KR101406182B1 - 오버레이 용접 포지셔너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 티형관, 크로스관, 레듀샤 등을 포함하는 배관의 내면에 덧용접을 수행하기 위한 오버레이 용접 포지셔너에 관한 것으로서, 구체적으로는 각종 형상의 배관 내부의 덧용접을 편리하고 효율적이며 확실하게 수행할 수 있도록 개선된 오버레이 용접 포지셔너에 관한 것이다.
본 발명에서는, 바닥면에 설치되는 베이스 프레임(101); 세로로 마련되는 회전 제1프레임(102a)과 가로로 마련되는 회전 제2프레임(102)으로 구성되어 상기 베이스 프레임 상에서 제1방향으로 회전 가능하게 장착되는 회전 프레임(102); 상기 베이스 프레임에 고정 장착되어 상기 회전 프레임이 상기 제1방향으로 회전하도록 회전 동력을 전달하는 제1방향 회전 모터(111); 상기 회전 제2프레임 상에 제2방향으로 회전 가능하게 장착되는 회전판(103); 상기 회전판에 회전동력을 전달하도록 상기 회전 제2프레임에 고정 부착되는 제2방향 회전모터(121); 상기 회전판 상에서 한 쌍을 이루도록 마주하되 좌우로 직선이동함으로써 간격이 벌어지거나 좁아지도록 장착되는 제1슬라이드 블럭(126)과 제2슬라이드 블럭(127)으로 구성되는 다수 개의 브이 블럭; 및 상기 회전 제1프레임(102a)의 상단부에서 연장되는 상부 지지대(102c)에 회전 가능하게 설치되며 외주면에 나사산이 형성되는 승강 스크류축(131)과, 상기 승강 스크류축의 일측 선단에 결합하는 지지블럭(132)과, 상기 지지블럭에 장착되는 다수의 고정구(133)로 구성되는 상부 고정장치; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 포지셔너에 관하여 개시한다.

Description

오버레이 용접 포지셔너{Overlay welding positioner}
본 발명은 티형관, 크로스관, 레듀샤 등을 포함하는 배관 연결구 등의 내면에 덧용접을 수행하기 위한 오버레이 용접 포지셔너에 관한 것으로서, 구체적으로는 각종 형상의 배관 내부의 덧용접을 편리하고 효율적이며 확실하게 수행할 수 있도록 개선된 오버레이 용접 포지셔너에 관한 것이다.
일반적으로 부식과 마모는 금속 재료의 표면에서 발생하는 화학적, 기계적인 손상의 일종이며, 기계부품의 수명과 작동상태를 결정하는 중요한 요소의 하나이다. 특히, 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 각종의 내마모 합금을 클래딩(cladding)시킴으로써 내마모, 내식성 및 용접성 등의 기본특성을 만족시키는 표면경화용 클래드 합금이 개발되고 있다.
일반적으로 발전설비, 석유화학 플랜트 설비, 선박이나 해상용 설비의 배관에는 저급 재료인 탄소강을 사용하고 그 내면에 스테인레스나 니켈합금 등 내식성, 고강도성 및 내구성을 가지는 이종 재료를 이용하여 덧용접(overlay welding)을 실시한다.
출원인의 등록특허 제10-0909596호 "파이프 내면 자동육성용접장치", 등록특허 제10-0919641호 "엘보관 내면 자동육성용접장치", 등록특허 제10-0949062호 "버터플라이 밸브용 플라즈마 자동 육성용접장치", 등록특허 제10-1150354호 "볼밸브 자동육성 용접장치" 등에서는 이러한 산업용 배관이나 엘보 및 밸브류의 내주면에 덧용접을 자동으로 수행하기 위한 장치들에 관하여 개시하고 있다.
그런데 이러한 종래의 장치들은 직관, 엘보관, 버터플라이 밸브나 볼 밸브 등의 내면을 덧용접하기 위하여 특화된 것들로서 티형관(Tee), 크로스관(Cross)이나 레듀사(Reducer) 등의 배관 연결품의 내주면 덧용접에 적용하기에는 적당하지 않은 문제가 있었다.
따라서 티형관, 크로스관이나 레듀사와 같이 그 형상이 다양한 다종의 배관 연결품들의 내주면 육성 용접을 신속하고 정확하며 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 새로운 용접 포지셔너의 개발이 필요하게 되었다.
등록특허 제10-0909596호 "파이프 내면 자동육성용접장치" 등록특허 제10-0919641호 "엘보관 내면 자동육성용접장치" 등록특허 제10-0949062호 "버터플라이 밸브용 플라즈마 자동 육성용접장치" 등록특허 제10-1150354호 "볼밸브 자동육성 용접장치"
본 발명의 목적은 티형관, 크로스관, 레듀사와 같이 다양한 형상을 가지는 피용접물의 내면에 덧용접을 효율적으로 수행할 수 있으며, 피용접물 내면의 구석진 부분까지도 완벽하게 덧용접을 수행할 수 있도록 하는 용접 포지셔너를 제공하는 것이다.
아울러 본 발명에서는 피용접물의 사이즈나 규격에 관계없이 피용접물을 안정적으로 취부하고 피용접물의 용접 자세를 자유롭게 전환할 수 있도록 함으로써 덧용접 작업의 생산 효율을 향상시키고자 한다.
전술한 목적의 달성을 위하여 본 발명에서는, 바닥면에 설치되는 베이스 프레임(101); 세로로 마련되는 회전 제1프레임(102a)과 가로로 마련되는 회전 제2프레임(102b)으로 구성되어 상기 베이스 프레임 상에서 제1방향으로 회전 가능하게 장착되는 회전 프레임(102); 상기 베이스 프레임에 고정 장착되어 상기 회전 프레임이 상기 제1방향으로 회전하도록 회전 동력을 전달하는 제1방향 회전 모터(111); 상기 회전 제2프레임 상에 제2방향으로 회전 가능하게 장착되는 회전판(103); 상기 회전판에 회전동력을 전달하도록 상기 회전 제2프레임에 고정 부착되는 제2방향 회전모터(121); 상기 회전판 상에서 한 쌍을 이루도록 마주하되 좌우로 직선이동함으로써 간격이 벌어지거나 좁아지도록 장착되는 제1슬라이드 블럭(126)과 제2슬라이드 블럭(127)으로 구성되는 다수 개의 브이 블럭; 및 상기 회전 제1프레임(102a)의 상단부에서 연장되는 상부 지지대(102c)에 회전 가능하게 설치되며 외주면에 나사산이 형성되는 승강 스크류축(131)과, 상기 승강 스크류축의 일측 선단에 결합하는 지지블럭(132)과, 상기 지지블럭에 장착되는 다수의 고정구(133)로 구성되는 상부 고정장치; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 포지셔너를 제안한다.
여기서, 상기 제1방향 회전모터(111)의 모터축에는 제1방향 모터 기어(112)가 축설되어 상기 회전 제1프레임(102a)에 고정 장착되는 제1방향 회전기어(113)에 치합하고, 상기 제2방향 회전모터(121)의 모터축에는 제2방향 모터 기어(122)가 축설되어 상기 회전판(103)에 고정 장착되는 제2방향 회전기어(123)에 치합하도록 할 수 있다.
한편 상기 고정구(133)는 축부(133a)와 상기 축부보다 외경이 확장되는 헤드부(133b)로 이루어지며, 상기 헤드부와 상기 지지블럭(132) 사이의 축부 외경에는 탄성 스프링(134)이 게재되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 다수 개의 브이 블럭들은 상기 회전판 상에 원주방향으로 서로 직각을 이루도록 4조가 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 티형관, 크로스관, 레듀사 등을 포함하여 다양한 형상을 가지는 피용접물의 내면 덧용접을 신속하고 용이하게 수행할 수 있다. 또한 피용접물의 규격이나 사이즈가 달라지는 경우 상부 및 하부의 피용접물 취부 구조를 가변시킴으로써 신속하고 안정적으로 대처할 수 있어 다양한 규격의 피용접물에 대한 적응성이 우수하다.
아울러 본 발명에서는 베이스 프레임에 슬립링을 설치하여 회전 프레임 상의 제2방향 회전모터에 전력을 공급하므로 회전 프레임의 회전에 의하여 전기 케이블이 꼬이는 것을 방지할 수 있다.
도1은 본 발명의 오버 레이 용접 포지셔너와 다관절 용접로봇의 정면 배치도.
도2는 본 발명의 오버레이 용접 포지셔너의 정면도.
도3은 조2의 평면도.
도4는 도2의 좌측면도.
도5는 도2의 우측면도.
도6은 본 발명을 이용한 티형관의 용접방법을 설명하기 위한 티형관의 개략적인 평단면도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동원리에 관하여 상술한다.
도1은 본 발명의 오버 레이 용접 포지셔너와 다관절 용접로봇의 정면 배치도, 도2는 본 발명의 오버레이 용접 포지셔너의 정면도, 도3은 조2의 평면도, 도4는 도2의 좌측면도, 도5는 도2의 우측면도이다. 여기서 도5의 우측면도에서는 편의상 베이스 프레임의 하단 부분은 생략하고 도시하였다.
이하의 설명에서는 설명의 편의를 위하여 도2를 기준으로 전후좌우 및 상하의 방향을 정의하기로 한다.
도시한 바와 같이 본 발명의 오버레이 용접 포지셔너(100, 이하 간략히 용접 포지셔너라고 칭하기로 한다)는 기본적으로 바닥면에 설치되는 베이스 프레임(101), 상기 베이스 프레임(101)에 회전 가능하게 장착되는 회전 프레임(102), 상기 회전 프레임(102) 상에 회전 가능하게 장착되는 회전판(103), 상기 회전판(103) 상에 좌우 한 쌍으로 마련되어 나사 이동하는 제1슬라이드 블럭(126)과 제2슬라이드 블럭(127)으로 이루어지는 브이 블럭 및 상기 브이 블럭의 상부에 위치하는 회전 프레임(102) 상에 승강 가능하도록 마련되는 상부 고정장치로 이루어진다.
상기 베이스 프레임(101)은 전체적으로 대략 'ㄴ'자 형상을 이루는 금속 골격으로서 하중을 지면에 전달하고 장치 전체를 지지하는 역할을 한다.
상기 회전 프레임(102)은 상기 베이스 프레임(101)에 회전 가능하게 장착되어 지면에 수평한 축을 중심으로(제1방향으로) 회전하는 것으로서 지면에 대하여 세로 방향으로 배치되는 회전 제1프레임(102a), 상기 회전 제1프레임(102a)의 하단에 지면에 나란하게 가로로 연결 배치되는 회전 제2프레임(102b) 및 상기 회전 제1프레임(102a)의 상단에서 지면에 나란하게 가로로 연결 배치되는 상부 지지대(102c)로 이루어진다.
도시한 실시예에서의 베이스 프레임(101)과 회전 프레임(102)의 형상은 하나의 예시에 지나지 않으며 그 구체적인 형상은 필요에 따라 변경 내지는 조정될 수 있을 것이다.
상기 베이스 프레임(101)에는 상기 회전 프레임(102)을 제1방향으로 회전시키기 위한 제1방향 회전 모터(111)가 고정 부착되고, 상기 제1방향 회전 모터(111)의 모터축에는 제1방향 모터 기어(112)가 축설된다. 상기 제1방향 모터 기어(112)에는 상기 회전 제1프레임(102a)에 형성되는 링 기어인 제1방향 회전기어(113)가 치합하여 회전동력을 전달 받는다.
상기 제1방향 회전 모터(111) 상부의 상기 베이스 프레임(101) 상에는 슬립링(114)이 설치되는데, 상기 슬립링(114)은 회전 프레임(102)이 회전하는 동안에도 후술할 제2방향 회전 모터(121)에 외부로부터 전력을 끊김 없이 공급하기 위한 것이다. 이러한 슬립링(114)의 구조와 역할은 이미 널리 공지된 것이므로 이에 관하여 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 발명에서는 슬립링(114)에 의하여 제1방향 회전 모터(111)와 제2방향 회전 모터(121)로 전력을 공급하기 위하여 외부로부터 연결되는 전기 케이블이 꼬이지 않고 회전 프레임(102)이 무한 회전할 수 있게 되는 장점이 있다.
상기 회전 프레임(102)의 회전 제2프레임(102b) 상에는 회전판(103)이 지면에 수직한 축을 중심으로(제2방향으로) 회전 가능하게 장착된다. 상기 회전판(103) 하방의 회전 제2프레임(102b)에는 제2방향 회전 모터(121)가 고정 장착되고, 상기 제2방향 회전 모터(121)의 모터축에는 제2방향 모터 기어(122)가 축설된다.
상기 제2방향 모터 기어(122)는 상기 회전판(103)의 하단에 형성되는 링 기어인 제2방향 회전기어(123)에 치합하여 회전판(103)을 구동하기 위한 동력을 전달한다.
상기 회전판(103) 상에는 한 쌍의 슬라이드 블럭으로 이루어지는 총 4조의 브이 블럭이 마련된다.
각 브이 블럭은 좌측의 제1슬라이드 블럭(126)과 이에 대향하도록 위치하는 제2슬라이드 블럭(127)으로 이루어지는데, 제1 및 제2슬라이드 블럭(126,127)은 한 개의 폭 조절 스크류축(125)의 회전에 의하여 상호 간의 간격이 벌어지거나 좁아지게 된다.
즉, 상기 회전판(103) 상에는 상기 제1 및 제2슬라이드 블럭(126,127)을 좌우로 슬라이딩 안내하기 위한 슬라이드 가이드(124)가 형성된다. 상기 폭 조절 스크류축(125)의 양측 선단부 외주면에는 각각 왼나사와 오른나사의 나사부(125a)가 형성된다.
상기 폭 조절 스크류축(125)의 양측 선단에는 각각 제1슬라이드 블럭(126)과 제2슬라이드 블럭(127)이 나사 결합한다. 상기 폭 조절 스크류축(125)의 길이 방향의 중앙 지점의 회전판(103) 상에는 회전 지지체(128)가 형성되어 폭 조절 스크류축(125)의 회전을 지지한다. 상기 폭 조절 스크류축(125)의 길이 방향 중심부 외경에는 다각 블럭(125b)을 형성하여 스패너와 같은 공구로 폭 조절 스크류축(125)을 손쉽게 회전시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
피용접물인 티형관 등의 직경이나 규격이 바뀌는 경우 작업자는 스패너 등으로 다각 블럭(125b)을 잡고 폭 조절 스크류축(125)을 제1방향으로 회전시킴으로서 제1슬라이드 블럭(126)과 제2슬라이드 블럭(127)을 서로 상대 이동시킴으로써 간격 조절한다.
한 쌍의 제1슬라이드 블럭(126)과 제2슬라이드 블럭(127)으로 구성되는 한 조의 브이 블럭은 상기 회전판(103)의 원주 방향을 따라 총 4조가 배치되며, 각 브이 블럭들은 상호 간에 서로 직각을 이루도록 위치한다.
상기 브이 블럭 상부의 상부 지지대(102c)에는 피용접물(10)의 상부면을 가압하여 지지하기 위한 상부 고정장치가 마련된다.
상기 상부 고정장치는 상기 상부 지지대(102c)에 나사 결합하고 나사 회전에 의하여 상하로 승강하는 승강 스크류축(131), 상기 승강 스크류축(131)의 상단에 결합하는 조절 핸들(135), 상기 승강 스크류축(131)의 하단에 결합하는 지지 블럭(132), 상기 지지 블럭(132)에 다수개가 형성되어 피용접물(10)을 접촉 가압하는 고정구(133)로 이루어진다.
상기 고정구(133)는 전체적으로 볼트와 같은 형상을 가지는데 직경이 작은 축부(133a)와 상기 축부(133a) 하단에 위치하며 직경이 확대되는 헤드부(133b)로 이루어진다.
상기 헤드부(133b)와 상기 지지 블럭(132) 사이의 상기 축부(133a) 외경에는 탄성 스프링(134)이 장착되어 고정구(133)로 피용접물(10)의 상부면을 가압할 때 발생하는 충격을 완화하도록 하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 용접 포지셔너(100)를 이용하여 티형관의 내주면을 덧용접하는 방법을 도6을 참조하여 설명한다.
먼저 피용접물(10)을 도2에 도시한 바와 같은 위치가 되도록 장착한다. 이때 회전판(103)을 회전시켜가며 도2와 같은 정확한 위치에 피용접물(10)이 위치하도록 조절한다.
피용접물(10)이 상부 고정장치와 브이 블럭들에 의하여 안정적으로 고정된 후 회전 프레임(102) 전체를 제1방향으로 회전시키며 도6에 도시한 바와 같이 "①" 방향으로 덧용접을 수행한다.
이때 덧용접은 도1에 도시한 바와 같은 다관절 용접 로봇(200)을 이용하여 수행할 수 있는데 상기 다관절 용접로봇(200)의 최종 암의 선단에는 용접토치(210)가 장착된다. 상기 다관절 용접 로봇(200)은 6축 자유도를 가지는 다관절 로봇으로 할 수 있다.
상기 피용접물을 제1방향으로 회전시켜가며 "①" 방향의 내면 덧용접이 완료하면 도2를 기준으로 회전판(103)을 반시계 방향으로(제2방향으로) 90도 회전시켜 도6의 "②" 방향의 입구가 다관절 용접 로봇(200)의 용접 토치(210) 쪽으로 위치하게 한다.
다시 회전 프레임(120) 전체를 제1방향으로 회전시켜가며 "②" 방향의 내면 덧용접을 실시한다.
이후 마지막으로 남은 도6의 "③" 부분과 "④"부분의 라운드 연결 부위는 회전 프레임(102)과 회전판(103)을 각각 회전시켜 "③" 부분 또는 "④"부분을 아래보기 자세로 전환한 후 용접토치(210)를 이용하여 덧용접을 수행한다.
위의 피용접물(10) 내주면의 덧용접을 수행하는 과정에서 내주면이 개방되어 있는 구간에서는 용접토치(210) 근처에 부착되는 센서가 이를 감지하여 용접을 중단하고, 다시 폐쇄된 내주면이 나타나면 용접을 연속하는 방식으로 덧용접이 수행된다.
본 발명은 티형관, 크로스관, 레듀사 등 다양한 형상과 규격을 가지는 배관 피용접물들을 신속하고 정확하게 덧용접하기 위한 용접 포지셔너에 관한 것으로서 다관절 용접 로봇과 조합하여 적용하는 경우 덧용접 작업의 생산효율과 품질의 향상을 도모할 수 있다. 따라서 각종 산업용 및 해상용 배관 설비를 제작하는 분야에서 적극적으로 적용할 필요가 있을 것이다.
100: 오버레이 용접 포지셔너 101: 베이스 프레임
102: 회전 프레임 102a: 회전 제1프레임
102b: 회전 제2프레임 102c: 상부 지지대
103: 회전판 111: 제1방향 회전 모터
112: 제1방향 모터 기어 113: 제1방향 회전 기어
114: 슬립링 121: 제2방향 회전 모터
122: 제2방향 모터 기어 123: 제2방향 회전 기어
124: 슬라이드 가이드 125: 폭 조절 스크류축
125a: 다각 블럭 126: 제1슬라이드 블럭
127: 제2슬라이드 블럭 128: 회전 지지체
131: 승강 스크류축 132: 지지 블럭
133: 고정구 133a: 축부
133b: 헤드부 134: 스프링
135: 조절 핸들 200: 다관절 용접 로봇
210: 용접 토치

Claims (4)

  1. 바닥면에 설치되는 베이스 프레임(101);
    세로로 마련되는 회전 제1프레임(102a)과 가로로 마련되는 회전 제2프레임(102b)으로 구성되어 상기 베이스 프레임 상에서 제1방향으로 회전 가능하게 장착되는 회전 프레임(102);
    상기 베이스 프레임에 고정 장착되어 상기 회전 프레임이 상기 제1방향으로 회전하도록 회전 동력을 전달하는 제1방향 회전 모터(111);
    상기 회전 제2프레임 상에 제2방향으로 회전 가능하게 장착되는 회전판(103);
    상기 회전판에 회전동력을 전달하도록 상기 회전 제2프레임에 고정 부착되는 제2방향 회전모터(121);
    상기 회전판 상에서 한 쌍을 이루도록 마주하되 좌우로 직선이동함으로써 간격이 벌어지거나 좁아지도록 장착되는 제1슬라이드 블럭(126)과 제2슬라이드 블럭(127)으로 구성되는 다수 개의 브이 블럭; 및
    상기 회전 제1프레임(102a)의 상단부에서 연장되는 상부 지지대(102c)에 회전 가능하게 설치되며 외주면에 나사산이 형성되는 승강 스크류축(131)과, 상기 승강 스크류축의 일측 선단에 결합하는 지지블럭(132)과, 상기 지지블럭에 장착되는 다수의 고정구(133)로 구성되는 상부 고정장치;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 포지셔너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1방향 회전모터(111)의 모터축에는 제1방향 모터 기어(112)가 축설되어 상기 회전 제1프레임(102a)에 고정 장착되는 제1방향 회전기어(113)에 치합하고,
    상기 제2방향 회전모터(121)의 모터축에는 제2방향 모터 기어(122)가 축설되어 상기 회전판(103)에 고정 장착되는 제2방향 회전기어(123)에 치합하는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 포지셔너.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고정구(133)는 축부(133a)와 상기 축부보다 외경이 확장되는 헤드부(133b)로 이루어지며, 상기 헤드부와 상기 지지블럭(132) 사이의 축부 외경에는 탄성 스프링(134)이 게재되는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 포지셔너.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다수 개의 브이 블럭들은 상기 회전판 상에 원주방향으로 서로 직각을 이루도록 4조가 배치되는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 포지셔너.
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