KR101002628B1 - Apparatus for automatically overlay welding, inspecting and processing nozzzle part having different kind metals of pressurizer in nuclear power plant and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자력발전소의 가압기 및 노즐에 고정부재를 통해 고정되어서 노즐의 이종금속 접합부를 자동으로 오버레이 용접하고 검사하고 가공하는 용접, 검사 및 가공장치 및 그의 방법에 관한 것으로, 상기 장치는, 노즐의 이종금속 접합부를 용접하고 가공하는 작업 툴; 용접부의 비드 표면의 산화층을 제거하고 온도를 측정하는 검사 및 측정 툴; 상기 작업 툴을 고정된 상태에서 이종금속 접합부의 원주 방향으로 360로 회전 이송시킬 수 있는 3축 매니퓰레이터(manipulator); 작업 상태를 모니터링하고 녹화하기 위해 상기 작업 툴과 일체형으로 구성된 카메라; 및 상기 작업 툴, 검사 및 측정 툴, 3축 매니퓰레이터 및 카메라를 제어하는 제어부;로 이루어지며, 상기와 같은 장치에 의한 방법을 통해서 방사능에 오염된 원자력발전소 가압기의 노즐의 이종금속 접합을 위한 용접부의 응력부식균열 예방 정비 또는 검사 작업을 자동으로 수행할 수 있게 한다.The present invention relates to a welding, inspection and processing apparatus and a method thereof, which are fixed to a pressurizer and a nozzle of a nuclear power plant through a fixing member to automatically overlay weld, inspect, and process dissimilar metal joints of a nozzle. Work tools for welding and machining dissimilar metal joints; An inspection and measurement tool to remove the oxide layer on the bead surface of the weld and measure the temperature; A three-axis manipulator capable of rotating the tool 360 in the circumferential direction of the dissimilar metal joint in a fixed state; A camera integrated with the work tool for monitoring and recording work status; And a control unit for controlling the work tool, the inspection and measurement tool, the three-axis manipulator, and the camera. The welding unit for dissimilar metal joining of the nozzle of the pressurizer of the nuclear power plant contaminated with radioactivity by the method as described above. Allows stress corrosion cracking prevention maintenance or inspection to be performed automatically.
원자력발전소, 가압기 노즐, 응력부식균열, 이종금속, 오버레이 용접 Nuclear Power Plant, Pressurizer Nozzle, Stress Corrosion Cracking, Dissimilar Metals, Overlay Welding
Description
본 발명은 가압기의 노즐부의 자동 오버레이 용접, 검사 및 가공장치와 그의 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자력발전소 가압기의 구조물 중 PWSCC에 의한 결함이 있는 노즐의 이종금속 용접부 또는 결함이 없는 노즐의 이종금속 용접부의 PWSCC를 예방하기 위한 원자력발전소 가압기의 이종금속으로 이루어진 노즐부의 자동 오버레이 용접, 검사 및 가공장치와 그의 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic overlay welding, inspection and processing apparatus of the nozzle portion of the pressurizer and a method thereof, and more particularly to a heterogeneous metal welded portion of a nozzle having a defect caused by PWSCC or a heterogeneous nozzle of a nuclear power plant pressurizer. The present invention relates to an automatic overlay welding, inspection and processing apparatus of a nozzle part made of dissimilar metal of a nuclear power plant pressurizer for preventing PWSCC of a metal welding part, and a method thereof.
일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 원자력발전소 가압기의 노즐(3)은 저합금강으로 이루어져 있고 상기 노즐(3)에 별도 배관(2)의 스테인리스강 파이프가 연결되어 있으며, 상기 노즐(3)과 배관(2)의 이종금속 접합부(4)인 용접부가 형성되어 있다. In general, as shown in FIG. 1, the
그리고, 상기 용접부는 Alloy 600 재질의 용접봉으로 용접된다.The welding part is welded with a welding rod made of Alloy 600.
그러나, 상기 이종금속 접합부(4)인 용접부에는 장기간 운전하면 PWSCC (Primary Water Stress Corrosion Cracking)에 의해 결함이 발생되며, 시간이 지날수록 결함이 계속해서 성장하게 되어 안전상의 문제를 야기시키게 된다. 따라서 이에 대한 정비가 필요하다. However, defects are generated by PWSCC (Primary Water Stress Corrosion Cracking) for a long time in the welded portion, which is the
또한, 상기 가압기의 이종금속 용접부가 있는 노즐 형상은 모두다 재 각각 다르게 형성되어 있고, 즉, 노즐부의 형상이 직선, "ㄱ"자 모양 또는 45도로 꺾인 모양으로 되어 있다. In addition, the nozzle shape with the dissimilar metal welding part of the pressurizer is all formed differently, that is, the shape of the nozzle part is a straight line, a "b" shape or a shape bent at 45 degrees.
상기와 같은 노즐의 형상에 있어서 이를 예방 정비하기 위해서는 꺾인 부분까지 용접이 되어야 하기 때문에 특정 형상에 맞는 장비가 필요하게 된다. In the shape of the nozzle as described above, in order to prevent maintenance, it is necessary to be welded to the bent portion, the equipment that fits the specific shape is required.
또한, 상기 가압기의 노즐부 주변은 방사능에 의해 오염된 구역으로 작업자의 안전에 중대한 영향을 미치기 때문에 사람에 의한 수작업으로 보수하는 것이 어렵다. In addition, since the vicinity of the nozzle portion of the pressurizer is a region contaminated by radioactivity, it is difficult to repair by hand by a human because it has a significant influence on the safety of the worker.
따라서, 원자력 발전소 가압기 노즐부의 이종금속 접합부(4)인 용접부 정비를 위해서는 자동 오버레이 용접장치가 필요하게 된다.Therefore, the automatic overlay welding device is required for the maintenance of the weld, which is the
상기와 같은 장치의 종래 기술로서 미국특허 제6781083호는 파이프 또는 배관의 오버레이 용접장치 및 방법을 제시하고 있으나, 이는 파이프 또는 배관을 회전시키면서 오버레이 용접하는 장치이기 때문에 원자로발전소 현장에 적용하는 것은 불가능하였다. As a prior art of such a device, US Pat. No. 6,678,833 proposes an overlay welding apparatus and method for pipes or piping, but it is impossible to apply it to a nuclear power plant site because it is an overlay welding apparatus while rotating a pipe or piping. .
또한, 미국특허 제6013890호도 상기 미국특허 제6781083호와 마찬가지로 파이프 또는 배관이 회전하는 형태의 장치로 이루어져 있어 원자력발전소 현장에 적용하는 것이 매우 어렵다. In addition, US Patent No. 6013890 is made of a device in the form of a pipe or pipe is rotated like US Patent 6678890 is very difficult to apply to the nuclear power plant site.
또한, 미국특허 제5189933호는 파이프 또는 배관의 오버레이 용접된 표면을 가공하는 장치로 다이얼 게이지를 이용해 파이프의 중심을 찾으면서 가공하는 방법으로서, 이는 용접에 적용할 수 없게 되는 문제점이 있었다. In addition, US Patent No. 5,999,333 is a device for processing an overlay welded surface of a pipe or a pipe, and a method of processing by finding a center of a pipe by using a dial gauge, which is not applicable to welding.
또한, 미국특허 제4841123호는 T 형태의 파이프 또는 배관의 외면을 안장 모양으로 용접하는 장치로서, 이는 원형의 용접이 필요한 원자력발전소 가압기 이종금속 용접 노즐에 적용하는 것은 어렵다. In addition, US Patent 4484123 is a device for welding the outer surface of the T-shaped pipe or pipe in the form of a saddle, which is difficult to apply to a nuclear power plant pressurizer dissimilar metal welding nozzle that requires a circular welding.
따라서, 가압기의 노즐 및 배관의 이종금속 접합을 위한 용접부를 자동으로 오버레이 용접하고 가공하는 장치는 지금까지 찾아볼 수 없으며, 작업자의 안전상 절실히 필요한 시점에 있다.Therefore, an apparatus for automatically overlay welding and processing a welded portion for dissimilar metal bonding of a pressurizer nozzle and a pipe is not found until now, and it is at a time when the safety of the operator is desperately necessary.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 작업자의 안전을 해치지 않으면서 방사능에 오염된 원자력발전소 가압기 노즐부의 이종금속 접합을 위한 용접부에 발생되는 PWSCC 예방을 위한 정비, 가공 및 검사 작업을 자동으로 수행할 수 있게 하고, 사람의 접근이 어려운 배관 및 파이프의 자동 오버레이 용접에 대해서도 응용을 가능하게 하는 원자력발전소 가압기의 이종금속으로 이루어진 노즐부의 자동 오버레이 용접, 검사 및 가공장치와 그의 방법을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention for solving the above problems, maintenance, processing and inspection work for the prevention of PWSCC generated in the welding portion for dissimilar metal bonding of the nuclear power plant pressurizer nozzle portion contaminated with radiation without harming the safety of the operator Provides an automatic overlay welding, inspection and processing device for nozzle part made of dissimilar metal of nuclear power plant pressurizer which can be performed automatically and can also be applied to automatic overlay welding of pipes and pipes that are difficult to access. It's there.
상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 원자력발전소의 가압기 및 노즐에 고정부재를 통해 고정되어서 노즐의 이종금속 접합부를 자동으로 오버레이 용접하고 검사하고 가공하는 용접, 검사 및 가공장치는, 좌우구동모터와 이송 가이드에 의해 상기 이종금속 접합부를 따라 좌우로 이송되며, 상하구동모터에 의해 상기 이종금속 접합부를 따라 상하로 이동하면서 용접 및 가공하는 작업 툴; 상기 노즐의 이종금속 접합부가 상기 작업 툴을 통해 한 패스 용접된 후에, 회전 구동 모터를 통해서 상기 이종금속 접합부를 따라 회전하여 용접 비드 표면의 산화층을 제거하고 온도를 측정하는 검사 및 측정 툴; 상기 노즐의 이종금속 접합부의 원주 방향으로 360도 회전하고 이종금속 접합부의 중심축과 평행 및 수직한 방향으로 이송되면서 상기 작업 툴을 고정한 상태로 이송시킬 수 있는 3축 매니퓰레이터(manipulator); 작업 상태를 모니터링하고 녹화하기 위해 상기 작업 툴과 일체형으로 구성된 카메라; 및 형상 측정 제어 프로그램과 기계부 제어 프로그램이 내장되어 있는 컨트롤러와 모터 제어장치를 구비하여 상기 작업 툴, 검사 및 측정 툴, 3축 매니퓰레이터 및 카메라를 제어하는 제어부;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Welding, inspection and processing apparatus for automatically overlay welding, inspecting and processing the dissimilar metal joint of the nozzle is fixed to the pressurizer and the nozzle of the nuclear power plant according to an embodiment of the present invention for achieving the object as described above The work tool is transported from side to side along the dissimilar metal joint by a left and right drive motor and a transfer guide, and is welded and processed while moving up and down along the dissimilar metal joint by a vertical drive motor; An inspection and measurement tool for removing the oxide layer on the surface of the weld bead by measuring the temperature after the dissimilar metal junction of the nozzle is welded one pass through the work tool, and then rotating along the dissimilar metal junction via a rotary drive motor; A three-axis manipulator which rotates 360 degrees in the circumferential direction of the dissimilar metal joint of the nozzle and moves the work tool in a fixed state while being transferred in a direction parallel and perpendicular to the central axis of the dissimilar metal joint; A camera integrated with the work tool for monitoring and recording work status; And a controller for controlling a work tool, an inspection and measurement tool, a three-axis manipulator, and a camera having a controller and a motor controller in which a shape measurement control program and a machine part control program are embedded.
본 발명의 실시예에 따른 원자력발전소 가압기의 노즐의 이종금속 접합부를 자동으로 오버레이 용접하는 용접방법은, 상기 가압기 및 노즐에 고정부재를 이용하여 용접, 검사 및 가공장치를 설치하는 단계; 상기 용접, 검사 및 가공장치에 용접 툴을 설치하는 단계; 와이어 피더로부터 와이어를 공급받고 상기 용접 툴을 이용하여 상기 노즐의 이종금속 접합부를 오버레이 용접하는 단계; 상기 이종금속 접합부의 오버레이 용접이 완료되면 브러쉬를 이용하여 용접부의 산화층을 제거하는 단계; 상기 오버레이 용접이 소정의 두께 이상으로 이루어졌는가를 확인하는 단계; 상기 오버레이 용접이 소정의 두께 이상으로 완료되면 용접 툴을 LVDT로 교체하여 용접부를 측정하는 단계; 상기 LVDT에 의해 측정된 용접부의 프로파일을 설정하는 단계; 상기 용접부의 프로파일이 설정되면 상기 LVDT를 가공 툴로 교체하는 단계; 교체된 상기 가공 툴을 이용하여 용접부 형상을 바탕으로 하여 가공하는 단계; 및 상기 이종금속 접합부의 오버레이 용접, 측정 및 가공이 완료되면 상기 오버레이 용접 장치를 해체하는 단계;로 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, a welding method for automatically overlay welding a dissimilar metal joint of a nozzle of a nuclear power plant pressurizer includes: installing a welding, inspecting, and processing apparatus by using a fixing member in the pressurizer and the nozzle; Installing a welding tool in the welding, inspection and processing apparatus; Receiving a wire from a wire feeder and overlay welding the dissimilar metal joint of the nozzle using the welding tool; Removing the oxide layer of the weld using a brush when overlay welding of the dissimilar metal joint is completed; Confirming whether the overlay welding is made to a predetermined thickness or more; Measuring the weld by replacing the welding tool with an LVDT when the overlay welding is completed over a predetermined thickness; Setting a profile of the welded portion measured by the LVDT; Replacing the LVDT with a machining tool when the profile of the weld is set; Machining based on the weld shape using the replaced machining tool; And disassembling the overlay welding device when the overlay welding, measuring, and processing of the dissimilar metal joint is completed.
본 발명에 따른 원자력발전소 가압기의 노즐의 이종금속 접합부가 자동으로 오버레이 용접된 용접부를 검사하는 방법은, 상기 노즐의 이종금속 접합부를 용접할 때 각 마지막층 용접부의 형상을 LVDT를 이용하여 센싱하고, 측정 툴인 온도 센서를 통해서 용접 시 각 패스간 온도를 측정하고, 카메라를 통해서 용접부의 용접 상태를 모니터링한다.In the method of inspecting a welded portion in which the dissimilar metal junction of the nozzle of the nuclear power plant pressurizer according to the present invention is automatically overlay-welded, when welding the dissimilar metal joint of the nozzle, the shape of each last layer weld is sensed using LVDT, The temperature sensor, a measuring tool, measures the temperature between each pass during welding, and the welding condition of the weld is monitored by a camera.
본 발명에 따른 원자력발전소 가압기의 노즐의 이종금속 접합부가 자동으로 오버레이 용접된 용접부를 가공하는 방법은, LVDT를 통해서 용접된 형상을 측정하여 형상 프로그램을 통해 데이터를 생성하는 단계; 상기 데이터를 바탕으로 용접부의 가공범위 및 가공영역을 설정하는 단계; 3축 메뉴퓰레이터에 상기 데이터를 전송하여 용접부를 가공하는 단계;로 이루어진다.Method for processing a weld welded dissimilar metal joint of the nozzle of the nuclear power plant pressurizer according to the invention automatically overlay welded, measuring the shape welded through the LVDT to generate data through a shape program; Setting a processing range and a processing area of the welded part based on the data; Sending the data to the three-axis manipulator to process the weld.
상기의 본 발명에 따른 원자력발전소 가압기의 이종금속으로 이루어진 노즐부의 자동 오버레이 용접, 검사 및 가공장치와 그의 방법을 이용함으로써, 방사능에 오염된 원자력발전소 가압기 노즐부의 이종금속 접합을 위한 용접부를 작업자의 안전을 해치지 않으면서 정비, 가공 및 검사 작업을 자동으로 수행할 수 있게 하고, 사람의 접근이 어려운 배관 및 파이프의 자동 오버레이 용접에 대해서도 응용을 가능하게 하는 효과를 제공한다.By using the automatic overlay welding, inspection, and processing apparatus of the nozzle part made of dissimilar metal of the nuclear power plant pressurizer according to the present invention, and a method thereof, the welding part for joining the dissimilar metal of the nuclear power plant pressurizer nozzle part contaminated with radiation is safe for the operator. It enables automated maintenance, machining, and inspection work without compromising safety, and enables applications for automatic overlay welding of pipes and pipes that are difficult to access.
이하, 본 발명에 따른 원자력발전소 가압기의 이종금속으로 이루어진 노즐부의 자동 오버레이 용접, 검사 및 가공장치와 그의 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the automatic overlay welding, inspection and processing apparatus and the method of the nozzle portion made of dissimilar metal of the nuclear power plant pressurizer according to the present invention.
도 1은 본 발명에 적용되는 원자력발전소 가압기를 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 원자력발전소 가압기의 이종금속으로 이루어진 노즐부의 자동 오버레이 용접, 검사 및 가공장치를 보인 단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A부분을 보인 단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 장치를 고정시키는 고정부재를 보인 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 장치의 가공 툴을 보인 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 장치의 LVDT를 보인 단면도이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 장치의 검사 및 측정 툴을 보인 단면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이종금속 접합부의 용접상태를 보인 측단면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 용접방법을 보인 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 용접부 검사방법을 보인 흐름도이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 용접부 가공방법을 보인 흐름도이다.1 is a cross-sectional view showing a nuclear power plant pressurizer applied to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing an automatic overlay welding, inspection and processing apparatus of the nozzle unit made of dissimilar metal of the nuclear power plant pressurizer according to the present invention, Figure 3 4 is a cross-sectional view showing a portion AA, Figures 4a and 4b is a view showing a holding member for fixing the device according to the invention, Figure 5 is a cross-sectional view showing a machining tool of the device according to the invention, Figure 5 7A and 7B are cross-sectional views showing inspection and measurement tools of a device according to the present invention, and FIG. 8 is a welding state of a dissimilar metal joint according to an embodiment of the present invention. 9 is a flowchart illustrating an overlay welding method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a flowchart illustrating an overlay weld inspection method according to an embodiment of the present invention. 11 is a flowchart showing the overlay weld processing method according to an embodiment of the invention.
도 1에 도시된 바와 같은 원자력 발전소의 가압기(1)는 상부에 스프레이(spray) 노즐(3-1) 1개, 릴리프(relief) 노즐(3-2) 1개, 그리고 세이프 티(safety) 노즐(3-3) 3개와 하부에 서지(surge) 노즐(3-4) 1개인 이종금속 접합을 위한 6개의 노즐(3)로 구성되어 있으며. 상기 이종금속 접합부(4)인 용접부는 가압기(1)에 장착된 노즐(3)과 스테인리스강의 배관(2)을 연결하기 위한 것이다.The
본 발명에 따른 원자력발전소의 가압기(1) 및 노즐(3)에 고정부재(5)를 통해 고정되어서 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)를 자동으로 오버레이 용접하고 검사하고 가공하는 용접, 검사 및 가공장치(100)는, 상기 장치가 가압기(1) 및 노즐(3)에 설치된 상태를 보인 도 2 및 도 3에서와 같이, 작업 툴(10), 검사 및 측정 툴(20), 3축 매니퓰레이터(manipulator)(30), 카메라(40), 및 제어부로 구성된다. Welding, inspection, which is fixed to the
상기 작업 툴(10)은 좌우구동모터(11)와 이송 가이드(12)에 의해 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)를 따라 좌우로 이송되며, 상하구동모터(13)에 의해 상기 이종금속 접합부(4)를 따라 상하로 이동하면서 이종금속 접합부(4)를 용접 및 가공한다.The
상기 작업 툴(10)은 이종금속 접합부(4)를 소정의 두께로 용접하기 위한 용접 툴(17)과, 용접부를 용접 비드의 형상에 따라 가공하기 위한 가공 툴(17)과, 용접부를 센싱하여 측정하기 위한 LVDT(Linear Variable Differential Transformer, 19)로 구성된다.The
상기 용접 툴(17)은 가압기(1)에 별도로 설치된 스풀(14)에 감겨있는 용가재 와이어(15)를 와이어 피더(16)로부터 공급받아 이종금속 접합부(4)를 용접하는 역할을 한다.The
도 5에 도시된 바와 같은 상기 가공 툴(18)은, 별도로 구비되어 있으며, 필 요시, 즉 이종금속 접합부(4)가 용접된 후 용접 툴(17)과 교체되어서 용접부 형상을 바탕으로 가공하는 역할을 한다.The
도 6에 도시된 바와 같은 상기 LVDT(19)는 용접부 형상을 센싱하여 측정하여 제어부로 전송해주는 역할을 하는 것으로, 별도로 구비되어서 필요시 용접 툴(17) 또는 가공 툴(18)과 교체되어 사용된다. The LVDT 19 as shown in FIG. 6 serves to sense and measure the shape of the welded portion and transmit it to the control unit. The LVDT 19 is provided separately and used to be replaced with the
상기 검사 및 측정 툴(20)은 용접 비드 표면의 산화층을 제거하고 온도를 측정하는 역할을 하는 것으로, 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)가 작업 툴(10)을 통해 한 패스 용접된 후에, 회전구동 모터(21)를 통해서 이종금속 접합부(4)의 용접부를 따라 회전하면서 검사 및 측정을 행한다.The inspection and
상기 검사 및 측정 툴(20)은, 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)인 용접부를 용접할 때에 표면에 형성된 산화층을 제거하는 브러쉬(22)가 장착된 검사 툴(23)과, 용접의 각 패스 간의 용접부 온도를 측정하는 온도 센서(24)가 장착된 측정 툴(25)로 구성된다.The inspection and
여기서, 용접부 비드의 산화층 제거 및 용접부 온도 측정은 그 다음 패스의 용접성을 증가시키기 위해서 용접의 각 패스마다 행해지는 것이 바람직하다.Here, the removal of the oxide layer of the weld bead and the weld temperature measurement are preferably performed for each pass of the weld in order to increase the weldability of the next pass.
상기 브러쉬(22)는 아래에 설명된 온도 센서(24)와 같이 이동 부재(27)의 작동에 의해 상하로 이동가능하게 설치된다(도 7a 및도 7b 참조).The
즉, 용접부의 온도 측정을 위한 온도 센서(24)가 온도를 측정한 후 원위치로 복원하면 이동 부재(27)가 하부로 이동함과 동시 브러쉬(22)도 하부로 이동하여 비드부의 스케일을 제거하게 된다.That is, when the
상기 측정 툴(25)에는 실린더(26)가 구비되어 있어 온도 센서(24)의 전후방 이동을 안내하는 역할을 하며, 이는 온도를 측정하기 위한 근접 지역으로 센서(24)를 자유자재로 이동시킬 수 있는 것과 동시에 용접부의 접촉에 의한 파손을 방지해준다.The
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 검사 툴(23)의 브러쉬(22)와 측정 툴(25)의 온도 센서(24)의 구동 방법을 살펴보면, 노즐(3) 용접부의 오버레이 용접이 끝나면 온도 센서(24)인 서모커플이 실린더(26)에 의해 용접 비드에 접촉하게 되어 온도를 측정하게 되며, 용접된 비드의 산화층 제거는 실린더(26)에 의해 온도 센서(24)가 원위치로 복귀함과 동시에 반대로 브러쉬(22)가 내려오게 되어 용접 비드면과 접촉하면서 산화 스케일을 제거하게 된다. As shown in FIGS. 7A and 7B, a method of driving the
여기서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 검사 툴(23)과 측정 툴(25)은 일체형으로 이루어져 있지만, 서로 분리되어 구비되는 것도 가능하다.2 and 3, the
상기 3축 매니퓰레이터(manipulator)(30)는 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)인 용접부의 원주 방향으로 360도 회전하고, 이종금속 접합부(4)의 중심축과 평행 및 수직한 방향으로 이송되면서 작업 툴(10)을 고정한 상태로 이송시키는 역할을 한다.The three-
상기 카메라(40)는 용접 및 가공 작업 상태를 모니터링하고 녹화하기 위한 역할을 하는 것으로, 작업 툴(10)과 일체형으로 구성된다.The
상기 제어부(미도시)는 형상 측정 제어 프로그램과 기계부 제어 프로그램이 내장되어 있는 컨트롤러와 모터 제어장치를 구비하여서 작업 툴(10), 검사 및 측정 툴(20), 3축 매니퓰레이터(30) 및 카메라(40)를 제어한다.The controller (not shown) includes a controller and a motor controller in which a shape measurement control program and a machine control program are embedded, so that the
또한, 상기 제어부는 내장된 제어 프로그램을 통해서 상기 작업 툴(10)에 의한 용접 경로, 용접 조건을 제어하고, 용접 구간별 조건을 설정하여 제어하는 역할도 한다.The controller also controls a welding path and a welding condition by the
그리고, 상기 고정부재(5)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 두 개의 반원형으로 이루어져서 힌지부재(5-4)에 의해 결합되는 회전 바디(5-1)와, 상기 용접, 검사 및 가공장치(100)를 가압기(1)와 노즐(3)에 고정시키는 고정지그(5-2)와, 상기의 두 개의 회전 바디(5-1)를 서로 연결시켜주는 커넥터(5-3)로 이루어진다.In addition, the fixing
즉, 상기 고정부재(5)는 반원형의 회전 바디(5-1) 2개가 한쪽은 연결되어 있고 다른 반대편은 분리되어 있으며, 가압기(1) 노즐(3)에 회전 바디(5-1)를 이용하여 감싼 후 커넥터(5-3)를 연결하고 고정지그(5-2)를 이용하여 장치(100)가 가압기(1)와 노즐에 설치되게 한다. That is, the fixing
상기와 같은 용접, 검사 및 가공장치(100)를 통해서 도 8에 도시된 바와 같이 먼저 저합금강의 노즐(3)측을 버터링 용접(buttering welding)하고, 그 다음 상기 버터링 용접 측과 스테인레스강의 배관(2)사이를 그루브 용접(groove welding)된 이종금속의 노즐(3)과 배관(2)사이의 이종금속 접속부(4)를 PWSCC를 예방하기 위해 Alloy 690으로 오버레이 용접이 행해진다Through the welding, inspection and
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 원자력발전소 가압기(1)의 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)를 자동으로 오버레이 용접하는 용접방법 및 상기 용접부의 검사 및 가공방법을 도 9를 통해서 간략하게 살펴보면 다음과 같다.9 illustrates a welding method for automatically overlay welding the
먼저, 상기 가압기(1) 및 노즐(3)에 고정부재(5)를 이용하여 용접, 검사 및 가공장치(100)를 설치한다(S11).First, the welding, inspection and
상기 용접, 검사 및 가공장치(100)에 용접 툴(17)을 설치하고(S12), 동시에 용가재 와이어(15)가 감긴 스풀(14)과 와이어 피더(16)를 가압기(1)에 설치한다.The
가입기(1)에 설치된 와이어(15)가 감겨 있는 피더(16)로부터 와이어(15)를 공급받고 상기 용접 툴(17)을 이용하여 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)에 오버레이 용접한다(S13).The
이때, 상기 이종금속 접합부(4)의 오버레이 용접이 한 패스 완료될 때마다 검사 툴(23)에 설치된 철재 브러쉬(22)를 이용하여 용접부의 산화층을 제거한다(S14).At this time, each time the overlay welding of the dissimilar metal joint 4 is completed, the oxide layer of the weld is removed using the
상기 오버레이 용접이 소정의 두께 이상으로 이루어졌는가를 확인하고 두께가 소정의 두께 이하일 경우에는 재용접을 실시한다(S15).It is confirmed whether the overlay welding is made to be greater than or equal to a predetermined thickness, and if the thickness is less than or equal to a predetermined thickness, re-welding is performed (S15).
상기 오버레이 용접이 소정의 두께 이상으로 완료되면 용접 툴(17)을 LVDT(19)로 교체하여 용접부의 형상을 측정한다(S16).When the overlay welding is completed to a predetermined thickness or more, the
상기 LVDT(19)에 의해 측정된 용접부의 프로파일을 설정한다(S17).The profile of the welded part measured by the
상기 용접부의 프로파일이 설정되면 상기 LVDT(19)를 가공 툴(18)로 교체한다(S18).When the welding profile is set, the
교체된 상기 가공 툴(18)을 이용하여 측정된 용접부 형상 데이터를 바탕으로 가공을 수행한다(S19). 이때 작업은 방사능에 오염된 구역에서 수행하게 되므로 CCD 카메라, 모니터링 및 녹화장치를 이용하여 작업과정을 모니터링하고, 필요 시 녹화한다.The machining is performed based on the weld shape data measured using the replaced machining tool 18 (S19). At this time, the work is performed in the area contaminated with radiation, so the work process is monitored using a CCD camera, a monitoring and recording device, and recorded when necessary.
상기 이종금속 접합부(4)의 오버레이 용접, 측정 및 가공이 완료되면 상기 오버레이 용접 장치를 해체한다(S20).When the overlay welding, measuring and processing of the dissimilar metal joint 4 is completed, the overlay welding apparatus is dismantled (S20).
다음, 본 발명의 실시예에 따른 원자력발전소 가압기(1)의 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)가 자동으로 오버레이 용접된 용접부를 검사하는 방법을 도 10을 통해서 살펴보면 다음과 같다. Next, referring to FIG. 10, a method of automatically inspecting a welded portion in which the
먼저, 상기 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)를 용접할 때 마지막층 용접부의 형상을 LVDT(19)를 이용하여 센싱하여 측정한다, 상기와 같은 측정을 통해서 형상 프로그램에 의해 용접부 형상 데이터를 생성하게 하고, 이를 기반으로 가공 범위 및 가공 영역이 설정되게 한다. First, when welding the
그 다음, 상기 측정 툴(25)의 온도 센서(24)를 통해서 용접 시 각 패스간 온도를 측정한다. Then, the temperature between each pass is measured during welding through the
마지막으로, 카메라(40)를 통해서 용접부의 용접 상태를 모니터링한다.Finally, the welding state of the welded portion is monitored through the
이러한 검사방법을 통해서 용접부에 결함이 발견될 때는 후속조치를 취할 수 있게 한다. This method of inspection allows follow-up to be taken when a weld is found to be defective.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 원자력발전소 가압기(1)의 노즐(3)의 이종금속 접합부(4)가 자동으로 오버레이 용접된 용접부를 가공하는 방법을 도 11을 통해서 간략하게 살펴보면 다음과 같다.Next, a method of automatically processing the weld welded with the
상기 LVDT(19)를 통해서 용접된 형상을 측정하여 형상 프로그램을 통해 데이터를 생성한다(S51).The shape welded through the
상기와 같이 생성된 데이터를 바탕으로 용접부의 가공범위 및 가공영역을 설정한다(S52).On the basis of the data generated as described above to set the processing range and the processing area of the weld (S52).
가공범위 및 가공영역이 설정되면 3축 메뉴퓰레이터(30)에 상기 데이터를 전송하여 용접부를 가공하게 한다(S53).When the machining range and the machining area are set, the data is transmitted to the three-
상기와 같은 가공작업시 용접부에 결함이 발생하게 되면 모니터링 카메라(40)에 의한 감시를 통해서 즉각 후속조치가 취해질 수 있게 한다.If a defect occurs in the welded part during the machining operation as described above, it is possible to immediately follow up through monitoring by the monitoring
본 발명에 따른 용접, 검사 및 가공장치(100) 및 그들에 의한 방법은 상기한 바와 같이 스프레이 노즐(3-1), 릴리프 노즐(3-2), 세이프티 노즐(3-3) 및 서지 노즐(3-4)에 모두 적용이 가능하며, 단지 상황에 따라서 노즐 외경에 따른 자동 장치의 크기만 변하게 된다. Welding, inspection and
또한, 상기 노즐(3) 형상이 90도로 꺾인 상태에서도 적용이 가능하도록 구성되어 있다. Moreover, it is comprised so that application is possible even in the state in which the said
특히, 여기서는 본 발명의 장치를 3축 자동 장치로 원자력발전소 가압기 이종금속 용접부 노즐의 예방 정비로 한정하였으나, 사람의 접근이 어려운 어떠한 배관 및 파이프의 자동 용접에 대해서도 본 발명의 장치 및 방법 응용이 가능하다.In particular, although the apparatus of the present invention is limited to a three-axis automatic apparatus to prevent maintenance of a nuclear power plant pressurizer dissimilar metal weld nozzle, it is possible to apply the apparatus and method of the present invention to automatic welding of any pipes and pipes that are difficult to access. Do.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various modifications may be made and equivalents may be resorted to without departing from the scope of the appended claims.
도 1은 본 발명에 적용되는 원자력발전소 가압기를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing a nuclear power plant pressurizer applied to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 원자력발전소 가압기의 이종금속으로 이루어진 노즐부의 자동 오버레이 용접, 검사 및 가공장치를 보인 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing an automatic overlay welding, inspection and processing apparatus of the nozzle unit made of dissimilar metal of the nuclear power plant pressurizer according to the present invention.
도 3은 도 2의 A-A부분을 보인 단면도.3 is a cross-sectional view showing a portion A-A of FIG.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 장치를 고정시키는 고정부재를 보인 도면.4a and 4b show a holding member for holding a device according to the invention;
도 5는 본 발명에 따른 장치의 가공 툴을 보인 단면도.5 is a cross-sectional view showing a machining tool of the apparatus according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 장치의 LVDT를 보인 단면도.6 is a cross-sectional view of an LVDT of an apparatus according to the present invention.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 장치의 검사 및 측정 툴을 보인 단면도.7A and 7B are cross-sectional views showing inspection and measurement tools of the device according to the invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이종금속 접합부의 용접상태를 보인 측단면도.Figure 8 is a side cross-sectional view showing a welding state of dissimilar metal joints in accordance with an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 용접방법을 보인 흐름도.9 is a flow chart showing an overlay welding method according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 용접부 검사방법을 보인 흐름도.10 is a flowchart showing an overlay weld inspection method according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 용접부 가공방법을 보인 흐름도.11 is a flowchart showing a method for processing an overlay welded portion according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간략한 설명** Brief description of symbols for the main parts of the drawings *
1: 가압기 2: 배관1: pressurizer 2: piping
3: 노즐 3-1: 스프레이 노즐3: Nozzle 3-1: Spray Nozzle
3-2: 릴리프 노즐 3-4: 서지 노즐3-2: relief nozzle 3-4: surge nozzle
4: 이종금속 접합부 5: 고정부재4: dissimilar metal joint 5: fixing member
5-1: 회전 바디 5-2: 고정지그5-1: Rotating Body 5-2: Fixing Jig
5-3: 커넥터 5-4: 힌지부재5-3: connector 5-4: hinge member
10: 작업툴 11: 좌우구동모터 10: Work tool 11: left and right drive motor
12: 이동가이드 13: 상하구동모터12: Moving guide 13: Up and down drive motor
14: 스풀 15: 와이어14: Spool 15: Wire
16: 와이어 피더 17: 용접 툴 16: wire feeder 17: welding tool
18: 가공 툴 19: LVDT18: Machining Tool 19: LVDT
20: 검사 및 측정 툴 21: 회전구동모터20: Inspection and measurement tool 21: Rotary drive motor
22: 브러쉬 23: 검사 툴22: Brush 23: Inspection Tool
24: 온도센서 25: 측정 툴24: temperature sensor 25: measuring tool
26: 실린더 27: 이동 부재26: cylinder 27: moving member
30: 3축 매니퓰레이터 40: 카메라30: 3-axis manipulator 40: camera
100: 용접, 검사 및 가공장치100: welding, inspection and processing equipment
Claims (12)
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