KR102063489B1

KR102063489B1 - 저항 점용접 장치

Info

Publication number: KR102063489B1
Application number: KR1020157010882A
Authority: KR
Inventors: 얀 브뤽크너; 마르틴 엡퍼르트
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2020-01-09
Also published as: DE102012219898A1; CN104755217A; EP2888069B1; CN104755217B; WO2014067794A1; AU2013339632A1; JP6069514B2; ZA201502871B; DE102012219898B4; EP2888069A1; JP2015532892A; KR20150070194A; US20150290737A1; US10464160B2; PL2888069T3

Abstract

본 발명은, 증기 발생기 관 내로 삽입될 수 있는 용접 헤드(1)를 포함하여, 증기 발생기 관의 내벽부 상에 터뷸런스 인서트를 고정하기 위한 저항 점용접 장치에 관한 것이며, 상기 용접 헤드는, 전기 전도성 재료로 이루어져 실질적으로 원통형으로 형성된 랜스(11)와, 이 랜스(11)로부터 반경 방향으로 돌출되는 점용접 전극(12)과, 작동 부재(13)와, 반경 방향에서 점용접 전극(12)에 대향하여 위치하여 작동 부재(13)로부터 내벽부의 방향으로 이동 가능한 절연체(14)를 포함한다. 이 경우, 랜스(11)는, 용접 헤드 단부로부터 규정된 이격 간격으로 이격되어, 작동 부재(13)가 활성화될 때 절연체(14)와 그에 따른 점용접 전극(12)도 터뷸런스 인서트를 증기 발생기 관의 내벽부 쪽으로 가압하도록 가늘어져 있다. 그에 따라, 용접 전류가 랜스(11)에 인가될 때, 점형태의 용접 전류가 점용접 전극(12)을 경유하여 증기 발생기 관의 외부에 배치된 상대 전극(3) 쪽으로 흐른다.

Description

저항 점용접 장치{RESISTANCE POINT WELDING APPARATUS}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따라서 증기 발생기 관 내에서 터뷸런스 인서트(turbulence insert)를 고정하기 위한 저항 점용접 장치에 관한 것이다.

저항 용접 동안, 결합할 구조 부재들은 압착되고 구조 부재들 사이의 접촉점에서 용접 전류를 통해 전기 용융된다.

이 경우, 실제로, 용접 집게의 점형태 전극들이 결합할 구조 부재들을 직접 서로 밀착시키는, 저항 점용접이 가장 중요하다. 저항 용접 기술의 필요한 컴포넌트들은, 용접 전극들을 구비한 용접 집게, 용접 변압기를 구비하여 용접 집게와 연결된 용접 전류원뿐만 아니라, 용접 제어 유닛, 및 경우에 따라 용접 공정을 그에 상응하게 제어하기 위한 공정 모니터링 시스템이다.

이 경우, 통상적으로, 저항 점용접의 경우, 접합할 부재들은 공압 방식으로 사전 설정된 힘으로 두 용접 전극에 압착된다. 이어서, 용접 시간의 기간 동안 용접 전류가 스위치 온된다. 이 경우, 두 부재 사이의 접촉점에서의 전기 저항은 접합할 부재들의 재료들의 고유 전기 저항보다 훨씬 더 크다. 따라서 그 결과 접촉 저항을 통해 달성되는 점형태의 열전 가열(thermoelectric heating)을 통해, 렌즈 모양의 용융물이 발생한다. 전극력을 통한 동시 밀착은 점형태의 재료 결합식 비분리형 결합을 달성한다. 머무름 시간 동안 전극력은, 기공 형성을 방지하면서 용융물의 냉각을 보장하기 위해 유지된다.

난류 생성용 인서트를 포함한 증기 발생기 관들은, 증기 발생기 관들의 내부 표면에서 유동 매체의 유동에 상대적으로 더 높은 속도가 강요되어야 할 때 적용된다. 이 경우, 상기 내부 리브형 관들의 이용은 다양한 이유들에서 요구될 수 있으며, 따라서 예컨대 발전소 설비의 전부하 조건에서 증발기의 질량 흐름 밀도가 낮을 때 요구될 수 있다. 또한, 열속(heat flux)이 높을 때에도, 내부 리브형 관들의 이용이 요구될 수 있다. 요컨대 이 경우 열 비등의 위험이 존재하며, 다시 말하면 증기 발생기 관들의 내면 상에서, 양호하게 완전 혼합된 액체와 달리, 핵 비등 시 높은 단열 효과를 갖는 증기막이 형성된다. 그 결과로, 열속이 변함없을 때, 벽 온도가 강하게 상승할 수 있고, 이는 그 다음 다시 가열 표면들의 파괴를 야기할 수 있다. 특히 내부 리브형 관들을 통해서는, 정상 부하 운전 모드에서 유동층 형성(수상과 증기상의 분리)이 방지될 수 있다.

EP 2 390 567 A1은, 난류 생성용 인서트가 형판 샤프트(template shaft)의 그루브들 내에 고정되고, 그 다음 형판 샤프트는 인서트와 함께 증기 발생기 관 내로 삽입되고, 형판 샤프트 상에서 인서트의 고정은 분리되며, 이어서 형판 샤프트는 다시 증기 발생기 관에서 제거되는, 방법을 기술하고 있다.

EP 2 390 039 A1은 보호 가스 용접을 이용하여 증기 발생기 관 내에 상기 난류 생성용 인서트를 재료 결합식으로 고정하기 위한 장치 및 방법을 기술하고 있다.

본 발명의 과제는, 증기 발생기 관들 내에 터뷸런스 인서트를 고정하기 위한 저항 점용접 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제는, 청구항 제1항의 특징들을 갖는 저항 점용접 장치로 해결된다.

이 경우, 본 발명에 따른 저항 점용접 장치에 의해, 보호 가스 용접과 달리, 터뷸런스 인서트의 장착은 더 용이하게 수행될 수 있다. 용접 헤드의 본 발명에 따른 형성을 통해, 증기 발생기 관의 각각의 임의의 위치에서 터뷸런스 인서트는 저항 점용접에 의해 증기 발생기 관의 내벽부와 재료 결합식 및 비분리 방식으로 결합될 수 있다. 이어서 (본 발명에 따라 바람직하게는 유압 실린더로서 형성되는) 작동 부재는 비활성화되며, 그럼으로써 용접 헤드는 증기 발생기 관 내에서 후속 점용접 지점으로 이동될 수 있게 된다. 특히 효과적인 점용접을 위해, 저항 점용접 장치의 랜스는 바람직하게는 탁월한 전류 전도 특성을 갖는 구리로 구성되며, 그리고 마모될 수밖에 없는 점용접 전극은 교환될 수 있다.

용접 헤드가 증기 발생기 관 내로 인서트를 삽입하기 위한 형판 샤프트로서 형성된 축부의 단부 상에 동일하게 배치된다면, 증기 발생기 관 내로 인서트를 삽입하는 단계 및 인서트를 고정하는 단계는 본 발명에 따라 형성된 동일한 저항 점용접 장치로 실행될 수 있다.

하기에서 본 발명은 하기의 도들에 따라서 예시로서 설명된다.

도 1은 용접 헤드를 절단 도시한 횡단면도이다.
도 2는 저항 점용접 장치이다.

증기 발생기 관의 내벽부 상에 터뷸런스 인서트를 고정하기 위한 도 1에 횡단면도로 도시된 용접 헤드는 본 발명에 따라 전기 전도성 재료(바람직하게는 구리)로 이루어져 실질적으로 원통형으로 형성된 랜스(11)와, 이 랜스(11)로부터 반경 방향으로 돌출되는 점용접 전극(12)과, 작동 부재(13)와, 반경 방향에서 점용접 전극(12)에 대해 대향하여 위치하여 작동 부재(13)로부터 증기 발생기 관의 내벽부의 방향으로 이동될 수 있는 절연체(14)를 포함한다. 이 경우, 랜스(11)는, 용접 헤드 단부로부터 규정된 이격 간격으로 이격되어, 작동 부재(13)가 활성화될 때 절연체(14)와 그에 따른 점용접 전극(12)도 터뷸런스 인서트를 증기 발생기 관의 내벽부 쪽으로 밀착시키도록 가늘어져 있다. 도 1에 도시된 실시예의 경우, 작동 부재(13)는 원통형 랜스의 축에 대해 횡방향으로 상기 랜스 내에 매입되는 유압 실린더이다. 공급 라인을 통해서는, 유압액이 별도로 도시되어 있지 않은 축압기에서, 또는 유압 펌프에서 공급 라인(15)을 통해 유압 실린더(13) 내로 제공될 수 있고, 그에 따라 유압 실린더 내에 제공된 유압 피스톤이 편향될 수 있다. 유압 피스톤에는 절연체(14)가 연결되어 있다. 한편, 유압액이 공급 라인(15)을 통해 유압 실린더 내로 펌핑되면, 유압 피스톤은 상기 유압 실린더에서 외부로 이동되고 그에 따라 용접 헤드의 위쪽에 걸쳐 장착되는 증기 발생기 관의 내벽부의 방향으로 절연체(14)를 이동시킨다. 이 경우, 맨 먼저, 앞서 증기 발생기 관 내로 형판 샤프트에 의해 삽입된 터뷸런스 인서트가 절연체(14)에 의해 내벽부 쪽으로 가압된다. 유압 실린더에서 외부로 유압 피스톤의 이동이 증가함에 따라, 이제 랜스(11)도 테이퍼 위치에서 휘어지며, 그에 따라 헤드 단부 상에 점용접 전극(12)을 포함하는 랜스(11)의 부분을 내벽부의 방향으로 편향시킨다. 그 결과, 이제 점용접 전극은 절연체(14)에 대향하는 면 상에서도 터뷸런스 인서트를 관 내벽부 쪽으로 가압한다. 그 다음, 랜스(11) 상에 용접 전류가 인가되면, 상기 용접 전류는 점용접 전극(12)을 경유하여 증기 발생기 관을 통과하여 증기 발생기 관의 외부에 배치된 상대 전극(3) 쪽으로 흐를 수 있으며(도 2 참조), 그에 따라 점용접 전극(12)이 터뷸런스 인서트 상에 밀착되는 위치에서 터뷸런스 인서트와 증기 발생기 관 사이에 재료 결합식 결합이 수행될 수 있다. 유압 실린더(13)가 압력 상태로 존재하는 것을 통해, 점용접 전극(12)은 용접 접촉 동안 인서트의 액화되어 연화된 재료에 대한 접촉을 잃지 않게 된다. 이런 접촉이 용접 공정 동안 지속되도록 하기 위해, 랜스(11)의 테이퍼부는, 작동 부재(13)를 통해 야기되는, 랜스(11) 및 절연체(14)의 반대되는 편향이 터뷸런스 인서트 쪽으로 점용접 전극(12)의 지속적인 압착을 야기하도록 치수 설계되어야 한다. 용접 공정이 종료되면, 유압액은 다시 유압 실린더(13)에서 제거되고, 유압 피스톤은 다시 유압 실린더(13) 안쪽으로 더욱 많이 잠기며 그에 따라 절연체(14) 및 랜스(11)는 다시 내벽부로부터 이격되는 쪽으로, 그리고 용접 헤드(1)의 축 쪽으로 이동된다. 그 다음, 용접 헤드(1)는, 이어서 후속 위치에서 용접 공정을 반복하기 위해, 증기 발생기 관 내에서 상기 후속 위치 쪽으로 안내될 수 있다. 따라서 단계별로 증기 발생기 관들 내에서 터뷸런스 인서트들의 확실한 재료 결합식 고정이 달성될 수 있다.

도 2에는, 저항 점용접 장치의 중요 부품들, 여기서는, 전방에서부터 용접 헤드의 단부면으로부터 증기 발생기 관이 그 위쪽에 걸쳐서 장착될 수 있는 용접 헤드(1)를 포함하는 절연된 축부(2)와, 이 축부의 아래에 배치되어, 결과적으로 용접 공정 동안 점용접 전극과 상대 전극 사이에 확실한 전류 흐름을 보장하기 위해 축부(2) 및 용접 헤드(1)의 위쪽에 걸쳐 장착된 증기 발생기 관과 접촉해야만 하는 평평한 상대 전극(3)이 사시도로 도시되어 있다. 여기서 축부(2)의 절연은 용접 헤드(1)를 위한 전기 및 유압 공급 라인들을 에워싸는 절연 관을 통해 수행된다. 이와 동시에, 절연 관은 증기 발생기 관 내에서 용접 헤드(1)를 위한 가이드 라인으로서 이용되며, 그로 인해 대략적으로 터뷸런스 인서트들이 삽입되어 있는 증기 발생기 관들의 자유 내경보다 약간 더 작은 외경을 보유해야만 한다. 그리고 축부의 길이는 적어도 증기 발생기 관들의 길이의 절반에 상응한다.

증기 발생기 관의 내벽부와, 형판 샤프트와 함께 증기 발생기 관 내로 삽입된 터뷸런스 인서트의 용접을 위해, 용접 헤드(1)는, 상대 측으로부터 짧은 이격 간격으로 이격되어 증기 발생기 관에서 회전 인출될 때, 형판 샤프트를 뒤따른다. 터뷸런스 인서트는 바람직하게는, 증기 발생기 관 내로의 삽입을 위해 형판 샤프트의 그루브들 내에 고정되는 와이어 유형의 나선형 구조이다. 이런 구조는 소정의 고유 장력을 보유하고 그에 따라 증기 발생기 관의 내벽부 상에 안착되기 때문에, 터뷸런스 인서트의 위치는 그루브들에서의 회전 인출 직후에도 여전히 작은 공차로 확인된다. 용접 헤드의 삽입시 제1 용접 지점이 결정되면, 모든 추가 용접 지점은 터뷸런스 인서트의 확인된 기하구조에 따라서 용접 헤드의 전진 이동에 의해 결정될 수 있다. 용접 헤드의 삽입 및 저항 점용접의 실행이 형판 샤프트의 회전 인출과 더불어 동시에 수행되면, 증기 발생기 관 내에서 인서트의 위치의 특히 작은 공차가 기대된다. 그 밖에도, 이런 방식으로, 제조 공정은 촉진될 수 있다.

그와 반대로, 축부가 이미 자체적으로 증기 발생기 관 내로 인서트를 삽입하기 위한 형판 샤프트로서 형성된다면, 형판 샤프트의 인출과 동시에 증기 발생기 관 내에서 터뷸런스 인서트의 용접이 수행될 수 있다.

전체적으로 본 발명에 따른 저항 점용접 장치를 통해 하기의 장점들이 제공된다. 기술한 용접 장치에 의해, 증기 발생기 관 내의 임의의 위치들에서, 터뷸런스 인서트는 상기 증기 발생기 관과 용접될 수 있다. 용접 지점의 포지셔닝은 증기 발생기 관의 내부에서 용접 헤드의 위치를 통해서만 수행된다. 터뷸런스 인서트의 위치는 제1 용접 지점의 위치 및 인서트의 기하구조(와이어 및 피치의 개수)에 근거하여 확인된다. 증기 발생기 관 내에서 터뷸런스 인서트의 위치는 확인되어 있기 때문에, 위치는 각각의 용접 공정 전에 정확하게 결정되지 않아도 된다. 보호 가스 용접 방법과 비교하면, 조립 시간의 분명한 단축이 기대된다.

Claims

증기 발생기 관 내로 삽입될 수 있는 용접 헤드(1)를 포함하여, 증기 발생기 관의 내벽부 상에 터뷸런스 인서트를 고정하기 위한 저항 점용접 장치이며, 상기 용접 헤드는 전기 전도성 재료로 이루어져 원통형으로 형성되는 랜스(11)와, 이 랜스(11)로부터 반경 방향으로 돌출되는 점용접 전극(12)과, 작동 부재(13)와, 반경 방향에서 점용접 전극(12)에 대향하여 위치하여 작동 부재(13)로부터 내벽부의 방향으로 이동될 수 있는 절연체(14)를 포함하는, 저항 점용접 장치이며, 랜스(11)는, 용접 헤드 단부로부터 규정된 이격 간격으로 이격되어, 작동 부재(13)가 활성화될 때 절연체(14)와 그에 따른 점용접 전극(12)도 터뷸런스 인서트를 증기 발생기 관의 내벽부 쪽으로 가압하도록 가늘어져 있으며, 따라서 용접 전류가 랜스(11)에 인가될 때 점형태의 용접 전류가 점용접 전극(12)을 경유하여 증기 발생기 관의 외부에 배치된 상대 전극(3) 쪽으로 흐르는, 저항 점용접 장치.
제1항에 있어서, 작동 부재(13)는 유압 실린더인 것을 특징으로 하는, 저항 점용접 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 랜스(11)는 구리로 이루어진 것을 특징으로 하는, 저항 점용접 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 점용접 전극(12)은 교환될 수 있는 것을 특징으로 하는, 저항 점용접 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 용접 헤드(1)는 절연부로 에워싸인 축부(2)의 단부 상에 배치되며, 축부(2)는 용접 헤드를 위한 공급 라인들을 안내하고, 상기 축부의 길이는 적어도 증기 발생기 관들의 길이의 절반에 상응하는 것을 특징으로 하는, 저항 점용접 장치.
제5항에 있어서, 증기 발생기 관 내로 인서트를 삽입하기 위한 형판 샤프트가 제공되며, 터뷸런스 인서트에서 형판 샤프트의 회전 인출과 동시에 용접 헤드(1)는 점차로 증기 발생기 관 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는, 저항 점용접 장치.
제5항에 있어서, 축부(2)는 증기 발생기 관 내로 인서트를 삽입하기 위한 형판 샤프트로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 저항 점용접 장치.