KR101505733B1

KR101505733B1 - 배관원주 자동용접장치

Info

Publication number: KR101505733B1
Application number: KR1020130087107A
Authority: KR
Inventors: 양현수; 김정혁
Original assignee: 양현수
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2015-03-25
Also published as: KR20150011915A

Abstract

본 발명에 따른 배관원주 자동용접장치(1000)는 용접 대상물인 배관(1)의 회전 구동을 가능하게 하는 구동 롤러(130)를 갖는 터닝롤부(100); 상기 구동 롤러(130)의 상부에 배치되는 선행 용접 모듈(300); 상기 구동 롤러(130)를 기준으로 측방에 배치되는 후행 용접 모듈(200); 및 상기 터닝롤부(100) 및 상기 용접 모듈(200,300)을 제어하는 컨트롤러부(400);를 포함한다.
본 발명은 구동 롤러에 의해 회전하는 배관 둘레에 배치된 복수의 용접 모듈을 이용하여 배관의 용접 부위를 순차적으로 용접함으로써 한 장소에서 배관 용접이 이루어질 수 있게 하여 용접 작업 시간을 줄일 수 있는 동시에 공간 활용도를 높일 수 있다.

Description

배관원주 자동용접장치{Automatic Welding Apparatus for pipe}

본 발명은 배관원주 자동용접장치에 관한 것으로서, 배관 용접에서 3개의 용접토치로 용접자세별 용접작업을 자동장치로 동시에 용접작업을 수행할 수 있는 TIG와 MAG 복합 배관원주 자동용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접이라 하면 복수의 물체나 재료를 용융 또는 반용융 상태로 한 상태에서 용접봉 또는 와이어와 같은 용가재를 넣어 접합하는 것으로 재료의 종류와 두께에 따라 다양한 용접 방법이 사용되어지고 있다.

용접 작업에는 MAG(Metal Active Gas), GMAW(Gas Metal Arc Welding), FCAW(Flux Cored Arc Welding), 불활성가스 텅스텐 아크(inert gas tungsten arc welding)등의 용접법이 사용되며, 상기 용접법을 용접 특정상 독립적으로 배관 용접하는 경우가 보통 현장에서 일반적인 용접이다.

널리 사용되는 용접법 중 하나인 불활성가스 텅스텐 아크용접(inert gas tungsten arc welding)은 피복 아크 용접이나 가스 용접으로 용접이 불가능한 각종 금속의 용접에 널리 사용되고 있는 중요한 용접법이다. 상기 용접 방법은 약칭 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접이라 하며 혹은 GTAW이라고도 통용된다.

한편 다른 일반적인 용접법인 MAG(Metal Active Gas) 용접은 용접이 시작되면 용접 와이어가 연속적으로 공급되어 용접 와이어와 모재 사이에 발생하는 아크가 계속되어 용접이 진행되어진다. 상기 용접 과정에서 용접 와이어는 아크를 발생시키는 전극이며 그 아크열로 스스로 용해되어 용접 금속을 형성해나간다는 특징이 있다. GAMW(Gas Metal Arc Welding)은 MIG 용접의 불활성가스 대신에 탄산가스를 사용하는 것으로 용접 장치의 기능과 취급은 MIG 용접 장치와 거의 동일하다.

한편, 선박, 해양구조물, 발전플랜트, 항공기, 원자로, 가스, 원유 플랜트 및 육상과 해상 파이프라인 분야에 설치되는 배관은 용접 작업자를 통해서 수동으로 직접 용접되며, 이러한 용접 작업은 용접 로봇 등의 자동화 시설을 통해서 이루질 수 있지만 설치비용이 많이 들게 된다는 문제점이 있다.

종래에 복합의 용접장치를 이용하여 용접 대상물인 배관을 용접하는 경우에는 단일의 용접 모듈을 시간을 달리하여 교대로 또는 순차적으로 사용하여 용접을 수행하게 된다. 즉, TIG 용접 모듈 또는 MAG 용접 모듈을 별개적으로 사용하는 과정에서 용접 모듈을 교체하거나, 용접사가 이동해야 하는 등의 부가적인 절차가 필요하게 된다. 상기와 같이, 복수의 용접 모듈을 세팅하는 시간으로 인하여 배관의 용접 시간이 오래 소요되고, 용접 공간이 대형화되는 등 용접에 있어 어려움이 대두되고 있다.

또한, 종래에는 자동용접시 작업 조건에 따라 용접 와이어 속도조절이 어려워 용접결함이 발생하며, 이로 인해 용접시공부위가 취약해지고, 또한 용접이 진행됨에 따라 이러한 점들은 부실한 용접시공의 원인이 된다는 문제점이 있다.

특히, 선박, 해양구조물, 발전플랜트, 항공기, 원자로, 가스, 원유 플랜트 및 육상과 해상 파이프라인 등 정밀한 배관 용접시공을 요하는 부분에 있어서 큰 장애로 작용함에 내구성 품질문제가 제기되고 있다.

보다 구체적으로, 문헌으로 공개된 배관 파이프 자동용접장치를 참조하면 다음과 같다. 한국등록실용 제20-0389544호에서는 아크 용접기술을 응용한 동 배관 파이프 맞대기 자동 용접장치를 제공한다. 상기 등록실용에서는 파이프 맞대기 용접을 자동적으로 진행할 수 있어 작업성 및 용접 품질을 향상시키고 또한, 부채꼴 모양의 비드 형상을 균일하도록 용접을 수행한다는 점에 대해서는 기술되어 있지만, 구체적으로 복수의 다른 용접 장치를 이용하여 용접을 수행하게 하는 배관 자동용접장치를 제공하는 데에는 한계가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 롤러에 의해 회전하는 배관 둘레에 배치된 복수의 용접모듈을 이용하여 상기 배관의 용접 부위를 순차적으로 용접함으로써 고품질의 배관용접을 수행하게 하는 배관원주 자동용접장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 배관 용접 부위에 대한 초층 용접을 수행하는 TIG 용접모듈 및 상기 초층 용접된 용접 부위에 순차적인 용접을 수행하는 하나 이상의 MAG 용접모듈을 통해 연속 용접을 수행하는 배관원주 자동용접장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 배관원주 자동용접장치(1000)는 용접 대상물인 배관(1)의 회전 구동을 가능하게 하는 구동 롤러(130)를 갖는 터닝롤부(100); 상기 구동 롤러(130)의 상부에 배치되는 선행 용접 모듈(300); 상기 구동 롤러(130)를 기준으로 측방에 배치되는 후행 용접 모듈(200); 및 상기 터닝롤부(100) 및 상기 용접 모듈(200,300)을 제어하는 컨트롤러부(400);를 포함한다.

상기 선행 용접 모듈(300)은 TIG 용접 모듈이고, 상기 후행 용접 모듈(200)은 MAG 용접 모듈인 것이 바람직할 수 있다.

상기 후행 용접 모듈(200)은 상기 구동 롤러(130)를 기준으로 양 측방에 한 쌍이 배치되게 배치되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 터닝롤부(100)는 본체(110); 상기 본체(110))에 배치되는 구동 모터(112)로부터 동력 전달체(115)를 통해 동력을 전송받는 롤러 지지체(120); 및 상기 롤러 지지체(120) 상에 회전 가능하게 배치되는 상기 구동 롤러(130);를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 선행 용접 모듈(300)은 상기 터닝롤부(100) 상에 이동 가능하게 배치되는 TIG 바디(310); 상기 TIG 바디(310)에 배치되는 TIG 토치부(320); 상기 TIG 토치부(320)에 결합된 상태에서 상기 TIG 토치부(320)의 운동을 조절하는 조절 레버(323); 및 상기 TIG 토치부(320)와 소정 각도로 TIG 바디(310)에 고정배치되는 용접 와이어 공급부(330)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 후행 용접 모듈(200)은 상기 터닝롤부(100) 상에 이동 가능하게 배치되는 MAG 바디(210); 상기 MAG 바디(210) 상에 수직으로 배치되는 슬라이드부(220);

상기 슬라이드부(220)를 따라 상하 이동하는 가이드부(230); 상기 슬라이드부(220)에 결합된 상태에서 상기 가이드부(230)의 운동을 조절하는 조절 레버(223); 상기 가이드부(230)에 형성된 가이드 레일(232)을 따라 수평 이동하는 위빙 조절부(240); 및 상기 위빙 조절부(240)에 회전 가능하게 배치되는 MAG 토치부(250)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 위빙 조절부(240)는 상기 가이드 레일(232)을 따라 수평 이동하는 위빙 본체(242); 상기 MAG 토치부(250)의 피봇 운동이 가능하게 상기 위빙 본체(242)와 상기 MAG 토치부(250)에 결합되는 고정 프레임(243); 및 상기 MAG 토치부(250)의 후단에 결합되는 가이드 박스(241);를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 배관원주 자동용접장치는 롤러에 의해 회전하는 배관 둘레에 배치된 복수의 용접모듈을 이용하여 상기 배관의 용접 부위를 순차적으로 용접함으로써 한 장소에서 배관 용접이 이루어질 수 있게 하여 용접 작업 시간을 줄일 수 있는 동시에 공간 활용도를 높일 수 있다. 이에 따라 효율적인 용접을 시공할 수 있어서, 품질 향상, 원가 절감 및 생산성 증대를 확보할 수 있다.

또한 본 발명은 3개의 용접 모듈이 배관 주위에 배치되어 TIG 선행용접과 MAG 후행용접이 한 장소에서 진행되고, 더불어 전류, 전압, 터닝롤 속도, 와이어 속도, 용접위빙 속도 등의 용접조건을 세팅하는 과정에서 리모콘 일원화시스템을 통해 편리하게 수행한다.

상기와 같이, 본 발명은 용접 작업조건에 적절한 용접을 함으로써 용접시 발생하는 용접결함 및 불량을 방지하고 고품질의 배관용접제품을 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관원주 자동용접장치를 도시하는 개념도,
도 2는 도 1의 배관원주 자동용접장치의 평면도,
도 3은 도 1의 배관원주 자동용접장치의 측면도
도 4는 선행 용접 모듈인 TIG 용접 모듈의 개념도,
도 5는 후행 용접 모듈인 MAG 용접 모듈의 개념도,
도 6은 선행 용접 모듈을 이용한 용접 상태도,
도 7은 후행 용접 모듈을 이용한 용접 상태도,
도 8a 내지 8c는 선행 용접 모듈의 위빙 운동, 상하 운동, 및 좌우 운동을 나타내는 작동도, 및
도 9는 용접 모듈을 제어하는 컨트롤러부에 대한 개념도이다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배관원주 자동용접장치를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 롤러를 이용하여 회전 구동하는 배관의 외주면에 대한 용접을 수행하는 배관원주 자동용접장치를 제공하기 위한 것이지만 이에 한정되는 것은 아니고 설계 변경을 통하여 다양한 용접 부위로도 그 적용범위를 확대할 수 있다.

이하, 배관원주 자동용접장치의 구조 및 기능을 구체적으로 설명한다.

배관원주 자동용접장치(1000)의 전체적인 구조 설명

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 배관원주 자동용접장치(1000)에 대한 전체적인 구조를 살핀다.

배관원주 자동용접장치(1000)는 용접 대상물인 배관(1)의 회전 구동을 가능하게 하는 터닝롤부(100), 터닝롤부(100)의 구동 롤러(130)를 기준으로 양측에 배치되는 MAG 용접 모듈(200), 구동 롤러(130)의 상부에 배치되는 TIG 용접 모듈(300) 및 터닝롤부(100)와 용접 모듈(200,300)을 제어하는 컨트롤러부(400)를 포함한다. MAG 용접 모듈(200)은 용접 와이어 및 용접 전류 등을 공급하는 MAG 용접기 본체(20)에 연결되고, TIG 용접 모듈(300)의 경우에도 용접 와이어 및 용접 전류 등을 공급하는 TIG 용접기 본체(20)에 연결된다.

터닝롤부(100)는 구동 모터(112)가 배치되는 본체(110), 구동 모터(112)로부터 동력 전달체(115)를 통해 동력을 전송받는 롤러 지지체(120) 및 롤러 지지체(120) 상에 회전 가능하게 배치되는 구동 롤러(130)를 포함한다. 구동 모터(112)에 결합되는 구동 풀리와 롤러 지지체(120)에 결합되는 종동 풀리는 구동 벨트 또는 체인 형태의 동력 전달체(115)의 양단에 결합된다. 동력을 전달받는 롤러 지지체(120)는 그 상단에 배치되는 구동 롤러(130)와 기어 결합을 통해 동력 전달이 가능하다. 즉, 일 예로서 롤러 지지체(120)와 구동 롤러(130)는 랙-피니언 타입의 기어 결합으로 동력 전달할 수 있다.

구동 롤러(130)는 롤러 지지체(120) 상에서 일정한 간격을 유지한채 병렬로 배치된다. 구체적으로, 구동 롤러(130)는 용접 대상물인 배관(1)의 하단에 그 길이 방향을 따라 한 쌍이 배치되는 형태일 수 있다. 한편, 구동 롤러(130)는 배관(1)의 길이 방향을 따라 복수개가 일렬로 배치 가능하다.

본 발명의 용접 모듈(200,300)은 용접 대상물인 배관(1)의 용접 부위인 외주면을 용접하는 과정에서 상기 용접 부위에 순차적으로 다단에 걸친 용접 작업을 수행한다. 용접 모듈(200,300)은 구동 롤러(130)에 회전 가능하게 안착되는 배관(1)을 기준으로 직상부에 배치되는 TIG 용접 모듈(300) 및 배관(1)의 양측에 배치되는 MAG 용접 모듈(200)을 포함한다.

TIG 용접 모듈(300)은 배관(1)의 용접 부위에 대해 1차적으로 선행 용접을 수행하고, MAG 용접 모듈(200)은 상기 1차적인 선행 용접이 이루어진 용접 부위에 대해 2차적으로 후행 용접을 실시한다. 구체적으로, 구동 롤러(130)에 의해 배관(1)이 회전 구동 상태를 이룬다. TIG 용접 모듈(300)을 이용하여 용접 부위에 대해 초층 용접을 먼저 선행적으로 실시하여 초층 비드를 형성한다. 이후, 배관(1)이 시계 또는 반시계 방향으로 회전하는 상태에서 배관(1)의 좌우측 방향 중 일측에 배치되는 MAG 용접 모듈(200)이 초층 비드 위에 배관(1) 두께 조건에 맞게 2층 용접을 실시한다. 이후, 배관(1)이 계속적으로 회전하는 상태에서 배관(1)의 타측에 배치되는 MAG 용접 모듈(200)이 상기 용접된 2층 비드 상에 3층으로 마무리 비드 용접을 실시한다.

상기와 같이, 1대의 TIG 용접 모듈(300) 및 2대의 MAG 용접 모듈(200)로 이루어지는 용접 모듈(200,300)이 배관(1)의 용접 부위인 외주면을 둘러싸는 형태로 배치되어 상기 용접 부위를 시공 조건에 알맞게 배관 용접을 동시에 수행할 수 있다. 또한, 한 장소에서 복수의 용접 모듈을 이용하여 배관 용접을 행할 수 있으므로 용접 작업 시간을 줄일 수 있고, 공간 활용도를 높일 수 있다.

도 4 및 도 6을 참조하여 TIG 용접 모듈(300)을 설명한다.

TIG 용접 모듈(300)은 터닝롤부(100) 상에 이동 가능하게 배치되는 TIG 바디(310), TIG 바디(310)에 배치되는 TIG 토치부(320), TIG 토치부(320)에 결합된 상태에서 TIG 토치부(320)의 운동을 조절하는 조절 레버(323), 및 TIG 토치부(320)와 소정 각도로 TIG 바디(310)에 고정배치되는 용접 와이어 공급부(330)를 포함한다.

TIG 용접 모듈(300)은 TIG 용접기 본체(30)로부터 용접 와이어 및 전류 등을 공급받아 배관(1)의 용접 부위(2)에 초층 용접을 실시한다. 즉, TIG 토치부(320) 하측단의 TIG 토치(321) 및 용접 와이어 공급부(330)의 와이어 노즐(331)이 소정 각도로 용접 부위(2)에 밀착한 상태로 용접을 실시한다.

도 5 및 도 7을 참조하여 MAG 용접 모듈(200)을 설명한다.

MAG 용접 모듈(200)은 터닝롤부(100) 상에 이동 가능하게 배치되는 MAG 바디(210), MAG 바디(210) 상에 수직으로 배치되는 슬라이드부(220), 슬라이드부(220)를 따라 상하 이동하는 가이드부(230), 슬라이드부(220)에 결합된 상태에서 가이드부(230)의 운동을 조절하는 조절 레버(223), 가이드부(230)에 형성된 가이드 레일(232)을 따라 수평 이동하는 위빙 조절부(240), 및 위빙 조절부(240)에 회전 가능하게 배치되는 MAG 토치부(250)를 포함한다.

위빙 조절부(240)는 가이드 레일(232)을 따라 수평 이동하는 위빙 본체(242), MAG 토치부(250)의 피봇 운동이 가능하게 위빙 본체(242)와 MAG 토치부(250)에 결합되는 고정 프레임(243), 및 MAG 토치부(250)의 후단에 결합되는 가이드 박스(241)를 포함한다.

MAG 용접 모듈(200)은 MAG 용접기 본체(20)로부터 용접 와이어 및 전류 등을 공급받아 배관(1)의 용접 부위(2)에 2층 또는 3층 용접을 실시한다. 즉, MAG 토치부(250)의 끝단이 용접 부위(2)에 밀착한 상태로 용접을 실시한다.

도 8은 TIG 토치부(320)의 운동 형태를 도시하는 상태도이다

구체적으로, 도 8a에서는 배관(1) 상부에 배치된 TIG 토치부(320)가 특정 회전축을 기준으로 용접 부위(2)의 외주면을 따라 위빙 운동을 하는 것을 도시한다. 여기에서, 위빙은 TIG 토치부(320)의 용접 토치를 용접의 진행 방향에 대하여 옆으로 번갈아 움직이면서 용접하는 운봉 방법으로 정의한다.

도 8b에서는 배관(1) 단면에 평행한 배관(1)의 반경 방향을 따라 TIG 토치부(320)를 상하로 반복적으로 이동함으로써 용접 두께를 조절하는 것을 보인다.

한편, 도 8c에서는 배관(1) 단면에 수직 방향, 즉 배관(1)의 길이 방향을 따라 TIG 토치부(320)를 반복적으로 이동하는 것을 보인다.

도 9를 참조하면, 컨트롤러부(400)는 터닝롤부(100), MAG 용접 모듈(200) 및 TIG 용접 모듈(300)에 유선 또는 무선으로 접속된다. 컨트롤러부(400)는 터닝롤부(100)의 전원, 전후진 및 속도를 조절한다. 그리고, TIG 용접 모듈(300)과 MAG 용접 모듈(200)의 전원, 위빙 속도, 진폭 등을 조절한다.

또한, 컨트롤러부(400)는 개별적인 용접조건인 전류, 전압, 터닝롤 속도, 와이어 속도, 용접 위빙속도 등의 세팅 작업을 한 곳에서 구성하도록 리모콘 일원화시스템을 통해 용접작업 조건에 적절한 용접을 하게 한다.

이를 통해 용접시 발생하는 용접 결함 및 불량을 제거하고 고품질의 배관용접제품을 생산할 수 있다

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배관원주 자동용접장치는 롤러에 의해 회전하는 배관 둘레에 배치된 복수의 용접모듈을 이용하여 상기 배관의 용접 부위를 순차적으로 용접함으로써 한 장소에서 배관 용접이 이루어질 수 있게 하여 용접 작업 시간을 줄일 수 있는 동시에 공간 활용도를 높일 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

1 : 배관
100 : 터닝롤부
130 : 구동 롤러
200 : MAG 용접 모듈
300 : TIG 용접 모듈
400 : 컨트롤러부

Claims

배관(1)을 회전 구동시키는 구동 롤러(130)를 갖는 터닝롤부(100);
상기 구동 롤러(130)의 상부에 배치되는 TIG 용접 모듈(300);
상기 구동 롤러(130)를 기준으로 양측방에 배치되는 MAG 용접 모듈(200); 및
상기 터닝롤부(100) 및 상기 용접 모듈(200,300)을 제어하는 컨트롤러부(400);를 포함하고,
상기 TIG 용접 모듈(300)은,
상기 터닝롤부(100) 상에 이동 가능하게 배치되는 TIG 바디(310);
상기 TIG 바디(310)에 배치되는 TIG 토치부(320);
상기 TIG 토치부(320)에 결합된 상태에서 상기 TIG 토치부(320)의 운동을 조절하는 조절 레버(323); 및
상기 TIG 토치부(320)와 소정 각도로 TIG 바디(310)에 고정배치되는 용접 와이어 공급부(330)를 포함하고,
상기 MAG 용접 모듈(200)는,
상기 터닝롤부(100) 상에 이동 가능하게 배치되는 MAG 바디(210);
상기 MAG 바디(210) 상에 수직으로 배치되는 슬라이드부(220);
상기 슬라이드부(220)를 따라 상하 이동하는 가이드부(230);
상기 슬라이드부(220)에 결합된 상태에서 상기 가이드부(230)의 운동을 조절하는 조절 레버(223);
상기 가이드부(230)에 형성된 가이드 레일(232)을 따라 수평 이동하는 위빙 조절부(240); 및
상기 위빙 조절부(240)에 회전 가능하게 배치되는 MAG 토치부(250)를 포함하고,
상기 위빙 조절부(240)는,
상기 가이드 레일(232)을 따라 수평 이동하는 위빙 본체(242);
상기 MAG 토치부(250)의 피봇 운동이 가능하게 상기 위빙 본체(242)와 상기 MAG 토치부(250)에 결합되는 고정 프레임(243); 및
상기 MAG 토치부(250)의 후단에 결합되는 가이드 박스(241);를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배관원주 자동용접장치(1000).
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제 1 항에 있어서,
상기 터닝롤부(100)는,
본체(110);
상기 본체(110))에 배치되는 구동 모터(112)로부터 동력 전달체(115)를 통해 동력을 전송받는 롤러 지지체(120); 및
상기 롤러 지지체(120) 상에 회전 가능하게 배치되는 상기 구동 롤러(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배관원주 자동용접장치(1000).
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