 상기 몸체부(8)의 상부에 설치된 수평핸들(7)과, 상기 몸체부(8)의 하단부에 부착되어 상기 몸체부(8)를 이동시키는 주행모터(11)와, 상기 몸체부(8)의 전방부에 용접하고자 하는 파이프의 중심부를 향하여 수직으로 설치되어 레이저 빔(2)을 방출하는 레이저 헤드(1)와, 상기 레이저 헤드(1)의 일측면에 부착된 차폐노즐(5)과, 상기 몸체부(8)의 전방부에 비스듬히 설치된 아크토치(3)와, 상기 몸체부(8)의 전방부의 아래 부분에 설치된 스패터 보호막(6)과, 상기 몸체부(8)의 중심부에 설치되어 레이저 빔과 아크토치의 방향을 조절하는 용접선 정렬모터(12) 및 높이 조절모터(13)와, 상기 몸체부(8)의 후방부에 설치된 광파이버 보호부(9)로 구성된다.

상기 가이드 레일(10)은 두개의 반원형 레일로 이루어지며, 상기 두 레일의 일단부는 고정시키고 타단부는 힌지 연결하여 용접하고자 하는 파이프(4)에 탈착이 용이하도록 구성된다.

상기 수평핸들(7)은 몸체부(8)를 가이드 레일(10)위에 탈 부착할 시 손잡이로 사용된다.

상기 아크토치(3)는 회전이 가능하며, 레이저 헤드(1)와의 거리를 수동으로 조절 할 수 있도록 구성한다. 한편, 상기 용접선 정렬모터(12) 및 높이 조절모터(13)를 사용하여 용접 작동시 아크센서나 비젼센서로 용접토치 및 레이저 빔의 위치를 결정하며, 용접을 하지 않는 상태에서는 조그(JOG)모드로 전환하여 수동으로 아크토치(3) 및 레이저 헤드(1)의 위치를 조절한다.

상기 광파이버 보호부(9)는 레이저 빔(2)의 전송에 사용되는 광파이버의 보호를 위한 것이다.

이하 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선 용접하고자 하는 파이프(4)에 가이드 레일(10)을 설치한 후, 수평핸들(7)로 용접장치를 운반하여 상기 가이드 레일(10) 위에 결합시키고, 조그(JOG)모드를 사용하여 수동으로 아크토치(3) 및 레이저 헤드(1)의 위치를 조정 한다. 용접을 시작함과 동시에 주행모터(11)에 의하여 상기 용접장치의 몸체부(8)가 가이드 링(10)을 따라 움직이게 되고 용접선 정렬모터(12) 및 높이 조절모터(13)를 사용하여 용접 위치를 결정해 가면서 용접을 행하게 된다. 한편, 레이저 헤드(1)의 일측면에 부착된 차폐노즐(5)에서 아르곤가스 또는 질소가스를 취입하여 레이저 용접시 발생하는 프라즈마 가스를 불어주어 레이저 빔(2)이 정확한 용접 위치에 도달하기 전에 레이저 빔이 흡수 또는 산란되는 것을 방지하게 된 다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 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 발명은 레이저 열원과 아크열원을 중첩하여 사용하기 때문에 기존의 용접에 비하여 양호한 하부비드를 형성시킬 수 있으며, 백킹 취부재를 사용하지 않으므로 용접속도를 증가 시킬 수 있고 필요에 따라서는 레이저 출력을 높이면 초층의 용접 깊이를 증가시킬 수 있고 완전 용입이 가능한 출력의 레이저를 사용할 경우 원패스(One pass)용접 만으로도 파이프를 완전히 용접할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 용접하고자 하는 파이프를 감싸고 있는 가이드 레일과, 상기 가이드 레일 위를 움직이는 몸체부와, 상기 몸체부의 상부에 설치된 수평핸들과, 상기 몸체부의 하단부에 부착되어 상기 몸체부를 이동시키는 주행모터와, 상기 몸체부의 전방부에 용접하고자 하는 파이프의 중심부를 향하여 수직으로 설치되어 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드와, 상기 레이저 헤드의 일측면에 부착된 차폐노즐과, 상기 몸체부의 전방부에 비스듬히 설치된 아크토치와, 상기 몸체부의 전방부의 아래 부분에 설치된 스패터 보호막과, 상기 몸체부의 중심부에 설치되어 레이저 빔과 아크토치의 방향을 조절하는 용접선 정렬모터 및 높이 조절모터와, 상기 몸체부의 후방부에 설치된 광파이버 보호부로 구성된 것을 특징으로 하는 파이프 궤도용접용 하이브리드 레이저 용접 시스템.

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