KR101132941B1 - 아크용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크용접장치에 관한 것으로서, 오목한 길이홈 구조의 용접부(5)를 따라 전진 구동되도록 이 용접부(5)를 사이에 두고 양측으로 배치되는 한 쌍의 전, 후륜(11,12)이 마련된 캐리지(10); 상기 캐리지(10)의 상방에 탑재되어 있는 와이어릴(20); 상기 와이어릴(20) 인접부에 배치되는 플럭스호퍼(30); 상기 플럭스호퍼(30)를 통해 공급된 와이어를 용접부(5)로 공급하여 용접을 수행하는 토치(41)가 구비된 피딩유니트(40); 상기 피딩유니트(40)를 좌우로 위빙시키기 위한 위빙수단; 및 상기 캐리지(10)가 용접부(5)를 따라 안내될 수 있도록 가이드하는 가이드수단을 포함하여 구성된다. 따라서, 자체 구동에 의해 무 레일 자가 주행하며 가이드롤러를 통해 심 추적을 하여 종/횡곡이 있는 선체 곡외판의 편면용접이 가능하고, 또한, 기계적 방식을 이용하기 때문에 추가적인 제어/동력장치가 필요 없어 기구부 구성이 간단하여 현장 운용성이 향상되며, 또한, 위빙시 좌우 멈춤이 가능하여 용접비드 형상 제어가 가능하고, 또한, 곡외판 주행시 전륜부의 자석에 의해 등판력을 향상시키고 전복을 방지할 수 있도록 하는 등의 효과를 얻는다.

Description

아크용접장치{Arc welding machine}

본 발명은 아크용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자체 구동에 의해 무 레일 자가 주행하며 가이드롤러를 통해 심 추적을 하여 종/횡곡이 있는 선체 곡외판의 편면용접이 가능하고, 또한, 기계적 방식을 이용하기 때문에 추가적인 제어/동력장치가 필요 없어 기구부 구성이 간단하여 현장 운용성이 향상되며, 또한, 힌지구조형의 노즐과 이를 좌우로 흔들어주는 위빙 슬라이드를 이용하여 용접과 동시에 좌우로 위빙을 수행하여 입열량을 분산시켜 용략을 방지하고 용착량을 증가시킬 수 있음은 물론 캠을 이용한 힌지 구조와 달리 위빙시 좌우 멈춤이 가능하여 용접비드 형상 제어가 가능하고, 또한, 곡외판 주행시 전륜부의 자석에 의해 등판력을 향상시키고 전복을 방지할 수 있도록 한 아크용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접이라 함은 같은 종류 또는 다른 종류의 2가지 고체 재료 사이에 직접 원자간 결합이 되도록 접합시키는 것으로서, 접착제로 접착하거나 보일 및 리벳으로 연결하는 것과는 다르며, 금속재료를 용접하기 위해 접합면을 청결하게 하고 두 재료의 금속원자가 서로 금속 결합을 할 수 있는 거리 이내에 두 재료를 접근시킨 후 접합부를 가열, 용융시켜 그 부분의 금속원자를 재배열(융접법이라 한다)시키든가 또는 접합부에 외부 힘을 가해서 소성변형(압접법이라 한다)을 일으키는 여러 가지 방법이 제시되고 있다.

용융법의 일종인 용융금속납에 의한 용접법(납땜법)은 BC 2500년 이전 메소포타미아, 이집트문명에서 이미 쓰이고 있었다. 철을 가열하여 단련하면 접합할 수 있다는 것도 제철의 시작(BC 1500년)과 함께 알려져 있었다.

그러나 용접법이 주조법이나 단조법(鍛造法)과 더불어 금속가공법의 하나로 선박, 교량 건조, 자동차 제조 등 공업적으로 실용화된 것은 1881년 아크용접의 발명 뒤이며, 특히 제2차세계대전중 용접기술이 비약적으로 발달한 뒤의 일이다.

이러한 용접법의 종류로는 금속 재료의 용접법을 사용되는 에너지에 따라 분류할 수 있으며, 공업적으로 가장 대규모로 실용화되고 있는 용접법은 전기에너지를 사용하는 것으로 그 중에서도 아크용접이 차지하는 비율이 크다.

이 아크 용접(arc welding)은 저전압을 이용하여 아크 방전을 발생시켜 금속을 용접하는 방식으로, 용접하고자 하는 철판 등에 음극을 연결하고 양극에는 용접봉을 연결한 다음 두 전극을 가까이하면 아크 방전이 일어나 용접봉이 용융되어 음극에 연결된 철판을 용접하게 된다.

상기한 바와 같은 아크 용접기는 철판 사이의 틈에 용접봉을 아크 방전을 이용하여 녹여서 용접하게 되는데, 용접봉은 철심과 철심을 감싸고 있는 피복제로 이루어진다.

이 때, 상기한 피복제(coating flux)는 피복 아크 용접봉의 심선 외측에 도포되어 있는 것으로, 용접 작업을 부드럽게 하고, 대기 중의 산소, 질소의 침입을 방지하고, 산화물 기타의 유해물을 용융 금속에서 분리시켜서 용접 금속을 정련할 목적으로 사용하는 분말 상의 재료이다.

그리고, 아크 용접을 할 때 특히, 용접 상태를 치밀하게 해야 하는 경우에 상기한 피복제가 도포된 용접봉을 사용하지 않고 산소나 질소 등의 침입을 막기 위하여 불활성 가스인 아르곤, 또는 이산화탄소를 용접 부위에 공급함으로써 대기가 용접 부위에 침입하는 것을 방지하여 용접을 하기도 한다.

일례로 종래 기술의 아크 용접 장치를 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

현재 사용 중인 선박 건조 중 선수미 곡외판의 조립 공정은 FCAW 수동용접기법의 경우 용접 패스수가 증가하여 결과적으로 생산성 낮으며 용접 품질 저하를 초래하고, 편면 서브머지드 아크용접의 경우는 적용 가능 갭이 0mm로서 레일을 이용하여 주행하기 때문에 직선상의 개선에서만 작업 가능하고 종/횡각이 클 때는 적용 불가능한 문제점이 있었다.

이에 대응하기 위한 방법은 곡판 편면 용접 방법[등록특허 10-0684631]이 제시되었는데, 이는 레이저 비전 센서 및 경사센서 등을 이용하여 선수미에 발생하는 곡 형상의 선체 패널의 3차원 기울기 정보를 검출하여 이를 바탕으로 용접기 작동 및 용접 토치 동작을 자동으로 제어하면서 가이드레일을 이용해서 이동하면서 작업을 수행하도록 되어 있다.

또한, 서브머지드 용접용 자동캐리지[공개특허 10-2007-0098775]가 제시되었는데, 이는 용접캐리지의 노즐부가 폭 방향으로 위빙운동을 하여 광폭용접을 할 수는 있으나, 레일을 따라 이동하기 때문에 자동 심 트랙킹이 불가능하며 곡면이 있는 용접부에는 레일을 설치할 수 없어 그 적용 범위가 제한된다.

그리고, 선박 건조 중 선수미 곡외판의 경우 편면 SAW 자동용접 기법이 적용 가능하나 그 적용 범위가 미미하고 제한사항이 많아 대부분의 작업이 FCAW 기법을 이용한 다층용접으로 이루어지고 있기 때문에, 이로 인해 용접품질의 저하, 낮은 용착효율로 인한 용접속도 저하 및 공정 지연이 빈번하게 발생하고 있다.

그리고, 레일형 편면 SAW 용접기법은 기존의 레일을 이용하여 주행하는 SAW 캐리지의 경우 종/횡곡이 있는 용접부에는 적용이 불가능하다.

그리고, 선체 곡외판의 조립 시 편면 SAW 기법을 적용하기 위해서는 일반적으로 루트갭이 0mm로 주어진다. 하지만 절단 및 곡가공 과정에서 발생하는 변형에 의해 넓은 갭이 발생할 경우 단위 시간당 필요 용착량이 증가하게 되고 따라서 과다한 입열량으로 인해 용략 등의 결함 발생률이 현저하게 증가하게 되어 1Pass만으로 작업을 완료할 수 없으며, FCAW 기법을 이용한 다층용접을 통해서 입열량을 감소시켜 용락등의 용접 결함을 방지하고 용접부 물성치를 확보하게 된다. 하지만 이로 인해 생산성이 낮아지고 슬래그 혼입 등의 추가적 용접결함 발생 확률 또한 증가하게 된다.

그리고, 기존의 편면 SAW 장치는 종경사 9도, 횡경사 6도 이하의 직선 용접부에서만 적용이 가능하며 이 이상의 경우 등판 불가 및 전복의 위험이 있어 적용이 불가능하다.

그리고, 기존 서브머지드 아크용접의 위빙장치로서, 캠 방식 위빙 구조는 멈춤시간 설정이 불가능하여 원활한 비드 형상 제어에 제약이 있고, 또한, 슬라이드 위빙 구조는 슬라이드 기구부가 노즐과 와이어 피딩 유니트 전체를 지지하는 구조로 모터의 용량이 증가하고 기구부가 무거워져서 현장 운용성이 낮아지는 문제점 등이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 자체 구동에 의해 무 레일 자가 주행하며 가이드롤러를 통해 심 추적을 하여 종/횡곡이 있는 선체 곡외판의 편면용접이 가능하고, 또한, 기계적 방식을 이용하기 때문에 추가적인 제어/동력장치가 필요 없어 기구부 구성이 간단하여 현장 운용성이 향상되며, 또한, 힌지구조형의 노즐과 이를 좌우로 흔들어주는 위빙 슬라이드를 이용하여 용접과 동시에 좌우로 위빙을 수행하여 입열량을 분산시켜 용략을 방지하고 용착량을 증가시킬 수 있음은 물론 캠을 이용한 힌지 구조와 달리 위빙시 좌우 멈춤이 가능하여 용접비드 형상 제어가 가능하고, 또한, 곡외판 주행시 전륜부의 자석에 의해 등판력을 향상시키고 전복을 방지할 수 있도록 한 아크용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 아크용접장치는 오목한 길이홈 구조의 용접부를 따라 전진 구동되도록 이 용접부를 사이에 두고 양측으로 배치되는 한 쌍의 전, 후륜이 마련된 캐리지; 상기 캐리지의 상방에 탑재되어 있는 와이어릴; 상기 와이어릴 인접부에 배치되는 플럭스호퍼; 상기 플럭스호퍼를 통해 공급된 와이어를 용접부로 공급하여 용접을 수행하는 토치가 구비된 피딩유니트; 상기 피딩유니트를 좌우로 위빙시키기 위한 위빙수단; 및 상기 캐리지가 용접부를 따라 안내될 수 있도록 가이드하는 가이드수단을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 아크용접장치에 있어서, 상기 캐리지는 구동모터를 통해 후륜 구동방식으로 자체 구동되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 아크용접장치에 있어서, 상기 위빙수단은 피딩유니트의 상단부가 캐리지의 지지축에 힌지 연결되고 그 하단부의 토치가 조인트를 통해 스크류로드와 연결되어 좌우로 위빙되며, 위빙 동작 중 일정 지점에서 정지가 가능하도록 볼스크류 방식으로 연결된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 아크용접장치에 있어서, 상기 조인트는 일측이 토치의 외주면을 감싸 결합 고정되는 고정부와, 이 고정부에 대해 축 회전 가능하게 연결되고 스크류로드와 나사 결합되어 이 스크류로드의 정역 회전에 따라 좌우로 이동되는 회전부로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 위빙수단은 피딩유니트의 상단부가 힌지 연결되고 그 하단부가 좌우로 위빙되며, 위빙 동작 중 일정 지점에서 정지가 가능하도록 볼스크류 방식으로 연결된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 아크용접장치에 있어서, 상기 가이드수단은 길이홈 구조의 용접부로 삽입된 상태에서 이 용접부를 따라 진행되는 가이드롤러인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 아크용접장치에 있어서, 상기 가이드롤러는 전, 후방에 배치되는 한 쌍으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 아크용접장치에 있어서, 상기 가이드롤러는 테두리가 얇고 중앙부가 두꺼운 주판알 형상으로 된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 아크용접장치에 있어서, 상기 캐리지가 곡외판 주행시 전복되는 것을 방지하기 위한 전복방지수단이 더 구비된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 아크용접장치에 있어서, 상기 전복방지수단은 전륜 인접부에 배치되는 자석인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 아크용접장치에 있어서, 상기 자석은 양측 전륜 인접부에 각각 배치된 것이 바람직하다.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크용접장치는 자체 구동에 의해 무 레일 자가 주행하며 가이드롤러를 통해 심 추적을 하여 종/횡곡이 있는 선체 곡외판의 편면용접이 가능하고, 또한, 기계적 방식을 이용하기 때문에 추가적인 제어/동력장치가 필요 없어 기구부 구성이 간단하여 현장 운용성이 향상되며, 또한, 힌지구조형의 노즐과 이를 좌우로 흔들어주는 위빙 슬라이드를 이용하여 용접과 동시에 좌우로 위빙을 수행하여 입열량을 분산시켜 용략을 방지하고 용착량을 증가시킬 수 있음은 물론 캠을 이용한 힌지 구조와 달리 위빙시 좌우 멈춤이 가능하여 용접비드 형상 제어가 가능하고, 또한, 곡외판 주행시 전륜부의 자석에 의해 등판력을 향상시키고 전복을 방지할 수 있도록 하는 등의 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크용접장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크용접장치를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크용접장치를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크용접장치를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크용접장치의 피딩유니트가 위빙되는 상태를 나타낸 개략도이다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크용접장치는 오목한 길이홈 구조의 용접부(5)를 따라 전진 구동되도록 이 용접부(5)를 사이에 두고 양측으로 배치되는 한 쌍의 전, 후륜(11,12)이 마련된 캐리지(10)와, 이 캐리지(10)의 상방에 탑재되어 있는 와이어릴(20)과, 이 와이어릴(20) 인접부에 배치되는 플럭스호퍼(30)와, 이 플럭스호퍼(30)를 통해 공급된 와이어를 용접부(5)로 공급하여 용접을 수행하는 토치(41)가 구비된 피딩유니트(40)와, 이 피딩유니트(40)를 좌우로 위빙시키기 위한 위빙수단 및 상기 캐리지(10)가 용접부(5)를 따라 안내될 수 있도록 가이드하는 가이드수단을 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 캐리지(10)는 서로 간에 양측으로 일정간격 이격되는 한 쌍의 전륜(11)과, 이 전륜(11)에 대해 후방으로 일정간격 이격되는 동시에 서로 간에 양측으로 일정간격 이격되는 후륜(12)이 마련되어 있다.

그리고, 상기 캐리지(10)는 구동모터를 통해 후륜(12) 구동방식으로 자체 구동되도록 하는 기어박스(13)가 후륜(12) 사이에 마련되어 있다.

그리고, 상기 기어박스(13)의 상면에서 전륜(11)까지 연장되고 토치(41)가 용접부(5)로 연장되도록 관통되는 관통공(14a)이 형성된 탑재판(14)이 마련되어 있다.

그리고, 상기 탑재판(14)의 전방부 저면에는 캐리지(10)가 곡외판 주행시 전복되는 것을 방지하기 위한 전복방지수단인 한 쌍의 자석(60)이 양측에 각각 배치되어 있고, 이 자석(60)에 전륜(11)이 축 연결되어 있다.

그리고, 이 전륜(11) 사이에는 상기 길이홈 구조의 용접부(5)로 삽입된 상태에서 이 용접부(5)를 따라 진행되는 가이드수단인 가이드롤러(50)가 마련되어 있다.

여기서, 상기 가이드롤러(50)는 전, 후방에 배치되는 한 쌍으로 이루어져 있고, 브이홈(v) 형상의 용접부(5)에 대응해서 상기 가이드롤러(50)는 테두리가 얇고 중앙부가 두꺼운 주판알 형상으로 되어 있다.

그리고, 상기 캐리지(10)의 탑재판(14) 후방 상면에는 와이어릴(20)이 탑재되어 있고, 이 와이어릴(20) 인접부에 플럭스호퍼(30)가 마련되며, 상기 탑재판(14)의 전방 상면에 지지되고 탑재판(14)의 관통공(14a)을 통해 하방으로 연장되어 상기 플럭스호퍼(30)를 통해 공급된 와이어를 용접부(5)로 공급하여 용접을 수행하는 토치(41)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 토치(41)를 좌우로 위빙시키기 위한 위빙수단은 피딩유니트(40)의 상단부가 캐리지(10)의 지지축(42)에 힌지 연결되고 그 하단부의 토치(41)가 조인트(43)를 통해 스크류로드(44)와 연결되어 좌우로 위빙되며, 위빙 동작 중 일정 지점에서 정지가 가능하도록 볼스크류 방식으로 연결되어 있다.

여기서, 상기 조인트(43)는 일측이 토치(41)의 외주면을 감싸 결합 고정되는 고정부(43a)와, 이 고정부(43a)에 대해 축 회전 가능하게 연결되고 스크류로드(44)와 나사 결합되어 이 스크류로드(44)의 정역 회전에 따라 좌우로 이동되는 회전부(43b)로 이루어진 이른바 유니버설 조인트 구조를 갖는다.

한편, 상기 와이어릴(20)에는 와이어를 공급 제어하고, 기어박스(13)의 구동을 제어하며, 피딩유니트(40)의 위빙을 제어하는 등 전반적인 장치의 제어를 위한 제어부(미도시)가 장착되어 있다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예인 아크용접장치는 가이드롤러(50)가 용접부(5)에 삽입된 상태로 캐리지(10)를 배치한 후 제어부를 통해 기어박스(13)를 구동시켜 캐리지(10)가 용접부(5)를 따라 전진되도록 하는 동시에 와이어릴(20)을 토치(41)로 공급하여 해당 용접부(5)에 용접을 수행할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 용접 중 비드의 형상을 조정하고자 할 경우에는 피딩유니트(40)를 해당 위치로 위빙시켜 원하는 형상의 비드를 얻을 수 있게 된다.

여기서, 상기 피딩유니트(40)의 위빙은 스크류로드(44)의 정역 회전에 따라 회전부(43b)가 고정부(43a)에 대해 축 회전되면서 좌우로 이동되는 방식으로 위빙이 이루어지게 되는 것이다.

그리고, 캐리지(10) 진행 중 곡외판 주행시에는 자석(60)에 의해 등판력이 향상되어 캐리지(10)가 전복됨이 없이 안정적인 용접을 수행할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 실시예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변형하여 이용할 수 있는 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
5 : 용접부 10 : 캐리지
11 : 전륜 12 : 후륜
13 : 기어박스 14 : 탑재판
14a : 관통공 20 : 와이어릴
30 : 플럭스호퍼 40 : 피딩유니트
41 : 토치 42 : 지지축
43 : 조인트 43a : 고정부
43b : 회전부 44 : 스크류로드
50 : 가이드롤러 60 : 자석

Claims (10)

1. 오목한 길이홈 구조의 용접부(5)를 따라 전진 구동되도록 이 용접부(5)를 사이에 두고 양측으로 배치되는 한 쌍의 전, 후륜(11,12)이 마련된 캐리지(10);
   상기 캐리지(10)의 상방에 탑재되어 있는 와이어릴(20);
   상기 와이어릴(20) 인접부에 배치되는 플럭스호퍼(30);
   상기 플럭스호퍼(30)를 통해 공급된 와이어를 용접부(5)로 공급하여 용접을 수행하는 토치(41)가 구비된 피딩유니트(40);
   상기 피딩유니트(40)를 좌우로 위빙시키기 위한 위빙수단; 및
   상기 캐리지(10)가 용접부(5)를 따라 안내될 수 있도록 가이드하는 가이드수단을 포함하고,
   상기 위빙수단은 피딩유니트(40)의 상단부가 캐리지(10)의 지지축(42)에 힌지 연결되고 그 하단부의 토치(41)가 조인트(43)를 통해 스크류로드(44)와 연결되어 좌우로 위빙되며, 위빙 동작 중 일정 지점에서 정지가 가능하도록 볼스크류 방식으로 연결된 것을 특징으로 하는 아크용접장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 캐리지(10)는 구동모터를 통해 후륜(12) 구동방식으로 자체 구동되는 것을 특징으로 하는 아크용접장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 조인트(43)는 일측이 토치(41)의 외주면을 감싸 결합 고정되는 고정부(43a)와, 이 고정부(43a)에 대해 축 회전 가능하게 연결되고 스크류로드(44)와 나사 결합되어 이 스크류로드(44)의 정역 회전에 따라 좌우로 이동되는 회전부(43b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 아크용접장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 가이드수단은 길이홈 구조의 용접부(5)로 삽입된 상태에서 이 용접부(5)를 따라 진행되는 가이드롤러(50)인 것을 특징으로 하는 아크용접장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가이드롤러(50)는 전, 후방에 배치되는 한 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 아크용접장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 가이드롤러(50)는 테두리가 얇고 중앙부가 두꺼운 주판알 형상으로 된 것을 특징으로 하는 아크용접장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 캐리지(10)가 곡외판 주행시 전복되는 것을 방지하기 위한 전복방지수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 아크용접장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 전복방지수단은 전륜(11) 인접부에 배치되는 자석(60)인 것을 특징으로 하는 아크용접장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 자석(60)은 양측 전륜(11) 인접부에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 아크용접장치.
    
    
    
    
    

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