KR102121499B1 - 경사토치를 이용한 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사토치를 이용한 용접장치에 관한 것이다. 이러한 용접 장치는, 용접용 수직면을 갖는 제1 모재와, 상기 제1 모재와 맞닿은 단면이 "K"형을 이루도록, 상기 제1 모재와 맞닿는 일단부로부터 비스듬이 상방향으로 연장되는 제1 경사면과 상기 일단으로부터 비스듬이 하방향으로 연장되는 제2 경사면을 갖는 제2 모재를 용접하는 장치에 있어서, 상기 제1 모재와 제2 모재가 접촉하는 루트패스에 대하여 수직한 방향으로 배치되는 제1 용접토치; 상기 수직한 방향에 대하여 소정의 각도만큼 기울어져 배치되는 제2 용접토치를 포함하여서, 상기 제1 용접토치는 비드의 적어도 일부가 상기 수직면에 접하도록 형성하고, 상기 제2 용접토치는 비드의 일측이 상기 제1 경사면 또는 제2 경사면에 접하도록 형성하면서 타측은 상기 수직면과 떨어져 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

경사토치를 이용한 용접 장치{Welding Method using K-type welding shape}

본 발명은 경사토치를 이용한 용접 장치에 관한 것으로, 특히, 제1 모재의 수직면과 제2 모재의 제1,2 경사면이 K형 용접 이음 형상을 유지하고, 수직방향으로 배치되는 제1 용접토치와 소정의 각도로 배치되는 제2 용접토치를 이용하여, 신속하면서도 양호한 품질을 제공하도록 한 경사토치를 이용한 용접 장치에 관한 것이다.

본 발명은 산업통상자원부의 산업소재핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제번호:10063532, 연구과제명:극한환경용 ICE 내충돌, 고인성 해양플랜트 강재 및 적용 기술 개발]

본 발명은 두 개의 모재를 서로 인접하여 배치한 후에 용접하는 방법과 관련된 것이다. 도1 및 도2는 종래 용접 형상에 관하여 도시한다.

도1을 참조하면, 두 개의 모재를 서로 맞대어 용접할 때 상기 두 개의 모재가 맞닿은 형상이 X자 형상인 경우를 도시한다. 제1 모재(1)의 전면이 돌출된 형태로 경사면을 형성하고, 마찬가지의 방법으로 제2 모재(2)의 전면이 돌출된 형태로 경사면을 형성한다. 상기 제1 모재(1)와 제2 모재(2)의 돌출부를 서로 맞대면 상기 제1 모재(1)와 제2 모재(2)의 형상은 대략적으로 X자 형태를 이룬다. 상기 제1 모재(1)와 제2 모재(2)의 형성하는 사이 공간에 용접을 수행한다. 상기 제1 모재(1)의 경사면과 상기 제2 모재(2)의 경사면이 형성하는 각도를 개선각이라고 하며, 상기 개선각은 용접토치 및 그라인더의 진입이 가능한 범위에서 선정된다.

도1에 도시된 바와 같이, X자 형상으로 모재를 가공하여 용접을 하는 경우, 상기 제1,2 모재(1,2)가 형성하는 공간이 비교적 넓어서 용접소재가 과도하게 필요하고, 용접 시간이 길어지는 단점이 있다.

도2는 상기 X자 형상을 개선한 용접 형상을 도시한다. 도2를 참조하면, X자 형상과 비교하여 용접 면적을 감소시켜 용접 생산성을 향상시키고, 용접 결함 및 용접 변경을 감소시킬 수 있는 용접 이음 형상 가공 방법이 제공된다. 구체적으로, 도2에 따르면, 제1,2 모재(1,2)에 의해 형성되는 전, 후면 개선부(4,5)는 각각 개선면을 제일 깊은 부분인 루트부(3)로부터 순차적으로 1단 개선각도 및 2단 개선각도를 갖도록 형성하되, 상기 2단 개선각도는 1단 개선각도보다 작게 형성된다.

그러나, 도2의 용접 형상은 X자 형상을 다소 변형하였으나, 전체적으로 X자 형상을 취하므로, 여전히 용접소재가 과도하게 필요하고, 루트부(3)에 초층용접을 수행한 후에 가우징(Gouging)을 수행하는데 불편이 따르는 문제가 있다.

또한, 하나의 용접토치를 이용하여 상기 제1,2 모재(1,2)를 용접하는 경우, 용접소재가 과도해지는 만큼 작업 시간이 길어지는 단점이 있으며, X자 형상의 개선각을 이루는 경우 제1 모재(1) 및 제2 모재(2)는 루트부(3)를 중심으로 경사 방향이 다르므로 용접토치의 기울기를 반복적으로 변경해야 하는 불편이 따른다. 용접토치의 기울기를 반복적으로 변경하는 경우 일정한 용접 품질을 제공하지 못하는 문제가 있다.

한국등록공개공보 제10-1579208호

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 제1 모재의 수직면과 제2 모재의 제1,2 경사면이 K형 용접 이음 형상을 유지하고, 수직방향으로 배치되는 제1 용접토치와 소정의 각도로 배치되는 제2 용접토치를 이용하여, 신속하면서도 양호한 품질을 제공하도록 한 경사토치를 이용한 용접 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치는, 용접용 수직면을 갖는 제1 모재와, 상기 제1 모재와 맞닿은 단면이 "K"형을 이루도록, 상기 제1 모재와 맞닿는 일단부로부터 비스듬이 상방향으로 연장되는 제1 경사면과 상기 일단으로부터 비스듬이 하방향으로 연장되는 제2 경사면을 갖는 제2 모재를 용접하는 장치에 있어서, 상기 제1 모재와 제2 모재가 접촉하는 루트패스에 대하여 수직한 방향으로 배치되는 제1 용접토치; 상기 수직한 방향에 대하여 소정의 각도만큼 기울어져 배치되는 제2 용접토치를 포함하여서, 상기 제1 용접토치는 비드의 적어도 일부가 상기 수직면에 접하도록 형성하고, 상기 제2 용접토치는 비드의 일측이 상기 제1 경사면 또는 제2 경사면에 접하도록 형성하면서 타측은 상기 수직면과 떨어져 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 용접토치를 지지하는 제1 지지부; 상기 제2 용접토치를 지지하는 제2 지지부; 및 상기 제1,2 결합부가 결합되며, 상기 제1,2 결합부를 소정의 제1 높이로 위치하도록 상하방향으로 이동가능한 승하강블럭;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 용접토치를 지지하는 제1 지지부와, 상기 제2 용접토치를 지지하는 제2 지지부를 포함하며, 상기 제2 지지부는 상기 제2 용접토치의 기울어진 각도를 조절하기 위한 각도조절부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 지지부는 상기 제1 높이에서, 상기 제1 용접토치의 상하방향 및 좌우방향으로 위치를 조절하는 제1 미세조절부를 구비하고, 상기 제2 지지부는 상기 제1 높이에서, 상기 제2 용접토치의 상하방향 및 좌우방향으로 위치를 조절하는 제2 미세조절부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 루트패스의 방향으로 마련되는 안내레일; 상기 승하강블럭을 상하 방향으로 이동 가능하게 지지하며, 상기 안내레일에 안착되어 왕복 이동하는 이동블럭; 상기 이동블럭을 왕복 이동시키는 구동부; 및 상기 이동블럭의 이동 속도를 제어하는 제어부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 용접이 수행되는 루트패스 방향으로 왕복이동하는 이동블럭; 상기 이동블럭에 결합되는 수직가이드; 상기 수직가이드에 결합되어 승하강 가능한 승하강블럭; 상기 승하강블럭에 결합되어, 상기 제1 용접토치를 지지하는 제1 지지부; 상기 승하강블럭에 결합되어, 상기 제2 용접토치를 지지하는 제2 지지부; 상기 수직가이드 상측에 결합되어, 상기 제1,2 용접토치에 용접와이어를 각각 제공하는 제1,2 피더를 포함하여서, 상기 이동블럭, 수직가이드, 승하강블럭, 제1,2 지지부, 및 제1,2 피더는 함께 왕복 이동하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 승하강블럭에 결합되며, 용접이 수행되는 상기 루트패스의 방향에 대하여 수직한 방향으로 상기 제1,2 용접토치를 왕복이동시키는 좌우이동블럭을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각도조절부는, 상기 제2 용접토치의 일단이 회전 가능하게 결합되는 결합부와 상기 결합부의 외주면에 표기된 각도표시부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치는, 제1 모재와 제2 모재가 서로 맞닿을 때 K형을 이루도록 하고, 수직방향으로 배치되는 제1 용접토치와 소정의 각도로 배치되는 제2 용접토치를 이용하여, 신속하면서도 양호한 품질을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 용접 장치는, 제1 모재와 제2 모재가 인접하여 접촉할 때 제1 모재의 수직면 부분은 소정의 각도로 기울어져 셋팅되는 제2 용접토치에 의해 일정하게 용접이 수행되므로, 수직면에 발생하는 열변형이 다른 형태의 그루브(Groove)와 비교하여 양호하고 견실하여 용접 품질이 향상되는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 용접 장치는, 제1 모재의 수직면에 제2 모재를 접촉시키므로, 제1,2 모재가 서로 맞닿은 상태에서 그 형태를 안정적으로 유지하므로 용접 품질이 향상된다. 종래 X형 용접 형상은, 제1 모재와 제2 모재의 각 돌출부가 서로 맞닿는 형태이므로 제1,2 모재의 접촉 및 그 접촉된 상태를 그대로 유지하기가 상대적으로 어렵다.

또한, 상기 제1 모재의 수직면과 상기 제2 모재의 경사면 사이의 공간을 용접재로 채우게 되므로, X형 용접 형상에 비하여 용접재로 채워야 하는 공간이 감소하여 용접 공기를 단축시킬 수 있고, 인건비 절감이 가능하며, 용접 재료의 원가절감 효과를 제공한다.

또한, 제1 모재의 수직면에 형성되는 열변형부는 일정한 직선 라인을 따라 형성되므로, 열변형부의 범위를 최소로 제어할 수 있다. 따라서 열변형부의 충격 인성을 향상시킬 수 있으므로, 구조물의 용접 내구성 및 내피로 성능을 개선하는 효과를 제공한다.

또한, 제1 모재의 수직면에 형성되는 열변형부는 일정한 직선 라인을 따라 형성되므로, 충격인성이나 파괴인성을 측정하기 위해서 열변형부의 범위를 용이하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 용접 장치에 의해 제1 모재와 제2 모재가 용접된 후 획득된 시편은, 노치를 용이하게 형성할 수 있으므로 정확한 성능 결과를 얻기에 매우 효과적이다.

도1 및 도2는 종래 용접 이음 형상을 도시한 도면,
도3은 본 발명의 실시예에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치의 사시도,
도4는 도3의 좌측면도,
도5는 도3의 요부를 발췌하여 도시한 도면,
도6의 도5의 요부를 발췌하여 도시한 도면,
도7은 제1 용접토치가 용접하는 모습을 개략적으로 보인 도면,
도8은 제2 용접토치가 용접하는 모습을 개략적으로 보인 도면,
도9는 본 발명 실시예에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치의 블럭도이다.
도10은 K형 용접 이음 형상을 도시한 도면,
도11은 도10의 K형 용접 이음 형상을 갖는 제1,2 모재가 다층 용접된 상태를 보인 도면,
도12는 도10의 K형 용접 이음 형상의 변형례를 보인 도면,
도13은 도10의 가우징 영역을 도시한 도면,
도14 내지 도16은 K형 용접 이음 형상의 변형례를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치의 사시도이고, 도4는 도3의 좌측면도이다. 도5는 도3의 요부를 발췌하여 도시한 도면이고, 도6의 도5의 요부를 발췌하여 도시한 도면이다. 도7은 제1 용접토치가 용접하는 모습을 개략적으로 보인 도면이고, 도8은 제2 용접토치가 용접하는 모습을 개략적으로 보인 도면이며, 도9는 본 발명 실시예에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치의 블럭도이다.

도10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치는, 용접용 수직면을 갖는 제1 모재와, 상기 제1 모재와 맞닿은 단면이 "K"형을 이루도록, 상기 제1 모재와 맞닿은 일단부로부터 비스듬이 상방향으로 연장되는 제1 경사면과 상기 일단으로부터 비스듬이 하방향으로 연장되는 제2 경사면을 갖는 제2 모재를 용접하는 장치에 관한 것이다.

먼저, 상기 제1 모재(10)와 제2 모재(20)에 대하여 설명한다.

상기 제1 모재(10)은 수직면(11)을 구비하고, 상기 제1 모재(10)에 용접되는 제2 모재(20)는 상기 제1 모재(10)의 수직면(11)과 소정의 개선각을 갖도록 가공된다. 상기 제1 모재(10)는, 상기 제2 모재(10)와 맞닿는 부분이 수직면(11)을 형성하면 족하므로, 제1 모재(10)을 준비하기 위해 그 가공이 매우 간편하고, 그 준비에 소요되는 시간이 현저히 감소된다.

상기 제2 모재(20)는 상기 제1 모재(10)의 수직면(11)과 소정의 각도를 갖도록 가공된다. 상기 제2 모재(20)가 상기 제1 모재(10)에 접촉되어 초층 용접의 기준이 되는 라인을 루트패스(23)라 한다. 본 실시예에 따르면, 상기 루트패스(23)는 상기 수직면(11)과 선 접촉하거나 면 접촉한다. 도10을 참조하면, 상기 루트패스(23)는 상기 수직면(11)과 선 접촉한다. 한편, 도12을 참조하면, 상기 제2 모재(20)는 상기 제1 모재(10)와 소정의 폭으로 면 접촉하여 루트패스(23)를 형성할 수 있다.

상기 제2 모재(20)는 상기 루트패스(23)로부터 경사진 제1 경사면(21)과 제2 경사면(22)을 포함한다.

상기 제1 경사면(21)은 상기 제1 모재(10)와 맞닿은 일단부로부터 상기 수직면(11)과 소정의 예각을 갖도록 비스듬히 상방향으로 연장된다. 상기 수직면(11)과 상기 제1 경사면(21) 이루는 각도는 43°~ 47°의 범위로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 수직면(11)과 상기 제1 경사면(21)은 45°의 각도로 형성된다.

상기 제2 경사면(22)은 상기 제1 모재(10)와 맞닿은 일단부로부터 상기 수직면(11)과 소정의 예각을 갖도록 비스듬히 하방향으로 연장된다. 상기 수직면(11)과 상기 제2 경사면(22) 이루는 각도는 43°~ 47°의 범위로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 수직면(11)과 상기 제2 경사면(22)은 45°의 각도로 형성된다.

따라서, 상기 루트패스(23)로부터 상기 제1 경사면(21)은 상방향으로, 상기 제2 경사면(22)은 하방향으로 연장됨으로써, 상기 제2 모재(20)는 중간 측인 상기 루트패스(23)가 돌출되는 형태를 갖는다.

용접용 수직면(11)을 갖는 제1 모재(10)와, 상기 제1 모재(10)와 맞닿은 단면이 "K"형을 이룬다고 함은, 도10에 도시된 바와 같이 상기 제1 모재(10)와 상기 제2 모재(20)가 맞닿아 상기 수직면(11)과 상기 제1,2 경사면(21,22)이 이루는 형상이 대략 "K"을 이루는 것을 의미한다.

도3을 참조하면, 본 발명 실시예에 따른 경사토치를 이용한 용접장치는, 제1 용접토치(30), 제2 용접토치(40)를 포함한다.

상기 제1 용접토치(30)는 상기 제1 모재(10)와 상기 제2 모재(20)가 접촉하는 루트패스(23)에 대하여 수직한 방향으로 배치된다(도7 참조). 도11에 도시된 바와 같이, 상기 제1 용접토치(30)는 비드(1)의 일측이 상기 제1 경사면(21) 또는 제2 경사면(22)에 접하도록 형성하고, 상기 비드(1)의 타측은 상기 수직면(11)과 떨어져 형성되도록 한다. 또는 상기 제1 용접토치(30)는 상기 비드(2)가 제1 모재(10)의 수직면(11) 및 상기 제2 모재(20)의 제1,2 경사면(21,22)에 접촉하지 않으면서 형성될 때도 사용된다. 상기 비드(1)의 일측이 상기 제1 경사면(21) 또는 제2 경사면(22)에 접하도록 형성된다는 것은, 상기 비드(1)의 일측이 상기 제1 경사면(21) 또는 상기 제2 경사면(22)에 결합되도록 형성됨을 의미한다.

상기 제2 용접토치(40)는 상기 루트패스(23)에 대하여 수직한 방향에 대하여 소정의 각도만큼 기울어져 배치된다(도8 참조). 따라서, 상기 제2 용접토치(40)는 상기 제1 용접토치(10)에 대하여 비스듬이 배치된다.

도11에 도시된 바와 같이, 상기 제2 용접토치(40)는 비드(3)의 적어도 일부가 상기 수직면(11)에 접하도록 형성된다. 비드(3)의 적어도 일부가 상기 수직면(11)에 접한다고 함은, 도11에 도시된 것과 같이 비드의 일부가 상기 수직면(11)에 결합되는 것을 의미한다. 따라서, 상기 비드(3)의 다른 일부가 상기 제1 경사면(21) 또는 제2 경사면(22)과 결합되는 것을 배제하지 않는다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치는, 수직면(11)에 접하여 비드(3)를 형성할 때에는 제2 용접토치(40)에 의해 용접하고, 제1 또는 제2 경사면(21,22)에 비드(1)를 형성할 때에는 제1 용접토치(30)를 사용한다. 그리고, 상기 제1 용접토치(30)는 상기 수직면(11) 및 상기 제1,2 경사면(21,22)과 접하지 않도록 비드(2)를 형성할 때 사용된다. 상기 제2 용접토치(40)는 소정의 기울기로 일정하게 경사지도록 셋팅되고, 상기 제1 용접토치(30)는 수직으로 배치되므로, 상기 제1,2 용접토치(30,40)는 일정한 자세를 안정적으로 유지하면서 용접을 신속하게 수행하게 된다.

본 발명 실시예에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치는, 제1 지지부(50), 제2 지지부(60), 승하강블럭(70), 안내레일(80), 이동블럭(90), 구동부(100), 제어부(110), 및 좌우이동블럭(170)를 포함한다.

도5를 참조하면, 상기 제1 지지부(50)는 상기 제1 용접토치(30)를 지지하기 위해 마련된다. 상기 제1 지지부(50)는, 승하강블럭(70)에 결합되는 제1 브라켓(51)과 상기 제1 브라켓(51)에 연결되어 상기 제1 용접토치(30)를 지지하는 제1 지지바(52)를 포함한다. 상기 제1 지지바(52)는 수평하게 배치된다.

상기 제2 지지부(60)는 상기 제2 용접토치(40)를 지지하기 위해 마련된다. 상기 제2 지지부(60), 승하강블럭(70)에 결합되는 제2 브라켓(61)과 상기 제2 브라켓(62)에 연결되어 상기 제2 용접토치(40)를 지지하는 제2 지지바(62)를 포함한다. 상기 제2 지지바(62)는 상기 제1 지지바(52)와 마찬가지로 수평하게 배치되며, 상기 제1 지지바(52)와 평행하게 배치된다.

상기 승하강블럭(70)은 상기 제1 지지부(50) 및 제2 지지부(60)가 결합된다. 상기 승하강블럭(70)은 상기 제1,2 지지부(50,60)를 소정의 제1 높이로 위치하도록 상하 방향으로 이동 가능하게 마련된다. 도3에 도시된 바와 같이, 상기 승하강블럭(70)은 모터(71)에 의해 동력을 전달받는다.

상기 좌우이동블럭(170)은 상기 승하강블럭(70)에 결합되며, 용접이 수행되는 상기 루트패스(23)의 방향에 대하여 수직한 방향으로 상기 제1,2 용접토치(30,40)를 왕복이동시킨다.

도4에 도시된 바와 같이, 상기 좌우이동블럭(170)은 모터(171)에 의해 동력을 전달받아, 상기 승하강블럭(70)로부터 출몰 가능하게 결합된다. 본 실시예에 따르면, 상기 좌우이동블럭(170)은 상기 승하강블럭(70)에 결합되고, 상기 제1,2 브라켓(51,61)은 상기 좌우이동블럭(170)에 결합된다. 따라서, 상기 좌우이동블럭(170)의 이동방향은 상기 제1,2 지지바(52,62)가 연장되는 방향과 동일하고, 상기 좌우이동블럭(170)은 상기 승하강블럭(70)이 일차적으로 소정의 제1 높이에 위치한 후, 좌우 방향으로 상기 제1,2 지지바(52,62)를 이동시킨다. 결과적으로, 상기 제1,2 지지바(52,62)에 결합된 제1,2 용접토치(30,40)가 좌우 방향으로 이동한다.

본 실시예에 따르면, 상기 제1 지지부(50)는 제1 미세조절부(53)를 구비한다. 상기 제1 미세조절부(53)는 상기 제1 높이에서 상기 제1 용접토치(30)의 위치를 상하방향 및 좌우방향으로 미세하게 조절하기 위해서 마련된다.

상기 제1 미세조절부(53)는, 제1 좌우이동부(531) 및 제1 상하이동부(532)을 포함한다.

도5를 참조하면, 상기 제1 좌우이동부(531)는 상기 제1 지지바(52)에 삽입되는 제1 삽입공(535)이 구비되고, 일측에 상기 제1 좌우이동부(531)의 좌우 이동을 조절하는 제1 레버(533)가 결합된다. 상기 제1 레버(533)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전가능하며, 회전시 상기 제1 지지바(52)에 마련된 톱니와 맞물리면서 상기 제1 좌우이동부(531)는 상기 제1 지지바(52)를 따라 좌우로 이동한다.

상기 제1 상하이동부(532)는 상기 제1 좌우이동부(531)에 형성된 제2 삽입공(536)에 삽입되어 상하 방향으로 이동한다. 상기 제1 상하이동부(532)는 제2 레버(534)에 의해 상하 방향으로 이동이 조절된다. 상기 제2 레버(534)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전가능하며, 회전시 상기 제1 상하이동부(532)에 마련된 톱니와 맞물리면서 상하로 이동한다.

본 실시예에 따르면, 상기 제2 지지부(60)는 제2 미세조절부(63)와 각도조절부(64)를 구비한다. 상기 제2 미세조절부(63)는 상기 제1 높이에서 상기 제2 용접토치(40)의 위치를 상하방향 및 좌우방향으로 미세하게 조절하기 위해서 마련된다.

상기 제2 미세조절부(63)는, 상기 제1 미세조절부(53)과 마찬가지로, 제2 좌우이동부(631) 및 제2 상하이동부(632)를 포함한다.

상기 제2 좌우이동부(631)는 상기 제2 지지바(62)에 삽입되는 제2 삽입공(635)이 구비되고, 일측에 상기 제2 좌우이동부(631)의 좌우 이동을 조절하는 제3 레버(633)가 결합된다. 상기 제3 레버(633)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전가능하며, 회전시 상기 제2 지지바(62)에 마련된 톱니와 맞물리면서 상기 제2 좌우이동부(631)는 상기 제2 지지바(62)를 따라 좌우로 이동한다.

상기 제2 상하이동부(632)는 상기 제2 좌우이동부(631)에 형성된 제2 삽입공(636)에 삽입되어 상하 방향으로 이동한다. 상기 제2 상하이동부(632)는 제4 레버(634)에 의해 상하 방향으로 이동이 조절된다. 상기 제4 레버(634)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전가능하며, 회전시 상기 제2 상하이동부(632)에 마련된 톱니와 맞물리면서 상하로 이동한다.

상기 각도조절부(64)는 상기 제2 용접토치(40)의 기울어진 각도를 조절하기 위해서 마련된다. 구체적으로, 도6을 참조하면, 상기 각도조절부(64)는, 상기 제2 용접토치(40)의 일단이 회전 가능하게 결합되는 결합부(641)와 상기 결합부(641)의 외주면에 표기된 각도표시부(642)를 포함한다.

상기 제2 용접토치(40)의 일단부는 상기 결합부(641)에 삽입되는 삽입부(643)에 고정된다. 도6에 도시된 바와 같이, 상기 삽입부(643)는 상기 결합부(641)에 삽입된 상태로 화살표 방향으로 회전 가능하다. 상기 결합부(641)에 마련된 볼트(644)를 풀어서 상기 삽입부(643)를 회전시킬 수 있으며, 상기 삽입부(643)의 회전 정도는 상기 삽입부(643)에 새겨진 기준마크(645)가 상기 각도표시부(642)에 대응하는 위치를 읽어서 파악된다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 상기 안내레일(80)은 상기 루트패스(23)의 방향으로 마련되어, 상기 제1,2 용접토치(30,40)를 상기 루트패스(23)의 방향을 따라서 이동시키기 위해서 마련된다. 상기 안내레일(80)은 제1,2 모재(10,20)가 놓이는 베이스(150)에 인접하여 상기 루트패스(23)와 나란한 방향으로 배치된다.

상기 이동블럭(90)은 상기 안내레일(80)에 안착되어 왕복이동 한다. 상기 이동블럭(90)은 상기 승하강블럭(70)을 상하 방향으로 이동 가능하게 지지한다. 즉, 상기 승하강블럭(70)은 상기 이동블럭(90)에 결합된 상태에서 상기 이동블럭(90)과 함께 상기 안내레일(80)을 따라서 왕복 이동한다. 따라서, 상기 이동블럭(90)은 용접이 수행되는 루트패스 방향으로 왕복이동 한다.

본 실시예에 따르면, 상기 이동블럭(90)에는 수직가이드(120)가 결합한다. 상기 수직가이드(120)에는 상기 승하강블럭(70)이 승강 및 하강 가능하게 결합된다. 상기 수직가이드(120)의 상측에는 제1,2 피더(130,140)가 마련된다. 상기 제1,2 피더(130,140)는 상기 제1 용접토치(30) 및 제2 용접토치(40)에 용접와이어를 각각 제공하기 위해 마련된다. 상기 제1,2 피더(130,140)는 상기 수직가이드(120)의 상단부에 결합되는 안착판(160)에 안착된다. 따라서, 상기 이동블럭(90), 수직가이드(120), 승하강블럭(70), 제1,2 지지부(50,60), 및 제1,2 피더(130,140)는 함께 왕복 이동한다.

상기 구동부(100)는 상기 이동블럭(90)을 왕복 이동시키기 위해 마련된다. 상기 구동부(100)는 모터, 연결바(101), 가이드벨트(102)를 포함한다.

상기 모터는 전원공급부(미도시)로부터 전원을 공급받아 정역회전한다. 상기 모터는 이동블럭(90)의 내부에 마련되고, 정회전할 때 상기 이동블럭(90)은 전진하고, 역회전할 때 상기 이동블럭(90)은 후진한다. 본 실시예에 따르면, 상기 모터의 정역회전을 선택하는 스위치는 상기 이동블럭(90)에 마련된다. 상기 이동블럭(90)은 상기 모터에 의해 전진 및 후진이 가능할 뿐만 아니라, 상기 이동블럭(90)은 작업자가 수작업으로 당기거나 밀어서 이동시킬 수 있다.

도4에 도시된 바와 같이, 상기 가이드벨트(102)는 상기 이동블럭(90)이 상기 안내레일(80)을 따라 이동할 때 안정적으로 이동할 수 있도록 한다. 상기 가이드벨트(102)는 상기 이동레일(80)과 나란하게 배치되고, 상기 연결바(101)에 의해 이동블럭(90)과 연결된다.

상기 연결바(101)는 일단부가 상기 이동블럭(90)에 결합되고, 타단부는 상기 가이드벨트(102)에 결합된다.

상기 제어부(110)는 상기 이동블럭(90)의 이동 속도를 제어한다. 도9를 참조하면, 본 실시예에 채용된 상기 제어부(110)는, 상기 승하강블럭(70)이 소정의 제1 높이에 위치하도록, 승하강블럭(70)을 제어한다. 상기 제어부(110)는 용접와이어가 상기 제1,2 피더(130,140)에 공급되는 것을 제어한다. 또한, 상기 제어부(110)는 상기 승하강블럭(70)이 소정의 높이에 위치한 상태에서 상기 좌우이동블럭(170)의 출몰 정도를 제어하여, 제1,2 용접토치(30,40)가 원하는 위치에 배치되도록 한다.

이하, 상기 구성에 따른 경사토치를 이용한 용접 장치의 작용에 대하여 구체적으로 설명한다.

도7과 같이, 제1 모재(10)와 제2 모재(20)를 베이스(150) 위에 서로 맞대어 배치한다. 상기 베이스(150)에는 상기 제1,2 모재(10,20)가 맞닿은 방향으로 홈(151)이 형성되어 있다. 상기 제1,2 모재(10,20)가 만나서 형성하는 루트패스(23)는 상기 홈(151) 위에 형성된다.

이어서, 제어부(110)를 조작하여 상기 승하강블럭(70)을 소정의 원하는 제1 높이로 위치시킨다. 또한, 상기 좌우이동블럭(170)을 상기 승하강블럭(70)으로부터 출몰시켜서 상기 제1,2 용접토치(30,40)를 상기 제1,2 모재(10,20)의 용접 부위 근처로 이동시킨다. 상기 승하강블럭(70) 및 좌우이동블럭(170)의 이동을 제어부(110)를 통해 자동으로 제어함으로써, 원하는 위치로 제1,2 용접토치(30,40)를 신속하여 이동시킬 수 있다.

이어서, 상기 제1 용접토치(30)는 수직한 상태를 유지하면서 제2 모재(20)의 제1 경사면(21)에 비드를 형성할 수 있도록, 상기 제1 미세조절부(53)를 이용하여 상기 제1 용접토치(30)를 상하 방향 및 좌우 방향으로 이동하여 위치 셋팅한다.

또한, 상기 제2 용접토치(40)는 수직한 방향에서 소정의 각도만큼 틸팅시켜서 제1 모재(10)의 수직면(11)에 비드를 형성할 수 있도록, 상기 제2 미세조절부(63)를 이용하여 상기 제2 용접토치(40)를 상하 방향 및 좌우 방향으로 이동하여 위치 셋팅한다.

이어서, 상기 제1,2 용접토치(30,40)를 이용하여 다층 용접을 수행한다. 도11에 도시된 바와 같이, 상기 수직면(11) 및 제1 경사면(21) 사이에 먼저 다층 용접을 수행하고, 제1,2 모재(10,20)를 뒤집은 후에 상기 수직면(11)과 제2 경사면(22)의 용접을 수행한다.

도11에 도시된 바와 같이, 제2 용접토치(40)에는 부재번호 3번으로 표기한 비드층을 형성한다. 이때 상기 제2 용접토치(40)는 루트패스(23)로부터 일정각도를 유지하면서 조금씩 상승하면서 비드층을 형성한다. 상기 제1 용접토치(30)는 부재번호 1 또는 2로 표기한 비드층을 형성한다. 이때, 상기 제1 용접토치(30)는 루트패스(23)로부터 수직 상태를 유지하면서 조금씩 상승하고, 상기 제1 경사면을 따라 조금씩 우측(도11 기준)으로 이동하면서 비드층을 형성한다.

이와 같은 과정에 의해, 수직면(11)과 접촉하는 비드층(3)은 상기 제2 용접토치(40)가 일정한 각도를 유지한 상태에서 용접이 수행되고, 제1,2 경사면(21,22)는 수직 상태를 유지하는 제1 용접토치(30)에 의해 용접이 수행되므로, 용접을 신속하게 하면서도 우수한 품질을 확보할 수 있다.

한편, 상기 "K"형의 용접 이음 형상은 다음과 같이 다양하게 변형될 수 있다.

도12에 도시된 바와 같이, 상기 K형 용접 이음 형상은, 상기 제2 모재(20)에 가우징면(24)이 형성된 형태일 수 있다.

상기 가우징면(24)은 상기 루트패스(23)로부터 소정의 거리만큼 상기 수직면(11)과 수직한 방향으로 연장된다. 즉, 도12를 참조하면, 상기 제2 모재(20)에는 상기 제1 모재(10)의 수직면(11)과 수직한 방향으로 소정 거리만큼 평행한 면이 형성된다. 상기 가우징면(24)은 상기한 평행한 면을 의미하는 것으로, 초층 용접을 수행한 후 가우징(Gouging)을 용이하게 수행하기 위해서 마련된다.

가우징은 불완전 용접부를 제거하기 위해서 용접부에 홈을 파내는 것으로, 강구조물의 용접에서 치핑(chipping)이라고도 한다. 가스와 산소 불꽃 또는 그라인딩에 의해 금속 면에 깊은 홈을 파내어 맞대기 용접시 뒷면의 용접 결함을 제거한다. 특히 다층 용접이 수행되는 공정에서, 초층 용접에서 발생되는 불완전 용접부를 제거하기 위해서 사용된다.

본 발명 실시예에 채용된 K형 용접 이음 형상은, 상기 수직면(11)과 제1 경사면(21) 사이에 용접을 수행할 때, 상기 루프패스(23) 부위에는 균열, 슬래그(slag) 잠입, 또는 기공 등이 발생하여 결함이 생길 수 있으며, 이러한 결함은 제거되어야 한다.

도13에 도시된 바와 같이, 상기 가우징면(24)을 포함하는 일부 영역(A)은 결함 제거를 위해서 파내진다. 이때, 상기 가우징면(24)은 상기 제2 경사면(22)의 단부로부터 소정의 각도를 가지면서 꺾여서 형성되므로, 상기 가우징면(24)을 포함하여 일부 부위를 파내기 용이하다.

또한, 상기 K형 용접 이음 형상은 도14와 같이 변형될 수 있다.

도14를 참조하면, 상기 제1,2 경사면(21,22)이 각각 2 단으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 경사면(21)은 제1 하단경사면(211)과 제1 상단경사면(212)를 포함한다.

상기 제1 하단경사면(211)은 상기 수직면(11)과 제1 각도를 이루고, 상기 제1 상단경사면(212)은 상기 수직면(11)과 상기 제1 각도보다 작은 제2 각도를 이룬다. 도9를 참조하면, 본 실시예에 채용된 상기 제1 각도는 45°이고, 상기 제2 각도는 30°이다. 여기서, 상기 수직면(11)과 상기 제1 하단경사면(211)이 이루는 제1 각도는, 상기 제1 하단경사면(211)을 상기 수직면(11) 방향으로 연장하였을 때, 상기 수직면(11)과 상기 제1 하단경사면(211)이 이루는 예각을 의미한다. 마찬가지로, 상기 수직면(11)과 상기 제1 상단경사면(212)이 이루는 제2 각도는, 상기 제1 상단경사면(212)을 상기 수직면(11) 방향으로 연장하였을 때, 상기 수직면(11)과 상기 제1 상단경사면(212)이 이루는 예각을 의미한다.

상기 제2 경사면(22)은 제2 하단경사면(221)과 제2 상단경사면(222)를 포함한다.

상기 제2 하단경사면(221)은 상기 수직면(11)과 제3 각도를 이루고, 상기 제2 상단경사면(222)은 상기 수직면(11)과 상기 제3 각도보다 작은 제4 각도를 이룬다. 도14를 참조하면, 본 실시예에 채용된 상기 제3 각도는 45°이고, 상기 제4 각도는 30°이다. 여기서, 상기 수직면(11)과 상기 제2 하단경사면(221)이 이루는 제3 각도는, 상기 제2 하단경사면(221)을 상기 수직면(11) 방향으로 연장하였을 때, 상기 수직면(11)과 상기 제2 하단경사면(221)이 이루는 예각을 의미한다. 마찬가지로, 상기 수직면(11)과 상기 제2 상단경사면(222)이 이루는 제4 각도는, 상기 제2 상단경사면(222)을 상기 수직면(11) 방향으로 연장하였을 때, 상기 수직면(11)과 상기 제2 상단경사면(222)이 이루는 예각을 의미한다.

상기 제1,2 경사면(21,22)을 2 단으로 형성함으로써, 상기 제1 모재(10)과 제2 모재(20)의 용접에 소요되는 용접재를 절약하고, 용접 시간을 감소시켜 용접 효율을 향상시킬 수 있다.

도14에 따르면, 상기 제2 모재(20)은 상기 제1 모재(10)와 선 접촉하여 상기 루트패스(23)를 형성한다. 물론, 도14에 따른 실시예는, 도12와 같이 상기 제2 모재(20)가 상기 제1 모재(10)와 면 접촉하여 루트패스(23)를 형성할 수 있다.

또한, 상기 K형 용접 이음 형상은 도15와 같이 변형될 수 있다.

도15를 참조하면, 상기 제2 모재(20)에는 상기 루트패스(23)로부터 상기 수직면(11)과 소정의 각도로 연장되는 가우징면(24)을 포함한다. 상기 가우징면(24)이 비스듬히 경사져 형성된다. 본 실시예에서, 상기 가우징면(24)은 상기 제2 경사면(22)과 연결되며, 상기 수직면(11)와 상기 가우징면(24)이 이루는 각도는 상기 수직면(11)과 상기 제2 경사면(22)이 이루는 각도보다 크다. 도15을 참조하면, 상기 수직면(11)과 상기 제2 경사면(22)이 이루는 각도는 45°이고, 상기 가우징면(24)과 상기 수직면(11)이 이루는 각도는 60°이다.

도15에 따른 K형 용접 이음 형상은, 상기 가우징면(24)은 상기 제2 경사면(22)의 단부로부터 소정의 각도를 가지면서 꺾여서 형성되므로, 상기 가우징면(24)을 포함하여 일부 부위를 파내어 제거하기 용이하여 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 K형 용접 이음 형상은 도16과 같이 변형될 수 있다.

도16을 참조하면, 상기 가우징면(24)과 상기 제2 경사면(22)는 라운드진 라운드부(25)에 의해 연결된다. 상기 라운드부(25)는 상기 가우징면(24)을 보다 수월하게 제거할 수 있도록 하여, 작업을 신속 간편하게 하고 용접 품질을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.

10... 제1 후판 11... 수직면
20... 제2 후판 21... 제1 경사면
211... 제1 하단경사면 212... 제1 상단경사면
22... 제2 경사면 221... 제2 하단경사면
222... 제2 상단경사면 23... 루트패스
24... 가우징면 25... 라운드부

Claims (8)

1. 용접용 수직면을 갖는 제1 모재와, 상기 제1 모재와 맞닿은 단면이 "K"형을 이루도록, 상기 제1 모재와 맞닿는 일단부로부터 비스듬이 상방향으로 연장되는 제1 경사면과 상기 일단으로부터 비스듬이 하방향으로 연장되는 제2 경사면을 갖는 제2 모재를 용접하는 장치에 있어서,
   상기 제1 모재와 상기 제2 모재가 접촉하는 루트패스에 대하여 수직한 방향으로 배치되는 제1 용접토치;
   상기 수직한 방향에 대하여 소정의 각도만큼 기울어져 배치되는 제2 용접토치를 포함하여서,
   상기 제2 용접토치는 비드의 적어도 일부가 상기 수직면에 접하도록 형성하고, 상기 제1 용접토치는 비드의 일측이 상기 제1 경사면 또는 제2 경사면에 접하도록 형성하면서 타측은 상기 수직면과 떨어져 형성되고,
   상기 제1 용접토치를 지지하는 제1 지지부;
   상기 제2 용접토치를 지지하고, 상기 제2 용접토치의 기울어진 각도를 조절하기 위한 각도조절부를 구비하는 제2 지지부; 및
   상기 제1,2 지지부가 결합되며, 상기 제1,2 지지부를 소정의 제1 높이로 위치하도록 상하방향으로 이동가능한 승하강블럭;을 포함하고,
   상기 제1 지지부는 상기 제1 높이에서, 상기 제1 용접토치의 상하방향 및 좌우방향으로 위치를 조절하는 제1 미세조절부를 구비하고,
   상기 제2 지지부는 상기 제1 높이에서, 상기 제2 용접토치의 상하방향 및 좌우방향으로 위치를 조절하는 제2 미세조절부를 포함하며,
   상기 루트패스의 방향으로 마련되는 안내레일;
   상기 안내레일에 안착되어 왕복 이동하는 이동블럭;
   상기 이동블럭에 결합되는 수직가이드;
   상기 이동블럭을 왕복 이동시키는 구동부; 및
   상기 이동블럭의 이동 속도를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 승하강블럭은 상기 수직가이드에 결합되어 승하강하고,
   상기 수직가이드 상측에 결합되어, 상기 제1,2 용접토치에 용접와이어를 각각 제공하는 제1,2 피더를 포함하고,
   상기 이동블럭, 상기 수직가이드, 상기 승하강블럭, 상기 제1,2 지지부, 및 상기 제1,2 피더는 함께 왕복 이동하며,
   상기 승하강블럭에 결합되며, 용접이 수행되는 상기 루트패스의 방향에 대하여 수직한 방향으로 상기 제1,2 용접토치를 왕복이동시키는 좌우이동블럭을 포함하고,
   상기 각도조절부는, 상기 제2 용접토치의 일단이 회전 가능하게 결합되는 결합부와 상기 결합부의 외주면에 표기된 각도표시부를 포함하고,
   상기 제1,2 모재가 안착되는 베이스를 포함하며,
   상기 베이스에는 상기 제1,2 모재가 맞닿은 방향으로 홈이 형성되고, 상기 제1,2 모재가 만나서 형성하는 루트패스는 상기 홈의 위에 배치되며,
   상기 베이스에는 상기 홈이 형성되는 방향과 수직한 방향으로 이동홈이 형성되고, 상기 이동홈을 따라서 이동하여 상기 제1,2 모재의 가장자리를 클램핑하는 클램프가 마련되어서,
   상기 제1,2 용접토치는 상기 수직면과 상기 제1 경사면 사이에 먼저 다층 용접을 수행하고, 상기 제1,2 모재를 뒤집은 후 상기 수직면과 상기 제2 경사면 사이의 다층 용접을 수행하며,
   상기 수직면과 상기 제1 경사면 사이 또는 상기 수직면과 상기 제2 경사면 사이의 다층 용접을 수행할 때, 상기 수직면에 형성되는 열변형부가 직선 라인으로 형성되도록 상기 제2 용접토치는 상기 루트패스로부터 상기 소정의 각도를 유지하면서 상승하여 비드의 적어도 일부가 상기 수직면에 접하도록 비드층을 형성하고, 상기 제1 용접토치는 상기 루트패스로부터 수직 상태를 유지하면서 상기 제1 경사면 또는 상기 제2 경사면을 따라 상승하여 비드의 일측이 상기 제1 경사면 또는 제2 경사면에 접하도록 비드층을 형성하는 것을 특징으로 하는 경사토치를 이용한 용접장치.
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