KR101581323B1 - 위빙 서브머지드 용접 장치 - Google Patents

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Abstract

위빙 서브머지드 용접 장치가 소개된다.
이 위빙 서브머지드 용접 장치는 주행휠이 구비되고 용접대상물의 용접선과 나란하게 배치되는 캐리지와, 주행휠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환시키는 구동전달수단과, 구동전달수단의 직선 왕복운동을 이용하여 토치를 용접선의 폭방향으로 이동시키는 토치기구를 포함할 수 있다.

Description

위빙 서브머지드 용접 장치{WEAVING SUBMERGED WELDING APPARATUS}
본 발명은 위빙 서브머지드 용접 장치에 관한 것으로, 캐리지의 주행력을 이용하여 토치를 용접선 상에서 용접선의 폭방향으로 위빙시킬 수 있는 위빙 서브머지드 용접 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 대형 선박이나 해양 구조물의 제작에 있어서 판과 판, 블록과 블록을 용접할 때 철판과 철판을 용접하게 된다. 철판의 용접은 비교적 입열이 적은 CO2용접으로 초층 용접을 실시한 후 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding :SAW)으로 마무리하게 된다.
서브머지드 아크 용접은 입상의 플럭스 밑에서 와이어와 모재 사이에 아크(arc)를 발생시켜 얻는 열로서 2개 이상의 피 접합물을 용접한다. 이때, 아크는 플럭스(flux)로 덮혀 있어 외부에 노출되지 않으며, 플럭스는 공기를 차단함으로써 용접금속의 정련작용을 보호한다. 이러한 서브머지드 아크 용접은 열효율이 매우 높으며 피복아크용접에 비해 3배 이상의 융착속도를 낼 수 있다.
이와 관련하여 "서브머지드아크용접 위빙 장치(국내등록특허 10-0841822)"가 참고될 수 있다.
종래 기술은 주행대차를 용접 방향으로 주행시키고, 용접노즐을 위빙기구부에서 용접선 방향의 직교방향으로 왕복 이동시켜, 용접선을 용접한다.
그런데, 종래 서브머지드아크용접 위빙 장치의 경우, 위빙기구부가 주행대차에 수직하게 연결됨에 따라, 주행대차가 용접 방향에서 조금이라도 틀어지게 배치되면, 주행대차가 용접선을 기준으로 사선 방향으로 주행되므로, 용접 불량이 발생될 수 있다.
아울러, 위빙기구부에서 용접노즐을 용접선 방향의 직교방향으로 왕복 이동시키기 위해서는, 용접노즐을 이동시키기 위한 구동모터가 추가로 필요한데, 구동모터의 작동에 필요한 추가 전력 소모로 인해, 용접시 전류 및 전압이 불안정될 수 있고, 결국 용접품질이 불량해질 수 있다.
특허문헌: 국내등록특허 10-0841822 (2008.06.20. 등록)
본 발명의 실시예들은 캐리지의 주행력을 이용하여 토치의 안정적인 위빙 모션을 구현할 수 있는 위빙 서브머지드 용접 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 주행휠이 구비되고 용접대상물의 용접선과 나란하게 배치되는 캐리지; 상기 주행휠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환시키는 구동전달수단; 및 상기 구동전달수단의 직선 왕복운동을 이용하여 토치를 상기 용접선의 폭방향으로 이동시키는 토치기구를 포함할 수 있다.
이때, 상기 구동전달수단은 상기 주행휠의 회전축에 마련되는 제 1 베벨기어; 상기 제 2 베벨기어에 맞물리는 제 2 베벨기어; 상기 캐리지에 회전 가능하게 장착되고, 일단에 상기 제 2 베벨기어가 연결되고, 타단에 위상차를 갖는 판캠이 마련되는 캠샤프트; 및 상기 판캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하여 상기 토치에 전달하는 캠팔로어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 판캠의 가장자리부에 상기 캠팔로어의 단부가 밀착되도록 상기 캠팔로어를 탄성 지지하는 탄성스프링을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 토치기구는 상기 캐리지의 측부에서 상기 용접선의 폭방향으로 수평 연장되는 가이드레일; 상기 구동전달수단에 연결되고, 상기 가이드레일을 따라 이동가능하게 장착되는 가이드프레임; 및 상기 가이드프레임에 장착되어 상기 용접선을 용접하는 토치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 토치기구는 상기 가이드프레임에서 상기 용접선의 폭방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 토치가 장착되는 슬라이드 블록; 및 상기 가이드프레임에 자유 회전가능하게 결합되어 회전시 상기 슬라이드 블록을 이동시키는 조정손잡이를 포함할 수 있다.
또한, 상기 토치에 용접와이어를 제공하도록 상기 캐리지에 설치되는 와이어드럼; 및 상기 토치의 용접 조건 및 위빙 조건을 제어하기 위한 컨트롤패널을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 캐리지의 주행휠에 의한 회전력을 토치의 위빙 모션과 연동시킴으로써, 별도의 구동원 없이도 토치를 용접선의 폭방향으로 위빙시킬 수 있고, 위빙 모션을 위한 전력 추가시 발생되는 불안정한 전류, 전압으로 인한 용접변형을 미연에 방지할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 캠 원리를 이용하여 주행휠의 회전운동을 토치의 직선 왕복운동으로 변환시킴으로써, 캐리지를 이동시키는 동작만으로 광폭 용접을 효과적으로 구현할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 토치의 정밀한 폭방향 위치 조절을 통해, 토치의 위빙 범위를 정밀하게 제어할 수 있으므로, 용접선의 고른 용접을 통해 용접 품질을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 변형예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치의 미세 작동 상태를 도시한 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치의 작동 상태를 도시한 상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 변형예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치는, 캐리지(100), 구동전달수단(300), 토치기구(200), 와이어드럼(410) 및 컨트롤패널(420)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 캐리지(100)는 용접대상물(10)의 용접선(11)과 나란하게 주행 가능한 이동대차로, 주행시 발생되는 구동력을 구동전달수단(300)을 통해 토치기구(200)에 전달함으로써, 토치(240)가 용접선(11)의 폭방향으로 이동되도록 한다. 여기서, 용접선(11)의 폭방향은 용접대상물(10) 상에 전개되는 용접선(11)의 길이방향에 수직되는 방향으로 정의될 수 있다.
캐리지(100)는 용접선(11)과 나란하게 배치되는 본체(110)와, 용접대상물(10)의 상면을 이동할 수 있도록 본체(110)의 양측부에 나란하게 마련되는 다수개의 주행휠(120)을 포함할 수 있다. 주행휠(120)은 회전축(121) 및 베어링(122)을 매개로 본체(110)의 측부에 회전 가능하게 장착될 수 있고, 주행휠(120)의 중앙부에는 후술하는 구동전달수단(300)의 제 1 베벨기어(310)가 마련될 수 있다.
구동전달수단(300)은 주행휠(120)의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환시키기 위한 구성으로, 제 1 베벨기어(310), 제 2 베벨기어(320), 캠샤프트(330), 캠팔로어(340) 및 탄성스프링(350)을 포함할 수 있다. 제 1 베벨기어(310)는 캐리지(100)의 측방향을 향하도록 주행휠(120)의 회전축(121)에 배치되는 베벨기어로, 제 2 베벨기어(320)와 직교되게 맞물려, 주행휠(120)의 회전력을 제 2 베벨기어(320)에 전달할 수 있다. 제 2 베벨기어(320)는 캐리지(100)의 하방향을 향해 제 1 베벨기어(310)과 맞물리게 배치되고, 제 2 베벨기어(320)의 회전 중심에는 캠샤프트(330)가 연결될 수 있다.
그리고 캠샤프트(330)는 캐리지(100)에 회전 가능하게 장착되고, 하단에 제 2 베벨기어(320)가 연결되고, 상단에 판캠(331)이 마련될 수 있다. 여기서 판캠(331)은 가장자리부를 따라 위상차를 갖는 판상(板狀)의 캠으로, 판캠(331)의 가장자리부에 캠팔로어(340)가 접촉되게 배치되므로, 캠샤프트(330)의 회전시, 주기적인 왕복 직선운동을 캠팔로어(340)에 제공할 수 있다.
또한, 캠팔로어(340)는 판캠(331)에서 제공된 직선 왕복운동을 토치(240)에 전달할 수 있다. 이를 위해, 캠팔로어(340)는 캐리지(100)의 수직 측벽(101)에 입출가능하게 장착되고, 캠팔로어(340)의 일단은 판캠(331)의 가장자리부에 접촉되게 위치되며, 캠팔로어(340)의 타단은 토치기구(200)의 가이드프레임(210)에 연결된다. 이때, 캠팔로어(340)는 탄성스프링(350)에 의해 수직 측벽(101)에 탄성 지지되므로, 캠팔로어(340)의 일단은 판캠(331)의 가장자리부에 밀착될 수 있다.
아울러, 탄성스프링(350)은 캠팔로어(340)의 지지돌기(341)와 수직 측벽(101) 사이에 배치되는 탄성부재로, 캠팔로어(340)를 판캠(331)의 가장자리부에 밀착시키기 위한 탄성력을 제공할 수 있다.
토치기구(200)는 가이드레일(231), 가이드프레임(210), 토치(240), 슬라이드 블록(260) 및 조정손잡이(250)를 포함하는 구성으로, 캐리지(100)의 일측부에 설치될 수 있다. 가이드레일(231)은 캐리지(100)의 측부에서 용접선(11)의 폭방향으로 수평 연장되는 레일로 이루어지고, 가이드프레임(210)의 가이드편(232)을 용접선(11)의 폭방향으로 안내할 수 있다. 가이드프레임(210)은 구동전달수단(300)의 캠팔로어(340)에 연결되고, 가이드편(232)을 매개로 가이드레일(231)을 따라 이동가능하게 장착될 수 있다.
그리고 토치(240)는 구동전달수단(300)에 의한 직선 왕복운동시, 용접선(11)의 폭방향으로 왕복 이동될 수 있으며, 후술하는 와이어드럼(410)으로부터 용접와이어(430)를 공급받아, 용접선(11)을 용접할 수 있다. 이 토치(240)는 슬라이드 블록(260)을 통해 가이드프레임(210) 상에 슬라이딩 이동 가능하게 장착될 수 있다.
또한, 슬라이드 블록(260)은 가이드프레임(210)에서 용접선(11)의 폭방향으로 이동 가능하게 설치되고, 슬라이드 블록(260)에는 송급모터(220) 및 토치(240)가 장착될 수 있으며, 슬라이드 블록(260)의 일측부에는 조정손잡이(250)의 이동바(251)가 연결될 수 있다. 조정손잡이(250)는 가이드프레임(210)에 자유 회전가능하게 결합되고, 회전시 슬라이드 블록(260)을 용접선(11)의 폭방향으로 미세하게 이동시킴으로써, 용접선(11)에 대한 토치(240)의 폭방향 이동거리를 정밀하게 조정할 수 있다.
본 실시예에서, 토치(240)는 조정손잡이(250)의 회전시 토치(240)를 용접선(11)의 폭방향으로 미세조정할 수 있는 구조에 대해서 설명하였지만, 토치(240)는 별도의 미세 조정 없이도, 용접선(11)의 폭방향으로 이동되는 구조일 수 있다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예로, 토치(240)는 고정 블록(270)을 통해 가이드프레임(210)에 고정 설치될 수 있고, 고정 블록(270)에는 와이어드럼(410)의 용접와이어(430)를 토치(240)로 공급하기 위한 송급모터(220)가 장착될 수 있다.
한편, 와이어드럼(410)은 캐리지(100)의 타측부에 설치되고, 와이어드럼(410)에는 용접와이어(430)가 권취될 수 있다. 여기서, 용접와이어(430)는 송급모터(220)에 의해 와이어드럼(410)에서 토치(240)로 공급되고, 토치(240)의 끝단에서 아크를 발생하며 녹게 된다.
컨트롤패널(420)은 토치(240)의 용접 조건을 제어할 수 있다. 예컨대, 컨트롤패널(420)은 송급모터(220)를 조절하여 용접와이어(430)의 공급속도를 제어할 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치의 미세 작동 상태를 도시한 상태도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위빙 서브머지드 용접 장치의 작동 상태를 도시한 상태도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 캐리지(100)를 용접대상물(10)의 용접선(11)과 나란하게 배치하고, 토치(240)가 용접선(11) 상에 정확하게 위치되도록 조정손잡이(250)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시켜 슬라이드 블록(260)을 가이드프레임(210) 상에서 용접선(11)의 폭방향으로 미세하게 이동시킨다.
도 4에 도시된 바와 같이, 캐리지(100)가 용접선(11)과 나란하게 배치되고 토치(240)가 용접선(11) 상에 위치되면, 캐리지(100)를 용접선(11)과 나란하게 이동시키면서 용접와이어(430)를 토치(240)의 단부에 공급하여 용접선(11)을 용접한다. 이때, 캐리지(100)의 이동에 따른 주행휠(120)의 회전력이 구동전달수단(300)을 통해 왕복 직선운동으로 변환되면서, 토치(240)는 용접선(11)의 폭방향으로 위빙모션될 수 있다.
즉, 캐리지(100)가 용접선(11)과 나란하게 이동하면서 캐리지(100)의 주행휠(120)이 회전되면, 주행휠(120)의 회전에 의해, 제 1 베벨기어(310) 및 제 2 베벨기어(320)가 회전되고, 제 2 베벨기어(320)의 회전을 통해 캠샤프트(330)의 판캠(331)이 회전되면, 판캠(331)의 가장자리부 위상차에 의해, 캠팔로어(340)는 용접선(11)의 폭방향으로 왕복 직선운동할 수 있다. 이때, 캠팔로어(340)의 왕복 직선운동에 의해, 가이드프레임(210)의 가이드편(232)은 가이드레일(231)을 따라 왕복 직선운동하게 되므로, 가이드프레임(210)에 설치된 토치(240)는 용접선(11) 상에서 용접선(11)의 폭방향으로 위빙모션될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 캐리지의 주행휠에 의한 회전력을 토치의 위빙 모션에 연동시켜, 별도의 구동원 없이도 토치를 용접선 상에서 용접선의 폭방향으로 위빙시킬 수 있으므로, 불안정한 전류, 전압으로 인한 용접변형을 미연에 방지할 수 있고, 캠 원리를 이용하여 주행휠의 회전운동을 토치의 직선 왕복운동으로 변환시켜, 캐리지를 이동하는 동작만으로 효과적인 광폭 용접을 구현할 수 있으며, 토치의 정밀한 폭방향 위치 조절을 통해, 토치의 위빙 범위를 정밀하게 제어할 수 있으므로, 용접선을 고르게 용접하여 용접 품질을 향상시킬 수 있는 등의 우수한 장점을 갖는다.
상기에서 본 발명을 실시 예를 통해 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
100 :캐리지 110 :본체
120 :주행휠 121 :회전축
200 :토치기구 210 :토치프레임
220 :송급롤러 231 :가이드레일
232 :가이드편 240 :토치
250 :조정손잡이 260 :슬라이드 블록
300 :구동전달수단 310 :제 1 베벨기어
320 :제 2 베벨기어 330 :캠샤프트
340 :캠팔로어 350 :탄성스프링
410 :와이어드럼 420 :컨트롤패널
430 :용접와이어

Claims (6)

  1. 주행휠이 구비되고 용접대상물의 용접선과 나란하게 배치되는 캐리지;
    상기 주행휠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환시키는 구동전달수단; 및
    상기 구동전달수단의 직선 왕복운동을 이용하여 토치를 상기 용접선의 폭방향으로 이동시키는 토치기구를 포함하고,
    상기 구동전달수단은
    상기 주행휠의 회전축에 마련되는 제 1 베벨기어;
    상기 제 2 베벨기어에 맞물리는 제 2 베벨기어;
    상기 캐리지에 회전 가능하게 장착되고, 일단에 상기 제 2 베벨기어가 연결되고, 타단에 위상차를 갖는 판캠이 마련되는 캠샤프트; 및
    상기 판캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하여 상기 토치에 전달하는 캠팔로어를 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판캠의 가장자리부에 상기 캠팔로어의 단부가 밀착되도록 상기 캠팔로어를 탄성 지지하는 탄성스프링을 더 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 토치기구는
    상기 캐리지의 측부에서 상기 용접선의 폭방향으로 수평 연장되는 가이드레일;
    상기 구동전달수단에 연결되고, 상기 가이드레일을 따라 이동가능하게 장착되는 가이드프레임; 및
    상기 가이드프레임에 장착되어 상기 용접선을 용접하는 토치를 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 토치기구는
    상기 가이드프레임에서 상기 용접선의 폭방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 토치가 장착되는 슬라이더; 및
    상기 가이드프레임에 자유 회전가능하게 결합되어 회전시 상기 슬라이더를 이동시키는 조정손잡이를 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 토치에 용접와이어를 제공하도록 상기 캐리지에 설치되는 와이어드럼; 및
    상기 토치의 용접 조건 및 위빙 조건을 제어하기 위한 컨트롤패널을 포함하는, 위빙 서브머지드 용접 장치.
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