KR101538209B1 - 다전극 가스 실드 아크 용접 방법 및 다전극 가스 실드 아크 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 3전극에 의해 고능률 용접을 실행하는 경우에서도, 비드 외관이 양호하며, 비드 형상 불량의 방지 효과 및 용기의 안정화를 얻을 수 있는 다전극 가스 실드 아크 용접 방법 및 다전극 가스 실드 아크 용접 장치를 제공한다. 선행 전극(11)과, 후행 전극(21)을 구비하고, 또한 선행 전극(11)과 후행전극(21) 사이에 중간 전극(31)을 구비하는 다전극 가스 실드 아크 용접 장치(S)를 이용하는 다전극 가스 실드 아크 용접 방법에 있어서, 선행 전극(11)과, 후행 전극(21)의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 설정하고, 선행 전극(11), 및 후행 전극(21)에 역극성의 직류 전류를 흐르게 하는 동시에, 중간 전극(31)에, 정전류 특성 또는 수하 특성의 교류 전류를 흐르게 하여 용접하는 것을 특징으로 한다.

Description

다전극 가스 실드 아크 용접 방법 및 다전극 가스 실드 아크 용접 장치{MULTIELECTRODE GAS-SHIELD ARC WELDING METHOD AND DEVICE}

본 발명은 선행 실드 아크 용접 전극, 후행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 중간 전극을 구비하는 다전극 가스 실드 아크 용접 장치, 및 이것을 이용한 다전극 가스 실드 아크 용접 방법에 관한 것이다.

용접에서 있어서는, 용접 작업의 효율화를 위해서 다전극 아크 용접법이 유효하다. 그래서, 예를 들면 특허문헌 1에서는, 3전극 아크 용접 제어 방법이 제안되어 있으며, 종래의 2전극 아크 용접 제어 방법에 비하여 고능률화가 도모되고 있다. 그렇지만, 병행으로 흐르는 아크 전류는, 그 전류에 의해 발생하는 자장에 의해 간섭이 생기고, 각각의 아크가 편향 용접 비드 형상이 교란되어, 고능률 시공으로서는 안정성이 부족했었다.

그래서, 예를 들면 특허 문헌 2에서는, 3전극 아크 용접 제어 방법에 있어서, 중간 전극에, 그 양측의 전류와는 반대가 되는 극성의 전류를 공급하고, 또한 양측 전극에 의해 구성되는 용기의 안정 형성을 도모하기 위해서, 아크가 아닌 줄 가열로 용융시키는 용접 제어 방법이 제안되어 있다.

이 특허문헌 2에 제안되어 있는 방법을 구체화할 때는, 양측 전극은 아크를 안정되게 유지하는 직류 역극성(와이어 플러스극)에 접속되어 있다. 그리고 중간 전극은, 줄 발열 용융을 안정되게 유지하고, 또한 선행 전극 및 후행 전극의 평행 전류에 따르는 자장 간섭을 제거하도록, 자장이 반대 방향에 발생하는 직류 정극성(와이어 마이너스극)에 접속되어 있다. 이들에 의해, 안정된 고능률 용접을 실현할 수 있게 되어 있다.

일본 특허 공개 제 2002-219571 호 공보 일본 특허 공개 제 2004-261839 호공보

그렇지만, 상기 특허문헌 2에 제안되어 있는 종래 기술에 있어서는, 자동 용접하면서, 때로는 용접 비드의 교란이 생기고, 비드 외관, 비드 형상 불량, 용융지(溶融池)의 용기 불안정을 초래하여, 용접 결함을 일으킨다. 그 때문에, 용접 장치에 있어서는, 용접 시에 수동 조정이 요구되는 경우가 있다. 이러한 원인을 본 발명자가 검토한 결과, 이하의 문제점이 있는 것을 발견했다.

상기 특허문헌 2에 제안되어 있는 종래 기술에서는, 중간 전극 와이어가 아크 용융에 관계없이, 용기에 접촉한 상태에서의 통전 전류에 의한 줄 발열 용융을 일으킬 필요가 있다. 그러나 그 현상 하에서는, 상기 용기에 접촉한 상태에서의 인가 전압은 낮고, 용접 장치로서는, 일정 전압을 유지하기 위해 전류를 변화시키면서 제어하는 정전압 직류 정극성 전원을 이용할 수 없다. 그 때문에, 상기 문제를 야기한다.

또한, 정전류 직류 정극성 전원을 이용한 경우에는, 용접 장치는, 중간 전극 와이어의 공급 속도의 증감 제어를 실행하지 않으면 전극 와이어의 용융과 전극 와이어의 송급량의 균형을 잡을 수 없다. 그래서, 해당 용접 방법에 이용되는 중간 전극 와이어에는, 1.2mmφ 정도의 세경 와이어가 이용되는 것이 일반적이며, 3전극 와이어가 선단에 모여 있는 용접 헤드 부분에서의 송급 속도 변화를 제어하는 것은 곤란하다. 또한, 용접 장치에 있어서는, 용접부로부터 멀어진 먼 부분으로부터, 컨듀트 케이블(conduit)을 지나 송급 속도 변화를 제어하는 것은 곤란하므로, 일정 속도의 송급 제어가 실행되고 있다.

그래서, 종래 기술에 있어서의 중간 전극의 구체적인 구성으로서는, 정전류 직류 정극성 전원과 전극 와이어 정속도 제어 송급 장치의 조합으로 이용하게 된다. 이러한 경우, 이 조합에서는, 용접 장치는 자동적으로 안정 포인트를 얻은 와이어 용융을 계속하지는 못하며, 또한 중간 전극 와이어의 과잉 공급은, 용융지로의 미용융 와이어의 돌입을 일으키게 된다. 그 때문에, 용접 장치로서는, 줄열 용융에 거의 알맞거나, 혹은 약간 느린 중간 전극 와이어의 일정 속도 송급 제어를 선택하게 된다.

그러나 이러한 경우에서, 용접 장치에 있어서는, 와이어 송급 저항의 변화나 용접물 상태의 변화에 의해, 중간 전극 와이어가 용융지로부터 멀어지는 현상이 생기고, 그 경우에는, 정전류 직류 정극성 전원에 의한 아크가 발생한다. 이 아크는, 아크 반력에 의해 고능률 용접에 있어서의 용융지의 안정에 불가결한 용기의 안정을 교란시키고, 또한 외란에 의해 일단 발생한 아크 열 의해 중간 전극 와이어의 용융이 가속되게 된다. 그 때문에, 다시 단락(短絡) 상태로 복귀할 때까지의 기간에 용접부에 용접 결함을 발생시키게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 과제는 3전극에 의해 고능률 용접을 실행하는 경우에서도, 비드 외관이 양호하고, 비드 형상 불량의 방지 효과 및 용기의 안정화를 얻을 수 있는 다전극 가스 실드 아크 용접 방법 및 다전극 가스 실드 아크 용접 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 구비하고, 또한 해당 선행 가스 실드 아크 용접 전극과 해당 후행 가스 실드 아크 용접 전극 사이에 중간 전극을 구비하는 다전극 가스 실드 아크 용접 장치를 이용하는 다전극 가스 실드 아크 용접 방법으로서, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 설정하고, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극에 역극성의 직류 전류를 흐르게 하는 동시에, 상기 중간 전극에, 정전류 특성 또는 수하 특성의 교류 전류를 흐르게 하여 용접하는 것을 특징으로 한다.

이러한 순서에 의하면, 다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 중간 전극에 정전류 특성 또는 수하 특성의 교류 전류를 흐르게 하여 용접함으로써 아크 길이의 변동 등에 의해 전압이 변화하여도, 또한 중간 전극이 용융지로부터 멀어져도, 아크가 계속 발생한다고 하는 상태가 되지 않는다. 그 때문에, 다전극 가스 실드 아크 용접 방접은, 아크 반력에 의해, 고능률 용접에 있어서의 용융지의 안정에 불가결한 용기의 안정을 교란하는 일이 없으며, 용접부에 용접 결함이 발생하지 않는다. 또한, 아크가 발생하지 않기 때문에, 용융지로의 입열량이 증대하지 않고, 용접 결함의 발생이 억제되며, 또한 풀(pool) 형상이 유지된다.

또한, 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 후행 가스 실드 아크 용접 전극과의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 설정함으로써, 다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 2전극으로 1개의 용융지를 형성하는 것이 가능해지고, 또한, 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 후행 가스 실드 아크 용접 전극의 아크가 안정된다.

또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극이 플럭스 코어드 와이어인 것이 바람직하다.

다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 플럭스 코어드 와이어를 이용하는 것에 의해, 플럭스가 아크를 안정화시키므로, 양호한 용접부를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 상기 극간 거리를 설정하는 공정에 있어서, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극을 후퇴각으로 보지하고, 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 전진각으로 보지하며, 상기 용접하는 공정에 있어서, 상기 중간 전극을, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극이 형성된 융융지에 접촉하도록 공급하는 것이 바람직하다.

이러한 순서에 의하면, 다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 선행 가스 실드 아크 용접 전극을 후퇴각으로 보지하고, 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 전진각으로 보지함으로써, 용접이 보다 실행하기 쉬워진다. 또한, 중간 전극을 용접지에 접촉하도록 공급함으로써, 아크 프로 등의 자장 간섭의 발생이 방지되어, 용융지의 용기가 안정된다.

또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 수평 필렛 용접에 적용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법을 수평 필렛 용접에 적용하는 것에 의해, 발명의 효과를 보다 적절히 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 구비하고, 또한 해당 선행 가스 실드 아크 용접 전극과 해당 후행 가스 실드 아크 용접 전극 사이에 중간 전극을 구비하는 다전극 가스 실드 아크 용접 장치로서, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극이, 각각 정극에 접속되며, 피용접 재료가 부극에 접속되는 동시에, 정전압 특성을 갖는 2개의 직류 전원과, 상기 중간 전극 및 상기 피용접 재료에 접속되는 동시에, 정전류 특성 또는 수하 특성을 갖는 중간 전극용 교류 전원을 구비하고, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극의 극간 거리가 15mm 내지 50mm로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 중간 전극 및 피용접 재료에 접속되는 동시에, 정전류 특성 또는 수하 특성을 갖는 중간 전극용 교류 전원을 구비함으로써, 용접 시에, 아크 길이의 변동 등에 의해 전압이 변화하여도, 또한 중간 전극이 용융지로부터 멀어져도, 중간 전극용 교류 전원과, 중간 전극이나 피용접 재료 사이에, 아크가 발생 계속 발생하는 일은 없다. 그 때문에, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 아크 반력에 의해, 고능률 용접에 있어서의 용융지의 안정에 불가결한 용기 안정을 교란시키는 일이 없어서, 용접부에 용접 결함이 발생하지 않는다. 또한, 중간 전극으로부터 아크가 발생하지 않으므로 와이어가 적절하게 녹는다. 이것에 의해, 용융지로의 입열량이 증대하지 않고, 용접 결함의 발생이 억제되며, 또한 풀 형상이 유지된다.

또한, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 후행 가스 실드 아크 용접 전극의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 설정함으로써, 2전극으로 1개의 용융지를 형성하는 것이 가능해지고, 또한, 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 후행 가스 실드 아크 용접 전극의 아크가 안정된다.

또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 중간 전극을 각각 일정 속도로 송급하는 전극 송급 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 전극 송급 수단에 의해서, 각 전극, 즉 와이어의 공급 속도를 일정하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 각각 지지하는 2개의 용접 전극용 토치와, 상기 중간 전극을 지지하는 중간 전극용 토치와, 상기 용접 전극용 토치, 상기 중간 전극용 토치를 각각 지지하는 각각의 토치 클램프와, 상기 각 토치 클램프가 지지되는 베이스를 구비하고, 상기 토치 클램프를 각각 소정 각도 회동시켜서 상기 용접 전극용 토치 및 상기 중간 전극용 토치의 설치 각도를 각각 조정하는 각각의 각도 조정 기구와, 상기 각도 조정 기구를 전체 방향으로 이동시켜서 상기 용접 전극용 토치, 상기 중간 전극용 토치의 위치를 각각 위치 조정하는 각각의 위치 조정 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

여기서, 전체 방향이란, 용접 진행 방향에 직교하는 수평 방향[이하「맞댐 방향」또는「X 방향」이라 함]과, 연직인 상하 방향인 수직 방향[이하 적절히「Y 방향」이라 함]과, 용접 진행 방향[이하「용접 방향」 또는「Z 방향」이라 함]을 포함하는 방향을 말한다.

이러한 구성에 의하면, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 각도 조정 기구를 갖는 것에 의해서, 용접 전극용 토치 및 중간 전극용 토치를 각각 소정 각도 회동시켜서 용접 전극용 토치 및 중간 전극용 토치의 토치 각도를 각각 적절한 각도로 미조정할 수 있다. 또한, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 전체 방향으로 이동시켜서 위치 조정할 수 있는 위치 조정 기구를 갖는 토치 지지 기구에 의해서 지지되어 있으므로, 피용접 재료의 피용접 개소에 맞추어 토치의 각 길이를 변경할 때 등에, 3전극을 갖는 복잡하고, 좁은 전극 간 거리의 기구라도, 각각의 토치의 위치를 상하 좌우 전후 방향의 전체 방향으로 자유롭게 조정하여, 그 선단의 전극 및 필러 와이어의 위치를 소정의 목표 위치에 용이하게 위치 조정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 상기 위치 조정 기구가, 상기 각 토치 클램프를 각각 수직 방향으로 이동시켜서 위치 조정 할 수 있는 수직 위치 결정 기구와, 상기 각 토치 클램프를 각각 맞댐 방향으로 이동시켜서 위치 조정할 수 있는 수평 위치 결정 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치의 위치 조정 기구는, 수직 위치 결정 기구에 의해 토치 지지 기구를 수직 방향으로 이동시켜서, 전극의 수직 방향의 위치를 조정할 수 있는 동시에, 수평 위치 결정 기구에 의해 토치 지지 기구를 맞댐 방향으로 이동시켜서, 전극의 맞댐 방향의 위치를 피용접 재료의 피용접 개소에 맞추어 조정할 수 있다. 이 때문에, 수직 위치 결정 기구와 수평 위치 결정 기구에 의해서 각각 용이하게 수직 방향 및 맞댐 방향의 위치를 조정할 수 있으므로, 상대가 되는 피용접 재료의 피용접 개소가 변화하여도 바로 대처할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 상기 베이스가, 상기 용접 전극용 토치 및 상기 중간 전극용 토치를 용접 방향으로 이동시켜서, 각 전극 사이의 거리를 조정하는 용접 방향 위치 조정 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 각 전극 사이의 거리를 용이하게 조정할 수 있다. 특히, 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 후행 가스 실드 아크 전극의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 용이하게 설정할 수 있다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법에 의하면, 용기의 안정화를 확실히 얻을 수 있어서, 뛰어난 외관 및 비드 형상을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법에 의하면, 용접 불량에 대한 수정이라고 하는 작업 부담으로부터 해방되어, 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치에 의하면, 본 발명의 다전극 가스 실드 아크 용접을 실행할 수 있으므로, 용접에 있어서, 뛰어난 비드 외관 및 비드 형상을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치에 의하면, 용기 안정화를 확실히 얻을 수 있다. 또한, 용접 불량에 대한 수정이라고 하는 작업 부담으로부터 해방되어, 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 각도 조정 기구나 위치 조정 기구를 구비함으로써, 용접 작업 개시 시 및 용접 작업 중에 용이하게 미조정하여 최적인 용접 조건으로 설정함으로써, 양호한 용접 비드를 형성할 수 있는 동시에, 발생하는 아크의 안정성을 향상시켜서 스패터의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 토치의 위치 등의 미조정을 실행하기 위한 작업자의 부담을 극히 경감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치는, 용접 방향 위치 조정 기구를 구비함으로써, 각 전극 사이의 거리의 조정을 용이하게 실행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치의 개략을 도시하는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치에 의해 용접을 실행했을 경우의 피용접 재료 상태를 도시하는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치의 전극 송급 수단 및 속도 제어 수단의 구성을 도시하는 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태를 도시하는 개략 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태의 헤드 유닛 장치를 도시하는 개략 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태의 용접 헤드부의 개략 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 용접 헤드부의 개략 우측면도,
도 8은 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태의 용접 헤드부의 개략 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태의 수직 위치 결정 기구를 도시하는 개략 정면도,
도 10은 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태의 수직 위치 결정 기구를 도시하는 개략 정면도,
도 11은 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태의 각도 조정 기구를 도시하는 도면이며, 도 11의 (a)는 개략 사시도, 도 11의 (b)는 토치 클램프의 종단면도,
도 12는 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태의 중간 전극용 토치 클램프 기구 및 중간 전극 토치 위치 조정 기구를 도시하는 도면이고, 도 12의 (a)는 정면 방향에서 본 개략 사시도, 도 12의 (b)는 배면 방향에서 본 개략 사시도,
도 13은 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태의 중간 전극용 토치 지지 기구를 도시하는 개략 측면도,
도 14는 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태의 위치 결정 도그부를 도시하고, 도 14의 (a)는 평면도, 도 14의 (b)는 개략 종단면도.

이하, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법 및 다전극 가스 실드 아크 용접 장치를 실시하기 위한 형태에 대해서, 적절히 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

우선, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치에 대해서 설명한 후 다전극 가스 실드 아크 용접 방법에 대해서 설명한다.

<<다전극 가스 실드 아크 용접 장치>>

도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 다전극 가스 실드 아크 용접 장치(S)[이하, 적절히, 용접 장치(S)라 함]는, 선행 가스 실드 아크 용접 전극(11)[이하, 적절히, 선행 전극(11)이라 함]을, 후행 가스 실드 아크 용접 전극(21)[이하, 적절히, 후행 전극(21)이라 함]을 구비하고, 또한 선행 전극(11)과 후행 전극(21) 사이에 중간 전극(31)을 구비한다. 또한, 2개의 직류 전원, 즉, 선행 전극(11)에 접속된 직류 전원(L) 및 후행 전극(21)에 접속된 직류 전원(R)과, 중간 전극용 교류 전원(M)을 구비한다. 또한, 중간 전극(31)은 필러 전극, 즉 필러 와이어이다.

용접 장치(S)는, 가스로 용접 개소를 공기로부터 차단하면서 복수의 전극을 이용하여 용접을 실행하는 장치이다.

또한, 용접 장치(S)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 수평 필렛 용접에 매우 바람직하게 적용된다. 상세하게는, 용접 장치(S)는, 피용접 재료(1)인 하판(2)과 입판(立板; 3)의 코너부(용접 개소)를 따르도록 하여, 선행 전극(11),후행 전극(21), 및 중간 전극(31)의 3개의 전극이 1조로 하여 배치되며, 도 1의 화살표 방향을 이동하면서 용접을 실행한다. 또한, 부호(6)는 배전반이다.

또한, 용접 장치(S)는, 하판(2)과 입판(3)의 양측의 코너부를 동시에 용접할 수 있도록, 입판(3)을 사이에 두고 2조의 선행 전극(11, 11), 후행 전극(21, 21), 중간 전극(31, 31)을 대향하도록 배치하고, 2조의 전극이 동시에 이동하는 구성이어도 좋다. 또한, 하판(2)과 복수의 입판(3, 3)을 동시에 이동하도록, 각각의 입판에 대해서, 2조의 선행 전극(11, 11), 후행 전극(21, 21), 중간 전극(31, 31)을 배치하고, 2조 이상의 전극이 동시에 이동하는 구성이어도 좋다.

또한, 용접 장치(S)는, 가스에 대해서는 특별히 한정되지 않으며, 가스 실드 아크 용접에 이용되는 공지된 가스, 예를 들면, 이산화탄소나, 이것과 불 활성 가스의 균형 가스 등을 이용하면 좋다.

다음, 용접 장치(S)의 각 구성에 대하여 설명한다.

<선행 전극, 후행 전극, 중간 전극>

선행 전극(11), 및 후행 전극(21)은, 각 전극의 선단에 아크를 발생시켜, 피용접 재료(1)인 하판(2)과 입판(3)의 용접 개소에 용융지(8)를 형성시키는 것이다(도 2 참조). 한편, 중간 전극(31)은, 용융지(8)의 용기(5)에 삽입되며, 아크 프로 등의 자장 간섭의 발생을 방지하고, 해당 용기(5)을 안정시키는 것이다.(도 2 참조).

또한, 선행 전극(11), 및 후행 전극(21)에 의해 발생한 용융지(8)가, 응고함으로써 용접 금속(7)이 되며, 해당 용접 금속(7)이 하판(2)과 입판(3)을 용접하게 된다. 그리고, 용접 슬래그(19)는, 용접 금속(7)의 표면에 형성된다.

선행 전극(11) 및 후행 전극(21)은 소모 전극이며, 플럭스 코어드 와이어에 의해 구성되는 것에 바람직하다. 플럭스 코어드 와이어를 이용하는 것에 의해, 플럭스가 아크를 안정화시키므로, 양호한 용접부를 얻을 수 있다. 단, 와이어로서는 플럭스 코어드 와이어로 한정되는 것이 아니며, 솔리드 와이어 등에 의해 구성되어 있어도 좋다.

또한, 중간 전극(31)도 소모 전극이며, 와이어로서는 솔리드 와이어나 플럭스 코어드 와이어 등에 의해 구성되지만, 특별히 한정되는 것이 아니다.

또한, 각 전극을 구성하는 플럭스 코어드 와이어나 솔리드 와이어 등의 성분, 직경, 설치 각도 등은 특별히 한정되지 않으며, 일본 특허 공개 제 2004-261839 호 공보에 개시되어 있는 조건으로 실행하면 좋다.

또한, 선행 전극(11), 후행 전극(21), 및 중간 전극(31)은, 송급 속도가 일정 속도로 제어되며 용접 개소에 공급되는 것이 바람직하다.

<선행 전극에 접속된 직류 전원, 후행 전극에 접속된 직류 전원>

직류 전원(L, R)은, 선행 전극(11), 또는 후행 전극(21)에 전류를 공급 하는 전원이다.

직류 전원(L)은, 정극에 선행 전극(11)이 접속되고, 부극에 피용접 재료(1)[하판(2) 또는 입판(3)]가 접속된다. 그리고, 직류 전원(R)은, 정극에 후행 전극(21)이 접속되고, 부극에 피용접 재료(1)[하판(2) 또는 입판(3)]가 접속된다. 그리고, 직류 전원(L), 및 직류 전원(R)은, 정전압 특성을 갖는다. 또한, 정전압 특성의 전원이란, 일정 속도로 제어되며 송급되고 있는 소모 전극의 송급 속도가, 어떠한 외란에 의해서 송급 속도의 변화가 생겨, 아크 전압이 변화했을 경우라도, 항상 일정한 전압으로 제어하도록 자동적으로 전류값을 증감하여 안정적인 아크 용접을 지속할 수 있도록 제어하는 전원이다.

직류 전원(L), 및 직류 전원(R)으로부터, 선행 전극(11), 및 후행 전극(21)에 공급되는 전류의 값에 대해서는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 선행 전극(11)에 공급되는 전류를 250A 이상, 후행 전극(21)에 공급되는 전류를 200A 이상으로 하면 좋다.

<중간 전극용 교류 전원>

중간 전극용 교류 전원(M)은, 중간 전극(31) 및 피용접 재료(1)[하판(2)또는 입판(3)]에 접속되는 동시에, 정전류 특성 또는 수하 특성을 갖는 전원이다.

또한, 정전류 특성이란, 전류를 의도적으로 제어하는 경우를 제외하고, 부하 전압이 증대하여도, 전류가 거의 변화하지 않는 특성이다. 또한, 수하 특성이란, 용접 전원의 출력이 정현파 형상으로 변화하는 특성이다. 수하 특성에 있어서는, 아크 길이 변화에 의해서 전압은 상당히 변화하지만, 전류의 변화는 근소하다.

정전류 특성 및 수하 특성에 있어서는, 아크 오랜 변동 등에 의해 전압이 변화하여도, 대부분 일정한 전류를 흐르게 할 수 있다.

그리고, 정전류 특성 또는 수하 특성을 갖는 중간 전극용 교류 전원(M)을 이용하면, 중간 전극(31)은 아크가 발생하지 않기 때문에, 아크 반력에 의해, 고능률 용접에 있어서의 용융지(8)의 안정에 불가결한 용기(5)의 안정을 교란시키는 일이 없어서, 용접부에 용접 결함이 발생하지 않는다.

또한, 정전류 특성 또는 수하 특성을 갖는 중간 전극용 교류 전원(M)을 이용하면, 중간 전극(31)은 아크가 발생하지 않기 때문에, 와이어가 적절히 녹아 냉각 효과가 향상한다.

여기서, 용접 금속(7)은, 용융지(8)로의 입열량이 증대하면, 블로우 홀, 피트 등의 용접 결함이 증가한다. 또한, 용융지(8)가 마른 상태되어, 풀 형상을 유지하기 어렵게 된다(즉, 늘어지기 쉬워짐). 그렇지만, 중간 전극(31)의 작용에 의해 용융지(8)가 냉각되면, 용접 결함의 발생이 억제되며, 또한 풀 형상이 유지되기 쉬워진다.

여기서, 중간 전극(31)의 전류값은 30 내지 20OA가 바람직하다. 전류값이 30A 이상이면 와이어가 다 녹고, 200A 이하이면, 아크가 발생하기 어렵다. 또한, 중간 전극용 교류 전원(M)의 구성 자체는, 종래 공지된 것과 동일하다.

또한, 선행 전극(11)과, 후행 전극(21)의 극간 거리는 15mm 내지 50mm로 설정한다.

여기서, 극간 거리란, 각 전극에 있어서의 와이어 선단 간의 거리이다. 즉, 용접시에 있어서의 선행 전극(11)의 선단의 와이어 직경의 중심과 후행 전극(21)의 선단의 와이어 직경의 중심을 연결하는 거리가, 15mm 내지 50mm가 되도록 설정한다.

직류 전원을 이용하여 용접을 실행하는 경우, 자기 블로우 및 1개의 용융지 형성의 점에서 선행 전극(11) 및 후행 전극(21)의 극간 거리가 문제가 된다. 이 종간 거리가 15mm보다 작으면, 선행 전극(11), 후행 전극(21)에 있어서 동시에 아크가 안정되지 않으며, 비드 외관·형성이 나빠지고, 또한 스패터의 발생량이 많아진다. 한편, 극간 거리가 50mm보다 크면, 2전극으로 1개의 용융지를 형성하는 것이 불가능하게 되어, 내피트성이 나빠진다. 따라서, 선행 전극(11)과 후행 전극(21)의 극간 거리를 15mm 내지 50mm의 범위로 한다. 또한, 보다 바람직한 범위는 25mm 내지 35mm이다.

용접 장치(S)는, 선행 전극(11), 후행 전극(21) 및 중간 전극(31)을, 각각 일정 속도로 송급하는 전극 송급 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

<전극 송급 수단>

도 3에 전극 송급 수단의 구성을 도시한다. 여기에서는, 중간 전극(31)을 채택하여 설명하지만, 선행 전극(11), 후행 전극(21)에 있어서도 동일한 구성이다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 전극 송급 수단(13)은, 중간 전극(31)을 일정 속도로 용접 개소에 송급하는 수단이다. 그리고, 전극 송급 수단(13)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전극 송급 모터(16)와, 전극 송적 롤러(17)를 구비하고 있다.

전극 송급 모터(16)는, 전극 송적 롤러(17)를 거쳐서 중간 전극(31)을 피용접 재료(1)의 표면의 소정 위치에 송급한다. 이 전극 송급 롤러(17)는, 예를 들면, 중간 전극(31)을 사이에 두도록 배치된 2개의 롤러로 구성되어 있는 것을 이용하면 좋다.

전극 송급 모터(16)는, 속도 제어 수단(10)에 의해 제어되고 있다.

<속도 제어 수단>

속도 제어 수단(18)은, 중간 전극(31)을 일정 속도로 제어하는 수단이다. 그리고, 속도 제어 수단(18)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전극 송급 속도 설정기(14)와, 전극 송급 모터 제어 회로(15)를 구비하고 있다.

전극 송급 속도 설정기(14)는, 미리 설정된 전극의 송급 속도를 나타내는 송급 속도 신호를 전극 송급 모터 제어 회로(15)에 출력하는 것이다. 또한, 전극 송급 속도 설정기(14)는, 송급 속도를 외부로부터 입력할 수 있다.

전극 송급 모터 제어 회로(15)는, 전극 송급 속도 설정기(14)로부터 입력 된 송급 속도 신호에 근거하여 전극 송급 모터(16)를 제어하는 회로이다.

또한, 전극의 송급 속도에 대해서는, 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는, 1 내지 3m/min이다.

또한, 용접 장치(S)는, 각 전극의 각도를 조정하는 각도 조정 기구나, 각 전극의 위치를 조정하는 위치 조정 기구를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 각 전극 간의 거리를 조정하는 용접 방향 위치 조정 기구를 구비하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 장치보다 구체적인 일 실시형태로서, 이와 같은 조정 기구를 구비한 다전극 가스 실드 아크 용접 장치의 구체적인 형태의 일예에 대해 도 4 내지 도 14를 참조하여 설명한다(상세에 대해서는, 일본 특허 출원 제 2011-42739 참조).

[다전극 가스 실드 도어 아크 용접 장치의 구체적인 형태]

<<용접 장치의 구성>>

도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 용접 장치(S)는, 피용접 재료(1)인 하판(2)과 입판(3)을 피용접 개소(1a; 용접선)를 따라서 용접 헤드부(4)를 이동 시키면서 용접하는 다전극 가스 실드 아크 용접 장치이다. 용접 장치(S)는, 이동 장치(100)와 제어반(400)과 조작반(410)과 집진기(500)와 와이어 수용기(600)와 용접용 전원과 냉각수 공급 장치와 실드 가스 공급 장치(도시 생략)와 용접 헤드부(4; 용접기)를 구비하고 있다.

여기서, X 방향은 용접 방향에 직교하는 수평 방향인 맞댐 방향, Y 방향은 연직인 상하 방향인 수직 방향, Z 방향은 용접 방향이며, 이하, 적절하게 사용하여 설명한다. 또한, 본 용접 장치는, 일본 특허 출원 제 2011-42739의 용접 장치와 동일하다.

그리고 여기에서는, 선행 전극(11) 및 후행 전극(21)을 각각 지지하는 2개의 용접 전극용 토치[즉, 선행 전극용 토치(10), 후행 전극용 토치(20)]와, 중간 전극(31)을 지지하는 중간 전극용 토치(30)와, 용접 전극용 토치(10, 20), 중간 전극용 토치(30)를 각각 지지하는 각각의 토치 클램프(45, 45C)(도 8 및 도 12 참조)와, 각 토치 클램프(45, 45C)가 지지되는 베이스(50)를 구비하고 있다. 또한, 토치 클램프(45, 45C)를 각각 소정 각도 회동시켜서 용접 전극용 토치(10, 20) 및 중간 전극용 토치(30)의 설치 각도를 각각 조정하는 각각의 각도 조정 기구(44)[도 11 및 도 12의 (b) 참조]와, 각도 조정 기구(44)를 전체 방향으로 이동시켜서 용접 전극용 토치(10, 20), 중간 전극용 토치(30)의 위치를 각각 위치 조정하는 각각의 위치 조정 기구(60)를 구비하고 있다. 또한, 베이스(50)는, 용접 전극용 토치(10, 20) 및 중간 전극용 토치(30)를 용접 방향으로 이동시켜서, 각 전극 사이의 거리를 조정하는 용접 방향 위치 조정 기구(60D)를 구비하고 있다.

<<이동 장치의 구성>>

도 5에 도시하는 바와 같이, 이동 장치(100)는, 용접 헤드부(4)(용접기)를 용접 방향(Z 방향), 맞댐 방향(용접 방향에 직교하는 X 방향), 수직 방향(Y 방향)으로 이동시키는 주행 장치이다. 이동 장치(100)는, 예를 들면, 용접 방향 이동 장치(110)(도 4 참조)와, 헤드 유닛 장치(200)와, 상하 운동용 실린더(270)와, 용접 헤드부 이동 장치를 구비하여 구성되어 있다.

<용접 방향 이동 장치의 구성>

도 4에 도시하는 용접 방향 이동 장치(110)는, 그 배면측에 배치된 용접 장치(S)의 다수의 용접 헤드부(4)(도 5 참조)를 용접 방향으로 이동시키는 반송 장치이다. 용접 방향 이동 장치(110)는, 한쌍의 레일(150)과, 주행 롤러(120)와 주행 모터(130)와 가대 프레임(140)을 구비하고 있다. 용접 방향 이동 장치(110)는, 주행 모터(130)를 회전 구동시키는 것에 의해서, 각 용접 헤드부(4)가 베이스(50)와 함께 용접 방향으로 이동하며 용접이 실행된다.

<헤드 유닛 장치의 구성>

도 5에 도시하는 바와 같이, 헤드 유닛 장치(200)는, 용접 헤드부(4)를 맞댐 방향으로 이동시키기 위한 아치 형상의 장치이며, 예를 들면, 가대 프레임(140)(도 4 참조)을 따라서 마련되어 있다. 헤드 유닛 장치(200)에는, 스탠션(210)(도 4 참조)과 횡방향 가이드(220)와 미끄럼 운동판(230)과 고정 프레임(240)과 상하 운동 프레임(250)과 헤드 유닛 횡운동 모터(260)와 상하 운동용 실린더(270)와 우측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(81)와 좌측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(82)와 좌측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(82)와 조작반(41)이 구비되어 있다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 스탠션(210)은, 선행 전극(11)(도 5 참조) 및 후행 전극(21)이 되는 용접 와이어를 수납하는 와이어 수용기(600)를 이동 가능하게 매달아 설치하는 아치 형상의 지주 프레임이다. 스탠션(210)은, 기둥 프레임(211)과 가설 프레임(212)과 조구(213)를 구비하고 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 횡방향 가이드(220)는, 데크(142)에 가설되어 좌우 방향으로 연장된 프레임 부재이며, 맞댐 방향으로 연장된 한쌍의 주행 가이드부(220a)를 갖고 있다. 미끄럼 운동판(230)은, 주행 가이드부(220a)에 안내되어 맞댐 방향으로 슬라이드 이동하는 부재이다. 고정 프레임(240)은, 수직 방향으로 연장된 테 형(形)의 프레임이다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 상하 운동 프레임(250)은, 용접 헤드부(4) 및 조작반(410)을 보지하기 위한 프레임이다. 또한, 각 상하 운동 프레임(250)에는, 용접 헤드부(4)가 좌우 대칭인 상태로 2대 배치되어 있기 때문에, 이하, 우측의 용접 헤드부(4)를 설명하고, 좌측 것의 설명은 적절히 생략한다.

헤드 유닛 횡운동 모터(260)는, 고정 프레임(240)을 주행시켜, 좌우의 용접 헤드부(4)를 횡 방향으로 이동시키기 위한 모터 구동 장치이다.

상하 운동용 실린더(270)는, 고정 프레임(240)에 연직 방향 가이드(280)를 거쳐서 상하 운동 프레임(250)을 횡방향 가이드(220) 및 미끄럼 운동판(230)에 대하여 상하 운동시키는 장치이며, 예를 들면, 에어 실린더 장치로 이루어진다. 상하 운동용 실린더(270)는, 프레임 형상의 상하 운동 프레임(250)의 상단부 하측 중앙부에 연결된 실린더(271)와, 상단부가 실린더(271) 내에 상하 운동 가능하게 마련되며, 하단부가 미끄럼 운동판(230)에 고정된 피스톤 로드(272)를 구비하고 있다.

<용접 헤드부 이동 장치의 구성>

도 5에 도시하는 바와 같이, 상기 용접 헤드부 이동 장치(80)는, 상기 용접 방향 이동 장치(110)(도 4 참조), 헤드 유닛 장치(200)(도 4 참조) 및 상하 운동용 실린더(270)보다, 용접 헤드부(4)를 X, Y, Z 방향으로 짧은 거리를 이동시켜 용접 헤드부(4)의 위치를 조정하기 위한 장치이다. 이 용접 헤드부 이동 장치(80)는, 우측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(81)와, 좌측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(82)와, 맞대기용 에어 실린더(83)를 구비하고 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 우측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(81)는, 상하 운동 프레임(250)의 우측에 배치된 우측의 용접 헤드부(4)를 수직 방향(Y 방향)으로 이동시키기 위한 장치이다. 좌측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(82)는, 상하 운동 프레임(250)의 좌측에 배치된 좌측의 용접 헤드부(4)를 수직 방향(Y 방향)으로 이동시키기 위한 실린더 장치이다.

맞대기용 에어 실린더(83)(맞댐 방향 이동 장치)는, 베이스(50)와 함께 용접 헤드부(4) 전체를 맞댐 방향(X 방향)으로 이동시키는 장치이다. 이 맞대기용 에어 실린더(83)는, 베이스(50)에 고정되고, 내부에 공급된 압축 공기에 의해서 진퇴하는 실린더(83a)와, 일단부가 실린더(83a) 내에 배치되며, 타단부가 연결 프레임(83c)에 고정된 피스톤 로드(83b)와, 상하 운동 프레임(250)에 연결된 상기 연결 프레임(83c)과, 실린더(83a)의 용접 방향측의 측면에 맞댐 방향을 향하여 연장된 상하 한쌍의 슬라이더(83d)와, 이 슬라이더(83d)가 미끄럼 운동 가능하게 결합하여 실린더(83a)의 맞댐 방향의 이동을 가이드하는 가이드 레일(83e)과, 가이드 레일(83e)을 우측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(81)의 측면에 고정하기 위한 보지 플레이트(83f)를 구비하고 있다.

조작반(410)은, 헤드 유닛 횡운동 모터(260), 상하 운동용 실린더(270), 용접 헤드부 이동 장치(80) 및 용접용 전원과 냉각수 공급 장치와 실드 가스 공급 장치(도시 생략)를 조작하여 좌우의 용접 헤드부(4)의 위치 및 구동을 제어하기 위한 컨트롤러이며, 상하 운동 프레임(250)에 장착되어 있다.

도시하지 않은 전원은, 도 5에 도시하는 용접 장치(S)의 선행 전극(11) 및 후행 전극(21)의 각 전극부에 전력을 공급하는 각각의 용접용 전원(급전 장치)과, 주행 모터(130)(도 4 참조) 및 헤드 유닛 횡운동 모터(260)의 구동원에 전력을 공급하는 전원으로 이루어지며, 예를 들면, 용접 방향 이동 장치(110)의 바닥 하측 등의 소정 위치에 설치되어 있다.

또한, 도시하지 않은 냉각수 공급 장치와 실드 가스 공급 장치도 마찬가지이다.

<<용접 헤드부의 구성>>

도 5에 도시하는 바와 같이, 용접 헤드부(4)(용접기)는, 선행 전극용 토치(10), 후행 전극용 토치(20) 및 중간 전극용 토치(30)[즉, 필러 와이어용 토치(30)]와 그들 토치(10, 20, 30)를 각각 지지하는 토치 클램프 기구(40)와 그들 토치(10, 20, 30)에 전류를 공급하는 용접용 전원(도시 생략)과 그들 토치(10, 20, 30)가 지지되는 베이스(50)와 베이스(50) 등의 용접 헤드부(4)를 이동시키는 용접 헤드부 이동 장치(80)를 구비하고 있다.

이 용접 헤드부(4)는, 용접 방향 이동 장치(110)로 주행시키면서 가스 실드 아크 용접을 실행하는 것이며, 상기 토치(10, 20, 30)에 전류를 공급하는 구성이나, 불활성의 가스를 분사하는 구성 등은, 공지된 가스 실드 아크 용접 장치의 구성을 이용하고 있기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 각 토치(10, 20, 30)가 배치되는 각 용접 헤드부(4)는, 선행 전극(11), 후행 전극(21) 및 중간 전극(31)[즉, 필러와이어(31)]이 송입되도록 구성되는 동시에, 각도 조정 기구(44) 및 위치 조정 기구(60)를 갖는 토치 클램프 기구(40)를 개재하여 베이스(50) 상에 X, Y, Z 방향의 위치 및 각도를 미조정할 수 있도록 마련되어 있다.

또한, 선행 전극용 토치(10) 및 후행 전극용 토치(20)는, 각각 독립된 도시되지 않은 실드 가스 공급 노즐을 갖고 있다. 또한, 중간 전극(31)의 선단의 소정 위치에는, 와이어가 노출되도록, 와이어를 통전 상태로 공급하기 위한 팁 구조체가 마련되어 있다. 즉, 중간 전극용 토치(30)의 내부에는, 통전 팁(P)이 마련되어 있으며, 용접 전원으로부터의 용접 전류가 해당 통전 팁(P)을 거쳐서 중간 전극(31)에 공급되도록 구성되어 있다.

<<토치 클램프 기구의 구성>>

토치 클램프 기구(40)는, 선행 전극용 토치(10), 후행 전극용 토치(20),중간 전극용 토치(30)를 각각 지지하는 지지 기구로서, 선행 전극용 토치(10)를 지지하는 선행 전극용 토치 클램프 기구(40A)와, 후행 전극용 토치(20)를 지지하는 후행 전극용 토치 클램프 기구(40B)와, 중간 전극용 토치(30)를 지지하는 중간 전극용 토치 클램프 기구(40C)로 이루어진다. 선행 전극용 토치 클램프 기구(40A)와 후행 전극용 토치 클램프 기구(40B)란, 대칭 형상의 기구이기 때문에, 선행 전극용 토치 클램프 기구(40A)를 주로 설명하고 후행 전극용 토치 클램프 기구(40B)의 설명은 적절히 생략한다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 선행 전극용 토치 클램프 기구(40A)는, 선행 전극용 토치(10)를 착탈 가능하게 지지하는 지지 기구로서, 각각 후기하는 토치 클램프(45)와, 토치 클램프 장착 스테이(46)와, 지축 부재(47)와, 토치 클램프 지지구(48)와, 첨금(49)과, 체결 부재(T1)와, 각도 조정 기구(44)를 구비하고 있다.

도 11의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 각 토치 클램프(45)는, 선행 전극용 토치(10), 후행 전극용 토치(20)를 각각 지지하는 부재이다. 각 토치 클램프(45)에는, 보지 구멍(45a)과 절결홈(45b)과 나사 구멍(45c)과 돌편(45d)과 고정 암나사부(45e)가 형성되어 있다.

보지 구멍(45a)은, 각 토치(10, 20)가 각각 절연 부시(9)를 거쳐서 둘레 방향에 회동 가능하게 삽입되는 구멍이며, 절결 홈(45b)이 외주에 형성되어 있는 것에 의해서 평면에서 보아 대략 C자 형상으로 형성되어 있다.

절결 홈(45b)은, 토치 클램프(45)의 외주부로부터 보지 구멍(45a)에 절결 형성된 부위이며, 한쌍의 돌기(45d)가 소정의 간극 간격으로 배치된 것에 의해서 형성되어 있다.

나사 구멍(45c)은, 절결홈(45b)에 직교하여 형성된 체결 상태 조정용의 체결 부재(T1)가 나입(螺入)되는 구멍이다. 나사 구멍(45c)은, 체결 부재(T1)가 끼워 넣어지는 것에 의해서, 보지 구멍(45a)의 직경과, 한쌍의 돌기(45d) 간의 절결 홈(45b)의 간격이 조정되고, 선행 전극용 토치(10)를 보지하는 보지 구멍(45a)의 고정력이 조정되도록 돌편(45d)에 형성되어 있다.

돌편(45d)은, 절결 홈(45b) 및 나사 구멍(45c)이 형성된 한쌍의 후판 형상의 것으로 이루어진다. 돌편(45d)은, 체결 부재(T1)를 강하게 나사 구멍(45c)에 나사 결합시키면, 돌편(45d, 45d) 사이의 간격이 좁아지고, 토치 클램프(45)가 선행 전극용(1) 토치(10)를 체결하는 체결력이 강해져, 토치 클램프(45)가 제대로 클램프 된다. 체결 부재(T1)를 느슨하게 하면 보지 구멍(45a)의 내경이 선행 전극용 토치(10)를 체결하는 체결력이 약해져, 그 선행 전극용 토치(10)를 보지 구멍(45a)의 중심선을 중심으로 하여 둘레 방향[화살표(b) 방향]으로 회동시키거나, 상기 중심선의 방향[화살표(a) 방향]으로 진퇴시켜서 토치 클램프(45)로부터의 선행 전극용 토치(10)의 돌출 길이를 조정하거나, 인발하는 것이 가능해진다.

고정 암나사부(45e)는, 토치 클램프 장착 스테이(46)가 토치 클램프(45)에 고정하는 토치 클램프 지지구(48)의 선단부의 수나사부가 나사 결합하는 부위이다.

토치 클램프 장착 스테이(46)는, 토치 클램프(45)를 지축 부재 삽입 구멍 (46a)을 중심으로 하는 원호 형상 기다란 구멍(46b)의 원둘레 방향의 길이 만큼만 회동 가능하게 지지하기 위한 지지판 부재이며, 토치 클램프(45)에 인접하여 마련되어 있다. 토치 클램프 장착 스테이(46)는, 하단부가 체결 부재(T2)에 의해서 슬라이더(67)에 연결되며 동시에 X, Y 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

지축 부재(47)는, 토치 클램프 지지구(48)를 첨금(49)의 수직 방향에 기다란 조정 구멍(49a)을 관통 삽입하고 토치 클램프(45)의 고정 암나사부(45e)에 나사 결합되며, 토치 클램프(45)가 토치 클램프 장착 스테이(46)에 대해서 회동 가능한 상태일 때, 이 지축 부재(47)를 중심으로 하여 토치 클램프(45)를 회동 가능하게 하는 나사 부재이다. 지축 부재(47)는, 토치 클램프 장착 스테이(46)에 형성된 지축 부재 삽입 구멍(46a)에 삽입된다.

토치 클램프 지지구(48)는, 선단이 조정 구멍(49a), 원호 형상 기다란 구멍(46b)을 거쳐서 고정 암나사부(45e)에 나사 고정되는 나사 부재이며, 토치 클램프(45)의 회동을 규제하기 위한 좌우 한쌍의 부재이다. 한쌍의 토치 클램프 지지구(48)는, 토치 클램프 장착 스테이(46)에 형성된 원호 형상 기다란 구멍(46b)에 삽입된다.

첨금(49)은, 2개의 토치 클램프 지지구(48)가 각각 삽입되는 수직 방향에 기다란 좌우 한쌍의 조정 구멍(49a)을 갖는 금속제 후판재이며, 원호 형상 기다란 구멍(46b)을 덮도록 하여 배치된다.

체결 부재(T1)는, 절결체(45b)의 간극 간격을 조정하여 보지 구멍(45a)에 의한 토치 클램프(45)의 체결력을 조정하는 조정용 나사 부재이며, 예를 들면, 2개의 나사 부재로 이루어진다.

<각도 조정 기구의 구성>

도 11의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 각도 조정 기구(44)는, 선행 전극용 토치(10)를 소정 각도 회동시켜서 선행 전극용 토치(10)의 설치 각도를 조정하는 기구이다. 각도 조정 기구(44)는, 선행 전극용 토치(10)를 지축 부재(47)를 중심으로 하여 수직 방향(Y 방향)으로 회동 가능하게 축지하여 선행 전극(11)의 수직 방향의 방향을 조정할 수 있다.

각도 조정 기구(44)는, 토치 클램프(45)에 인접하여 마련되어 접속되며 토치 클램프 장착 스테이(46)와, 토치 클램프 장착 스테이(46)에 형성된 지축 부재 삽입 구멍(46a)에 삽입되는 지축 부재(47)와, 토치 클램프 장착 스테이(46)에 형성된 원호 상태 기다란 구멍(46b)을 관통 삽입하고 토치 클램프(45)에 체결되는 토치 클램프 지지구(48)를 구비하여 이루어진다.

이 때문에, 지축 부재(47) 및 토치 클램프 지지구(48)는, 토치 클램프(45)에 체결되는 체결 상태를 느슨하게 한 것에 의해, 선행 전극(11)의 수직 방향의 각도를 조정하는 각도 조정 기구(44)를 구성한다.

또한, 각도 조정 기구(44)는, 도 12의 (b) 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 중간 전극용 토치(30)의 중간 전극용 토치 클램프 기구(40C)에도, 원호 형상 기다란 구멍을 이용한 동일한 각도 조정 기구(44)가 마련되어 있다. 이 때문에, 그 설명은 생략한다.

<<위치 조정 기구의 구성>>

도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 위치 조정 기구(60)는, 선행 전극용 토치(10), 후행 전극용 토치(20), 중간 전극용 토치(30)(도 12 참조)를 각각 맞댐 방향 및 수직 방향으로 이동시켜서, 그들 토치(10, 20, 30)의 위치를 각각 위치 조정하는 기구이다. 위치 조정 기구(60)는, 선행 전극용 토치(10)의 위치를 조정하는 선행 전극 토치 위치 조정 기구(60A)와 후행 전극용 토치(20)의 위치를 조정하는 후행 전극 토치 위치 조정 기구(60B)와 중간 전극용 토치(30)의 위치를 조정하는 중간 전극 토치 위치 조정 기구(60C)를 갖고 있다. 선행 전극 토치 위치 조정 기구(60A), 후행 전극 토치 위치 조정 기구(60B) 및 중간 전극 토치 위치 조정 기구(60C)는, 각 토치 클램프(45, 45C)를 각각 수직 방향(Y 방향)으로 이동시켜서 위치 조정할 수 있는 도 9에 도시하는 수직 위치 결정 기구(61)와, 각 토치 클램프(45)를 각각 맞댐 방향(X 방향)으로 이동시켜서 위치 조정할 수 있는 도 10에 도시하는 수평 위치 결정 기구(62, 61C)(도 12 참조)를 구비하고 있다.

또한, 위치 조정 기구(60)는, 후기하는 용접 방향 위치 조정 기구(60D)와 일체가 되고, 선행 전극용 토치(10), 후행 전극용 토치(20), 중간 전극용 토치(30)를 각각 용접 방향(Z 방향)으로 이동시켜서, 그들 토치(10, 20, 30)의 위치를 각각 위치 조정하는 기능을 갖고 있다.

<수직 위치 결정 기구의 구성>

도 6 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 선행 전극 토치 위치 조정 기구(60A)[위치 조정 기구(60)]의 수직 위치 결정 기구(61)는, 각각 후기하는 노브(64)와 이송 나사 부재(65)와 고정대(66)와 슬라이더(67)[수직 슬라이더부(67Y)]와, 체결 부재(T5)를 구비하고 있다. 수직 위치 결정 기구(61)에 의해 각 토치(10, 20, 30)는, 노브(64)를 회동시키는 것에 의해서 이송 나사 부재(65)를 개재하고 수직 슬라이더부(67Y)를 수직 방향(Y 방향)으로 이동시키는 것에 의해, 이 수직 슬라이더부(67Y)에 연결된 수평 위치 결정 기구(62)의 좌우 가이드부(69a)와 함께 수평 슬라이더부(67X), 토치 클램프 장착 스테이(46), 토치 클램프(45) 및 각 토치(10, 20, 30)를 수직 방향에 대하여 일체로 이동시키켜, 수직 방향으로 이동 조정할 수 있도록 되어 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 노브(64)는, 선행 전극용 토치(10)를 베이스(50)에 대하여 수직 방향으로 미동시키기 위한 회전 작용 손잡이이다.

이송 나사 부재(65)는, 노브(64)를 회전 조작하는 것에 의해서 일체로 회전하는 나사 봉 형상의 부재이고, 중앙부에 수직 슬라이더부(67Y)가 진퇴 가능하게 나사 결합되며, 기단부측이 고정대(66)의 상하 가이드부(66a)에 회동 가능하게 외팔보 지지되어 있다.

고정대(66)는, 상하 가이드부(66a)(지지판부)를 갖는 정면에서 보아 대략 홈형 강 형상의 형상을 한 부재이며, 베이스(50)의 기다란 구멍(50a)에 삽입한 체결구(T3)를 상하 가이드부(66a)의 하판부에 형성된 암나사부(66d)에 끼워 넣는 것에 의해 베이스(50) 상에 고정되어 있다. 고정대(66)는, 수직 슬라이더부(67Y)에 관통 삽입하여 그 수직 슬라이더부(67Y)를 미끄럼 운동 가능하게 지지하는 좌우 한쌍의 가이드 샤프트(66c)를 가설하고 있다.

슬라이더(67)는, 이송 나사 부재(65)에 형성된 수나사부(65)에 나사 결합 하는 암나사부(67Yb)를 갖고, 이송 나사 부재(65)의 회전에 따라서 상하 가이드부(66a, 66a) 사이를 슬라이드 이동하는 부재이다. 슬라이더(67)는, 수직 방향으로 이동 가능한 수직 슬라이더부(67Y)와, 맞댐 방향으로 이동 가능한 수평 슬라이더부(67X)(도 10 참조)를 지지하는 가이드 부재(69)를 체결 부재(T5)로 연결하여 일체화시켜, 고정대(66)에 대해서 함께 수직 방향으로 움직이도록 되어 있다.

체결구(T3)는, 후기하는 용접 방향 위치 조정 기구(60D)의 위치 조정용의 볼트이다.

후기한 바와 같이 체결 부재(T5)는, 수평 위치 결정 기구(62)의 가이드 부재(69)를 수직 위치 결정 기구(61)의 수직 슬라이더부(67Y)에 고정하기 위한 볼트이다.

<수평 위치 결정 기구의 구성>

도 10에 도시하는 바와 같이, 선행 전극 토치 위치 조정 기구(60A)[위치 조정 기구(60)]의 수평 위치 결정 기구(62)는, 후기하는 노브(63)와 이송 나사 부재(68)와 슬라이더(67)의 수평 슬라이더부(67X)와 가이드 부재(69)와 체결 부재(T2)를 구비하여 이루어진다. 수평 위치 결정 기구(62)에 의해 각 토치(10, 20, 30)는, 노브(63)를 회동시키는 것에 의해서 이송 나사 부재(68)를 개재하여 수평 슬라이더부(67X)를 맞댐 방향(X 방향)으로 이동시키는 것에 의해, 이 수평 슬라이더부(67X)에 연결된 토치 클램프 장착 스테이(46)와 함께 토치 클램프(45) 및 각 토치(10, 20, 30)를 맞댐 방향에 대하여 일체로 이동시켜, 맞댐 방향으로 이동 조정할 수 있도록 되어 있다.

노브(63)는, 선행 전극용 토치(10)를 베이스(50)에 대하여 맞댐 방향으로 미동시키기 위한 회전 조작용 손잡이이다. 또한, 부호(N)는 너트이다.

이송 나사 부재(68)는, 노브(63)를 회전 조작하는 것에 의해서 일체로 회전하는 나사 봉 형상의 부재이고, 중앙부에 수평 슬라이더부(67X)가 진퇴 가능하게 나사 결합되며, 기단부측이 가이드 부재(69)의 좌우 가이드부(69a)에 회동 가능하게 외팔보 지지되어 있다.

슬라이더(67)의 수평 슬라이더부(67X)는, 이송 나사 부재(68)를 회전 가능하게 축지하는 좌우 가이드부(69a)와, 이송 나사 부재(68)에 형성된 수나사부(68a)에 나사 결합하는 암나사부(67Xb)를 갖고, 이송 나사 부재(68)의 회전에 따라 맞댐 방향(X 방향)에 수평으로 슬라이드 이동한다.

가이드 부재(69)는, 평면에서 보아 대략 홈형강 형상을 한 부재이며, 수평 슬라이더부(67X)에 관통 삽입하여 그 수평 슬라이더부(67X)를 미끄럼 운동 가능하게 지지하는 상하 한쌍의 가이드 샤프트(69a)를 가설하고 있다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 가이드 부재(69)의 외측 측면은, 이 가이드 부재(69)의 내측 내벽면으로부터 수직 슬라이더부(67Y)측을 향하여 형성된 4개의 카운터 보어 구멍에, 각각 체결 부재(T5)가 끼워 넣어져 수직 슬라이더부(67Y)의 측면에 접촉한 상태로 볼트 체결되어 있다.

상기 체결 부재(T2)는, 토치 클램프 장착 스테이(46)의 측면으로부터 슬라이더(67)에 끼워 넣어지며, 토치 클램프 장착 스테이(46)와 슬라이더(67)를 연결하기 위한 볼트이다.

<<중간 전극용 토치 클램프 기구의 구성>>

도 12 내지 도 13에 도시하는 중간층 전극용 토치(30)에는, 상기한 바와 같이 선행 전극용 토치(10)에 마련된 선행 전극용 토치 클램프 기구(40A)와 대략 동일한 중간 전극용 토치 클램프 기구(40C), 및, 각도 조정 기구(44)가 마련되어 있다.

<중간 전극 토치 위치 조정 기구의 구성>

도 12 내지 도 13에 도시하는 바와 같이, 중간 전극 토치 위치 조정 기구(60C)는, 상기 선행 전극용 토치(10)의 선행 전극 토치 위치 조정 기구(60A)와 마찬가지로, 중간 전극용 토치(30)를 수평 맞댐 방향[화살표(c) 방향]으로 이동시켜, 그 토치(30)의 위치를 조정하는 수평 위치 결정 기구(61C)를 갖고 있지만, 수직 위치 결정 기구(61)에 상당하는 기구를 구비하고 있지 않은 점에서 상이하다. 즉, 중간 전극 토치 위치 조정 기구(60C)는, 노브(63C)의 회전 조작으로 슬라이더(67C)를 용접 방향(Z 방향)으로 미끄럼 운동시키는 것에 의해서, 토치 클램프(45C)를 맞댐 방향[화살표(c) 방향]으로 이동시켜서 위치 조정할 수 있는 구조로 되어 있다.

중간 전극 토치 위치 조정 기구(60C)는, 상기 선행 전극 토치 위치 조정 기구(60A)와 마찬가지로, 노브(63C)와 이송 나사 부재(65C)와 고정대(66C)와 슬라이더(67C)를 구비하며, 베이스(50)에 배치된다. 또한, 중간 전극 토치 위치 조정 기구(60C)는, 베이스(50)와 고정대(66C) 사이에, 적절한 두께의 스페이서(도시 생략)를 개재하는 것에 의해서, 수직 방향의 높이를 조정하는 것도 가능하다.

중간 전극용 토치(30)를 이동시키는 노브(63C)는 1개이다.

이송 나사 부재(65C)는, 고정대(66C)에 마련된 지지판부(66Ca)에 지지되며 베이스(50)에 대하여 수평으로 배치되어 있다.

고정대(66C)는, 맞댐 방향(X 방향)을 향하여 연장된 가이드 샤프트(66C)의 양 단부를 보지하는 지지판부(66Ca)와, 슬라이더(67C)가 미끄럼 운동하는 미끄럼 운동면(66Ce)을 갖는 측면에서 보아 대략 홈형강 형상을 한 부재이며, 베이스(50) 상의 소정 위치에 볼트 체결된다.

슬라이더(67C)는, 노브(63C)의 회동 조작에 의한 이송 나사 부재(65C)의 회전에 따라 수평인 미끄럼 운동면(66Ce) 상을 수평 방향[화살표(c)방향]으로 미끄럼 운동시켜서, 토치 클램프(45C)를 맞댐 방향(X 방향)으로 이동시킨다.

<<베이스의 구성>>

도 7에 도시하는 바와 같이, 베이스(50)는, 선행 전극 토치 위치 조정 기구(60A), 후행 전극 토치 위치 조정 기구(60B) 및 중간 전극 토치 위치 조정 기구(60C)의 고정대(66, 66C)를 각각 소정 위치에 탑재하기 위한 탑재용 테이블이며, 후판 금속으로 이루어진다. 베이스(50)에는, 고정대(66, 66C)를 용접 방향의 소정 위치에 고정하는 용접 방향 위치 조정 기구(60D)의 체결구(T3)를 이 베이스(50)의 판면을 따라 이동 가능하게 삽입시키는 기다란 구멍(50a)(도 5 참조)이 복수 형성되어 있다. 또한, 베이스(50)에는, 이 베이스(50)를 승강시키는 상기 우측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(81)(승강 장치)(도 5 참조)와, 베이스(50)를 맞댐 방향으로 이동시키는 맞댐용 에어 실린더(83)(맞댐 방향 이동 장치) 및 도시하지 않은 용접 방향 에어 실린더(이동 장치)와, 이 베이스(50)로부터 피용접 재료(1)의 맞댐 방향에 돌출하여 배치된 위치 결정 도그부(70)가 볼트 체결되어 있다.

<<용접 방향 위치 조정 기구의 구성>>

도 14에 도시하는 바와 같이, 용접 방향 위치 조정 기구(60D)는, 베이스(50)에 탑재된 고정대(66, 66C)를 용접 방향에 수평 이동시키고, 선행 전극용 토치(10), 후행 전극용 토치(20), 중간 전극용 토치(30)의 위치를 각각의 용접 방향의 소정 위치에 조정하여 고정하는 것이다. 용접 방향 위치 조정 기구(60D)는, 고정대(66, 66C)에 형성된 암나사부(66d)와, 베이스(50)에 용접 방향으로 길게 형성된 기다란 구멍(50a)과, 이 기다란 구멍(50a)에 용접 방향으로 미조정할 수 있도록 이동 가능하게 삽입하고 고정대(66, 66C)의 암나사부(66, 66Cd)(도 13 참조)에 나사 결합하고 고정대(66, 66C)를 소정 위치에 고정하는 위치 조정용의 체결구(T3)를 구비하여 구성되어 있다.

<<위치 결정 도그부의 구성>>

도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 위치 결정 도그부(70)는, 베이스(50) 상에 재설된 용접 전극용 토치(10, 20) 및 중간 전극용 토치(30)의 피용접 재료(1)에 대한 수평 위치 및 수직 위치를 정확하게 모방 결정하기 위한 장치이다. 위치 결정 도그부(70)는, 우측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(81) (도 5 참조)(승강 장치)와, 베이스(50)를 맞댐 방향으로 이동시키는 맞댐용 에어 실린더(83)(맞댐 방향 이동 장치) 등에 의해서 베이스(50)와 함께 그 위치를 조정할 수 있도록 되어 있다. 이 때문에, 위치 결정 도그부(70)는, 피용접 재료(1)에 대한 각 토치(10, 20, 30)의 위치를 초기 조정할 때에, 맞댐 방향의 거리를 판단할 수 있기 때문에, 맞댐 방향의 위치를 결정하기 쉽게 할 수 있다.

도 14의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 위치 결정 도그부(70)는, 베이스(50)의 하면에 체결 부재(T4)로 고정된 대략 사각의 후판 형상의 것으로 이루어진다. 위치 결정 도그부(70)는, 베이스(50)에 수평 상태로 고정된 장척 부재(71)이다. 또한, 피용접 재료(1)의 근접 거리를 검출하는 센서를 구비하여도 좋다.

<<용접 장치의 동작>>

다음에, 도 4 내지 도 11을 참조하여 용접 장치(S)의 동작에 대하여 설명한다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 용접 장치(S)로 용접할 때, 우선, 피용접 재료(1)의 하판(2)을 가대 프레임(140)의 각부(141, 141) 사이에 레일(150)을 따라서 배치하고, 하판(2) 상의 소정 위치에 입판(3)을 탑재하여 고정한다.

다음에, 도 5에 도시하는 용접 헤드부(4)를 헤드 유닛 장치(200)로 피용접 개소(1a)의 상방 근방까지 이송한다. 그리고, 용접 헤드부(4)를 상하 운동용 실린더(270)로 피용접 개소(1a)의 높이 근방까지 이송한다.

도 11의 (a) 및 (b)에 도시하는 토치 클램프(45)의 체결 부재(T1)를 일단 느슨하게 하여, 피용접 재료(1)의 피용접 개소(1a)에 대한 선행 전극용 토치(10)[후행 전극용 토치(20)]의 축 방향[화살표(a) 방향] 및 축 회전 방향[화살표(b) 방향]의 위치를 조정한다.

또한, 이 경우, 선행 전극용 토치(10)는, 굽힘부(10a)가 굴곡 또는 만곡 상태로 굽혀져 형성된 만곡형 토치로 이루어지므로, 그 토치를 회동시키면, 선행 전극(11)이 보지 구멍(45a)의 중심선을 중심으로 하여 축회전 방향[화살표(b) 방향]으로 회동하고, 선행 전극(11)의 피용접 개소(1a)에 대한 전진각 및 후퇴각을 조정하는 것이 가능하다.

다음에, 토치 클램프(45)의 지축 부재(47) 및 토치 클램프 지지구(48)를 일단 느슨하게 하여, 피용접 재료(1)의 피용접 개소(1a)에 대한 선행 전극용 토치(10)[후행 전극용 토치(20)]의 수직 방향(Y 방향)의 각도를 적절한 각도로 조정한다.

동일하게 하여, 중간 전극용 토치(30)의 축 방향 및 축 회전 방향의 위치 조정과, 피용접 재료(1)의 피용접 개소(1a)에 대한 선행 전극용 토치(10)의 수직 방향(Y 방향)의 각도를 적절한 각도로 조정을 실행한다.

다음에, 도 6 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 수평 위치 결정 기구(62)의 노브(63)를 회전 조작하여 이송 나사 부재(68)를 회전시키는 것에 의해서, 토치 클램프(45)와 일체적으로 이동하는 수평 슬라이더부(67X)를 맞댐 방향으로 이동시키고, 선행 전극용 토치(10)의 맞댐 방향(X 방향)의 위치를 미조정한다.

또한, 도 7 내지 도 9에 도시하는 바와 같이, 수직 위치 결정 기구(61)의 노브(64)를 회전 조작하여 이송 나사 부재(65)를 회전시키는 것에 의해서, 토치 클램프(45)와 일체적으로 이동하는 수직 슬라이더부(67Y)를 수직 방향(Y 방향)으로 이동시키고, 선행 전극용 토치(10)의 수직 방향의 위치를 미조정한다.

이와 동일하게 하여 후행 전극용 토치(20)에 수직 방향 및 맞댐 방향의 위치를 미조정한다.

도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 중간 전극용 토치(30)는, 노브(63C)를 회동 조작시키는 것에 의해서 이송 나사 부재(65C)를 회전시키는 것에 의해, 토치 클램프(45C)와 일체적으로 이동하는 슬라이더(67C)를 맞댐 방향[화살표(c) 방향]으로 이동시키고, 중간 전극용 토치(30)의 수평 방향의 위치를 미조정한다.

또한, 각 토치(10, 20, 30)의 용접 방향의 위치를 조정하는 경우는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 용접 방향 위치 조정 기구(60D)의 체결구(T3)의 체결력을 느슨하게 하고 고정대(66, 66C)를 용접 방향으로 이동시켜서 미조정한다. 이것에 의해, 선행 전극(11)과 후행 전극(21)의 극간 거리를 15mm 내지 50mm의 범위로 조정한다.

<<다전극 가스 실드 아크 용접 방법>>

다음에, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법에 대해서, 적절히, 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 상기한 다전극 가스 실드 아크 용접 장치(S)를 이용하여 실행할 수 있다.

즉, 다전극 가스 실드 아크 용접 방법은, 선행 전극(11)과, 후행 전극(21)을 구비하고, 또한 선행 전극(11)과 후행 전극(21) 사이에 중간 전극(31)을 구비하는 용접 장치(S)를 이용하는 용접 방법이다. 여기서, 이 용접 방법에 있어서는, 선행 전극(11)과, 후행 전극(21)의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 설정하고, 선행 전극(11) 및 후행 전극(21)에 역극성의 직류 전류를 흐르게 하는 동시에, 중간 전극(31)에, 정전류 특성 또는 수하 특성의 교류 전류를 흐르게 하여 용접하는 것을 특징으로 하는 것이다.

다음에, 본 발명에 따른 다전극 가스 실드 아크 용접 방법의 구체적인 일예에 대하여, 이하에 설명한다.

이 용접 방법에 있어서는, 설정 공정과, 용접 공정을 갖는다. 이하, 각 공정에 대하여 설명한다.

(설정 공정)

설정 공정은, 선행 전극(11), 및 후행 전극(21)을 각각 정전압 특성을 갖는 직류 전원(L, R)의 정극에 접속하고, 피용접 재료(1)를 부극에 접속하는 공정과, 중간 전극(31) 및 피용접 재료(1)를, 정전류 특성 또는 수하 특성을 갖는 중간 전극용 교류 전원(M)에 접속하는 공정과, 선행 전극(11)과, 후행 전극(21)의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 하는 공정을 포함하는 공정이다. 또한, 설정 공정 중의 각 공정은, 순서는 특별히 규정되는 것이 아니며, 무순서로 실행하면 좋다. 일예로서, 이하의 순서로 설정 공정을 실행할 수 있다.

용접을 실행할 때, 우선, 선행 전극(11), 및 후행 전극(21)을 각각 정전압 특성을 갖는 직류 전원(L, R)의 정극에 접속하고, 피용접 재료(1)를 부극에 접속한다. 또한, 중간 전극(31) 및 피용접 재료(1)를 정전류 특성 또는 수하 특성을 갖는 중간 전극용 교류 전원(M)에 접속한다.

다음, 선행 전극(11) 및 후행 전극(21)의 각도를 조정하는 경우에는, 선행 전극(11)을 후퇴각으로 보지하고, 후행 전극(21)을 전진각으로 보지한다. 이들 조정은, 용접 장치(S)가 각도 조정 기구(44)를 구비하는 경우에는, 각도 조정 기구(44)에 의해 실행한다. 각도 조정 기구(44)에 대해서는, 상기 설명한 바와 같으므로, 여기에서는 설명을 생략한다.

다음에, 선행 전극(11)과, 후행 전극(21)의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 설정한다. 또한, 필요에 따라서, 중간 전극(31)의 위치를 조정하는 동시에, 각 전극의 피용접 재료(1)로부터의 위치를 조정한다. 그 때, 중간 전극(31)을 선행 전극(11), 및 후행 전극(21)이 형성된 용융지에 접촉하게 공급되도록 조정하는 것이 바람직하다. 이들 조정은, 용접 장치(S)가 위치 조정 기구(60)나 용접 방향 위치 조정 기구(60D)를 구비하는 경우에는, 위치 조정 기구(60), 용접 방향 위치 조정 기구(60D)에 의해 실행한다. 위치 조정 기구(60), 용접 방향 위치 조정 기구(60D)에 대해서는, 상기 설명한 바와 같으므로, 여기에서는 설명을 생략한다.

또한, 상기한 바와 같이, 이들 순서에 있어서는, 선행 전극(11), 후행 전극(21) 및 피용접 재료(1)의 직류 전원(L, R)으로 접속, 중간 전극(31) 및 피용접 재료(1)의 중간 전극용 교류 전원(M)으로의 접속, 선행 전극(11) 및 후행 전극(21)의 각도의 조정, 각 전극의 위치의 조정 등은, 본 발명의 실시에 지장이 없는 범위에서, 어느 순서로 실행하여도 좋다.

(용접 공정)

용접 공정은, 상기 설정 공정 후에, 선행 전극(11), 후행 전극(21), 및 중간 전극(31)에 전류를 공급하여 용접을 실행하는 공정이다.

용접 공정에 있어서, 직류 전원(L, R)에 의해 선행 전극(11) 및 후행 전극(21)에 역극성의 직류 전류를 흐르게 하고, 중간 전극용 교류 전원(M)에 의해 중간 전극(31)과 피용접 재료(1) 사이에 정전류 특성 또는 수하 특성의 교류 전류를 흐르게 하여 용접한다.

그 때, 전극 송급 수단(13) 및 속도 제어 수단(18)에 의해, 선행 전극(11), 후행 전극(21), 및 중간 전극(31)을 각각, 일정 속도로 송급하는 것이 바람직하다. 또한, 중간 전극(31)을 선행 전극(11), 및 후행 전극(21)이 형성된 용융지(8)에 접촉하도록 공급하는 것이 바람직하다.

또한, 전류를 흐르게 하는 것 자체에 관해서는, 각 전극에 전류를 흐르게 하는 순서는 특별히 규정되는 것이 아니며, 무순서로 실행하면 좋다. 또한, 동시에 실행하여도 좋다.

이와 같은 다전극 가스 실드 아크 용접 방법에서는, 우선, 선행 전극(11), 및 후행 전극(21)의 선단에 아크를 발생시켜, 피용접 재료(1)인 하판과 입판(3)의 용접 개소에 용융지(8)를 형성시킨다. 한편, 중간 전극(31)을, 용융지(8)의 용기(5)에 삽입한다. 그 상태에서, 용접 장치(S)는 각 전극을 용접 방향으로 이동시킨다. 그리고, 이동한 후의, 용융지(8)가 응고하여 용접 금속(7)이 된다. 또한, 용접 금속(7)의 표면에 용접 슬래그(19)가 형성된다.

또한, 본 발명의 용접 방법은 상기 방법에 한정되는 것이 아니며, 선행 전극(11)과, 후행 전극(21)의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 설정하고, 선행 전극(11), 및 후행 전극(21)에 역극성의 직류 전류를 흐르게 하고, 중간 전극(31)에, 정전류 특성 또는 수하 특성의 교류 전류를 흐르게 하여 용접하는 것이면, 다른 방법을 채용할 수도 있다.

이와 같이, 종래 기술에 있어서는, 중간 전극에 직류 정전류 전원으로부터 전류를 공급하고 있었지만, 본 발명에 있어서는, 중간 전극에 교류 정전류 전원 혹은 교류 수하 특성 전원을 이용한다. 또한, 중간 전극 와이어는, 여기에서는 일정 속도로 공급한다. 이 경우에서, 중간 전극 와이어의 송급 속도는, 상기 중간 전극에 교류 정전류 전원 혹은 교류 수하 특성 전원으로부터 공급되는 전류에 의한 줄 발열 용융에 일치 혹은 약간 느린 속도로 설정하여 둔다. 이 경우에서는, 상기 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 중간 전극은, 상기 선행극과, 상기 후행극에 의해 형성된 용융지에 접촉된 상태가 거의 유지되지만, 중간 전극 와이어의 송급 저항의 변화나 용접물의 변화 등의 외란에 의해, 때로는 중간 전극은 상기 용융지로부터 이격하는 현상이 생긴다. 종래 기술에 있어서는, 이 이격시에 발생하는 아크에 의해 용접이 불안정하게 되는 현상에 근거하는 용접 결함을 초래한다. 그렇지만, 본 발명의 구성에 의하면, 상기 중간 전극과 용융지와의 이격이 생겨도, 교류 전류에 수반하는 교번 전류의 제로점에서 아크는 중단되기 때문에, 실질적인 아크 발생은 없으며, 따라서 상기 용융지가 교란되는 일도 없다.

또한, 상기 선행극의 전류와, 상기 후행극의 전류의 아크 자장 간섭이 중간 전극을 흐르는 교류 전류에 의해 완화된다. 또한, 상기 선행극의 전류와, 상기 후행극의 전류를 높여 고속도 용접을 실행하는 조건 하에서도, 각각의 아크 집중이 중간 전극을 흐르는 교류 전류에 의한 발생 자장의 영향을 받아 용접 방향으로 넓어지는 상태가 된다. 이것에 의해, 고능률 용접하에서도 용융지가 안정되게 형성된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 설계 변경 가능하다.

1 : 피용접 재료 1a : 피용접 개소
2 : 하판(피용접 재료) 3 : 입판(피용접 재료)
4 : 용접 헤드부 5 : 용기
6 : 배전반 7 : 용접 금속
8 : 용융지 9 : 절연 부시
10 : 선행 전극용 토치
11 : 선행 가스 실드 아크 용접 전극[선행 전극(전극)]
13 : 전극 송적 수단 14 : 전극 송급 속도 설정기
15 : 전극 송급 모터 제어 회로 16 : 전극 송급 모터
17 : 전극 송급 롤러 18 : 속도 제어 수단
19 : 용접 슬래그 20 : 후행 전극용 토치
21 : 후행 가스 실드 아크 용접 전극[후행 전극(전극)]
30 : 중간 전극용 토치 31 : 중간 전극(필러 와이어)
40 : 토치 클램프 기구
40A : 선행 전극용 토치 클램프 기구(토치 지지 기구)
40B : 후행 전극용 토치 클램프 기구(토치 지지 기구)
40C : 중간 전극용 토치 클램프 기구(토치 지지 기구)
44 : 각도 조정 기구 45, 45C : 토치 클램프
45a : 보지 구멍 45b : 절결홈
45c : 나사 구멍 46 : 토치 클램프 장착 스테이
46a : 주축 부재 삽입 구멍 46b : 원호 형상 기다란 구멍
47 : 지축 부재 48 : 토치 클램프 지지구
50 : 베이스 50a : 기다란 구멍
60 : 위치 조정 기구
60A : 선행 전극 토치 위치 조정 기구(위치 조정 기구)
60B : 후행 전극 토치 위치 조정 기구(위치 조정 기구)
60C : 중간 전극 토치 위치 조정 기구(위치 조정 기구)
60D : 용접 방향 위치 조정 기구 61 : 수직 위치 결정 기구
62 : 수평 위치 결정 기구 63, 63C, 64 : 노브
65, 65C, 68 : 이송 나사 부재 65a : 수나사부
66, 66C : 고정대 66a, 66Ca : 지지판부
66d : 암나사부 67, 67C : 슬라이더
69 : 가이드 부재 70 : 위치 결정 도그부
80 : 용접 헤드부 이동 장치
81 : 우측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(승강 장치)
82 : 좌측 용접 헤드부 상하 운동용 실린더(승강 장치)
83 : 맞댐용 에어 실린더(맞댐 방향 이동 장치)
100, 100A : 이동 장치 110 : 용접 방향 이동 장치
120 : 주행 롤러 130 : 주행 모터
140 : 가대 프레임 150 : 레일
200 : 헤드 유닛 장치 210 : 스탠션
220 : 횡방향 가이드 230 : 미끄럼 운동판
240 : 고정 프레임 250 : 상하 운동 프레임
260 : 헤드 유닛 횡운동 모터 270 : 상하 운동용 실린더
L : 직류 전원(선행 전극에 접속된 직류 전원)
N : 너트 M : 중간 전극용 교류 전원
P : 통전 팁
R : 직류 전원(후행 전극에 접속된 직류 전원)
S : 용접 장치(다전극 가스 실드 아크 용접 장치)
T1 : 체결 부재 T3 : 체결구

Claims (10)

1. 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 구비하고, 또한 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극과 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극 사이에 중간 전극을 구비하는 다전극 가스 실드 아크 용접 장치를 이용하는 다전극 가스 실드 아크 용접 방법에 있어서,
   상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극의 극간 거리를 15mm 내지 50mm로 설정하고,
   상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극에 역극성의 직류 전류를 흐르게 하는 동시에, 상기 중간 전극에, 정전류 특성 또는 수하 특성의 교류 전류를 흐르게 하여 용접하고,
   중간 전극 와이어의 송급 속도를, 일정 속도이며, 또한, 상기 중간 전극에 교류 정정류 전원 또는 교류 수하 특성 전원으로부터 공급되는 전류에 의한 줄 발열 용융에 일치하거나 약간 느린 속도로 설정하는 것을 특징으로 하는
   다전극 가스 실드 아크 용접 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극은, 플럭스 코어드 와이어인 것을 특징으로 하는
   다전극 가스 실드 아크 용접 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 극간 거리를 설정하는 공정에 있어서, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극을 후퇴각으로 보지하고, 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 전진각으로 보지하며,
   상기 용접하는 공정에 있어서, 상기 중간 전극을, 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극이 형성된 용융지(溶融池)에 접촉하도록 공급하는 것을 특징으로 하는
   다전극 가스 실드 아크 용접 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   수평 필렛 용접에 적용되는 것을 특징으로 하는
   다전극 가스 실드 아크 용접 방법.
5. 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 구비하고, 또한 상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극과 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전기 사이에 중간 전극을 구비하는 다전극 가스 실드 아크 용접 장치에 있어서,
   상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극이, 각각 정극에 접속되고, 피용접 재료가 부극에 접속되는 동시에, 정전압 특성을 갖는 2개의 직류 전원과,
   상기 중간 전극 및 상기 피용접 재료에 접속되는 동시에, 정전류 특성 또는 수하 특성을 갖는 중간 전극용 교류 전원을 구비하고,
   상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극과, 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극과의 극간 거리가 15mm 내지 50mm로 설정되고,
   중간 전극 와이어의 송급 속도는, 일정 속도이며, 또한, 상기 중간 전극에 교류 정정류 전원 또는 교류 수하 특성 전원으로부터 공급되는 전류에 의한 줄 발열 용융에 일치하거나 약간 느린 속도로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는
   다전극 가스 실드 아크 용접 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극, 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극, 및 상기 중간 전극을 각각 일정 속도로 송급하는 전극 공급 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는
   다전극 가스 실드 아크 용접 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 선행 가스 실드 아크 용접 전극 및 상기 후행 가스 실드 아크 용접 전극을 각각 지지하는 2개의 용접 전극용 토치와, 상기 중간 전극을 지지하는 중간 전극용 토치와,
   상기 용접 전극용 토치, 상기 중간 전극용 토치를 각각 지지하는 각각의 토치 클램프와,
   상기 각 토치 클램프가 지지되는 베이스를 구비하고,
   상기 토치 클램프를 각각 소정 각도 회동시켜서 상기 용접 전극용 토치 및 상기 중간 전극용 토치의 설치 각도를 각각 조정하는 각각의 각도 조정 기구와,
   상기 각도 조정 기구를 전체 방향으로 이동시켜서 상기 용접 전극용 토치, 상기 중간 전극용 토치의 위치를 각각 위치 조정하는 각각의 위치 조정 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
   다전극 가스 실드 아크 용접 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 위치 조정 기구는, 상기 각 토치 클램프를 각각 수직 방향으로 이동시켜서 위치 조정할 수 있는 수직 위치 결정 기구와,
   상기 각 토치 클램프를 각각 맞댐 방향으로 이동시켜서 위치 조정할 수 있는 수평 위치 결정 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
   다전극 가스 실드 아크 용접 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 베이스는, 상기 용접 전극용 토치 및 상기 중간 전극용 토치를 용접 방향으로 이동시켜서, 각 전극 사이의 거리를 조정하는 용접 방향 위치 조정 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
   다전극 가스 실드 아크 용접 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 베이스는, 상기 용접 전극용 토치 및 상기 중간 전극용 토치를 용접 방향으로 이동시켜서, 다전극 사이의 거리를 조정하는 용접 방향 위치 조정 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    다전극 가스 실드 아크 용접 장치.

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