KR102504649B1 - 배관클램핑장치 - Google Patents

Abstract

종래의 배관 용접 시에 수행되는 파이프 맞대기부의 취부공정은 파이프와 파이프 간의 중심을 일치시키고 갭을 유지하기 위한 공정과 이를 부분용접으로 고정하는 태크 용접(tack welding)공정으로 구분 된다. 크램프롤러, 갭롤러, 래크롤러와 갭롤러용조정볼트를 포함하는 본 발명의 클램핑장치에 의해 장시간의 수작업이 요구되며, 품질이 불안정한 이러한 파이프 취부공정과 멀티패스용접과정을 한 장비 내에서 연속으로 수행하여 용접효율이 향상된다.

Description

배관클램핑장치{Pipe clamping device}

본 발명은 파이프의 용접을 위해 파이프 맞대기부를 정렬시키고, 정렬된 파이프 주위를 회전하면서 용접을 수행하는 멀티패스용접을 연속으로 수행하는 배관클램핑장치에 관한 것이다.

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

장시간의 수작업으로 수행되어 품질이 불안정해지는 파이프 취부공정을 생략할 수 있는 구조를 갖는 클램핑장치를 적용하여 파이프 취부부터 용접까지의 공정을 자동화하고 용접효율을 향상시키고자 한다. 배관용접 현장의 생산성 증대를 위한 배관 용접공정 전체의 자동화는 용접 전처리 공정인 취부작업의 자동화가 필수적이며 이를 위해서 파이프 대 파이프의 동심과 갭이 자동으로 유지될 수 있어야 한다.

본 발명의 배관클램핑장치는, 회전가능한 원형회전프레임(1); 상기 원형회전프레임(1)의 하단을 지지하며 외부에 설치되는 서포트롤러(6); 상기 원형회전프레임의 내부에 상기 원형회전프레임의 중심축을 따라 맞대어 설치된 두 개의 파이프; 상기 원형회전프레임(1)의 내부면에 위치하며 지름방향을 따라 마주보는 액츄에이터(11);와 상기 액츄에이터에 의해 상기 파이프의 외주면을 향해 확장되며, 상기 외주면을 대각선 방향으로 누르는 클램핑롤러(21);를 포함하며, 상기 원형회전프레임(1)이 회전하며 상기 클램핑롤러(21)가 상기 파이프의 외주면을 주행한다. 이 때, 원형회전프레임의 외부에 노출되는 두 개의 파이프의 단부는 고정된다(31).

본 발명은, 상기 원형회전프레임(1)을 회전시키는 구동장치(8)를 더 포함한다.

본 발명은, 상기 두 개의 파이프의 이음부 상단을 마주하며 상기 원형회전프레임(1)에 형성된 구멍(12);과 상기 구멍으로 삽입되는 용접토치(13);를 더 포함하며, 상기 용접토치가 상기 구멍으로 삽입되며, 상기 원형회전프레임과 함께 회전한다.

본 발명은, 상기 클램핑롤러(21) 사이에 설치되며, 원주방향 끝단이 제거된 갭롤러(22)를 더 포함하며, 상기 갭롤러에 의해 두 파이프 사이의 간격이 확보되어 태크용접에 의한 간섭 없이 초층용접이 가능하다.

본 발명은, 상기 초층용접후 상기 갭롤러(22)가 상기 파이프로 부터 이격되므로써 멀티패스용접(multi pass welding), 예로서 필패스용접스(fill pass 용접), 캡패스(cap pass용접)이 연속으로 수행될 수 있다.

본 발명에 의해 용접 준비 공정인 취부작업 중 파이프와 파이프의 동심 유지 및 갭 유지가 일관성을 유지하며 성취되고, 태크용접이 수행된 클램핑 장비 내에서 파이프의 원주를 따라 멀티패스용접이 연속으로 수행되어 배관용접작업의 생산성이 향상된다.

도 1 본 발명의 배관클램핑장치의 예시
도 2 원형회전프레임 안의 구성요소
도 3 파이프단부 고정장치의 예시
도 4 갭간격의 조정을 위한 구조 예시
도 5 래크기어와 연동하는 구성요소의 상세도
도 6 갭롤러에 의한 갭간격 조절의 예시
도 7 본 발명의 장치에 자동용접구조 예시

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 배관클램핑장치의 예시이며, 도 2에서는 원형회전프레임(1) 안의 구성요소를 상세히 보여준다. 용접할 파이프1의 단부와 파이프2의 단부3, 10)는 도 3에 예시된 고정장치에 의해 회전하지 않도록 고정되는 부분이다. 액츄에이터(11)를 작동시켜 클램프롤러프레임(4)을 파이프의 중심을 향해 밀어서 두 파이프의 동심도가 유지되도록 한다. 이와 같이 두 개의 파이프의 상대위치를 고정한 상태에서 원형회전프레임(1)과 용접토치(13)를 회전시켜 용접을 수행한다. 상기 용접토치는 도면에 도시가 생략된 공지된 구조로 이루어진 용접토치 고정구조와 용접용전원 및 용접가스 등에 연결된다.

도 3은 본 발명의 실시예의 측면도로서 두 개의 파이프가 중심이 일치된 상태로 맞대어져 본 발명의 장치 내부에 설치된 상태를 도시하는 실시예를 보여준다. 도 3에 예시된 파이프단부고정장치(31)에 의해 정렬된 파이프의 위치가 유지된다. 이러한 장치는 용접대상인 파이프의 단부 외형과 일치하는 치구를 가지며, 높이를 조절할 수 있는 공지된 형태의 바이스일 수 있다. 이러한 바이스는 래크롤러(23)의 수평 중심선과 파이프의 수평 중심선을 일치시키는 용도로 사용될 수 있다. 액츄에이터(11)는 마주보는 클램프롤러프레임(4)을 수평방향으로 확장 또는 수축시킨다. 본 발명의 예시로서 클램프롤러프레임은 두 쌍이 설치되어 서로 대각으로 마주본다. 액츄에이터를 파이프의 중심을 지나는 직경방향을 따라 좌우로 수축시켜 파이프 장착 공간을 확보하여 파이프를 설치한 후, 다시 액츄에이터를 확장시켜 파이프를 클램핑 한다. 파이프의 클램핑은 다음과 같은 순서로 이루어질 수 있다.

액츄에이터(11)를 좌우로 작동시켜 파이프 장착 공간 확보한다. 액츄에이터로 파이프 클램핑시 중앙부의 래크롤러(23)가 파이프 반경방향 바깥쪽으로 이동하며 래크기어(59)에 연결된 상부기어(60)와 하부기어(58)를 회전시켜 클램핑롤러(21)로 파이프를 압착한다. 이때 클램프롤러힌지(62)를 중심으로 클램핑롤러(21)가 회전하여 상하의 클램핑롤러가 파이프 중심을 향하도록 조정된다. 클램핑롤러는 용접되어야 할 두 개의 파이프의 외주면에 동시에 접촉하여 두 파이프의 동심을 유지시킨다.

도 4는 클램핑롤러 내부에 위치한 4개의 갭롤러(22)를 이용하여 파이프 사이의 갭간격(43)을 조정하고 유지시킨다. 갭롤러조정장치(5)(예시: 볼트)를 이용하여 갭롤러를 파이프의 직경을 따라 상하방향으로 조정하여 갭롤러의 테이퍼 면이 파이프의 그루브(groove) 면에 밀착하는 위치를 조절함으로서 갭간격(43)을 조정할 수 있다. 본 발명의 장치는 이러한 순서로 클램핑을 수행하여 두 파이프의 축방향의 동심도와 갭 치수를 유지한다. 이러한 구조가 태크 용접(tack welding)이 필요 없는 초층용접을 가능하게 한다.

도 5는 래크기어(59)의 움직임에 따라 함께 연동되는 구성요소를 상세히 보여준다. 액츄에이터로 파이프를 클램핑시 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 본 발명의 장치에 의해 확보되는 갭간격(43)이 갭롤러(22)의 상하이동(66)에 따라 조절됨을 보여준다. 모서리가 제거된 갭롤러의 끝단이 태크용접(tack welding) 없이 초층용접(65)을 가능하게 한다.

도 7은 본 발명의 장치를 자동용접에 적용하는 경우의 예시이다. 위에서 설명한 바와 같이 용접 시 두 파이프의 동심 및 갭 간격이 유지된 상태로 원형회전프레임(1)을 회전(71)시킬 수 있고, 태크용접(tack welding) 없이 초층용접을 진행 한 후 갭롤러조정볼트를 조절하여 갭롤러를 파이프로 부터 이격시킴으로서 멀티패스용접 즉, 필/캡 패스(fill/cap pass) 용접을 연속으로 수행할 수 있게 된다. 용접수행순서는 다음과 같다. 용접토치를 원형회전프레임(1)(Rotating Frame)에 거치하여 원형회전프레임의 회전과 동시에 용접이 수행된다. 용접 시 파이프의 동심 및 갭 간격이 유지된 상태가 유지되며, 갭 롤러의 끝단이 초증 용접부와 간섭되지 않게 모서리가 제거되어 tack welding 없이 (No Tack 기능) 초층용접을 수행 한 후, 갭롤러를 파이프로 부터 이격시켜 필패스용접(fill pass welding)과 캡패스용접(cap pass welding)을 포함하는 멀티패스용접을 연속으로 수행한다.

본 발명을 서술하기 위해 사용된 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 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: 원형회전프레임(Rotating Frame)
2: 원형프레임기어
3: 용접대상파이프1의 단부
4: 클램프롤러프레임
5: 갭롤러조정장치
6: 서포트롤러
7: 피니언기어
8: 모터
9: 스탠드(베이스)
10: 용접대상파이프2의 단부
11: 액츄에이터
12: 용접토치 삽입용 구멍
13: 용접토치
21: 클램프롤러
22: 갭롤러
23: 래크롤러
31: 파이프단부고정장치
43: 갭간격
55: 용접부
56: 상부클램프롤러
57: 하부클램프롤러
58: 하부기어
59: 래크기어
60: 상부기어
61: 클램프프레임힌지
62: 클램프롤러힌지
65: 초층용접부
66: 갭롤러의 이동방향
71: 원형회전프레임의 회전 방향
72: 일단이 맞대어 용접되는 파이프의 고정된 타단

Claims (5)

1. 회전가능한 원형회전프레임;
   상기 원형회전프레임의 하단을 지지하며 외부에 설치되는 서포트롤러;
   상기 원형회전프레임의 내부에 설치되며, 상기 원형회전프레임의 중심축을 따라 맞대어진 두 개의 파이프;
   상기 원형회전프레임의 내부면에 위치하며 지름방향을 따라 마주보는 액츄에이터;
   상기 액츄에이터에 의해 상기 파이프의 외주면을 향해 확장되며, 상기 외주면을 대각선 방향으로 누르는 클램핑롤러;와
   상기 클램핑롤러 사이에 설치되며, 원주방향 끝단이 제거된 갭롤러;를 포함하며,
   상기 원형회전프레임이 회전하며 상기 클램핑롤러가 상기 파이프의 외주면을 주행하며,
   상기 갭롤러에 의해 두 파이프 사이의 간격이 확보되어 태크용접에 의한 간섭 없이 초층용접이 가능한 것을 특징으로 하는 배관클램핑장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 초층용접후 상기 갭롤러가 상기 파이프로 부터 이격되어 연속으로 멀티패스용접이 수행되는 것을 특징으로 하는 배관클램핑장치.

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