KR101397939B1

KR101397939B1 - 용접 장치

Info

Publication number: KR101397939B1
Application number: KR1020130130114A
Authority: KR
Inventors: 최일주
Original assignee: 최일주
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-05-27
Also published as: WO2015065060A1

Abstract

본 발명은 원통형 용접모재에서 용접면의 외주면상에 가변되는 복수개의 록킹롤러로 용접면의 접합부를 압착 정렬하면서 가용접한 다음 롤러를 분리시켜 본용접을 행할 수 있는 용접장치에 관한 것으로서, 테이블과; 상기 테이블 상부에 고정되어 제1용접모재를 자유 회동 가능하게 지지하는 고정지지수단과; 상기 고정지지수단에 안착된 제1용접모재를 회전 구동하기 위한 제1구동부와; 상기 테이블 상부에, 상기 고정지지수단과 대향하여 전후 이동이 가능하되, 상기 제1용접모재와 제2용접모재가 밀착되면서 용접부가 정렬되도록 제2용접모재를 회동 가능하게 지지하는 가동지지수단과; 상기 가동지지수단을 전후 구동하기 위한 제2구동부와; 용접토치;를 포함하며, 상기 가동지지수단은, 동축 상에서 서로 회동 가능하게 마련되는 중공형상의 제1 및 제2디스크와; 상기 제2용접모재의 테두리에 회동 가능하도록 상기 제1 및 제2디스크에 축설되되, 상기 제1 및 제2디스크의 회동량에 따라 방사방향으로 회동축이 가변되는 다수의 록킹롤러와; 상기 제1,2디스크 중 어느 하나를 회전 구동하기 위한 제3구동부;를 포함한다. 이러한 구성에 의하여 원통형 용접모재를 용접부의 굴곡이 없으면서도 용접면을 정확하게 정렬할 수 있고, 신속한 용접공정의 수행이 가능하게 된다.

Description

용접 장치{Welding Device}

본 발명은 원통형 부재의 접합 용접장치에 대한 발명이다.

원통형 용기나 파이프 등은 주로 각종 유체의 보관용기나 통로로서 역할을 하므로 누설 없는 수밀함이 요구된다. 따라서, 원통형 용접모재의 단면을 접합하는 용접에서는 단면이 정확하게 접합 되어야 한다. 특히 단면의 두께가 얇은 부재의 경우 단면의 정확한 정렬은 용접의 품질을 결정적으로 좌우하게 된다. 하지만, 단면을 정확히 맞추는 작업은 용이하지 않으며, 대형 부재의 경우에는 크레인 작업에 따른 위험도 있다. 통상적으로 원통형 부재의 접합 용접을 위한 단면의 정렬은 육안에 의한 수작업에 의존하며 장비를 사용하더라도 정밀 조정 작업을 거치므로 정렬에 장시간이 요구된다. 원형의 용접면을 접합 정렬하기 위한 자동장치에 관한 종래 기술들은 상당수 존재한다. 하지만, 대량생산을 가능하게 할 만한 신속한 용접면의 정렬과 용접을 위한 장치는 현재로서는 찾아보기 힘든 실정이다.

종래 기술을 살펴보면 원통형 부재의 용접을 위한 용접장치로서 해결하고자 하는 과제는 수작업을 탈피하여 용접공정을 자동화하도록 하는 방향과, 용접모재의 형태 및 용접작업 공간에 구애받지 않으면서 즉석에서 용접을 할 수 있는 포터블 장치의 개발을 추진하는 방향의 두가지로 크게 분류될 수 있다.

도1은 등록실용신안 20-0391479호의 파이프 자동 용접 장치에 대한 도면이다. 여기서는 각종 원통형 파이프를 자동으로 용접할 수 있는 장치를 개시하고 있다. 두 용접모재의 단부를 높이조절구와 구름바퀴의 간격을 조절하여 맞춘 후 가용접을 실시하고, 가용접으로 합쳐진 용접물을 회전시키며 본용접을 하게 된다. 이러한 과정을 자동화 함으로써 수작업에 비하여 용접속도가 균일하여 깨끗한 용접면을 얻을 수 있음과 동시에 수작업에 비해 빠른 공정이 가능하게 된다. 다만, 가용접을 실시하기 위하여 용접물과 피용접물의 단부를 정밀하게 맞추는 공정에서 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

도2는 등록특허 10-0898720호의 포터블 타입 티그 자동용접장비를 포함한 강관연결시공방법에 대한 도면이다. 여기서는 협소한 작업 장소나 곡관 등 시공이 힘든 여건에서 강관의 용접을 가능하게 하는 포터블 타입의 용접장치이다. 먼저 정형이음장치에 의하여 강관을 서로 맞춘 다음 조절노브와 센서에 의하여 용접위치를 추적하며 용접토치가 용접을 하게 된다. 주로 대형 강관의 맞대기 용접에 적용되는 방식으로서 용접면을 맞추고 용접하는 전 과정을 종래에는 크레인을 동원하여 위험한 수작업으로 하였으나 상기 특허는 수작업의 자동화를 가능하게 한 기술이다. 따라서, 대형 강관이 작업장소에 구애받지 않고 균일한 품질로 용접이 가능하게 된다. 다만, 대량생산이 필요한 중소형 제품의 용접에 적합하지 않고 장비가 너무 고가이며, 용접면을 맞추는데 정밀한 조정작업이 필요하고, 조정작업과 용접과정이 분리되어 있어 용접에 장시간을 요하는 문제가 있다.

도3에 도시된 일본특허 특개평5-131277 관 접합 방법 및 관 클램핑 장치 에서는 용접모재인 두 강관에 각각 클램프를 파지하여 용접면을 맞추고 고주파 용접하는 장치에 대한 기술을 개시하고 있다. 견고한 파지를 위하여 용접모재의 외주면에 볼트를 조여 균일한 하중을 가하게 함으로써 용접면을 맞추는 방법인데, 상기 두 번째 종래기술과 마찬가지로 용접면의 견고한 고정과 균일한 용접품질을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 용접면을 맞추기 위한 장비 조작에 장시간이 소요되며 따라서 용접면 정렬과 용접이 하나의 공정으로 이루어지기 힘든 문제가 있다.

위에서 살펴본 바와 같이 종래의 수작업에 의하던 원통형 부재의 용접을 자동화하는 다양한 기술이 개발되고 있음을 알 수 있다. 하지만, 용접면의 정렬과 용접이 하나의 공정으로 이뤄질 수 있도록 정렬에 정밀 조작이 필요없는 자동 가변 정렬장치에 대한 기술은 아직 전무한 실정이다. 따라서 대량생산에 채용 가능한 신속한 정렬을 할 수 있으면서도 균일한 고품질의 용접접합이 가능한 용접장치의 개발이 요청된다고 할 수 있다.

대한민국 등록실용신안 제20-0391479호(등록일자: 2005년 7월 25일) 대한민국 등록특허공보 제10-0898720호(등록일자: 2009년 5월 14일) 일본 특허출원공보 특개평5-131277 (공개일자 1993년 5월 28일)

원통형 부재의 맞대기 용접에 있어, 정확한 용접면의 접합을 신속하게 수행할 수 있도록 하는 장치를 간단한 구조로 구현한 용접장치를 제공 하는 데에 그 목적이 있다. 또한, 상기 용접장치를 이용하면서도 용접부의 굴곡 없이 하나의 공정으로 신속하게 정렬과 용접을 마칠 수 있는 용접방법을 제공 하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접장치는, 동일 직경의 테두리를 갖는 원통형의 제1용접모재 및 제2용접모재를 서로 맞대기 용접하기 위한 용접장치로서, 테이블과; 테이블 상부에 고정되어 제1용접모재를 자유 회동 가능하게 지지하는 고정지지수단과; 고정지지수단에 안착된 제1용접모재를 회전 구동하기 위한 제1구동부와; 상기 테이블 상부에 상기 고정지지수단과 대향하여 전후 이동이 가능하되, 상기 제1용접모재와 제2용접모재가 밀착되면서 용접부가 정렬되도록 제2용접모재를 회동 가능하게 지지하는 가동지지수단과; 상기 가동지지수단을 전후 구동하기 위한 제2구동부와; 제1용접모재와, 제2용접모재를 용접하기 위한 용접토치;를 포함하며, 상기 가동지지수단은, 동축 상에서 서로 회동 가능하게 마련되는 중공형상의 제1 및 제2디스크와; 상기 제2용접모재의 테두리에 회동 가능하도록 상기 제1 및 제2디스크에 축설되되, 상기 제1 및 제2디스크의 회동량에 따라서 방사방향으로 회동축이 가변되는 다수의 록킹롤러와; 상기 제1,2디스크 중 어느 하나를 회전 구동하기 위한 제3구동부;를 포함한다.

그리고, 상기 록킹롤러를 가변시키기 위해서 제1디스크에는 제1축공이 형성되고, 제2디스크에는 제2축공이 형성되며 이와 동시에 상기 제3구동부는 상기 제2디스크를를 회전구동하도록 하여, 제2디스크의 회동시 제1축공과 제2축공이 겹쳐지며 형성하는 공간을 따라 상기 록킹롤러의 회전축이 가변될 수 있도록 된 것을 특징으로 한다. 상기 제2축공들은, 제2디스크의 중심에 대해 회전 대칭되는 나선형상으로 배치되며, 제2축공들의 곡률중심은 제2디스크를 동심으로 하는 임의의 가상원주상에 위치하는 것을 특징으로 하며, 제1축공은, 상기 록킹롤러의 회동축이 제2축공을 따라 이동한 경로가 방사방향 성분상에 투영된 모습으로 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 제2디스크의 노출면에 제3디스크가 추가로 결합되고, 제1디스크로부터 제3디스크를 모두 관통하는 복수의 체결부재가 축설되는 것을 특징으로 하며, 상기 체결부재를 위하여 제2디스크에 제3축공이 마련되고, 제3축공은, 제2디스크의 회동거리와 방향에 일치되게 형성된 것을 특징으로 하게 된다.

이때, 제3디스크의 노출면상에 상기 록킹롤러의 회동축을 지지하는 베어링이 마련되며 상기 베어링은 바람직하게는 구면 베어링인 것을 특징으로 한다.

그리고, 여러 가지 서로 다른 단면 직경을 가진 다양한 원통형 부재의 용접이 가능하게 하기 위하여, 제2디스크의 회동량을 조절하는 제어부가 제3구동부에 마련될 수 있게 한다.

이상으로, 위에서 설명한 용접장치에 의하여 용접면의 굴곡을 방지하고 신속한 용접을 가능하게 할 수 있는 용접방법은, 가동지지수단을 고정지지수단으로부터 후퇴시킨 상태에서 제1용접모재를 고정지지수단에, 제2용접모재를 가동지지수단에 각각 안착시키고, 제3구동부에 의하여 제2디스크를 회동시켜 제1, 제2 축공을 따라 상기 록킹롤러들을 가변함으로써 용접부에 압착시키는 제1단계; 제2구동부에 의해 가동지지수단을 전진시켜 제1, 제2용접모재의 각 용접면을 서로 밀착하는 제2단계; 제1구동부에 의해 제1, 제2 용접모재를 함께 회전시킬 때 상기 록킹롤러들이 용접면을 압착 정렬하는 제3단계; 제1구동부를 가동하여 제1, 제2용접모재를 일정각도씩 회전시키면서 밀착된 용접부의 복수개소에 가용접을 실시하는 제4단계; 가용접 후에 제3구동부에 의하여, 제2디스크를 상기 압착 정렬하는 단계와 반대방향으로 회동시켜 상기 록킹롤러를 상기 용접부에서 분리하고, 제1, 제2용접모재를 제1구동수단으로 회전시키면서 본용접 하는 제5단계; 본용접 후에 제3구동부에 의하여, 제2디스크를 다시 압착정렬 위치로 회동시켜 상기 록킹롤러를 상기 용접부에 압착시킨 후, 제2구동부에 의하여 가동지지수단과 상기 록킹롤러에 압착된 제1, 제2 용접모재를 함께 후진시켜 용접된 제1, 제2용접모재를 용접장치에서 분리하는 제6단계;를 포함하도록 한다.

이때, 제6단계에서 록킹롤러를 다시 용접부에 압착시키지 않고, 가동지지수단 만을 후진시켜, 용접된 제1, 제2용접모재를 고정지지수단의 제1홀더에 안착된 상태를 유지하여 용접모재를 용접장치에서 분리할 수도 있다.

그리고, 상기 용접방법에서 바람직하게는, 용접의 모든 단계가 자동으로 수행되도록, 제1, 제2, 제3 구동부 및 별도의 용접토치 구동부가 연동되어 제어될 수 있는 제어장치가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있도록 한다.

첫째, 본 발명에 따른 용접장치에 따르면, 회전하는 용접부에 록킹롤러를 압착하여 용접면을 정렬하면서, 록킹롤러의 압착과 분리를 간단한 장비로 자동화함으로써, 원통형 부재의 용접공정을 신속하게 하여 대량생산에 적합한 용접 공정을 실현할 수 있게 된다.

둘째, 상기 용접장치를 이용한 용접방법에 따르면, 록킹롤러의 압착 정렬과정을 거치면서도 용접면의 굴곡 없이 균일한 고품질의 용접이 가능하게 된다.

도 1은 종래기술인 파이프 자동 용접 장치의 정면도 및 부분 사시도,
도 2는 종래기술인 포터블 타입 티그 자동용접장비를 포함한 강관연결시공방법에서 정형이음장치의 사시도와 용접장치의 사시도,
도 3은 종래기술인 관 접합 방법 및 관 클램핑 장치의 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 용접장치의 전체 사시도,
도 5는 도4의 확대 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 용접장치의 측면도,
도 7은 제1 및 제2용접모재와 제1 및 제2홀더 및 용접 토치부만을 나타낸 사시도,
도 8은 용접장치의 승강수단의 하강상태,
도 9는 용접장치의 승강수단의 상승상태,
도 10a는 본 발명에 따른 용접장치에서 제1디스크의 정면도,
도 10b는 본 발명에 따른 용접장치에서 제2디스크의 정면도,
도 11a는 본 발명에 따른 용접장치에서 제3디스크의 정면도,
도 11b는 본 발명에 따른 용접장치에서 록킹롤러의 측면도,
도 12는 본 발명에 따른 용접장치에서 제2디스크의 제2축공과 제3축공의 배치 개념도,
도 13은 본 발명에 따른 용접장치에서 록킹롤러의 가변을 제1축공에서 나타낸 정면도,
도 14는 본 발명에 따른 용접장치에서 록킹롤러의 가변을 제2축공과 제3축공에서 나타낸 정면도,
도 15는 본 발명에 따른 용접장치에서 록킹롤러의 동작을 나타낸 측면도,
도 16은 본 발명에 따른 용접장치에서 제2디스크의 회동을 나타낸 정면도,
도 17은 본 발명에 따른 용접장치에서 고정지지수단이 전진한 상태를 나타낸 측면도,
도 18은 본 발명에 따른 용접장치에서 고정지지수단이 후진한 상태를 나타낸 측면도,

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 예시 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용접장치의 전체 사시도로서 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 마주보는 용접면을 서로 접합한 상태를 나타낸 도면이다.

도4를 참고하여 본 발명인 용접장치의 전체 구조를 살펴보면, 용접장치의 가장 하부에는 지면으로부터 지지되는 강성 프레임(120)이 있고, 그 위에 전체 용접장치를 받쳐주는 직사각형의 테이블(100)이 놓인다. 테이블 상부의 일측에는 제1용접모재(10)를 지지하는 고정지지수단(200)이 위치하고, 타측에는 고정지지수단(200)을 마주보며 제2용접모재(20)를 지지하는 가동지지수단(400)이 위치한다. 이때 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)는 용접면이 서로 마주보게 지지된다. 고정지지수단(200)과 가동지지수단(400)의 마주보는 면의 반대측에 각각 구동수단이 연결되어 위치하는데, 고정지지수단(200)의 반대측에는 제1구동부(300)가 고정지지수단(200)에 연결되며, 가동지지수단(400)의 반대측에는 제2구동부(500)가 가동지지수단(400)에 연결되어 각각 위치한다. 제1구동부(300)는 전체 용접모재(10)(20)를 회전시키는 역할을 하며, 제2구동부(500)는 가동지지수단(400)이 고정지지수단(200)을 향하여 전진 또는 후진하도록 하는 역할을 한다. 이를 위하여 테이블(100) 상부에는 가이드 레일(110)이 마련되어 가동지지수단(400)이 고정지지수단(200)을 향하여 전진 또는 후진할 때 안내하는 역할을 한다.

참고로, 도20에서는 용접토치부(600)와 제1용접모재(10) 및 제2용접모재(20)만 따로 도시되어 있다.

도7은 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20) 및 이들 각각을 지지하는 제1홀더(220)와 제2홀더(460), 그리고 용접토치부(600)를 따로 도시한 도면이며, 도19는 용접토치부(600)를 더욱 확대한 사시도이다. 도7과 도19를 참고하면, 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 용접면이 만나면서 이루어지는 용접부의 한쪽 측면에, 지면에 수직하게 강성프레임(120)에 부착된 토치 지지대(610)를 포함하는 용접토치부(600)가 있다. 토치 지지대(610)에는, 토치 지지대를 따라 수직으로 승강연동부(620)를 상승 또는 하강시킬 수 있게 승강레일(611)이 부설된다. 승강연동부(620)에는, 용접토치(650)가 하부에 설치된 위치조정대(640)를 수평방향으로 이동할 수 있도록 수평바(630)가 고정 설치되며, 수평바(630)에는 위치조정대(640)의 수평이동을 안내하는 수평레일(631)이 부설된다.

도5는 도4의 확대사시도이며 도6은 본 발명에 따른 용접장치를 용접토치부(600)가 설치된 측에서 나타낸 측면도 이다. 도5와 도6을 참고하여, 고정지지수단(200)의 구성을 살펴보기로 한다. 먼저, 제1수직고정판(210), 제2수직고정판(230), 제3수직고정판(250)이 가동지지수단(400)을 향하여 나란히 세워지며 모두 테이블(100)상에 고정된다. 가동지지수단(400)을 직접 대면하는 제1수직고정판(210)은 제1용접모재(10)를 소정의 틈을 두고 감싸도록 중공형태로 되어 있다. 제2수직고정판(230)의 중심에는 제1수직고정판(210)을 향하여 제1홀더(220)가 자유회동 가능하게 설치되어 있다. 제1용접모재(10)는 제1홀더에 안착되어 고정 지지된다. 제3수직고정판(250)은 한 면은 제2수직고정판(230)을 향하며 그 반대 면에는 제1구동부(300)가 위치한다. 제1구동부(300)의 회전운동은, 제1구동부(300)에 연결된 회전축이 제3수직고정판(250)과 제2수직고정판(230)의 중심을 관통하여 제1홀더(220)와 연결 되어 제1홀더(220)를 회전시키도록 된다. 제1홀더(220)는 제1용접모재(10)를 파지하면서 자유회동이 가능하도록 설치된다. 그리고, 제1수직고정판(210)의 테두리를 따라 제1파이프 프레임(240)이 제2수직고정판(230)을 향하여 설치되며 제2수직고정판(230)을 관통하여 제3수직고정판(250)까지 연결함으로써 상기 세 개의 수직고정판들(210)(230)(250)을 연결 및 고정한다.

다음으로 가동지지수단(400)의 구성을 살펴보면, 먼저, 하부에는 가동지지수단(400) 전체를 지지하면서 테이블(100)위의 가이드레일(110)을 따라 움직일 수 있는 가동지지수단의 바닥판(440)이 있고, 그 위에 제1디스크(412), 제2디스크(413), 제3디스크(414)가 차례로 겹쳐져 세워지며, 제1디스크(412)의 노출면이 고정지지수단(200)의 제1수직고정판(210)을 직접 대면하게 된다. 이 중 제1디스크(412)와 제3디스크(414)는 가동지지수단의 바닥판(440)에 고정되며 제2디스크는 회동 가능하도록 된다. 도15를 참고하면, 제2디스크의 일측은 구동보조부재(451)에 의하여 제3구동부(450)와 연결된다. 제1, 제2, 제3디스크는 모두 중공형으로서, 제2용접모재(20)의 외주부를 소정의 틈을 두고 감싸는 형태이다. 제3디스크(414)의 노출면을 대면하는 제4수직고정판(430)이 가동지지수단의 바닥판(440)에 고정되어 설치되며, 제4수직고정판(430)에서 제3디스크를 향하는 면의 중심에는 제2용접모재(20)가 안착되는 제2홀더(460)가 자유회동 가능하게 설치된다. 따라서, 제1구동부(300)에 의해 제1홀더(220)와 제1용접모재(10)가 회전할 때, 맞물려 함께 회전하는 제2 용접모재(20)를 지지하면서 피동적으로 회전 가능하도록 된다. 그리고, 제3디스크(414)와 제4수직고정판(430)을 복수개의 제2파이프 프레임(420)이 연결하여 서로 고정하며, 제2파이프 프레임(420)은 제1,제2,제3디스크를 모두 관통하는 체결부재(416)와 결합된다. 제4수직고정판(430)의 양면 중 제3디스크(414)방향의 반대 면에는 가동지지수단(400)을 고정지지수단(200)을 향하여 전진 또는 후진시킬 수 있는 제2구동부(500)가 연결된다. 도4와 도6에서는 제2구동부(500)가 유압장치인 것으로 도시되어 있으나, 같은 역할을 할 수 있는 구동수단이면 어떤 것이든 대체가능하다.

도6과 도11b를 참고하면, 제1디스크(412)에서 고정지지수단(200)을 향하는 면의 테두리부에 복수개의 록킹롤러(411)들이 설치된다. 록킹롤러(411)의 회전축은 제1,제2,제3디스크를 모두 관통하며, 제3디스크(414)의 노출면에는 록킹롤러(411)를 방사 방향으로 가변 가능하도록 지지하는 구면 베어링(415)이 부착된다. 록킹롤러(411)들은 아이들롤러로서 제2구동부(500)에 의해 양측 용접면이 접합될 때, 접합된 용접부의 외주면상에 위치하도록 설치되고, 제1구동부(300)에 의하여 용접면이 회전할 때 용접면과 맞물려 피동적으로 회전 가능하도록 된다.

록킹롤러(411)들은 용접면이 정확하게 결합할 수 있도록 용접부를 압착 정렬하는 역할을 한다. 도10a의 제1디스크(412)의 정면도와 도10b의 제2디스크(413)의 정면도를 참고하면, 록킹롤러의 회전축이 제1 및 제2디스크의 정면을 차례로 관통할 때 형성되는 관통공은, 록킹롤러 회전축이 가변할 수 있도록 안내하는 축공(61)(51)의 형상을 띠게 된다. 록킹롤러의 회전축이 제1디스크를 관통하는 관통공을 제1축공(61), 제2디스크(413)를 관통하는 관통공을 제2축공(51)이라 하기로 한다. 이때, 가변 방향은 제1디스크(412)와 제2디스크(413)의 중심을 기준으로 한 방사방향이 된다.

도10a에는 제1디스크(412)에 형성된 제1축공(61)이 도시되어 있고, 도10b에는 제2디스크(413)에 형성된 제2축공(51)과 제3축공(52)이 도시되어 있으며 도11a에는 제3디스크(414)에 형성된 록킹롤러(411)의 회전축의 관통공(71), 체결부재(416)의 관통공(72) 및 록킹롤러의 회전축을 회동가능하게 고정하는 구면 베어링(415)의 축설을 위한 고정부재의 관통공(73)이 각각 도시되어 있다.

복수개의 제1축공(61)은 방사상으로 회전대칭 되게 배열되며, 제2축공(51)은 나선형으로 회전대칭 되게 배열되어 있다. 도16을 참고하면, 록킹롤러(411)의 가변을 위하여 제3구동부(450)가 제2디스크(413)에 연결되어 제2디스크(413)를 회동시킴으로써 록킹롤러(411)를 가변시킨다. 제1디스크(412)와 제3디스크(414)에서의 체결부재(416)의 관통공은(62)(72) 체결부재(416)의 단면과 같은 형상과 크기로 된다. 그 이유는, 제1디스크(412)와 제3디스크(414)가 고정되어 있고 체결부재(416)도 고정되어 있으므로, 체결부재(416)가 제1디스크(412)와 제3디스크(414)에 관통되는 관통공(62)(72)이 안내 역할을 할 필요가 없기 때문이다. 그러나, 제2디스크(413)는 도16에서의 P 또는 S 방향으로 회동하므로, 체결부재(416)가 제2디스크(413)를 관통하는 관통공은 안내 축공의 역할을 하게 된다. 이 가이드 축공을 제3축공(52)이라 하기로 한다. 제3축공(52)의 형상은 제2디스크(413)의 회동거리와 방향에 일치하며, 제3축공(52)에 의하여 제2디스크(413)는 체결부재(416)의 방해를 받지 않고 회전이 가능하게 된다.

이하에서는 제1축공(61)과 제2축공(51)의 형상과 함께 록킹롤러(411)들의 가변원리를 설명하기로 한다.

도12에서는 도10b에 나타낸 제2디스크(413)에 형성된 제2축공(51)의 형상과 배열을 좀 더 자세히 도시하였다. 복수의 제2축공(51)의 각각의 나선형의 형상은, 각각의 나선형의 곡률 중심들(54)이 모두 제2디스크(413)외주원과 중심점을 공유하는 임의의 동심원상에 위치될 수 있도록 된다.

도13내지 도16에서는 제1축공(61)과 제2축공(51)에 의하여 록킹롤러(411)들이 용접부를 밀착 정렬하도록 방사방향으로 가변할 수 있는 원리를 도시하였다. 도13은 고정된 제1디스크(412)의 제1축공(61)을 도시하였고, 도14에서는 제3구동부(450)에 의하여 회동하는 제2디스크(413)의 제2축공(51) 및 제3축공(52)을 도시하였다. 도14를 참고하면, 제2디스크(413)는 제3구동부(450)와 그에 연결된 구동보조부재(451)에 의하여 시계방향(도 16에서의 P방향)으로 각도 R만큼 회동하게 된다. 이때, 록킹롤러(411) 회전축의 단면 중심은, 제2디스크(413)가 회동하지 않고 정지한 상태라고 가정한다면, 제2축공(51)상의 위치A에서 위치B로 이동하는 것으로 되는데, 제2디스크(413)는 각도R만큼 회전하는 것이므로 위치A에 있던 록킹롤러(411)의 회전축의 단면 중심은 실제로는, 도13을 함께 참고하면, 위치A에서 위치C로 이동하는 것이다. 따라서 위치B는 제2디스크(413)의 회동에 의하여 위치C와 겹쳐지게 되는 것이며, 록킹롤러(411)들의 실제 이동은 도13에서 제1축공(61)을 따라 위치A에서 위치C 로, 즉 방사상의 경로로 길이 L2만큼 이동하도록 되는 것이다.

그리고, 도14에서, 제2디스크(413)를 관통하는 체결부재(416)가 제2디스크(413)의 회동을 방해하지 않게 하기 위하여 제3축공(52)이 마련된다. 제2디스크(413)가 제3구동부(450)에 의하여 각도R만큼 회동하는 동안, 고정된 체결부재(416)의 단면에 의해 만들어지는 궤적이 바로 제3축공(52)의 형상이 되는 것이다. 제2축공(51)에서 록킹롤러 회전축 단면 중심이 점A에서 점B로 이동하는 동안, 제3축공 상에서 체결부재(416) 단면 중심은 점F에서 점D로 옮겨지게 된다. 이때 실제로 옮겨지는 것은 체결부재(416)가 아니라 제2디스크(413)이므로 체결부재의 위치는 사실상 변함이 없다. 따라서, 점 F와 점 D는 같은 지점으로서, 제2디스크(413)가 정지한 것으로 가정할 때 실제로는 고정된 지점이 제2디스크(413)의 회동으로 인해 가변하는 것처럼 보이는 가상의 이동지점을 나타낸 것이다.

도16에서 구동보조부재(451)는 제3구동부(450)에 의한 왕복운동을 제2디스크(413)의 회전운동으로 변환시키기 위한 부재로서, 엔진 실린더의 커넥팅 로드와 유사한 역할을 하게 된다.

도15는 제2디스크(413)가 각도 R만큼 회전할 때 록킹롤러(411)들의 이동을 나타낸 측면도이다. 록킹롤러(411)들의 회전축은 제2디스크(413)의 회동에 의하여 도13에서의 위치A와 위치C 사이를 움직일 수 있어야 하므로, 제3디스크(414)의 노출면에 결합된 록킹롤러(411)의 지지 베어링은 관통축이 수직응력을 받아도 지지가 가능한 구면 베어링(415)을 사용하는 것으로 한다.

그리고, 바람직하게는 제3디스크(414)를 포함하도록 하나, 제3디스크 없이도 본 발명의 실시는 가능하다. 도시되진 않았지만, 제3디스크가 없는 상태에서는 제2디스크(413)와 제1디스크(412)의 위치는 바뀌어도 무방하며, 다만, 제3구동부(450)는 반드시 제2디스크에 결합되도록 한다. 이때 구면 베어링(415)은 제4수직고정판(430)에서 제1,제2 디스크에 대한 반대면에 설치되며, 구면 베어링(415)에는 제2파이프 프레임(420)이 제4수직고정판(430)을 관통하여 결합되게 된다.

도17과 도18은 제2구동부(500)에 의하여 가동지지수단(400)이 전진함으로써, 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 용접면이 서로 만나게 된 모습과 가동지지수단(400)을 후퇴시킨 모습을 나타낸 측면도이다.

이하에서는 도4에서 도18까지를 참고하여 본 발명에 의한 용접장치를 이용한 용접방법을 설명하기로 한다.

먼저, 제2구동부(500)에 의하여 가동지지수단(400)을 후퇴시켜 양측의 지지수단을 서로 거리를 두게 한 상태에서 제1용접모재(10)를 고정지지수단(200)에 구비된 제1홀더(220)에 안착시키고, 제2용접모재(20)는 가변지지수단(400)에 구비된 제2홀더(460)에 안착시킨 후, 제3구동부(450)에 의하여 제2디스크(413)를 도16의 P방향으로 회동시켜 제1, 제2 축공을 따라 상기 록킹롤러(411)들을 가변함으로써 록킹롤러(411)들을 제2용접모재(20)의 용접면의 외주부에 압착시킨다.(제1단계)

그리고, 제2구동부(500)를 작동하여 가동지지수단(400)을 고정지지수단(200) 방향으로 전진시켜 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 용접면을 밀착시킨다.(제2단계)

록킹롤러들이 용접부에 밀착된 상태에서, 제1구동부(300)를 가동하여 제1홀더(220)를 회전시키면, 이에 안착된 제1용접모재(10)와 제1용접모재에 밀착된 제2용접모재(20) 및 제2용접모재를 지지하는 제2홀더(460)를 모두 함께 회전시키게 된다. 이렇게 회전을 하는 동안, 이 회전에 따라 피동적으로 회전되며, 용접부에 압착된 록킹롤러(411)들에 의하여 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 용접면이 정확하게 결합할 수 있도록 정렬시킨다.(제3단계)

용접면이 정확하게 결합한 상태에서 제1구동부(300)에 의하여 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)를 일정각도씩 회전시키면서 용접부에 가용접을 실시하게 된다. 가용접은 용접부에서 바람직하게는 최소한 세군데 이상 실시하는 것이 좋다.(제4단계) 이때, 아직 록킹롤러(411)들은 여전히 용접부를 압착하고 있는 상태이며 가용접이 끝날 때 까지 진원을 맞추기 위하여 정렬을 계속하게 된다. 가용접은 스폿 용접이므로 록킹롤러(411)의 압착이 있더라도 가용접에 의한 용접부의 굴곡현상은 발생하지 않는다.

그 다음, 제3구동부(450)를 가동하여 제2디스크(413)를 도16의 S방향으로 회동시켜 록킹롤러(411)들을 용접부에서 분리시키고, 제1구동부(300)를 가동시켜 용접모재 전체(10)(20)를 회전시키면서 본용접을 실시한다.(제5단계)

본용접이 끝나면 다시 제2디스크(413)를 P방향으로 회동시켜 록킹롤러(411)들이 용접부에 압착하도록 한 후, 제2구동부(500)를 가동하여 가동지지수단(400)을 후진시키며 이때, 록킹롤러(411)에 압착된 제1, 제2용접모재는 가동지지수단(400)과 함께 후진하게 된다. 후진 후에 용접완료된 제1, 제2용접모재를 용접장치에서 분리시킨다.(제6단계)

이렇게 용접의 전 과정이 끝나게 된다.

이때, 제1구동부(300), 제2구동부(500), 제3구동부(450) 및 용접토치부(600)를 제어기기로 연동시켜서 위의 제1단계에서 제5단계까지의 과정을 모두 자동화 할 수 있다.

그리고, 제6단계에서 록킹롤러(411)들을 가변시켜 용접모재를 압착하지 않고 가동지지수단(400)을 후퇴시키면 용접되어 결합된 제1, 제2 용접모재(10)(20)는 고정지지수단(200)에 남게 되고, 따라서 고정지지수단(200)에서 용접모재를 분리시킬 수 있다.

또한, 용접모재의 사이즈가 다양할 수 있음을 고려하여, 1) 제1디스크(412), 제2디스크(413)를 하나의 세트로 마련하여 여러 가지 용접모재의 사이즈에 대응하도록 다양한 길이와 방향의 제1축공 및 제2축공을 가지는 디스크 세트를 준비할 수 있다. 혹은 2) 제3구동부(450)에 제어기기를 설치하여 제2디스크(413)의 회동량을 조절함으로써 서로 다른 규격의 원통형 용접모재를 용접할 수 있게 하도록 할 수도 있다.

그리고, 용접모재의 다양한 두께에 대응하여, 상기 용접방법에서 6단계의 본 용접시에 제1구동부(300)에 의해 용접모재의 회전속도를 조절 할 수 있도록 하는 속도조절수단(미도시)을 추가로 구비하도록 할 수도 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

R : 제2디스크의 가변 각도 10 : 제1용접모재
20 : 제2용접모재 51 : 제2축공
52 : 제3축공 54 : 제2축공의 곡률중심들
55 : 제2디스크의 중심 61 : 제1축공
62 : 체결부재의 관통공 65 : 제1디스크의 중심
71 : 록킹롤러 회전축의 관통공 72 : 체결부재의 관통공
73 : 고정부재의 관통공 75 : 제3디스크의 중심
100 : 테이블 110 : 가이드 레일
120 : 강성 프레임 200 : 고정지지수단
210 : 제1수직고정판 220 : 제1홀더
230 : 제2수직고정판 240 : 제1파이프 프레임
250 : 제3수직고정판 300 : 제1구동부
400 : 가동지지수단 410 : 가변지지부
411 : 록킹롤러 412 : 제1디스크
413 : 제2디스크 414 : 제3디스크
415 : 구면 베어링 416 : 체결부재
420 : 제2파이프 프레임 430 : 제4수직고정판
440 : 가동지지수단의 바닥판 450 : 제3구동부
451 : 구동보조부재 460 : 제2홀더
500 : 제2구동부 600 : 용접토치부
610 : 토치지지대 611 : 승강 레일
620 : 승강연동부 630 : 수평바
631 : 수평레일 640 : 위치조정대
650 : 용접토치

Claims

동일 직경의 테두리를 갖는 원통형의 제1용접모재 및 제2용접모재를 서로 맞대기 용접하기 위한 용접장치에 있어서,
테이블과;
상기 테이블 상부에 고정되어 제1용접모재를 자유 회동 가능하게 지지하는 고정지지수단과;
상기 고정지지수단에 안착된 제1용접모재를 회전 구동하기 위한 제1구동부와;
상기 테이블 상부에 상기 고정지지수단과 대향하여 전후 이동이 가능하되, 상기 제1용접모재와 제2용접모재가 밀착되면서 용접부가 정렬되도록 제2용접모재를 회동 가능하게 지지하는 가동지지수단과;
상기 가동지지수단을 전후 구동하기 위한 제2구동부와;
제1용접모재와, 제2용접모재를 용접하기 위한 용접토치;를 포함하며,
상기 가동지지수단은,
동축 상에서 서로 회동 가능하게 마련되는 중공형상의 제1 및 제2디스크와;
상기 제2용접모재의 테두리에 회동 가능하도록 상기 제1 및 제2디스크에 축설되되, 상기 제1 및 제2디스크의 회동량에 따라서 방사방향으로 회동축이 가변되는 다수의 록킹롤러와;
상기 제1,2디스크 중 어느 하나를 회전 구동하기 위한 제3구동부;를 포함하는 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 록킹롤러의 가변을 위해 제1디스크에는 제1축공이 형성되고, 제2디스크에는 제2축공이 형성되며, 상기 제3구동부가 제2디스크를 회동시킬 때, 제1축공과 제2축공이 겹쳐지는 공간을 따라 상기 록킹롤러의 회전축이 가변될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 용접장치.
제2항에 있어서,
상기 제2축공들은, 제2디스크의 중심에 대해 회전 대칭되는 나선형상으로 배치되며, 제2축공들의 곡률중심은 제2디스크를 동심으로 하는 임의의 가상원주상에 위치하는 것을 특징으로 하는 용접장치.
제2항에 있어서,
제1축공은, 상기 록킹롤러의 회동축이 제2축공을 따라 이동한 경로가 방사방향 성분상에 투영된 모습으로 형성된 것을 특징으로 하는 용접장치.
제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
제2디스크의 노출면에 제3디스크가 추가로 결합되고, 제1디스크로부터 제3디스크를 모두 관통하는 복수의 체결부재가 축설되는 것을 특징으로 하는 용접장치.
제5항에 있어서,
상기 체결부재를 위하여 제2디스크에 제3축공이 마련되고, 제3축공은, 제2디스크의 회동거리와 방향에 일치되게 형성된 것을 특징으로 하는 용접장치.
제5항에 있어서,
제3디스크의 노출면상에 상기 록킹롤러의 회동축을 지지하는 베어링이 마련되며 상기 베어링은 구면 베어링인 것을 특징으로 하는 용접장치.
제2항에 있어서,
서로 다른 단면 직경을 가진 다양한 원통형 부재의 용접에 대응되도록, 제2디스크의 회동량을 조절하는 제어부가 제3구동부에 마련되는 것을 특징으로 하는 용접장치.
제1항 내지 제4항 및 제8항 중 어느 한 항의 용접장치를 이용한 용접방법에 있어서,
가동지지수단을 고정지지수단으로부터 후퇴시킨 상태에서 제1용접모재를 고정지지수단에, 제2용접모재를 가동지지수단에 안착시키고, 제3구동부에 의하여 제2디스크를 회동시켜 제1, 제2 축공을 따라 상기 록킹롤러들을 가변함으로써 상기 록킹롤러들을 제2용접모재의 용접면의 외주부에 압착시키는 단계;
제2구동부에 의해 가동지지수단을 전진시켜 제1, 제2용접모재의 각 용접면을 서로 밀착하는 단계;
제1구동부에 의해 제1, 제2 용접모재를 함께 회전시킬 때 상기 록킹롤러들이 용접면을 압착 정렬하는 단계;
제1구동부를 가동하여 제1, 제2용접모재를 일정각도씩 회전시키면서 밀착된 용접부의 복수개소에 가용접을 실시하는 단계;
가용접 후에 제3구동부에 의하여, 제2디스크를 상기 압착 정렬하는 단계와 반대방향으로 회동시켜 상기 록킹롤러를 상기 용접부에서 분리하고, 제1, 제2용접모재를 제1구동수단으로 회전시키면서 본용접 하는 단계;
본용접 후에 제3구동부에 의하여, 제2디스크를 다시 압착정렬 위치로 회동시켜 상기 록킹롤러를 상기 용접부에 압착시킨 후, 제2구동부에 의하여 가동지지수단과 상기 록킹롤러에 압착된 제1, 제2 용접모재를 함께 후진시켜 용접된 제1, 제2용접모재를 용접장치에서 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접방법
제9항에 있어서,
용접의 모든 단계가 자동으로 수행되도록, 제1, 제2, 제3 구동부 및 별도의 용접토치 구동부가 연동되어 제어될 수 있는 제어수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 용접방법.