KR102454794B1 - 파이프클램핑장치 - Google Patents

Abstract

종래의 배관 용접 시에 수행되는 파이프 맞대기부의 취부작업은 파이프와 파이프 간의 중심을 일치시키고 갭을 유지하기 위한 공정과 이를 부분용접으로 고정하는 태크 웰딩(tack welding)공정으로 구분 된다.
크램프롤러, 갭롤러, 래크롤러와 갭롤러용조정볼트를 포함하는 본 발명의 클램핑장치에 의해 장시간의 수작업이 요구되며, 품질이 불안정한 이러한 파이프 취부작업이 생략되어 용접효율이 향상된다.

Description

파이프클램핑장치{Pipe clamping device}

본 발명은 파이프의 용접을 위해 두 파이프의 맞대기부를 정렬시키는 클램핑장치에 관한 것이다.

종래의 배관 용접 시에는 용접에 앞서 파이프 맞대기부의 취부작업이 필요하였다. 취부작업은 파이프와 파이프 간의 중심을 일치시키고 갭을 유지하기 위한 공정과 이를 부분용접으로 고정하는 태크 웰딩(tack welding)공정으로 구분 된다.

장시간의 수작업으로 수행되며 품질이 불안전한 파이프 취부작업이 필요 없는 구조를 갖는 클램핑장치를 적용하여 용접효율을 향상시키고자 한다.

본 발명의 파이프클램핑장치는 용접을 위해 두 개의 파이프의 각각의 일단을 마주보게 정렬시키며, 베이스(8); 베이스(8)에 설치되며, 용접되는 두 개의 파이프의 하부에서 상기 두 개의 파이프의 회전을 지지하는 서포트롤러(5);와 베이스(8)에 설치되며, 수직방향으로 위치가 조절되는 수직롤러(14)가 설치되는 파이프길이방향지지체(7)를 포함하며, 용접되는 두 개의 파이프의 타단에서 길이방향의 움직임을 제한하는 파이프길이지지장치;를 포함하고,

베이스(8)에 설치되며, 용접되는 두 개의 파이프의 동심을 유지시키는 래크롤러(3)와, 접합부의 간격을 유지하는 갭롤러(2) 및 파이프의 움직임을 제한하는 클램프롤러(1)를 포함하며 대각으로 마주보는 네 개의 클램프롤러프레임(13)과, 래크롤러(3)와 클램프롤러프레임(13)의 높이를 상하로 조절하며 마주보는 두 개의 상하조정장치;와, 두 개의 상하조정장치를 연동시켜 상기 두 개의 파이프의 직경방향의 상대위치를 조절하여 고정시키는 클램프핸들(9)을 포함하는 수평조정장치;를 포함하며,

상기 상하조정장치는 상기 래크롤러(3)의 수평 중심선과 파이프의 수평 중심선을 일치시키며, 상기 수평조정장치는 상기 클램프핸들(9)에 의해 상기 상하조정장치가 직경방향을 따라 서로 멀어져 상기 두 개의 파이프의 장착 공간을 확보하며, 파이프를 장착한 후 서로 다가가도록 연동되며, 클램프핸들(9)로 파이프의 접합부를 고정할 때, 래크기어(59)와 연결된 래크롤러(3)가 파이프 반경방향을 따라 파이프의 중심방향으로 이동하며, 래크기어(59)에 연결된 상부기어(60)와 하부기어(58)를 회전시키면 램프암(12) 및 상기 클램프암(12)에 대하여 회전가능한 클램프롤러프레임(13)이 연동되어 상기 클램프롤러프레임(13)에 설치된 클램프롤러(1)가 상기 파이프의 외주면에 압착되며, 각각의 마주보는 클램프롤러프레임(13)이 상기 파이프의 중심방향을 향하여 접근하면 각각의 클램프롤러(1)가 상기 두 개의 파이프의 외주면에 동시에 작용하여 두 파이프의 상대위치를 고정시키며, 4개의 갭롤러(2)가 마주보는 두 개의 파이프 단부 사이에 삽입되어 상기 단부 사이의 간격이 유지되며, 갭롤러(2)의 회전중심을 파이프의 중심 방향을 따라 이동시켜 두 개의 파이프 사이의 거리를 조정하며, 맞대어진 상기 두 개의 파이프의 동심과 상기 파이프의 단부 사이의 간격이 유지된 상태로 상기 두 개의 파이프의 상대위치를 고정시켜 일체로 회전시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 갭롤러(2)의 회전축을 파이프의 반지름방향을 따라 이동시키는 갭롤러용조정볼트(4)를 더 포함하며, 이러한 갭롤러용조정볼트(4)에 의해 상기 갭롤러(2)의 테이퍼 면이 파이프의 그루브(groove)면에 밀착하는 위치를 조절하여 상기 두 파이프의 단부 사이의 간격이 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 클램프핸들(9)로 상기 수평조정장치를 좌우로 벌려 파이프 장착 공간을 확보하는 단계; 상기 파이프를 상기 서포트롤러(5) 위에 거치시키는 단계; 상기 상하조정장치에 의해 상기 래크롤러(3)의 수평 위치를 파이프의 중심선에 맞추는 단계; 클램프핸들(9)로 상기 클램프 롤러를 파이프 중앙부를 향해 밀어 두 파이프의 동심도를 유지시키는 단계; 갭롤러용조정볼트(4)를 이용하여 상기 두 개의 파이프 사이의 갭 치수를 조절하는 단계;와 상기 파이프길이지지체로 서로 마주보는 파이프의 접합부를

이루는 일단을 향해 파이프의 타단을 밀어서 상기 접합부가 벌어지지 않도록 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 원주방향 끝단이 제거된 갭롤러(2)를 더 포함하며, 끝단이 제거된 모서리(71)를 갖는 갭롤러(2)에 의해 태크용접에 의한 간섭 없이 초층용접이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 초층용접후 상기 갭 롤러를 상기 파이프로 부터 이격시켜 필/캡패스(fill/cap pass)용접과 같은 추가적인 연속용접이 수행 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 용접 준비 공정인 취부작업에서의 파이프와 파이프의 동심 유지 및 갭 유지가 일관성을 유지하며 성취되어 배관 용접현장의 생산성이 향상된다.

도 1 본 발명의 파이프클램핑장치의 예시
도 2 두 개의 파이프가 맞대어 설치된 본 발명의 예시
도 3 본 발명의 실시예의 측면도
도 4 두 개의 파이프의 길이방향지지구조
도 5 래크기어와 연동하는 구성요소의 상세도
도 6 갭롤러의 배치
도 7 본 발명의 장치에 의해 확보되는 두 파이프 사이의 갭
도 8 본 발명의 파이프클램핑장치를 용접에 적용하는 경우

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예(embodiments)에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 이러한 설명은 본 발명에 관한 예시적 내지 기능적 설명일 뿐이며, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위가 이러한 설명과 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이러한 해석에 의하여 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들에 미친다.

도 1은 본 발명의 파이프클램핑장치의 예시이며, 도 2는 두 개의 파이프를 맞대어 도 1의 장치에 설치한 실시예를 보여준다. 도 3은 본 발명의 실시예의 측면도로서 상하조정장치와 수평조정장치에 의해 파이프의 위치가 결정된 상태를 보여준다. 상하조정장치는 클램프포스트(10)를 따라 수직으로 움직이는 클램프바디(11)를 포함한다. 이러한 상하조정장치로 래크롤러(3)의 수평 중심선과 파이프의 수평 중심선을 일치시킨다. 수평조정장치는 마주보는 두 개의 클램프포스트(10)가 클램프핸들(9)의 회전에 의해 수평이동가이드(6)를 따라 움직인다. 클램프핸들(9)로 수평조정장치를 좌우로 확장시켜 파이프 장착 공간을 확보하여 파이프를 클램핑한다. 파이프의 클램핑은 다음과 같은 순서로 이루어질 수 있다.

클램프핸들(9)로 수평조정장치를 좌우로 벌려 파이프 장착 공간을 확보하고, 두 개의 파이프를 서포트롤러(5) 위에 거치시킨다. 상하조정장치로 래크롤러(3)의 수평 위치가 파이프의 중심선에 오도록 조절한다. 클램프핸들(9)로 수평조절장치를 움직여 클램프롤러(1)를 파이프의 중심을 향하게 하여 두 파이프의 동심도가 유지되도록 한다.

도 4는 수직롤러(14)와 파이프길이방향지지체(7)에 의해 두 개의 파이프를 길이방향으로 지지하는 파이프길이지지장치를 보여준다. 갭롤러용조정볼트(4)를 이용하여 두 개의 파이프 사이의 갭 치수를 사전에 설정한 기준치가 되도록 조정하고, 파이프길이방향지지체(7)로 파이프가 바깥쪽으로 벌어지지 않도록 고정한다. 이러한 구조에 의해 파이프 취부 작업 시 두 파이프 사이에 설정된 갭의 변동을 방지한다. 용접을 위해 도시되지 않은 별도의 회전장치에 의해 파이프를 회전시키는 경우, 수직롤러(14)에 의해 파이프의 회전이 방해받지 않으면서 파이프가 바깥쪽으로 벌어지지 않게 된다. 본 발명의 장치를 이러한 순서로 작동시켜서 두 파이프의 축방향 동심도와 갭 치수를 유지한다. 이러한 구조가 태크 웰딩(tack welding)이 필요없는 초층용접을 가능하게 한다.

도 5는 래크기어(59)의 움직임에 따라 함께 연동되는 구성요소를 상세히 보여준다. 클램프핸들(9)로 수평조절장치를 움직여 파이프를 잡을 때, 중앙부의 래크롤러(3)가 파이프 반경방향을 따라 파이프의 외주면 쪽으로 이동한다. 래크기어(59)에 맞물린 상부기어(60)와 하부기어(58)가 회전하여 클램프롤러(1)가 파이프를 압착하도록 기능한다. 이때 클램프힌지1(61)을 중심으로 클램프롤러프레임(13)이 회전하고, 클램프힌지2(62)를 중심으로 각각의 크램프롤러가 회전하게 된다. 각각의 클램프롤러프레임(13)에 설치된 상부클램프롤러(56)와 하부클램프롤러(57)가 파이프 중심을 향하도록 조절된다. 도면에 예시된 두 개의 상부클램프롤러(56)는 용접부(55)를 가운데 두고 용접되어야 할 두 개의 파이프의 외주면에 동시에 접촉하여 두 파이프의 동심이 유지되도록 한다.

도 6은 상부클램프롤러(56)와 하부클램프롤러(57) 사이에 위치한 4개의 갭롤러(2)를 이용하여 두 파이프 사이의 갭간격(63)을 유지시키는 갭롤러(2)의 배치를 보여준다. 갭롤러용조정볼트(4)를 이용하여 갭롤러(2)를 파이프 반경방향을 따라 상하로 조절하여 갭롤러(2)의 테이퍼 면이 파이프 그루브(groove) 면에 밀착하는 위치를 조정함으로서 갭간격(63)이 조정된다. 도 7은 갭롤러의 상하이동방향(75)을 따라 갭롤러(2)의 위치가 조절됨을 보여준다. 갭롤러(2)의 원주 끝 부분이 제거된 모서리(71)가 파이프1(72)과 파이프2(74) 사이의 초층용접부(73)에 간섭을 일으키지 않아서 태크 용접(tack welding) 없이 초층 용접을 가능하게 된다.

도 8은 본 발명의 장치를 용접에 적용하는 경우의 용접토치(81)의 위치와 파이프의 회전방향(82)을 보여주는 예시이다. 위에서 설명한 바와 같이 용접 시 두 파이프의 동심 및 갭 간격이 유지된 상태로 도시되지 않은 구동장치에 의해 파이프가 회전하면, 태크 용접(tack welding) 없이 초층 용접을 진행 한 후 갭롤러용조정볼트(4)를 조절하여 갭롤러(2)를 파이프로 부터 이격시킴으로서 필/캡 패스(fill/cap pass) 용접을 수행할 수 있게 된다. 파이프를 회전시키는 도시되지 않은 구동장치는 공지된 별도의 회전장치 (포지셔너 또는 로테이터)일 수 있다.

본 발명을 서술하기 위해 사용된 용어의 의미는 다음과 같이 해석되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

1: 클램프롤러
2: 갭롤러
3: 래크롤러
4: 갭롤러용조정볼트
5: 서포트롤러
6: 수평이동가이드
7: 파이프길이방향지지체
8: 베이스
9: 클램프핸들
10: 클램프포스트
11: 클램프바디
12: 클램프암
13: 클램프롤러프레임
14: 수직롤러
55: 용접부
56: 상부클램프롤러
57: 하부클램프롤러
58: 하부기어
59: 래크기어
60: 상부기어
61: 클램프힌지1
62: 클램프힌지2
63: 갭간격
71: 모서리가 제거된 갭롤러의 단부
72: 파이프1
73: 초층용접부
74: 파이프2
75: 갭롤러의 상하이동 방향
81: 용접토치
82: 파이프의 회전방향

Claims (5)

1. 베이스;
   상기 베이스에 설치되며, 용접되는 두 개의 파이프의 하부에서 상기 두 개의 파이프의 회전을 지지하는 서포트롤러;와
   상기 베이스에 설치되며, 수직방향으로 위치가 조절되는 수직롤러와 상기 수직롤러를 지지하는 파이프 길이방향 지지체가 설치되며, 용접되는 두 개의 파이프의 타단에서 길이방향의 움직임을 제한하는 파이프길이지지장치;를 포함하며, 용접을 위해 두 개의 파이프의 각각의 일단을 마주보게 정렬시키는 파이프클램핑장치에 있어서,
   상기 베이스에 설치되며, 용접되는 두 개의 파이프의 동심을 유지시키는 래크롤러와, 접합부의 간격을 유지하는 갭롤러 및 파이프의 움직임을 제한하는 클램프롤러를 포함하며 대각으로 마주보는 4 개의 클램프롤러프레임과, 상기 래크롤러와 연결된 래크기어와, 상기 래크기어에 맞물리는 상부기어와 하부기어를 각각 포함하는 일단과, 상기 클램프롤러프레임과 회전가능하게 연결되는 타단을 갖는 클램프암과, 상기 래크롤러와 상기 클램프롤러프레임의 높이를 상하로 조절하며 마주보는 두 개의 상하조정장치;와,
   상기 두 개의 상하조정장치를 연동시켜 상기 두 개의 파이프의 직경방향의 상대위치를 조절하여 고정시키는 클램프핸들을 포함하는 수평조정장치;를 포함하며,
   상기 상하조정장치는 상기 래크롤러의 수평 중심선과 파이프의 수평 중심선을 일치시키며,
   상기 수평조정장치는 상기 클램프핸들에 의해 상기 상하조정장치가 직경방향을 따라 서로 멀어져 상기 두 개의 파이프의 장착 공간을 확보하며, 파이프를 장착한 후 서로 다가가도록 연동되며,
   상기 클램프핸들로 파이프의 접합부를 고정할 때, 상기 래크기어와 연결된 상기 래크롤러가 파이프 반경방향을 따라 파이프의 중심방향으로 이동하며,
   상기 래크기어에 연결된 상부기어와 하부기어를 회전시키면 상기 클램프암 및 상기 클램프암에 대하여 회전가능한 상기 클램프롤러프레임이 연동되어 상기 클램프롤러프레임에 설치된 클램프롤러가 상기 파이프의 외주면에 압착되며,
   각각의 마주보는 상기 클램프롤러프레임이 상기 파이프의 중심방향을 향하여 접근하면 각각의 클램프롤러가 상기 두 개의 파이프의 외주면에 동시에 작용하여 두 파이프의 상대위치를 고정시키며,
   상기 4개의 갭롤러가 마주보는 두 개의 파이프 단부 사이에 삽입되어 상기 단부 사이의 간격이 유지되며,
   상기 갭롤러의 회전중심을 파이프의 중심 방향을 따라 이동시켜 두 개의 파이프 사이의 거리를 조정하며, 맞대어진 상기 두 개의 파이프의 동심과 상기 파이프의 단부 사이의 간격이 유지된 상태로 상기 두 개의 파이프의 상대위치를 고정시켜 일체로 회전가능한 파이프클램핑장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 갭롤러의 회전축을 파이프의 반지름방향을 따라 이동시키는 갭롤러용조정볼트를 더 포함하며,
   상기 갭롤러용조정볼트에 의해 상기 갭롤러의 테이퍼 면이 파이프의 그루브면에 밀착하는 위치를 조절하여 상기 두 파이프의 단부 사이의 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 파이프클램핑장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 클램프핸들로 상기 수평조정장치를 좌우로 벌려 파이프 장착 공간을 확보하는 단계;
   상기 파이프를 상기 서포트롤러 위에 거치시키는 단계;
   상기 상하조정장치에 의해 상기 래크롤러의 수평 위치를 파이프의 중심선에 맞추는 단계;
   상기 클램프핸들로 상기 클램프롤러를 파이프 중앙부를 향해 밀어 두 파이프의 동심도를 유지시키는 단계;
   상기 갭롤러용조정볼트를 이용하여 상기 두 개의 파이프 사이의 갭 치수를 조절하는 단계;와
   상기 파이프길이방향지지체로 서로 마주보는 파이프의 접합부를 이루는 일단을 향해 파이프의 타단을 밀어서 상기 접합부가 벌어지지 않도록 고정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프클램핑장치.
4. 제1항에 있어서,
   원주방향 끝단이 제거된 갭롤러를 더 포함하며, 상기 갭롤러에 의해 태크용접에 의한 간섭 없이 초층용접이 가능한 것을 특징으로 하는 파이프클램핑장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 초층용접 후 상기 갭롤러를 상기 파이프로 부터 이격시켜 추가적인 연속용접이 수행 가능한 것을 특징으로 하는 파이프클램핑장치.

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