KR101507909B1

KR101507909B1 - 링크식 붐대를 갖는 밴드관 오버레이 자동용접장치

Info

Publication number: KR101507909B1
Application number: KR20140098502A
Authority: KR
Inventors: 이유철
Original assignee: 한국멕케이용재 주식회사; 한국멕케이용접 주식회사; 씨알에이파이핑코리아(주)
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2015-04-07

Abstract

본 발명은 밴드관 오버레이 자동용접장치에 관한 것으로서, 본 발명의 밴드관 오버레이 자동용접장치는, 상기 밴드관의 하부를 지지하며, 지면에 대해 수평한 방향으로 회전 및 지면에 대해 수직한 방향으로 틸팅 가능하게 형성되는 포지셔너와; 상기 포지셔너의 상부에 상기 밴드관이 눕혀지거나 세워지도록 상기 밴드관을 지지하는 밴드지지부와; 전후 및 상하로 이동가능하게 구비되며, 복수개의 링크가 서로 상대회전 가능하게 결합된 붐대와, 상기 붐대의 선단에 결합되어 상기 밴드관 내부를 오버레이 용접하는 토치가 구비된 매니퓰레이터와; 상기 밴드관의 곡관구간의 굽힘각도와 상기 직관구간의 길이를 입력받는 입력부와; 상기 곡관구간의 굽힘각도와 상기 직관구간의 길이에 따라 상기 포지셔너와 상기 매니퓰레이터를 제어하여 상기 토치의 용접궤적을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 붐대는, 상기 토치를 지지하는 토치결합링크와; 상기 토치결합링크의 후단에 수평방향 회전 및 틸팅 가능하게 결합되는 상기 곡관에 대응되는 곡률이 형성되도록 하는 복수개의 연결링크와; 상기 복수개의 연결링크 중 최후단에 상기 곡관의 곡률에 반대방향으로 절곡되게 결합되어 상기 곡관의 오버레이 용접시 상기 직관의 이동궤적과 간섭되지 않도록 하는 역방향연결링크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

링크식 붐대를 갖는 밴드관 오버레이 자동용접장치{AUTOMATIC OVERLAY WELDING APPARATUS FOR BANDING PIPE HAVING LINK TYPE BOOM}

본 발명은 오버레이 자동용접장치에 관한 것으로, 보다 자세히는 곡관과 직관이 연결된 밴드관의 내면 전체를 링크식 붐대를 이용해 자동으로 오버레이 용접할 수 있는 링크식 붐대를 갖는 밴드관 오버레이 자동용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 발전설비나 석유화학 플랜트의 배관설비에는 저급재료인 탄소강이 주로 사용되고 그 내면에 스테인레스나 니켈합금 등의 내구성, 내부식성, 고강도성을 가진 이종금속으로 일정두께 덧용접을 실시하여 사용한다. 이러한 덧용접을 보통 오버레이용접(overlay welding)이라 하는데, 매우 취약한 환경에서 물리적 성질이 약한 금속이 사용될 때 금속 표면을 용접으로 코팅하여 내부식성, 내구성, 내마모성, 강도 등을 향상시키는 방법이다.

한편, 석유화학 플랜트의 배관설비에는 직선형태의 직관 뿐만 아니라 배관의 방향전환을 위해 다양한 곡관이 사용된다. 곡관은 45도, 90도 등으로 각도가 정해져 제조된다. 이에 따라 직관에 곡관을 연결할 경우 정해진 각도로만 방향전환이 가능한 제한이 있다.

이에 최근에는 직관의 일부분을 고주파 가열해서 원하는 각도로 굽혀 사용하는 밴드관이 사용된다. 밴드관의 경우 직선배관과 연결할 때 희망하는 각도, 일례로 35도, 60도, 75도 등 다양한 각도로 방향전환 설계가 가능하다.

도 1은 밴드관(10)의 일례를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 밴드관(10)은 곡관(13)과 직관(11)이 함께 존재한다. 이러한 밴드관(10)의 곡관(13)은 내측면과 외측면의 곡률반경에 차이가 있어 직관에서와 같이 원주방향을 따라 오버레이 용접할 경우 내측면과 외측면의 용접 비드 간격이 상이한 차이가 발생된다.

이에 밴드관(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 오버레이 용접을 시행하게 된다. 즉, 직관(11)은 단면에 대해 원주방향을 따라 토치가 이동하며 용접을 하게 되고, 곡관(13)은 밴드관(10)의 길이방향을 따라 토치가 이동하며 용접을 하게 된다.

이렇게 직관(11)과 곡관(13)을 다른 방향으로 용접하는 밴드관(10)의 오버레이 용접은 작업자에 의해 수동으로 수행되었다. 이에 따라 오버레이 용접에 장시간이 소요되고, 정밀도도 떨어지며 고열에 오래 노출되어 작업자의 피로가 극심한 문제가 있었다. 또한, 작업자가 들어갈 수 없는 내경이 작은 밴드관(10)은 오버레이 용접이 어려운 문제가 있었다.

이에 밴드관(10)을 자동으로 용접하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 곡관의 곡률에 대응되는 곡률을 갖는 붐대(20)에 토치(21)를 결합시켜 자동용접을 수행하기도 한다. 그러나, 밴드관(10)은 곡관(13) 뿐만 아니라 일정 길이의 직관(l1)이 결합되므로 오버레이 용접을 위해 붐대(20)가 회전하거나 밴드관(10)이 회전할 때 붐대(20)가 직관(11)의 이동궤적 상에 위치하게 된다. 이에 붐대(20)가 직관(11)과 부딪치게 되므로 자동 오버레이 용접이 불가능한 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 직관과 곡관이 함께 형성된 밴드관을 자동으로 오버레이 용접할 수 있는 밴드관 오버레이 자동용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 곡관의 다양한 굽힙각도와 직관의 길이에 상관없이 안정적으로 오버레이 용접을 수행할 수 있는 밴드관 오버레이 자동용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 곡관과 직관이 함께 형성된 밴드관의 내부를 오버레이 자동용접하는 밴드관 오버레이 자동용접장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 밴드관 오버레이 자동용접장치는, 상기 밴드관의 하부를 지지하며, 지면에 대해 수평한 방향으로 회전 및 지면에 대해 수직한 방향으로 틸팅 가능하게 형성되는 포지셔너와; 상기 포지셔너의 상부에 상기 밴드관이 눕혀지거나 세워지도록 상기 밴드관을 지지하는 밴드지지부와; 전후 및 상하로 이동가능하게 구비되며, 복수개의 링크가 서로 상대회전 가능하게 결합된 붐대와, 상기 붐대의 선단에 결합되어 상기 밴드관 내부를 오버레이 용접하는 토치가 구비된 매니퓰레이터와; 상기 밴드관의 곡관구간의 굽힘각도와 상기 직관구간의 길이를 입력받는 입력부와; 상기 곡관구간의 굽힘각도와 상기 직관구간의 길이에 따라 상기 포지셔너와 상기 매니퓰레이터를 제어하여 상기 토치의 용접궤적을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 붐대는, 상기 토치를 지지하는 토치결합링크와; 상기 토치결합링크의 후단에 수평방향 회전 및 틸팅 가능하게 결합되어 상기 곡관에 대응되는 곡률이 형성되도록 하는 복수개의 연결링크와; 상기 복수개의 연결링크 중 최후단에 상기 곡관의 곡률에 반대방향으로 절곡되게 결합되어 상기 곡관의 오버레이 용접시 상기 직관의 이동궤적과 간섭되지 않도록 하는 역방향연결링크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 토치결합링크는, 상기 토치와 결합되며 후단이 개방형성된 토치결합링크본체와; 선단이 상기 토치결합링크본체의 개방된 후단에 틸팅가능하게 삽입되며, 후단에 제1삽입고리가 형성되며, 상기 연결링크는, 중공형상의 연결링크본체와; 상기 연결링크본체의 선단에 틸팅가능하게 삽입되며, 상기 제1삽입고리와 제1링크축에 의해 링크결합되는 제1결합고리가 형성된 선단결합축과; 상기 연결링크본체의 후단에 틸팅가능하게 삽입되며, 이웃하는 연결링크와 링크결합되는 제2결합고리가 형성된 후단결합축을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 연결링크는 직관형태로 형성되거나, 곡관형태로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 포지셔너의 상부에 상기 밴드관이 눕혀진 상태에서 상기 토치를 상기 밴드관의 곡관시작점에 위치시키고, 상기 포지셔너를 상기 밴드관의 곡관시점점과 곡관종착점까지 수평방향으로 반복 회동시켜 상기 곡관구간이 오버레이 용접되도록 제어하고, 상기 밴드관의 직관구간이 상기 포지셔너의 회전 중심에 수평하게 위치되도록 배치한 상태에서, 상기 포지셔너를 지면에 대해 수직하게 틸팅시킨 후, 상기 토치를 상기 밴드관의 직관시작점에 위치시키고, 상기 포지셔너를 수평방향으로 회전시켜 상기 직관구간이 오버레이 용접되도록 제어한다.

본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치는 곡관 뿐만 아니라 직관까지 자동으로 용접이 진행된다. 이에 따라 작업자의 노동력이 요구되지 않으므로 생산성과 정밀성 및 안정성을 높일 수 있다.

또한, 붐대가 곡관의 곡률에 대응하게 자유롭게 곡률을 조정할 수 있는 링크형태로 형성되어 다양한 곡률의 밴드관을 오버레이 용접할 수 있다. 이와 동시에 붐대의 후단이 곡관의 곡률과 반대방향으로 다양한 각도로 절곡될 수 있어 오버레이 용접시 붐대가 밴드관의 이동궤적에 간섭을 주지 않게 된다. 따라서, 어떠한 사양의 밴드관도 안정적으로 오버레이 용접을 수행할 수 있다.

또한, 붐대와 토치가 삽입될 수 있는 범위 내에서 직경이 작은 밴드관도 오버레이 용접을 수행할 수 있다.

도 1은 일반적인 밴드관의 형상을 도시한 예시도,
도 2는 일반적인 밴드관의 오버레이 용접형태를 도시한 예시도,
도 3은 밴드관을 곡률형태의 붐대로 자동용접할 때의 동작과정을 도시한 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치의 곡관용접시 구성을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치의 붐대의 구성을 도시한 사시도,
도 6은 도 5의 붐대의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도,
도 7은 본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치의 직관용접시 구성을 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치의 곡관용접과정을 도시한 예시도,
도 9는 본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치의 직관용접과정을 도시한 예시도,
도 10은 본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치가 밴드관을 용접할 때 토치의 이동궤적과 종래 곡률형태의 붐대가 밴드관을 용접할 때 토치의 이동궤적을 비교한 예시도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 붐대의 구성을 도시한 사시도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 4는 본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치(1)의 곡관 용접시의 상태를 도시한 사시도이다.

여기서, 밴드관(10)은 직관(11)의 양단을 고정한 상태에서 가운데 영역에 고주파 열을 가하여 가운데 영역을 구부려 직관(11)과 곡관(13)이 함께 형성된 파이프이다. 밴드관(10)의 밴딩각도(θ)는 0°∼90° 사이에서 희망하는 밴딩각도로 형성될 수 있다.

본 발명의 밴드관 오버레이 자동용접장치(1)는 밴드관(10)을 지지하는 포지셔너(100)와, 토치(311)가 지지되는 매니퓰레이터(300)와, 밴드관(10)을 포지셔너(100)에 눕혀지거나 세워지도록 지지하는 밴드지지부(200)와, 밴드관(10)의 사양을 입력하는 입력부(400)와, 입력부(400)를 통해 입력된 사양에 따라 각 구성들을 제어하여 자동용접이 진행되도록 하는 제어부(500)를 포함한다.

포지셔너(100)는 오버레이 용접 수행 중에 밴드관(10)을 지지한다. 포지셔너(100)는 밴드관(10)이 안착되는 회전판(110)과, 회전판(110)을 지면에 대해 수평방향으로 회전시키는 수평회전축(120)과, 수평회전축(120)을 회전구동하는 수평구동모터(미도시)가 수용되는 수평구동박스(130)와, 수평구동박스(130)의 좌우로 연장되어 수평회전축(120)을 지면에 대해 일정각도 틸팅시키는 틸팅축(140)과, 틸팅축(140)을 틸팅구동하는 틸팅전동수단(150)과, 틸팅전동수단(150)을 구동하는 틸팅구동모터(미도시)를 포함한다.

회전판(110)은 일정 직경을 갖는 원형판 형태로 형성된다. 회전판(110)은 수평회전축(120)에 회전가능하게 결합된다. 회전판(110)의 판면에는 밴드지지부(200)가 착탈가능하게 결합되는 결합공(111)이 동심원 방향으로 일정 간격으로 복수개가 형성된다.

수평회전축(120)은 회전판(110)의 배면에 구비되며, 수평구동모터(미도시)의 구동에 의해 회전하며 회전판(110)을 회전시킨다.

틸팅축(140)은 수평구동박스(130)의 양측으로 일정 길이 연장되며, 틸팅전동수단(150)과 틸팅구동모터(미도시)의 동작에 의해 틸팅된다. 여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포지셔너(100)는 틸팅구동모터(미도시)의 구동에 따라 틸팅구동축(미도시)이 일정각도 회전하고, 틸팅구동축(미도시)에 고정결합된 틸팅구동기어(미도시)와 틸팅전동수단(150)이 기어로 맞물려 틸팅축(140)이 틸팅된다. 그러나, 이는 일례일 뿐이며 포지셔너(100)는 회전판(110)을 수평방향으로 회전시키고, 틸팅을 가능하게 할 수 있는 다양한 형태로 구비될 수 있다.

포지셔너(100)는 곡관(13)의 오버레이 용접시에는 틸팅축(140)이 틸팅되지 않은 상태로, 즉 회전판(110)이 지면에 대해 수평한 상태로 배치되어 회전판(110)이 수평방향으로 회전한다. 반면, 직관의 오버레이 용접시에는 도 7에 도시된 바와 같이 포지셔너(100)는 틸팅축(140)이 90° 각도로 틸팅된 상태, 즉 회전판(110)이 지면에 대해 수직한 상태로 배치되어 회전판(110)이 수평방향으로 회전한다.

회전판(110)의 회전과 틸팅축(140)의 틸팅은 제어부(500)의 제어에 의해 조절된다.

밴드지지부(200)는 포지셔너(100)의 회전판(110) 상에 밴드관(10)을 고정시킨다. 밴드지지부(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 밴드관(10)의 곡관(13)의 오버레이 용접시에는 밴드관(10)이 회전판(110)에 눕혀지도록 지지하고, 도 7에 도시된 바와 같이 밴드관(10)의 직관(11)의 오버레이 용접시에는 밴드관(10)이 회전판(110)에 세워지도록 지지한다.

이를 위해 밴드지지부(200)는 회전판(110)에 착탈가능하게 배치되는 복수개의 회전판결합레일(210)과, 회전판결합레일(210) 상을 이동가능하게 결합되며 밴드관(10)을 내부에 수용하는 밴드지지링(220)을 포함한다.

회전판결합레일(210)은 밴드관(10)의 길이와 형상에 따라 회전판(110)에 결합되는 개수가 조절된다. 회전판결합레일(210)은 플랜지(211) 부위를 회전판(110)의 결합공(111)에 결합볼트(미도시)로 체결하겨 고정된다.

밴드지지링(220)은 회전판결합레일(210)에 이동가능하게 결합되는 레일결합링(221)과, 레일결합링(221)에 개폐가능하게 결합되는 개폐링(223)을 포함한다. 개폐링(223)은 레일결합링(221)에 링크결합된다. 개폐링(223)과 레일결합링(221)의 내부에는 밴드관(10)의 외경에 대응되는 수용공(225)이 형성된다. 개폐링(223)과 레일결합링(221)은 락킹부재(미도시)에 의해 결합상태가 구속되거나 해지된다.

작업자는 밴드관(10)의 밴딩각도(θ)와 직관(11)의 길이(L) 등을 고려하여 복수개의 회전판결합레일(210)을 회전판(110)에 배치하고, 각 회전판결합레일(210)에 결합된 밴드지지링(220)을 직선이동시킨다. 그리고, 밴드지지링(220)을 개방한 후 밴드관(10)을 수용공(225)에 수용한 후 밴드지지링(220)을 닫아 밴드관(10)의 위치를 고정한다.

여기서, 곡관(13)의 용접시에는 밴드관(10)이 회전판(110) 상에 눕혀지게 배치되나, 직관(11)의 용접시에는 밴드관(10)이 회전판(110)에 기립되게 배치된다. 이를 위해 직관(11)의 용접시에는 도 7에 도시된 바와 같이 회전판결합레일(210)이 회전판(110)에 수직하게 결합되어 밴드관(10)의 일단을 지지한다.

매니퓰레이터(300)는 토치(311)가 밴드관(10)의 내부를 오버레이 용접하도록 지지한다. 매니퓰레이터(300)는 제어부(500)의 제어에 따라 토치(311)가 상하 또는 전후로 이동되도록 지지한다. 매니퓰레이터(300)는 토치(311)를 지지하며 밴드관(10) 내부로 삽입되는 붐대(310)와, 붐대(310)를 수직방향으로 이동시키는 수직이동부(330)와, 붐대(310)를 전후방향으로 이동시키는 수평이동부(340)와, 이들을 지지하는 이동대차(350)를 포함한다.

본 발명에 따른 매니퓰레이터(300)는 이동대차(350)의 바퀴에 의해 이동가능하게 구비되나, 경우에 따라 고정식으로 구비될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 붐대(310)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 6은 붐대(310)의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 붐대(310)는 복수개의 링크가 관절형태로 서로 링크결합되어 곡관(13)의 곡률에 대응되는 곡률을 갖도록 형성된다. 또한, 곡관(13)의 오버레이 용접시 밴드관(10)의 이동궤적에 간섭을 주지 않도록 후단부가 곡관(13)의 곡률반경과 반대방향으로 절곡되어 형성된다.

붐대(310)는 토치(311)와 결합되는 토치결합링크(312)와, 토치결합링크(312)의 후단에 순차적으로 결합되는 복수개의 연결링크(313,313',313'',313''')와, 최후단의 연결링크(313'') 연결링크(3313,313',313'',313''')들의 곡률과 반대방향으로 절곡되어 배치되는 역방향연결링크(315)와, 역방향연결링크(315)와 수직이동부(330)를 결합시키는 대차결합링크(317)를 포함한다.

토치결합링크(312)는 선단에 토치(311)가 결합된다. 여기서, 도면에 도시된 토치(311)의 결합형태는 일례일 뿐이며, 토치(311)의 형상과 용접방식에 따라 다양하게 결합될 수 있다. 토치결합링크(312)의 선단은 결합되는 토치(311)의 형상에 따라 가변될 수 있다. 또한, 도면에는 토치(311)만 도시되어 있으나 가스공급호스가 토치(311)에 결합되어 있다.

토치결합링크(312)는 토치(311)와 결합되는 토치결합링크본체(312a)와, 토치결합링크(312)의 후단과 연결링크(313)를 결합시키는 본체결합봉(312b)을 포함한다. 토치결합링크본체(312a)의 후단은 중공관 형태로 형성되어 본체결합봉(312b)이 내부로 삽입된다. 이 때, 본체결합봉(312b)의 외경은 토치결합링크본체(312a)의 내경에 대응되게 구비되어, 억지끼워맞춤되는 것이 바람직하다.

본체결합봉(312b)의 후단에는 연결링크(313)와 결합되는 제1삽입고리(312c)가 형성된다. 제1삽입고리(312c)는 연결링크(313)의 제1결합고리(313c)와 함께 제1링크축(M1)에 결합된다. 이에 따라 제1링크축(M1)을 따라 토치결합링크(312)와 연결링크(313)의 수평방향 결합각도가 조절될 수 있다.

복수개의 연결링크(313)는 토치결합링크(312)와 역방향연결링크(315) 사이에 순차적으로 결합된다. 복수개의 연결링크(313)의 구성을 동일하므로 한 개의 연결링크(313)에 대해서만 자세히 설명한다.

연결링크(313)는 중공관 형태의 연결링크본체(313a)와, 연결링크본체(313a)의 선단에 결합되는 선단결합축(313b)과, 연결링크본체(313a)의 후단에 결합되는 후단결합축(313d)을 포함한다. 선단결합축(313b)은 연결링크본체(313a) 내부에 삽입되어 결합되고, 선단에 토치결합링크(312)와 결합되는 제1결합고리(313c)가 구비된다. 후단결합축(313d)은 연결링크본체(313a)의 후단 내부에 삽입되어 결합되고, 후단에 이웃하는 연결링크(313)와 결합되는 제2결합고리(313e)가 구비된다.

여기서, 결합고리(313c,313e)는 한 쌍의 결합리브가 마주보게 돌출된 형태로 구비되고, 삽입고리(312c)는 한 개의 결합리브가 돌출된 형태로 결합고리(313c,313e) 에 삽입되는 형태로 구비된다. 즉, 삽입고리(312c)와 결합고리(313c,313e)가 서로 맞물리게 배치되고, 그 사이로 링크축(M1,M2)이 관통되어 이웃하는 연결링크(313)가 서로 회동가능하게 결합된다.

여기서, 복수개의 연결링크(313)들은 각각 교번적으로 삽입고리와 결합고리가 구비되어, 서로 링크결합된다.

여기서, 연결링크본체(313a)에 삽입되는 선단결합축(313b)과 후단결합축(313d)은 각각 삽입되는 방향에 따라 틸팅각도(도 6의 T방향)가 조절될 수 있다. 즉, 이웃하는 연결링크(313)들은 링크축(M1,M2)에 대한 결합방향을 조절하여 수평방향 회전각도(H방향)를 조절할 수 있다. 이러한 수평방향 회전각도는 곡관(13)의 곡률에 대응되도록 조절된다.

반면, 틸팅각도는 토치(311)가 원주방향 용접 또는 길이방향 용접시에 원활한 용접각도를 위해 작업자가 수동으로 조절할 수 있다.

한편, 역방향연결링크(315)는 앞서 설명한 연결링크(313)와 동일한 구성을 갖지만, 연결링크(313)에 결합되는 결합각도가 곡관(13)의 곡률반경에 반대방향으로 결합된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 네 개의 연결링크(313,313',313'',313''')가 서로 곡관(13)의 곡률반경에 대응되도록 링크축에 대해 반시계방향으로 절곡된 반면, 역방향연결링크(315)는 마지막 연결링크(313''')에 대해 시계방향으로 절곡된다.

여기서, 복수개의 연결링크(313,313',313'',313''')에 의해 형성되는 원주길이는 곡관(13)의 원주길이에 대응되도록 구비된다. 따라서, 복수개의 연결링크(313,313',313'',313''')의 개수는 곡관(13)의 원주길이에 대응되게 결정될 수 있다.

역방향연결링크(315)가 절곡되는 각도는 직관(11)의 길이에 따라 상이하게 조절될 수 있다. 즉, 역방향연결링크(315)는 곡관(13)의 오버레이 용접시에 붐대(310)가 고정된 상태로 밴드관(10)이 회전될 때, 밴드관(10)의 회전궤적에 간섭을 주지 않는 범위로 절곡형성된다.

대차결합링크(317)는 역방향연결링크(315)와 수직이동부(330)를 결합시킨다. 대차결합링크(317)의 선단은 역방향연결링크(315)와 링크결합되고, 후단은 수직이동부(330)에 고정결합된다. 이에 따라 수직이동부(330)가 상하로 이동될 때, 붐대(310)도 연동되어 상하로 이동된다.

여기서, 역방향연결링크(315)와 대차결합링크(317)의 개수는 연결링크(313)와 수직이동부(330) 사이의 거리와 배치형태에 따라 조절될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 붐대(310)는 오버레이 용접 전에 작업자에 의해 곡관(13)의 곡률반경에 대응되는 곡률을 갖도록 조립되어 형성된다.

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또한, 붐대(310)는 수평이동부(340)에 의해 전후 이동가능하게 구비된다. 이에 의해 붐대(310)는 직관(11)의 오버레이 용접시에 회전판(110)이 원주방향을 따라 1회전을 하며 1패쓰의 용접이 완료되면 후진하여 다음 패쓰의 용접이 수행되도록 한다.

입력부(400)는 작업자로부터 오버레이 용접을 수행할 밴드관(10)의 사양을 입력받는다. 작업자는 밴드관(10)의 굽힘각도(θ)와, 직관(11)의 길이(L)를 입력한다.

제어부(500)는 입력부(400)를 통해 입력된 밴드관(10)의 사양을 기초로 오버레이 용접과정 중에 포지셔너(100)와 매니퓰레이터(300)를 제어한다. 제어부(500)는 곡관 용접시에 포지셔너(100)를 수평방향으로 반복 회전하여 곡관 용접이 진행되도록 한다. 또한, 제어부(500)는 틸팅구동모터(미도시)를 구동하여 회전판(110)을 틸팅시키고, 회전판(110)을 회전시켜 직관 용접이 진행되도록 한다. 직관 용접이 진행됨에 따라 매니퓰레이터(300)를 제어하여 붐대(310)가 후진하도록 한다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치(1)의 용접과정을 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

먼저, 포지셔너(100)의 회전판(110)이 지면에 수평한 상태가 되도록 틸팅축(140)을 조절한다. 도 4와 도 8에 도시된 바와 같이 회전판(110)이 지면에 수평하게 배치되면, 상부에 오버레이 용접을 할 대상인 밴드관(10)의 형상에 대응되도록 복수개의 밴드지지부(200)를 배치한다.

복수개의 회전판결합레일(210)을 회전판(110)의 판면에 수평하게 방사방향으로 배치하고, 각 회전판결합레일(210)에 결합된 밴드지지링(220)을 좌우로 직선이동시켜 밴드관(10)의 위치에 맞게 조절한다. 그리고, 각 밴드지지링(220)의 개폐링(223)을 개방하여 밴드관(10)을 밴드지지링(220) 내부에 수용시킨다. 이 때, 밴드관(10)은 그 크기와 무게에 따라 크레인 등을 이용해 회전판(110)에 눕혀지도록 안착된다. 여기서, 밴드관(10)이 눕혀진다는 의미는 곡관(13)의 곡률에 의한 곡면이 도 4와 도 8에 도시된 바와 같이 회전판(110)의 원주방향을 따라 위치하도록 배치되는 것이다.

이 때, 밴드관(10)은 회전판(110)에 배치될 때, 붐대(310)의 궤적을 고려하여 회전판(110)의 중심영역 보다 반경방향 외측영역에 배치되는 것이 바람직하다.

밴드관(10)의 고정이 완료되면, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 밴드관(10) 내부로 붐대(310)가 이동된다. 붐대(310)는 직관(11)을 통해 삽입되어 곡관(13)의 시작점(A위치)에 위치한다.

여기서, 붐대(310)는 작업자가 미리 곡관(13)의 곡률에 대응되도록 조립하여 준비된다. 즉, 토치결합링크(312)와, 복수개의 연결링크(313)를 서로 곡관(13)의 곡률에 대응되도록 링크축을 중심으로 절곡되게 준비한다. 그리고, 최후단의 연결링크(313)의 후단에 역방향연결링크(315)를 곡관(13)의 곡률방향에 반대방향으로 결합시킨다.

한편, 밴드관(10)의 외부 또는 내부의 곡관(13)의 시작점(A위치)와 종료점(B위치)에는 토치(311)의 접근을 감지하는 제1토치감지부(510)가 구비된다. 제1토치감지부(510)는 회전판(110)의 회전에 의해 밴드관(10)이 회전하여 토치(311)가 시작점 또는 종료점에 도달하면 제어부(500)로 감지신호를 전송하여, 제어부(500)가 회전판(110)의 회전방향을 바꾸도록 한다.

곡관(13)의 시작점(A위치)에서 용접이 시작되면, 토치(311)가 곡관(13)의 내벽면으로 용접(W1)을 시작한다. 제어부(500)의 제어에 의해 포지셔너(100)가 구동되어 회전판(110)이 시계방향으로 회전된다. 이에 의해 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 붐대(310)는 고정된 상태에서 밴드관(10)이 회전판(110)과 함께 회전된다. 그리고, 곡관(13)의 내부에는 길이방향을 따른 곡관용접이 수행된다. 회전판(110)의 회전에 의해 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 곡관(13)의 종료점(B위치)이 토치(311)에 이르게 되면, 제어부(500)의 제어에 의해 회전판(110)의 회전방향이 반전된다.

이 때, 역방향연결링크(315)가 곡관(13)의 곡률방향의 반대방향으로 절곡되어 형성되므로, 직관(11)이 진입하더라도 역방향연결링크(315)와 접촉되지 않고 원활히 회전될 수 있다. 이에 의해 곡관(13)의 곡률에 대응되는 용접궤적이 형성될 수 있다.

회전판(110)의 회전반향이 반전됨과 동시에 토치(311)가 일정각도 회전하여 기용접한 용접패쓰(P1)의 다음 용접패쓰(P2)를 용접하게 된다. 이러한 방식으로 회전판(110)이 시계방향과 반시계방향으로 곡관(13)의 곡률길이만큼 반복적으로 왕복운동을 하면서, 토치(311)가 점차 각도를 회전하며 곡관(13) 내부를 오버레이 용접 하게 된다. 반복적인 오버레이 용접에 의해 곡관(13)의 하부 절반부분을 모두 오버레이 용접하게 되면, 밴드지지부(200)를 개방한 후 밴드관(10)을 뒤집어 배치한다. 그리고, 곡관(13)의 나머지 절반부분을 동일한 방식으로 오버레이 용접을 수행한다.

곡관(13) 부분의 오버레이 용접이 모두 완료되면, 밴드관(10)을 회전판(110)에 대해 세워지게 배치한다. 밴드관(10)이 세워진다는 의미는 도 7에 도시된 바와 같이 곡관(13)의 곡률에 의한 곡면이 회전판(110)의 바닥을 향하도록 기립되게 배치되는 것이다.

이를 위해 밴드지지부(200)로부터 밴드관(10)을 분리하고, 밴드지지부(200)를 회전판(110)에 대해 수직하게 배치한다. 도 7과 도 9에 도시된 바와 같이 오버레이 용접할 직관(11)이 회전판(110)의 중심축선에 위치하도록 복수개의 밴드지지부(200)를 배치하여 지지한다.

그리고, 포지셔너(100)를 틸팅시켜 회전판(110)을 지면에 대해 기립하게 배치시킨다. 이에 의해 용접할 직관(11)이 회전축의 중심축선상에 수평하게 배치된다. 이 상태에서, 붐대(310)를 직관(11) 내부로 삽입한다.

여기서, 직관(11)의 외부에는 직관(11)의 길이방향을 따라 제2토치감지부(520)가 구비된다. 제2토치감지부(520)는 토치(311)가 접근하는 것을 감지하여, 1회전에 의한 한 패쓰의 직관의 용접이 완료되면, 붐대(310)가 후진하여 다음 패쓰의 용접이 진행되도록 한다.

제어부(500)가 회전판(110)과 토치(311)를 구동하여 용접이 시작되면, 회전판(110)이 회전한다. 직관 시작점(C위치)에 위치한 토치(311)는 위치가 고정이고, 회전판(110)의 회전에 의해 직관(11)이 원주방향으로 회전한다. 이에 따라 토치(311)가 직관(11)의 내벽면을 원주방향을 따라 오버레이 용접을 하게 된다.

도 9의 (b)와 같이 회전판(110)이 180도 회전하게 되면, 토치(311)가 직관(11)의 내벽면을 180도 용접하게 된다. 회전판(110)이 한 바퀴 회전하고, 제2토치감지부(520)가 토치(311)를 감지하면, 제어부(500)는 매니퓰레이터(300)를 제어하여 붐대(310)가 일정 길이 후진하여 다음 패쓰의 용접이 이루어지도록 한다. 동일한 방식으로 직관 시작점(C위치)으로부터 최외곽 측으로 이동하며 직관 용접을 완료한다.

밴드관(10)의 한 쪽 직관영역(C 위치)의 오버레이 용접을 완료하면, 밴드관(10)의 위치를 바꾸어 반대쪽 직관영역(D위치)의 오버레이 용접을 진행한다.

이에 의해 전체 밴드관(10)의 오버레이 용접이 작업자의 개입없이 자동으로 진행될 수 있다.

한편, 도 10의 (a)는 종래 곡률형태의 붐대(도 3의 20)를 이용해 밴드관(10a)의 곡관(13a)을 오버레이 자동용접 했을 때 붐대(20)의 이동궤적(TR1)을 도시한 예시도이고, 도 10의 (b)는 본 발명의 링크식 붐대(310)를 이용해 동일한 사양의 밴드관(10a)의 곡관(13a)을 오버레이 용접했을 때 붐대(310)의 이동궤적(TR2)을 도시한 예시도이다.

밴드관(10a)은 직경이 8inch이고, 밴딩각도(θ1)가 45°이고, 직관(11a)의 길이(ℓ1)가 300mm이다. 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 종래 곡률형태의 붐대(20)는 직관의 직경이 좁고 길이가 길 경우 직관(11a)의 내벽과 부딪쳐 자동용접이 불가능하였다.

반면, 본 발명의 붐대(310)는 복수개의 연결링크(313)들은 곡관(13)의 곡률에 대응되게 절곡형성되고, 후단의 역방향연결링크(315)는 곡관(13)의 곡률과 반대방향으로 절곡되므로 밴드관(10)이 회전되더라도 직관(11)과 붐대(310)가 접촉하지 않게 된다. 직관(11a)과 붐대(310)가 간섭을 하지 않으므로 안정적인 오버레이 용접이 수행될 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 붐대(310)는 연결링크(313)가 직관형태로 형성되었다. 그러나, 경우에 따라 붐대(600)는 도 11에 도시된 바와 같이 곡선형태의 연결링크(620)와 역방향연결링크(630)의 결합에 의해 형성될 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 밴드관 오버레이 자동용접장치는 곡관 뿐만 아니라 직관까지 자동으로 용접이 진행된다. 이에 따라 작업자의 노동력이 요구되지 않으므로 생산성과 정밀성 및 안정성을 높일 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 밴드관 오버레이 용접장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 오버레이 자동용접장치 100 : 포지셔너
110 : 회전판 111 : 결합공
120 : 수평회전축 130 : 수평구동박스
140 : 틸팅축 150 : 틸팅전동수단
160 : 틸팅구동축 161 : 틸팅구동기어
170 : 틸팅구동모터 180 : 지지프레임
200 : 밴드지지부 210 : 회전판결합레일
220 : 밴드지지링 221 : 레일결합링
223 : 개폐링 225 : 수용공
300 : 매니퓰레이터 310 : 붐대
311 : 토치 312 : 토치결합링크
312a : 토치결합링크본체 312b : 본체결합봉
312c : 제1삽입고리 313 : 연결링크
313a : 연결링크본체 313b : 선단결합축
313c : 제1결합고리 313d : 후단결합축
313e : 제2결합고리 315 : 역방향연결링크
317 : 대차결합링크 330 : 수직이동부
340 : 수평이동부 350 : 이동대차
400 : 입력부 500 : 제어부
510 : 제1토치감지부 520 : 제2토치감지부

Claims

곡관과 직관이 함께 형성된 밴드관의 내부를 오버레이 자동용접하는 밴드관 오버레이 자동용접장치에 있어서,
상기 밴드관의 하부를 지지하며, 지면에 대해 수평한 방향으로 회전 및 지면에 대해 수직한 방향으로 틸팅 가능하게 형성되는 포지셔너와;
상기 포지셔너의 상부에 상기 밴드관이 눕혀지거나 세워지도록 상기 밴드관을 지지하는 밴드지지부와;
전후 및 상하로 이동가능하게 구비되며, 복수개의 링크가 서로 상대회전 가능하게 결합된 붐대와, 상기 붐대의 선단에 결합되어 상기 밴드관 내부를 오버레이 용접하는 토치가 구비된 매니퓰레이터와;
상기 밴드관의 곡관구간의 굽힘각도와 직관구간의 길이를 입력받는 입력부와;
상기 곡관구간의 굽힘각도와 상기 직관구간의 길이에 따라 상기 포지셔너와 상기 매니퓰레이터를 제어하여 상기 토치의 용접궤적을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 밴드지지부는,
포지셔너의 회전판의 상부에 착탈가능하게 결합되는 복수개의 회전판결합레일과;
상기 회전판결합레일을 따라 이동가능하게 결합되며, 상부가 개폐가능하게 구비되어 내부에 상기 밴드관을 수용하는 밴드지지링을 포함하고,
곡관 용접시에는 상기 회전판결합레일을 상기 회전판에 배치하여 상기 밴드관이 상기 회전판 상에 눕혀지도록 지지하고, 직관 용접시에는 상기 회전판결합레일을 상기 회전판에 수직하게 결합시켜 상기 밴드관이 상기 회전판에 세워지도록 지지하며,
상기 밴드지지링은,
상기 회전판결합레일에 이동가능하게 결합되는 레일결합링과
상기 레일결합링에 개폐가능하게 힌지결합되는 개페링을 포함하고,
상기 붐대는,
상기 토치를 지지하는 토치결합링크와;
상기 토치결합링크의 후단에 수평방향 회전 및 틸팅 가능하게 결합되어 상기 곡관에 대응되는 곡률이 형성되도록 하는 복수개의 연결링크와;
상기 복수개의 연결링크 중 최후단에 상기 곡관의 곡률에 반대방향으로 결합되어 상기 곡관의 오버레이 용접시 상기 직관의 이동궤적과 간섭되지 않도록 하는 역방향연결링크를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 포지셔너의 상부에 상기 밴드관이 눕혀진 상태에서 상기 토치를 상기 밴드관의 곡관시작점에 위치시키고, 상기 포지셔너를 상기 밴드관의 곡관시작점과 곡관종착점까지 수평방향으로 반복 회동시켜 상기 곡관구간이 오버레이 용접되도록 제어하고,
상기 밴드관의 직관구간이 상기 포지셔너의 회전 중심에 수평하게 위치되도록 배치한 상태에서, 상기 포지셔너를 지면에 대해 수직하게 틸팅시킨 후, 상기 토치를 상기 밴드관의 직관시작점에 위치시키고, 상기 포지셔너를 수평방향으로 회전시켜 상기 직관구간이 오버레이 용접되도록 제어하는 것는 것을 특징으로 하는 밴드관 오버레이 자동용접장치.
제1항에 있어서,
상기 토치결합링크는,
상기 토치와 결합되며 후단이 개방형성된 토치결합링크본체와;
선단이 상기 토치결합링크본체의 개방된 후단에 틸팅가능하게 삽입되며, 후단에 제1삽입고리가 형성되며,
상기 연결링크는,
중공형상의 연결링크본체와;
상기 연결링크본체의 선단에 틸팅가능하게 삽입되며, 상기 제1삽입고리와 제1링크축에 의해 링크결합되는 제1결합고리가 형성된 선단결합축과;
상기 연결링크본체의 후단에 틸팅가능하게 삽입되며, 이웃하는 연결링크와 링크결합되는 제2결합고리가 형성된 후단결합축을 포함하는 것을 특징으로 하는 밴드관 오버레이 자동용접장치.
제2항에 있어서,
상기 연결링크는 직관형태로 형성되거나, 곡관형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 밴드관 오버레이 자동용접장치.
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