KR102471068B1 - 수냉식 보일러 튜브의 표면처리 육성용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센터링부에 의해 지지되는 튜브가 소정의 속도로 회전하면서, 동시에 용접헤드가 튜브의 길이의 방향으로 이동함으로써 튜브의 표면에 균일한 두께의 용접층을 형성할 수 있는 튜브 표면처리용 용접장치에 관한 것이다.

Description

수냉식 보일러 튜브의 표면처리 육성용접방법{METHOD FOR OVERLAY WELDING}

본 발명은 수냉식 보일러 압력부에 사용되는 튜브 외표면의 육성용접방법에 관한 것으로서, 보일러의 튜브 외표면에 균등한 두께로 표면처리층을 형성할 수 있고, 육성 용접부 소재의 물성을 유지하여 용접에 의한 변형을 최소화함으로써, 내식성 및 내마모성을 확보할 수 있는 수냉식 보일러 튜브 표면처리 육성용접방법에 관한 것이다.

플랜트 등에 사용되는 수냉식 보일러 튜브(튜브)의 경우, 튜브가 설치된 보일러실 내를 일정온도로 유지시키기 위해 보일러실의 증발기를 이용해 고체연료를 산재시킨다. 이때 보일러튜브의 외표면에 고체연료가 반복적인 충돌을 일으키는데, 고체연료는 주로 연소가스와 모래 및 경금속 등의 물질을 포함하고 있어 보일러 튜브의 외표면과 고체연료가 반복적인 충돌을 일으키며 외표면의 부식을 유발하고, 연소가스에 의한 증발기에 의해 침식을 확장시킨다.

또한 튜브의 소재에 따라 튜브 표면 온도가 400→를 초과하는 경우 용접 시 모재도 함께 용융되면서 모재의 성분 일부가 용가제와 혼합되면서 희석이 이루어지게 되므로 실제적으로 튜브로부터 크롬카바이드가 추출되어 불균일하게 경화되면서 부위에 따라 크롬 농도가 일정하지 못한 물성 변화가 발생되며, 튜브 표면이 부식되는 진입경로를 발생시키는 바 보일러 튜브의 마모가 필수적으로 수반된다.

이와 같은 물성의 변화를 방지하기 위해서 통상적으로 메인 용접와이어를 이용하여 용접하기 전에 메인 용접와이어보다는 특징적인 성분인 크롬 농도가 높은 서브 용접와이어가 먼저 용접되도록 한 후 다시 메인 용접와이어를 이용하여 재차 용접하도록 하고 있다. 하지만 이렇게 용접와이어를 순차적으로 용접되도록 하기 위해서는 먼저 서브 용접와이어를 이용하여 용접을 한 후 메인 용접와이어를 이용하여 용접을 하게 되므로 용접에 소요되는 시간이 지나치게 길어지면서 생산성이 저하되는 폐단이 있으며, 서브 용접와이어에 의한 용접이 이루어진 후에는 다시 메인 용접와이어로서 와이어 교체가 이루어지도록 해야 하므로 와이어 교체의 수고와 함께 작업의 번거로움과 공정 수행 시간을 지연시키게 되는 문제점이 있다.

또한 튜브 표면에 내부와 다른 조성의 용접층이 형성되기 때문에 미세구조나 잔류응력을 제거하고자 수행되는 ??칭(quenching)이나 템퍼링(tempering), 어닐링(annealing)과 구별된다.

하지만 일반적인 종래 작업자가 진행하는 용접방법은 숙련된 용접공이라 하더라도 튜브의 외면에 형성되는 용접층의 두께나 폭이 일정하지 않고, 오버랩된 용접부위가 편향되어 비드에 의한 돌출부가 도드라지며, 용접층이 일류적이지 못하다. 이러한 돌출부는 응력(열변형)에 의해 발생한 것인데, 용접에 의한 비드 사이에 오버랩되며 돌출부가 집중되는 경향이 있다. 즉 응력에 의한 돌출부가 덩어리로 형성되고, 염소가스와 모래입자가 돌출된 덩어리에 쉽게 충돌하여 보일러 외표면의 부식발생을 유발, 촉진 및 확대시키는 원인이 된다. 즉 용접층의 두께나 폭이 일정하지 않은 경우 특정부분에 잔류응력(residual stress)이 증가되어, 부식 발생이나 크랙 발생의 원인을 제공해 보일러 외표면의 내구성 및 내부식성을 증가시키고자 수행한 표면처리가 오히려 내구성을 감소시킬 수 있다. 나아가 종래의 방식은 비용과 시간이 장시간 필요하여 경제성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.

또한 이를 보완하고자 내열합금 소재로 튜브를 제조할 수 있으나 내열합금 소재의 튜브는 고가이며 대형 플랜트형 보일러 튜브로 사용시 비용적인 측면에서 경제성이 현저히 저하되며 내열합금 소재의 특성상 가공성이 매우 낮아 밴딩 등 외표면 가공이 어려운 단점이 있다.

따라서 종래 사용하던 저렴한 비용의 탄소강관을 그대로 사용하되, 육성용접을 통해 고급재질의 튜브와 동등 이상의 내식성 및 내마모성을 갖는 새로운 용접방안이 필요한 실정이다. 관련 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-1169707호에 개시되어 있다.

본 발명의 일 목적은 모재의 직경에 따른 위빙폭, 속도 등의 조건을 조절하여 튜브의 외경이 증가하더라도 항상 튜브의 중심을 일정하게 유지할 수 있고, 튜브의 표면에 균일한 두께의 용접층을 고르게 형성할 수 있는 수냉식 보일러 튜브의 표면처리 용접방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 용접부 소재의 물성, 외부 환경 온도조건에 따라 냉각수를 공급하고, 공급되는 냉각수의 온도를 조절하여 용접에 적합한 온도를 유지함으로써 용접부의 희석율을 낮추고 용접변형을 최소화하기 위한 보일러 튜브의 표면처리 용접방법을 제공하는 것에 있다.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 보일러 튜브 표면처리용 용접 장치는 일 방향으로 길게 형성된 수냉식 보일러 튜브의 표면에 용접층을 형성하기 위한 튜브 표면처리용 용접장치로서, 상기 튜브의 길이방향으로 길게 형성되는 베이스프레임, 상기 베이스프레임에 상부방향으로 길게 설치되는 적어도 하나 이상의 포스트, 상기 포스트의 상부에 상기 튜브의 길이방향으로 길게 형성되는 주행프레임, 상기 주행프레임의 일측에 설치되어, 상기 튜브를 상부 및 하부에서 지지하는 상부가이드롤러 및 하부가이드롤러와, 상기 상부 가이드롤러 및 하부 가이드롤러를 각각 상하로 이동시키는 가이드롤러 상하구동기를 구비하는 센터링부, 상기 베이스프레임에 설치되며, 상기 센터링부에 의해 지지되는 상기 튜브를 척(Chuck)에 의해 붙잡아 회전모터에 의해 회전시키는 회전부;, 상기 회전부의 중앙에 배치되어 튜브의 내경에 삽입되어 내경 말단부까지 연장되는 냉각수가 공급되는 냉각수 공급라인 및 냉각수 공급라인을 통해 공급된 냉각수가 튜브 내경에 배출되고, 배출된 냉각수가 튜브 내경에 공급된 후 회수되는 냉각수 회수라인이 포함된 냉각수 공급부, 상기 척의 타측에는 상기 냉각수 공급부에 의해 공급되는 냉각수가 튜브 외부로 배출되는 것을 방지하고 튜브 내경의 온도를 유지하기 위한 차단커버, 상기 주행프레임에 설치되어, 상기 튜브의 길이 방향으로 튜브를 이동시킬 수 있는 가이드라인을 포함하는 주행부, 상기 가이드라인에 대응하는 가이드홈을 포함하며 주행부에 체결되고 주행모터에 의해 튜브의 길이 방향으로 튜브를 이동시키는 결합플레이트, 상기 주행부의 일측에 결합플레이트에 의해 결합되며, 상기 회전부에 의한 회전과 상기 결합플레이트의 이동 의해 상기 튜브의 표면에 나선형의 용접라인을 형성하는 용접헤드 및 상기 주행부의 일측에 설치되어 위빙모터에 의해 상기 용접헤드를 일방향으로 왕복운동시키는 위빙부; 를 포함하되, 상기 용접헤드는 메인용접헤드 및 서브용접헤드를 포함하고, 메인용접헤드 및 서브용접헤드는 소정의 이격거리를 두고, 동시 또는 이시에 작동하는 것이며, 상기 용접라인 중 서로 인접하는 부분이 접하거나 적어도 일부가 오버랩됨으로써 상기 튜브의 외면에 용접층이 형성되며, 상기 센터링부는 상기 상부 가이드롤러의 이동축과 상기 하부 가이드롤러의 이동축에는 톱니가 길게 형성되고, 상기 상부 가이드롤러의 이동축과 상기 하부 가이드롤러의 이동축의 사이에는 상기 상부 가이드롤러의 이동축의 톱니와 상기 하부 가이드롤러의 이동축의 톱니가 맞물리는 톱니바퀴가 배치되며, 상기 가이드롤러 상하구동기가 상기 하부 가이드롤러를 상부 또는 하부로 이동시키면 상기 톱니바퀴에 의해 상기 상부 가이드롤러가 하부 또는 상부로 이동함으로써 상기 상부 가이드롤러와 상기 하부 가이드롤러는 상기 튜브의 중심에 대해 각각 대칭으로 동일한 거리만큼 이동함으로써 상기 용접층이 형성됨에 따라 상기 튜브의 외경이 증가하더라도 상기 튜브의 중심이 일 위치에 고정되어 있으며, 튜브의 길이에 대응하는 주행부를 결합플레이트가 이동하되, 튜브가 가이드롤러에 지지된 채 일방향으로 회전하는 구조인 것을 특징으로 한다.

상술한 수냉식 보일러 튜브의 용접장치에 의한 용접방법은, 수냉식 보일러 튜브의 일측을 회전부의 일측에 위치하는 척에 삽입하고, 튜브의 타측에는 온도를 유지하기 위한 차단커버를 설치하며 상기 튜브를 상부가이드롤러 및 하부가이드롤러에 의해 지지되도록 배치한 후 센터링부에 의해 상부 가이드롤러 및 하부 가이드롤러를 각각 상하로 이동시키며 가이드롤러 상하구동기를 구비하여 튜브를 장치에 배치하는 튜브배치단계, 상기 척에 의해 고정되고 센터링부에 의해 지지되는 튜브를 회전모터에 의해 회전시키는 회전단계, 튜브의 온도를 일정온도로 유지하기 위해 냉각수 공급밸브를 작동시켜 냉각수 공급라인을 통해 튜브 내경에 냉각수를 공급하는 온도조절단계, 튜브가 회전부에 의해 일방향으로 회전하는 동시에 결합플레이트가 주행부의 가이드라인을 따라 튜브의 길이방향으로 튜브를 이동시키면 메인용접헤드가 작동하며 위빙모터에 의해 상기 용접헤드를 일방향으로 왕복운동시켜 튜브의 표면에 나선형의 오버레이층을 형성하는 육성용접 제1단계, 상기 육성용접 제1단계가 진행되면 소정의 시간간격을 두고 서브용접헤드에 의해 오버레이층을 트리밍하는 육성용접 제2단계 및 상기 육성용접 제1단계 및 제2단계의 용접온도에 따라 냉각수 공급라인을 통해 공급되는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각수 온도조절단계; 를 통해 용접라인 중 서로 인접하는 부분이 접하거나 적어도 일부가 오버랩됨으로써 상기 튜브의 외면에 용접층이 형성되며, 센터링부의 상부 가이드롤러의 이동축과 상기 하부 가이드롤러의 이동축의 톱니와 이동축의 톱니가 맞물리는 톱니바퀴에 의해 상기 가이드롤러 상하구동기가 상기 하부 가이드롤러를 상부 또는 하부로 이동시키면 상기 톱니바퀴에 의해 상기 상부 가이드롤러가 하부 또는 상부로 이동함으로써 상기 상부 가이드롤러와 상기 하부 가이드롤러는 상기 튜브의 중심에 대해 각각 대칭으로 동일한 거리만큼 이동함으로써 상기 용접층이 형성됨에 따라 상기 튜브의 외경이 증가하더라도 상기 튜브의 중심이 일 위치에 고정되어 있으며, 튜브의 길이에 대응하는 주행부를 결합플레이트가 이동하되, 튜브가 가이드롤러에 지지된 채 일방향으로 회전하는 구조이며, 튜브모재에 용접되는 위빙폭에 따라 위빙속도를 조절하고, 튜브모재의 소재계열에 따라 냉각수 적용온도를 조절하여 튜브모재 및 용접층의 취성을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 보일러 튜브의 표면처리 용접방법은 하진용접과 유사한 방식을 통해 용융상태에서 흘러내리는 속도보다 더 빠르게 위빙하는 동시에 용접헤드가 튜브의 길이 방향으로 이동함으로써 튜브 표면에 균일한 두께의 용접층을 형성할 수 있다.

또한, 모재의 직경에 따른 위빙폭, 속도 등을 조절함으로써 튜브의 외경이 증가하더라도 항상 튜브의 중심을 일정하게 유지할 수 있으며 튜브의 표면에 균일한 두께의 용접층을 고르게 형성할 수 있다.

또한 용접부 소재의 물성, 외부 환경 온도조건에 따라 냉각수를 공급하며, 공급되는 냉각수의 온도를 조절하여 소재별 용접에 적합한 온도를 유지함으로써 용접부의 희석율을 낮추고 용접변형을 최소화할 수 있어 보일러 튜브의 내식성, 내마모성을 향상시키고 튜브의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 표면처리용 용접방법은 결합플레이트에 의해 튜브를 튜브의 길이방향으로 이동시키되, 튜브를 장치의 외측으로 회전시키는 동시에 위빙부에 의하여 일방향으로 왕복운동하도록 함으로써 형성되는 용접라인의 위빙폭, 오버레이층의 폭과 조도를 균일하게 형성시킴으로써 품질의 향상을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 정면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 측면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 사진을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 사진을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 센터링부의 개략적 단면도이며, 센터링부에 의해 파이프가 지지되기 전의 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 센터링부의 개략적 단면도이며, 센터링부에 의해 파이프가 지지된 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치 회전부의 개략적 정단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치 및 방법의 메인용접헤드에 의해 1차 용접층이 형성된 튜브의 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치 및 방법에 의해 (a)1차 용접층이 형성된 튜브와 2차 평탄화된 튜브의 사진, (b) 튜브의 단면을 나타내는 사진이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 정면도를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 측면도를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 사진이며 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 사진을 나타낸다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 센터링부의 개략적 단면도이며, 센터링부에 의해 파이프가 지지되기 전의 상태를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치의 센터링부의 개략적 단면도이며, 센터링부에 의해 파이프가 지지된 상태를 도시한 것이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치 회전부의 개략적 정단면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치 및 방법의 메인용접헤드에 의해 1차 용접층이 형성된 튜브의 사진이며, 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치 및 방법에 의해 (a)1차 용접층이 형성된 튜브와 2차 평탄화된 튜브의 사진, (b) 튜브의 단면을 나타내는 사진이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 표면처리용 용접장치(1000)의 각 구성에 대해 설명하도록 한다. 각 구성의 설명 중 확대도가 필요한 경우에는 그 때마다 해당 구성의 확대도를 참고하도록 하겠다.

본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 표면처리용 용접장치(1000, 이하 '용접장치'라 함)는 튜브(1)의 외면에 일정한 두께의 용접층을 전체적으로 형성하는 것을 목적으로 한다. 튜브(1)는 금속재질의 관으로서, 예를 들어 카본계열의 탄소강 또는 알로이 계열의 합금강 소재의 튜브를 이용할 수 있다.

이와 같이 튜브(1)의 외면에 일정한 두께의 용접층을 전체적으로 형성하기 위해서는 용접이 일정한 속도로 수행되어야 하며, 인접하여 형성되는 용접라인 사이에 틈이 없어야 하고, 용접변형이 최소화되어야 한다.

본 발명의 용접장치(1000)는 튜브(1)의 외면에 일정한 두께의 용접층을 전체적으로 형성하기 위하여, 튜브(1)를 회전시키는 것과 동시에 튜브(1)가 튜브(1)의 길이방향으로 이동하면서 튜브(1)의 외면에 용접라인을 형성하게 된다.

먼저, 바닥에는 튜브(1)의 길이방향으로 길게 형성되는 베이스프레임(10)이 배치된다. 베이스프레임(10)은 H빔을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 후술하는 포스트(20)나, 주행프레임(30)의 경우에도 베이스프레임(10)과 같이 H빔을 이용할 수 있다. 베이스프레임(10)은 본 발명의 용접장치(1000)의 각 구성이 설치하는 기초에 해당한다.

베이스프레임(10)에는 소정의 간격으로 적어도 하나 이상의 포스트(20)가 설치된다. 베이스프레임(10)이 수평방향의 뼈대라면, 포스트(20)는 수직방향의 뼈대의 역할을 한다.

포스트(20)의 상부에는 튜브(1)의 길이방향으로 길게 주행프레임(30)이 형성된다. 주행프레임(30)은 후술하는 바와 같이, 주행프레임(30)을 따라 결합플레이트(41)가 튜브(1)를 튜브(1)의 길이방향으로 이동시킨다.

주행프레임(30)의 일측에는 센터링부(100)가 설치된다. 센터링부(100)는 주행프레임(30)을 따라서 복수개 배치된다. 한편, 센터링부(100)는 주행프레임(30)에 결합플레이트(41)를 통해 결합된다.

센터링부(100)는 튜브(1)를 용접하는 과정에서 튜브(1)를 지지하는 상부가이드롤러(110) 및 하부가이드롤러(120)를 구비한다. 즉, 튜브(1)는 상부가이드롤러(110)와 하부가이드롤러(120)에 의해 상하부에서 붙잡히게 된다. 이때, 상부가이드롤러(110) 및 하부가이드롤러(120)의 튜브(1)와 접하는 부분에는 회전가능한 롤러(115, 125)가 설치되어 있다. 이로써 튜브(1)의 회전을 상부가이드롤러(110) 및 하부가이드롤러(120)가 방해하지 않는다.

상부가이드롤러(110) 및 하부가이드롤러(120)는 가이드롤러 상하구동기(130)에 의해 각각 상하로 이동하게 된다. 이때, 본 발명의 용접장치(1000)는 상부가이드롤러(110) 및 하부가이드롤러(120)는 일 지점(예를 들어, 튜브의 중심)을 기준으로 대칭으로 상하이동하도록 구성된다. 예컨대, 상부가이드롤러(110)가 이동한 거리만큼, 하부가이드롤러(120)도 반대 방향으로 동일한 거리만큼 이동하도록 구성된다. 이를 위하여, 상부가이드롤러(110)와 하부가이드롤러(120)의 이동축에 각각 톱니(111, 112)가 길게 형성되고, 가이드롤러 상하구동기(130)가 하부가이드롤러(120)를 움직이면, 톱니바퀴(131)에 의해 상부가이드롤러(110)가 이동하도록 구성되는 것도 가능하다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상부가이드롤러(110)가 이동한 거리만큼, 하부가이드롤러(120)도 반대 방향으로 동일한 거리만큼 이동하도록 할 수 있는 적절한 다른 구성을 차용하는 것도 가능하다.

본 발명의 용접장치(1000)는 튜브(1)의 표면에 용접층을 형성시켜 튜브(1)의 표면처리를 수행하는 것이다. 다른 표면처리 방식인 ??칭이나 템퍼링 등과 같은 열처리 방식은 미세구조를 조절하는 것으로서 표면처리 과정에서 튜브(1)의 외경에 유의미한 변화가 없다. 하지만 본 발명의 용접장치(1000)는 튜브(1)의 표면에 용접층을 형성하는 것이기 때문에 용접이 수행되는 과정에서 용접층의 부풀어오름에 의해 튜브(1)의 유의미한 외경증가가 발생한다.

만약, 튜브(1)를 지지하는 곳의 위치가 고정되어 있다면 튜브(1)의 외경증가로 인해 튜브(1)의 중심축이 이동하게 되는 문제가 발생할 수밖에 없으며, 이는 튜브(1)에 형성되는 용접층의 불균일한 형성의 주 원인이 된다. 하지만 상술한 바와 같이, 본 발명의 용접장치(1000)는 상부가이드롤러(110) 및 하부가이드롤러(120)는 일 지점(예를 들어, 튜브의 중심)을 기준으로 대칭으로 상하이동하도록 구성된다. 튜브(1)의 중심을 기준으로 상부가이드롤러(110) 및 하부가이드롤러(120)가 서로 대칭으로 상하로 이동하여 튜브(1)를 고정한다. 따라서 본 발명의 용접장치(1000)의 작업과정에서 튜브(1)의 외경이 증가하더라도, 튜브(1)의 중심은 이동하지 않고, 상부가이드롤러(110) 및 하부가이드롤러(120)가 서로 대칭으로 상하 이동하여 외경이 증가된 튜브(1)를 지지한다. 따라서 본 발명의 용접장치(1000)를 이용할 경우 튜브(1)의 외경 증가로 인해 용접층이 불균일하게 형성되는 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 용접장치(1000)를 이용하여 튜브(1)의 표면에 용접층을 형성하기 위해서는 튜브(1)가 일방향으로 회전하는 것과 동시에, 주행프레임(30)을 따라 결합플레이트(41)가 튜브(1)의 길이방향으로 튜브(1)를 이동시킨다.

이를 위해 본 발명의 용접장치(1000)는 회전부(200)와 주행부(300), 그리고 용접부(400), 결합플레이트(41)를 구비한다.

베이스프레임(10)에는 회전부(200)가 설치된다. 회전부(200)는 튜브(1)를 척(chuck, 220)에 의해 붙잡고, 회전모터(210)를 이용하여 튜브(1)를 일 방향으로 회전시키는 역할을 한다. 이때, 베어링(230)이 튜브(1)의 회전을 돕도록 할 수 있다.

한편, 주행프레임(30)에는 주행부(300)가 설치된다. 주행프레임(30)에는 결합플레이트(41)가 설치되고, 결합플레이트(41)는 주행부(300)에 배치된 가이드라인(g10)에 대응하는 가이드홈(g11)을 포함하며, 주행모터(310)에 의해 주행프레임(30)을 따라 튜브(1)를 튜브(1)의 길이 방향으로 이동시킨다.

주행부(300)의 일측에는 용접부(400)가 설치된다. 주행부(300)와 용접부(400)는 체결부(42)에 의해 결합되며, 후술하는 바와 같이 주행부(300)와 용접헤드(400)의 사이에는 위빙부(500)가 설치된다. 용접헤드(400)는 각도조절이 가능한 연결부(403)에 의해 체결부(42) 및 위빙부(500)와 연결된다. 튜브(1)의 직경에 따라 용접헤드(400)의 각도를 조절함으로써, 다양한 직경의 튜브(1)에 본 발명의 용접장치(1000)를 이용하는 것이 가능하다.

용접부(400)는 메인용접헤드(410) 및 서브용접헤드(420)를 포함한다. 메인용접헤드(410)는 용가재(402)가 일정속도로 유입되면서, 튜브(1)의 외면에 용접팁(401)이 용접층을 형성시킨 후, 서브용접헤드(420)에 의해 용접층을 평탄화하는 용접공정을 진행한다.

메인용접헤드(410)의 용접공정은, 결합플레이트(41)가 튜브(1)의 길이방향으로 튜브(1)를 주행시키고, 이와 동시에 튜브(1)가 회전부(200)에 의해 일방향으로 회전하기 때문에 튜브(1)의 외면에는 나선형의 용접라인이 형성된다. 중요한 것은 이때 튜브(1)는 회전부(200)에 의해 일방향으로 회전하되 회전하는 방향이 장치의 외측방향이며, 용접층의 용접라인 중 서로 인접하는 부분이 접하거나 적어도 일부가 오버랩되어야 한다는 것이다.

튜브(1)의 회전방향과 관련하여, 일반적으로 하진용접(수직상에서 아래로 내려오면서 용접하는 방식)은 모재에 용접물이 결합되어야 하는데, 용접물이 흘러내리며 용접되어 모재와 용접물의 결합력이 약해질 수 있어 구조물의 용접에는 허용되지 않는 용접방법에 해당한다. 그러나 하진용접의 경우 용접 속도가 매우 빠르고, 납작하고 깔끔한 형태의 비드를 얻을 수 있다.

한편 수냉식 보일러 튜브와 같은 구조물의 경우 용접 규모가 매우 크며 수작업에 의해 진행하는 경우, 작업시간이 상당히 소요되며, 이에 따라 시간 및 인건비가 함께 상승한다. 또한 용가재에 의해 오버레이 용접층을 새로 형성해 나가야 하므로 용접층에 의한 비드가 일정하지 않을 뿐 아니라 잔류응력에 의해 비드가 서로 덩어리를 형성하고, 그 덩어리가 보일러실의 연료와 충돌함으로써 튜브의 내구성, 내식성을 저하시키는 문제가 발생하여 개선이 필요하다.

이에 본 발명의 일 실시예는 메인용접헤드(410)를 이용하고, 튜브(1)를 길이방향으로 하여 상부가이드롤러(110)와 하부가이드롤러(120)에 배치시키고 결합플레이트(41)에 의해 튜브(1)를 길이방향으로 이동시키는 동시에, 튜브(1)를 장치의 외측방향으로 회전시켜 상대적으로 장치의 내측으로 흘러내리는 용융물을 흘러내리는 속도보다 더 빠른 속도로 용접함으로써, 하진용접과 동일한 용접방식을 구현하여 모재 상에 용접층을 형성시킨다. 따라서 오로지 용접장치에 의해 새로운 용접층을 형성하는 수직용접방식에 비해 흘러내리는 용융물을 활용하여 빠른속도로 용접함으로써 용접 비드의 폭, 두께를 일정하게 형성시킬 수 있다. 즉 메인용접헤드(410)로 하진용접방식에 의해 튜브를 용접할 수 있어, 빠른속도로 용접할 수 있을 뿐 아니라 비교적 평편하고 일정한 두께의 용접층(비드)를 형성할 수 있다. 이때 메인용접헤드(410)는 미그용접에 해당하며 용접봉에 의해 용접층을 형성시키며 용접변형과 희석률을 최소화하기 위해 저입열용접을 수행할 수 있다. 이와 관련되는 내용은 후술한다.

이후 서브용접헤드(420)를 통해하여 1차적으로 메인용접헤드(410)에 의해 형성된 용접층을 평탄화하여 용접층의 두께를 균일하게 형성시킬 수 있다. 이때 서브용접헤드(420)는 티그용접에 의해 용접봉 없이 고열로 용접층을 평탄화하는 작업을 수행하며 메인용접헤드(410)가 용접층을 형성한 이후 소정의 시간간격을 두고 진행될 수 있거나 단독으로 진행될 수 있다. 서브용접헤드(420)에 의한 용접층 평탄화 작업은 메인용접헤드(410)에 의해 형성된 용접층을 평탄화하는 작업인 바, 튜브에 추가적인 용접변형이나 희석률 변형은 발생시키지 않으면서 오버레이된 용접층의 두께와 오버레이되지 않은 용접층을 평탄화시켜 보일러실 내부에서 고체연료 산재로 인해 튜브의 용접층과 충돌로 인해 발생하는 마모, 부식 등의 문제점을 최소화시킬 수 있다.

즉 튜브(1)의 표면처리를 위해 용접층을 형성하는 것인데, 용접층의 폭 및 두께가 일정하지 못하고 응력에 의해 용접층의 비드가 덩어리지거나 일부분에는 용접층이 형성되지 않는 용접불량의 문제가 없으며, 용접층의 폭 및 두께가 일정하고 덩어리가 형성되지 않아 용접불량에 의해 크랙이나 부식 발생이 촉진, 확산되는 문제를 해결할 수 있다.

나아가 용접헤드(400)에 의해 형성되는 용접라인은 그 자체로도 소정의 폭을 가지고 있으나, 튜브(1)의 외면에 비해 현저히 작다. 또한, 튜브(1)의 표면처리를 위해 튜브(1)의 외면에 전체적으로 용접층이 형성되어야 하는데, 결합플레이트(41)의 주행과 회전부(200)에 의한 회전동작만으로는 장시간이 소요될 뿐만 아니라, 용접라인 중 서로 인접하는 부분을 서로 접하거나 적어도 일부가 오버랩되도록 하기 어렵다.

따라서 주행부(300)의 일측, 위빙부(500)가 설치된다. 위빙부(500)는 위빙모터(510)에 의해 용접헤드(400)를 일방향으로 왕복운동시켜 상술한 바와 같이 용융물이 흘러내리는 속도보다 더 빠른 속도로 용융물을 모재에 용접시키며, 동시에 위빙하도록 구성하여 모재 상에 균일한 형태의 용접층을 형성할 수 있다.

즉, 위빙부(500)에 의해 형성되는 용접라인이 전체적으로는 튜브(1)의 외면에 나선형으로 형성되되, 국소적으로는 싸인 곡선을 그리면서 형성되는 것이다. 위빙부(500)에 의해 형성되는 용접라인의 폭이 증가되고, 이에 따라 용접층을 형성하는데 필요한 작업시간을 현저히 감소시킬 수 있으며, 보다 쉽게 용접라인 중 서로 인접하는 부분을 서로 접하거나 적어도 일부가 오버랩되도록 하여 튜브(1)의 외면에 용접층이 전체적으로 형성되도록 할 수 있다. 따라서 상술한 메인용접헤드에 의해 1차적으로 위빙폭 및 두께가 일정한 용접층과, 오버레이층을 형성할 수 있다.

위와 같은 사정을 종합해보면, 튜브(1)의 외면에 용접층을 전체적으로 균일하게 형성하기 위해서는, 용접헤드(400)의 회전속도, 회전시간, 결합플레이트(41)의 튜브(1) 이송속도, 위빙부(500)의 위빙폭, 위빙속도, 왕복시간, 스텝거리를 제어하는 것이 중요하며 위빙폭에 따라 위빙속도, 회전속도, 이송속도가 정해질 수 있다. 자세하게는, 위빙폭에 따라 메인용접헤드(410)가 1회 싸인곡선으로 용접층을 형성하는 왕복시간, 왕복시간에 따라 튜브가 1회 회전하는 회전시간, 튜브에 용접이 완료되기 위해 회전하는 회전수, 회전수에 따른 회전속도, 회전시간에 따라 결합플레이트를 따라 튜브가 이송되는 이송속도가 결정될 수 있고 아래와 같이 식으로 표현될 수 있다.

왕복시간 = ((위빙폭 x 2)/위빙속도)+멈춤시간

1회전시간 = 왕복시간 x 스텝수(이때 스텝수는 원둘레/스텝거리)

이송속도 = ((위빙폭-오버랩거리) x 60))/회전시간

회전속도 = rpm x 원둘레(이때, rpm은 60/회전시간)

이때 왕복시간에 포함된 위빙속도와 관련하여, 본 발명의 일 실시예는 위빙속도를 5~60mm/sec 로 임의로 설정하여 입력한다.

이는 위빙속도는 용융층의 두께의 관련되고, 용융층의 두께는 부식 발생, 확산과 관련된다. 용융층에 대하여 상세히 설명하면, 보일러실 압력부에 사용되는 튜브의 경우 상술한 바와 같이 고체연료의 산재에 의해 튜브 외표면을 강화시키기 위해 용접층을 포함한다. 그러나 튜브의 외표면 전체에 용접층을 형성하는 것이 아니라, 튜브의 외표면 중 고체연료와 잦은 접촉이 발생하는 일부 부위에 용접층을 형성시켜 튜브의 외표면의 두께는 용접층의 두께와 소정의 차이가 발생한다. 이러한 두께의 차이로 인해 고체연료가 산재하며 충돌하는 표면적이 넓어지고 부식 발생 및 확산의 속도가 촉진되며 튜브의 수명이 단축되는 원인이 된다.

따라서 본 발명의 일 실시예는 이를 예방하고자 용접층의 두께를 내부식성 및 내마모성을 부여하되, 고체연료의 충돌 표면적을 최소화시키기 위한 용접층의 두께 및 폭을 소정의 두께로 설정하고 있으며 용접층의 두께를 위빙속도에 의해 조절하고 있다. 예를 들어, 튜브가 1회 일정한 속도로 회전한다고 가정하면, 위빙속도가 5mm/sec 미만인 경우의 용접층의 두께와 25mm/sec인 경우의 용접층의 두께는 전자가 상대적으로 두꺼울 것이다.

한편 상기 1회전시간에 포함된 스텝거리는 싸인곡선을 그리며 위빙하는 거리를 의미하며, 스텝수는 이 거리를 원 둘레로 나누어 얻을 수 있다.

상기 식에 의한 예를 들면 다음과 같다.

위빙속도는 5~60mm/sec의 범위 내이며, 위빙속도를 통상 적용하는 50mm/sec로 적용하는 경우, 왕복시간은 0.400sec, 1회전시간이 9.58sec, 이송속도가 43.86mm/min이며, 회전속도는 750mm/min이 되도록 설정할 수 있다. 직경 60.3mm인(원둘레가 189.44mm)모재 상에 위빙폭 25mm, 멈춤시간 0, 오버랩 3mm, 위빙속도 40mm로 하면 1회전 동안 약 37~38회정도 위빙하며, 왕복시간은 1.25sec, 이송속도가 27.87mm/min이며, 회전속도는 240mm/min이 되도록 설정할 수 있다. 이와 같이 용접층의 두께 및 폭을 입력하면 위빙속도 등이 설정되며 보일러 압력부의 튜브로서 내마모성과 내식성에 적합한 용접층을 형성시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면 균일한 오버랩거리의 용접층을 형성하며 위빙에 의해 소정의 폭을 갖는 용접층을 형성할 수 있다. 다만, 위빙에 의해 형성된 용접층은 사인패턴부분과 오버레이층으로 구분되고, 오버레이층은 사인패턴부분의 일부분이 상호 중첩되어 적층된 부분이므로, 사인패턴부분과 오버레이층의 조도를 균일하게 다지는 것이 바람직하다. 이를 위해 상술한 바와 같이 서브용접헤드(420)에 의해 전체 용접층에 용접 진행하여 사인패턴부분과 오버레이층의 조도를 균일하게 평탄화시킨다. 즉 서브용접헤드(420)에 의한 평탄화작업은 메인용접헤드(410)에 의한 용접 및 위빙과 동일하게 진행될 수 있다. 다만 메인용접헤드(410)에 의한 용접 이후 소정의 이격거리를 두고 서브용접헤드(420)가 동시 또는 이시에 진행될 수 있다. 예를 들어, 메인용접헤드(410)에 의해 용접층이 형성되고 120mm의 이격거리를 두고 서브용접헤드(420)가 용접층을 용접함으로써 평탄화시킬 수 있다. 이때 서브용접헤드(420)가 용접을 진행하며, 튜브는 장치의 외측으로 회전되는 동시에 튜브의 길이 방향으로 이동하며, 위빙부에 의해 위빙이 진행되는 바, 메인용접헤드(410)와 마찬가지로 용접이 이루어지고 사인패턴부분과 오버레이층의 평균조도가 균일해질 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치에 의해 표면에 용접층이 형성된 튜브와 튜브를 잘라 그 단면과 측면을 촬영한 것이다. 특히 도 5는 메인용접헤드에 의해 형성된 1차 용접층을 나타내며, 도 6(a)는 서브용접헤드에 의해 1차 용접층이 평탄화되어 용접층이 균일하게 형성된 것을 알 수 있다.

도 5를 참조하면, 튜브(1) 외측에 나선형의 용접라인(L)이 형성되었음을 알 수 있다. 특히, 용접라인(L)은 일정한 나선형을 이루고 있음을 명확하게 알 수 있다. 도 6(b)를 보면 튜브(1)의 외면에 보다 밝은 색을 가지는 용접층(2)이 형성되어 있으며, 용접층(2)의 두께가 튜브(1)의 단면의 외주를 따라 일정하다. 도 도 6에서의 용접층(2)의 두께는 2mm였으며, 도면에 나타나지는 않았으나 튜브(1)의 길이방향의 다른 위치에서의 용접층(2)의 두께도 2mm로 일정함을 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접장치는 용접과정에서 발생하는 용접부의 희석율을 감소시키고 용접변형을 최소화하여 육성용접층의 성질(내마모성, 내열성, 내식성 등)을 유지하기 위해 튜브 내경에 냉각수를 공급하고, 공급하는 냉각수의 온도를 조절함으로써 용접시 튜브의 표면온도가 적절온도를 유지할 수 있도록 한다. 자세하게는, 용접이 진행되면 용접온도에 의해 가온 후 감온되는 과정에서 용접부에서 거리가 멀어질수록 온도 구배가 발생하며, 용접부에서 거리가 멀어질수록 크롬의 농도가 온도구배에 따라 감소되며 크롬의 농도가 감소된 부분은 부식될 가능성이 높아진다. 반면 용접부 근처에는 크롬이 집중되고, 카본이 희석되며 니켈의 함유량이 감소되어 내마모성, 내열성, 내식성 등의 기계적 강성이 저하되는 문제가 발생한다.

또한 모재와 용접층이 형성되는 경계의 열영향부는 최대 600~1500→까지 가온될 수 있고, 고온으로 가온된 후 감온되는 과정에서 비중에 따라 크롬, 니켈, 카본 등이 조직화되어 응력에 의한 용접변형에 의해 오히려 취성에 의한 균열이 발생할 수 있다.

이를 위해 용접이 진행되는 동안 튜브 내경에 냉각수를 지속적으로 공급하고 이를 회수하여 순환시킬 수 있도록 상기 회전부의 중앙에 냉각수 공급부 및 회수부를 배치하였다. 따라서 용접공정 중 튜브 표면의 용접고온을 감온시켜 일정한 온도로 유지시키고 용융시간을 최소화시킴으로써 용접고온에 의한 희석률 및 변형을 최소화할 수 있다.

상세하게는 회전부의 중앙에 배치되어 튜브의 내경에 삽입되고 내경 말단부까지 연장되는 냉각수가 공급되는 냉각수 공급부의 냉각수 공급라인 및 냉각수 공급라인을 통해 공급된 냉각수가 튜브 내경 말단에 배출되고, 배출된 냉각수가 튜브 내경을 따라 튜브 내경 전체에 공급된 후 회수부를 통해 회수되어 순환됨으로써 공급되는 냉각수의 온도를 일정 온도로 유지시킨다. 또한 상기 회전부의 타측에는 상기 냉각수 공급부에 의해 튜브 내경 말단 방향으로 배출되고, 배출된 냉각수가 튜브 내경을 따라 튜브 내경 전체에 공급된 후 외부로 유출되지 않고 회전부의 일측으로 배출되고, 튜브 내경의 온도를 설정된 온도로 유지될 수 있도록 차단커버(c)를 구비한다. 차단커버(c)는 튜브의 말단부의 관통구멍을 차단하는 구조로서, 관통구멍을 통해 튜브 내경에 공급되는 냉각수가 외부로 유출되지 않도록 구성할 수 있다.

이는 상술한 위빙속도, 위빙폭 등을 조절하여 흐르는 용용물을 용접하되 용접층의 조도가 균일하도록 용접하는 공정과 관련이 있다. 즉 냉각수의 온도를 조절하여 용융물의 점도와 흐르는 속도 조절이 가능하며 흐르는 용융물이 용접층을 형성한 후 감온, 즉 식는 과정에서 응력에 의해 변형이 발생하기 전 냉각수에 의해 형성된 용접변형이 발생되지 않는 온도범위에서 용접층이 경화될 수 있도록 한다.

상세하게는 냉각수의 온도는 모재의 계열 및 외부온도에 따라 조절될 수 있다. 이를 위해 본 발명은 제어부를 두어 모재의 계열 및 외부온도에 따라 공급되는 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.

구체적으로 용접시 모재, 용접패스, 용접봉에 의한 열영향부의 온도는 1500→까지 가온될 수 있는데 카본계열인 탄소강의 경우, 희석률이 가장 적은 온도범위인 539~750→를 유지하기 위해 하절기 기준 20~23℃, 동절기 18~21℃의 냉각수를 공급할 수 있다. 알로이계열인 합금강의 경우 희석률이 가장 적은 온도범위인 539~700℃를 유지하기 위해 하절기 기준 35~38℃, 동절기 기준 40~43℃의 냉각수를 공급할 수 있다. 합금강의 경우 탄소강에 비해 상대적으로 니켈, 몰리브덴, 크롬 등의 성분함량이 높아 고온에서 희석에 의한 변형률이 탄소강에 비하여 높고 빠르게 발생할 수 있으며 온도를 급감하는 경우 조성물의 비중에 따라 확산이 잘 이루어지지 않을 수 있어 탄소강에 공급되는 냉각수 온도에 비하여 상대적으로 높게 유지시켜주는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 하절기, 동절기에 따라 외부환경에 따른 습도 및 온도가 상이하고, 모재의 계열에 따라 용접에 따른 희석률이 상이한 바, 모재의 계열 및 외부환경에 따라 공급되는 냉각수의 온도를 조절하는 것이 바람직하다. 나아가 본 발명은 튜브(1)를 장치의 외측으로 회전시키는 동시에 장치방향으로 흐르는 용융물을 용접, 위빙하는 하진용접 방식에 의해 튜브(1)를 용접하고 있기 때문에 흐르는 용융물의 상태에 따라 모재와 용접층의 접합도가 상이해질 수 있는바, 모재의 계열 및 외부환경에 따라 공급되는 냉각수의 온도를 상기와 같이 조절하는 것이 바람직하다.

따라서, 냉각수를 튜브의 내경에 공급하여 용접층이 형성되는 튜브 외표면의 온도를 간접적으로 감온시킴으로써 용접층이 형성되어 경화되는 동안 용접층의 소재 특성을 유지할 수 있도록 희석률을 최소화시킬 수 있을 뿐 아니라, 냉각수 공급을 통해 튜브의 표면 온도를 일정하게 유지시켜 흐르는 용융물의 이동속도를 조절하여 위빙함으로써 용접층, 오버레이층의 조도를 균일하게 용접할 수 있다.

상술한 수냉식 보일러 튜브 용접장치에 의한 용접방법을 설명하며, 상술한 내용과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.

수냉식 보일러 튜브의 일측을 회전부의 일측에 위치하는 척에 삽입하고, 튜브의 타측에는 공급되는 냉각수의 온도를 일정하게 유지하기 위한 차단커버를 설치하며 상기 튜브를 상부가이드롤러 및 하부가이드롤러에 의해 지지되도록 배치한 후 센터링부에 의해 상부 가이드롤러 및 하부 가이드롤러를 각각 상하로 이동시키며 가이드롤러 상하구동기를 구비하여 튜브를 장치에 배치하는 튜브배치단계, 상기 척에 의해 고정되고 센터링부에 의해 지지되는 튜브를 회전모터에 의해 회전시키는 회전단계를 진행한다. 회전이 시작되면, 크랙 방지를 위해 예열을 진행하며, 예열이후 튜브의 온도를 일정온도로 유지하기 위해 냉각수 공급밸브를 작동시켜 냉각수 공급라인을 통해 튜브 내경에 냉각수를 공급하고 회수하며, 모재의 계열, 외부환경에 따라 냉각수의 온도를 조절하는 온도조절단계를 진행한다. 상술한 바와 같이, 예를 들어, 모재의 계열이 카본계열, 알로이 계열인지 여부, 외부환경이 하절기인지 동절기인지 여부에 따라 용접부위의 희석률이 상이해지는바, 희석률을 최소화할 수 있는 온도를 유지할 수 있도록 냉각수의 공급 및 회전을 반복함으로써, 튜브 외표면의 온도를 조절한다.

냉각수가 설정온도에 맞추어 공급되면, 튜브가 회전부에 의해 일방향으로 회전하는 동시에 결합플레이트가 주행부의 가이드라인을 따라 튜브의 길이방향으로 튜브를 이동시키면서 메인용접헤드가 작동한다. 메인용접헤드는 고정되고, 회전부의 회전에 의해 튜브가 장치의 외측으로 회전하는 동시에, 결합플레이트에 의해 튜브가 튜브의 길이방향으로 이동하면 위빙모터에 의해 위빙부가 작동을 하고 튜브의 표면에 나선형의 용접층와 오버레이층을 형성하는 육성용접 제1단계가 진행된다. 육성용접 제1단계가 진행되는 동안에도 냉각수가 튜브 내부를 순환하여 공급 및 회수를 반복하며 냉각수에 의해 튜브 온도가 조절된다.

상기 육성용접 제1단계가 진행되면 소정의 시간간격을 두고 서브용접헤드에 의해 오버레이층을 평탄화하는 육성용접 제2단계를 진행한다. 서브용접헤드는 메인용접헤드의 작동과 동일하게 고정되고, 회전부의 회전에 의해 튜브가 장치의 외측으로 회전하는 동시에, 결합플레이트에 의해 튜브가 튜브의 길이방향으로 이동하며 육성용접 제1단계에 의해 형성된 나선형의 용접층 즉, 사인패턴부분과 용접층이 중첩된 오버레이층의 조도를 균일하게 다듬는 육성용접 제2단계가 진행된다.

상술한 바와 같이 육성용접 제1단계 및 제2단계의 용접온도에 따라 냉각수 공급라인을 통해 공급되는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각수 온도조절단계를 통해 냉각수를 반복하여 공급 및 회수한다.

위의 공정을 통해 용접라인 중 서로 인접하는 부분이 접하거나 적어도 일부가 오버랩됨으로써 상기 튜브의 외면에 용접층이 형성된다.

이때, 상술한 바와 같이 센터링부의 상부 가이드롤러의 이동축과 상기 하부 가이드롤러의 이동축의 톱니와 이동축의 톱니가 맞물리는 톱니바퀴에 의해 상기 가이드롤러 상하구동기가 상기 하부 가이드롤러를 상부 또는 하부로 이동시키면 상기 톱니바퀴에 의해 상부 가이드롤러가 하부 또는 상부로 이동함으로써 상부 가이드롤러와 하부 가이드롤러는 상기 튜브의 중심에 대해 각각 대칭으로 동일한 거리만큼 이동한다. 따라서 상기 용접층이 형성됨에 따라 상기 튜브의 외경이 증가하더라도 상기 튜브의 중심이 일 위치에 고정되어 있으며, 튜브의 길이에 대응하는 주행부를 결합플레이트가 이동하되, 튜브가 가이드롤러에 지지된 채 일방향으로 회전할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 튜브모재에 용접되는 위빙폭에 따라 위빙속도를 조절할 수 있다. 이때 이송속도, 회전속도는 장치의 외측으로 회전하는 튜브에서 흐르는 용융물의 이동속도보다 상대적으로 빠르게 설정해야하며, 1회전에 필요한 회전시간으로 나눠서 결정하게 된다. 즉, 위빙폭에 따라 왕복시간, 회전시간, 회전수, 회전속도 및 이송속도가 결정되면 일정하고 균일한 용접층을 형성하게 된다.

나아가, 상술한 바와 같이 흐르는 용융물을 걷어올리며 용접하는 하진용접방식에 의한 용접공정이 진행되는 바, 용접온도, 외부환경에 따라 공급되는 냉각수의 온도에 따라 흐르는 용융물의 점도, 온도가 상이해질 수 있다. 따라서 튜브모재의 소재계열에 따라 냉각수 적용온도를 조절하여 냉각수를 튜브 내부에 공급 및 순환시킴으로써 튜브모재 및 용접층의 취성을 방지할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 위빙폭, 용접층, 오버레이층, 냉각수 공급온도 등을 제어하는 용접장치(1000)를 이용함으로써 숙련공이 아니더라도 튜브(1)의 외면에 일정한 두께로, 그리고 전체적으로 균일한 조도의 용접층을 형성할 수 있다. 무엇보다 직접 사람이 튜브(1)의 외면에 용접층을 형성하는 것에 비하여 빠르며 고품질의 튜브를 생산할 수 있어 고효율적이라는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

1000: 용접장치
10: 베이스프레임 20: 포스트
30: 주행프레임
42 체결부 41 결합플레이트
100: 센터링부 200: 회전부
300: 주행부
400: 용접헤드 401 용접팁
402 용가재 403 연결부
500: 위빙부
G10: 가이드라인
G11: 가이드홈
410 메인용접헤드
420 서브용접헤드
V 오버레이층
S 사인패턴부분
W 위빙폭
610 냉각수 공급부 c 차단커버
620 냉각수 회수부
700 제어부

Claims (2)

1. 삭제
2. 수냉식 보일러 튜브의 일측을 회전부의 일측에 위치하는 척에 삽입하고, 튜브의 타측에는 온도를 유지하기 위한 차단커버를 설치하며 상기 튜브를 상부가이드롤러 및 하부가이드롤러에 의해 지지되도록 배치한 후 센터링부에 의해 상부 가이드롤러 및 하부 가이드롤러를 각각 상하로 이동시키며 가이드롤러 상하구동기를 구비하여 튜브를 장치에 배치하는 튜브배치단계;
   상기 척에 의해 고정되고 센터링부에 의해 지지되는 튜브를 회전모터에 의해 회전시키는 회전단계;
   튜브의 온도를 일정온도로 유지하기 위해 냉각수 공급밸브를 작동시켜 냉각수 공급라인을 통해 튜브 내경에 냉각수를 공급하는 온도조절단계;
   튜브가 회전부에 의해 일방향으로 회전하는 동시에 결합플레이트가 주행부의 가이드라인을 따라 튜브의 길이방향으로 튜브를 이동시키면 메인용접헤드가 작동하며 위빙모터에 의해 상기 용접헤드를 일방향으로 왕복운동시켜 튜브의 표면에 나선형의 오버레이층을 형성하는 육성용접 제1단계;
   상기 육성용접 제1단계가 진행되면 소정의 시간간격을 두고 서브용접헤드에 의해 오버레이층을 트리밍하는 육성용접 제2단계; 및
   상기 육성용접 제1단계 및 제2단계의 용접온도에 따라 냉각수 공급라인을 통해 공급되는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각수 온도조절단계; 를 통해 용접라인 중 서로 인접하는 부분이 접하거나 적어도 일부가 오버랩됨으로써 상기 튜브의 외면에 용접층이 형성되며,
   센터링부의 상부 가이드롤러의 이동축과 상기 하부 가이드롤러의 이동축의 톱니와 이동축의 톱니가 맞물리는 톱니바퀴에 의해 상기 가이드롤러 상하구동기가 상기 하부 가이드롤러를 상부 또는 하부로 이동시키면 상기 톱니바퀴에 의해 상기 상부 가이드롤러가 하부 또는 상부로 이동함으로써 상기 상부 가이드롤러와 상기 하부 가이드롤러는 상기 튜브의 중심에 대해 각각 대칭으로 동일한 거리만큼 이동함으로써 상기 용접층이 형성됨에 따라 상기 튜브의 외경이 증가하더라도 상기 튜브의 중심이 일 위치에 고정되어 있으며, 튜브의 길이에 대응하는 주행부를 결합플레이트가 이동하되, 튜브가 가이드롤러에 지지된 채 일방향으로 회전하는 구조이며,
   튜브모재에 용접되는 위빙폭에 따라 위빙속도를 조절하고, 튜브모재의 소재계열에 따라 냉각수 적용온도를 조절하여 튜브모재 및 용접층의 취성을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 수냉식 보일러 튜브 표면처리용 용접방법.

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