KR102163794B1

KR102163794B1 - 자동용접캐리지의 용접헤드

Info

Publication number: KR102163794B1
Application number: KR1020190035660A
Authority: KR
Inventors: 김인표; 이관주; 김경석; 박성한; 이영진
Original assignee: (주)비더블유티
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-08
Also published as: KR20200114250A

Abstract

본 발명의 용접헤드는 자동용접캐리지치에 사용되며, 본 발명의 용접헤드에 의해 진행각이 조절됨으로서 배관 용접시 진행방향을 따라 토치가 기울어지는 각도를 조절할 수 있게 되어 용접품질이 확보된다.

Description

자동용접캐리지의 용접헤드 {Welding head of automatic welding carriage}

자동용접장치는 용접헤드가 장착되어 주행하는 캐리지와 용접기, 그리고 이러한 장치들을 제어하는 제어기를 포함하여 구성된다. 본 발명은 자동용접캐리지의 용접헤드에 장착된 토치의 운동기구에 관한 것이다.

자동용접캐리지의 용접헤드는 적정한 용접비드의 형성을 위해 좌우방향과 상하방향으로 토치의 위치를 조절할 수 있으며, 용접진행방향과 직각인 평면을 따라 오실레이션 위빙되며, 이 때 위빙의 범위는 작업각(Work angle)으로 설정하여 조절한다.

자동용접캐리지를 이용하여 파이프의 상단부(TOP)에서 기존 각도를 유지하는 토치(TN)로 용접할 때 형성되는 비드(BN)의 두께는 파이프의 하단부(BOTTOM)에서 기존 각도를 유지하는 토치(TN)로 용접할 때 형성되는 비드(BB)의 두께보다 얇아진다(도 9). 이와 같이 배관 용접은 용접 위치에 따라 진행방향으로의 토치 각도가 일정할 경우 아크의 불안정과 용접품질이 저하되는 용접 결함이 발생한다. 용접품질이 확보되는 배관 자동용접을 위해서는 용접 위치에 따라 진행방향을 따라 토치가 기울어지는 각도가 조절되어야 한다.

본 발명의 용접헤드는 토치의 진행각이 변경가능하다 (도 6의 A). 본 발명의 용접헤드에 있어서, 상기 진행각은 모터(P1)축의 회전운동을, 토치와 용접부가 이루는 각도를 변경시키는 원호운동으로 변환시켜(도 6) 조절된다. 이러한 용접헤드의 구성은 커버(13)와 브라켓(6)에 의해 외부환경으로부터 보호될 수 있다(도 3).

본 발명의 용접헤드에 있어서, 상기 진행각은 모터축에 연결된 피니언(도 11의 12)이, 용접토치가 연결된 원호형 랙기어를 회전시켜 변경된다.

본 발명의 용접헤드에 있어서, 상기 진행각은 모터축에 연결된 피니언이, 토치가 연결된 원호형 각도조절가이드(9)에 형성된 랙기어(91)를 회전시켜 변경된다.

본 발명의 용접헤드에 있어서, 상기 진행각이 조절되는 토치는 상하이동(C), 좌우이동(B), 작업각이동(D, 오실레이션위빙)이 가능하다(도 6).

본 발명의 용접헤드에 있어서, 상기 토치의 상하이동(도 6의 C)은, 모터(P1)축의 회전운동으로 슬라이드 블록(5)이 수직인 레일(7)을 따라 직선운동하여 이동한다.

본 발명의 용접헤드에 있어서, 상기 토치의 작업각이동(오실레이션위빙)은, 모터(P8)의 회전이 기어(17)에서 90도 방향으로 전환되어 회전으로 토치의 작업각(D)이 조절된다.

본 발명의 자동용접캐리지의 용접헤드에 의해 진행각이 조절됨으로서 배관 용접시 진행방향을 따라 토치가 기울어지는 각도를 조절할 수 있게 되어 용접품질이 확보된다.

도 1은 용접헤드의 사시도
도 2는 토치동작부
도 3은 토치동작부 분해도
도 4는 토치동작부 조립상태
도 5는 토치동작부에 커버가 결합된 상태
도 6은 토치의 운동방향
도 7은 토치의 진행각
도 8은 토치의 작업각
도 9는 파이프의 상단부에서의 진행각
도 10은 원호방향을 따라 이동하는 토치의 진행각
도 11은 토치의 진행각
도 12는 모서리에서의 작업각
도 13은 이단개선에서의 작업각

자동용접캐리지는 도 1과 같이 토치동작부(H1), 바디(H2), 가이드 암 플래이트(H3)를 포함한다. 도 2는 용접헤드 중에서 토치동작부를 나타낸다.

이러한 토치동작부는 도3과 같이 분해되며, 진행각을 조절하는 부분은 도 4와 같이 조립되며, 도 5는 용접토치브라켓홀더(14)가 커버와 함께 결합된 상태를 보여준다.

도 6은 토치의 운동방향을 도시한다. 종래기술에서는 토치의 운동이 세 방향(B, C, D)으로 이루어지고 있으며, 본 발명에서는 진행각(A)의 조절이 가능한 구성을 제시한다. 도 7은 토치의 진행각을, 도 8은 토치의 작업각을 도시한다. 진행각(Travel angle) 은 토치가 용접헤드의 진행방향으로 기울어진 각도를 의미하며, 작업각(Work angle)은 용접헤드의 진행방향에 직각인 평면에서의 토치의 오실레이션이 이루어지는 각도를 의미한다.

도 9는 파이프의 상단부에서의 진행각을 도시한다. 파이프의 상단부(TOP)에서 기존 각도를 유지하는 토치(TN)로 용접할 때 형성되는 비드(BN)의 두께는 파이프의 하단부(BOTTOM)에서 기존 각도를 유지하는 토치(TN)로 용접할 때 형성되는 비드(BB)의 두께보다 얇다. 이의 개선을 위해서는 하단부를 제외한 부분(예시: 상단부)에서의 용접시 토치에 진행각을 부여할 필요가 있다. 통상, 파이프의 하단부(BOTTOM)에서 기존 각도를 유지하는 토치(TN)로 용접할 때 형성되는 비드(BB)의 형상과 두께는 정상적이므로 토치의 각도를 조절하여 진행각을 부여할 필요가 없다. 파이프의 상단부(TOP)에서 본 발명에 따른 진행각을 갖는 토치(TO)로 용접할 때 형성되는 비드(BO)의 두께는 파이프의 하단부(BOTTOM)에서 기존 각도를 유지하는 토치(TN)로 용접할 때 형성되는 비드(BB)의 두께와 유사해진다.

배관 용접은 용접진행방향에 대한 토치 각도가 일정할 경우 용접비드형상의 불량을 포함하는 결함이 발생하며, 이러한 결함을 방지하기 위해 원주 상의 각각의 용접 위치에서 진행각이 적용된 토치의 모습이 도 10에 도시되어 있다. 배관 자동용접시의 용접품질을 확보하기 위해서는 용접 위치에 따른 토치 각도조절을 위한 구성이 필요하다. 도 10은 원주방향을 따라 이동하는 토치의 진행각을 예시하고 있으며, 도 11은 토치의 진행각 조절을 위한 본 발명의 구성을 보여준다. 토치(31)는 용접부를 마주하는 토치 끝단을 중심으로 회전하며, 토치 끝단에서 각도조절 가이드(9)까지의 길이를 반지름으로 설정하여 토치가 회전할 수 있다. 토치(31)가 연결된 각도조절가이드(9)가 피니언(12)에 의해 구동되고, 상기 각도조절가이드는 가이드롤러(도3의 10)에 의해 지지된다. 이러한 구성은 용접헤드의 토치동작부에 구현된다. 각도조절가이드(9)의 상부면에 랙기어(91)가 형성될 수 있다. 용접토치 브라켓(15)과 커버(13)와 각도조절가이드(9)가 한 뭉치가 되어 롤러(10) 4개에 의해 지지되고, 롤러 4개에 물린 상태로 회전된다. 각도조절가이드(9)의 중앙부 두 개의 구멍(21)과 커버(13)의 중앙부 두 개의 구멍(22)은 용접토치브라켓(15)과 결합된다.

토치동작부(H1)가 가이드암플래이트(H3)에 의해 바디(H2)와 연결되며(도 1), 토치동작부(도 2)에서의 진행각을 조절하기 위한 구성에 커버(13)와 용접토치브라켓홀더(14)가 결합된 상태가 도 5에 도시된다. 토치의 진행각이 변경되는 용접헤드는 상하이동, 좌우이동, 작업각이동(오실레이션위빙)이 가능하다. 상기 토치는 토치팁과 상기 토치팁이 연결되어 브라켓에 고정되는 몸체로 이루어지며, 파이프의 용접시 상기 토치팁이 용접부위를 향하며, 상기 용접부위의 파이프의 접선과 상기 몸체가 이루는 각도가 토치의 작업각 방향으로 기울어지게 된다.

본 발명의 용접헤드에 있어서, 상기 토치의 상하이동(도 6의 C)은, 모터(P1)축의 회전운동으로 슬라이드 블록(5)이 수직인 레일(7)을 따라 직선운동하여 이동한다. 토치동작부의 좌우이동은, 바디(H2)안에 설치된 모터의 회전운동이 가이드 암 플래이트(H3)의 직선이동으로 변환되고 이에 연결된 토치동작부(H2)의 움직임으로 구현된다(도 1). 상기 토치의 작업각이동(오실레이션위빙)은, 모터(P8)의 회전이 기어(17)에서 90도 방향으로 전환되어 회전으로 토치의 작업각(D)이 조절된다.

본 발명의 용접헤드의 토치는 네 가지 운동(작업각, 상하이동, 좌우이동, 작업각이동(오실레이션위빙)이 가능하며, 둘 이상의 운동이 중첩되는 예시로서, 직각모서리의 용접시 상기 토치팁이 용접부위를 향하며, 상기 용접부위의 모서리와 상기 몸체가 이루는 각도가 토치의 작업각 방향을 따라 기울어지게 된다. 도 12는 모서리에서의 작업각을 예시한다. 둘 이상의 운동이 중첩되는 또다른 예시로서, 하단과 상단으로 이루어지는 이단 개선면의 용접시 상기 토치팁이 용접부위를 향하며, 상기 하단 용접시의 작업각과 하단 용접종료후 상단 용접시의 작업각이 달라진다. 도 13은 이단개선에서의 작업각을 예시한다.

본 발명은 위에서 기재된 실시예에 의해 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 청구범위에 속한다.

H1: 토치동작부
H2: 바디
H3: 가이드 암 플래이트
P1:각도조절 모터
P2: LM가이드 레일
P3: LM가이드 블록
P4: 리미트스위치
P8: 오실레이션 위빙 모터
A: 진행각 구동방향
B: 좌우구동 방향
C: 상하구동 방향
D: 오실레이션 위빙 구동방향(작업각)
TN: 기존 각도를 유지하는 토치
TO: 진행각을 갖는 토치
BN: 기존의 각도를 토치로 용접 시 파이프 상단부에 형성되는 비드
BO: 진행각을 갖는 토치로 용접 시 형성되는 비드
BB: 기존의 각도를 갖는 토치로 용접시 파이프 하단부에 형성되는 비드
TOP: 파이프상단부
BOTTOM: 파이프하단부
4:슬라이드블록
6:각도조절 모터 브라켓
7:스크류샤프트
9:각도조절 가이드
10:가이드 롤러
12: 각도조절 피니언
13: 스패터방지용 커버
14: 용접토치브라켓홀더
15: 용접토치브라켓
17: 오실레이션위빙기어케이스
21: 결합구멍
22: 결합구멍
31: 토치
32: 가상의 토치 중심선
33: 가상의 피니언 중심선
91: 랙기어
131: 배관 (이단개선)
132: 용접 시 생성될 용접비드
133: 이미 생성된 비드

Claims

토치;와
상기 토치의 움직임을 조절하는 제어장치;를 포함하며, 상기 토치가 파이프의 외부면에 대하여 상하좌우로 움직이는 자동용접캐리지의 용접헤드에 있어서,

용접 시 파이프 상부(0도)에서 용접이 시작되어 하부(180도)로 이동할 때 0도 내지180도 구간에서 용접진행방향으로 각도을 변경시키기 위하여 모터축의 회전운동을, 토치와 용접부가 이루는 각도를 변경시키는 원호운동으로 변환시키는 진행각 조절장치를 포함하며,

상기 진행각의 변경으로, 상기 파이프를 따라 형성되는 비드의 형상과 두께를 조절하는 용접헤드.
제1항에 있어서,
상기 진행각은 상기 모터축에 연결된 피니언이, 상기 토치가 연결된 원호형 랙기어를 회전시켜 변경되는 것을 특징으로 하는 용접헤드.
제1항에 있어서,
상기 진행각은 모터축에 연결된 피니언이, 상기 토치가 연결된 원호형 각도조절가이드에 형성된 랙기어를 회전시켜 변경되는 것을 특징으로 하는 용접헤드.
삭제
삭제
삭제