KR100897486B1 - Ｂａｃｋ―ｂｅａｄ 형성을 위한 이면 ｃｏｐｐｅｒｓｈｏｅ 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박 등의 제작 공정에 있어서 PE 및 탑재단계의 수직 맞대기 용접 또는 수평 용접 시에 EGW(Electro Gas Welding) 또는 GMAW(Gas Metal Arc Welding) 방식으로 용접을 수행할 때 세라믹 backing재를 대체하여 압축공기를 불어넣음으로써 이면을 충분히 냉각시켜 back-bead가 형성되게 하는 이면 copper shoe 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 별도의 냉각장치 없이 단독으로 사용할 수 있어 작업 원가를 절감할 수 있고, 장비의 설치 및 제거가 용이하며, 용접 후 이면에 붙은 접착제 제거를 위한 작업시수가 별도로 소요되지 않는 등의 여러 가지 유익한 효과가 발생한다.
용접, EGW, GMAW, backing재, back-bead, copper shoe

Description

Ｂａｃｋ―ｂｅａｄ 형성을 위한 이면 ｃｏｐｐｅｒ ｓｈｏｅ 장치{Copper shoe equipment for back-bead formation}
본 발명은 선박 등의 제작 공정에 있어서 PE 및 탑재단계의 수직 맞대기 용접 또는 수평 용접 시에 EGW(Electro Gas Welding) 또는 GMAW(Gas Metal Arc Welding) 방식으로 용접을 수행할 때 세라믹 backing재를 대체하여 압축공기를 불어넣음으로써 이면을 충분히 냉각시켜 back-bead가 형성되게 하는 이면 copper shoe 장치에 관한 것이다.
통상 선박과 같이 용접이 필요한 대형 구조물은 작은 판재들이 모여 이루어진 블록과 블록을 연결하기 위해 PE 및 탑재단계에서 수직 맞대기 용접 또는 수평 용접이 필요하게 되며, 이면에 bead를 형성시키고 용융 pool이 뒤쪽으로 흘러내리는 것을 방지하기 위해 세라믹 backing재를 사용하여 EGW(Electro Gas Welding) 또는 GMAW(Gas Metal Arc Welding) 방식의 용접을 실시한다(도 5 참조).
이를 위해 용접작업 전에 블록내부 또는 격벽을 오르내리면서 이면에 세라믹 backing재를 부착하여야 하며 용접작업 후에도 세라믹 backing재와 이면에 녹아 붙은 접착제를 제거해야 하므로 backig재의 설치 및 제거에 많은 시간이 소요된다.
따라서, backing재의 설치 및 제거 시간을 단축하고 용접작업 환경을 개선하기 위해 세라믹 backing재를 대체할 여러 가지 방법이 시도되고 있으며, 특히 이면의 냉각효과를 높이기 위해 물을 이용한 수냉식 이면 copper shoe 방식이 두드러지고 있다.
하지만, 현장에는 root gap을 일정하게 유지하고 원활한 용접을 위해 용접부 이면에 strong back 또는 U-piece를 일정한 간격으로 취부하므로, 이면의 냉각효과를 높이기 위해 수냉방식의 copper shoe를 사용할 경우 별도의 냉각펌프와 호스 등 냉각장치가 구비되어야 하고 장비의 설치와 사용에 번거로움이 따르고 있어 현장에서의 사용이 많지 않은 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 선박 등의 제작을 위한 용접시에 세라믹 backing재를 대체하여 압축공기를 불어넣음으로써 용접모재(plate)의 이면을 충분히 냉각시켜 back-bead가 형성되게 하는 이면 copper shoe 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 몸체 내부가 비어있는 통 형상의 구조물로서 용접모재의 이면에 위치하며, 몸체의 내부 공간을 유동하다가 외부로 배출되는 압축공기를 이용하여 용접모재의 이면을 냉각시킴으로써 back-bead가 형성되도록 하는 이면 copper shoe(1); 몸체 내부가 비어있는 관 형상의 구조물로서, 몸체의 일 끝단은 상기 이면 copper shoe(1)에 연결되고 몸체의 타 끝단은 일 끝단으로부터 길게 연장되어 용접모재의 표면 상부로 뻗어나간 상태에서 고정대차(20)에 의하여 지지됨으로써 몸체의 일 끝단에 연결되어 있는 상기 이면 copper shoe(1)가 흔들리지 않도록 하는 한편, 몸체의 타 끝단으로부터 흡입한 압축공기를 몸체의 일 끝단으로 방출함으로써 상기 이면 copper shoe(1)에 압축공기를 공급하 는 수평지지대(4); 및 용접모재의 표면에 위치하며, 용접모재의 표면으로 뻗어 나온 상기 수평지지대(4)의 몸체를 구조적으로 구속함으로써 용접작업 시 상기 이면 copper shoe(1)가 용융 pool에 의하여 용접모재의 이면 아래로 밀려 내려오거나 상기 이면 copper shoe(1)의 몸체 외부로 배출되는 압축공기의 반발력에 의해 후방으로 밀리는 경우에 상기 이면 copper shoe(1)가 전후 및 좌우로 흔들리는 것을 방지하는 한편, 용접모재의 표면에 형성된 root gap을 따라 전후 방향으로 일정한 속도로 이동하면서 용접작업 및 이에 후속하는 back-bead의 형성이 연속적으로 이루어지도록 유도하는 고정대차(20)를 포함하는 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치를 제시한다.
본 발명에 따르면, 압축공기를 이용하여 용융 pool을 냉각하여 back-bead를 형성하므로 별도의 냉각장치가 없이도 사용할 수 있어 작업 원가를 절감할 수 있다. 또한, 이면 copper shoe, 고정대차, air hose가 분리되고 수평지지대를 root gap 사이로 쉽게 밀어 넣을 수 있어 장비의 설치 및 제거가 용이하고 이에 드는 시간이 절약된다. 또한, 세라믹 backing재와 같은 접착 tape를 사용하지 않고 고정대차의 스프링 완충장치로써 용접모재(plate)에 밀착되므로 용접 후 이면에 붙은 접착제 제거를 위한 작업시수를 절감할 수 있다. 또한, 무게가 가볍고 장치가 간단하여 작업자의 근골격계 질환을 예방할 수 있다. 또한, EGW 또는 GMAW 장비 제조사의 사양별 변화나 용접모재의 두께의 변화에도 불구하고 copper shoe의 밀착력을 일정하게 조절할 수 있어 현장의 적용범위를 확대할 수 있다.
본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
이면 copper shoe(1)는 몸체 내부가 비어있는 통 형상의 구조물로서 용접모재의 이면에 위치하며, 몸체의 내부 공간을 유동하다가 외부로 배출되는 압축공기를 이용하여 용접모재의 이면을 냉각시킴으로써 back-bead가 형성되도록 한다(도 1 내지 도 3 참조). 도 6에는 본 발명에 따른 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치에 의하여 EGW 용접을 실시하는 상태가 도시되어 있는데, 이면 copper shoe(1)는 용접작업 시 용접모재의 이면을 계속적으로 냉각시키는 역할을 한다.
이면 copper shoe(1)는 몸체의 내부 공간에 일정 간격으로 이격되어 설치된 다수 개의 격벽이 압축공기와 접촉하도록 함으로써 이면 copper shoe(1)의 전체적인 냉각 효과를 증가시키는 copper shoe 냉각팬(2)을 구비하는 것이 바람직하다(도 4 참조).
이면 copper shoe(1)는 몸체 상부의 용접모재 이면과 맞닿는 면이 오목하게 들어간 곡면으로 이루어진 back-bead 냉각부(3)를 갖는다. 이 경우 용접모재 이면과 이면 copper shoe(1)의 back-bead 냉각부(3) 사이에는 반달 형상의 공간이 형성되는데, 이러한 반달 형상의 공간 내부로 압축공기에 의하여 냉각된 찬 공기가 유동함으로써 용접작업 시 발생하는 용융 pool이 찬 공기에 쉽게 접촉하고 냉각되어 back-bead가 형성되는 것이다. 이때, back-bead 냉각부(3)는 열전도가 좋은 크롬동으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, back-bead 냉각부(3)는 반달 형상의 공간 안으로 용접 slag가 쌓이게 하다가 결국 좌우 측면으로 밀려 올라와서 외부로 떨어지도록 함으로써 용접 slag를 연속적으로 배출하는 역할을 하기도 한다.
이러한 이면 copper shoe(1)는 이면 copper shoe 연결나사(13)에 의하여 탈착이 가능하도록 하는 것이 바람직하다(도 4 참조). 이로써 본 발명에 따른 이면 copper shoe 장치의 설치 및 분리가 쉽게 이루어질 수 있기 때문이다.
수평지지대(4)는 몸체 내부가 비어있는 관 형상의 구조물로서, 몸체의 일 끝단은 상기 이면 copper shoe(1)에 연결되고 몸체의 타 끝단은 일 끝단으로부터 길 게 연장되어 용접모재의 표면 상부로 뻗어나간 상태에서 고정대차(20)에 의하여 지지된다(도 1 내지 도 3 참조). 이로써 수평지지대(4)는 몸체의 일 끝단에 연결되어 있는 이면 copper shoe(1)가 흔들리지 않도록 잡아주는 한편, 몸체의 타 끝단으로부터 흡입한 압축공기를 몸체의 일 끝단으로 방출함으로써 이면 copper shoe(1)에 압축공기를 공급하는 역할을 하게 된다. 수평지지대(4)의 타 끝단에는 air hose 연결 니플(10)이 있어 작업자는 여기에 air hose를 연결하여 외부로부터 압축공기를 공급하게 된다.
이때, 수평지지대(4)는 압축공기가 흡입되는 타 끝단 부분이 Y자형으로 갈라짐에 따라 전체적으로 보아 두 개의 관 구조체가 결합된 형상을 취하는 것이 바람직하다(도 1 내지 도 2 참조). 왜냐하면, 이 경우에는 압축공기가 배출되는 두 개의 일 끝단이 이면 copper shoe(1)의 좌우측에 쌍으로 연결됨으로써 결과적으로 수평지지대(4)가 이면 copper shoe(1)에 대하여 압축공기를 보다 효과적으로 공급할 수 있기 때문이다.
고정대차(20)는 용접모재의 표면에 위치한 상태에서 용접모재의 표면을 이동하는 구조물이다(도 1 내지 도 3 참조). 고정대차(20)는 용접모재의 표면으로 뻗어 나온 수평지지대(4)의 몸체를 구조적으로 구속함으로써 용접작업 시 이면 copper shoe(1)가 용융 pool에 의하여 용접모재의 이면 아래로 밀려 내려오거나 이면 copper shoe(1)의 몸체 외부로 배출되는 압축공기의 반발력에 의해 후방으로 밀리는 경우에 이면 copper shoe(1)가 전후 및 좌우로 흔들리는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 고정대차(20)는 용접모재의 표면에 형성된 root gap을 따라 전후 방향으로 일정한 속도로 이동하면서 용접작업 및 이에 후속하는 back-bead의 형성이 연속적으로 이루어지도록 유도하는 역할을 한다.
고정대차(20)는 주 몸체가 직육면체 형상의 구조물인 수평지지대 고정판(7)으로 이루어지는데, 수평지지대 고정판(7)은 몸체 중앙부에 형성되어 있는 홈을 통하여 수평지지대(4)가 관통하면서 홈에 고정될 수 있도록 한다.
이 경우 수평지지대 고정판(7)은 용접모재의 표면에 가깝게 위치한 상태에서 수평지지대(4)의 아래 부분을 지지하는 하부 수평지지대 고정판(7a)과, 이러한 하부 수평지지대 고정판(7a)의 위 방향으로 이격한 위치에서 수평지지대(4)의 위 부분을 지지하는 상부 수평지지대 고정판(7b)이 쌍으로 결합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 하부 수평지지대 고정판(7a)과 상부 수평지지대 고정판(7b)의 사이 공간에는 스프링 장치(6)를 설치함으로써, 스프링의 탄성력을 이용하여 수평지지대(4)에 압축공기를 공급하는 air hose의 반발력을 상쇄시키는 한편 이면 copper shoe(1)의 용접모재 이면 밀착력을 향상시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
하부 수평지지대 고정판(7a)의 양 측면에는 고정대차 wheel(5)이 설치되어 있으므로 고정대차(20)가 용접모재의 표면에서 원활하게 이동할 수 있다.
그리고 하부 수평지지대 고정판(7a)의 전면에는 이면 copper shoe 이동가이드(12)가 설치되어 있으므로 고정대차(20)가 용접모재의 표면에 형성된 root gap을 따라 한 방향으로 방향성을 잃지 않고 이동할 수 있다.
상부 수평지지대 고정판(7b)에는 몸체의 측면에서 가운데의 홈 내부로 진입할 수 있는 수평지지대 고정나사(14)가 설치되어 있다. 이 경우 상부 수평지지대 고정판(7b)의 홈을 통과하는 수평지지대(4)를 수평지지대 고정나사(15)로 조아서 더욱 단단하게 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용접모재의 다양한 두께에 따라 이면 copper shoe(1)와 고정대차(20) 사이의 거리가 변화함으로써 하부 수평지지대 고정판(7a)과 상부 수평지지대 고정판(7b) 사이의 거리가 변화할 필요가 있는 경우에는 수평지지대 고정나사(15)를 풀어서 상부 수평지지대 고정판(7b)의 상하 위치를 조절할 수 있어서 좋다.
또한, 상부 수평지지대 고정판(7b)에는 스프링 탄성 조절 나사(8)가 설치되어 있는데, 이러한 스프링 탄성 조절 나사(8)를 풀거나 조임으로써 상기한 바와 같이 하부 수평지지대 고정판(7a)과 상부 수평지지대 고정판(7b) 사이의 거리가 변화하는 경우에도 스프링 장치(6)의 탄성력이 일정하게 유지되도록 할 수 있으며, 그 결과 이면 copper shoe(1)의 용접모재 이면 밀착력도 용접모재의 두께와 상관없이 일정하게 유지될 수 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도 면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치의 정면도이다.
도 4는 이면 copper shoe의 냉각 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 종래에 세라믹 backing재를 부착한 상태에서 용접을 실시하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치에 의하여 용접을 실시하는 상태를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
1 : 이면 copper shoe
2 : copper shoe 냉각팬
3 : back-bead 냉각부
4 : 수평지지대
5 : 고정대차 wheel
6 : 스프링 장치
7 : 수평지지대 고정판
7a : 하부 수평지지대 고정판
7b : 상부 수평지지대 고정판
8 : 스프링 탄성 조절 나사
10 : air hose 연결 니플
12 : 이면 copper shoe 이동가이드
13 : 이면 copper shoe 연결나사
14 : 수평지지대 고정나사
20 : 고정대차

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 몸체 내부가 비어있는 통 형상의 구조물로서 용접모재의 이면에 위치하며, 몸체의 내부 공간에 일정 간격으로 이격되어 설치된 다수 개의 격벽이 압축공기와 접촉하도록 함으로써 전체적인 냉각 효과를 증가시키는 copper shoe 냉각팬(2)을 구비하고 있어, 몸체의 내부 공간을 유동하다가 외부로 배출되는 압축공기를 이용하여 용접모재의 이면을 냉각시킴으로써 back-bead가 형성되도록 하는 이면 copper shoe(1);
    몸체 내부가 비어있는 관 형상의 구조물로서, 몸체의 일 끝단은 상기 이면 copper shoe(1)에 연결되고 몸체의 타 끝단은 일 끝단으로부터 길게 연장되어 용접모재의 표면 상부로 뻗어나간 상태에서 고정대차(20)에 의하여 지지됨으로써 몸체의 일 끝단에 연결되어 있는 상기 이면 copper shoe(1)가 흔들리지 않도록 하는 한편, 몸체의 타 끝단으로부터 흡입한 압축공기를 몸체의 일 끝단으로 방출함으로써 상기 이면 copper shoe(1)에 압축공기를 공급하는 수평지지대(4); 및
    용접모재의 표면에 위치하며, 용접모재의 표면으로 뻗어 나온 상기 수평지지대(4)의 몸체를 구조적으로 구속함으로써 용접작업 시 상기 이면 copper shoe(1)가 융 pool에 의하여 용접모재의 이면 아래로 밀려 내려오거나 상기 이면 copper shoe(1)의 몸체 외부로 배출되는 압축공기의 반발력에 의해 후방으로 밀리는 경우에 상기 이면 copper shoe(1)가 전후 및 좌우로 흔들리는 것을 방지하는 한편, 용접모재의 표면에 형성된 root gap을 따라 전후 방향으로 일정한 속도로 이동하면서 용접작업 및 이에 후속하는 back-bead의 형성이 연속적으로 이루어지도록 유도하는 고정대차(20)
    를 포함하는 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정대차(20)는,
    주 몸체가 직육면체 형상의 구조물로서 몸체 중앙부에 형성되어 있는 홈을 통하여 상기 수평지지대(4)가 관통하면서 홈에 고정되도록 하는 수평지지대 고정판(7)으로 이루어지되, 이러한 수평지지대 고정판(7)은 용접모재의 표면에 가깝게 위치한 상태에서 상기 수평지지대(4)의 아래 부분을 지지하는 하부 수평지지대 고정판(7a)과, 상기 하부 수평지지대 고정판(7a)의 위 방향으로 이격한 위치에서 상기 수평지지대(4)의 위 부분을 지지하는 상부 수평지지대 고정판(7b)이 쌍으로 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 수평지지대 고정판(7a)과 상기 상부 수평지지대 고정판(7b)의 사이 공간에는 스프링 장치(6)를 설치함으로써, 스프링의 탄성력을 이용하여 상기 수평지지대(4)에 압축공기를 공급하는 air hose의 반발력을 상쇄시키는 한편 상기 이면 copper shoe(1)의 용접모재 이면 밀착력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 수평지지대 고정판(7a)의 양 측면에는,
    상기 고정대차(20)가 용접모재의 표면에서 원활하게 이동할 수 있도록 하는 고정대차 wheel(5)이 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 수평지지대 고정판(7a)의 전면에는,
    상기 고정대차(20)가 용접모재의 표면에 형성된 root gap을 따라 한 방향으로 방향성을 잃지 않고 이동할 수 있도록 유도하는 이면 copper shoe 이동가이드(12)가 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 수평지지대 고정판(7b)에는,
    상기 상부 수평지지대 고정판(7b)의 측면에서 가운데의 홈 내부로 진입할 수 있는 수평지지대 고정나사(14)를 설치함으로써, 상기 상부 수평지지대 고정판(7b)의 홈을 통과하는 상기 수평지지대(4)를 상기 수평지지대 고정나사(15)로 조아서 더욱 단단하게 고정시킴과 동시에, 용접모재의 다양한 두께에 따라 상기 이면 copper shoe(1)와 상기 고정대차(20) 사이의 거리가 변화함으로써 상기 하부 수평지지대 고정판(7a)과 상기 상부 수평지지대 고정판(7b) 사이의 거리가 변화할 필요가 있는 경우에는 상기 수평지지대 고정나사(15)를 풀어서 상기 상부 수평지지대 고정판(7b)의 상하 위치를 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 수평지지대 고정판(7b)에는,
    용접모재의 다양한 두께에 따라 상기 이면 copper shoe(1)와 상기 고정대차(20) 사이의 거리가 변화함으로써 상기 하부 수평지지대 고정판(7a)과 상기 상부 수평지지대 고정판(7b) 사이의 거리가 변화하는 경우에도 상기 스프링 장치(6)의 탄성력이 일정하게 유지될 수 있도록 하는 스프링 탄성 조절 나사(8)가 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 back-bead 형성을 위한 이면 copper shoe 장치.
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