KR101521159B1

KR101521159B1 - 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구

Info

Publication number: KR101521159B1
Application number: KR1020130092619A
Authority: KR
Inventors: 박찬규; 윤훈성; 김정현; 이재범; 양종수
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-05-18
Also published as: KR20150016761A

Abstract

본 발명은 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구에 관한 것으로, 용접토치의 진행방향에 대해 반대방향 쪽에 위치하고 상기 용접토치를 따라 이동하면서 수직벽면과 수평벽면 사이의 용접 구간에 용접된 용접 비드를 냉각시키는 냉각장치에 있어서, 상기 냉각장치는, 일정 길이로 연장형성되는 몸체부와, 상기 몸체부의 둘레면 일측에 형성되며 압축공기가 주입되는 주입구와, 상기 몸체부의 일단에는 상기 주입구로부터 압축공기를 공급받아 냉기를 분사하는 냉기분사구로 구성되며, 상기 냉기분사구에 연결되어 냉기가 상기 용접토치의 진행방향에 대해 반대방향 쪽을 향해 분사되도록 냉기의 진행 방향을 전환시키는 냉기방향 전환부가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

필렛 용접장치의 아크 교란 방지구{DEVICE FOR PREVENTING ARC SCATTERING OF FILLET WELDING APPARATUS}

본 발명은 용접장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 보수 용접작업시 냉각장치에 의해 용접토치에서 발생하는 아크의 교란을 방지할 수 있도록 한 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 여러 단위 블록으로 나누어 작업하고 작업이 완료된 블록들을 연결 후 용접하여 건조하게 된다.

또한, 건조된 선박의 외면에는 부식, 해양 생물체로부터의 방오 및 운항에 필요한 정보 등을 표시하기 위한 도장작업을 실시하게 된다.

한편, 도장작업의 진행이 완료된 이후에도 선주의 요구 또는 설계도면의 개정, 용접부위 누락, 결함 보수 등에 의해 용접작업을 추가적으로 실시해야 하는 경우가 빈번하게 발생하고 있다.

그런데, 도장작업이 완료된 선체의 내면에 용접작업을 수행하게 되면, 내면에 가해지는 열기가 이면에 전도됨으로써 그에 따른 도장이 쉽게 손상되는 문제점이 있었다.

최근에는 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로 용접토치를 따라 이동하면서 용융 금속을 빠르게 냉각시키도록 냉각가스를 분사하는 보텍스 튜브(Vortex tube)를 구성하여 사용하고 있다.

그러나, 종래기술에 따른 보텍스 튜브에서 분사되는 냉각가스가 용접토치에 직접 분사되어 상기 용접토치에서 발생하는 아크의 교란이 발생함에 따라 용접 비드의 표면 형상이 불규칙하게 형성되고, 이로 인해 용접 불량이 발생하는 문제점이 있었다.

한국공개특허공보 제2010-0071577호(2010.06.29)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 선박의 보수 용접작업시 냉각장치에 의해 용접토치에서 발생하는 아크의 교란을 방지할 수 있는 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구는, 용접토치의 진행방향에 대해 반대방향 쪽에 위치하고 상기 용접토치를 따라 이동하면서 수직벽면과 수평벽면 사이의 용접 구간에 용접된 용접 비드를 냉각시키는 냉각장치에 있어서, 상기 냉각장치는, 일정 길이로 연장형성되는 몸체부와, 상기 몸체부의 둘레면 일측에 형성되며 압축공기가 주입되는 주입구와, 상기 몸체부의 일단에는 상기 주입구로부터 압축공기를 공급받아 냉기를 분사하는 냉기분사구로 구성되며, 상기 냉기분사구에 연결되어 냉기가 상기 용접토치의 진행방향에 대해 반대방향 쪽을 향해 분사되도록 냉기의 진행 방향을 전환시키는 냉기방향 전환부가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 냉기방향 전환부는, 상기 수직벽면과 수평벽면이 서로 직각으로 만나는 면에 대해 교차 형성되어 접하는 수직면부와, 상기 수직면부로부터 상기 용접토치의 진행방향에 대해 반대방향 쪽으로 연장되며, 상기 냉기분사구가 연결되는 정면부와, 상기 수직면부 상단 및 정면부 상단에 동시에 결합되어 수평면부가 서로 결합하여 'ㄱ'자형 단면 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.

상기 냉기방향 전환부의 정면부에는 상기 냉기분사구와 연결을 위한 관이음부재가 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 수직면부의 용접 구간 쪽 모서리에는 상기 냉기방향 전환부가 용접토치를 따라 진행 시 용접 비드에 의해 간섭이 발생하지 않도록 관통공이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 냉기방향 전환부에는, 냉기의 분사방향에 대응하는 개방 공간쪽으로 경사지게 경사면부가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 냉기방향 전환부에는, 상기 정면부를 통해 분사되는 냉기가 상기 수직벽면과 수평벽면에 대하여 각각 분할되어 전달되도록 상기 수직면부의 내측 면에 냉기 안내홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 냉기방향 전환부에는, 상기 정면부를 통해 분사되는 냉기의 방향 전환이 용이하게 이루어지도록 냉기의 분사방향에 대응하는 개방 공간쪽을 따라 곡선을 이루는 가이드면이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 용접토치에 냉기를 공급하는 냉각장치가 구비되되, 상기 냉각장치는 유입된 압축 공기를 냉기 및 온기로 변환하고, 변환된 냉기를 용접 비드에 간접적으로 토출하는 냉기 출구를 구비한 보텍스 튜브(vortex tube)가 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 보텍스 튜브는, 압축 공기가 유입되는 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입된 압축 공기를 회전시켜 와류로 형성하여 온기와 냉기로 변환시키는 와류 제너레이터와, 상기 와류 제너레이터에 의해 변환된 냉기가 배출되며 상기 냉기분사구에 연결되는 냉기 출구와, 상기 온기가 배출되는 온기 출구와, 상기 온기 출구에 설치되어 온기의 유동 방향을 조정하는 스로틀 밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 보텍스 튜브(Vortex Tube)로부터 분사되는 냉기로 인해 용접토치에서 발생하는 아크의 교란을 방지할 수 있도록 상기 냉기의 방향을 용접토치의 진행방향에 대해 반대 방향으로 분사될 수 있도록 냉기방향 전환부를 구성함으로써, 용접토치에 직접 냉기를 분사하는 것이 아니라 용접 비드 주변에 대하여 간접적으로 냉각시킴으로써 용접 불량 없이 용접 비드를 용이하게 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 기공 발생을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용접장치와 냉각장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치와 아크 교란 방지구를 연결한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 용접장치용 냉각장치에 구비된 보텍스 튜브의 작동 원리를 나타내는 단면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 아크 교란 방지구를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접부 이면의 도장 손상 방지를 위해 구성된 냉각장치는 용접장치인 용접토치(T)의 진행방향에 대해 반대방향 쪽에 위치하고 상기 용접토치(T)를 따라 이동하면서 용접 비드(C1)를 간접적으로 냉각시키는 장치이다.

상기 냉각장치는, 일정 길이로 연장형성되는 몸체부(100)와, 상기 몸체부(100)의 둘레면 일측에 형성되며 압축공기가 주입되는 주입구(200)와, 상기 몸체부(100)의 일단에 형성되어 상기 주입구(200)로부터 압축공기를 공급받아 냉기를 분사하는 냉기분사구(300)로 구성된다.

상기 몸체부(100)는 압축공기를 구동 에너지로 사용하여 차가운 공기와 뜨거운 공기의 흐름을 동시에 만들어 내는 구조의 보텍스 튜브(Vortex Tube)를 포함한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 보텍스 튜브(400)는 상기 압축 공기 발생기로부터 발생된 압축 공기가 유입되는 유입구(410)가 설치되어 있으며, 상기 유입구(410)를 통해 유입된 압축 공기를 그 보텍스 튜브(400) 내에서 대략 백만rpm의 초고속으로 회전시키는 와류 제너레이터(420, vortex generator)가 설치되어 있다.

상기 와류 제너레이터(420)는 상기 보텍스 튜브(400) 내부로 유입된 압축 공기에 초고속의 회전 에너지를 공급하여 와류를 형성하되, 압축된 공기가 유입구(410)를 통해 상기 보텍스 튜브(400)의 접선방향으로 유입될 경우 공기는 빠른 속도로 인해 원주방향으로 회전하면서 와류를 형성하게 된다.

이때, 공기의 팽창으로 정온이 감소하게 되고, 각속도가 보텍스 튜브(400)의 바깥에서는 낮고 중심으로 갈수록 높아지는 와류를 형성하게 된다.

이 와류는 축방향으로 팽창함에 따라 공기 충돌간의 마찰로 인해 중심부쪽에서 보텍스 튜브(400)의 바깥으로 운동에너지의 전달이 이루어지며, 이 운동에너지의 전달은 주위 공기의 온도를 상승시키고 중심부 공기의 온도를 하강시키게 되며, 이는 주위로부터 중심부를 향하여 열이 전달되도록 하는 기능을 하게 된다.

이와 같은 열의 흐름은 운동에너지의 흐름에 비하여 그 전달 속도가 느리므로 상대적으로 많은 운동에너지를 전달한 중심부 공기는 계속 냉각되어 저온이 되고, 운동에너지를 받은 바깥쪽 공기는 고온이 된다.

이와 같이 고온의 공기, 즉 온기는 보텍스 튜브(400) 벽면을 따라 유동하며 공기의 유동을 조절하는 스로틀 밸브(450)를 통해 온기 출구(430)로 토출되고, 저온의 공기, 즉 냉기는 분리된 상태로 역류되어 중심부를 따라 냉기 출구(440)측으로 다시 유동하여 토출된다.

이때, 상기 온기 출구(430)에 설치되어 있는 스로틀 밸브(450)는 보텍스 튜브(400) 벽면을 따라 유동하는 온기는 배출시키고, 상기 보텍스 튜브(400)의 중심부를 따라 유동하는 냉기는 상기 스로틀 밸브(450)의 몸체에 부딪혀 역류하도록 보텍스 튜브(400)의 직경보다 전체적으로 작은 직경을 가지며, 수직 단면에서 바라볼 때 원형 형상으로 되어 있고, 수평 단면에서 바라볼 때 내측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 스로틀 밸브(450)는 온기 출구(430)로 이동하는 온기는 배출시키고, 냉기는 다시 내측으로 회송시켜 2차 와류를 형성토록 한 다음 이를 냉기 출구(440)로 배출되도록 하는 것이다.

이와 같이 보텍스 튜브로 이루어진 몸체부(100)는 압축공기가 회전이동할 수 있도록 일정 길이를 가지는 원통형으로 형성되며, 알루미늄 소재로 제작하는 것이 좋다.

상기 주입구(200)는 상기 몸체부(100)의 둘레면 일측에 형성되는 것으로, 압축공기가 상기 몸체부(100)로 원활하게 공급될 수 있도록 안내하게 된다.

물론, 상기 주입구(200)에는 압축공기 파이프 또는 호스(H)와 안정적인 체결을 위한 체결구(미도시)가 형성되는 것은 당연하다.

상기 냉기분사구(300)는 상기 몸체부(100)의 일단에 형성되는 것으로, 상기 주입구(200)로부터 압축공기를 공급받아 냉기를 분사하는 역할을 수행한다.

여기서, 상기 냉기분사구(300)는 용접 구간(C)으로부터 일정 거리 이격된 위치에서 용접 비드(C1)를 냉각시키는 기능을 하게 된다.

그리고, 상기 냉각장치는 적어도 2개 이상 설치하는 것이 좋다.

이는, 필렛 용접시 수직벽면(M1)과 수평벽면(M2)에 대하여 각각의 냉기가 원활하게 전달될 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 냉기분사구(300)에는 냉기가 상기 용접토치(T)의 진행방향에 대해 반대방향 쪽을 향해 분사되도록 냉기의 진행 방향을 전환시키는 냉기방향 전환부(500)가 연결되어 있다.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 상기 냉기방향 전환부(500)는 여러 판재가 결합되어 브라켓 형상을 이루게 되는데, 먼저 공통적인 구성에 대해 설명하면, 상기 수직벽면(M1)과 수평벽면(M2)이 서로 직각으로 만나는 면에 대해 교차 형성되어 접하는 수직면부(510)와, 상기 수직면부(510)로부터 상기 용접토치(T)의 진행방향에 대해 반대방향 쪽으로 연장되며, 상기 냉기분사구(300)가 연결되는 정면부(520)와, 상기 수직면부(510) 상단 및 정면부(520) 상단에 동시에 결합되어 상기 수직벽면(M1)의 윗방향으로 냉기가 분사되지 않도록 하는 수평면부(530)가 서로 결합하여 'ㄱ'자형 단면 구조를 이루게 된다.

상기 정면부(520)에는 상기 냉기분사구(300)와 안정적인 연결을 위한 관이음부재(521)가 구비되어 있는바, 상기 관이음부재(521)를 통해 상기 냉기방향 전환부(500)의 내측에 분사되는 냉기는 상기 수직면부(510) 및 수평면부(530)에 동시에 부딪힌 후 방향을 전환하여 일측의 개방 공간을 통해 토출된다.

이때, 상기 냉기의 토출방향은 상기 용접토치(T)의 진행방향에 대해 반대방향 쪽을 향해 토출되는바, 상기 수직벽면(M1)과 수평벽면(M2) 사이의 용접 구간을 따라 토출하여 용접 구간에 용접되는 용접 비드(C1)를 냉각시키게 된다.

이와 같이 상기 냉기분사구(300)의 단부에 냉기방향 전환부(500)가 연결되는 경우, 토출 냉기가 개방 공간 쪽의 정해진 방향으로만 토출되므로 상기 용접토치(T)에서 발생하는 아크는 냉기에 의해 교란되지 않게 된다.

다시 말해, 상기 냉기분사구(300)를 통해 토출되는 냉기는 용접 구간(C)의 용접토치(T)에 대하여 직접 냉기를 분사하는 것이 아니라 용접 비드(C1) 주변에 대해 냉기를 분사하게 되는 것이다.

따라서, 상기 용접토치(T)의 아크에 의해 생성되는 용접 비드(C1)의 표면 결함을 예방할 수 있어 플랫 용접부의 용접 불량을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 냉기방향 전환부(500)가 용접토치(T)를 따라 진행 시 용접 비드(C1)에 의해 간섭이 발생하지 않도록 상기 냉기방향 전환부(500)의 수직면부(510)의 용접 구간(C) 쪽 모서리에는 관통공(511)이 형성되어 있다.

본 발명에 따른 냉기방향 전환부(500)의 공통적인 필수 구성을 제외하고, 추가적인 구성에 대해 설명하면, 도 4에 도시된 제1실시예에 따른 냉기방향 전환부(500)에는, 상기 정면부(520)를 통해 분사되는 냉기의 방향 전환이 용이하게 이루어지도록 냉기의 분사방향에 대응하는 개방 공간쪽으로 경사지게 경사면부(540)가 형성되어 있다.

더불어, 도 5에 도시된 제2실시예에 따른 냉기방향 전환부(500)에는, 상기 정면부(520)를 통해 분사되는 냉기가 상기 수직벽면(M1)과 수평벽면(M2)에 대하여 각각 분할되어 원활히 전달되도록 상기 수직면부(510)의 내측 면에 냉기 안내홈(550)이 형성되어 있다.

그리고, 도 6에 도시된 제3실시예에 따른 냉기방향 전환부(500)에는, 상기 정면부(520)를 통해 분사되는 냉기의 방향 전환이 용이하게 이루어지도록 냉기의 분사방향에 대응하는 개방 공간쪽을 따라 곡선을 이루는 가이드면(560)이 형성되어 있다.

물론, 본 발명에 따른 냉각장치는 레일 또는 구동바퀴에 의해 이동하는 캐리지(CR)에 단독으로 장착되거나, 상기 용접토치(T)를 포함하는 자동 용접 캐리지(CR)에 설치하는 것이 바람직하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 있게 된다.

100 : 몸체부 200 : 주입구
300 : 냉기분사구 400 : 보텍스 튜브
500 : 냉기방향 전환부 510 : 수직면부
511 : 관통공 520 : 정면부
521 : 관이음부재 530 : 수평면부
540 : 경사면부 550 : 냉기 안내홈
560 : 가이드면

Claims

용접토치의 진행방향에 대해 반대방향 쪽에 위치하고 상기 용접토치를 따라 이동하면서 수직벽면과 수평벽면 사이의 용접 구간에 용접된 용접 비드를 냉각시키는 냉각장치에 있어서,
상기 냉각장치는,
일정 길이로 연장형성되는 몸체부와,
상기 몸체부의 둘레면 일측에 형성되며 압축공기가 주입되는 주입구와,
상기 몸체부의 일단에는 상기 주입구로부터 압축공기를 공급받아 냉기를 분사하는 냉기분사구로 구성되며,
상기 냉기분사구에 연결되어 냉기가 상기 용접토치의 진행방향에 대해 반대방향 쪽을 향해 분사되도록 냉기의 진행 방향을 전환시키는 냉기방향 전환부가 더 설치되고,
상기 냉기방향 전환부는,
상기 수직벽면과 수평벽면이 서로 직각으로 만나는 면에 대해 교차 형성되어 접하는 수직면부와,
상기 수직면부로부터 상기 용접토치의 진행방향에 대해 반대방향 쪽으로 연장되며, 상기 냉기분사구가 연결되는 정면부와,
상기 수직면부 상단 및 정면부 상단에 동시에 결합되어 수평면부가 서로 결합하여 'ㄱ'자형 단면 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구.
삭제
제1항에 있어서,
상기 냉기방향 전환부의 정면부에는 상기 냉기분사구와 연결을 위한 관이음부재가 설치된 것을 특징으로 하는 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구.
제1항에 있어서,
상기 수직면부의 용접 구간 쪽 모서리에는 상기 냉기방향 전환부가 용접토치를 따라 진행 시 용접 비드에 의해 간섭이 발생하지 않도록 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉기방향 전환부에는,
냉기의 분사방향에 대응하는 개방 공간쪽으로 경사지게 경사면부가 형성된 것을 특징으로 하는 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉기방향 전환부에는,
상기 정면부를 통해 분사되는 냉기가 상기 수직벽면과 수평벽면에 대하여 각각 분할되어 전달되도록 상기 수직면부의 내측 면에 냉기 안내홈이 형성된 것을 특징으로 하는 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉기방향 전환부에는,
상기 정면부를 통해 분사되는 냉기의 방향 전환이 용이하게 이루어지도록 냉기의 분사방향에 대응하는 개방 공간쪽을 따라 곡선을 이루는 가이드면이 형성된 것을 특징으로 하는 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구.
제1항에 있어서,
상기 용접토치에 냉기를 공급하는 냉각장치가 구비되되, 상기 냉각장치는 유입된 압축 공기를 냉기 및 온기로 변환하고, 변환된 냉기를 용접 비드에 간접적으로 토출하는 냉기 출구를 구비한 보텍스 튜브(vortex tube)가 연결된 것을 특징으로 하는 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구.
제8항에 있어서,
상기 보텍스 튜브는,
압축 공기가 유입되는 유입구와,
상기 유입구를 통해 유입된 압축 공기를 회전시켜 와류로 형성하여 온기와 냉기로 변환시키는 와류 제너레이터와,
상기 와류 제너레이터에 의해 변환된 냉기가 배출되며 상기 냉기분사구에 연결되는 냉기 출구와,
상기 온기가 배출되는 온기 출구와,
상기 온기 출구에 설치되어 온기의 유동 방향을 조정하는 스로틀 밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 필렛 용접장치의 아크 교란 방지구.