KR101143537B1

KR101143537B1 - 튜브 핀 결합체의 용접 장치

Info

Publication number: KR101143537B1
Application number: KR1020120034425A
Authority: KR
Inventors: 이갑철
Original assignee: 엠피에스 주식회사
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2012-05-14

Abstract

본 발명의 튜브와 핀을 교대로 연결하여 용접하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치는, 선단에서 용접되지 않은 판넬(200)을 떠받치는 선단 피딩 롤러; 상기 선단 피딩 롤러의 후단에 위치하되, 핸들 또는 모터의 구동력에 의해 좌우 이동되어 측면 가이드 롤러(20)에 의해 판넬(200)을 좌우 측면에서 가압 밀착시키는 측면 가이드 롤러부; 핀 가이드 롤러(fin guide roller, 32)에 의해 판넬의 핀(fin)만을 하부에서 떠받치는 핀 가이드 롤러부; 판넬의 진행방향에 대해 설치되어 판넬의 끝단을 정렬시키되, 하부의 실린더의 구동에 의해서 상하 이동되는 끝단 정렬 스토퍼; 모터(52)의 구동력의 의해 골(groove)이 물결모양으로 형성된 상 하부 드라이빙 롤러(61, 51)를 구동시켜 판넬(200)을 피딩시키며, 상부 드라이빙 롤러는 실린더에 의해 상하 이동되어 판넬을 가압하는 다수개의 드라이빙 롤러부; 쌍을 이루는 다수개의 토치에 의해 튜브와 튜브 사이의 핀의 양쪽에 대해서 각각 용접이 이루어져, 튜브와 핀을 용접 결합시키는 다중 토치 용접부(70); 용접시에 필요한 전기적 어스를 위한 어스 유닛; 및 용접 장치를 전체적으로 제어하는 제어부(PLC 판넬);를 포함한다.

Description

튜브 핀 결합체의 용접 장치{Welding machine of tube and fin}

본 발명은 튜브와 핀을 연결하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보일러 내에 열교환기용으로 튜브(tube, 파이프)와 튜브(tube, 파이프) 사이에 핀(fin, 평철)이 용접결합된 튜브 핀 결합체가 사용되는 데, 본 발명은 이러한 튜브-핀 결합체의 용접 장치에 관한 것이다.

도 1은 보일러 내의 열교환기용 튜브-핀 결합체의 단면도 및 평철의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 보일러 내의 열교환기용 튜브 핀 결합체('판넬'이라고도 함)는 튜브(파이프)와 튜브(파이프) 사이에 평철(fin)이 용접결합에 의해서 결합된 형상이다.

도 1 (a)에서는 4개의 튜브에 3개의 평철이 결합된 판넬에 대해서 도시하고 있으나, 튜브와 평철이 추가되어 확장될 수 있음은 물론이다. 즉, 8개의 튜브와 7개의 평철의 결합, 10개의 튜브와 9개의 평철(fin)이 결합 등등 다양하게 확장가능함은 물론이다.

종래에는 테이블 위에 파이프와 평철을 올려 놓고 양쪽에서 클램프로 고정시킨 후 직선운동을 하는 용접기를 이용하여 파이프와 평철을 용접하고, 연속해서 평철, 파이프를 연장하여 평철과 파이프를 교대로 용접 결합된 도 1의 (a)와 같은 튜브 핀 결합체(판넬)을 제조하고 있다.

그러나, 이러한 방식은 수작업에 의해서 노동력이 많이 필요하며, 작업시간이 길고, 용접의 성능 또한 일정하지 않다는 등 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 튜브와 핀의 용접을 자동으로 실시하여 튜브 핀 결합체(판넬)을 제조하는 자동 튜브 핀 결합체 용접 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명의 튜브와 핀을 교대로 연결하여 용접하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치는, 선단에서 용접되지 않은 판넬(200)을 떠받치는 선단 피딩 롤러; 상기 선단 피딩 롤러의 후단에 위치하되, 핸들 또는 모터의 구동력에 의해 좌우 이동되어 측면 가이드 롤러(20)에 의해 판넬(200)을 좌우 측면에서 가압 밀착시키는 측면 가이드 롤러부; 핀 가이드 롤러(fin guide roller, 32)에 의해 판넬의 핀(fin)만을 하부에서 떠받치는 핀 가이드 롤러부; 판넬의 진행방향에 대해 설치되어 판넬의 끝단을 정렬시키되, 하부의 실린더의 구동에 의해서 상하 이동되는 끝단 정렬 스토퍼; 모터(52)의 구동력의 의해 골(groove)이 물결모양으로 형성된 상 하부 드라이빙 롤러(61, 51)를 구동시켜 판넬(200)을 피딩시키며, 상부 드라이빙 롤러는 실린더에 의해 상하 이동되어 판넬을 가압하는 다수개의 드라이빙 롤러부; 쌍을 이루는 다수개의 토치에 의해 튜브와 튜브 사이의 핀의 양쪽에 대해서 각각 용접이 이루어져, 튜브와 핀을 용접 결합시키는 다중 토치 용접부(70); 용접시에 필요한 전기적 어스를 위한 어스 유닛; 및 용접 장치를 전체적으로 제어하는 제어부(PLC 판넬);를 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상부 데크의 상부에 형성되되, 용접 토치 선단에 플럭스를 살포하고, 용접 토치 후단에 플럭스와 용접 슬러그를 회수하는 플럭스(flux) 자동 살포 및 회수 장치(300)를 추가로 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 측면 가이드 롤러부는, 이동 블럭(22), 상기 이동 블럭 상부에 형성되어 판넬을 측면에서 가압하는 측면 가이드 롤러(20), 상기 이동블럭(22)를 가이드하면서 이동시키는 리드 스크류(26), 상기 이동블럭(22)를 가이드하는 가이드봉(27), 상기 리드 스크류(26)를 회전시키는 핸들(24) 또는 모터,를 포함하여 이루어진다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 다수개의 드라이빙 롤러부에서, 모터(52)의 구동력은 체인 커플링(54)에 의해 직렬로 연결된 다수개의 감속기(53)에 각각 전달되며, 각 감속기(53)는 각각의 상하 드라이빙 롤러(51, 61)를 회전 구동시킨다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 하부 드라이빙 롤러(51)는 감속기에 연결된 체인 커플링(54), 샤프트(57)에 의해 구동되며, 상기 상부 드라이빙 롤러(61)는 감속기에 연결된 스퍼 기어(56), 유니버셜 조인트(67)에 의해 구동된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 하부 드라이빙 롤러(51)은 하부 지지대에 고정된 상태에서 회전하며, 상기 상부 드라이빙 롤러(61)는 상부 데크에 고정된 상부 이동 실린더(63)의 구동력에 의해 가이드 판을 따라 LM 가이드(65)에 의해 상하 이동되어 판넬을 가압함과 동시에 회전한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 상부 드라이빙 롤러의 상부판(64)에는 판넬을 감지하는 센서(62)가 부착되어, 판넬이 진행해 나감에 따라, 상기 센서에 의해 판넬을 감지하여, 다수개의 상부 드라이빙 롤러가 순차적으로 하강 또는 상승한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 다중 토치 용접부(70)은 다수개의 토치가 쌍을 이루어 구성되되, 각각의 토치(71)는 부착판(75)에 각각 고정되며, 각각의 부착판(75)은 xy축 피딩 유닛(74)에 형성된 x축 이송 모터(72)와 y축 이송모터(73)에 의해 각각 개별적으로 이동되며, 상기 xy축 피딩 유닛(74)는 상하 구동 실린더(77)에 의해 상하이동된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 어스 유닛(90)은 드라이빙 롤러부(50)의 샤프트(57)를 감싸고, 케이블을 통해 용접기에 전기적으로 연결된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 튜브 핀 결합체 용접 장치는 자동으로 튜브와 핀에 대한 용접이 이루어짐으로 노동력을 절감할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 완성품인 튜브 핀 결합체에 대한 우수한 품질도 보장할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 용접 장치는 SAW 용접기 이외에도 플라즈마 웰딩기가 적용될 수 있으며, 튜브와 핀을 측면으로 확장하여 용접을 실시할 수 있으며, 2대를 직렬로 설치하여 상하부면에 대해서 각각 용접을 실시할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 보일러 내의 열교환기용 튜브-핀 결합체의 단면도 및 핀의 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 전체 측면 개략도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 전체 평면 개략도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 정면 개략도로서, 특히 상하부 드라이빙 롤러의 구동을 설명하기 위해 도시함.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 측면 가이드 롤러부의 구동을 설명하기 위한 정면 개략도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 끝단 정렬 스토퍼의 구동을 설명하기 위한 사시 개략도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 다중 토치 용접부의 동작을 설명하기 위한 정면 및 측면 개략도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 다중 토치 용접부의 동작을 설명하기 위한 평면 개략도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 용접 토치의 상하좌우 이동을 설명하기 위한 개략도.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 6토치를 이용하여 튜브와 핀을 용접하는 방식을 설명하기 위한 개념도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른, 튜브와 핀을 교대로 연결하여 용접하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 전체 측면 개략도이며, 도 3은 전체 평면 개략도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 튜브 핀 결합체의 용접 장치는 선단 피딩 롤러(10, 12), 측면 가이드 롤러부(20), 핀 가이드 롤러부(30), 끝단 정렬 스토퍼(40), 드라이빙 롤러부(50), 다중 토치 용접부(70), 어스 유닛(90), 제어부를 포함하여 이루어진다.

선단 피딩 롤러(10, 12)는 선단에서 용접되지 않은 판넬(200)을 떠받치면서 피딩하는 부분이며, 측면 가이드 롤러부(20)는 핸들 또는 모터의 구동력에 의해 좌우 이동되어 측면 가이드 롤러(20)에 의해 판넬(200)을 좌우 측면에서 가압 밀착시키는 부분이며, 핀 가이드 롤러부(30)는 판넬의 핀(fin)만을 하부에서 떠받치면서 피딩하는 부분이며, 끝단 정렬 스토퍼(40)는 용접되지 않은 판넬의 끝단을 정렬시키는 부분이며, 다수개의 드라이빙 롤러부(50)는 상 하부 드라이빙 롤러(61, 51)를 구동시켜 판넬(200)을 피딩과 함께 가압시키는 부분이며, 다중 토치 용접부(70)는 쌍을 이루는 토치에 의해 용접이 실시되는 부분이다.

다음으로, 각 부분에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 선단 피딩 롤러(10, 12)는 용접장치의 선단에 위치하는 용접되지 않은 튜브 핀(200)을 떠받치는 롤러로서, 구동력은 없는 아이들 롤러(idle roller)가 사용된다. 용접되지 않은 튜브 핀(200)은 선단 피딩 롤러(10, 12) 상에 올려진 상태로 용접장치내로 들어온다.

다음으로, 측면 가이드 롤러부는 측면 가이드 롤러(20)에 의해 판넬(200, 튜브 핀)을 좌우 측면에서 가압 밀착시키는 부분이다. 본 발명에서는 측면 가이드 롤러부는 2부분이 형성되는 데, 선단의 측면 가이드 롤러부는 핸들에 의한 수동으로 좌우 이동되며, 후단의 측면 가이드 롤러부는 모터의 구동력에 의해 자동으로 좌우 이동된다. 모터에 의해 구동되는 후단의 측면 가이드 롤러부도 미세 좌우 이동 조정은 핸들에 의한 수동으로도 조정 가능하다.

측면 가이드 롤러부는 측면 가이드 롤러(20), 이동 블럭(22), 리드 스크류(26), 가이드봉(27), 핸들(24) 또는 모터로 이루어진다. 즉, 이동 블럭(22), 이동블럭 상부에 형성되어 판넬을 측면에서 가압하는 측면 가이드 롤러(20), 이동블럭(22)를 가이드하면서 이동시키는 리드 스크류(26), 이동블럭(22)를 가이드하는 가이드봉(27), 리드 스크류를 회전시키는 핸들(24) 또는 모터를 포함하여 이루어진다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 측면 가이드 롤러부의 구동을 설명하기 위한 정면 개략도이다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 측면 가이드 롤러(20)는 이동 블럭(22)의 상부에 위치하는 데, 이동 블럭(22)은 리드 스크류(LM 나사, 26)의 회전에 의해서 좌우 이동된다. 즉, 측면의 핸들(수동의 경우)이나 모터의 구동력(자동의 경우)에 의해서 리드 스크류(26)가 회전하면서 이동 블럭을 좌우 이동시키며, 이에 따라 측면 가이드 롤러(20)가 판넬(200, 튜브 핀)의 양쪽에서 가압 밀착시키게 된다. 즉, 측면 가이드 롤러(20)는 입력된 값으로 측면을 가압하여 판넬(200)의 폭을 맞춰주는 역할을 수행한다. 리드 스크류(26)의 측면에는 가이드 봉(27)이 각각 형성되는 데, 가이드 봉(27)은 구동력을 전달하는 부분이 아니며 이동블럭을 단순히 가이드 하는 역할을 한다.

다음으로, 핀 가이드 롤러부(30, 평철 가이드 롤러부)는 중앙에 위치하는 핀 가이드 롤러(fin guide roller, 32)에 의해 판넬의 핀(평철)만을 하부에서 떠받치는 부분이다. 튜브와 튜브 사이에 핀(fin, 평철)이 위치함으로 핀의 위치는 튜브와 튜브 사이의 중심 부분에 위치하여야 함으로(도 1 참조), 핀의 하부는 튜브의 하부보다 높아야 한다. 이를 위해 핀 가이드 롤러(32)를 부착하여 핀만을 떠받치게 된다. 핀 가이드 롤러(32)는 구동력은 없는 원판형의 아이들 롤러가 사용된다.

다음으로, 끝단 정렬 스토퍼(40)는 하부의 실린더(42)의 구동에 의해서 상하 이동되며, 용접되지 않은 판넬(200, 튜브 핀)의 끝단을 정렬하기 위해서 설치된다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 끝단 정렬 스토퍼(40)의 구동을 설명하기 위한 사시 개략도로서, 도 6의 (a)는 끝단 정렬 스토퍼(40)가 내려간 모습을, 도 6의 (b)는 끝단 정렬 스토퍼(40)가 올려간 모습을 도시한다.

도 6의 (b)와 같이 끝단 정렬 스토퍼(40)가 올려간 상태에서 튜브 핀(판넬)(200)의 끝단이 정렬되면, 도 6의 (a)와 같이 끝단 정렬 스토퍼(40)가 내려가면서 튜브 핀(판넬)은 용접 파트 쪽으로 전진해 나가게 된다.

끝단 정렬 스토퍼(40)는 1차 드라이빙 롤러부 및 1차 측면 가이드 롤러의 후단에 설치되는 데, 즉, 판넬은 1차 드라이빙 롤러부에서 튜브와 핀의 높이 및 폭에 대한 정렬이 이루어진 상태에서 끝단의 정렬이 이루어지도록 한다. 이는 튜브와 핀의 높이와 폭에 대한 정렬이 최적을 유지하면서 후단의 용접 위치로 판넬이 이동되도록 하기 위해서이다.

다음으로, 드라이빙 롤러부(50)은 모터(52)의 구동력의 의해 골(groove)이 물결모양으로 형성된 상 하부 드라이빙 롤러(61, 51)에 의해서 판넬(200)을 피딩시키는 부분이다.

도시된 바에 따르면, 드라이빙 롤러부(50)는 4개로 구성되는 데(즉, 1차, 2차, 3차, 4차 드라빙 롤러부), 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 개수는 당업자가 선택할 수 있을 것이다. 바람직하게는 도시된 바와 같이 4개의 드라이빙 롤러부가 사용될 것이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 드라이빙 롤러부(50)를 보다 상세히 설명하기로 한다.

서보 모터(52)는 커플링에 의해 직렬로 연결된 4개의 감속기(53)에 동력을 전달하여 회전시키게 된다. 각 감속기(53)는 상하부의 드라이빙 롤러(51, 61)를 구동시키는 데, 이에 따라 하나의 서보 모터(52)로서 상하부에 존재하는 총 8개의 드라이빙 롤러를 구동시키게 된다.

각 감속기(53)에서 상하부의 드라이빙 롤러(51, 61)에 구동력을 전달하는 과정을 설명한다.

하부측은 기어(56), 사프트(57)에 의해 하부 드라이빙 롤러(51)를 구동시킨다. 하부 드라이빙 롤러(51)는 표면에 골이 형성된 groove 롤러로서 판넬을 가이드 및 이동시키는 역할을 하며, 상부 드라이빙 롤러(61)와 달리 고정된 상태에서 회전운동하게 된다. 하부 드라이빙 롤러(51)의 좌우에는 베어링 블럭(58)이 형성된다.

상부측은 기어(56)에 의해 감속기(53)의 구동력을 전달받아, 유니버셜 조인유닛(67)에 전달한다. 유니버셜 조인트 유닛(67)의 구동력은 상부 드라이빙 롤러를 회전시키게 된다. 상부 드라이빙 롤러의 좌우측에는 하부 드라이빙 롤러와 동일하게 베어링 블럭(68)이 형성된다. 연결 사각 파이프(69)는 4개의 상부측을 서로 연결하는 부분이다.

유니버셜 조인트 유닛(67)은 일측은 고정되어 있으나 타측은 상하 이동된다. 즉, 상부 드라이빙 롤러(61)가 상하 이동되더라도 유니버셜 조인트 유닛은 상부 드라이빙 롤러에 회전 구동력을 전달할 수 있는 것이다. 상부 드라이빙 롤러(61)는 상부판(64)에 부착되는 데, 상부판(64)은 상부의 상하 이동 실린더(63)에 의해 상하 운동되며, 이를 위해 상하 운동이 가능한 유니버셜 조인트 유닛(67)을 이용하여 상부 드라이빙 롤러(61)에 회전 구동력을 전달하게 된다. 상하 이동 실린더는 바람직하게는 에어 실린더이다.

한편, 상하 이동 실린더(63)에 의한 상부 드라이빙 롤러(61)의 상하 이동을 설명하면, 상하 이동 실린더(63)의 상단은 상부 데크(100)에 고정되며, 상부 드라이빙 롤러(61)가 부착된 상부판(64)은 상하 이동 실린더(63)의 구동력에 의해 LM 가이드(65)를 의해 가이드판을 따라 상하 이동하게 된다. 상부 드라이빙 롤러(63)가 하강함에 따라 판넬에 대한 가압이 이루어지게 된다.

상하부 드라이빙 롤러(51, 61)의 표면은 물결 모양(groove)으로 형성되어, 골 부분에 튜브(파이프)가 위치하며, 산 부분에 핀(평철)이 위치하게 된다. 상하부 드라이빙 롤러(51, 61)는 판넬의 사양(피치, 튜브의 외경)에 따라 수동으로 교체 가능하다.

상부 드라이빙 롤러의 상부판에는 판넬의 유무를 감지하는 센서(62)가 고정형성된다. 센서는 포토센서, 및/또는 동작감지센서이 사용된다. 판넬이 롤러에 의해 진행해 나감에 따라, 센서에 의해 판넬을 감지하고, 이에 따라 회전중인 다수개의 상부 드라이빙 롤러(61)가 순차적으로 하강하여 판넬을 가압함과 동시에 판넬을 피딩시키게 된다.

다음으로, 다중 토치 용접부(70)는 쌍을 이루는 다수개의 토치에 의해 튜브와 핀에 대해 용접 결합이 실질적으로 이루어지는 부분이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 다중 토치 용접부의 동작을 설명하기 위한 정면 개략도(a) 및 측면 개략도(b)이며, 도 8은 다중 토치 용접부의 동작을 설명하기 위한 평면 개략도이다. 실질적으로 본 발명의 다중 토치 용접유닛은 좌우 쌍을 이루어 형성되나, 이해를 돕기 위해서 도 7에서는 중심선을 기준으로 한쪽 부분의 용접 와이어 피딩 장치(76), Y축 이송 모터(73), 실린더 구동 부분 등에 대해서는 생략하여 도시하였다.

본 발명의 다중 토치 용접부(70)은 다수개의 토치(71)가 서로 쌍으로 대칭되어 튜브와 튜브 사이의 핀의 양쪽에 대해서 각각 용접이 이루어지며, 각각의 토치(71)는 각각의 부착판(75)에 고정되며, 상기 각각의 부착판(75)은 xy축 피딩 유닛(74)에 형성된 x축 이송 모터(72)와 y축 이송모터(73)에 의해 각각 개별적으로 이동된다.

본 발명에서는 6개 토치가 사용되는 예를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 또한, 필요에 따라 6개 토치 중 2개, 또는 4개의 토치만이 사용될수도 있다.

이하에서는 도시된 6 토치에 대해서 기본적으로 설명한다. 6개의 토치(71)는 각각 3개씩 좌우 대칭으로 존재하며, 6개의 각각의 토치는 각각의 부착판에 고정되며, 좌우 대칭의 xy축 피딩 유닛(74)에 고정되며, 각각의 x축 이송 모터(72)와 y축 이송모터(73)에 의해 각각 개별적으로 이동된다. 즉, 6개의 토치의 이동을 위해, 좌우의 쌍을 이루는 2개의 xy축 피딩 유닛(74)이 필요하며, 각 xy축 피딩 유닛(74)에는 3개의 x축 이송 모터(72)와 3개의 y축 이송모터(73)이 필요함으로, 총 6개의 x축 이송 모터(72)와 6개의 y축 이송모터(73)가 필요한 것이다.

각 xy축 피딩 유닛(74)은 상하 구동 실린더(77)에 의해 상하이동됨으로, 판넬이 용접 위치에 공급되어 용접이 필요한 경우에는 상하 구동 실린더(77)에 의해 토치가 부착된 xy축 피딩 유닛(74)이 하강하여 용접 작업이 이루어지며, 용접이 끝단 후 판넬이 후단으로 빠져 나가는 경우에는 상하 구동 실린더(77)에 의해 xy축 피딩 유닛(74)이 상승하게 된다.

도 8을 참조하면, 중심을 기준으로 한쪽에 3개씩의 토치가 형성되며, 각 3개의 토치는 부착판(75a, 75b, 75c)에 각각 부착되되, 부착판이 서로 부딪히지 않도록 서로 순차적으로 형성됨으로, 각각의 토치(71)는 각각의 x축 이송 모터(72)와 y축 이송모터(73)에 의해 각각 개별적으로 움직이게 되는 것이다.

용접 와이어는 상부측에 존재하는 용접 와이어 릴(wire reel, 도 2 참조)에서 공급되되, 용접 와이어 피딩 장치(76)에 의해 각 토치의 용접 부분에 용접 와이어 공급 케이블(78) 내부를 따라 공급되게 된다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 튜브 핀 결합체의 용접 장치의 용접 토치의 상하좌우 이동을 설명하기 위한 개략도이다. 도 9를 참조하면, 각 개별적으로 토치가 X,Y 축으로 이동(상하 좌우 이동) 가능함을 나타낸다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 6토치를 이용하여 튜브와 핀을 용접하는 방식을 설명하기 위한 개략도이다.

도 10을 참조하면, 기본적으로 본 발명의 6토치는 도 10의 (a)와 같이 4개의 튜브와 그 사이의 3개의 핀을 용접하게 된다. 즉, 튜브와 튜브 사이에 핀이 결합되는 데, 핀의 양쪽에 대해서 용접이 이루어짐으로, 양쪽으로 각각 용접 토치가 필요하다. 따라서, 6토치를 이용하여 4개의 튜브와 3개의 핀이 용접되는 도 10의 (a)와 같이 용접이 이루어지게 된다.

도 10의 (b)는 (a)와 같이 용접 완료된 튜브 핀 결합체(판넬, panel)을 양쪽에 두고 이를 서로 연결 용접하여 총 10개의 튜브를 연결하는 모습을 도시한다. 이와 같이 연결하는 방식으로 본 발명에서는 판넬(panel)의 폭을 최대 1,500mm까지 연장할 수 있다.

도 10의 (c)에서는 6토치 중 4개의 토치만을 이용하여 (a)와 같이 용접 완료된 튜브 핀 결합체(판넬, panel)을 양쪽에 두고 이를 서로 연결 용접하여 총 8개의 튜브를 연결하는 모습을 도시한다.

본 발명에서, 각각의 토치는 개별적으로 X축 이송모터와 Y축 이송모터가 부착되어, 각각의 토치는 개별적으로 동작함으로 도 10의 (c)와 같이 필요에 따라 4개의 토치만을 사용하거나 2개의 토치만을 사용할 수 있어 다양한 패턴으로 토치를 사용할 수 있다는 장점이 있다.

다음으로, 플럭스(flux) 자동 살포 및 회수 장치(300)는 상부 데크의 상부에 형성되되(도 2 참조) SAW(submerged arc welding) 용제를 내부를 포함하며, 용접 토치 선단(앞쪽)에서 플럭스를 살포한 후, 용접 토치 후단(뒤쪽)에서 플럭스 회수 및 용접 슬러그(slug)가 회수된다. 회수된 플럭스는 재공급된다.

도면에서는 SAW(submerged arc welding) 방식을 도시하고 있으나, 본 발명의 용접 장치에 SAW(submerged arc welding) 용접기 대신에 플라즈마 웰딩기가 설치하여 적용될 수도 있음은 물론이다.

다음으로, 어스 유닛(90)은 용접시에 필요한 전기적 어스를 위한 장치로서, 드라이빙 롤러부(50)의 샤프트(57)를 감싸고, 케이블(도시되지 않음)을 통해 용접기에 전기적으로 연결되게 된다. 어스 유닛(90)은 드라이빙 롤러부(50)의 샤프트(57), 하부 드라이빙 롤러(51), 판넬(200)에 순차적으로 전기적으로 접촉되어 있음으로 용접되는 판넬 부분에 전기적으로 연결되게 된다.

도면에서는 용접기에 대해서 도시되지 않았으나, 용접시에 용접기는 반드시 필요한 요소이며, 각각의 토치는 용접기에 연결되어 있음은 물론이다.

다음으로, 후단 피딩 롤러(94)는 용접이 이루어진 판넬(200)을 배출하기 위해 떠받치는 롤러로서, 구동력은 없는 아이들 롤러(idle roller)가 사용된다.

용접된 판넬(200)은 후단 피딩 롤러(94) 상에 올려진 상태로 다음 단계로 넘어가게 된다.

다음으로, 측면 피딩 롤러(92)는 도 10과 관련하여 설명드린 바와 같이 튜브 및 핀이 측면으로 연장 확장되어 용접 결합되는 경우에 측면에서 판넬을 떠받치는 롤러로서, 구동력은 없는 아이들 롤러(idle roller)가 사용된다.

본 발명의 튜브 핀 용접 장치는 자동으로 용접 및 피딩 작업이 이루어짐으로, 각종 실린더, 모터 등 각종 기계장치의 구동, 전기의 공급, 플럭스의 공급/회수 등의 각종 동작은 제어부(PLC 판넬, 도시되지 않음)의 제어 신호에 의해 이루어진다. 즉, 제어부는 본 발명의 용접 장치를 전체적으로 제어하는 부분이다.

상기의 설명에서, 판넬은 튜브 핀 또는 튜브 핀 결합체 등의 용어로 혼용되어 사용되었으나, 튜브와 핀이 용접되지 않은 상태에서는 튜브와 핀이 분리되어 있으나 용접에 의해서 결합되게 된다. 따라서, 상기의 용어는 동일한 의미로 이해 될 것이다.

이하에서는, 본 발명의 튜브 핀 결합체(판넬) 용접 장치의 동작순서에 대해서 설명하기로 한다.

먼저, 용접될 판넬(튜브, 핀)(200)이 투입된다. 선공정 라인에서 튜브와 핀이 교차적으로 정렬된 상태에서 투입된다.

포토센서 또는 동작감지센서(62)에 의해서 판넬을 감지하게 되면, 제어부의 제어신호에 의해 서보 모터(52)가 회전하게 되고, 이에 따라 샤프트, 감속기, 기어, 유니버셜 조인트 등으로 회전력이 전달되어 상하 드라이빙 롤러(51, 61)이 동시에 회전하게 된다.

다음으로, 제어부(PLC)의 제어신호에 의해 파이프 끝단을 정렬하는 끝단 정렬 스토퍼(pipe end stopper, 40)가 상승하게 되고, 선단 피딩 롤러(10, 12)를 거쳐 이송되는 판넬을 1차 측면 가이드 롤러로 측면을 가압 밀착하여 정렬시키게 된다.

핀 가이드 롤러부(30)를 거친 후 1차 드라이빙 롤러부(50)를 거쳐 끝단 정렬 스토퍼(40)에서 판넬의 끝단이 정렬된다.

판넬의 끝단 정렬이 이루어지면, 끝단 정렬 스토퍼(40)는 하강하고, 1차 상부 드라이빙 롤러가 실린더의 구동으로 하강한다. 상하부 드라이빙 롤러가 회전 중임으로 판넬을 2차 드라이빙 롤러부 쪽으로 이송시키게 된다.

2차 드라이빙 롤러부에 부착된 센서에 의해 판넬을 감지하면, 순차적으로 2차 드라이빙 롤러부가 하강하게 된다.

자동으로 동작하는 2차 측면 가이드 롤러의 작동으로 판넬의 측면을 재차 가압 밀착시키게 된다.

다중 토치 용접부에서 용접토치에 의한 용접이 이루어지며, 판넬이 진행해 나감에 따라 용접이 이루어지게 된다. 용접 시작 전에 상부 데크에 설치된 플럭스 자동 살포 및 회수 장치에 의해 용접 플럭스가 살포되고, 용접 후단에서는 플럭스 및 슬러그가 회수된다.

3차 4차 드라이빙 롤러부 또한 센서에 의해 판넬이 감지되어 순차적으로 하강하게 된다.

용접이 끝난 판넬이 빠져나갔다는 신호가 잡히면(센서에 의해), 상부 드라이빙 롤러가 순차적으로 상승하게 된다.

마지막으로 판넬의 일측면에 대한 용접 끝나면, 판넬을 유압기계(turn over 디바이스)에 의해 뒤집어 준 후, 동일한 방식의 제2차 용접 장치로 유입되어 반대면의 용접이 이루어진다. 즉, 본 발명의 6 토치 용접 장치는 2대가 쌍으로 이루어 직렬로 연결되어 판넬의 상하부면에 대한 용접이 각각 이루어지게 된다.

이후의 동작은 상기의 순서를 반복하여 진행하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 상부 데크 102: 하부 지지대
10: 1차 피딩 롤러 12: 2차 피딩 롤러
20: 측면 가이드 롤러 22: 이동 블럭
24: 핸들 26: 리드 스크류
27: 가이드 봉
30: 핀 가이드 롤러부 32: 핀 가이드 롤러
40: 끝단 정렬 스토퍼 42: 실린더
50: 드라이빙 롤러부
51: 하부 드라이빙 롤러 52: (서보) 모터
53: 감속기 54: 체인 커플링
55: 베어링 56: (스퍼) 기어(sper gear)
57: 샤프트 58: 베어링 블럭
61: 상부 드라이빙 롤러 62: 센서
63: 상하 이동 실린더 64: 상부판
65: LM 가이드
67: 유니버셜 조인트 유닛 68: 베어링 블럭
69: 연결 사각 파이프
70: 다중 토치 용접부 71: 토치
72: X축 이송 모터 73: Y축 이송 모터
74: xy축 피딩 유닛 75, 75a 75b, 75c: 부착판
76: 용접 와이어 피딩 장치 77: 상하 구동 실린더
78: 용접 와이어 공급 케이블
90: 어스 유닛
92: 측면 피딩 롤러 94: 후단 피딩 롤러
200: 튜브 핀(tube & fin)(판넬)
201: 튜브 202: 핀
300: 플럭스(flux) 자동 살포 및 회수 장치

Claims

튜브와 핀을 교대로 연결하여 용접하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치에 있어서,
선단에서 용접되지 않은 판넬(200)을 떠받치는 선단 피딩 롤러;
상기 선단 피딩 롤러의 후단에 위치하되, 핸들 또는 모터의 구동력에 의해 좌우 이동되어 측면 가이드 롤러(20)에 의해 판넬(200)을 좌우 측면에서 가압 밀착시키는 측면 가이드 롤러부;
핀 가이드 롤러(fin guide roller, 32)에 의해 판넬의 핀(fin)만을 하부에서 떠받치는 핀 가이드 롤러부(30);
판넬의 진행방향에 대해 설치되어 판넬의 끝단을 정렬시키되, 하부의 실린더의 구동에 의해서 상하 이동되는 끝단 정렬 스토퍼(40);
모터(52)의 구동력의 의해 골(groove)이 물결모양으로 형성된 상 하부 드라이빙 롤러(61, 51)를 구동시켜 판넬(200)을 피딩시키며, 상부 드라이빙 롤러는 실린더에 의해 상하 이동되어 판넬을 가압하는 다수개의 드라이빙 롤러부(50)
쌍을 이루는 다수개의 토치에 의해 튜브와 튜브 사이의 핀의 양쪽에 대해서 각각 용접이 이루어져, 튜브와 핀을 용접 결합시키는 다중 토치 용접부(70);
용접시에 필요한 전기적 어스를 위한 어스 유닛(90); 및
용접 장치를 전체적으로 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치.
제 1항에 있어서,
상부 데크의 상부에 형성되되, 용접 토치 선단에 플럭스를 살포하고, 용접 토치 후단에 플럭스와 용접 슬러그를 회수하는 플럭스(flux) 자동 살포 및 회수 장치(300)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치.
제 1항에 있어서,
상기 측면 가이드 롤러부는
이동 블럭(22),
상기 이동 블럭 상부에 형성되어 판넬을 측면에서 가압하는 측면 가이드 롤러(20),
상기 이동블럭(22)를 가이드하면서 이동시키는 리드 스크류(26),
상기 이동블럭(22)를 가이드하는 가이드봉(27),
상기 리드 스크류(26)를 회전시키는 핸들(24) 또는 모터,를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치.
제 1항에 있어서,
상기 다수개의 드라이빙 롤러부에서, 모터(52)의 구동력은 체인 커플링(54)에 의해 직렬로 연결된 다수개의 감속기(53)에 각각 전달되며,
각 감속기(53)는 각각의 상하 드라이빙 롤러(51, 61)를 회전 구동시키는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치.
제 4항에 있어서,
상기 하부 드라이빙 롤러(51)는 감속기에 연결된 체인 커플링(54), 샤프트(57)에 의해 구동되며,
상기 상부 드라이빙 롤러(61)는 감속기에 연결된 스퍼 기어(56), 유니버셜 조인트(67)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,
상기 하부 드라이빙 롤러(51)은 하부 지지대에 고정된 상태에서 회전하며,
상기 상부 드라이빙 롤러(61)는 상부 데크에 고정된 상부 이동 실린더(63)의 구동력에 의해 가이드 판을 따라 LM 가이드(65)에 의해 상하 이동되어 판넬을 가압함과 동시에 회전하는 것을 특징으로 튜브 핀 결합체의 용접 장치.
제 6항에 있어서,
상기 상부 드라이빙 롤러의 상부판(64)에는 판넬을 감지하는 센서(62)가 부착되어, 판넬이 진행해 나감에 따라, 상기 센서에 의해 판넬을 감지하여, 다수개의 상부 드라이빙 롤러가 순차적으로 하강 또는 상승하는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치.
제 1항에 있어서,
상기 다중 토치 용접부(70)은 다수개의 토치가 쌍을 이루어 구성되되,
각각의 토치(71)는 부착판(75)에 각각 고정되며, 각각의 부착판(75)은 xy축 피딩 유닛(74)에 형성된 x축 이송 모터(72)와 y축 이송모터(73)에 의해 각각 개별적으로 이동되며,
상기 xy축 피딩 유닛(74)는 상하 구동 실린더(77)에 의해 상하이동되는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치.
제 1항에 있어서,
상기 어스 유닛(90)은 드라이빙 롤러부(50)의 샤프트(57)를 감싸고, 케이블을 통해 용접기에 전기적으로 연결되게 되는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치.