KR102094678B1 - Tube sheet automatic overlay welding device - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치는, 튜브시트를 자동으로 용접하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치로서, 메인 프레임(100); 용접대상인 튜브시트(210)를 고정하여 지지하는 포지셔너(200); 상기 튜브시트(210)를 용접하는 용접부(300); 상기 용접부(300)와 연결되어 상기 용접부(300)를 움직여 용접 위치를 조절할 수 있는 UP/DOWN 프레임(400); 상기 UP/DOWN 프레임(400)과 연결되어 움직일 수 있도록 하는 UP/DOWN 모터부(500) 및 상기 용접부(300)와 연결되어 제어하는 용접제어부(600)를 포함하고, 상기 용접부(300)는, 전극봉을 방전시켜 열을 발생시키는 용접토치 및 용접 시 용착금속이 되도록 용융시킨 금속 재료를 공급하는 Super-TIG 송급모듈을 포함하고, 상기 용접제어부(600)는 모재와의 비드폭을 높게하여 용접속도의 지나친 증가를 피하면서 생산성(용착속도)을 높이기 위해 오실레이션 할 수 있도록, 상기 오실레이션 주파수에 맞게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 포함하고, 상기 금속재료는 C-type 용가재이고, 상기 용접 장치로 용접을 할 때 아크기둥은 플라즈마가 상부 전극에서 용융지 방향으로 유체(Fluid)로서의 흐름을 보이는 플라즈마 스트림을 적용하고 상기 플라즈마 스트림과 직각방향이 되도록 상기 용가재 형상을 오목한 판상으로 하는 것을 특징으로 한다.Tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention, the tube sheet automatic overlay welding apparatus for automatically welding the tube sheet, the main frame 100; A positioner 200 for fixing and supporting the tube sheet 210 to be welded; A welding part 300 for welding the tube sheet 210; A UP / DOWN frame 400 that is connected to the welding part 300 to adjust the welding position by moving the welding part 300; It is connected to the UP / DOWN frame 400 and includes a UP / DOWN motor unit 500 and a welding control unit 600 connected to and controlled by the welding unit 300 to move, and the welding unit 300 includes: It includes a welding torch that generates heat by discharging an electrode, and a Super-TIG feeding module that supplies a molten metal material to be a weld metal during welding, and the welding controller 600 increases the bead width with the base material to increase the welding speed. Includes an AVC (Auto Voltage Controller) that responds to the oscillation frequency so as to oscillate to increase productivity (welding speed) while avoiding excessive increase of the metal material, the metal material is a C-type filler, and the welding When welding with a device, the arc column applies a plasma stream in which plasma flows as a fluid from the upper electrode to the molten paper direction, and is perpendicular to the plasma stream. It is characterized in that the shape of the filler material is a concave plate shape.

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Figure 112018028509793-pat00003

Description

튜브시트 자동 오버레이 용접 장치 {Tube sheet automatic overlay welding device}Tube sheet automatic overlay welding device}

본 발명은 Super-TIG 용접기법을 적용하여 용접의 신뢰성과 생산성을 향상시키고 고기능자를 요구하는 용접공정을 단순작업자가 여러 대를 순차적으로 동작하여 작업이 가능하도록 하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic overlay welding device for a tube sheet that applies a super-TIG welding technique to improve the reliability and productivity of welding, and enables a simple worker to sequentially operate several welding processes that require high-functionality. .

일반적으로 설비 또는 기계부품은 마멸, 충격, 침식에 의하여 마모되거나 환경의 영향으로 부식이 발생하여 많은 손실을 보게 된다. 이러한 손실을 감소시키기 위하여 재료의 표면에 내마모 또는 내식재료를 입히는 용접을 오버레이 용접이라고 한다. 이러한 정의에 따라 용사, 열처리에 의한 표면경화, 즉 침탄, 질화처리, 이온주입과 같은 표면경화법은 오버레이 용접에 포함되지 않는다. 내마모성 향상을 위한 오버레이 용접의 적용범위는 암석 분쇄와 같은 매우 심한 연삭마모에서부터 수백분의 1mm의 마모도 허용되지 않는 미세 조절 밸브와 같은 금속과 금속간의 접촉마모에 이르기까지 매우 광범위하다. 부식과 고온산화는 마모속도에 큰 영향을 미치기 때문에 오버레이 용접의 재료선정에 있어서 매우 중요한 요소로 작용한다. 일반적인 설비들은 탄소강, 스테인리스강 또는 내마모성이 부족한 재료로 제작되어 있다. 따라서 오버레이 용접은 부품자체가 심한 마모를 받을 수 있는 부분이라든지 마모손상된 부분을 보수하는 곳에 적용하게 된다. In general, equipment or mechanical parts are worn due to wear, impact, erosion, or corrosion due to environmental influences, resulting in a large loss. In order to reduce this loss, a welding coating the surface of the material with abrasion or corrosion resistant material is called overlay welding. According to this definition, surface hardening by thermal spraying and heat treatment, that is, surface hardening methods such as carburizing, nitriding, and ion implantation are not included in overlay welding. The application of overlay welding to improve wear resistance ranges from very severe abrasive wear, such as rock grinding, to metal-to-metal contact wear, such as fine-tuning valves that do not allow wear of hundreds of a millimeter. Corrosion and high temperature oxidation have a great influence on the wear rate, so they are very important factors in material selection for overlay welding. Common installations are made of carbon steel, stainless steel or materials that lack wear resistance. Therefore, overlay welding is applied to parts where parts themselves are subject to severe wear or to repair parts that are damaged.

기계설비는 원래의 가공치수를 유지하였을 때 가장 생산성이 높으며, 생산제품의 품질도 우수하다. 오버레이 용접은 이 유효치수의 수명을 최대로 유지시킴으로써 생산제품의 품질을 향상시키고 보수 주기도 줄이며, 고가의 부품을 저렴한 가격으로 재생시킬 수 있다. 특히 부품의 저장을 줄이고, 예비저장부품을 합리적으로 관리할 수 있기 때문에 생산원가 절감에도 크게 이바지 할 수 있다. Mechanical equipment is the most productive when maintaining the original processing dimensions, and the quality of the product is excellent. Overlay welding improves the quality of production products, reduces maintenance intervals, and regenerates expensive parts at an affordable price by maintaining the life of these effective dimensions to the maximum. In particular, it is possible to significantly reduce production cost by reducing the storage of parts and reasonably managing spare storage parts.

오버레이 용접은 모재에 약 1mm 이상의 두께로 내마모, 내식, 내열성이 우수한 용접금속을 입히는 방법으로서, 그 특징은 다음과 같다.Overlay welding is a method of coating a weld metal with excellent wear resistance, corrosion resistance, and heat resistance to a thickness of about 1 mm or more on a base material.

모재와 완전한 융합을 이루기 때문에 모재보다 접합강도가 높다.The bonding strength is higher than that of the base material because it is completely fused with the base material.

융착속도가 높기 때문에 작업능률이 양호하며 오버레이층의 두께제어가 쉽다.The welding speed is high, so the work efficiency is good and the thickness of the overlay layer is easy to control.

오버레이 용접금속은 슬래그 내의 불활성가스 분위기에서 야금반응을 하므로 품질이 우수하다.The overlay weld metal is excellent in quality because it undergoes metallurgical reaction in an inert gas atmosphere in the slag.

오버레이하고자 하는 제품의 크기에 제한이 없다.There is no limit to the size of the product to be overlaid.

보수를 위한 휴지시간을 줄일 수 있으므로 생산성이 향상된다.Productivity is improved because downtime for maintenance can be reduced.

조금 높은 하중을 사용하더라도 효율이 증가한다.Even with a slightly higher load, efficiency increases.

손상된 부분을 복구함으로써 보수, 유지비용을 경감시킨다.Repair and maintenance costs are reduced by repairing damaged parts.

인성이 높고 저가인 모재를 사용하므로 마모와 인성이 상호 보완적이다.Wear and toughness are complementary because of the use of high toughness and low cost base materials.

한편, 열교환기 부품인 튜브시트의 수주 트랜드는 오버레이 용접형 튜브시트의 수주가 증가되고 있다. 이러한 오버레이 용접형 튜브시트의 원가 구조로는 탄소강 모재와 가공비 30%, 오버레이 용접비 70%로 구성되어 있기에 오버레이 용접원가 절감이 필요한 실정에 있다.On the other hand, the order trend of the tube sheet, which is a heat exchanger component, is increasing in order of the overlay welded tube sheet. The cost structure of the overlay welded tube sheet consists of a carbon steel base material, a processing cost of 30%, and an overlay welding cost of 70%.

일반적으로 가장 많이 오버레이 용접을 하는 튜브시트의 지름은 1000∼3000로, 용접두께를 3 mm로 설정할 경우 대략 6 mm까지 용접한 후에 가공한다. 또한 한번 용접을 할 경우 2 ∼ 2.5 mm의 용접층 두께를 형성하며, 최소 3번의 용접을 해야만 6 mm 높이를 만들 수 있다. 일반적인 용접속도는 350 mm/min으로 튜브시트의 지름은 1000∼3000의 경우 1주일 이상의 시간이 소요된다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 Super-TIG용접을 결합하여 용접 장치를 개발하고자 하는 것이다.In general, the diameter of the tube sheet for the most overlay welding is 1000 to 3000, and when the welding thickness is set to 3 mm, it is processed after welding to approximately 6 mm. In addition, when welding is performed, a welding layer thickness of 2 to 2.5 mm is formed, and a minimum of 3 welding is required to make a 6 mm height. The typical welding speed is 350 mm / min, and the diameter of the tube sheet takes over a week for 1000 to 3000. In order to solve this, the present invention is to develop a welding device by combining Super-TIG welding.

KR 20-0465353 Y1KR 20-0465353 Y1 KR 10-1356240 B1KR 10-1356 240 B1 KR 10-0808914 B1KR 10-0808914 B1 KR 10-2018-004626 AKR 10-2018-004626 A

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 오버레이 용접형 튜브시트의 용접원가 절감을 위해, 숙련자가 아닌 사람도 쉽게 사용할 수 있는 8Kg/hr 용접이 가능한 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치를 제공함에 있다.Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned problems, to reduce the welding cost of the overlay welded tube sheet, to provide a tube sheet automatic overlay welding device capable of 8Kg / hr welding that can be easily used by non-experienced people. have.

상기의 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치는, 튜브시트를 자동으로 용접하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치로서, 메인 프레임(100); 용접대상인 튜브시트(210)를 고정하여 지지하는 포지셔너(200); 상기 튜브시트(210)를 용접하는 용접부(300); 상기 용접부(300)와 연결되어 상기 용접부(300)를 움직여 용접 위치를 조절할 수 있는 UP/DOWN 프레임(400); 상기 UP/DOWN 프레임(400)과 연결되어 움직일 수 있도록 하는 UP/DOWN 모터부(500) 및 상기 용접부(300)와 연결되어 제어하는 용접제어부(600)를 포함하고, 상기 용접부(300)는, 전극봉을 방전시켜 열을 발생시키는 용접토치 및 용접 시 용착금속이 되도록 용융시킨 금속 재료를 공급하는 Super-TIG 송급모듈을 포함하고, 상기 용접제어부(600)는 모재와의 비드폭을 높게하여 용접속도의 지나친 증가를 피하면서 생산성(용착속도)을 높이기 위해 오실레이션 할 수 있도록, 상기 오실레이션 주파수에 맞게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 포함하고, 상기 금속재료는 C-type 용가재이고, 상기 용접 장치로 용접을 할 때 아크기둥은 플라즈마가 상부 전극에서 용융지 방향으로 유체(Fluid)로서의 흐름을 보이는 플라즈마 스트림을 적용하고 상기 플라즈마 스트림과 직각방향이 되도록 상기 용가재 형상을 오목한 판상으로 하는 것을 특징으로 한다.Tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention for achieving the above object is a tube sheet automatic overlay welding apparatus for automatically welding the tube sheet, the main frame 100; A positioner 200 for fixing and supporting the tube sheet 210 to be welded; A welding part 300 for welding the tube sheet 210; A UP / DOWN frame 400 that is connected to the welding part 300 to adjust the welding position by moving the welding part 300; It is connected to the UP / DOWN frame 400 and includes a UP / DOWN motor unit 500 and a welding control unit 600 connected to and controlled by the welding unit 300 to move, and the welding unit 300 includes: It includes a welding torch that generates heat by discharging an electrode, and a Super-TIG feeding module that supplies a molten metal material to be a weld metal during welding, and the welding controller 600 increases the bead width with the base material to increase the welding speed. Includes AVC (Auto Voltage Controller) that responds to the oscillation frequency so as to oscillate to increase productivity (welding speed) while avoiding excessive increase of the metal material, the metal material is a C-type filler, and the welding When welding with a device, the arc column applies a plasma stream in which plasma flows as a fluid from the upper electrode to the molten paper direction, and is perpendicular to the plasma stream. It is characterized in that the shape of the filler material is a concave plate shape.

본 발명은 튜브시트 오버레이 용접현장에서 자동 오버레이 용접을 할 수 있는 효과를 보유하고 있다. 또한 기존의 수동 오버레이 용접은 숙련된 용접사에 의해 작업이 이루어져야 하지만, 본 발명은 숙련용접사가 아니더라도 상대적으로 간단한 교육에 의해서도 작업이 가능하여 용접원가 절감이 가능한 효과가 있다. 또한 TIG기법을 적용하면서도 효율이 좋기에, TIG의 장점인 깨끗한 작업환경을 확보할 수 있고, 상대적으로 SAW와 MIG보다 높은 생산성 및 품질확보가 가능하다.The present invention has the effect of performing automatic overlay welding at the tube sheet overlay welding site. In addition, the existing manual overlay welding should be done by a skilled welder, but the present invention is effective even if it is not a skilled welder, but also by relatively simple training, thereby reducing welding costs. In addition, since it is efficient while applying the TIG technique, it is possible to secure a clean working environment, which is the advantage of the TIG, and to achieve relatively higher productivity and quality than SAW and MIG.

도 1은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 실시 예이다.
도 2는 종래의 기술인 TIG 아크에 대한 관점과 플라즈마 스트림 이론을 적용한 TIG아크 및 SUPER-TIG아크 비교도이다.
도 3은 본 발명을 적용하여 오버레이 용접 시, 모재의 용입깊이와 비드높이에 따른 희석률 계산 방법이다.
도 4는 본 발명을 적용하여 용접한 사이드밴딩 시험 시편을 보여주는 예이다.
도 5는 본 발명에 따른 오버레이 용접 시 오실레이션 pitch의 모식도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 메인화면의 예시이다.
도 6b는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 Turn Table(포지셔너)의 수동조작 화면의 예시이다.
도 6c는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 오실레이터의 수동조작 화면의 예시이다.
도 7는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 측면도이다.
1 is an embodiment of a tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a comparison diagram of a TIG arc and a SUPER-TIG arc to which the TIG arc and the plasma stream theory are applied.
Figure 3 is a method of calculating the dilution rate according to the penetration depth and the bead height of the base material during overlay welding by applying the present invention.
Figure 4 is an example showing a side banding test specimen welded by applying the present invention.
5 is a schematic diagram of an oscillation pitch during overlay welding according to the present invention.
6A is an example of a PLC program main screen of a tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention.
Figure 6b is an example of a manual operation screen of the PLC program Turn Table (positioner) of the tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention.
Figure 6c is an example of a manual operation screen of the PLC program oscillator of the tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention.
7 is a front view of a tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention.
8 is a plan view of a tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention.
9 is a side view of the tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, but for easier understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited by it.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "... 부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification "includes" a certain component, this means that other components may be further included instead of excluding other components unless specifically stated otherwise. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software. .

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. .

설명에 앞서 본 명세서에는 다수의 양태 및 실시양태가 기술되며, 이들은 단순히 예시적인 것으로서 한정하는 것이 아니다.Prior to the description, a number of aspects and embodiments are described herein, and these are merely illustrative and not limiting.

본 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다른 양태 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능함을 이해할 것이다.After reading this specification, skilled artisans will appreciate that other aspects and embodiments are possible without departing from the scope of the invention.

이하에서 설명되는 실시양태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 하기로 한다.Before addressing the details of the embodiments described below, some terms will be defined or clarified.

아크용접이란 아크(방전시 발생하는 스파크, 열)를 이용한 용접을 의미한다. 일반적으로 전기 공급 방식과 전극봉이 소모성인가 비소모성인가에 따라 나뉜다. 전기 공급방식에는 교류식과 직류식이 있으며, 직류식이 교류식보다 전압 공급이 일정해 용접 특성이 더 뛰어나다.Arc welding refers to welding using arc (spark, heat generated during discharge). Generally, it is divided according to the electricity supply method and whether the electrode rods are consumable or non-consumable. There are AC type and DC type in the electricity supply method, and the DC type has a more constant voltage supply than the AC type, so welding characteristics are better.

GTAW란 Gas Tungsten Arc Welding의 약자로, 용접은 전극간(용접봉, 모재)에 전류, 전압을 흘려 그 사이에 발생하는 아크와 그 열로 각 재료를 녹여 접합하는 것인데, GTAW용접은 전극으로 텅스텐을 사용하며, 주로 Ar가스를 보호가스로 사용한다.GTAW is an abbreviation of Gas Tungsten Arc Welding. Welding is a method that melts and bonds each material with arc and heat generated between them by passing current and voltage between electrodes (welding rod, base material). GTAW welding uses tungsten as an electrode. Ar gas is mainly used as a protective gas.

SAW란 아크용접의 한 방식으로, 피복으로 된 용제(Flux) 대신 입자화 된 용제를 공급하여 용접하는 부위를 아예 덮어버리는 방식이다SAW is a method of arc welding, which provides a granulated solvent instead of a coated flux to cover the welding area.

MIG란 아크용접의 한 방식으로, GMAW 용접이라고도 불리며, 용접봉에 코팅된 피복이 녹아 불활성 가스를 생성하는 SMAW와 달리 아르곤이나 헬륨 이산화탄소, 혹은 혼합가스 등의 불활성 가스를 용접이 진행되는 부위에 직접 분사하여 용접 부분의 화학 변화를 방지하는 불활성 분위기를 생성하고, SMAW와 달리 피복재에 의한 슬래그 발생이 없으며, 피복재에 의한 전극 형태의 제한이 없기 때문에 직선형 전극봉만을 쓸 수 있는 SMAW와 달리 전극봉을 연속해서 공급할 수 있는 것이 특징이다.MIG is a method of arc welding, also called GMAW welding, and unlike SMAW, where the coating coated on the welding rod melts to produce an inert gas, sprays an inert gas such as argon, helium carbon dioxide, or mixed gas directly to the welding area. By creating an inert atmosphere that prevents chemical changes in the welded part, unlike SMAW, there is no slag caused by the coating material, and since there is no restriction on the electrode shape by the coating material, unlike SMAW, which can only use a straight electrode, the electrode can be continuously supplied. It is characterized by being able to.

TIG란 아크용접의 하위 분류로 GTAW 또는 WIG라고 하기도 한다. 다른 방식들과 달리 전극봉이 용융점이 매우 높은 텅스텐으로 되어있어 아크만 발생시키고, 그 아크에 따로 선재를 공급해 용접하는 방식으로 비소모성 전극봉 방식에 해당한다. TIG is a sub-class of arc welding and is also called GTAW or WIG. Unlike other methods, the electrode is made of tungsten with a very high melting point, so only the arc is generated, and a wire is supplied to the arc to weld it, which corresponds to the non-consumable electrode method.

Super-TIG란 GTAW에서 필러 형상을 C형으로 바꾸어 열을 더 잘 흡수하게 만들어 생산성이 대폭 향상된 용접을 의미한다.Super-TIG refers to welding in which the productivity is significantly improved by changing the filler shape to C type in GTAW to absorb heat better.

필러란 필러금속(용가재)으로 불리기도 하며, 용접 또는 납땜 중 두 개의 금속을 결합하는 데 사용되는 모든 재료를 의미한다. 사용특성(주로 피복제나 보호가스 등)에 따라 분류하기도 하고, 용접금속의 화학적성분에 따라 분류하기도 한다.A filler is also called a filler metal (a filler material) and refers to any material used to join two metals during welding or soldering. It is classified according to the characteristics of use (mainly coating material, protective gas, etc.), and is also classified according to the chemical composition of the weld metal.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치에 대한 상세한 설명을 하도록 한다.Next, a detailed description will be given of a tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 실시 예이고, 도 2는 종래의 기술인 TIG 아크에 대한 관점과 플라즈마 스트림 이론을 적용한 TIG아크 및 SUPER-TIG아크 비교도이고, 도 3은 본 발명을 적용하여 오버레이 용접 시, 모재의 용입깊이와 비드높이에 따른 희석률 계산 방법이고, 도 4는 본 발명을 적용하여 용접한 사이드밴딩 시험 시편을 보여주는 예이고, 도 5는 본 발명에 따른 오버레이 용접 시 오실레이션 pitch의 모식도이고, 도 6a는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 메인화면의 예시이고, 도 6b는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 Turn Table(포지셔너)의 수동조작 화면의 예시이고, 도 6c는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 오실레이터의 수동조작 화면의 예시이고, 도 7는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 평면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 측면도이다.1 is an embodiment of a tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a comparison view of a TIG arc and a SUPER-TIG arc to which a conventional technique is applied to a TIG arc and plasma stream theory, and FIG. When the overlay is welded by applying the present invention, the dilution rate calculation method according to the penetration depth and the bead height of the base material is shown, and FIG. 4 is an example showing a side banding test specimen welded by applying the present invention, and FIG. 5 is an overlay according to the present invention Schematic diagram of the oscillation pitch during welding, FIG. 6A is an example of the PLC program main screen of the tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention, and FIG. 6B is a PLC program of the tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention Turn Table ( Positioner) is an example of a manual operation screen, Figure 6c is the number of PLC program oscillator of the tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention An example of an operation screen, FIG. 7 is a front view of a tube sheet automatic overlay welding device according to the present invention, FIG. 8 is a plan view of a tube sheet automatic overlay welding device according to the present invention, and FIG. 9 is a tube sheet automatic according to the present invention It is a side view of an overlay welding apparatus.

도 1 내지 도9를 참조하여 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치에 대해 설명하도록 한다.1 to 9 will be described with respect to the tube sheet automatic overlay welding apparatus according to the present invention.

본 발명인 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 구조에 대해 간단하게 설명하면, 메인 프레임(100), 포지셔너(Turn Table, 200), 튜브시트(210), 용접부(300), UP/DOWN 프레임(400), UP/DOWN 모터부(500), 용접제어부(600)로 나눌 수 있다.Briefly explaining the structure of the inventor tube sheet automatic overlay welding device, the main frame 100, the positioner (Turn Table, 200), the tube sheet 210, the welding part 300, the UP / DOWN frame 400, It can be divided into UP / DOWN motor part 500 and welding control part 600.

본 발명은 친환경 고생산성을 가진 Super-TIG용접을 적용하여 용착속도 8kg/hr 용접이 가능하도록 한다. 튜브시트의 넓은 표면을 오버레이 용접하여 생산하는 과정에서 가장 빈번하게 발생할 수 있는 모재와의 융합불량, 특히 비드 겹침부의 토우부에서 생기는 융합불량을 방지하기 위해 오실레이션을 지능적으로 할 수 있도록 한다.The present invention enables welding at a welding speed of 8 kg / hr by applying super-TIG welding with eco-friendly high productivity. It is possible to intelligently oscillate to prevent fusion defects with the base material, which may occur most frequently in the process of producing by overlay welding a large surface of the tube sheet, especially fusion defects occurring in the toe portion of the bead overlap.

기존 외팔보의 슬라이딩에 의한 용접토치의 위치 변경에서 용접홀더의 볼 스크류+서보모터 제어에 의한 용접토치 위치변경에 의한 정밀한 용접이 가능하고, 용접 생산설계 데이터를 입력하여 용접토치를 상하, 좌우 이동시킬 수 있도록 제어한 후에 용접이 가능하게 한다. 또한, 오실레이션 주파수에 맞게 정밀하게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 적용한다.Precise welding is possible by changing the position of the welding torch by controlling the ball screw + servo motor of the welding holder from changing the position of the welding torch by sliding the existing cantilever beam, and moving the welding torch vertically and horizontally by entering the welding production design data. It is possible to weld after controlling it. In addition, AVC (Auto Voltage Controller) that reacts precisely according to the oscillation frequency is applied.

또한, 용착속도(생산속도) 8kg/hr을 달성하기 위해, 원폭 5mm, 두께 1mm의 C-Filler를 정밀 송급하여 모재 용입을 작게 하고 비드 겹침부에 결함방지가 가능한 동심원 방식을 사용한다.In addition, in order to achieve a welding speed (production speed) of 8 kg / hr, a C-Filler with a width of 1 mm and a thickness of 1 mm is precisely fed, using a concentric circle system that reduces the penetration of the base material and prevents defects in the bead overlap.

도 2를 참고하여 본 발명에 적용시킬 수 있는 플라즈마 스트림에 대해 설명하도록 한다. 차례대로 기존의 TIG 아크에 대한 관점, 플라즈마 스트림 이론에 의한 TIG아크에 대한 관점, 플라즈마 스트림 이론의 관점에서 Super-TIG아크에 대한 예시를 보여준다.A plasma stream that can be applied to the present invention will be described with reference to FIG. 2. In turn, it shows an example of Super-TIG arc from the viewpoint of the existing TIG arc, the viewpoint of the TIG arc by the plasma stream theory, and the viewpoint of the plasma stream theory.

기존에는 아크를 플라즈마 기둥으로 간주하여 가늘고 둥근 와이어 송급하였고, 비표면적을 중요시 하여 가는 와이어를 채용하였다.In the past, the arc was regarded as a plasma column, and thin and round wires were supplied, and thin wires with a specific surface area were adopted.

플라즈마 스트림 이론을 적용한다면, 아크기둥은 플라즈마가 상부 텅스텐 전극에서 용융지 방향으로 유체(Fluid)로서의 흐름을 보이는 플라즈마 스트림이라는 아크 물리학적 특징을 모델링하여 이론적 체계를 확립하였으며, 이 이론을 바탕으로 플라즈마 스트림과 직각방향이 되도록 용가재 형상을 오목한 판상으로 고안하여 적용함으로서 생산성을 획기적으로 향상시킨 Super-TIG용접 기술을 개발토록 하였다.If the plasma stream theory is applied, the arc column is modeled with an arc physics characteristic of a plasma stream in which plasma flows as a fluid from the upper tungsten electrode to the molten paper direction, establishing a theoretical system. We developed a Super-TIG welding technology that dramatically improved productivity by devising and applying the shape of the filler material in a concave plate shape to be perpendicular to the stream.

도 2를 참고하면, TIG Arc Plasma Stream은 용가재 표면에 법선 방향으로 충돌했을 때 용가재에 투입되는 열량이 가장 높음을 볼 수 있다. 원형 와이어 형상보다 Plasma Stream을 법선방향으로 받을 수 있고, 투입열량을 받을 수 있는 비표면적이 큰 C-type의 용가재를 사용하였기에 용착속도가 빨라 생산성 향상을 가져오는 효과를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the TIG Arc Plasma Stream has the highest amount of heat input to the filler material when it collides in the normal direction to the surface of the filler material. Plasma stream can be received in the normal direction rather than a circular wire shape, and since a C-type filler material having a large specific surface area capable of receiving the input heat is used, the welding speed is fast, so that an effect of improving productivity can be obtained.

다음으로, 도 3을 참고하여 희석률 5%이하를 위해서 튜브시트의 오버레이용접을 하는 부분은 고온 내부식 환경이므로 오버레이 용접 후 Fe의 함량은 5%범위내로 제한 후, Fe의 함량은 모재의 희석률에 의해 결정한다. 모재의 희석률은 오버레이 용접 시 모재의 용입깊이와 비드높이에 따라 아래 식과 같이 결정토록 한다.Next, referring to FIG. 3, the portion where the overlay welding of the tube sheet is performed in a high-temperature corrosion-resistant environment for a dilution rate of 5% or less, after the overlay welding, the content of Fe is limited to within 5%, and the content of Fe is diluted with the base material It is determined by the rate. The dilution rate of the base material is determined according to the following formula according to the penetration depth and the bead height of the base material during overlay welding.

Figure 112018028509793-pat00001
Figure 112018028509793-pat00001

Figure 112018028509793-pat00002
Figure 112018028509793-pat00002

다음으로, 용접비드 높이 최대편차(품질) 3mm 이내 달성을 위해서는, 용접비드의 골과 산의 높이 차이가 용접비드 높이 편차이며 그 최대치가 작아야 절삭가공량이 감소하므로 원가절감에 매우 중요한 요소이다. 따라서 오실레이션 기술과 전류비의 조절을 통해 최대편차를 감소시키면서 희석률이 감소될 수 있도록 한다.Next, in order to achieve the maximum deviation of the weld bead height (quality) within 3 mm, the difference between the height of the valley and the height of the weld bead is the deviation of the weld bead height and the maximum value is small, which is a very important factor in cost reduction since the cutting amount decreases. Therefore, it is possible to reduce the dilution rate while reducing the maximum deviation by adjusting the oscillation technology and the current ratio.

다음으로, 표면기공 0Ea/m2 달성을 위해선, TIG용접에서는 용융지가 잔잔하여 액체 내의 기포가 외부로 빠져나가기 곤란한 구조이므로 기포가 초기부터 발생하지 않도록 모재 표면을 청결하게 하고 C-Filler 표면도 청결하게 하여 기공발생을 억제하도록 관리 표준을 확립하고 1층 표면 비드의 산화물 제거를 한다. 이를 위해서 저주파 펄스에 의해 용융지에 주기적으로 물리적 힘을 가하여 액체 내부의 기포가 외부로 쉽게 빠져나올 수 있도록 한다.Next, in order to achieve 0Ea / m2 of surface pores, in TIG welding, since the molten paper is still and the bubbles in the liquid are difficult to escape to the outside, the surface of the base material is kept clean and the C-Filler surface is clean so that bubbles do not occur from the beginning. Therefore, a management standard is established to suppress the generation of pores, and oxide removal of the surface beads of the first layer is performed. To this end, physical force is periodically applied to the molten paper by a low-frequency pulse so that bubbles inside the liquid can easily escape to the outside.

다음으로 도 4를 참조하여, 용접시편 사이드밴딩 시험에서 균열 3mm 이내 달성을 위해선, 모재와 오버레이용접층 사이에 융합불량이 존재하거나 슬래그 혼입 또는 기공이 발생해 있으면 사이드밴딩 시험에서 균열이 크게 발생할 수 있기 때문에 이러한 균열을 철저히 방지하여 최종적으로 사이드밴딩 시험을 통과할 수 있도록 한다.Next, referring to FIG. 4, in order to achieve within 3 mm of the crack in the welding specimen side banding test, if there is a fusion defect between the base material and the overlay welding layer, or if slag mixing or pores occur, cracking may occur in the side banding test. Therefore, it is possible to thoroughly prevent such cracks and finally pass the side banding test.

본 발명의 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치는, 튜브시트를 자동으로 용접하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치로서, 메인 프레임(100); 용접대상인 튜브시트(210)를 고정하여 지지하는 포지셔너(200); 상기 튜브시트(210)를 용접하는 용접부(300); 상기 용접부(300)와 연결되어 상기 용접부(300)를 움직여 용접 위치를 조절할 수 있는 UP/DOWN 프레임(400); 상기 UP/DOWN 프레임(400)과 연결되어 움직일 수 있도록 하는 UP/DOWN 모터부(500); 상기 용접부(300)와 연결되어 제어하는 용접제어부(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Tube sheet automatic overlay welding device of the present invention, the tube sheet automatic overlay welding device for automatically welding the tube sheet, the main frame 100; A positioner 200 for fixing and supporting the tube sheet 210 to be welded; A welding part 300 for welding the tube sheet 210; A UP / DOWN frame 400 that is connected to the welding part 300 to adjust the welding position by moving the welding part 300; A UP / DOWN motor unit 500 connected to the UP / DOWN frame 400 to allow movement; It characterized in that it comprises a welding control unit 600 for controlling the connection with the welding unit 300.

상기 포지셔너(200)는 용접제어부(600)와 연결되어, 용접 위치를 조절할 수 있도록 회전이 가능할 수 있도록 한다. 도 6b와 같이 포지셔너(200)는 용접제어부(600)로 조작이 가능하도록 한다.The positioner 200 is connected to the welding control unit 600, so that it can be rotated to adjust the welding position. As shown in Figure 6b, the positioner 200 can be operated by the welding control unit 600.

다음으로, 상기 용접부(300)는, 전극봉을 방전시켜 열을 발생시키는 용접토치; 용접 시 용착금속이 되도록 용융시킨 금속 재료를 공급하는 Super-TIG 송급모듈을 포함한다. Next, the welding unit 300, a welding torch to generate heat by discharging the electrode; It includes a Super-TIG feeding module that supplies molten metal material to be a weld metal during welding.

상기 전극봉은 용접을 하는 방식에 따라 직류 용접을 해야할 경우 일단부가 뾰족하게 마감되어 있도록 하고, 교류 용접의 경우 둥글게 마감되어 있도록 한다.According to the welding method, the electrode rods should have one end sharply closed when DC welding is to be performed, and rounded ends in the case of AC welding.

상기 전극봉은 텅스텐, 토륨 중량이 1% 내지 2% 함유된 텅스텐, 란타넘 중량이 0.8% 내지 2.2% 함유된 텅스텐 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.The electrode bar is characterized in that it consists of any one of tungsten, tungsten containing 1% to 2% thorium weight, and tungsten containing 0.8% to 2.2% lanthanum weight.

좀 더 상세히 설명하자면, 토륨이 포함되면 아크가 안정되어 전극의 소모가 적어 직류 정극성에 사용되며 주로 강, 스테인레스, 동 합금 용접에 적합해진다. 전극봉에 셀륨이 포함될 경우, 낮은 전류 전극 봉으로 정밀 금형에 특히 널리 사용한다.In more detail, when thorium is included, the arc is stable and consumes less electrodes, so it is used for direct current positive polarity, and is mainly suitable for welding steel, stainless, and copper alloys. When the electrode contains celium, it is a low current electrode rod, which is particularly widely used in precision molds.

란타넘을 포함시키면 철, 스테인레스, 알루미늄 등 각종 금형 용접에 사용하며, 알루미늄에 특히 우수한 성능을 보이게 된다.When lanthanum is included, it is used for welding various molds such as iron, stainless steel, and aluminum, and exhibits particularly excellent performance on aluminum.

지르코늄이 함유된 전극봉은 교류 고주파를 사용하고 높은 전류 전극봉으로 순 텅스텐 전극봉보다 수명이 길고 교류용접에 보다 적합하며 알루미늄 용접에 우수한 성능을 보인다. 따라서 사용자는 자신에게 적합한 재료를 적용시켜 사용할 수 있을 것이다.The electrode rod containing zirconium uses AC high frequency and is a high current electrode, which has a longer life than pure tungsten electrode, is more suitable for AC welding, and shows excellent performance in aluminum welding. Therefore, the user will be able to apply and use materials suitable for them.

다음으로, 전극봉에 대하여 좀 더 상세히 설명하자면, 텅스텐 전극봉의 끝부분의 가공에 따라 아크의 집중성이 변하게 된다. 가공각도에 45~60도처럼 넓으면 아크는 좁게 집중되고, 20~30도 정도로 뾰족한 경우 아크는 넓게 생성된다. 또한 재질에 따라서도 아크의 집중성에 있어 차이가 있다. 예를 들어, 토륨 텅스텐 전극봉의 경우 가공각도가 30도정도면, 셀륨 텅스텐 전극봉의 가공각도 45도인 경우와 아크의 집중성이 비슷하다고 알려져 있다. 이 뜻은 토륨쪽이 집중도가 넓지만, 아크의 스타트는 셀륨 쪽이 우수하다고 할 수 있다. 따라서 사용자는 본 발명을 실시 함에 있어 좀 더 재질에 적합한 전극봉을 사용해야한다.Next, to explain the electrode rod in more detail, the concentration of the arc changes depending on the processing of the tip of the tungsten electrode. If it is as wide as 45 to 60 degrees at the processing angle, the arc is concentrated narrowly, and when it is pointed at about 20 to 30 degrees, the arc is generated broadly. Also, depending on the material, there is a difference in the concentration of the arc. For example, in the case of a thorium tungsten electrode rod, it is known that if the processing angle is about 30 degrees, the concentration of arc is similar to that of a cerium tungsten electrode rod, which is 45 degrees. This means that the thorium side has a higher concentration, but the arc start has a better cerium side. Therefore, the user should use an electrode electrode suitable for a more material in carrying out the present invention.

다음으로, 용접제어부(600)는 모재와의 비드폭을 높게하여 용접속도의 지나친 증가를 피하면서 생산성(용착속도)을 높이기 위해 오실레이션 할 수 있도록, 상기 오실레이션 주파수에 맞게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 포함할 수 있다.Next, the welding control unit 600 increases the bead width with the base material to avoid oscillation of the welding speed and increase the productivity (welding speed) so as to oscillate to increase the productivity, AVC (Auto responding to the oscillation frequency) Voltage Controller).

도 5를 참조하여, 오실레이션에 대해 설명하자면 오버레이 오실레이션 피치는 토치 오실레이션과 용접진행에 따른 궤적의 진행방향 반복거리를 의미한다.Referring to FIG. 5, to explain the oscillation, the overlay oscillation pitch means the torch oscillation and the repeating distance of the trajectory of the trajectory according to the welding progress.

여기에서 전술되어 있는 기설정된 소정의 수치(1%, 0.8%, 20~30도, 45~60도)는, 본 발명의 이해를 돕기 위해 기재한 것이며, 이는 운용자의 설정에 따라 달라질 수 있고, 전술된 수치가 본 발명에 한정되지 않는 것은 당연하다.The predetermined predetermined values (1%, 0.8%, 20-30 degrees, 45-60 degrees) described above are described to help the understanding of the present invention, which may vary depending on the operator's settings, It is natural that the above-described numerical values are not limited to the present invention.

이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although described above with reference to the drawings according to embodiments of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above.

100 : 메인 프레임
200 : 포지셔너
210 : 튜브시트
300 : 용접부
400 : UP/DOWN 프레임
500 : UP/DOWN 모터부
600 : 용접제어부
100: main frame
200: positioner
210: tube sheet
300: weld
400: UP / DOWN frame
500: UP / DOWN motor part
600: welding control unit

Claims (6)

튜브시트를 자동으로 용접하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치로서,
메인 프레임(100);
용접대상인 튜브시트(210)를 고정하여 지지하는 포지셔너(200);
상기 튜브시트(210)를 용접하는 용접부(300);
상기 용접부(300)와 연결되어 상기 용접부(300)를 움직여 용접 위치를 조절할 수 있는 UP/DOWN 프레임(400);
상기 UP/DOWN 프레임(400)과 연결되어 움직일 수 있도록 하는 UP/DOWN 모터부(500) 및
상기 용접부(300)와 연결되어 제어하는 용접제어부(600)를 포함하고,
상기 용접부(300)는, 전극봉을 방전시켜 열을 발생시키는 용접토치 및
용접 시 용착금속이 되도록 용융시킨 금속 재료를 공급하는 Super-TIG 송급모듈을 포함하고,
상기 용접제어부(600)는 모재와의 비드폭을 높게하여 용접속도의 지나친 증가를 피하면서 생산성(용착속도)을 높이기 위해 오실레이션 할 수 있도록, 상기 오실레이션 주파수에 맞게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 포함하고,
상기 금속재료는 C-type 용가재이고,
상기 용접 장치로 용접을 할 때 아크기둥은 플라즈마가 상부 전극에서 용융지 방향으로 유체(Fluid)로서의 흐름을 보이는 플라즈마 스트림을 적용하고 상기 플라즈마 스트림과 직각방향이 되도록 상기 용가재 형상을 오목한 판상으로 하고, 용접 후 Fe의 함량은 모재의 희석률에 의해 결정하며, 모재의 희석률은 오버레이 용접 시 모재의 용입깊이와 비드높이에 따라 하기 수학식 1, 하기 수학식 2와 같이 결정하고,
상기 전극봉(310)은 용접을 하는 방식에 따라 직류 용접의 경우 일단부가 뾰족하게 마감되어 있고, 교류 용접의 경우 둥글게 마감되어 있는 것을 특징으로 하는, 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치.
(수학식 1)
Figure 112019114599306-pat00015

(수학식 2)
Figure 112019114599306-pat00016

A tube sheet automatic overlay welding device for automatically welding tube sheets,
Main frame 100;
A positioner 200 for fixing and supporting the tube sheet 210 to be welded;
A welding part 300 for welding the tube sheet 210;
A UP / DOWN frame 400 that is connected to the welding part 300 to adjust the welding position by moving the welding part 300;
The UP / DOWN motor unit 500 is connected to the UP / DOWN frame 400 so as to be movable.
It includes a welding control unit 600 to control the connection with the welding unit 300,
The welding part 300, a welding torch to generate heat by discharging the electrode rod and
Includes a Super-TIG feeding module that supplies molten metal material to be a weld metal during welding,
The welding control unit 600 increases the bead width with the base material to avoid oscillation of the welding speed while increasing the productivity (welding speed) so as to oscillate, AVC (Auto Voltage Controller) responding to the oscillation frequency ),
The metal material is a C-type filler,
When welding with the welding device, the arc column applies a plasma stream showing a flow of fluid as a fluid in the direction of the molten metal from the upper electrode and makes the filler material shape into a concave plate shape so as to be perpendicular to the plasma stream. The content of Fe after welding is determined by the dilution rate of the base material, and the dilution rate of the base material is determined by the following Equation 1 and Equation 2 according to the penetration depth and the bead height of the base material during overlay welding.
The electrode 310 is a tube sheet automatic overlay welding device, characterized in that one end is sharply closed in the case of direct current welding, and rounded in the case of alternating current welding according to the method of welding.
(Equation 1)
Figure 112019114599306-pat00015

(Equation 2)
Figure 112019114599306-pat00016

청구항 1에 있어서,
상기 포지셔너(200)는 상기 용접제어부(600)와 연결되어, 용접 위치를 조절할 수 있도록 회전이 가능한 것을 특징으로 하는, 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치.
The method according to claim 1,
The positioner 200 is connected to the welding control unit 600, characterized in that it is possible to rotate to adjust the welding position, automatic tube sheet overlay welding device.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 전극봉은 텅스텐, 토륨 중량이 1% 내지 2% 함유된 텅스텐, 란타넘 중량이 0.8% 내지 2.2% 함유된 텅스텐 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치.
The method according to claim 1,
The electrode bar is tungsten, thorium weight 1% to 2% of the tungsten containing, lanthanum weight of 0.8% to 2.2% of the tungsten contained in the tube sheet automatic overlay welding device comprising one.
삭제delete
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