KR102358226B1

KR102358226B1 - 자동 클래딩 용접장치

Info

Publication number: KR102358226B1
Application number: KR1020170158986A
Authority: KR
Inventors: 홍태민
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2022-02-03
Also published as: KR20190060621A

Abstract

본 발명은 자동 클래딩 용접장치에 관한 것으로, 용접와이어를 공급받아 용접부재에 용접을 수행하는 용접토치와, 용접토치를 상하 좌우로 이송하여 용접부재를 용접할 위치에 배치하는 위치제어기를 포함하는 용접수행부; 회전판과 회전판의 중앙 하부에 연결된 회전축을 포함하고, 회전축은 워엄기어로 이루어져 감속기를 통해 연결된 전기모터에 의해 감속 회전하여 회전판을 감속하게 하는 포지셔너; 및용접토치와 연결부재를 통해 연결된 온도센서와 냉각수 분무기를 포함하되, 온도센서는 용접토치가 용접부재를 용접할 때 용접부재의 상부의 온도를 측정하고, 냉각수 분무기는 용접토치가 용접을 수행할 때 회전판이 1회전하면 용접부재에 물을 분사하여 용접부재를 냉각시키는 온도조절부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 용접부재 상부의 온도 측정과 냉각을 자동으로 가능하게 함으로써, 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다.

Description

자동 클래딩 용접장치{AUTOMATIC CLADING WELDING APPARATUS OF SUBMARINE PENETRATION HOLE}

본 발명은 자동 클래딩 용접장치에 관한 것으로, 특히 용접토치로 용접을 수행할 때 용접부재 상부의 온도를 자동으로 측정한 후 냉각시킬 수 있는 자동 클래딩 용접장치에 관한 것이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진시키기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

종래의 용접작업에서 잠수함 관통구의 용접과 관련하여 아래에서 살펴보기로 한다.

잠수함 관통구는 함외와 함내의 관통구로 구분된다. 주로 압력 선체에 연결되는 부재로 잠수함이 잠항할 때 외부 수함에 의해 함내로 해수가 유입될 수 있는 부위에 설치되어 워터 타이트(water-tight) 역할을 한다. 초 고장력 탄소강 재질의 플랜지와 배관 자재로 부쉬가 사용되는데, 이때 부쉬는 해수에 강한 구리 니켈강이나 니켈 합금강이 주로 사용된다.

관통구 제작에 있어 슬리브와 플래지 사이의 공간을 용접으로 매공하는 작업을 클래딩 용접작업이라 한다. 클래딩 용접이 완료된 관통구 형상에서 부쉬와 플랜지는 성격이 다른 이종금속용접이기 때문에 최종적으로 해수가 닿는 부분은 내식성이 양호해야 하기 때문에 내식성이 양호한 용접재료를 사용한다.

관통구 제작방법에서 원자재로 플랜지를 기계적으로 가공하여 1차 용접 후 중삭가공하여 부쉬를 삽입하고 2차용접을 한다. 이러한 1차 용접 및 2차 용접은 전량 수동 용접봉에 의해 전량 수작업으로 이루어지고 있기 때문에 생산성 및 품질 저하의 문제가 되었다.

또한, 관통구 제작공정에서는 도자기를 빚을 때 사용하는 물래 형식의 회전 지그를 사용한다. 습기제거 후 플랜지의 홈에 수동 용접봉으로 수십 회 용접한 후 사상, 온도 측정, 용접, 사상 클래딩 용접을 차례로 수행한다. 1차 플랜지 용접이 완료되면 중삭가공을 하고 표면결함검사를 위해 침투탐상검사를 한다. 침투탐상검사에서 표면결함이 발생하면 결함부를 파내어 수정용접을 한 후 다시 중사과 검사를 해야 한다. SMAW 용접 특성상 결함이 쉽게 발생하여 건전한 품질을 얻기 위해 많은 공정을 반복하게 되어 생산성이 저하된다.

1차 용접이 종료되면 부쉬를 삽입하여 2차 용접을 하는데, 1차 용접때와 그 방식은 동일하다. 정삭 후 침투탐상검사로 표면을 검사하면 표면결함이 발생하는 경우가 많다. 결함은 사상으로 파낸 후 TIG 수정용접으로 수정한 후 정삭과정과 검사과정을 거친다.

또한, 플랜지와 부쉬 사이에서 다층 용접을 하는 경우, 어느 정도의 층간온도 이하에서 그 다음 용접이 가능하다. 층간온도가 120℃일 때 용접을 계속하다 보면 열이 식지 않아 온도가 계속 올라가게 된다. 층간온도 이하로 냉각하기 위해서는 냉각시간이 많이 필요하여 생산성 저하의 문제가 발생한다.

또한, 하데베 조선소 관통구 용접법에 의한 SMAW 수동용접법은 용접성이 좋지 않기 때문에 다량의 스패터가 발생하여 사상 및 기계 가공 공수가 늘어나 생산성 저하의 문제가 발생하여 전량 TIG 용접을 적용하는 것이 해결방안이다. 다만, TIG 용접봉은 SMAW에 비해 가늘기 때문에 용착량이 적어 오히려 생산성 저하의 문제가 발생할 수 있다.

한국공개특허 제2016-0039513호

전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 용접부재 상부의 온도 측정과 냉각을 자동으로 가능하게 하는 자동 클래딩 용접장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동 클래딩 용접장치는, 용접와이어를 공급받아 용접부재에 용접을 수행하는 용접토치와, 용접토치를 상하 좌우로 이송하여 용접부재를 용접할 위치에 배치하는 위치제어기를 포함하는 용접수행부; 회전판과 회전판의 중앙 하부에 연결된 회전축을 포함하고, 회전축은 워엄기어로 이루어져 감속기를 통해 연결된 전기모터에 의해 감속 회전하여 회전판을 감속하게 하는 포지셔너; 및 용접토치와 연결부재를 통해 연결된 온도센서와 냉각수 분무기를 포함하되, 온도센서는 용접토치가 용접부재를 용접할 때 용접부재의 상부의 온도를 측정하고, 냉각수 분무기는 용접토치가 용접을 수행할 때 회전판이 1회전하면 용접부재에 물을 분사하여 용접부재를 냉각시키는 온도조절부를 포함한다.

여기서, 위치제어기는, 막대기 형상의 서포트; 서포트의 일측 상부에 연결된 상하 이송장치; 서포트의 타측 상부에 연결된 좌우 이송장치; 서포트의 하단 연결된 좌우 슬라이더; 좌우 슬라이더의 일측에 연결된 상하 슬라이더; 서포트와 상하 슬라이더의 상부에 연결된 용접와이어 스플; 및 상하 슬라이더의 일측에 연결된 용접토치와 용접와이어 스플에 연결되어 용접부재에 용접와이어를 공급하는 용접와이어 공급기를 포함한다.

또한, 제1 및 제2 레일; 좌우 이송장치에 연결된 수평부재; 상부는 수평부재의 일측에 각각 연결되고, 하부는 제1 및 제2 레일의 상부에 탑재된 제1 및 제2 수직부재; 및 제1 및 제2 수직부재에 각각 연결되어 동력을 발생시켜 제1 및 제2 수직부재를 제1 및 제2 레일 상에서 주행하게 하는 제1 및 제2 주행장치를 더 포함한다.

또한, 용접토치, 온도센서 및 냉각수 분무기는 동일한 방향을 향하도록 배치된다.

또한, 온도센서에 의해 측정된 온도가 설정온도보다 낮으면, 좌우 슬라이더가 용접토치를 설정된 다음 위치로 이송하여 용접할 위치에 배치한다.

또한, 온도조절부는 용접토치가 용접을 완료한 후 용접부재 상의 비드에 물을 분사하는 고압분사노즐을 더 포함한다.

또한, 수직 지지대; 및 수직 지지대의 상부에 부착된 수평지지대를 더 포함하고, 고압분사노즐은 수평지지대의 하부에 부착된다.

또한, 포지셔너는, 회전판의 측면에 부착된 원점감지 스토퍼; 및 원점감지 스토퍼와 소정 거리로 이격되고, 원점감지스토퍼를 감지하여 회전판이 1회전하여 정지하도록 하는 원점감지센서를 더 포함한다.

또한, 전기모터는 엔코더의 펄스 데이터를 카운트하여 워엄기어의 회전속도를 제어한다.

또한, 포지셔너는 회전판 상에 배치된 부재고정 클램프를 더 포함하고, 용접부재는 부재고정 클램프 상에 배치된다.

또한, 포지셔너는 회전판 상에서 부재고정 클램프의 일면에 부착되어 부재고정 클램프를 일측에서 지지하는 클램프 지지대를 더 포함한다.

또한, 포지셔너는 부재고정 클램프의 타면에 부착되어 용접부재의 이탈을 막는 부재 차단막을 더 포함한다.

본 발명은 용접부재 상부의 온도 측정과 냉각을 자동으로 가능하게 함으로써, 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 클래딩 용접장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접토치의 용접상태의 개략도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 클래딩 용접장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접토치의 용접상태의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 자동 클래딩 용접장치는, 용접수행부, 포지셔너(positioner) 및 온도조절부를 포함할 수 있으며, 일 예로 잠수함 관통구에 적용하여 용접을 수행할 수 있다. 이때, 잠수함 관통구가 용접부재로 사용된다.

용접수행부는, 용접와이어를 공급받아 용접부재(20)에 용접을 수행하는 용접토치 (100)와, 용접토치(100)를 상하 좌우로 이송하여 용접부재(20)를 용접할 위치에 배치하는 위치제어기를 포함한다.

구체적으로, 위치제어기는, 막대기 형상의 서포트(110)와, 서포트(110)의 일측 상부에 연결된 상하 이송장치(120)와, 서포트(110)의 타측 상부에 연결된 좌우 이송장치(130)와, 서포트(110)의 하단 연결된 좌우 슬라이더(140)와, 좌우 슬라이더(140)의 일측에 연결된 상하 슬라이더(150)와, 서포트(110)와 상하 슬라이더(150)의 상부에 연결된 용접와이어 스플(160)과, 상하 슬라이더(150)의 일측에 연결된 용접토치(100)와 용접와이어 스플(160)에 연결되어 용접부재(20)에 용접와이어를 공급하는 용접와이어 공급기(170), 제1 및 제2 레일(180a, 180b), 좌우 이송장치(130)에 연결된 수평부재(190), 상부는 수평부재(190)의 일측에 각각 연결되고 하부는 제1 및 제2 레일(180a, 180b)의 상부에 탑재된 제1 및 제2 수직부재(192a, 192b), 제1 및 제2 수직부재(192a, 192b)에 각각 연결되어 동력을 발생시켜 제1 및 제2 수직부재(192a, 192b)를 제1 및 제2 레일(180a, 180b) 상에서 주행하게 하는 제1 및 제2 주행장치(194a, 194b)를 포함할 수 있다.

특히, 좌우 슬라이더 (140)와 상하 슬라이더(150)는 아크의 길이(A)를 제어하도록 하는데, 아크의 길이(A)가 변하면 용접와이어의 송급위치가 변하게 된다. 용접 중 물리적으로 비드 길이(A)에 따라 아크의 길이(A)도 변하게 되는데, 이때 아크의 길이(A)를 매우 정밀하게 제어하여 공급되는 용접와이어가 항상 아크 내부에 공급되어 미려한 비드를 생성할 수 있게 된다.

포지셔너는 회전판(200)과 회전판(200)의 중앙 하부에 연결된 회전축(210)을 포함한다. 회전축(210)은 워엄기어로 이루어져 감속기(220)를 통해 연결된 전기모터(230)에 의해 감속 회전하여 회전판(200)을 감속하게 한다. 이때, 전기모터(230)는 엔코더의 펄스 데이터를 카운트하여 워엄기어의 회전속도를 제어할 수 있다.

또한, 포지셔너는, 회전판(200)의 측면에 부착된 원점감지 스토퍼(240)와, 원점감지 스토퍼(240)와 소정 거리로 이격되고, 원점감지 스토퍼(240)를 감지하여 회전판(200)이 1회전하여 정지하도록 하는 원점감지센서(250)를 더 포함할 수 있다. 회전판(200)이 1회전한 후 오버랩핑 용접을 수행하도록 하고, 그 다음의 위치에서 정지하고 그 다음의 용접위치로 이송하여 연속적으로 용접하도록 프로그램화되어 작동한다. 원점감지센서(250)는 지지물(260)에 부착되어 설치될 수 있다.

또한, 포지셔너는 회전판(200) 상에 배치된 부재고정 클램프(270)를 더 포함할 수 있고, 용접부재(20)는 부재고정 클램프(270) 상에 배치된다. 또한, 포지셔너는 회전판(200) 상에서 부재고정 클램프(270)의 일면에 부착되어 부재고정 클램프(270)를 일측에서 지지하는 클램프 지지대(280)를 더 포함할 수 있다. 부재고정 클램프(270)는 클램프 지지대(280)에 의해 단단히 고정될 수 있다. 또한, 포지셔너는 부재고정 클램프(270)의 타면에 부착되어 용접부재(20)의 이탈을 막는 부재 차단막(290)을 더 포함할 수 있다. 용접부재(20)의 이탈을 막게 됨으로써, 용접토치(100)가 더욱 안정적으로 용접을 수행할 수 있게 된다.

온도조절부는 도 2에 도시된 바와 같이 용접토치(100)와 연결부재(30)를 통해 연결된 온도센서(310)와 냉각수 분무기(320)를 포함한다. 온도센서(310)는 용접토치(100)가 용접부재(20)를 용접할 때 용접부재(20)의 상부의 온도를 측정한다. 구체적으로, 회전판(200)이 1회전한 후 용접이 종료되면 원점위치 복귀까지 용접부재(20) 상부의 온도를 측정하여 설정온도보다 낮으면 원점위치에서 좌우 슬라이더(140)로 그 다음의 위치까지 이동하여 연속적으로 용접을 한다. 냉각수 분무기(320)는 용접토치(100)가 용접을 수행할 때 회전판(200)이 1회전하면 용접부재(20)에 물을 분사하여 용접부재(20)를 냉각시킨다. 이때, 냉각수 분무기(320)는 매우 미세하게 물을 분사하는데, 용접이 종료되면 용접부위에 소량의 물을 분사하여 비드의 온도를 저하시키는 작용을 한다. 용접토치(100), 온도센서(310) 및 냉각수 분무기 (320)는 동일한 방향을 향하도록 배치된다.

또한, 온도조절부는 용접토치(100)가 용접을 완료한 후 용접부재(20) 상의 비드에 물을 분사하는 고압분사노즐(330)을 더 포함할 수 있다. 고압분사노즐(330)은 냉각 후에도 비드 위에 남아 있을 수분을 제거한다. 고압분사노즐(330)은 수평지지대(340)의 하부에 부착된다. 수평지지대(340)는 수직지지대(350)의 일면에 부착된다.

만약, 온도센서(310)에 의해 측정된 온도가 설정온도보다 낮으면, 좌우 슬라이더(140)가 용접토치(100)를 설정된 다음 위치로 이송하여 용접할 위치에 배치한다.

전술한 본 발명의 실시예는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 용접토치 110 ; 서포트
120 : 좌우 이송장치 130 : 상하 이송장치
140 : 좌우 슬라이더 150 : 상하 슬라이더
160 : 용접와이어 스플 170 : 용접와이어 공급기
180a, 180b : 제1 및 제2 레일 190 : 수평부재
192a, 192b : 제1 및 제2 수직부재 194a, 194b : 제1 및 제2 주행장치
200 : 회전판(200) 210 : 회전축
220 : 감속기 230 : 전기모터
240 : 원점감지 스토퍼 250 : 원점감지센서
260 : 지지물 270 : 부재고정 클램프
280 : 클램프 지지대 290 : 부재고정 차단막
310 : 온도센서 320 : 냉각수 분무기
330 : 고압분사노즐 340 : 수평지지대
350 : 수직지지대

Claims

용접와이어를 공급받아 용접부재에 용접을 수행하는 용접토치와, 상기 용접토치를 상하 좌우로 이송하여 상기 용접부재를 용접할 위치에 배치하는 위치제어기를 포함하는 용접수행부;
회전판과 상기 회전판의 중앙 하부에 연결된 회전축을 포함하고, 상기 회전축은 워엄기어로 이루어져 감속기를 통해 연결된 전기모터에 의해 감속 회전하여 상기 회전판을 감속하게 하는 포지셔너; 및
상기 용접토치와 연결부재를 통해 연결된 온도센서와 냉각수 분무기를 포함하되, 상기 온도센서는 상기 용접토치가 상기 용접부재를 용접할 때 상기 용접부재의 상부의 온도를 측정하고, 상기 냉각수 분무기는 상기 용접토치가 용접을 수행할 때 상기 회전판이 1회전하면 상기 용접부재에 물을 분사하여 상기 용접부재를 냉각시키는 온도조절부를 포함하되,
상기 위치제어기는,
막대기 형상의 서포트;
상기 서포트의 일측 상부에 연결된 상하 이송장치;
상기 서포트의 타측 상부에 연결된 좌우 이송장치;
상기 서포트의 하단 연결된 좌우 슬라이더;
상기 좌우 슬라이더의 일측에 연결된 상하 슬라이더;
상기 서포트와 상기 상하 슬라이더의 상부에 연결된 용접와이어 스플; 및
상기 상하 슬라이더의 일측에 연결된 용접토치와 상기 용접와이어 스플에 연결되어 상기 용접부재에 용접와이어를 공급하는 용접와이어 공급기를 포함하고,
상기 온도센서에 의해 측정된 온도가 설정온도보다 낮으면, 상기 좌우 슬라이더가 상기 용접토치를 설정된 다음 위치로 이송하여 용접할 위치에 배치하는 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.
삭제
제1항에 있어서,
제1 및 제2 레일;
상기 좌우 이송장치의 좌우에 연결된 수평부재;
상부는 상기 수평부재의 일측에 각각 연결되고, 하부는 상기 제1 및 제2 레일의 상부에 탑재된 제1 및 제2 수직부재;
상기 제1 및 제2 수직부재에 각각 연결되어 동력을 발생시켜 상기 제1 및 제2 수직부재를 상기 제1 및 제2 레일 상에서 주행하게 하는 제1 및 제2 주행장치
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 용접토치, 온도센서 및 냉각수 분무기는 동일한 방향을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 온도조절부는 상기 용접토치가 용접을 완료한 후 상기 용접부재 상의 비드에 물을 분사하는 고압분사노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.
제6항에 있어서,
수직 지지대; 및
상기 수직 지지대의 상부에 부착된 수평지지대
를 더 포함하고,
상기 고압분사노즐은 상기 수평지지대의 하부에 부착된 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 포지셔너는,
상기 회전판의 측면에 부착된 원점감지 스토퍼; 및
상기 원점감지 스토퍼와 소정 거리로 이격되고, 상기 원점감지스토퍼를 감지하여 상기 회전판이 1회전하여 정지하도록 하는 원점감지센서
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 전기모터는 엔코더의 펄스 데이터를 카운트하여 상기 워엄기어의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 포지셔너는 상기 회전판 상에 배치된 부재고정 클램프를 더 포함하고, 상기 용접부재는 상기 부재고정 클램프 상에 배치된 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.
제10항에 있어서,
상기 포지셔너는 상기 회전판 상에서 상기 부재고정 클램프의 일면에 부착되어 상기 부재고정 클램프를 일측에서 지지하는 클램프 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.
제11항에 있어서,
상기 포지셔너는 상기 부재고정 클램프의 타면에 부착되어 상기 용접부재의 이탈을 막는 부재 차단막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 클래딩 용접장치.