KR101271986B1 - 오버레이 용접 장치 - Google Patents

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채현병
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Abstract

본 발명은 강직도에 변화없이 붐의 자중을 감소시켜, 처짐이 발생하지 않는 붐을 포함하는 외팔보 용접 장치를 제공하기 위하여, 단부에 용접 토치가 장착되는 붐; 상기 붐에 연결되며, 상기 붐을 이동시키는 본체부;를 포함하며, 상기 붐은 상기 본체부와의 연결부가 고정단으로, 용접 토치가 자유단으로 구성되는 외팔보 구조이며, 상기 붐의 외형이 전원 공급 수단인 외팔보 용접 장치를 제공하며, 상기 붐의 내부에는 냉각수의 수압으로 붐의 처짐을 방지하도록 냉각수 공급부가 위치하며, 상기 붐은 상기 붐의 외형을 내측 및 외측으로 절연한 절연부를 포함할 수 있다.

Description

오버레이 용접 장치{Overlay Welding Device}
본 발명은 오버레이 용접 장치에 대한 것으로, 오버레이 용접을 수행하는 오버레이 용접 장치에 대한 것으로 붐의 강직도 저하 없이 무게를 감소시켜 붐 처짐을 방지하는 오버레이 용접 장치에 대한 것이다.
도 1 은 종래기술에 따른 오버레이 용접 장치(1)를 나타낸 도면이다.
종래의 오버레이 용접 장치(1)는 강관 파이프(P)의 내부에 용접 토치(20)가 자유단에 장착되고 본체(30)가 고정단에 연결된 외팔보 구조의 붐(10)과 상기 붐(10)의 고정단에 연결된 본체(30) 및 상기 본체에 연결되며 붐(10)을 통하여 용접 토치(20)로 연결된 유틸리티를 포함한다. 여기서 유틸리티는 용접 토치(20)에 전력을 공급하는 전원부(40), 용접 시 불활성 가스(15)를 공급하는 불활성 가스 제공부(50), 용접 토치(20)를 냉각시키는 냉각수를 공급하는 냉각수 제공수단(60) 및 용접 와이어(17)를 제공하는 용접 와이어 공급부(70)를 포함한다. 용접 토치(20)는 전원부(30), 불활성 가스 제공부(50), 냉각수 제공수단(60), 용접 와이어 공급부(70)로부터 유틸리티를 제공받아서 강관 파이프(P)의 내면을 오버레이 용접한다.
도 2 에는 종래의 오버레이 용접 장치(1)의 붐(10)의 단면도가 도시되어 있다.
도 2 에서 보이듯이, 오버레이 용접 장치(1)의 붐(10)은 강직도를 유지하기 위한 빔(11)을 포함하며, 빔(10)의 하부에는 용접 와이어(17)가 배치되고, 빔(10)의 내부에는 전원 케이블(14), 불활성 가스(14), 냉각수(16)가 제공되도록 절연체(18)가 충전되어 있다.
이러한 붐(10)의 경우에 강직도를 위하여 강철제 빔(11)을 사용하고 있는데, 빔(11)은 강직도 확보가 되기는 하지만 자중으로 인하여 붐(10)의 길이가 긴 경우에 처짐이 발생한다는 문제가 있으며, 이렇게 붐(10)이 처지는 경우에 강관 파이프(1)의 내면과 부딪히는 등의 문제가 발생할 수 있어 짧은 파이프만을 오버레이 용접 가능하게 된다.
이는 긴 길이(예를 들면 3m 정도)의 파이프를 오버레이 용접하기 위하여 이를 500mm ~ 700mm 로 절단하여 절단된 파이프를 개별 오버레이 용접한 후 다시 원주 용접을 수행하는 과정을 통해, 전체가 오버레이 용접된 제품을 생산하여야 하므로, 생산성 면에서 크게 떨어진다.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 강직도에 변화없이 붐의 자중을 감소시켜, 처짐이 발생하지 않는 붐을 포함하는 오버레이 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 붐의 처짐을 방지하여 오버레이 용접의 작업성과 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 오버레이 용접 장치를 제공한다.
본 발명은 단부에 용접 토치가 장착되는 붐; 상기 붐에 연결되며, 상기 붐을 이동시키는 본체부;를 포함하며, 상기 붐은 상기 본체부와의 연결부가 고정단으로, 용접 토치가 자유단으로 구성되는 외팔보 구조이며, 상기 붐의 외형이 전력공급부이며, 상기 붐의 내부에는 냉각수의 수압으로 붐의 처짐을 방지하도록 냉각수 공급부가 위치하며, 상기 붐은 상기 붐의 외형을 내측 및 외측으로 절연한 절연부를 포함하는 오버레이 용접 장치를 제공한다.
본 발명에서 상기 붐의 외형은 원형 파이프이며, 상기 냉각수 공급부는 상기 붐의 외형과 동축으로 배치되며, 상기 붐의 외형의 내측 절연부에 맞닿을 수 있다.
또, 본 발명에서 상기 냉각수 공급부 내부로 가스 공급관이 배치되며, 상기 가스 공급관 내부로 냉각수 배출부 및 용접 와이어가 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 붐의 외형 내부에 냉각수 공급부와 냉각수 배출부가 구획되어 배치되며, 상기 냉각수 공급부의 단면이 상기 냉각수 배출부의 단면보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 가스 공급관은 상기 냉각수 공급부 및 상기 붐의 외형과 동축인 것이 바람직하다.
또, 본 발명에서 상기 붐의 외형은 동파이프로 구성될 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 강직도에 변화없이 붐의 자중을 감소시켜, 처짐이 발생하지 않는 붐을 포함하는 오버레이 용접 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 붐의 처짐을 방지하여 오버레이 용접의 작업성과 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 종래의 오버레이 용접 장치의 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 오버레이 용접 장치의 붐의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 오버레이 용접 장치의 개략도이다.
도 4 는 본 발명의 오버레이 용접 장치의 붐의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 오버레이 용접 장치의 변형례의 붐의 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 3 에는 본 발명의 오버레이 용접 장치(100)의 개략도가 도시되어 있다. 종래의 오버레이 용접 장치(1)와 유사하게 본 발명의 오버레이 용접 장치(100)는 용접 토치(120)가 자유단에 장착되고 본체(130)가 고정단에 연결된 외팔보 구조의 붐(110)과 상기 붐(110)의 고정단에 연결된 본체(130) 및 상기 본체에 연결되며 붐(110)을 통하여 용접 토치(120)로 연결된 유틸리티를 포함한다.
여기서 유틸리티는 용접 토치(120)에 전력을 공급하는 전원부(140), 용접 시 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 제공부(150), 용접 토치(120)를 냉각시키는 냉각수를 공급하는 냉각수 제공수단(160) 및 용접 와이어(117)를 제공하는 용접 와이어 공급부(170)를 포함한다.
상기 용접 토치(120)는 본체부(130)와 붐(110)을 통하여, 전원부(130), 불활성 가스 제공부(150), 냉각수 제공수단(160) 및 용접 와이어 공급부(170)로부터 유틸리티를 제공받으며, 용접 토치(120)는 파이프(P)의 내면으로 삽입되며, 파이프(P)가 회전될 때 본체(130)가 외측으로 빠지면서 파이프(P)의 내면을 오버레이(overlay) 용접한다.
도 4 에는 본 발명의 붐(110)의 단면도가 도시되어 있다. 붐(110)의 자유단 단부에 연결된 용접 토치(120)가 용접을 수행하기 위하여는 용접 와이어(117), 용접 와이어(117)를 용융시킬 전원을 공급할 전원 공급 수단(114), 용접부에 제공될 보호가스로서의 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(115), 용접 토치(120)를 냉각시킬 냉각수 공급부(118), 냉각수 배출관(116)의 제공이 필요하며, 이들은 본체(130)에서 용접 토치(120)로 전달되기 위하여 붐(110)을 통과한다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 붐(110)은 종래기술에서 강직도 확보를 위한 강철 빔(11; 도 2 참고)을 배제하고 있으며, 전원을 용접 토치(120)에 제공하도록 전원부(130)와 연결된 파이프 형상의 전원 공급 수단(114)이 붐의 외형을 구성한다. 이 전원 공급 수단(114)은 동파이프와 같은 파이프형 전도체로 구성되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 용접하기 위하여는 전원 공급 수단(114)으로 통과하는 전력의 양이 많아야 하는데, 종래와 같은 전원 케이블(14)에서는 단면은 크지만, 전도체에서의 표면효과에 의해서 표면에만 전류가 주로 흐르며, 중앙부에서는 전류가 흐르지 않았다. 하지만, 본 발명에서는 중앙부가 없이 파이프 형상의 전원 공급 수단(114)을 포함하므로, 파이프 형상의 전원 공급 수단(114)은 단면적이 작더라도 표면은 넓으므로, 표면효과에 의하여 더 많은 전력을 용접 토치(120)로 전달할 수 있다. 본 발명에서는 전원 공급 수단(114)으로 전기 전도성이 우수한 동파이프를 사용하였으나, 전기 전도성이 높다면 다른 금속 혹은 소재를 사용할 수도 있다.
이러한 전력 공급 수단(114)은 전류가 흐르게 되므로 내측 및 외측에 절연부로서 절연층(112, 113)을 피복 한다.
한편, 전력 케이블(114)의 내부에는 냉각수 공급부(118)가 위치하며, 이 냉각수 공급부(118)는 전력 케이블(114)과 동축으로 구성된다. 냉각수 공급부(118)는 별도의 관으로 구성되지 않고, 내부의 가스 공급관(115)과 전력 케이블(114) 사이를 냉각수 공급부(118)로 구성한다. 즉, 피복된 전력 케이블(114)가 냉각수 공급부(118)의 관 역할을 수행한다.
냉각수 공급부(118)는 수압을 통하여, 종래의 강관 빔(11; 도 2 참고) 보다 떨어지는 전력 케이블(114)의 강직도를 보완한다. 전력 케이블(114)이 동파이프인 경우에 이 동파이프는 종래의 강관 빔보다 강직도가 떨어지나, 전력 케이블(114) 내부에서 30~50kg/㎠의 수압이 냉각수 공급부(118)에 제공되며, 그로 인하여, 전력 케이블(114)의 강직도(stiffness)가 보완되며 붐(110)의 처짐은 방지될 수 있다.
수압이 30kg/㎠ 미만인 경우에는 전력 케이블(114)의 강직도 보강이 미비하며, 붐(110)의 처짐이 발생할 수 있으며, 수압이 50kg/㎠를 초과하는 경우에는 수압의 제공 및 제어가 곤란하다.
냉각수 공급부(118)의 내부에는 상기 냉각수 공급부(118) 및 상기 전원 공급 수단(114)과 동축을 가지는 가스 공급관(115)이 위치되며, 가스 공급관(115) 내부로 냉각수 배출관(116) 및 용접 와이어(117)가 배치된다.
냉각수 공급부(118)에서는 상당한 수압이 제공되기 때문에, 가스 공급관(115) 및 전원 공급 수단(114)은 압력에 저항하기에 유리한 형상 즉, 원형 단면을 가지는 것이 유리하다. 특히, 냉각수 공급부(118)로는 물이 제공되는데, 수압의 경우에 압축성 유체로서 큰 압력이 걸리지 않으므로, 냉각수 공급부(118)가 전원 공급 수단(114)에 압력을 제공할 수 있는 면적이 많이 필요하며, 압력을 최대한 제공하기 위하여는 파이프 형상의 전원 공급 수단(114) 내부에 동축을 가지고 배치된 냉각수 공급부(118)인 것이 바람직하다.
하지만, 강직도 확보가 충분하다면 일부 형상이 변형될 수 있으며(도 5 참고), 이에 대하여는 도 5 를 참고로 하여 후술하도록 하다.
또한, 수압을 확보하기 위하여는 냉각수 공급부(118)의 단면과 냉각수 배출관(116)의 단면의 차이가 있어야 하므로, 냉각수 배출관(116)은 가스 공급관(115) 내부에 작은 관으로 구현되는 것이 바람직하다.
용접 와이어(117)의 경우에 공간활용을 위하여 가스 공급관(115) 내부에서 냉각수 배출관(116)과 같이 뻗어 있으나, 이에 제한될 필요는 없으며, 전원 공급 수단(114) 외부에 배치되거나, 다른 위치에 있더라도 무방하다.
본 발명에서는 유틸리티 관들만으로 붐(110)이 구성되며 그에 따라서 붐(110)의 자중이 종래의 붐(10)에 비하여 많이 감소할 수 있다. 또한, 붐(110)의 강직도 확보를 위하여 냉각수 공급부(118)에 수압을 제공하며, 이를 통하여 강직도는 종래와 같이 유지하면서도, 붐(110) 자체의 자중은 감소하므로, 종래보다 더 긴 길이의 외팔보 형상을 가지더라도 처짐이 발생하지 않을 수 있다.
또한, 붐(110)의 처짐이 발생하지 않으므로, 한번에 오버레이 할 수 있는 길이가 늘어나며, 그에 따라서 긴 길이의 파이프(P)를 오버레이 용접함에 있어서, 파이프(P)를 절단할 필요없이 한번에 오버레이 용접하는 것이 가능하여 생산성이 향상될 수 있으며, 난이도가 높은 관 연결 용접이 배제되므로 작업성이 향상될 수 있다.
도 5 에는 본 발명의 오버레이 용접 장치의 변형례의 붐(110)의 단면도가 도시되어 있다.
도 5 에서 붐(110)은 도 4 의 실시예와 같이 강직도 확보를 위한 강철 빔(11; 도 2 참고)을 배제하고 있으며, 전원을 용접 토치(120)에 제공하도록 전원부(130)와 연결된 전원 공급 수단(114)이 파이프 형상으로 구성되며, 전원 공급 수단(114)에는 절연층(112, 113)이 내외 측으로 피복된다.
전원 공급 수단(114)의 내측은 냉각수 배출관(116)과 냉각수 공급부(118)가 위치하며, 냉각수 배출관(116)은 냉각수 공급부(118)보다 작은 단면적을 가지면서 냉각수 공급부(118)가 전원 공급 수단(114)에 많은 면적을 통하여 수압을 전달할 수 있도록 냉각수 공급부(118)는 대략 전원 공급 수단(114)과 동축의 형상을 가지되, 일측에 냉각수 배출관(116)이 위치하도록 구성된다.
한편, 냉각수 공급부(118) 내측에는 가스 공급관(115)이 위치한다. 가스 공급관(115)은 전원 공급 수단(114)과 동축으로 배치될 수도 있으나, 그에 한정되지 않으며, 도 5 와 같이 처진 위치에 배치되더라도 무방하다. 또한, 용접 와이어(117)는 붐(110)의 외면, 즉 전원 공급 수단(114)의 외측에 배치된다.
도 5 의 실시예에서도 강철 빔(11; 도 2 참고)은 배제되어 있으며, 강철 빔으로 인한 자중은 배제될 수 있으며, 유틸리티의 무게만 작용한다. 또한, 전원 공급 수단(114)은 도 4 와 동일하게 파이프 형상이며, 전력을 전달하는데 유리하며, 강직도 확보에도 유리하다.
또, 전원 공급 수단(114) 내부에는 수압이 작용하여, 종래의 강철 빔에 비하여 부족한 강직도를 보완한다. 다만, 냉각수는 압축성 유체이기 때문에 충분한 면적으로 전원 공급 수단(114)에 압력을 가할 수 있도록 전원 공급 수단(114) 내면에 직접 압력을 가하도록 구성된다.
도 4 및 도 5 에서는 본 발명의 일실시예와 변형례로 본 발명의 붐의 구조를 설명하였으나, 이 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주 내에서 변형을 할 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 본 발명에서 도 5 에서는 냉각수 배출관(116)의 형상을 전기 케이블(114)의 원호에 맞닿는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각수 공급부(118)가 전기 케이블(114)에 많은 면적을 접촉할 수 있다면, 다른 형상을 가지더라도 무방하다.
100: 오버레이 용접 장치 110: 붐
112, 113: 절연층 114: 전원 공급 수단
115: 가스 공급관 116: 냉각수 배출관
117: 용접 와이어 118: 냉각수 공급부
120: 용접 토치 130: 본체
140: 전원부 150: 불활성 가스 제공부
160: 냉각수 제공수단 170: 용접 와이어 공급부

Claims (6)

  1. 단부에 용접 토치가 장착되는 붐;
    상기 붐에 연결되며, 상기 붐을 이동시키는 본체부;를 포함하며,
    상기 붐은 상기 본체부와의 연결부가 고정단으로, 용접 토치가 자유단으로 구성되는 외팔보 구조이며,
    상기 붐의 외형이 전원 공급 수단으로 구성되며,
    상기 붐의 내부에는 냉각수의 수압으로 붐의 처짐을 방지하도록 냉각수 공급부가 위치하며,
    상기 붐은 상기 붐의 외형을 내측 및 외측으로 절연한 절연부를 포함하는 오버레이 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 붐의 외형은 원형 파이프이며,
    상기 냉각수 공급부는 상기 붐의 외형과 동축으로 배치되며, 상기 붐의 외형의 내측 절연부에 맞닿는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각수 공급부 내부로 가스 공급관이 배치되며,
    상기 가스 공급관 내부로 냉각수 배출부 및 용접 와이어가 배치되는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 붐의 외형은 원형 파이프이며,
    상기 붐의 외형 내부에 냉각수 공급부와 냉각수 배출부가 구획되어 배치되며, 상기 냉각수 공급부의 단면이 상기 냉각수 배출부의 단면보다 큰 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 가스 공급관은 상기 냉각수 공급부 및 상기 붐의 외형과 동축이며,
    상기 냉각수의 수압은 30~50kg/㎠인 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,,
    상기 붐의 외형은 동파이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 장치.
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