KR101596482B1 - 용접 예열 및 후열용 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접부위에 예열 또는 후열 시 신속하고 안전하게 가열할 수 있으면서 작업 편의성을 향상시킬 수 있도록 한 용접 예열 및 후열용 가열장치(A)를 제공코자 하는 것으로서, 본 발명의 가열장치(A)는 나선형으로 감긴 인덕션코일(1)의 한쪽 측면에 자속을 증가시킬 수 있도록 코어체(2)가 부착 구성되며, 인덕션코일(1)에서 코어체(2)의 반대쪽 측면에 운모 등의 내열성 광물의 플레이트 또는 시트로 이루어진 단열체(3)가 부착 구성되어 인덕션코일(1)의 교류자기장에 의해서 모재(B)의 용접부위에서 열이 발생되도록 구성됨으로써 구조가 단순하여 제조원가를 현저히 줄이면서 가벼워서 용접부위에 설치 및 철거가 극히 용이하게 이루어지며, 가열장치(A) 자체에서 열이 발산되지 않으면서 종래 전열식 예열장치들에 비하여 가열이 보다 신속하게 이루어지며, 인덕션코일(1)과 코어체(2)에 코팅되는 절연체(4)에 의해서 누전 및 감전 등의 위험성도 없으므로 안전성을 월등히 높일 수 있으며, 인덕션코일(1)과 코어체(2) 사이에 개재되는 베이스패널(5)에 의해서 자체 내구성을 향상시킬 수 있는 등 다수의 효과를 갖는 것이다.

Description

용접 예열 및 후열용 가열장치{Heating apparatus for weld preheating and post-heating}

본 발명은 용접 예열 및 후열용 가열장치로서, 이를 보다 상세히 설명하면 선박 및 해양구조물, 플랜트설비 등의 용접부위에 용접을 하기 전 예열하거나, 용접 후에 후열을 행할 시 용접부위를 보다 신속하고 안전하게 가열할 수 있으면서 작업 편의성을 향상시킬 수 있도록 한 용접 예열 및 후열용 가열장치에 관한 것이다.

상기 용접 예열 및 후열용 가열장치와 관련하여 일반적으로 선박의 건조 및 해양구조물의 설치, 플랜트설비 등에서와 같이 용접되는 모재(母材)가 두껍거나 클 경우 용접 후 용접부위가 쉽게 파손되거나 각종 용접불량이 발생되며, 이러한 용접부위의 파손 및 불량을 방지하기 위하여 용접부위에 용접 전 예열(preheating) 또는 용접 후 후열(post heating, =용접 후 열처리(post weld heat treatment)라고도 함)을 행하고 있는바, 상기 용접 예열에 의해서는 용접 전 용접부위의 온도를 높여서 냉각 속도를 늦추어 열영향부의 경도를 낮추면서 인성을 증가시키며, 용접에 의한 변형과 잔류응력을 저감시키며, 균열을 방지할 수 있는 것이며, 그리고 상기 용접 후열에 의해서는 용접에 의해 구조적으로 약해진 용접부위와 주변을 가열하여 잔류응력을 제거하면서 응력집중을 완화시키며, 조직의 안정화, 함유 가스의 제거, 부식에 대한 성능 향상 및 피로 강도의 개선 등을 얻을 수 있는 것이다.

이와 같은 용접 전후의 예열 또는 후열을 위한 가열장치로는 대한민국 공개특허 2010년 제96901호(2010년 9월 2일자 공개)나 공개실용신안 2013년 제2507호(2013년 4월 26일자 공개)에서와 같이 가스 등의 연료를 공급하여 화염을 분출시켜서 용접부위를 예열하도록 한 기술이 개발되어 왔으나, 이러한 화염에 의한 용접 전후의 예열과 후열은 모재나 용접부위 등에 그을음이 발생되면서 외관이 지저분해지는 문제점과 함께 연료가 되는 가스의 연소 시 인체에 유해한 물질이 다량으로 발산되어 건강에 해롭다는 문제점이 있었으며, 장치의 구성이 복잡하여 설치 및 철거가 어렵고 시간과 비용이 많이 소요되는 문제점도 있었던 것이다.

이와 함께 용접의 예열 또는 후열을 위한 다른 형태의 가열장치로는 대한민국 공개특허 2012년 제90566호(2012년 8월 17일자 공개)나 등록특허 제1382229호(2014년 4월 7일자 공고)에 게재된 바와 같이 전기 공급에 의해 발열되는 열선의 전열에 의해서 예열 또는 후열이 이루어지도록 한 기술이 개발되어 왔으며, 이러한 열선에 의한 가열장치는 상기 연료의 연소에 의해서 분출되는 화염에 의한 가열장치에 비하여 화염을 사용하지 않으므로 모재 등에 그을음이 없어서 외관이 예열이나 후열에 의해서 더럽혀지지 않으므로 외관이 수려하며, 연료를 연소시키지 않으므로 인체에 무해하다는 장점은 있지만, 상기 공개특허 제90566호는 전원을 공급받으면 자체 발열되는 공지된 히터를 사용한다고 되어 있으나 내열성인 세라믹으로 열선을 감싼 세라믹히터를 주로 사용하고 있는 실정이며, 이러한 세라믹히터는 무게가 무거워서 선박 등의 용접부위에 이러한 무거운 세라믹히터로 이루어진 가열장치를 대량으로 설치하려면 수고롭고 설치 및 철거에 드는 시간과 비용이 많이 소요되는 단점과 함께 세라믹히터의 세라믹 조각 사이로 우수(雨水) 등의 수분이 유입되면 열선에서 누전이 발생되어 전기를 공급하고 온도를 설정하는 컨트롤러의 누전차단에 의해서 예열 및 후열 시 지속적인 가열작업이 불가능하였으며, 전열에 의한 발열의 경우 높은 열을 내기 위해서는 저항이 극도로 높은 전열선을 사용해야 하며, 특히 선박 및 해양구조물, 플랜트설비 등의 두꺼운 대형 모재들의 가열을 위해서는 높은 온도로 가열해야 하므로 전력소모량이 많다는 문제점도 가지고 있었으며, 상기 등록특허 제1382229호의 경우에도 전열선의 사용에 의해서 전력소모량이 많으면서 다수의 파이프 속으로 열선을 관통시켜야 하므로 제작이 어려웠으며, 이 역시 다수의 파이프와 이를 지지하는 본체프레임 등 전체가 파이프 형태의 모재 내부로 삽입되는 소형임에도 불구하고 중량이 많이 나가서 설치 및 철거가 어렵고 시간이 많이 소요되는 등 다수의 문제점을 가지고 있었던 것이다.

KR 10-2010-0096901 A 2010. 9. 2. KR 20-2013-0002507 U 2013. 4. 26. KR 10-2012-0090566 A 2012. 8. 17. KR 10-1382229 B1 2014. 4. 7.

본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 본 발명은 용접의 예열 및 후열 시 종래 화염이나 전열선 등 자체적으로 열을 발산하여 용접부위를 가열하던 기술에서 탈피하고자 가열장치 자체에서 열을 발산하지 않으면서도 용접부위를 가열할 수 있도록 하는데 주안점을 두고 개발하였으며, 이와 함께 설치 및 철거가 극히 용이하게 이루어지면서 용접 예열이나 후열 시 가열이 신속하게 이루어지도록 하면서 전기를 연료로 사용하더라도 전력소모량이 종래 전열선에 비하여 현저하게 절감되도록 할 수 있으며, 자체적으로 열이 발생되지 않으면서 누전 및 감전 등을 미연에 방지할 수 있도록 한 용접 예열 및 후열용 가열장치를 제공코자 하는 것이다.

상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 용접 예열 및 후열용 가열장치를 구성하되, 상기 본 발명의 용접 예열 및 후열용 가열장치는 양단에 전기를 공급할 수 있도록 전기커넥터가 설치되어 나선형으로 감기도록 구성된 인덕션코일이 구비되며, 상기 나선형 인덕션코일의 한쪽 측면에 부착되어 인덕션코일에서 발생되는 교류자기장의 자속을 증가시키도록 구성된 수개의 코어체가 구비되며, 상기 인덕션코일에서 코어체의 반대쪽 측면에 부착되어 인덕션코일에 의해서 모재의 용접부위에서 발생된 열이 가열장치의 인덕션코일로 전이되지 않도록 운모나 장석, 규석 등의 내열성 광물 플레이트 또는 시트로 이루어진 단열체가 구비됨을 특징으로 한다.

이와 함께 상기 가열장치에서 인덕션코일과 코어체의 외측에 소정 두께로 코팅되게 구성된 실리콘이나 각종 고무재질의 절연체가 더 구비될 수 있으며, 인덕션코일과 코어체의 사이에 개재되어 인덕션코일과 코어체의 부착력을 향상시키면서 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성된 금속제 베이스패널이 더 구비될 수 있으며, 단열체의 전방 가장자리에 고정 설치되어 가열장치를 모재에 부착시킬 수 있도록 각종 자석으로 이루어진 부착수단이 구비될 수도 있는 것이다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명의 용접 예열 및 후열용 가열장치는 고주파전류가 흐르는 인덕션코일에서 교류자기장을 발산시켜 도체(導體)인 모재에서 맴돌이전류(=소용돌이 전류)가 발생되도록 하여 줄열(Joule heat)에 의해서 용접부위에 열이 발생되도록 함으로써, 가열장치 자체에서 열이 발산되는 것이 아니므로 가열장치가 뜨거워지지 않아서 화상 등의 위험성이 없다는 장점을 가지고 있으며, 가열수단으로 인덕션코일을 사용하여 전력소모량을 현저히 줄이면서 용접부위의 가열이 종래의 전열식 예열장치들에 비하여 훨씬 신속하게 이루어지므로 상기 설치 및 철거에 소요되는 시간과 비용이 극히 절감되면서 용접 예열이나 후열에 드는 전체 비용을 현저히 절감시킬 수 있으며, 전기를 절감시켜서 자원낭비를 예방하는데도 일조할 수 있는 것이다.

또한 상기 가열장치는 인덕션코일의 일측에 코어체가 설치되면서 타측으로 얇은 내열성 광물 플레이트 또는 시트인 단열체가 구비되게 이루어지므로 전체 구조가 단순하여 제조원가를 현저히 줄일 수 있으며, 이러한 가열장치는 전체가 가벼워서 선박 등의 대형 용접부위에도 설치 및 철거가 극히 용이하게 이루어지며, 종래 전열선으로 이루어진 장치에서 440V의 전압을 이용하여 감전 시 사망에 이르던 것에 반하여 본 발명에서는 고주파유도가열방식의 인덕션코일을 사용하여 220V의 전압을 이용하므로 감전 시 인명사고 등을 예방하면서 필요에 의해서 실리콘 등의 절연체로 인덕션코일을 감싸도록 구성할 시 누전 및 이로 인한 감전 등의 위험성을 없애서 안전성을 월등히 높일 수 있으며, 인덕션코일과 코어체의 사이로 베이스패널을 삽입 구성할 시 자체 내구성을 향상시킬 수 있으며, 부착수단으로 자성체를 사용하여 모재의 용접부위에 견고히 부착되도록 해서 작업상의 편의성을 극대화시킬 수 있는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 가열장치의 바람직한 일례를 보인 사시도
도 2는 본 발명에서 제공하는 가열장치의 분해 사시도
도 3은 본 발명의 가열장치가 적용된 실시 예를 보인 예시도
도 4는 도 3의 단면도
도 5는 본 발명의 다른 실례를 보인 단면도
도 6은 본 발명의 또 다른 실례를 보인 단면도

본 발명은 선박의 건조 및 해양구조물의 설치, 플랜트설비 등에서와 같이 용접되는 모재가 두껍거나 클 경우에 용접부위가 쉽게 파손될 수도 있고 각종 용접불량이 발생될 수 있어서 이를 방지코자 용접부위에 용접 전후로 예열 또는 후열작업을 행할 수 있도록 한 용접 예열 및 후열용 가열장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명에 대해서 하기에 도면들과 함께 보다 구체적으로 설명토록 한다.

상기 본 발명의 용접 예열 및 후열용 가열장치(A)는 도 1의 사시도 및 도 2의 분해 사시도에서와 같이 나선형으로 감기도록 구성된 인덕션코일(1)과, 인덕션코일(1)의 한쪽 측면에 부착된 수개의 코어체(2)와, 인덕션코일(1)의 코어체(2) 반대쪽 측면에 부착된 단열체(3)로 대분되게 이루어져서 도 3에 도시된 바와 같이 모재(B)의 용접부위 길이방향으로 수개의 가열장치(A)가 장착되어 외부로부터 공급되는 전기를 각 가열장치(A)에 안정적으로 공급하기 위해 컨트롤러(C)와 전기적으로 배선 연결되게 설치되는 것이다.

본 발명의 용접 예열 및 후열용 가열장치(A)에서 상기 인덕션코일(1)은 전기를 공급할 수 있도록 양단에 전기커넥터(11)가 구비되어 컨트롤러(C)와 전기적으로 배선 연결되어 전기를 공급하면 고주파전류가 흐르면서 인덕션코일(1)의 주위로 교류자기장이 발산되도록 나선형으로 감기게 이루어지며, 자체 발열이 되지 않고 교류자기장에 대응되는 부하인, 도체가 있을 때 도체에서 맴돌이전류가 발생되어 줄열에 의해서 발열이 이루어지므로 인덕션코일(1)의 외부에서 대응되는 도체에서 발열이 이루어지도록 구성된 것이며, 이때 상기 모재(B)가 교류자기장에 대응되는 도체가 되는 것이다.

상기 가열장치(A)에서 인덕션코일(1)의 한쪽 측면에 부착된 수개의 코어체(2)는 인덕션코일(1)에 고주파전류가 흐르면서 주위로 발생되는 교류자기장의 자속을 증가시키도록 도 4에서와 같이 모재(B)가 있는 반대 방향인 인덕션코일(1)의 후방에 부착 구성되며, 이러한 코어체(2)로는 페라이트 코어(ferrite core)나 철심 코어(iron core) 중 하나 또는 그밖에도 다양한 재질로 제작할 수 있는 것이다.

상기 가열장치(A)에서 인덕션코일(1)의 코어체(2) 반대쪽 측면에 부착된 단열체(3)는 인덕션코일(1)에서 발산되는 교류자기장에 의해서 외부의 도체에서 발생되는 열이 상기 인덕션코일(1)이나 코어체(2)로 전이되는 것을 차단시킬 수 있도록 도 4에서와 같이 모재(B)가 있는 방향인 인덕션코일(1)의 전방에 부착 구성되며, 이러한 단열체(3)는 지각에 가장 흔하게 매장된 운모나 장석, 규석 등의 규산염광물로 이루어진 플레이트나 플레이트보다 얇은 시트로 이루어지거나, 규산염광물 외에도 높은 온도에서 변형되지 않고 열의 전달을 차단할 수 있는 다양한 내열성 광물로 제작된 플레이트나 시트로 이루어지며, 그밖에도 내열성 부직포나 황토판이나 숯판 및 세라믹판 등 다양한 재질로 이루어지도록 할 수 있는 것이다.

상기에서와 같이 본 발명은 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 인덕션코일(1)의 전후로 단열체(3)와 코어체(2)가 부착 구성된 것이며, 이와 더불어서 본 발명의 용접 예열 및 후열용 가열장치(A)는 도 5에 도시된 바와 같이 절연체(4)가 더 구비되며, 이러한 절연체(4)는 인덕션코일(1)과 코어체(2)의 외측에 소정 두께로 코팅되게 구성되며, 실리콘이나 각종 고무재질로 이루어져서 인덕션코일(1)에서 발산되는 교류자기장은 외부로 발산시키면서, 전류가 외부로 누출되지 않도록 하면서 외부에서 빗물 등의 수분이 침투하지 못하도록 함으로써, 종래 전열선으로 이루어진 장치에서 440V의 전압을 이용하여 감전 시 사망에 이르던 것에 반하여 본 발명은 고주파유도가열방식의 인덕션코일(1)을 사용하여 220V의 전압을 이용하므로 감전 시 인명사고 등을 예방하면서 절연체(4)에 의해서 누전 및 감전 등의 안전사고 발생을 근원적으로 방지할 수 있도록 한 것이다.

상기 본 발명의 용접 예열 및 후열용 가열장치(A)는 도 6에 도시된 바와 같이 베이스패널(5)이 더 구비되며, 이러한 베이스패널(5)은 인덕션코일(1)과 코어체(2) 사이로 개재되어 전방으로 인덕션코일(1)이 부착 구성되면서 후방으로 수개의 인덕션코일(1)이 부착 구성되는 금속제 패널로 이루어져서 가열장치(A)의 자체 내구성을 높이면서 전방의 인덕션코일(1)과 후방의 코어체(2)의 부착력을 높일 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 가열장치(A)에서 인덕션코일(1)로부터 모재(B) 방향으로 최 외측에 위치하는 단열체(3)의 전방 가장자리에는 가열장치(A)를 모재(B)에 부착시킬 수 있도록 부착수단(6)이 더 구비될 수 있으며, 이러한 부착수단(6)은 각종 자석으로 이루어져서 단열체(3)의 가장자리에서 돌출되게 부착 구성되거나, 단열체(3)의 가장자리에 돌출되지 않게 삽입 고정토록 구성될 수도 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 용접 예열 및 후열용 가열장치(A)는 도 3 내지 6의 각 실시 예에서와 같이 모재(B)에 용접을 하기 전이나 모재(B)에 용접을 한 후 용접부위를 가열장치(A)로 예열 또는 후열하는 것으로서, 이에 대하여 보다 상세히 설명토록 한다.

일단 가열장치(A)를 모재(B)의 용접부위 상부에 놓거나 부착수단(6)을 이용하여 용접부위에 부착수단(6)을 이용하여 부착시킨 후 컨트롤러(C)를 조작하여 가열장치(A)의 인덕션코일(1)로 전기를 공급하면 고주파전류가 인덕션코일(1)에서 흐르면서 교류자기장이 주위로 발산되며, 이때 인덕션코일(1)에서 발생되는 교류자기장이 인덕션코일(1)의 후방에 부착된 수개의 코어체(2)에 의해서 자속이 증가하게 되며, 이와 같이 증가된 교류자기장에 의해서 도체인 모재(B)에서 맴돌이전류가 발생되면서 줄열에 의해서 고온의 열이 발생되는 것이다.

그리고 컨트롤러(C)를 조작하여 인덕션코일(1)로 공급하는 전류의 양과 주파수를 제어하면 모재(B)에서의 발열 온도를 제어할 수 있으며, 상기 발열 온도는 예열 시에 보통 100~200℃의 온도로 설정하고, 후열 시에 최대 600℃의 온도로 설정하여 예열과 후열에 따라서 모재(B)의 용접부위 가열 온도를 변화시킬 수 있으며, 이러한 컨트롤러(C)는 AC전원을 공급하여 DC로 변환 후 제어회로를 거쳐서 설정된 전류의 양 및 주파수로 공급되도록 컨트롤러(C)에서 제어한 다음, 컨트롤러(C)와 전기커넥터(11)를 사용하여 전기적으로 배선 연결된 가열장치(A)의 인덕션코일(1)에 고주파전류를 공급하여 가열장치(A)의 주위로 교류자기장이 발산되도록 한 것이다.

이러한 본 발명에 의하면 가열장치(A)의 인덕션코일(1)에서 외부로 발산되는 교류자기장이 부하가 되는 도체의 모재(B)에서 맴돌이전류를 발생시켜서 줄열에 의해서 모재(B)에서 발열이 이루어지며, 이로 인하여 용접부위에 열이 발생되므로 예열이나 후열이 가능하여 용접부위의 크랙 발생을 방지하는 등 용접효율을 보다 더 향상시킬 수 있으며, 상기와 같은 용접부위의 파손이나 용접불량을 근원적으로 예방할 수 있는 효과를 가지면서 그 구조가 간단하고 자체 중량이 가벼워서 제조에서부터 설치 및 철거 등의 제작성과 작업성이 월등히 향상되며, 자체 발열되는 전열선보다 신속하고 고온으로 발열시킬 수 있어서 에너지효율과 열효율이 월등하며, 자체 발열이 없는 인덕션코일(1)을 사용하므로 전기절감효과와 함께 누전차단에 의한 안전사고의 예방으로 안전성까지 제고시킬 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하고 있으며, 본 발명의 기술범주에 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이며, 그러므로 본 발명의 보호범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

A:가열장치 1:인덕션코일
11:전기커넥터 2:코어체
3:단열체 4:절연체
5:베이스패널 6:부착수단
B:모재 C:컨트롤러

Claims (4)

1. 양단에 전기를 공급할 수 있도록 전기커넥터(11)가 설치되어 전기 공급 시 고주파전류가 흐르면서 교류자기장이 발산되도록 나선형으로 감기게 구성된 인덕션코일(1)과,
   나선형 인덕션코일(1)의 한쪽 측면에 부착되어 인덕션코일(1)에서 발생되는 교류자기장의 자속을 증가시키도록 구성된 수개의 코어체(2)와,
   인덕션코일(1)에서 코어체(2)의 반대쪽 측면에 부착 구성된 단열체(3)가 포함되게 이루어져서 인덕션코일(1)에 의해 모재(B)의 용접부위에서 발생된 열이 인덕션코일(1)로 전이되지 않도록 된 것을 특징으로 하는 용접 예열 및 후열용 가열장치.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   인덕션코일(1)과 코어체(2)의 외측에 소정 두께로 코팅 구성된 절연체(4)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 용접 예열 및 후열용 가열장치.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   인덕션코일(1)과 코어체(2)의 사이에 개재되어 양측으로 인덕션코일(1)과 코어체(2)가 부착 구성된 금속제 베이스패널(5)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 용접 예열 및 후열용 가열장치.
   
4. 청구항 1에 있어서;
   단열체(3)의 전방 가장자리에 고정 설치되어 가열장치(A)를 모재(B)에 부착시킬 수 있도록 자석으로 이루어진 부착수단(6)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 용접 예열 및 후열용 가열장치.

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