KR101317324B1 - 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레일형 용접 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치는 튜브와 핀을 교대로 연결하여 용접하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치에 있어서, 가용접된 튜브 핀 결합체가 고정되는 지그부와, 상기 지그부의 양측에 가설되는 한 쌍의 레일과, 상기 한 쌍의 레일을 따라서 움직이는 갠트리 프레임과, 쌍을 이루는 다수개의 토치에 의해 튜브와 튜브 사이의 핀의 양쪽에 대해서 각각 용접이 이루어져 튜브와 핀을 용접 결합시키도록 상기 갠트리 프레임상에 설치되는 다중 토치 용접부와, 상기 다중 토치 용접부의 전방 위치에서 상기 갠트리 프레임상에 설치되어, 상기 지그부에 고정된 튜브 핀 결합체를 수직 하?향으로 가압하는 가압부와, 상기 다중 토치 용접부의 하단에 일정한 각도로 경사진 상태로 설치되어, 튜브 핀 결합체의 튜브 외면에 밀착된 상태로 이동되면서 가이드 역할을 하는 롤러를 포함하되, 상기 다중 토치 용접부는 다수 개의 토치가 한 쌍을 이루며, X형태로 교차 설치되고, 상기 토치가 고정되는 토치 클램프는 힌지축을 중심으로 회동가능하게 설치되어, 상기 토치의 설치 각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치{Welding machine of tube and fin}
본원 발명은 레일형 용접 장치에 관한 것으로서, 보일러 내에 열교환기용으로 튜브(tube)와 튜브 사이에 핀(fin)이 용접결합된 튜브 핀 결합체가 사용되며, 이러한 튜브 핀 결합체를 레일을 따라서 자동 용접할 수 있는 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 확장가능하다.
종래에는 테이블 위에 파이프와 평철을 올려놓고 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.
이러한 갠트리형 용접 장치와 관련된 선행기술에는 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-1992-0026032호, 튜브 핀 결합체의 용접 장치에 대해서는 일본 특허공보 특허제 3111129호, X방향 교차 용접 장치와 관련된 선행 기술에는 일본 공개특허공보 특개2000-271745호 등이 있다.
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 발명에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치는 튜브와 핀을 교대로 연결하여 용접하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치에 있어서, 가용접된 튜브 핀 결합체가 고정되는 지그부와, 상기 지그부의 양측에 가설되는 한 쌍의 레일과, 상기 한 쌍의 레일을 따라서 움직이는 갠트리 프레임과, 쌍을 이루는 다수개의 토치에 의해 튜브와 튜브 사이의 핀의 양쪽에 대해서 각각 용접이 이루어져 튜브와 핀을 용접 결합시키도록 상기 갠트리 프레임상에 설치되는 다중 토치 용접부와, 상기 다중 토치 용접부의 전방 위치에서 상기 갠트리 프레임상에 설치되어, 상기 지그부에 고정된 튜브 핀 결합체를 수직 하?향으로 가압하는 가압부와, 상기 다중 토치 용접부의 하단에 일정한 각도로 경사진 상태로 설치되어, 튜브 핀 결합체의 튜브 외면에 밀착된 상태로 이동되면서 가이드 역할을 하는 롤러를 포함하되, 상기 다중 토치 용접부는 다수 개의 토치가 한 쌍을 이루며, X형태로 교차 설치되고, 상기 토치가 고정되는 토치 클램프는 힌지축을 중심으로 회동가능하게 설치되어, 상기 토치의 설치 각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가압부는 상기 갠트리 프레임상에 설치되어 수평 위치를 조정하는 수평이동 유닛과, 상기 수평이동 유닛에 설치되어 수직 하방향으로 이동되는 프레스 유닛과, 상기 프레스 유닛 단부에 설치되어 튜브 핀 결합체의 상부면에 밀착되는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지그부는 상기 튜브 핀 결합체의 양측면을 가압하는 다수 개의 실린더 유닛이 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 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 가압부를 통해서 가용접된 튜브 핀 결합체를 눌린 상태에서 용접이 이루어지므로 정밀한 용접 작업이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 보일러 내의 열교환기용 튜브-핀 결합체의 단면도 및 평철의 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치의 정면도.
도 3은 도 2의 측면도.
도 4는 도 2의 평면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치의 다중 토치 용접부를 도시하는 정면도.
도 6은 도 5의 측면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 롤러의 설치예시도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 6개의 토치를 이용하여 튜브와 핀을 용접하는 방식을 설명하기 위한 개략도.
도 9는 본 발명의 바람직한 일시예에 따른 롤러와 튜브 핀 결합체의 접촉을 도시하는 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치의 정면도이고, 도 3은 도 2의 측면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치는 지그부(100), 레일(200), 갠트리 프레임(300), 다중 토치 용접부(400) 및 가압부(500)를 포함하여 이루어진다.
상기 지그부(100)는 가용접된 튜브 핀 결합체가 고정되는 곳이며, 상기 튜브 핀 결합체의 양측면을 가압하는 다수 개의 실린더 유닛을 통해서 용접 대상물을 단단하게 고정시키게 된다.
이러한 지그부(100)에 올려진 튜브 핀 결합체(10)는 구동 모터(310)를 통해서 레일(200)을 따라서 이동되는 갠틀리 프레임(300)에 설치된 다중 토치 용접부(400)를 통해서 용접된다.
도 4는 도 2의 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 지그부(100)는 수평이동되는 실린더 유닛(110)에 의해서 튜브 핀 결합체(10)의 양측면을 가압하여 고정시키게 되고, 상기 지그부(100)의 양측에 가설된 한 쌍의 레일(200)을 따라서 갠트리 프레임(300)이 이동하면서 자동으로 용접 작업을 진행하게 된다.
상기 지그부(100)의 양측에 가설되는 한 쌍의 레일(200)과, 상기 한 쌍의 레일(200)을 따라서 움직이는 갠트리 프레임(300)은 후술하는 다중 토치 용접부(400)를 이동시키기 위한 구성요소이며, 갠트리 프레임(300)은 산업 현장에서 소재, 제품을 이동시키기 위해서 사용되는 크레인 형태를 용접 장치의 이동에 응용한 것으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
특히, 갠트리 프레임(300)은 도 2에 도시된 바와 같이 X축 및 Y축으로 직선 이동될 수 있으므로 지그부(100)에 올려지는 튜브 핀 결합체(10)의 폭과 높이에 맞게 세팅할 수 있다.
다음으로, 다중 토치 용접부(400)에 대해 살펴보기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 다중 토치 용접부(400)는 쌍을 이루는 다수개의 토치에 의해 튜브와 튜브 사이의 핀의 양쪽에 대해서 각각 용접이 이루어져 튜브와 핀을 용접 결합시키도록 상기 갠트리 프레임(300) 상에 설치된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치의 다중 토치 용접부를 도시하는 정면도이고, 도 6은 도 5의 측면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 다중 토치 용접부(400)는 다수 개의 토치(410)가 한 쌍을 이루며, X형태로 교차 설치된다.
특히, 튜브의 직경이 작은 경우 11자 형태로 토치가 배열되는 경우 용접 작업의 간섭이 발생될 수 있으므로 X형태로 교차설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 토치(410)가 고정되는 토치 클램프(420)는 힌지축(H)을 중심으로 회동가능하게 설치되어, 상기 토치(410)의 설치 각도를 조절할 수 있도록 한다.
본 발명에서는 도 5에 2개 토치가 사용되는 예를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 또한, 필요에 따라 4개 토치가 교차 설치되거나, 또는 6개의 토치가 교차 설치되어 동시에 용접 작업이 진행되도록 제작될 수도 있다.
그리고, 상기 다중 토치 용접부는 xy축 이동 유닛에 의해서 수직 및 수평으로 이동되어 튜브의 직경과 평판의 크기에 따라서 미세하게 조절할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다.
이러한 xy축 이동 유닛은 LM 가이드를 통해서 토치 클램프(420)를 미세하게 이동시킬 수 있도록 제작될 수 있다.
그리고, 다중 토치 용접부(400)의 하단에는 롤러(430)가 설치되어 튜브 핀 결합체(10)를 따라서 이동되는 가이드 역할을 수행하게 된다.
부가적으로, 용접시에 필요한 전기적 어스를 위한 어스 유닛과 용접 토치 선단에 플럭스를 살포하고 용접 토치 후단에 플럭스와 용접 슬러그를 회수하는 플럭스(flux) 자동 살포 및 회수 장치가 추가될 수 있다.
다음으로, 가압부에 대해 살펴보기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 가압부(500)는 다중 토치 용접부(400)의 전방 위치에서 갠트리 프레임(300)상에 설치되어, 지그부(100)에 고정된 튜브 핀 결합체(10)를 수직 하?향으로 가압하는 역할을 한다.
여기서, 상기 가압부는 도 3에 도시된 바와 같이 갠트리 프레임상에 설치되어 수평 위치를 조정하는 수평이동 유닛(510)과, 상기 수평이동 유닛(510)에 설치되어 수직 하방향으로 이동되는 프레스 유닛(520)과, 상기 프레스 유닛(520) 단부에 설치되어 튜브 핀 결합체(10)의 상부면에 밀착되는 롤러(530)를 포함한다.
상기 수평이동 유닛(510)은 랙 기어를 이용하여 제어부에서 튜브 핀 결합체의 크기와 간격에 따라서 수평위치를 조정하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 프레스 유닛(520)은 유압 기구를 이용하여 용접 과정에서 튜브 핀 결합체(10)가 변형되는 것을 방지할 수 있도록 롤러(530)를 수직 하방향으로 밀어서 튜브 핀 결합체(10)의 상부면을 밀착한 상태를 유지하게 된다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일시예에 따른 롤러와 튜브 핀 결합체의 접촉을 도시하는 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이 튜브 핀 결합체(10)의 상부면에 대응되는 형태로 롤러(530)이 제작되고, 롤러(530)는 롤러 지지대(532)를 통해서 프레스 유닛의 단부에 설치된다.
본 발명에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치의 용접 작업 순서에 대해 살펴보면,
본 발명에 따른 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치는 전공정에서 가용접된 튜브 핀 결합체가 지그부로 공급되면, 지그부의 실린더 유닛을 통해서 단단하게 고정된다.
튜브 핀 결합체의 고정이 완료되면 작업자는 튜브 핀 결합체의 직경과 크기에 따라서 다중 토치 용접부를 제어하는 제어부를 통해서 용접 작업을 세팅하여 갠트리 프레임이 레일을 따라서 이동되면서 자동으로 용접 작업이 진행된다.
이때 용접 과정에서 가용접된 튜브 핀 결합체가 열변형되는 것을 방지하기 위하여 가압부가 전방에서 튜브 핀 결합체의 수직 하방향으로 눌러주게 된다.
그리고, 튜브 핀 결합체의 크기가 큰 경우 상기 작업을 반복적으로 수행하여 용접 작업을 마무리하게 된다.
이때 토치 용접부의 정밀한 이동을 가이드하기 위하여 롤러가 이용된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 롤러의 설치예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 롤러(430)는 축(440)에 일정한 각도(α)로 경사진 상태로 설치되어 튜브 핀 결합체(10)의 튜브 외면에 밀착된 상태로 이동되도록 한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 4개의 토치를 이용하여 튜브와 핀을 용접하는 방식을 설명하기 위한 개략도이다.
4개의 토치는 도 8의 (c)와 같이 3개의 튜브와 그 사이의 2개의 핀을 용접하게 된다. 즉, 튜브와 튜브 사이에 핀이 결합되는 데, 핀의 양쪽에 대해서 용접이 이루어짐으로, 양쪽으로 각각 용접 토치가 필요하다. 따라서, 4개의 토치를 이용하여 3개의 튜브와 2개의 핀이 용접되는 도 8의 (c)와 같이 용접이 이루어지게 된다.
도 8의 (a)는 (c)와 같이 용접 완료된 튜브 핀 결합체(판넬, panel)을 양쪽에 두고 이를 서로 연결 용접하여 총 12개의 튜브를 연결하는 모습을 도시한다. 이와 같이 연결하는 방식으로 본 발명에서는 판넬(panel)의 폭을 최대 1,500mm까지 연장할 수 있다.
도 8의 (b)에서는 4개의 토치 중 2개의 토치만을 이용하여 (c)와 같이 용접 완료된 튜브 핀 결합체(판넬, panel)을 양쪽에 두고 이를 서로 연결 용접하여 총 8개의 튜브를 연결하는 모습을 도시한다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이 플럭스(flux) 자동 살포기(450)와 회수기(460)는 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.
도 6에서는 SAW(submerged arc welding) 방식을 도시하고 있으나, 본 발명의 용접 장치에 SAW(submerged arc welding) 용접기 대신에 플라즈마 웰딩기가 설치하여 적용될 수도 있음은 물론이다.
이상과 같이 본 발명은 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치를 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
100: 지그부
200: 레일
300: 갠트리 프레임
310: 구동 모터
400: 다중 토치 용접부
410: 토치
430: 롤러
500: 가압부
510: 수평 이동 유닛
520: 프레스 유닛
530: 롤러

Claims (5)

  1. 튜브와 핀을 교대로 연결하여 용접하는 튜브 핀 결합체의 용접 장치에 있어서,
    가용접된 튜브 핀 결합체가 고정되는 지그부와;
    상기 지그부의 양측에 가설되는 한 쌍의 레일과;
    상기 한 쌍의 레일을 따라서 움직이는 갠트리 프레임과;
    쌍을 이루는 다수개의 토치에 의해 튜브와 튜브 사이의 핀의 양쪽에 대해서 각각 용접이 이루어져 튜브와 핀을 용접 결합시키도록 상기 갠트리 프레임상에 설치되는 다중 토치 용접부와;
    상기 다중 토치 용접부의 전방 위치에서 상기 갠트리 프레임상에 설치되어, 상기 지그부에 고정된 튜브 핀 결합체를 수직 하?향으로 가압하는 가압부와;
    상기 다중 토치 용접부의 하단에 일정한 각도로 경사진 상태로 설치되어, 튜브 핀 결합체의 튜브 외면에 밀착된 상태로 이동되면서 가이드 역할을 하는 롤러;를 포함하되,
    상기 다중 토치 용접부는,
    다수 개의 토치가 한 쌍을 이루며, X형태로 교차 설치되고, 상기 토치가 고정되는 토치 클램프는 힌지축을 중심으로 회동가능하게 설치되어, 상기 토치의 설치 각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압부는,
    상기 갠트리 프레임상에 설치되어 수평 위치를 조정하는 수평이동 유닛과;
    상기 수평이동 유닛에 설치되어 수직 하방향으로 이동되는 프레스 유닛과;
    상기 프레스 유닛 단부에 설치되어 튜브 핀 결합체의 상부면에 밀착되는 롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지그부는,
    상기 튜브 핀 결합체의 양측면을 가압하는 다수 개의 실린더 유닛이 포함되는 것을 특징으로 하는 튜브 핀 결합체의 레일형 용접 장치.
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