KR101173009B1 - 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직관 형상의 파이프의 내면을 자동으로 육성용접하기 위한 것으로서 용접작업이 안정적으로 수행될 뿐 아니라 용접 과정 동안에도 토치의 승강 작동및 위빙 동작이 효율적으로 수행될 수 있고 파이프의 전진 및 회전 이동이 용접작업의 정도에 따라 적절하게 구현될 수 있도록 설계된 파이프 내면 자동 육성용접장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 직선 파이프 내면의 육성용접을 수행하기 위한 자동 육성용접장치에 있어서, 바닥면에 설치되는 레일(101); 상기 레일 상에서 회전하는 바퀴(152)가 장착되어 전후로 이동하는 이송대차(151); 상기 이송대차의 상부에 고정 결합하는 것으로서 스크류축(163)의 회전에 의하여 간격이 벌어지거나 좁아지도록 장착되는 한 쌍의 터닝 롤러(166)로 이루어지는 다수 개의 모재 터닝 유닛(160); 상기 레일의 양측 선단부에 마주하도록 한 쌍으로 마련되는 것으로서 상기 파이프의 내경을 종축 방향으로 관통하여 연장되는 한 쌍의 가이드 와이어(102)의 양단을 지지하는 와이어 지지 유닛(110); 상기 와이어 지지 유닛과 이송대차 사이에 마련되며, 이동블럭(122)이 서모모터(127)에 의하여 구동하는 스크류축(123)의 회전에 의하여 승강하는 토치 업다운 유닛(120); 상기 토치 업다운 유닛의 하부에 고정 결합하는 이동블럭(132)이 서보모터(137)에 의하여 구동하는 스크류축(133)의 회전에 의하여 상기 토치 업다운 유닛의 이동블럭(122)과 직교하는 방향으로 전후진하는 토치 위빙 유닛(130); 상기 토치 업다운 유닛의 반대측에 위치하는 와이어 지지 유닛의 외측에 구비되는 와이어 윈치와 상기 와이어 윈치에 회전력을 제공하는 장력조절용 윈치모터(181); 상기 이송대차(151)의 일측 상단에 고정 결합하는 바디(141)와, 상기 바디에 회전 가능하게 마련되는 회전체(143)와, 상기 회전체의 전단에 마련되어 파이프를 가압하여 고정하는 척(144)과, 상기 바디를 승강시키는 척 업다운 실린더(145)로 이루어지는 모재 회전 유닛(140); 및 상기 가이드 와이어 상에서 회전하는 다수 개의 이동 롤러(172a)가 장착되는 토치 프레임(172)과, 상기 토치 프레임(172)에 결합하는 토치(175)와, 상기 토치 근처의 상기 토치 프레임에 결합하는 카메라(176)를 포함하여 이루어지는 토치 유닛(170); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치를 제안한다.
본 발명에서는 직선 파이프 내면의 육성용접을 수행하기 위한 자동 육성용접장치에 있어서, 바닥면에 설치되는 레일(101); 상기 레일 상에서 회전하는 바퀴(152)가 장착되어 전후로 이동하는 이송대차(151); 상기 이송대차의 상부에 고정 결합하는 것으로서 스크류축(163)의 회전에 의하여 간격이 벌어지거나 좁아지도록 장착되는 한 쌍의 터닝 롤러(166)로 이루어지는 다수 개의 모재 터닝 유닛(160); 상기 레일의 양측 선단부에 마주하도록 한 쌍으로 마련되는 것으로서 상기 파이프의 내경을 종축 방향으로 관통하여 연장되는 한 쌍의 가이드 와이어(102)의 양단을 지지하는 와이어 지지 유닛(110); 상기 와이어 지지 유닛과 이송대차 사이에 마련되며, 이동블럭(122)이 서모모터(127)에 의하여 구동하는 스크류축(123)의 회전에 의하여 승강하는 토치 업다운 유닛(120); 상기 토치 업다운 유닛의 하부에 고정 결합하는 이동블럭(132)이 서보모터(137)에 의하여 구동하는 스크류축(133)의 회전에 의하여 상기 토치 업다운 유닛의 이동블럭(122)과 직교하는 방향으로 전후진하는 토치 위빙 유닛(130); 상기 토치 업다운 유닛의 반대측에 위치하는 와이어 지지 유닛의 외측에 구비되는 와이어 윈치와 상기 와이어 윈치에 회전력을 제공하는 장력조절용 윈치모터(181); 상기 이송대차(151)의 일측 상단에 고정 결합하는 바디(141)와, 상기 바디에 회전 가능하게 마련되는 회전체(143)와, 상기 회전체의 전단에 마련되어 파이프를 가압하여 고정하는 척(144)과, 상기 바디를 승강시키는 척 업다운 실린더(145)로 이루어지는 모재 회전 유닛(140); 및 상기 가이드 와이어 상에서 회전하는 다수 개의 이동 롤러(172a)가 장착되는 토치 프레임(172)과, 상기 토치 프레임(172)에 결합하는 토치(175)와, 상기 토치 근처의 상기 토치 프레임에 결합하는 카메라(176)를 포함하여 이루어지는 토치 유닛(170); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치를 제안한다.
Description
본 발명은 직관 형태의 파이프 내면의 육성용접장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 파이프 내면의 육성 용접이 신속하고 효율적이며 안정적으로 수행될 수 있을 뿐 아니라 가이드 와이어의 인장으로 인한 처짐을 방지할 수 있도록 개발된 직선 파이프의 내면 자동육성용접장치에 관한 것이다.
일반적으로 부식과 마모는 금속 재료의 표면에서 발생하는 화학적, 기계적인 손상의 일종이며, 기계부품의 수명과 작동상태를 결정하는 중요한 요소의 하나이다.
부식은 대기 조건, 토양 조건 및 해양 조건 등에 따라서 금속의 표면에 화학적 결함이 발생하는 것으로서 특히 해수를 이용하는 플랜트 설비나 조선해양 관련 부품의 경우에 특히 문제된다.
마모는 하중의 형태와 방법, 속도, 온도, 재질, 윤활제 및 사용환경 등에 따라 다양한 형태로 나타나며, 마모를 방지하기 위하여 재료의 표면을 경화시키는 방법이나 내마모성이 우수한 재료를 개발하는 등의 연구가 지속적으로 이루어져 왔다. 이러한 시도의 일환으로 연강의 모재 위에 각 종의 내마모 합금을 클래딩시킴으로써 내마모, 내식성 및 용접성 등의 기본특성을 만족시키는 표면경화용 클래드 합금이 개발되고 있다.
발전설비나 석유화학 플랜트의 배관 설비에는 탄소강이 주로 사용되고, 그 내면에 스테인레스나 니켈합금 등의 내구성, 내부식성, 고강도성을 가지는 이종 금속으로 일정 두께 덧용접을 실시하여 사용하기도 한다.
이러한 방식의 용접을 보통 육성용접(Overlay welding)이라 하는데 금속표면을 물리적 특성이 우수한 금속으로 용접 코팅함으로써 내부식성, 내구성, 내마모성 및 강도를 향상시키기 위하여 주로 수행한다.
종래에는 파이프나 압력 용기의 내면에 육성용접을 수행할 때 작업자가 직접 수작업으로 용접하였기 때문에 장시간 집중적인 작업에 의하여 작업자의 피로도가 증가하고 집중도가 낮아져 제품 불량이 원인이 되기도 하였다. 또한 내경이 작은 경우에는 작업자가 직접 내경에 들어가 작업할 수 없는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 출원인은 본 발명에 일체화된 등록특허 제10-0909596호 "파이프 내면 자동육성용접장치" 및 등록특허 제10-0919641호 "엘보관 내면 자동육성용접장치"를 발명하여 공개한 바 있다.
전기의 등록특허는 직관 형태의 파이프의 내면 육성용접을 위한 장치에 관한 것이고, 후기의 등록특허는 엘보관 형태의 파이프의 내면 육성용접을 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명에 일체화된 전기의 등록특허는 용접 모재인 파이프(P)의 내경부를 관통하여 지나가는 한 쌍의 와이어 상에서 용접토치가 이동하면서 파이프 내면의 육성용접을 수행하도록 하는 장치에 관하여 개시하고 있다.
상기 등록특허에서는 파이프(P)의 하방에 가이드 롤러체(600)와 회전 롤러체(500)를 배치하여 파이프의 전후진 및 회전을 가이드하고, 파이프를 고정하는 지그수단(120)의 회전수단(110)이 파이프를 회전시킨다.
파이프의 내경측으로는 두 줄의 가이드 와이어(200) 상에서 전후로 이동하는 이송대차(410)가 배치되고, 상기 이송대차(410)의 하방에는 전후로 두 개의 토치(420)를 배치하였다.
이와 같은 구성을 가지는 상기 등록특허의 경우 파이프는 회전만 하고 이송대차(410)가 파이프의 내부를 관통하는 가이드 와이어(200) 상에서 이동하게 되는데, 그 구조상 가이드 와이어 상에서 직접 이동하는 이송대차(410)의 자세가 불안정하다는 문제가 있었으며, 특히 고온의 용접열에 의하여 가이드 와이어가 인장되어 처지게 되어 작업 중 수시로 인장력을 조절해야 하는 문제가 있었다.
따라서 보다 안정적으로 신속하면서도 정교하게 직선 형태의 파이프 내면을 육성용접할 수 있는 장치의 개발이 요청되었다.
본 발명에서는 파이프의 내경면을 육성용접하기 위하여 파이프를 전후진 이동시키는 수단이 보다 안정적으로 구비되고, 용접의 진행 도중 용접토치의 높낮이를 신속하게 자동으로 조절할 수 있으며, 토치의 위빙동작이 자동으로 구현되도록 함으로써 파이프 내경면의 육성용접의 효율이 우수하고, 용접 품질이 우수한 파이프 내경면 육성용접장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명에서는 파이프의 내경면 육성용접과정에서 발생하는 고온의 온도 분위기를 실시간 냉각하여 줌으로써 고온의 열에 의하여 가이드 와이어의 장력이 변화하여 처지는 현상을 방지할 수 있는 파이프 내경면 육성용접장치를 제공한다.
전술한 목적의 달성을 위하여 본 발명에서는 직선 파이프 내면의 육성용접을 수행하기 위한 자동 육성용접장치에 있어서, 바닥면에 설치되는 레일(101); 상기 레일 상에서 회전하는 바퀴(152)가 장착되어 전후로 이동하는 이송대차(151); 상기 이송대차의 상부에 고정 결합하는 것으로서 스크류축(163)의 회전에 의하여 간격이 벌어지거나 좁아지도록 장착되는 한 쌍의 터닝 롤러(166)로 이루어지는 다수 개의 모재 터닝 유닛(160); 상기 레일의 양측 선단부에 마주하도록 한 쌍으로 마련되는 것으로서 상기 파이프의 내경을 종축 방향으로 관통하여 연장되는 한 쌍의 가이드 와이어(102)의 양단을 지지하는 와이어 지지 유닛(110); 상기 와이어 지지 유닛과 이송대차 사이에 마련되며, 이동블럭(122)이 서모모터(127)에 의하여 구동하는 스크류축(123)의 회전에 의하여 승강하는 토치 업다운 유닛(120); 상기 토치 업다운 유닛의 하부에 고정 결합하는 이동블럭(132)이 서보모터(137)에 의하여 구동하는 스크류축(133)의 회전에 의하여 상기 토치 업다운 유닛의 이동블럭(122)과 직교하는 방향으로 전후진하는 토치 위빙 유닛(130); 상기 토치 업다운 유닛의 반대측에 위치하는 와이어 지지 유닛의 외측에 구비되는 와이어 윈치와 상기 와이어 윈치에 회전력을 제공하는 장력조절용 윈치모터(181); 상기 이송대차(151)의 일측 상단에 고정 결합하는 바디(141)와, 상기 바디에 회전 가능하게 마련되는 회전체(143)와, 상기 회전체의 전단에 마련되어 파이프를 가압하여 고정하는 척(144)과, 상기 바디를 승강시키는 척 업다운 실린더(145)로 이루어지는 모재 회전 유닛(140); 및 상기 가이드 와이어 상에서 회전하는 다수 개의 이동 롤러(172a)가 장착되는 토치 프레임(172)과, 상기 토치 프레임(172)에 결합하는 토치(175)와, 상기 토치 근처의 상기 토치 프레임에 결합하는 카메라(176)를 포함하여 이루어지는 토치 유닛(170); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치에 관하여 개시한다.
여기서, 상기 파이프의 외경측에는 다수의 냉각수 노즐(191)이 구비되고, 상기 파이프 하방의 상기 이송대차(151) 상에는 냉각수 물받이(192)가 마련되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 토치 프레임(172)의 전단에는 상기 토치 프레임의 중심축보다 중심축이 높게 위치하도록 단차지게 결합하는 토치 가이드바(171)가 결합하고, 상기 토치 가이드바(171)에는 다수의 이동롤러(173)가 회전 가능하게 장착되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 토치 프레임(172)에는 전후로 이격하여 위치하도록 한 쌍의 토치(175)와 한 쌍의 카메라(176)가 장착되는 것이 바람직하다.
더하여, 상기 와이어 지지 유닛(110)은 상기 가이드 와이어(102)를 지지하는 이동블럭(112)이 바디(111)에 회전 가능하게 장착되는 스크류축(113)의 회전에 의하여 상기 바디에 고정되는 리니어 가이드(116)를 따라 승강하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 길이가 긴 직선 파이프의 내경면에 자동으로 육성용접을 수행할 수 있으므로 종래의 수작업에 의한 경우와 비교하여 작업이 신속하고 효율적이다.
특히, 본 발명에서는 파이프의 내경을 통과하는 한 쌍의 가이드 와이어 상에서 이동하는 토치 유닛과 바닥면에 설치되는 레일 상에서 이동하는 모재 이송 유닛의 조합하여 운영되므로 종래 가이드 와이어 상에서 토치 대차가 불안정하게 이동하는 문제점을 해결하였다.
또한, 본 발명에서는 한 쌍의 가이드 와이어의 높낮이를 조절하도록 함으로써 토치의 선단부와 파이프 내경면 간의 이격 거리를 조절할 수 있으며, 육성용접을 수행하는 동안 토치위빙유닛에 의하여 위빙동작이 자동으로 구현되는 특징이 있다.
한편, 모재 파이프의 내경면에 대한 육성용접 과정에서 발생하는 고온의 열을 냉각수 노즐에서 파이프의 외경측으로 분사되는 냉각수를 이용하여 실시간으로 냉각할 수 있게 되어 고열로 인하여 가이드 와이어의 장력이 느슨해지는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 자동 육성용접장치의 정면 및 평면 배치도.
도2은 본 발명의 와이어 지지 유닛, 토치 업다운 유닛 및 토치 위빙 유닛의 부분 확대도.
도3은 본 발명의 와이어 지지 유닛의 정면도, 측면도 및 평면도.
도4는 본 발명의 토치 업다운 유닛의 정면도, 측면도 및 평면도.
도5는 본 발명의 토치 위빙 유닛의 정면도, 측면도 및 평면도.
도6은 본 발명의 모재 회전 유닛의 개략적인 정면, 측면 및 평면 단면도.
도7은 본 발명의 모재 터닝 유닛의 측면도.
도8은 본 발명의 모재 터닝 유닛과 토치 유닛의 부분 확대 단면도.
도9는 본 발명의 토치 유닛의 정면도 및 평면도.
도10은 본 발명의 윈치 모터측 구성의 부분 확대도.
도2은 본 발명의 와이어 지지 유닛, 토치 업다운 유닛 및 토치 위빙 유닛의 부분 확대도.
도3은 본 발명의 와이어 지지 유닛의 정면도, 측면도 및 평면도.
도4는 본 발명의 토치 업다운 유닛의 정면도, 측면도 및 평면도.
도5는 본 발명의 토치 위빙 유닛의 정면도, 측면도 및 평면도.
도6은 본 발명의 모재 회전 유닛의 개략적인 정면, 측면 및 평면 단면도.
도7은 본 발명의 모재 터닝 유닛의 측면도.
도8은 본 발명의 모재 터닝 유닛과 토치 유닛의 부분 확대 단면도.
도9는 본 발명의 토치 유닛의 정면도 및 평면도.
도10은 본 발명의 윈치 모터측 구성의 부분 확대도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동원리에 관하여 상술한다. 이하의 설명에서는 도1을 기준으로 좌측 및 우측 방향을 정의하며, 장치의 길이방향의 중심을 내측, 좌우측 선단부 방향을 외측이라고 정의하기로 한다. 또한 도1을 기준으로 좌측을 전방이라 하고, 우측을 후방이라고 정의하기로 한다.
도1은 본 발명의 자동 육성용접장치의 정면 및 평면 배치도이다. 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 자동 육성용접장치(100)의 주요부 구성은 바닥면에 좌우로 길게 설치되는 레일(101), 상기 레일 상에서 동력원에 의하여 전후진(도면에서 좌우측으로)하는 모재 이송 유닛(150), 상기 모재 이송 유닛(150)의 상부에 장착되어 용접 모재인 직선 파이프(10)를 고정하고 회전시키는 모재 회전 유닛(140), 상기 파이프의 내경을 관통하도록 좌우로 연장되는 한 쌍의 가이드 와이이(102), 상기 가이드 와이어(102)의 양측 선단부에 마련되어 가이드 와이어(102)가 처지지 않도록 지지하는 와이어 지지 유닛(110), 상기 가이드 와이어(102) 상에 장착되는 후술할 토치 가이드바(171)를 상하로 승강시켜 토치(175)의 높낮이를 조절하기 위한 토치 업다운 유닛(120), 상기 토치 업다운 유닛(120)의 하방에 결합하여 상기 토치 가이드바(171)를 전후로 왕복이동시킴으로써 토치(175)에 위빙 동작을 부여하는 토치 위빙 유닛(130) 및 상기 가이드 와이어(102)를 감거나 풀어서 장력을 조절하는 장력 조절용 윈치 모터(181)로 이루어진다.
도2은 본 발명의 와이어 지지 유닛, 토치 업다운 유닛 및 토치 위빙 유닛의 부분 확대도이고, 도3은 본 발명의 와이어 지지 유닛의 정면도, 측면도 및 평면도이며, 도4는 본 발명의 토치 업다운 유닛의 정면도, 측면도 및 평면도이며, 도5는 본 발명의 토치 위빙 유닛의 정면도, 측면도 및 평면도이다.
도2에 도시한 바와 같이 상기 레일(101)의 양측단 외측으로는 한 쌍의 와이이 지지 유닛(110)이 형성되는데, 상기 와이어 지지 유닛(110)은 두 줄의 가이드 와이어(102)의 양측 선단부를 지지하여 처지는 것을 방지하며, 상기 와이어 지지 유닛(110)의 외측으로는 와이어 고정 브라켓(183a,183b)이 각각 마련되어 와이어의 양측 선단부가 고정 결합한다.
상기 와이어 지지 유닛(110)은 바닥면에 고정되는 지지 프레임(110a)의 상부에 형성되며, 바디(111)에 한 쌍의 리니어 가이드(116)가 나란하게 형성되고, 상기 리니어 가이드(116) 상에는 가이드 블럭(115)이 슬라이드 가능하게 결합한다.
상기 한 쌍의 리니어 가이드(116) 사이의 바디(111) 면에는 볼스크류 타입의 스크류축(113)이 스크류 가이드 블럭(113a,113b)에 의하여 회전 가능하게 장착된다. 도면에서 미설명부호 117은 스크류축(113)의 상단에 형성되는 핸들을 나타낸다.
상기 스크류축(113) 상에는 스크류블럭(114)이 나사 결합하는데 상기 스크류블럭(114)은 상기 가이드블럭(115)에 결합하는 이동블럭(112)에 결합한다.따라서 스크류축(113)이 회전하는 경우 상기 스크류블럭(114)이 스크류축(113) 상에서 나선 이동하여 승강하게 되며, 이때 상기 스크류블럭(114)에 결합하는 이동블럭(112) 역시 가이드블럭(115)에 의하여 리니어 가이드(116) 상에서 상하로 슬라이딩한다.
도2에서 미설명부호 118은 회전휠로서 가이드 와이어(102)를 상기 와이어 고정 브라켓(183a) 측으로 안내 및 지지하는 역할을 하며, 상기 바디(111)에 회전 가능하게 결합한다.
도4에 도시한 바와 같이, 상기 토치 업다운 유닛(120) 역시 전술한 와이어 지지 유닛(110)과 유사한 구조를 가지나, 이동블럭(122)의 승강동작이 수동식 핸들(117)이 아닌 서보모터(127)에 의하여 구현되는 점에서 차이가 있다.
즉 바디(121)에는 한 쌍의 리니어 가이드(126)가 상하 방향으로 형성되고, 상기 각 리니어 가이드(126) 상에는 가이드블럭(125)이 형성되어 리니어 가이드(126) 상에서 상하로 직선이동한다.
상기 한 쌍의 리니어 가이드(126) 사이의 바디(121) 면에는 서보모터(127)에 의하여 회전하는 스크류축(123)이 스크류 가이드블럭(123a,123b)에 의하여 회전 가능하게 마련되고, 상기 스크류축(123) 상에는 스크류축(123)의 회전에 의하여 나사 이동하는 스크류블럭(124)이 결합한다.
이러한 구조의 상기 토치 승강 유닛(120)은 후술할 토치 가이드바(171)에 연결되어 이동블럭(122)의 승강에 의하여 토치(175)의 상하 높낮이를 조절한다.
상기 토치 업다운 유닛(120)은 바닥면에 고정되는 지지 프레임(130a)의 상부에 결합하는 토치 위빙 유닛(130)의 상부에 결합한다.
상기 토치 위빙 유닛(130)은 도5에 도시한 바와 같이, 상기 토치 업다운 유닛(120)과 유사한 구조를 가지나, 이동블럭(132)이 상기 토치 업다운 유닛(120)의 이동블럭(122)과 직교하는 방향으로 왕복운동한다.
즉, 바디(132) 상에는 한 쌍의 리니어 가이드(136)가 고정 부착되며, 상기 리니어 가이드(136) 상에는 가이드블럭(135)이 슬라이드 가능하게 장착된다. 상기 한 쌍의 리니어 가이드(136) 사이에는 스크류축(133)이 스크류 가이드블럭(133a)에 의하여 회전 가능하게 장착된다. 상기 스크류축(133)의 일측 선단에는 서보모터(137)가 커플링(137a)에 의하여 동력 연결된다.
상기 스크류축(133) 상에서 나선 이동하는 스크류블럭(134)의 상부에는 이동블럭(132)이 결합하여 전후로 왕복운동한다.
상기 토치 업다운 유닛(120)은 상기 토치 위빙 유닛(130)의 이동블럭(132)상에 고정 결합하여 전후로 이동한다.
도6은 본 발명의 모재 회전 유닛의 개략적인 정면, 측면 및 평면 단면도이고, 도7은 본 발명의 모재 터닝 유닛의 측면도이며, 도8은 본 발명의 모재 터닝 유닛과 토치 유닛의 부분 확대 단면도이다.
상기 레일(101) 상에는 다수의 바퀴(152)가 레일(101) 상에서 회전하도록 장착되는 이송대차(151)가 마련된다. 상기 이송대차(151)에는 도7 및 도8에 도시한 바와 같이 모재 이송 서보모터(153)가 장착되어 이송대차(151)를 레일(101) 상에서 이동가능하게 한다.
즉, 상기 이송 대차(151)에 고정되는 모재 이송 서보모터(153)의 모터축에 결합하는 구동기어(153a)는 레일(101) 상에서 구르는 바퀴(152)의 회전축(153c) 상에 형성되는 피동기어(153b)에 치합하여 동력을 전달한다.
상기 이송대차(151)의 일측 상부에는 모재 회전 유닛(140)이 고정 결합한다. 상기 모재 회전 유닛(140)은 모재인 파이프(10)의 일측 단부를 고정 지지한 후 파이프(10)를 회전시키기 위한 것으로서 파이프(10)를 물어 고정하는 수단과 이를 회전시키기 위한 수단이 조합하여 구성된다.
즉, 상기 이송대차(151)의 상면에 고정되는 바디(141)에 척(144)과 결합하는 회전체(143)가 미도시한 베어링 등에 의하여 회전 가능하게 결합한다. 또한 상기 바디(141)는 도6에 도시한 바와 같이 상하로 연장되어 이송 대차(151) 상에 하단부가 고정되는 가이드바(142) 상에서 상하로 슬라이드 이동하도록 형성된다. 즉, 상기 바디(141)의 상부에는 척 업다운 실린더(145)가 마련되어 척 업다운 실린더(145)의 실린더 로드가 상기 바디(141)의 상면에 결합한다. 따라서 유압 실린더인 척 업다운 실린더(145)의 신축에 의하여 바디(141)가 가이드바(142) 상에서 승강하게 된다. 이는 상기 모재 파이프(10)를 물어 고정하는 척(144)의 높낮이를 조절하기 위한 것이다.
도6에 도시한 바와 같이 상기 회전체(143)의 외경면에는 링 형상의 피동기어(143a)가 형성되고, 상기 피동기어(143a)에는 상기 바디(141)에 고정되는 서보모터(146)의 모터축에 형성되는 구동기어(146a)가 치합한다. 따라서 서보모터(146)의 구동에 의하여 상기 회전체(143)가 회전하게 된다.
상기 회전체(143)의 전단부에는 유압 등에 의하여 벌어지거나 좁아지도록 구성되는 척(144)이 마련된다. 상기 척(144)은 이에 물리는 파이프(10)의 직경에 대응하여 유압에 의하여 상하로 이동하여 그들이 이루는 원의 직경이 가변되도록 형성하는 것이 바람직하며, 원형 파이프의 외경부를 가압하여 고정할 수 있는 종래의 어떠한 형상의 척이라도 적용할 수 있다고 할 것이다.
즉 본 발명에 일체화된 등록특허 제10-0909596호에서 개시한 가압실린더와 가압척과 같은 구조로 상기 척(144)을 형성할 수 있다.
상기 척(144)에 물려 고정되는 파이프(10)는 도7에 도시한 바와 같은 모재 터닝 유닛(160)에 의하여 회전 지지된다. 상기 모재 터닝 유닛(160)은 이송대차(151)의 상부에 결합하는 베이스 프레임(161) 상에 마련된다.
즉, 상기 베이스 프레임(161) 상에 바디(162)가 결합하고, 상기 바디(162)에는 핸들(163a)이 부착된 스크류축(163)이 회전 가능하게 장착된다. 상기 바디(162)의 상면에는 상기 스크류축(163) 상에 나사 결합하여 스크류축(163)의 회전에 의하여 나선 이동하는 스크류블럭(164)에 결합하는 한 쌍의 롤러 지지 프레임(165)이 형성된다.
상기 롤러 지지 프레임(165)은 상기 바디(162) 상에서 도7을 기준으로 좌우 방향으로 슬라이드 이동한다. 상기 한 쌍의 롤러 지지 프레임(165) 상에는 터닝롤러(166)가 베어링 하우징(167)에 의하여 아이들 회전 가능하게 결합한다.
따라서, 터닝롤러(166) 상에 장착되는 파이프(10)의 직경에 따라 핸들(163a)을 돌려 한 쌍의 터닝롤러(166) 간의 간격을 조절함으로써 파이프(10)를 승강시켜 위치를 셋팅하게 되는 것이다.
도7에서 미설명부호 163b는 스크류 가이드 블럭을 나타낸다.
도9는 본 발명의 토치 유닛의 정면도 및 평면도이다. 본 발명에서는 토치(175)가 고정 장착되는 토치 프레임(172)의 전방측에 별도의 프레임인 토치 가이드바(171)가 결합한다.
상기 토치 가이드바(171)는 도시한 바와 같이 그 길이 방향의 중심축선이 상기 토치 프레임(172)의 중심축선과 상하로 어긋나도록 단차지게 결합하는 것이 바람직하다. 상기 토치 가이드바(171)의 전방측 선단부는 상기 토치 업다운 유닛(120)에 결합한다.
상기 토치 가이드바(171)의 양 측단에는 다수의 이동롤러(173)가 롤러 브라켓(173a)과 롤러축(173b)에 의하여 회전 가능하게 결합한다. 상기 이동롤러(173)는 상기 가이드 와이어(102) 상에서 안정적인 이동이 가능하도록 롤러면의 중앙부가 오목하게 들어간 형상을 이룬다.
상기 토치 가이드바(171) 후방의 상기 토치 프레임(172)에도 다수의 이동롤러(172a)가 회전 가능하게 장착된다. 상기 토치 프레임(172)의 후방측에는 토치(175)가 고정 부착되고, 상기 토치(175)의 전방측에는 카메라(176)가 장착되어 용접 부근의 상황을 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다.
도면에서 미설명부호 177은 용접기의 전류 및 전압 신호를 받아서 용접 아크의 높이를 자동으로 조절하기 위한 서보모터를 나타내며, 177a는 상기 서보모터(177)의 모터축에 형성되는 스퍼기어를 나타내며, 172b는 가이드 브라켓을 ,172c는 가이드 플레이트를 나타낸다.
상기 토치 프레임(172)의 하방에는 토치(175)에 용접 와이어를 공급하기 위한 용접 와이어 노즐(174)이 고정 부착되고, 상기 토치 프레임(172)의 상부에는 가스 케이블(178)과 냉각 케이블(179)이 결합한다.
도면에서 미설명부호 177b는 서모보터(177)를 지지하기 위한 모터 플레이트를 나타내고, 175a는 토치 홀더를 나타내며, 176a는 카메라 브라켓을 나타낸다.
본 발명의 실시예에서는 상기 토치(175)와 카메라(176)가 토치 프레임(172)에 전후에 한 쌍으로 마련된다. 따라서 각 용접 토치(175)를 이용하여 서로 이종의 금속을 용접하게 함으로써 이종 금속의 육성용접작업이 동시에 수행될 수 있게 된다.
예를 들어, 전방의 토치로는 파이프의 내면에 한 층을 1차 용접하고 후방의 토치로는 상기 1차 용접층 위에 이종 금속으로 2차 용접층을 형성할 수 있다.
도7에 도시한 바와 같이 상기 파이프(100의 외경 측에는 다수의 냉각수 노즐(191)이 구비된다. 상기 냉각수 노즐(191)에서 상기 파이프(10)의 외경면으로 분사된 냉각수는 도1에 도시한 바와 같이 상기 파이프(10) 하방의 이송대차(151) 상에 마련되는 냉각수 물받이(192)에 수집되어 외부로 배출된다.
상기 냉각수 노즐(191)에 의하여 파이프(10)의 내경부 육성용접중에도 파이프(10)의 외경면에 냉각수가 공급되므로 용접 포인트 주변의 온도 분위기가 지나치게 상승하여 가이드 와이어(102)가 인장되어 처지는 것을 방지할 수 있으며, 용접 대상 파이프가 고열에 의하여 변형되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도10은 본 발명의 윈치 모터측 구성의 부분 확대도이다. 도1의 우측 끝단에 위치하는 와이어 지지 유닛(110)의 외측(오른쪽)에는 가이드 와이어(102)의 우측 단부를 고정하기 위한 와이어 고정 브라켓(183b)이 마련된다. 아울러 상기 가이드 와이에(102)에 연결된 로드셀의 신호를 수신하여 상기 가이드 와이어(102)를 감거나 풀어서 와이어의 장력을 조절하기 위한 장력조절용 윈치 모터(181)가 마련된다.
상기 장력조절용 윈치 모터(181)에는 감속기(182)가 커플링(181a)에 의하여 동력 연결되며, 상기 감속기(182)에 의하여 미도시한 와이어 윈치가 회전하게 된다.
이상과 같은 구조를 가지는 본 발명의 자동 육성용접장치(100)를 사용하여 직선 형태의 파이프(10)의 내면에 육성용접을 수행하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 수작업 또는 크레인 등을 사용하여 직선 형태의 용접 모재인 파이프(10)를 상기 모재 터닝 유닛(160)에 로딩한다. 이후 상기 파이프(10)의 직경에 맞도록 상기 모재 터닝 롤러(166) 간의 간격을 조절하여 파이프를 상승 또는 하강시켜 파이프(10)의 일측 단부가 상기 모재 회전 유닛(140)의 척(144)에 물리도록 한다.
다음으로 상기 파이프(10)의 내경을 관통하도록 상기 가이드 와이어(102)를 와이어 지지 유닛(110)에 장착한다. 이때 상기 가이드 와이어(102)의 일측 선단부는 와이어 윈치에 감겨 있는 상태를 이룬다. 이후 상기 와이어 윈치를 회전시켜 가이드 와이어(102)를 팽팽하게 당김으로써 장력을 조절한다.
다음으로 상기 가이드 와이어(102) 상에 토치 가이드바(171)와 토치 프레임(172)을 위치시킨다.
이어서 상기 토치 업다운 유닛(120)을 조작하여 상기 토치 프레임(172)에 고정된 토치(175)의 상하 높낮이를 정교하게 조절한다. 이 과정에서 상기 토치(175)와 파이프(10)의 내경면 간의 거리가 적절하게 유지되어 최적의 용접 아크 길이를 유지할 수 있도록 한다.
마지막으로 회전체(143)를 회전시켜 파이프(10)를 회전시키면서 용접을 수행하고 이때 상기 이송대차(151) 역시 용접 작업의 진행 정도에 따라 우측으로 이동하게 된다. 이때 상기 토치 위빙 유닛(130)에 의하여 토치(175)가 위빙 동작하여 용접을 수행하게 된다.
토치(175)가 파이프(10)의 좌측 단부의 내경면까지 육성용접을 수행하게 되면 비로서 파이프 내경면의 육성융접작업은 완료한다.
본 발명은 직관 형상의 파이프의 내면을 자동으로 육성용접하기 위한 것으로서 용접작업이 안정적으로 수행될 뿐 아니라 용접 과정 동안에도 토치의 승강 작동및 위빙 동작이 효율적으로 수행될 수 있고 파이프의 전진 및 회전 이동이 용접작업의 정도에 따라 적절하게 구현될 수 있도록 설계된 파이프 내면 자동 육성용접장치에 관한 것이다.
따라서 본 발명은 해상용, 화학 플랜트나 발전소용 파이프의 내면 육성용접에 적용하는 경우 그 작업 효율이나 생산성이 획기적으로 향상될 것으로 본다.
100: 자동 육성용접장치 101: 레일
102: 가이드 와이어 110: 와이어 지지 유닛
111: 바디 112: 이동블럭
113: 스크류축 116: 리니어 가이드
117: 핸들 120: 토치 업다운 유닛
121: 바디 122: 이동블럭
123: 스크류축 126: 리니어 가이드
127: 서보모터 130: 토치 위빙 유닛
131: 바디 132: 이동블럭
133: 스크류축 136: 리니어 가이드
137: 서보모터 140: 모재 회전 유닛
141: 바디 142: 가이드바
143: 회전체 144: 척
150: 모재 이송 유닛 151: 이송대차
152: 바퀴 153: 모재 이송 서보모터
160: 모재 터닝 유닛 161: 베이스 프레임
162: 바디 163: 스크류축
164: 스크류블럭 165: 롤러 지지 프레임
166: 터닝롤러 170: 토치 유닛
171: 토치 가이드바 172: 토치 프레임
173: 이동롤러 174: 용접 와이어 노즐
175: 토치 176: 카메라
178: 가스케이블 181: 장력조절용 윈치모터
182: 감속기 191: 냉각수 노즐
192: 냉각수 물받이
102: 가이드 와이어 110: 와이어 지지 유닛
111: 바디 112: 이동블럭
113: 스크류축 116: 리니어 가이드
117: 핸들 120: 토치 업다운 유닛
121: 바디 122: 이동블럭
123: 스크류축 126: 리니어 가이드
127: 서보모터 130: 토치 위빙 유닛
131: 바디 132: 이동블럭
133: 스크류축 136: 리니어 가이드
137: 서보모터 140: 모재 회전 유닛
141: 바디 142: 가이드바
143: 회전체 144: 척
150: 모재 이송 유닛 151: 이송대차
152: 바퀴 153: 모재 이송 서보모터
160: 모재 터닝 유닛 161: 베이스 프레임
162: 바디 163: 스크류축
164: 스크류블럭 165: 롤러 지지 프레임
166: 터닝롤러 170: 토치 유닛
171: 토치 가이드바 172: 토치 프레임
173: 이동롤러 174: 용접 와이어 노즐
175: 토치 176: 카메라
178: 가스케이블 181: 장력조절용 윈치모터
182: 감속기 191: 냉각수 노즐
192: 냉각수 물받이
Claims (5)
- 직선 파이프 내면의 육성용접을 수행하기 위한 자동 육성용접장치에 있어서,
바닥면에 설치되는 레일(101);
상기 레일 상에서 회전하는 바퀴(152)가 장착되어 전후로 이동하는 이송대차(151);
상기 이송대차의 상부에 고정 결합하는 것으로서 스크류축(163)의 회전에 의하여 간격이 벌어지거나 좁아지도록 장착되는 한 쌍의 터닝 롤러(166)로 이루어지는 다수 개의 모재 터닝 유닛(160);
상기 레일의 양측 선단부에 마주하도록 한 쌍으로 마련되는 것으로서 상기 파이프의 내경을 종축 방향으로 관통하여 연장되는 한 쌍의 가이드 와이어(102)의 양단을 지지하는 와이어 지지 유닛(110);
상기 와이어 지지 유닛과 이송대차 사이에 마련되며, 이동블럭(122)이 서모모터(127)에 의하여 구동하는 스크류축(123)의 회전에 의하여 승강하는 토치 업다운 유닛(120);
상기 토치 업다운 유닛의 하부에 고정 결합하는 이동블럭(132)이 서보모터(137)에 의하여 구동하는 스크류축(133)의 회전에 의하여 상기 토치 업다운 유닛의 이동블럭(122)과 직교하는 방향으로 전후진하는 토치 위빙 유닛(130);
상기 토치 업다운 유닛의 반대측에 위치하는 와이어 지지 유닛의 외측에 구비되는 와이어 윈치와 상기 와이어 윈치에 회전력을 제공하는 장력조절용 윈치모터(181);
상기 이송대차(151)의 일측 상단에 고정 결합하는 바디(141)와, 상기 바디에 회전 가능하게 마련되는 회전체(143)와, 상기 회전체의 전단에 마련되어 파이프를 가압하여 고정하는 척(144)과, 상기 바디를 승강시키는 척 업다운 실린더(145)로 이루어지는 모재 회전 유닛(140); 및
상기 가이드 와이어 상에서 회전하는 다수 개의 이동 롤러(172a)가 장착되는 토치 프레임(172)과, 상기 토치 프레임(172)에 결합하는 토치(175)와, 상기 토치 근처의 상기 토치 프레임에 결합하는 카메라(176)를 포함하여 이루어지는 토치 유닛(170);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치. - 제1항에 있어서,
상기 파이프의 외경측에는 다수의 냉각수 노즐(191)이 구비되고, 상기 파이프 하방의 상기 이송대차(151) 상에는 냉각수 물받이(192)가 마련되는 것을 특징으로 하는 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 토치 프레임(172)의 전단에는 상기 토치 프레임의 중심축보다 중심축이 높게 위치하도록 단차지게 결합하는 토치 가이드바(171)가 결합하고, 상기 토치 가이드바(171)에는 다수의 이동롤러(173)가 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 토치 프레임(172)에는 전후로 이격하여 위치하도록 한 쌍의 토치(175)와 한 쌍의 카메라(176)가 장착되는 것을 특징으로 하는 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치. - 제4항에 있어서,
상기 와이어 지지 유닛(110)은 상기 가이드 와이어(102)를 지지하는 이동블럭(112)이 바디(111)에 회전 가능하게 장착되는 스크류축(113)의 회전에 의하여 상기 바디에 고정되는 리니어 가이드(116)를 따라 승강하도록 된 것을 특징으로 하는 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치.
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| KR1020120049673A KR101173009B1 (ko) | 2012-05-10 | 2012-05-10 | 직선 파이프의 내면 자동 육성용접장치 |
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