KR101417481B1 - 오버레이 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소구경 파이프도 길이에 영향받지 않고 한번에 오버레이 용접할 수 있는 오버레이 용접 장치를 제공하는 것으로, 내주면이 형성된 파이프; 상기 파이프의 내주면을 관통하며, 적어도 일측에서 장력이 부여되는 지지 와이어; 및 상기 지지 와이어에 이동 가능하게 구비되어, 상기 와이어를 따라 상기 파이프의 내주면을 용접하는 용접부; 를 포함하는 오버레이 용접장치를 제공한다.

Description

오버레이 용접 장치{Overlay Welding Device}

본 발명은 오버레이 용접 장치에 대한 것으로, 쳐짐을 막아서 소구경으로 긴 길이의 파이프 내면도 파이프의 절단 없이 한번에 오버레이 용접이 가능하게 하는 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.

하지만, 이러한 오버레이 용접 장치(1)는 파이프 내면을 용접을 해야 하고(파이프 내부로 용접 토치가 들어가야함), 외팔보 형식(한쪽은 고정되나, 한쪽은 자유단임)이기 때문에, 파이프의 관경이 작아지면 붐(10)이 얇아져서 짧은 길이의 파이프만을 오버레이 용접 가능하다. 즉, 파이프의 관경이 작으며, 하나의 파이프를 짧은 길이, 예를 들면 1m 내외의 길이로 절단한 후 각각을 오버레이 용접한 후 오버레이 용접된 파이프를 접합시켜서 하나의 파이프로 만들게 된다.

이렇게 하나의 긴 파이프를 절단, 오버레이 용접, 용접하는 경우에 공정도 복잡할 뿐만 아니라, 시간 및 품질도 좋지 못하다는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 소구경 파이프도 길이에 영향받지 않고 한번에 오버레이 용접할 수 있는 오버레이 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은 소구경의 파이프에서도 정밀한 아크 전압 조절(Arc Voltage Control)이 가능한 오버레이 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 오버레이 용접 장치를 제공한다.

본 발명은 내주면이 형성된 파이프; 상기 파이프의 내주면을 관통하며, 적어도 일측에서 장력이 부여되는 지지 와이어; 및 상기 지지 와이어에 이동 가능하게 구비되어, 상기 와이어를 따라 상기 파이프의 내주면을 용접하는 용접부; 를 포함하는 오버레이 용접장치를 제공한다.

본 발명은 상기 파이프를 회전시키는 파이프 회전부; 및 상기 파이프를 둘러싸는 냉각부; 를 더 포함할 수 있으며, 상기 지지 와이어는 상기 용접 토치측 단부에 아크 전압 조절기가 연결될 수 있다.

본 발명에서, 상기 용접부는 용접 토치, 단부에 상기 용접 토치가 장착되는 붐 및 상기 붐에 연결되며 상기 붐을 이동시키는 본체를 포함하며, 상기 붐의 쳐짐을 방지하도록 상기 붐은 상기 지지 와이어에 연결되며, 상기 지지 와이어는 상기 본체측 단부에 장력 부여 수단이 연결될 수 있다.

본 발명의 상기 아크 전압 조절기는 용접 전압으로 아크 길이 변화를 감지하여, 상기 지지 와이어의 용접 토치측 단부를 상하 방향으로 이동시킴으로써, 상기 지지 와이어에 연결된 붐을 상하 방향으로 이동시켜 아크 길이를 변화시킬 수 있다.

또, 상기 아크 전압 조절기는 측정된 용접 전압과 기설정된 아크 전압을 비교하여 상기 지지 와이어로 상기 붐의 용접 토치측 단부를 상하 방향으로 이동시키며, 상기 지지 와이어는 상기 붐의 용접 토치에서 상기 붐과 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 아크 전압 조절기는 장력 부여 수단과 함께 배치될 수 있다.

이때, 상기 붐은 용접 토치에 이웃한 상측면에 상기 와이어와 연결되기 위한 와이어 연결부를 포함하며, 상기 와이어 연결부는 와이어가 통과하는 관통홀을 포함하며, 상기 붐에 금속 밴드로 연결될 수 있다.

본 발명에서 상기 아크 전압 조절기는 상기 지지 와이어가 연결되는 와이어 체결부; 상기 와이어 체결부가 연결되며, 상하 방향으로 이동되는 이동 본체; 및 상기 이동 본체의 움직임을 가이드 하는 가이드부를 포함할 수 있다.

본 발명은 위와 같은 구성을 통하여, 소구경 파이프도 길이에 영향받지 않고 한번에 오버레이 용접할 수 있는 오버레이 용접 장치를 제공하며, 그로 인하여, 소구경 파이프도 길이에 제한받지 않고 한번에 오버레이 용접하는 것이 가능하다. 따라서, 오버레이 용접의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 절단 및 용접 과정이 불필요하여 품질 향상도 가능하다.

또한, 본 발명은 소구경의 파이프에서도 정밀한 아크 전압 조절(Arc Voltage Control)이 가능한 오버레이 용접 장치를 제공할 수 있으며, 그로 인하여 입열로 인한 열변형 대응력 증대 및 벤딩 억제가 가능하다.

도 1 은 종래의 오버레이 용접 장치의 개략도이다.
도 2 는 아크 전압 조절기가 장착된 오버레이 용접 장치의 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 오버레이 용접 장치의 사시도이다.
도 4a 는 본 발명의 오버레이 용접 장치에서 붐 및 용접 토치의 확대 측면도이며, 도 4b 는 본 발명의 오버레이 용접 장치에서 붐 및 용접 토치의 확대 사시도이다.
도 5 는 아크 전압 조절기가 배치된 용접 토치측의 부분 사시도이다.
도 6 은 아크 전압 조절기의 동작에 따른 용접 토치의 움직임을 보이는 개략도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.

도 2 에는 아크 전압 조절기(80)가 적용된 오버레이 용접 장치가 도시되어 있다. 도 2 에서 보이듯이, 종래의 외팔보 형식의 오버레이 용접 장치에 아크 전압 조절기(80)가 적용되는 경우에 외팔보인 붐(10)의 고정단인 본체(30)를 상하 방향으로 이동시키면서 용접 토치(20)와 파이프(P) 내면 사이의 거리를 조절하여 아크 전압을 조절하게 된다.

그러나, 이러한 외팔보 형식의 붐(10)의 경우에 자유단인 용접 토치(20)를 직접 상승시키는 것이 아니라, 본체(30)를 이동시키는 것이기 때문에, 본체(30)의 이동에 의해서 용접 토치(20)가 움직일 때, 진동이 발생하며, 붐(10)에 처짐이 발생하는 경우에 파이프(P)의 내경에 의해서 움직일 수 있는 거리에 제한이 생긴다. 특히, 파이프(P)의 내경이 작은 소구경 파이프의 경우에는 아크 전압 조절기(80)에 의해서 조절될 수 있는 범위가 제한적이다.

한편, 도 3 내지 도 6 에는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 용접 장치가 도시되어 있다. 도 3 내지 6 에 도시된 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일 실시예일뿐이며, 본 발명의 청구범위에 기재된 사상 내에서 다른 변형 실시예가 가능함은 물론이다.

본 발명은 외팔보 형식의 붐(110)을 장력이 걸린 와이어(W)로 지탱하고, 와이어(W)를 상하방향으로 이동시킴으로써, 그에 연결된 용접 토치(120)를 움직여서 아크 전압 조절을 달성한다. 이러한 본 발명은 종래의 외팔보 방식의 붐(10)의 처짐을 막기 위하여 강성을 늘리던 방식과는 반대로 붐(110)의 강성에 영향받지 않으며 붐의 자유단에서의 움직임을 이용하여 아크 전압 조절을 하는 것이다.

도 3 에는 본 발명의 오버레이 용접 장치(100)의 사시도가 도시되어 있다. 도 3 에서 보이듯이, 오버레이 용접 장치(100)는 파이프(P)를 중심으로 우측으로 오버레이 용접 중 용접 토치(120)를 따라서 파이프(P)의 외부에서 파이프(P)를 냉각시키는 냉각부(14), 파이프(P)의 단부를 잡아서 파이프(P)회전시키는 파이프 회전부(150), 파이프 회전부(150) 외측에 위치하며, 와이어(W)의 일단부가 연결되는 아크 전압 조절부(180), 및 용접 와이어 공급 장치(170), 용접 본체(130), 에어 실린더(160; 도 6 참고), 냉각부(140), 파이프 회전부(150), 아크 전압 조절부(180)에 연결되어 오버레이 용접을 조절하는 제어부(190)를 포함한다.

또한, 오버레이 용접 장치(100)는 파이프(P)를 중심으로 좌측에 용접 본체(130)와 그로부터 연장되며 각종 유틸리티 및 용접 와이어가 제공되는 붐(110), 상기 붐(110)의 자유단에 장착된 용접 토치(120, 도 4 참고), 상기 파이프(P)를 통과하며 붐(110)에 연결된 와이어(W), 와이어 공급장치(170)를 포함한다. 또한, 도 3 에는 도시되지는 않았지만, 와이어(W)의 타단부에 연결되어 와이어(W)에 장력을 부여하는 에어 실린더(160; 도 6 참고), 전원부(30; 도 1 참고), 불활성 가스 제공부(50; 도 1 참고), 냉각수 제공수단(60; 도 1 참고)를 포함한다.

이 실시예에서, 지지 와이어(W)는 붐(110)을 따라서 연장되며, 파이프(P)를 관통하여 아크 전압 조절부(180)의 지지 와이어 체결부(183; 도 5 참고)에 일단부가 연결되도, 용접 본체(130) 측에 타단부가 연결된다.

용접 본체(130)와 냉각부(140)는 각각 이동 수단(131, 141)에 연결되어 있어서, 파이프(P)가 파이프 회전부(150)에 잡혀서 회전하는 동안에 용접 본체(130) 및 냉각부(140)가 함께 이동되면서 파이프(P) 내면에 오버레이 용접을 수행한다.

도 4a 및 도 4b 에는 본 발명의 오버레이 용접 장치(100)의 용접 토치(120) 측 확대도 및 확대 사시도가 도시되어 있다.

본 발명에서 지지 와이어(W)는 붐(110)에 연결된 상태에서 장력이 걸리게 되는데, 지지 와이어(W)에 장력이 걸리게 되면 팽팽한 상태가 유지되므로, 이러한 지지 와이어(W)에 붐(110)이 연결되어 지지 와이어(W)를 따라서 이동되게 되면 붐(110) 및 용접 토치(120)의 자중으로 인한 붐(110)의 처짐을 막을 수 있다.

도 4a 에서 보이듯이, 붐(110)의 단부에는 용접 토치(120)가 연결되며, 붐(110)의 용접 토치측 단부의 상측면에 지지 와이어 연결부(115)가 벨트(116)로 붐(110)에 고정된다. 벨트(116)는 내열성이 뛰어난 소재가 바람직하며 금속 벨트를 사용할 수도 있다. 벨트(116)를 고정하기 위한 고정부(118)가 벨트(116)에 장착되며, 벨트를 통하여 지지 와이어 연결부(115)와 붐(110)이 연결된다.

지지 와이어 연결부(115)는 지지 와이어(W)가 통과하는 관통홀(117)이 형성된 각형 기둥상으로 형성되며, 관통홀(117)을 통과하여 팽팽하게 당겨진 지지 와이어(W)가 통과하기 때문에, 지지 와이어(W)와 관통홀(117)에 의해서 붐(110)의 상하 방향의 이동은 구속되나, 전후 방향의 이동은 가능한 구조를 가진다.

용접 토치(120)는 용접 와이어 지지부(111)와 그를 통하여 공급되는 용접 와이어(112), 아크를 발생시키는 전극(121)을 포함하며, 용접 와이어 지지부(111)는 용접 와이어(112)를 전극(121)에 의해 형성된 아크로 공급하여 파이프(P)의 내면에 용접층을 형성한다.

도 4b 에는 용접 토치(120)의 사시도가 도시되어 있는데, 도 4b 에서 보이듯이, 붐(110) 및 용접 토치(120)는 지지 와이어 연결부(115)를 통하여 지지 와이어(W) 상하 방향 움직임을 구속당한 상태로 파이프(P)의 내부로 삽입된다. 지지 와이어(W)는 파이프(P)를 관통하여 연장형성되기 때문에, 지지 와이어(W)가 붐(110)의 이동을 가이드 역할도 수행하게 된다.

도 5 에는 지지 와이어(W)의 일단부가 고정되는 아크 전압 조절기(180)의 사시도가 도시되어 있다.

아크 전압 조절기(180)는 파이프(P)를 관통한 지지 와이어(W)의 일단부에 연결되어야 하므로, 파이프 회전부(150) 외측에 위치하며, 아크의 전압을 조절하기 위하여는 아크를 발생시키는 전극(121)과 파이프(P)의 내면 간의 거리를 조절해야하기 때문에, 전극(121)을 상하방향으로 이동시키도록 상하방향으로 이동 가능한 이동 본체(121)와 상기 이동 본체(181)의 움직임을 가이드 하는 가이드 봉(184)을 포함한다. 가이드 봉(184)에는 나사 산이 형성되어 있으며, 이동 본체(181) 역시 대응 나사 산이 형성되어, 가이드 봉(184)이 회전됨으로써 이동 본체(181)가 승강 혹은 하강할 수 있으나, 다른 방식(실린더 혹은 스탭핑 모터)으로 상하방향 움직임이 달성될 수도 있다.

한편, 이동 본체(181)에는 파이프(P) 중앙측으로 연장된 지지 바(182)가 고정되어 있으며, 이 지지 바(182)의 단부에 지지 와이어(W)가 체결되는 와이어 체결 고리(183)가 형성되어 있다. 이 와이어 체결 고리(183)에 지지 와이어(W)의 일단부가 체결되고, 지지 와이어(W)의 반대쪽 단부는 에어 실린더(160)에 체결된 상태에서 에어 실린더(160)를 당김으로써, 지지 와이어(W)에 장력을 부여한다.

도 6 에는 본 발명의 오버레이 용접 장치의 동작도가 개시되어 있다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 파이프(P)를 두고 외팔보 형식의 붐(110)이 연결된 용접 본체(130)가 배치되며, 붐(110)을 따라서 연장되며, 파이프(P)를 관통하여 지지 와이어(W)가 배치된다. 지지 와이어(W)는 용접 토치(120)측 단부는 아크 전압 조절기(180)에 연결되며, 반대측 단부는 에어 실린더(160)에 연결된다.

아크 전압 조절기(180)에 일단부가 연결된 상태에서 에어 실린더(160)를 동작시킴으로서 지지 와이어(W)에는 장력이 걸리게 된다. 장력이 걸려서 팽팽한 지지 와이어(W)에 붐(110)이 연결되는데, 이때 붐(110)은 지지 와이어(W)를 따라서 이동할 수는 있도록 관통홀(117)을 가짐은 앞서 말한 바와 같다. 이렇게 붐(110)이 장력이 걸려있는 지지 와이어(W)에 상하 방향 움직임이 구속되기 때문에 붐(110)의 자유단, 즉 용접 토치(120) 측 단부에 쳐짐이 발생하지 않는다.

또한, 아크 전압 조절기(180)는 붐(110)이 아닌 지지 와이어(W)에 연결되어 있으며, 아크 전압을 조절하기 위하여 지지 와이어(W)의 용접 토치측 단부를 상하 방향으로 이동시킨다. 본 발명에서 외팔보인 붐(110)의 자유단인 용접 토치측 단부가 지지 와이어(W)에 매달려 있기 때문에, 지지 와이어(W)가 내려가는 경우에 그에 매달려 있는 붐(110)의 용접 토치측 단부가 쳐지게 된다. 반대로, 지지 와이어(W)가 상승하는 경우에 그에 매달려 있는 붐(110)의 용접 토치측 단부 역시 지지 와이어(W)를 따라서 상승하게 된다.

이러한 방식은 종래에 붐(110)의 강성을 보강하여 쳐짐을 방지하는 것과는 달리 붐(110)의 쳐짐 방지는 지지 와이어를 통하여 해결하고, 또한, 외팔보의 특성상 발생할 수밖에 없는 붐의 쳐짐을 활용하여 아크 전압 조절도 달성할 수 있으며, 그로 인하여 파이프(P)의 내경으로 인한 붐의 강성 확보 불가로 제한된 길이로만 수행되던 소구경 파이프(P)도 길이에 관련 없이 오버레이 용접할 수 있으며, 소구경 파이프(P)에서 쳐짐으로 인하여 아크 전압 조절이 제대로 수행될 수 없었던 문제도 해결할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 에어 실린더(160)가 지지 와이어(W)의 용접 본체측 단부에 연결되는 것으로 설명하였으나, 에어 실린더(160)는 용접 본체 측이 아닌 아크 전압 조절기(180)와 함께 위치할 수도 있다. 즉, 지지 와이어(W)의 용접 본체측 단부는 바닥 혹은 다른 고정물에 체결되고, 용접 토치(120)측 단부가 에어 실린더(160) 및 아크 전압 조절부(180)에 체결될 수 있다. 이때 바람직하게는 아크 전압 조절부(180)는 에어 실린더(160)가 장착된 이동 수단(181)을 이동시켜 전극을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.

하지만, 아크 전압 조절부(180)는 외팔보의 자유단인 용접 토치(120)측 단부에 연결되어 있어야 아크 전압 조절부(180)의 움직임으로 용접 토치(120)가 상하 이동될 수 있다.

100: 오버레이 용접 장치 110: 붐
120: 용접 토치 115: 지지 와이어 연결부
117: 관통홀 130: 용접 본체
140: 냉각부 150; 파이프 회전부
160: 에어 실린더 180: 아크 전압 조절부
190: 제어부

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 내주면이 형성된 파이프;
   상기 파이프의 내주면을 관통하며, 적어도 일측에서 장력이 부여되는 지지 와이어; 및
   상기 지지 와이어에 이동 가능하게 구비되어, 상기 와이어를 따라 상기 파이프의 내주면을 용접하는 용접부; 를 포함하며,
   상기 용접부는 용접 토치, 단부에 상기 용접 토치가 장착되는 붐 및 상기 붐에 연결되며 상기 붐을 이동시키는 본체를 포함하며, 상기 붐의 쳐짐을 방지하도록 상기 붐은 상기 지지 와이어에 연결되며,
   상기 지지 와이어는 상기 용접 토치측 단부에 아크 전압 조절기가 연결되고,
   상기 아크 전압 조절기는 용접 전압으로 아크 길이 변화를 감지하여, 상기 지지 와이어의 용접 토치측 단부를 상하 방향으로 이동시킴으로써, 상기 지지 와이어에 연결된 붐을 상하 방향으로 이동시켜 아크 길이를 변화시키는 오버레이 용접 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 파이프를 회전시키는 파이프 회전부; 및
   상기 파이프를 둘러싸는 냉각부; 를 더 포함하며,
   상기 아크 전압 조절기는 측정된 용접 전압과 기설정된 아크 전압을 비교하여 상기 지지 와이어로 상기 붐의 용접 토치측 단부를 상하 방향으로 이동시키며,
   상기 지지 와이어는 상기 붐의 용접 토치에서 상기 붐과 연결되는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 장치.
   
6. 삭제
7. 내주면이 형성된 파이프;
   상기 파이프의 내주면을 관통하며, 적어도 일측에서 장력이 부여되는 지지 와이어; 및
   상기 지지 와이어에 이동 가능하게 구비되어, 상기 와이어를 따라 상기 파이프의 내주면을 용접하는 용접부; 를 포함하며,
   상기 용접부는 용접 토치, 단부에 상기 용접 토치가 장착되는 붐 및 상기 붐에 연결되며 상기 붐을 이동시키는 본체를 포함하며, 상기 붐의 쳐짐을 방지하도록 상기 붐은 상기 지지 와이어에 연결되며,
   상기 지지 와이어는 상기 용접 토치측 단부에 아크 전압 조절기가 연결되고,
   상기 붐은 용접 토치에 이웃한 상측면에 상기 와이어와 연결되기 위한 와이어 연결부를 포함하며, 상기 와이어 연결부는 와이어가 통과하는 관통홀을 포함하며, 상기 붐에 금속 밴드로 연결되는 오버레이 용접 장치.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 아크 전압 조절기는 상기 지지 와이어가 연결되는 와이어 체결부; 상기 와이어 체결부가 연결되며, 상하 방향으로 이동되는 이동 본체; 및 상기 이동 본체의 움직임을 가이드 하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 용접 장치.

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