KR100971329B1 - Submerged Arc Welding System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서브머지드 아크 용접 장치에 관한 것으로, 이는 전원부(10)와, 와이어송급장치(20), 토치와 플럭스용 호퍼(32) 등을 장착한 캐리지(30) 및, 안내레일(40)을 구비하되, 상기 와이어송급장치(20)가 캐리지(30)로부터 분리되어 중량을 현저하게 줄여 이동이 가능하도록 된 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 종래에는 적용하기 어려웠던 조선의 선체 건조나 교량의 제조 분야에서도 뛰어난 용접 효율과, 작업성, 용접성, 용착속도를 성취할 수 있게 하여 생산성을 대폭 향상시키고, 용접자동화를 도모하는 효과가 있게 된다. The present invention relates to a submerged arc welding apparatus, which includes a power supply unit 10, a wire feeding device 20, a carriage 30 equipped with a torch and a flux hopper 32, and a guide rail 40. Although provided with, the wire feeder 20 is separated from the carriage 30 is characterized in that the movement to significantly reduce the weight. As a result, it is possible to achieve excellent welding efficiency, workability, weldability, and welding speed even in shipbuilding and bridge fabrication in shipbuilding, which has been difficult to apply in the past, thereby greatly improving productivity and promoting welding automation. do.
Description
도 1은 본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접 장치를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a submerged arc welding apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 사용되는 와이어송급장치의 사시도이다.2 is a perspective view of the wire feeding device used in the present invention.
도 3은 본 발명에 사용되는 캐리지의 일측면도이다.3 is a side view of a carriage used in the present invention.
도 4는 이중 토치의 각도 및 위치조절수단을 도시한 상세도이다. Figure 4 is a detailed view showing the angle and position adjusting means of the dual torch.
도 5a는 도 3에 도시된 고정장치가 안내레일에 고정된 상태를 안내레일 없이 도시한 저면도이다.Figure 5a is a bottom view showing a state in which the fixing device shown in Figure 3 is fixed to the guide rail without a guide rail.
도 5b는 상기 고정장치가 안내레일에서 탈거된 상태를 도시한 저면도이다.Figure 5b is a bottom view showing a state in which the fixing device is removed from the guide rail.
본 발명은 우수한 용접성과 용접 품질의 향상을 기대할 수 있는 경량화된 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding:이하 SAW) 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a lightweight Submerged Arc Welding (SAW) apparatus that can expect excellent weldability and improved weld quality.
SAW는, 대기로부터 아크를 보호하기 위해 호퍼에서 공급관을 통해 앞서 공급되고, 이 플럭스 속에 솔리드 와이어를 송급하여 플럭스 안에서 용접봉과 모재 사이에 아크를 발생시켜 용접하는 자동 용접법이다. 이러한 SAW는 용융지가 플럭스에 의해 보호되어서, 대기로부터 격리되고 아크 열의 열손실이 적기 때문에, 용입이 큰 높은 효율로 용접을 할 수 있으며, 주로 두께가 두꺼운 소재의 용접에 사용되면서도 깨끗하고 균일한 용접 비드가 형성되는 장점을 갖고 있다. SAW is an automatic welding method that is supplied earlier through a supply pipe in a hopper to protect the arc from the atmosphere, and feeds a solid wire into the flux to generate and weld an arc between the electrode and the base material in the flux. These SAWs can be welded with high efficiency with large penetration because the melt is protected by flux, is isolated from the atmosphere, and the heat loss of arc heat is small, and it is clean and uniform even though it is mainly used for welding thick material. Beads have the advantage of being formed.
SAW를 위한 장치에는, 전원부와, 와이어송급장치, 용접토치 또는 용접건, 이들을 연결하는 케이블, 플럭스용 호퍼 및 회수시스템, 자동용접시에 적용되는 이송기구 등을 구비하고 있다. The apparatus for SAW includes a power supply unit, a wire feeding device, a welding torch or a welding gun, a cable connecting them, a hopper for flux and a recovery system, a transfer mechanism applied during automatic welding, and the like.
하지만, 상기와 같은 SAW 장치는 뛰어난 용접 효율과, 작업성, 용접성, 용착속도를 가진 반면에, 본질적으로 큰 부피와 과중량으로 인해 사용이 제한된다고 하는 단점이 있었다. 이러한 이유로 SAW 장치는 건물 내에 주로 설치되게 되어서, 특히 용접의 비율이 높은 조선에서의 선체의 건조, 교량의 제조와 같은 분야에서는 적용하기가 곤란하였는데, 이러함에도 불구하고 사용하고자 할 때에는 크레인을 이용하여 필요한 현장으로 이동시키곤 하였으며, 이마저도 적용 불가능할 경우에는 그 대신에 예컨대 CO2 플럭스 코어드 아크 용접(Flux Cored Arc Welding:이하 FCAW)과 같은 다른 용접을 수동으로 이행하고 있는 실정이다. However, such a SAW device has an excellent welding efficiency, workability, weldability, welding speed, while being inherently limited in use due to its large volume and overweight. For this reason, the SAW system is mainly installed in a building, and it is difficult to apply it in the fields such as shipbuilding and bridge manufacturing, especially in shipbuilding, where the proportion of welding is high. If they were moved to the required site and even this was not applicable, instead they were manually performing other welding, such as CO 2 Flux Cored Arc Welding (FCAW).
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, SAW 장치를 경량화시켜 장치를 이동할 수 있게 함으로써, 종래에는 적용하기 어려웠던 조선의 선체 건조나 교량의 제조 분야에서도 뛰어난 용접 효율과, 작업성, 용접성, 용착속도를 성취할 수 있게 하여 생산성을 대폭 향상시키고, 용접자동화를 도모하는 데에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and by reducing the weight of the SAW device to move the device, excellent welding efficiency, workability, even in the field of shipbuilding and bridge construction of shipbuilding, which was difficult to apply conventionally The purpose is to significantly improve productivity by achieving weldability and welding speed, and to promote welding automation.
본 발명의 다른 목적은, 상기와 같이 SAW를 이용함으로써 강렬한 발광 및 발열, 소음의 감소로 작업 여건을 향상시켜 친환경적인 작업 환경을 조성하는 데에 있다. Another object of the present invention, by using the SAW as described above to improve the working conditions by intense emission, heat generation, noise reduction to create an environment-friendly working environment.
본 발명의 또 다른 목적은, 전류나 전압의 조정 없이도 간단하게 용입의 깊이와 비드의 폭을 조절할 수 있는 SAW 장치를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a SAW device that can easily adjust the depth of penetration and the width of beads without adjusting current or voltage.
이하, 첨부도면을 참조로 해서 본 발명에 따른 SAW 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a SAW device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 SAW 장치를 나타낸 개략도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 SAW 장치는 전원부(10);와, 와이어송급장치(20); 토치(3)와 플럭스용 호퍼(32), 토치의 각도 및 위치조절수단, 제어박스 등을 장착한 캐리지(30); 및, 안내레일(40:도 3 참조);을 구비한다. 종래기술에 따른 SAW 장치에서는, 와이어스풀로 된 와이어송급장치가 캐리지에 장착되어 캐리지의 무게가 무겁게 되었으나, 본 발명에서는 와이어송급장치(20)가 캐리지(30)로부터 분리되고서 와이어(2)를 사용하도록 구성되어 경량화를 실현시켜, 이동(예컨대, 안내레일(40)을 따라 캐리지(30)를 이동하는 등)이 가능한 특성이 있게 된다. 1 is a schematic view showing a SAW apparatus according to the present invention, as shown in the drawing, the SAW apparatus of the present invention includes a
먼저, 본 발명에 따른 SAW 장치에서는 전원부(10)로서 하나의 직류전원을 사용하여, 후술하는 이중 토치(3)에다 전류를 균등하게 분배한다. 참조부호 11은 전원부(10)로부터 전류를 공급하는 케이블이다. First, in the SAW apparatus according to the present invention, one DC power source is used as the
와이어송급장치(20)는, 다수의 롤러(21)를 갖춘 브래킷(22)으로 이루어진 와이어안내부를 매개로 하여, 경사지게 설치된 2개의 와이어스풀(23)로부터 2개의 세경 와이어(2)를 공급한다. 도시된 바와 같이, 2개의 와이어스풀(23)은 서로 나란히 배열되되, 완전히 평행하지 않고 소정의 각도로 경사지게 설치되는데, 이는 각각의 와이어스풀(23)에서 공급될 각 와이어(2)를 아래에 기술될 와이어송급장치(20)의 송급용 롤러와 가압용 롤러 사이로 용이하게 공급할 수 있다. 도 2에는, 본 발명에 사용되는 와이어송급장치(20)가, 와이어스풀(23)을 생략한 채로 상세하게 도시되어 있다.The
상기 와이어송급장치(20)는 바닥부에 직립으로 설치된 부재에 장착되고서 감속기(도시되지 않음)가 내장된 구동모터(25)와, 이 구동모터(25)로부터 뻗는 출력회전축에 끼워지는 송급용 롤러(21), 힌지축을 매개로 회동가능하게 장착된 2개의 브래킷(22)에 각각 설치되고서 송급용 롤러(21)와 맞물리도록 된 가압용 롤러(21) 및, 각각의 브래킷(22)의 일측을 직립으로 설치된 부재에 착탈가능하게 고정하는 2개의 체결용 손잡이(26)를 구비한다. 이 와이어송급장치(20)는 본 출원인의 국내 실용신안등록출원 제2002-38682호에 보다 상세히 기술되어 있으며, 본 명세서에 그 일부가 참조로 인용되고 있다. The
한편, 와이어(2)의 직경은, 와이어의 단면적 당 용접전류밀도가 높아서 용접작업성 및 비드형상을 양호하게 하기 때문에, 바람직하기로 1.2 ~ 2.0mm의 범위로 되는바, 이로 인해 부가적으로 와이어스풀(23)의 크기와 무게를 현저히 감소시킬 수 있게 된다. On the other hand, since the diameter of the
도 3은 본 발명에 사용되는 캐리지의 일측면도이고, 도 4는 이중 토치의 각도 및 위치조절수단을 도시한 상세도이다.Figure 3 is a side view of the carriage used in the present invention, Figure 4 is a detailed view showing the angle and position adjusting means of the dual torch.
본 발명에 따른 SAW 장치의 캐리지(30)는, 지지본체(31)와, 이 지지본체(31)의 상부에 설치되는 플럭스용 호퍼(32), 이 호퍼(32)로부터 이중 토치(3)까지 연결된 호스(33), 2개의 토치(3)가 서로 경사지게 배치되어 이루어진 용접헤드(34) 및, 지지본체(31)에 설치되고서 용접공정을 제어하도록 된 제어박스(35)를 구비한다. The
지지본체(31)는 호퍼(32)와, 이중 토치(3)를 갖춘 용접헤드(34), 제어박스(35) 등을 지지하기 위한 것으로, 이 지지본체(31)의 길이가 길수록 플럭스의 공급에는 유리하다. 가능하면, 호스(33)의 굽힘이 적게 생기도록 호퍼(32)의 높이를 조절한 후 고정시킨다. The
호퍼(32)로부터 플럭스를 공급하는 호스(33)는 유연성이 있으며 탄성을 갖되, 전술된 바와 같이 접히지 않고 직진성을 가져 플럭스의 이동이 원활한 재질로 만들어지는 것이 바람직하다. The
용접헤드(34)는 이중 토치(3)와 더불어, 이 이중 토치(3)의 적정 각도 및 간격을 설정할 수 있도록 고정브라켓(36)의 소정 원호형상구멍(도시되지 않음)에 조여지는 나사(36a)를 매개로 장착되는 2개의 토치거치대(34a)와, 고정브라켓(36)에 대해 높낮이를 조절하는 나사(36b)를 갖추고서 이중 토치(3)의 팁을 집중시키도록 형성된 헤드본체(34b)를 구비하고 있다. 여기서, 상기 고정브라켓(36)과 나사(36a,36b) 등이 이중 토치의 각도 및 위치조절수단을 구성하게 된다. 따라서, 양쪽 토치(3) 사이의 각도 또는 간격을 좁히면 용입의 깊이가 깊어지게 되는 한편, 반대로 넓히면 비드의 폭이 증대되게 되어서, 전류나 전압의 조정 없이 토치(3)들 사이의 각도조절만으로도 용입의 깊이와 비드의 폭을 조절할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.The
제어박스(35)는 용접시 사용되는 전류 및 전압, 용접속도를 실시간으로 확인함으로써, 용이한 용접조건의 설정과, 작업 효율 및 용접성의 향상을 이루게 되는 데, 통상 이러한 제어박스(35)에는 전류 및 전압 설정 다이얼, 용접시 실제 전류 및 전압 표시화면, 주행속도 표시화면, 주행속도 설정 다이얼, 방향조절스위치, 시작 및 정지버튼 등이 있게 된다. The
추가로, 상기 캐리지(30)에는, 용접헤드(34)의 횡방향(레일의 길이방향 또는 용접방향의 직각방향) 이동을 위한 조절프레임(37)을 구비함과 더불어, 용접헤드(34)의 종방향(레일의 길이방향 또는 용접방향과 평행한 방향) 각도조절레버(38a), 용접헤드(34)의 횡방향 각도조절레버(38b), 호퍼(32)의 높이조절레버(도시되지 않음) 등과 같은 조절수단을 구비할 수 있다. 상기 조절레버들(38a,38b)은 바람직하기로 베벨기어를 이용한 다이얼식 조절수단으로 이루어지는데, 이에 한정되지 않고 임의의 조절수단이 사용될 수 있음은 물론이다.In addition, the
또, 이 캐리지(30)의 기저부에는 이격거리를 조절할 수 있게 서로 배열된 롤러(41c,41d)를 갖춘 고정장치(39)를 구비하는바, 이 고정장치(39)를 수단으로 하여 캐리지(30)와 안내레일(40)의 탈·장착을 돕는다. 이 고정장치(39)는 도 5a 및 도 5b에 상세히 도시된 바와 같이 손잡이(39a)와, 이 손잡이(39a)의 작동에 따라 한쪽 롤러(41c)들을 안내레일(40)에 대해 밀착 또는 분리되도록 된 작동부(39b)로 이루어진다. 당해분야의 숙련자들에게 알려져 있듯이, 손잡이(39a)는 가동측 롤러지지부(39c)의 왕복이동을 수행하는 구성부재로, 이를 대신하여 본 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 가동측 롤러지지부를 왕복이동시킬 수 있는 다양한 수단으로 대체가능함을 밝혀둔다. 이 작동부(39b)는 가동측 롤러지지부(39c)와, 캐리지(30)의 기저부에 고정된 고정측 롤러지지부(39d), 고정측 롤러지지부(39d)를 관통하여 미끄럼이동할 수 있으며 한쪽 끝이 가동측 롤러지지부(39c)의 측면에 연결된 적어도 하나의 로드(39e) 및, 이 로드(39e)를 그 안에 수용하고서 로드(39e)의 플랜지를 갖춘 끝과 고정측 롤러지지부(39d) 사이에 위치되는 스프링(39f)을 구비한다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 작업자가 손잡이(39a)를 올릴 경우(도 5b 참조)에는, 가동측 롤러지지부(39c)가 고정측 롤러지지부(39d)로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 되면서, 가동측 롤러지지부(39c)에 배치된 롤러(41c)가 고정측 롤러지지부(39d)에 배치된 롤러(41d)로부터 멀어지게 되어 서로 벌어지는데, 구체적으로 안내레일(40)의 양 측면에 맞닿아 있던 롤러(41c,41d)를 안내레일(40)로부터 분리시켜 캐리지(30)를 안내레일(40)로부터 용이하게 탈거할 수 있게 된다. 이때, 가동측 롤러지지부(39c)에 연결된 로드(39e)가 가동측 롤러지지부(39c)의 이동방향을 따라 이동하면서 로드(39e)의 플랜지를 갖춘 끝이 고정측 롤러지지부(39d)를 향해 미끄럼이동하면서 스프링(39f)를 압축하게 된다. 한편, 손잡이(39a)를 내리면 고정장치(39)의 작동부(39b)가 전술된 바와 반대로 작동하게 되면서, 안내레일(40)에 롤러(41)들이 확실히 접촉하게 된다. 구체적으로, 가동측 롤러지지부(39c)가 고정측 롤러지지부(39d)를 향해 이동하게 되면서, 가동측 롤러지지부(39c)에 배치된 롤러(41c)가 고정측 롤러지지부(40)에 배치된 롤러(41d)를 향해 이동하여, 다시 말하자면 롤러(41c)가 롤러(41c,41d) 사이로 배열된 안내레일(40)에 밀착되어 캐리지(30)를 견고하게 안내레일(40) 상으로 장착할 수 있게 된다. 상기 안내레일(40)은 캐리지(30)의 롤러(41c,41d)를 안내하고, 롤러가 그 위에서 회전구동하여 캐리지(30)를 주행시킨다. Moreover, the base part of this
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이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 SAW장치의 설치 및 사용방법에 대해 설명한다. The installation and use method of the SAW apparatus according to the present invention configured as described above will be described.
용접대상재 상에 V홈 또는 용접선과 평행하게 안내레일(40)을 설치하고, 이 안내레일(40)에다, 용접헤드(34)와 제어박스(35) 등을 탑재한 캐리지(30)를 장착한다. 이 캐리지(30)와 전원부(10) 및 와이어송급장치(20)를 연결한 후에, 용접헤드(34)의 종방향 또는 횡방향 각도 및 이중 토치(3)의 각도와 간격 등을 조절하여 둔다. 이어서, 호퍼(32)로부터 플럭스를 공급하면서, 용접을 시작한다. A
본 발명에 따른 SAW장치에서, 캐리지(30) 및 와이어송급장치(20)의 작동거리는 전원부(10)와의 사이에 연결된 케이블(11)의 길이에 따라 결정되고, 실제 수십 M 범위 내로 제한되지만, 조선 분야에서는 단위블록의 크기가 그 범위 내에 있어서 충분하다 할 것이다. In the SAW apparatus according to the present invention, the working distance of the
이와 같은 본 발명에 따른 SAW장치를 실제로 사용해 보면, 종래에 30mm 두께의 V개선 평판 용접시 FCAW를 사용하여 약 10pass 정도의 용접을 시행하였으나, 본 발명으로는 6pass로 단축할 수 있다. 용접부의 물성치와 비드 외관은 FCAW에 비해 월등히 우수하다. 또, 55mm 두께의 V개선 평판 용접시에도 FCAW는 31pass이나, 본 발명에서는 15pass로 절반 정도로 감소되며, FCAW의 용접속도는 평균 25cpm이지만, 본 발명은 평균 40cpm로 용접이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 SAW장치를 사용하면 pass 수와 용접속도 면에서 큰 생산성을 가져올 수 있음을 알 수 있다.When the SAW apparatus according to the present invention is actually used, the conventional welding is about 10 pass using FCAW when welding a 30 mm thick V-improved plate, but the present invention can be shortened to 6 pass. The weld properties and the appearance of beads are much better than FCAW. In the case of welding a V-improved flat plate having a thickness of 55 mm, the FCAW is 31 pass, but in the present invention, the FCAW is reduced to about half by 15 pass. Therefore, it can be seen that using the SAW apparatus according to the present invention can bring great productivity in terms of the number of passes and the welding speed.
이상과 같이 본 발명에 의하면, SAW 장치가 경량화되고 장치를 이동할 수 있기 때문에, 종래에는 적용하기 어려웠던 조선의 선체 건조나 교량의 제조 분야에서도 뛰어난 용접 효율과, 작업성, 용접성, 용착속도를 성취할 수 있게 하여 생산성을 대폭 향상시키고, 용접자동화를 도모하는 효과가 있게 된다. As described above, according to the present invention, since the SAW device is lighter and can be moved, it is possible to achieve excellent welding efficiency, workability, weldability and welding speed even in shipbuilding and bridge manufacturing, which have been difficult to apply in the past. In this way, the productivity can be greatly improved, and the welding automation can be achieved.
또한, 상기와 같이 조선의 선체 건조나 교량의 제조 분야에서 SAW를 이용함으로써 강렬한 발광 및 발열, 소음의 감소로 작업 여건을 향상시켜 친환경적인 작업 환경을 조성할 수 있게 된다. In addition, by using the SAW in the shipbuilding shipbuilding or bridge manufacturing field as described above, it is possible to create an environment-friendly working environment by improving the working conditions by intense emission, heat generation, noise reduction.
특히, 전류나 전압의 조정 없이 이중 토치 사이의 각도조절만으로도 용입의 깊이와 비드의 폭을 조절할 수 있는 장점이 있어서, 용접작업성 내지 작업능률이 대폭적으로 향상될 수 있다.In particular, there is an advantage that the depth of penetration and the width of the beads can be adjusted only by adjusting the angle between the dual torches without adjusting the current or the voltage, so that the workability to work efficiency can be greatly improved.
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