KR101861001B1 - 용접부 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접부 냉각장치에 관한 것으로, 원통형의 용접 대상물 외주면에 장착되어 상기 용접 대상물을 냉각시키는 복수의 냉각 패드와, 상기 냉각 패드로 냉매를 공급하고 상기 냉각 패드로부터 배출되는 상기 냉매를 이송하는 복수의 냉매 호스와, 상기 냉매를 냉각시켜 상기 냉매 호스로 보내는 냉각유닛을 포함하며, 상기 냉매는 상기 냉각유닛으로부터 상기 냉매 호스를 통해 상기 냉각 패드로 공급되어 상기 냉각 패드의 내부를 순환한 뒤 상기 냉각유닛으로 배출되어 재냉각되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 원통형의 용접 대상물 외주에 냉각장치를 부착해 예열 온도를 유지함으로써 용접 층간 온도 기준값을 만족시킬 수 있다. 이에 따라 용접 층간 온도의 과도한 상승에 따른 용접부 불량 문제를 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 온도 기준값을 맞추기 위해 용접 작업을 중단할 필요가 없으므로 작업 효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

용접부 냉각장치{Cooling device for welding part}

본 발명은 용접부 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원통형 구조물의 내부 자동 용접 시 용접 층간 온도 기준값을 만족시킬 수 있는 용접부 냉각장치에 관한 것이다.

원자로는 일반적으로 연료봉 다발이 수납되어 핵분열이 일어나고 냉각재와 감속재가 순환되는 원자로 용기와, 원자로 용기를 감싸는 콘크리트 구조물인 격납고와, 격납고를 수용하는 콘크리트 구조물인 원자로 건물로 구성된다. 원자로 건물은 통상 원통형의 몸체와, 몸체의 상부를 덮는 클로져 헤드(closure head)로 구성된다.

클로저 헤드에는 핵연료 필터링용 열관, 열관의 하단에 연결된 핵연료 유도용 나팔관, 각종 노즐이 설치된다.

원통형의 노즐의 경우 내주면의 용접이 자동으로 이루어지는 경우가 대부분이며, 이러한 자동 용접 장치의 일 예가 한국특허공개 1990-0006063호에 개시되어 있다.

그런데 이러한 원통형의 구조물 내주면을 자동 용접하는 경우, 용접 층간 PASS 온도가 너무 많이 올라가는 문제가 있어 5PASS 용접 후 용접을 중단하고 절차상 요구되는 기준값인 섭씨 170도 이하로 서냉하게 된다. 그 후 다시 용접을 진행하므로 작업 효율 저하 및 용접 품질 문제가 발생하고 있다. 용접 품질 문제는 누적 용접에 의한 고열로 용접 비드 및 품질에 불량이 발생하는 것과, 용접 비드가 오버랩되거나 고열로 인해 용접 토치에 손상이 되는 것, 용접부에 손상이 발생하는 것 등이 있다.

따라서 이러한 문제를 해결하고 노즐 용접 시 연속 용접에도 용접 PASS 층간 온도를 유지할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

한국특허공개 1990-0006063호 (등록일 1990.05.07)

본 발명의 목적은 원통형 구조물의 내부 자동 용접 시 용접 층간 온도의 과도한 상승을 방지하여 용접 품질을 향상시킬 수 있는 용접부 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 용접부 냉각장치는, 원통형의 용접 대상물 외주면에 장착되어 상기 용접 대상물을 냉각시키는 복수의 냉각 패드와, 상기 냉각 패드로 냉매를 공급하고 상기 냉각 패드로부터 배출되는 상기 냉매를 이송하는 복수의 냉매 호스와, 상기 냉매를 냉각시켜 상기 냉매 호스로 보내는 냉각유닛을 포함하며, 상기 냉매는 상기 냉각유닛으로부터 상기 냉매 호스를 통해 상기 냉각 패드로 공급되어 상기 냉각 패드의 내부를 순환한 뒤 상기 냉각유닛으로 배출되어 재냉각되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각 패드는 내부에 상기 냉매를 수용하며, 상기 용접 대상물의 외주면 곡률에 대응하는 곡률을 갖는 내주면 및 외주면을 갖는 패드(pad) 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 냉각 패드는 상기 용접 대상물의 길이에 따라 길이가 동일한 상기 냉각 패드가 사용되거나, 길이가 서로 다른 상기 냉각 패드가 혼용되는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 냉각 패드 중 첫번째 냉각 패드로 상기 냉각유닛으로부터 공급된 상기 냉매가 유입되고, 상기 첫번째 냉각 패드로부터 배출된 상기 냉매는 이웃한 다른 냉각 패드로 유입되는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 냉각 패드 중 마지막 냉각 패드로부터 배출된 상기 냉매는 상기 냉각유닛으로 배출되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각 패드의 길이 방향 일측에 구비되어 상기 냉각 패드와 상기 냉매 호스를 연결하는 복수의 커넥터를 더 포함한다.

상기 냉각 패드의 내부에는 지그재그 형상의 냉매 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 냉매 호스 중 일부는 상기 복수의 커넥터를 연결하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각 패드의 외주면을 둘러 싸는 밴드 형태로, 상기 용접 대상물의 외주면에 부착시키는 체결 밴드를 더 포함한다.

상기 체결 밴드는 스틸 재질인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 용접부 냉각장치는 원통형의 용접 대상물 외주에 냉각장치를 부착해 예열 온도를 유지함으로써 용접 층간 온도 기준값을 만족시킬 수 있다. 이에 따라 용접 층간 온도의 과도한 상승에 따른 용접부 불량 문제를 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 온도 기준값을 맞추기 위해 용접 작업을 중단할 필요가 없으므로 작업 효율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접부 냉각장치의 설치 상태를 도시한 측면도,
도 2는 도 1에 따른 용접부 냉각장치의 설치 상태를 도시한 사시도,
도 3은 도 1에 따른 용접부 냉각장치를 도시한 분해 사시도,
도 4는 용접부 냉각장치가 적용되지 않은 일반적인 용접 상태를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접부 냉각장치를 적용한 용접 상태를 나타내는 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접부 냉각장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접부 냉각장치의 설치 상태를 도시한 측면도이고, 도 2는 도 1에 따른 용접부 냉각장치의 설치 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 1에 따른 용접부 냉각장치를 도시한 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접부 냉각장치(10)는 원자로 클로저 헤드의 퀵 록 노즐(wuick-loc nozzle) 등과 같이 원통형의 용접 대상물 내주면 용접 작업 시 원통형의 용접 대상물(1) 외주면에 장착되어 용접부를 냉각시킨다. 용접부 냉각장치(10)는 용접 대상물(1)의 외주면에 결합되는 복수의 냉각 패드(100)와, 냉각 패드(100)로 냉매를 순환시키는 복수의 냉매 호스(200)와, 냉매 호스(200)를 냉각 패드(100)에 연결시키는 커넥터(300)와, 냉매를 냉각시켜 냉매 호스(200)로 보내는 냉각유닛(400)과, 냉각 패드(100)를 용접 대상물(1)에 결합시키는 체결밴드(500)를 포함하여 구성된다.

냉각 패드(100)는 소정의 두께를 갖는 패드 형상으로, 용접 대상물(1)의 외주면 곡률에 대응하는 곡률을 갖는 내주면 및 외주면을 갖는다. 냉각 패드(100)는 알루미늄 재질에 구리 코팅을 하는 방법으로 만들어질 수 있다. 냉각 패드(100)는 반구형의 원자로 클로저 헤드에 구비된 노즐 등에 설치될 수 있으며, 용접 대상물(1)의 형태에 따라 동일하거나 서로 다른 길이의 냉각 패드(100)가 사용될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 용접 대상물(1)의 길이가 짧은 쪽에는 그에 대응하는 냉각 패드(100)를 사용하고, 용접 대상물(1)의 길이가 긴 쪽에는 짧은 쪽보다 긴 길이를 갖는 냉각 패드(100)를 사용할 수 있다. 또는, 도면에 도시하지는 않았으나, 길이가 서로 동일한 냉각 패드(100)를 사용할 수도 있다.

또한, 냉각 패드(100)는 내부에는 냉매가 유입되어 순환하는 냉매 유로(110)가 형성되고, 길이 방향의 일측으로 냉매가 유입 및 유출되는 형태를 갖는다.

냉매 유로(110)는 냉각 패드(100)의 길이 방향 일측으로 냉매가 유입된 후 냉매가 냉각 패드(100)의 내부를 골고루 냉각시킬 수 있도록 지그재그 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 냉매가 냉각 패드(100)의 길이 방향 일측으로 유입된 뒤 지그재그 형태의 냉매 유로(110)를 따라 순환하고 다시 냉각 패드(100)의 길이 방향 일측으로 유출된다. 이를 위해 냉매가 유입되는 부분과 배출되는 부분은 냉각 패드(100)의 길이 방향 일측에 형성되되 냉각 패드(100)의 폭 내에서 최대한 상호 이격된다. 배출된 냉매는 냉매 호스(200)를 통해 이웃한 냉각 패드(100)로 유입된다. 모든 냉각 패드(100)의 냉매 유입 방향 및 배출 방향은 동일하다.

커넥터(300)는 냉각 패드(100)의 길이 방향 일측에 복수 개로 구비되며, 냉매 호스를 냉각 패드(100)에 연결시키는 역할을 한다.

냉매 호스(200)는 우레탄 등과 같이 탄성 재질로 만들어지며, 커넥터(300)를 통해 냉각 패드(100)에 연결된다. 냉매 호스(200)는 냉매 유로(110)를 순환하는 냉매가 냉각 패드(100) 내에서만 순환되지 않고 냉각 패드(100) 외부로 배출되었다 다시 냉매 유로(110)로 유입될 수 있도록 냉매 유입 및 배출 부위 사이의 커넥터(300)에 복수 개가 연결된다.

예를 들어, 하나의 냉각 패드(100)에 커넥터(300)가 6개 구비된다고 하면, 순서대로 첫번째 커넥터는 냉매가 유입되는 커넥터이고, 여섯번째 커넥터는 냉매가 이웃한 냉각 패드(100)로 배출되는 커넥터(300)이다. 두번째부터 네번째까지의 커넥터는 냉매 유로(110)를 순환하는 냉매가 냉각 패드(100) 외부로 순환되기 위한 냉매 호스(200)가 결합되는 커넥터가 된다. 이 때, 두번째 커넥터와 네번째 커넥터가 하나의 냉매 호스로 연결되고, 세번째와 다섯번째 커넥터가 하나의 냉매 호스로 연결된다. 두번째 커넥터를 통과한 냉매는 냉매 호스(200)를 따라 냉각 패드(100) 외부로 순환해 네번째 커넥터를 통해 냉매 유로(110)로 들어간다. 세번째 커넥터를 통과한 냉매는 냉매 호스(200)를 따라 냉각 패드(100) 외부로 순환해 다섯번째 커넥터를 통해 냉매 유로(110)로 들어간다.

전술한 바와 같이, 냉매 유로(110) 및 냉매 호스(200)를 냉각 패드(100) 외부에 구성하는 이유는 냉각 패드(100)냉각 패드(100)용접 시 용접 토치와의 간섭이 발생할 경우를 대비한 것이다. 그러나 냉각 패드(100)의 설치 조건에 따라 냉매를 유입 및 배출시키는 커넥터 및 냉매 호스만을 구비해 냉매가 냉각 패드(100) 내부에서만 순환되도록 구성할 수도 있다.

복수 개의 냉각 패드(100) 중 첫번째 냉각 패드(100)에는 냉매를 공급하기 위해 냉각유닛(400)과 연결된 냉매 호스(200)가 길이 방향 일측에 연결되고, 마지막 냉각 패드(100)에는 냉각 패드(100)를 순환한 냉매를 다시 냉각유닛(400)으로 배출하기 위해 냉매 호스(200)가 냉각유닛(400)과 연결된다. 냉매가 유입되는 냉매 호스는 급수 호스, 냉매가 냉각유닛(400)으로 배출되는 냉매 호스는 배수 호스로 정의한다. 급수 호스 및 배수 호스를 제외한 다른 냉매 호스(200)들은 복수의 냉각 패드(100) 내에서 냉매 유로(110)를 연결하거나 냉각 패드(100)들을 연결한다. 즉, 6개의 냉각 패드(100)가 사용된다고 하면, 첫번째 냉각 패드(100)에는 냉각유닛(400)으로부터 냉매가 공급되는 급수 호스가 연결되고, 첫번째 냉각 패드(100)를 순환한 냉매는 이웃한 두번째 냉각 패드(100)로 공급된다. 두번째 내지 다섯번째 냉각 패드(100)를 순환한 냉매는 차례로 이웃한 냉각 패드(100)로 공급되며, 여섯번째 냉각 패드(100)를 순환한 냉매는 냉각유닛(400)과 연결된 배수 호스를 통해 냉각유닛(400)으로 배출된다.

냉각유닛(400)은 냉각 패드(100)를 순환한 냉매를 재냉각시키는 역할을 하며, 냉매의 공급을 위한 펌프, 냉매 수용을 위한 냉매 탱크, 냉매를 냉각시키기 위한 냉각기가 모듈화된 구조이다(냉각유닛의 상세 구조는 일반적인 소형 냉각장치와 동일한 구성이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다). 냉각유닛(400)은 냉각 패드(100) 외부에 별도로 구비되어 냉매 호스(200)로 냉각 패드(100)와 연결된다.

냉각유닛(400)에서 냉각시키는 냉매는 냉각수가 사용될 수도 있고, 냉각장치(10)의 설치 환경에 따라 다른 종류의 냉매가 사용될 수도 있다. 냉각유닛(400)은 도면에 도시하지는 않았으나 별도의 컨트롤러가 구비되어 냉매의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 용접 대상물의 직경 및 크기에 따른 냉매의 온도를 미리 저장 및 설정해둠으로써 용접 대상물에 따라 용접열, 용접 시간 등이 달라지더라도 최적의 냉각 온도를 유지할 수 있다.

체결밴드(500)는 복수의 냉각 패드(100)를 원통형 용접 대상물(1)에 설치하기 위한 것으로, 열에 강한 스틸 재질로 만들어진다. 체결밴드(500)는 복수의 냉각 패드(100)를 용접 대상물(1)의 외주면에 밀착시킨 후 냉각 패드(100)의 외주면을 둘러싸는 형태로 냉각 패드(100)를 용접 대상물(1)에 부착 시킨다. 여러 직경의 용접 대상물(1)에 냉각 패드(100)를 부착할 수 있도록 체결밴드(500)는 탈착이 가능하고 길이 조절이 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접부 냉각장치를 적용하면 다음과 같은 효과가 있다.

도 4는 용접부 냉각장치가 적용되지 않은 일반적인 용접 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접부 냉각장치를 적용한 용접 상태를 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 5를 비교해보면, 냉각장치를 적용하지 않은 용접 대상물의 경우 냉각을 위해 용접을 중단해야 하므로 용접 부위의 산화 및 비드가 오버랩(overlap)된 형태가 많고 불균일하다. 그러나 본 발명의 냉각장치를 적용한 경우 용접의 중단 없이 적정 냉각 온도를 유지할 수 있으므로 균일한 용접 비드가 나타난다. 이와 같이, 적절한 냉각 온도를 유지해 다음 층의 용접에 적절한 예열 온도를 맞추기 위해 용접을 중단할 필요가 없으므로, 용접 층간 온도의 과도한 상승을 방지하여 용접 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 용접 중단에 따른 대기 시간이 없어 용접 작업 시간이 단축되는 효과가 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

10: 용접부 냉각장치 100: 냉각 패드
110: 냉매 유로 200: 냉매 호스
300: 커넥터 400: 냉각유닛
500: 체결밴드

Claims (10)

1. 원통형의 용접 대상물 외주면에 장착되어 상기 용접 대상물을 냉각시키는 복수의 냉각 패드와,
   상기 냉각 패드로 냉매를 공급하고 상기 냉각 패드로부터 배출되는 상기 냉매를 이송하는 복수의 냉매 호스와,
   상기 냉매를 냉각시켜 상기 냉매 호스로 보내는 냉각유닛을 포함하며,
   상기 냉매는 상기 냉각유닛으로부터 상기 냉매 호스를 통해 상기 냉각 패드로 공급되어 상기 냉각 패드의 내부를 순환한 뒤 상기 냉각유닛으로 배출되어 재냉각되는 것을 특징으로 하며,
   상기 냉각 패드는 내부에 상기 냉매를 수용하며, 상기 용접 대상물의 외주면 곡률에 대응하는 곡률을 갖는 내주면 및 외주면을 갖는 패드(pad) 형상인 것을 특징으로 하고,
   상기 냉각 패드의 외주면을 둘러 싸는 밴드 형태로, 상기 용접 대상물의 외주면에 부착시키는 체결 밴드를 더 포함하며,
   상기 복수의 냉각 패드 중 첫번째 냉각 패드로 상기 냉각유닛으로부터 공급된 상기 냉매가 유입되고, 상기 첫번째 냉각 패드로부터 배출된 상기 냉매는 이웃한 다른 냉각 패드로 유입되며, 상기 복수의 냉각 패드 중 마지막 냉각 패드로부터 배출된 상기 냉매는 상기 냉각유닛으로 배출되고,
   상기 냉각 패드의 길이 방향 일측에 구비되어 상기 냉각 패드와 상기 냉매 호스를 연결하는 복수의 커넥터를 더 포함하며,
   상기 냉각 패드의 내부에는 지그재그 형상의 냉매 유로가 형성되고,
   상기 복수의 냉매 호스 중 일부는 상기 복수의 커넥터를 연결하는 것을 특징으로 하는 용접부 냉각장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 패드는 상기 용접 대상물의 길이에 따라 길이가 동일한 상기 냉각 패드가 사용되거나, 길이가 서로 다른 상기 냉각 패드가 혼용되는 것을 특징으로 하는 용접부 냉각장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 체결 밴드는 스틸 재질인 것을 특징으로 하는 용접부 냉각장치.

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