KR101487660B1 - 서브머지드 아크용접장치 및 이를 이용한 수직상향 용접방법 - Google Patents

서브머지드 아크용접장치 및 이를 이용한 수직상향 용접방법 Download PDF

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Abstract

서브머지드 아크용접장치 및 이를 이용한 수직상향 용접방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 서브머지드 아크용접장치는 개방된 형태의 전면부가 모재의 용접부위를 향하도록 설치되며, 내측으로 플럭스가 공급되는 플럭스용기; 및 플럭스 용기 후면부의 양측에 형성된 홈에 이동 가능하게 삽입되며, 용접토치가 결합되는 결합홀을 형성한 플럭스막이;을 포함한다.

Description

서브머지드 아크용접장치 및 이를 이용한 수직상향 용접방법{SUBMERGED ARC WELDING APPARATUS, AND METHOD FOR VERTICAL WELDING USING THE SAME}
본 발명은 서브머지드 아크용접장치 및 이를 이용한 수직상향 용접방법에 관한 것이다.
서브머지드 아크용접(Submerged arc welding) 장치는 두 모재의 용접부위에 입상의 용제인 플럭스(Flux)를 공급하고 대기를 차단한 다음 플럭스 속에서 용접 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 아크열로 용접하는 장치이다. 서브머지드 아크용접장치는 비교적 긴 아래보기 용접선으로 되어 있으며 연속용접이 가능한 조선, 강관 제조, 압력용기, 저장 탱크 등의 판재 용접에 사용되고 있다. 이때, 아크에 접촉하는 플럭스는 용융된 쇳물을 덮어 용접금속을 보호하고, 일부가 용융되어 용접금속을 이루게 되므로 용접금속의 화학성분을 조절하는 역할을 수행한다.
그러나, 이러한 플럭스 사용으로 인해 용접자세는 주로 아래보기 자세에 국한되는 면이 있다. 이에, 수직방향으로 용접을 수행하기 위한 용접장치에 대한 기술 개발이 이루어지고 있다. 예컨대, 미국공개특허 제2009/0188895호(2009.07.30. 공개)는 수직방향으로 용접을 수행하기 위한 용접장치에 대한 기술을 공개한 바 있다.
특허문헌1: 미국공개특허 제2009/0188895(2009.07.30. 공개)
본 발명의 실시 예는 효과적인 수직상향 용접을 수행할 수 있는 서브머지드 아크용접장치 및 이를 이용한 수직상향 용접방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 개방된 형태의 전면부가 모재의 용접부위를 향하도록 설치되며, 내측으로 플럭스가 공급되는 플럭스용기; 및 상기 플럭스 용기 후면부의 양측에 형성된 홈에 이동 가능하게 삽입되며, 용접토치가 결합되는 결합홀을 형성한 플럭스막이;을 포함하는 서브머지드 아크용접장치가 제공될 수 있다.
상기 플럭스막이는 유연성 있는 재질로 마련되고, 상기 플럭스막이를 수납하며, 태엽방식에 의해 인출된 상기 플럭스막이를 되감는 수납부를 더 포함할 수 있다.
상기 플럭스용기에 일단을 고정시킨 상태에서 영구자석 또는 전자석으로 이루어진 타단의 고정부재를 상기 모재에 부착시켜 상기 플럭스용기를 상기 모재에 고정시키는 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 플럭스 공급을 위해 상기 플럭스용기의 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하는 폐쇄판을 더 포함하고, 상기 폐쇄판은 상기 플럭스용기 상부의 좌우 측면부 중 하나 이상에 형성된 삽입홈에 결합될 수 있다.
상기 플럭스막이가 상기 후면부로부터 상기 상면부로 이동하여 상기 플럭스용기의 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하도록, 상기 후면부의 양측에 형성된 홈과 상기 상면부의 양측에 형성된 홈은 서로 연속되게 형성될 수 있다.
상기 플럭스막이가 상기 후면부로부터 상기 상면부 쪽으로 자연스럽게 이동하도록 상기 연속되는 부위는 일정 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 플럭스용기는 블록 형태로 조립되어 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 개방된 형태의 상기 플럭스용기의 전면부가 수직방향으로 위치한 상기 모재의 용접부위를 향하도록 상기 플럭스용기를 설치하는 단계; 상기 플럭스용기의 후면부 양측 홈에 상기 플럭스막이를 삽입하는 단계; 상기 플럭스막이의 결합홀에 상기 용접토치를 결합시키는 단계; 상기 플럭스용기의 내측으로 상기 플럭스를 공급하는 단계; 상기 용접토치를 수직상향으로 이동시키면서, 상기 용접토치의 와이어와 상기 모재 사이의 아크열을 이용하여 상기 용접부위에 대한 용접을 실시하는 단계;를 포함하는 수직상향 용접방법이 제공될 수 있다.
상기 용접이 완료된 이후, 상기 결합홀이 상기 플럭스용기의 외측에 위치하도록 상기 플럭스막이를 이동시키는 단계와, 상기 용접토치를 상기 결합홀로부터 제거하는 단계와, 폐쇄판을 이용하여 상기 플럭스용기의 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하는 단계와, 상기 플럭스용기를 상기 모재로부터 수평방향으로 위치시켜 상기 플럭스용기 내측으로 공급된 상기 플럭스를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용접이 완료된 이후, 서로 연속되게 형성된 상기 후면부의 양측에 형성된 홈과 상기 상면부의 양측에 형성된 홈을 통해, 상기 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하면서 상기 결합홀이 상기 플럭스용기의 외측에 위치하도록, 상기 플럭스막이를 상기 후면부로부터 상기 상면부로 이동시키는 단계와, 상기 용접토치를 제거하는 단계와, 상기 플럭스용기를 상기 모재로부터 수평방향으로 위치시켜 상기 플럭스용기 내측으로 공급된 상기 플럭스를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 서브머지드 아크용접장치 및 이를 이용한 수직상향 용접방법은 효과적인 수직상향 용접을 수행할 수 있다.
또, 플럭스용기의 후면부 양측 홈에 플럭스막이를 삽입시키고, 용접토치를 플럭스막이에 결합시킨 후, 플럭스를 용접부위에 공급하면서 수직상향 용접을 수행할 수 있어, 용접작업을 위한 각 장치의 결합 및 결합해제와 유지보수가 용이하고, 플럭스 공급을 위한 호퍼와 용접토치가 같이 움직여 호퍼의 크기가 제한되어야 했던 종래의 문제점을 해소시킬 수 있다.
또, 플럭스용기를 모재로부터 수평방향으로 위치시켜 플럭스용기 내측으로 공급된 플럭스를 간편하게 회수할 수 있다.
또, 용접부위에 설치되는 플럭스용기가 블록 형태로 조립될 수 있어, 용접 부위 크기에 따른 간편하고 유연성 있는 용접작업을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 서브머지드 아크용접장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 아크용접장치의 플럭스용기에 플럭스막이가 결합된 형태를 각각 사시도와 평면도로 나타낸 것이다.
도 3은 상기 도 1의 아크용접장치를 이용하여 수직상향 용접을 실시하는 방법을 나타낸 단면도이다.
도 4는 상기 도 1의 아크용접장치를 이용하여 수직상향 용접을 실시한 후 플럭스 회수를 위해 폐쇄판으로 플럭스용기의 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하는 형태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 상기 도 1의 아크용접장치를 이용하여 수직상향 용접을 실시한 후 플럭스 회수를 위해 플럭스용기의 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하는 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 6은 상기 도 1의 아크용접장치의 플럭스용기가 블록 형태로 마련된 예를 나타낸 분해 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 서브머지드 아크용접장치의 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 아크용접장치의 플럭스용기에 플럭스막이가 결합된 형태를 각각 사시도와 평면도로 나타낸 것이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 서브머지드 아크용접장치(이하, ‘아크용접장치’라 함)(10)는 플럭스용기(20), 플럭스막이(30), 수납부(40) 및 지지부(50)를 포함한다.
플럭스용기(20)는 모재(2)의 용접부위에 탈착 가능하게 설치되며, 내측으로 플럭스(4)가 공급된다. 플럭스용기(20)는 적어도 일부가 개방된 전면부(21), 후면부(22) 및 상면부(23)를 포함하며, 좌우 측면부(24,25) 및 하면부(26)는 막혀있는 면으로 마련된다. 이때, 전면부(21)가 모재(2)의 용접부위를 향하도록 설치되며, 상면부(23)의 개방 부위를 통해 내측으로 플럭스(4)가 공급된다. 이러한 플럭스용기(20)는 구리 또는 열에 잘 견디는 금속재질로 제작될 수 있다.
플럭스막이(30)는 플럭스용기(20)의 후면부(22) 양측에 형성된 결합부(22a)의 홈(H1)에 이동 가능하게 삽입된다. 플럭스막이(30)는 용접토치(60)가 탈착 가능하게 결합되는 결합홀(H2)을 형성한다. 이때, 결합홀(H2)의 주변부에는 대기 차단을 위해 밀봉을 위한 실링부재(32)가 마련될 수 있다. 이러한 플럭스막이(30)는 유연성 재질로 제작될 수 있으며, 후술한 수납부(40)에 보관될 수 있다.
수납부(40)는 플럭스막이(30)를 수납한다. 수납부(40)는 예컨대 태엽방식에 의해 인출된 플럭스막이(30)를 되감을 수 있다. 이때, 용접이 완료된 후 용접토치(60)를 제거하고, 플럭스막이(30)를 잡아당겼다가 놓으면 플럭스막이(30)가 수납부(40)에 자동으로 되감아질 수 있다. 이러한 수납부(40)는 태엽장치(미도시) 및 롤러(42) 등을 이용하여 플럭스막이(30)를 롤 방식으로 인출 및 되감을 수 있다. 또, 수납부(40)는 플럭스막이(30)가 되감기도록 하는 버튼(미도시)을 구비하여, 사용자가 해당 버튼(미도시)을 누르고 있을 경우에만 플럭스막이(30)가 되감기도록 할 수도 있다.
지지부(50)는 모재(2)에 플럭스용기(20)를 부착시킨다. 예컨대, 수직상향 용접수행을 위해 지지부(50)는 모재(2)에 수직 방향으로 플럭스용기(20)를 부착시킬 수 있다. 이를 위해, 지지부(50)는 영구자석 또는 전자석으로 제작된 고정부재(53)를 구비할 수 있다. 여기서, 일단을 플럭스용기(20)에 고정시킨 상태에서 타단의 고정부재(53)를 모재(2)에 부착시켜 플럭스용기(20)를 모재(2)에 수직 방향으로 고정시킬 수 있다. 그러나, 이러한 자석에 의한 부착방법에 한정되지는 않으며, 예컨대, 지지부(50)의 타단을 접착시키는 등의 다양한 방법으로 모재(2)에 플럭스용기(20)를 부착시킬 수도 있다.
도 3은 도 1의 아크용접장치를 이용하여 수직상향 용접을 실시하는 방법을 나타낸 단면도이다. 이하, 도 1 및 도 2를 기초로 도 3을 통해 아크용접장치(10)를 이용한 수직상향 용접방법에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 개방된 형태의 전면부(21)가 수직방향으로 위치한 모재(2)의 용접부위를 향하도록 플럭스용기(20)를 설치한다.
다음으로, 플럭스용기(20)의 후면부(22) 양측 홈(H1)에 플럭스막이(30)를 삽입한다. 이때, 플럭스막이(30)를 삽입하기 전에 플럭스용기(20)가 움직이지 않도록 지지부(50)에 의해 모재(2)에 플럭스용기(20)를 고정시킬 수 있다.
다음으로, 용접토치(60)를 플럭스막이(30)의 결합홀(H2)에 결합시킨다.
다음으로, 용접토치(60)를 용접위치에 맞춘 후, 플럭스용기(20) 내측으로 플럭스(4)를 공급한다.
다음으로, 용접토치(60)를 수직상향으로 이동시키면서 용접을 실시한다. 즉, 미세한 입상의 플럭스(4) 속에 용접토치(60)의 비피복 전극 와이어(W)를 집어 넣고, 모재(2)와의 사이에 생기는 아크열로 용접을 실시한다. 와이어(W) 송급 및 조정 등에 대한 장치구성은 종래기술에 다양하게 공개되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 이때, 플럭스(4)를 호퍼(70)에 연결된 호스(73)를 통해 적어도 용접토치(60)가 덮힐 정도로 플럭스용기(20)에 채우고, 용접이 진행되면서 플럭스(4)를 추가로 공급하면서 용접을 실시할 수 있다. 용접이 시작되면 플럭스막이(30)에 결합된 용접토치(60)는 수직상향으로 이동되고, 용접토치(60)의 이동에 따라 수납부(40)로부터 플럭스막이(30)가 인출된다.
다음으로, 용접이 완료되면 용접토치(60)를 제거하고, 플럭스용기(20) 내측으로 공급된 플럭스(4)를 회수한다. 또, 플럭스막이(30)를 후면부(22)의 홈(H1)에서 빼내어 수납부(40)에 수납시킨다. 플럭스(4)를 회수하는 방법에 대해서는 이하 도 4를 기초로 설명하기로 한다.
도 4는 도 1의 아크용접장치를 이용하여 수직상향 용접을 실시한 후 플럭스 회수를 위해 폐쇄판으로 플럭스용기의 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하는 형태를 나타낸 사시도이다. 도 4와 후술할 도 5에서는 설명의 편의상 모재(2)는 도시하지 않았다.
도 4를 참조하면, 플럭스용기(20) 내측으로 공급된 플럭스(4)를 회수하기 위해, 플럭스용기(20)의 상면부(23)에 형성된 개방 부위를 커버하는 폐쇄판(80)이 마련될 수 있다. 폐쇄판(80)은 플럭스용기(20) 상부의 좌우 측면부(24,25) 중 하나 이상에 형성된 삽입홈(H3)에 결합되어, 플럭스용기(20)의 상면부(23)에 형성된 개방 부위를 커버할 수 있다. 이때, 이에 앞서서 플럭스막이(30)의 결합홀(H2)이 플럭스용기(20)의 외측에 위치하도록 플럭스막이(30)를 이동시킨 후 용접토치(60)를 제거할 수 있다. 이는, 플럭스(4)가 결합홀(H2)을 통해 유출되지 않도록 한 상태에서 폐쇄판(80)을 삽입홈(H3)에 결합시키기 위함이다. 이후 모재(2)로부터 플럭스용기(20)를 수평방향으로 위치시켜 남아있는 플럭스(4)를 효과적으로 회수할 수 있다.
도 5는 도 1의 아크용접장치를 이용하여 수직상향 용접을 실시한 후 플럭스 회수를 위해 플럭스용기의 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하는 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 플럭스(4)를 효과적으로 회수하기 위한 다른 방법으로서, 상면부(23)에 형성된 개방 부위를 커버하면서 결합홀(H2)이 플럭스용기(20)의 외측에 위치하도록, 플럭스막이(30)를 플럭스용기(20)의 후면부(22)로부터 상면부(23)로 이동시킬 수 있다. 이는, 플럭스용기(20)가 용접토치(60) 제거 후, 수평으로 놓였을 때 또는 놓이는 과정 중 플럭스(4)가 결합홀(H2)을 통해 유출되지 않도록 하기 위함이다. 여기서, 플럭스막이(30)의 결합홀(H2)이 플럭스용기(20)의 외측에 위치하도록 플럭스막이(30)를 이동시키기 위해서는 모재(2)와 간섭되지 않아야 하므로, 플럭스막이(30)를 수평방향으로 기울이면서 플럭스막이(30)를 이동시킬 수 있다.
플럭스막이(30)의 연속적인 이동을 위해, 후면부(22)의 양측 홈(H1)과 플럭스용기(20)의 상면부(23)에 형성된 양측 홈(H4)이 서로 연속되게 형성될 수 있다. 또, 플럭스막이(30)가 플럭스용기(20)의 상면부(23) 쪽으로 자연스럽게 이동하도록 후면부(22)의 양측 홈(H1)과 플럭스용기(20)의 상면부(23)에 형성된 양측 홈(H4)의 연속되는 부위가 일정 곡률을 갖도록 마련될 수 있다.
도 6은 도 1의 아크용접장치의 플럭스용기가 블록 형태로 마련된 예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1과 도 6을 참조하면, 상술한 플럭스용기(20)는 일체형뿐 아니라 블록 형태로 조립되어 마련될 수 있다. 여기서, 최하위 블록(B1)의 좌우 블록삽입홈(H5)에 상위의 좌우 제1블록(B2)이 각각 결합된다. 블록삽입홈(H5)은 최상위 블록(B4)을 제외한 각 블록(B1~B3)에 형성되어 있으며, 최하위 블록(B1)을 제외한 모든 블록(B2~B4)에는 하부에 블록삽입홈(H5)에 결합되는 블록결합부(29)을 갖고 있다. 또, 모든 블록(B1~B4)은 결합부(22a)에 플럭스막이(30)가 삽입되는 홈(H1)을 갖고 있다.
이와 같이 플럭스용기(20)가 조립 형태로 마련됨으로써, 모재(2)의 용접 부위 크기에 따라 추가로 블록을 결합시켜 용접 부위 크기에 따른 간편하고 유연성 있는 용접작업을 수행할 수 있게 된다. 블록조립방식으로 형성된 플럭스용기(20)의 형태는 본 발명의 실시 예처럼 직사각형 형태뿐 아니라, 각 블록의 형태 및 크기 등에 따라 다양한 형태로 변형될 수도 있다.
한편, 상술한 예에서는 아크용접장치(10)가 수직상향 용접을 위해 사용되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 모재(2)가 수평 방향으로 놓여있을 경우, 플럭스용기(20)를 용접부위에 설치하고, 플럭스(4)를 용접부위에 분사하는 방식으로 공급하면서 용접을 실시할 수도 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
2: 모재 4: 플럭스
20: 플럭스용기 30: 플럭스막이
40: 수납부 50: 지지부
60: 용접토치 80: 폐쇄판

Claims (10)

  1. 개방된 형태의 전면부가 모재의 용접부위를 향하도록 설치되며, 내측으로 플럭스가 공급되는 플럭스용기;
    상기 플럭스용기 후면부의 양측에 형성된 홈에 이동 가능하게 삽입되며, 용접토치가 결합되는 결합홀을 형성한 플럭스막이; 및
    상기 플럭스막이를 수납하며, 태엽방식에 의해 인출된 상기 플럭스막이를 되감는 수납부;를 포함하는 서브머지드 아크용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플럭스막이는 유연성 있는 재질로 마련된 서브머지드 아크용접장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플럭스용기에 일단을 고정시킨 상태에서 영구자석 또는 전자석으로 이루어진 타단의 고정부재를 상기 모재에 부착시켜 상기 플럭스용기를 상기 모재에 고정시키는 지지부를 더 포함하는 서브머지드 아크용접장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플럭스 공급을 위해 상기 플럭스용기의 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하는 폐쇄판을 더 포함하고, 상기 폐쇄판은 상기 플럭스용기 상부의 좌우 측면부 중 하나 이상에 형성된 삽입홈에 결합되는 서브머지드 아크용접장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플럭스막이가 상기 플럭스용기의 후면부로부터 상기 플럭스용기의 상면부로 이동하여 상기 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하도록, 상기 후면부의 양측에 형성된 홈과 상기 상면부의 양측에 형성된 홈은 서로 연속되게 형성된 서브머지드 아크용접장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플럭스막이가 상기 후면부로부터 상기 상면부 쪽으로 자연스럽게 이동하도록 상기 연속되는 부위는 일정 곡률을 갖도록 형성된 서브머지드 아크용접장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플럭스용기는 블록 형태로 조립되어 마련된 서브머지드 아크용접장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 서브머지드 아크용접장치를 이용한 수직상향 용접방법에 있어서,
    개방된 형태의 상기 플럭스용기의 전면부가 수직방향으로 위치한 상기 모재의 용접부위를 향하도록 상기 플럭스용기를 설치하는 단계;
    상기 플럭스용기의 후면부 양측 홈에 상기 플럭스막이를 삽입하는 단계;
    상기 플럭스막이의 결합홀에 상기 용접토치를 결합시키는 단계;
    상기 플럭스용기의 내측으로 상기 플럭스를 공급하는 단계;
    상기 용접토치를 수직상향으로 이동시키면서, 상기 용접토치의 와이어와 상기 모재 사이의 아크열을 이용하여 상기 용접부위에 대한 용접을 실시하는 단계;를 포함하는 수직상향 용접방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 용접이 완료된 이후, 상기 결합홀이 상기 플럭스용기의 외측에 위치하도록 상기 플럭스막이를 이동시키는 단계와,
    상기 용접토치를 상기 결합홀로부터 제거하는 단계와,
    폐쇄판을 이용하여 상기 플럭스용기의 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하는 단계와,
    상기 플럭스용기를 상기 모재로부터 수평방향으로 위치시켜 상기 플럭스용기 내측으로 공급된 상기 플럭스를 회수하는 단계를 더 포함하는 수직상향 용접방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 용접이 완료된 이후, 서로 연속되게 형성된 상기 후면부의 양측에 형성된 홈과 상기 상면부의 양측에 형성된 홈을 통해, 상기 상면부에 형성된 개방 부위를 커버하면서 상기 결합홀이 상기 플럭스용기의 외측에 위치하도록, 상기 플럭스막이를 상기 후면부로부터 상기 상면부로 이동시키는 단계와,
    상기 용접토치를 제거하는 단계와,
    상기 플럭스용기를 상기 모재로부터 수평방향으로 위치시켜 상기 플럭스용기 내측으로 공급된 상기 플럭스를 회수하는 단계를 더 포함하는 수직상향 용접방법.
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