KR102592581B1 - 철근용 맞대기 용접 이음 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 말뚝의 철근과 구조물용 철근을 맞대기 이음 용접할 때, 용접 비드를 치밀하게 형성될 수 있게 하여 구조물의 전단 성능이나 내진 성능을 향상시킬 수 있게 하는 철근용 맞대기 용접 이음 장치 및 방법에 관한 것으로서, 제 1 철근과 제 2 철근의 맞대기 이음 용접시, 용융된 용융 금속의 흘러내림을 방지할 수 있도록 상기 제 1 철근의 일부분과 상기 제 2 철근의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되는 백킹재 몸체; 및 상기 백킹재 몸체를 상기 제 1 철근과 상기 제 2 철근 사이에 임시 고정시키는 임시 고정 부재;를 포함하고, 상기 백킹재 몸체는, 상기 용융 금속이 경화되어 용융 비드가 형성되면 강한 충격에 의해 쉽게 파손되어 상기 제 1 철근 및 상기 제 2 철근으로부터 제거될 수 있도록 적어도 일부분이 취성(brittleness) 재질로 이루어질 수 있다.

Description

철근용 맞대기 용접 이음 장치 및 방법{Butt joint welding apparatus and method for reinforced steel bar}

본 발명은 철근용 맞대기 용접 이음 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 말뚝의 철근과 구조물용 철근을 맞대기 이음 용접할 때, 용접 비드를 치밀하게 형성될 수 있게 하여 구조물의 전단 성능이나 내진 성능을 향상시킬 수 있게 하는 철근용 맞대기 용접 이음 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건설 시공에 활용되는 장말뚝 시공의 경우 국내 철근 운반 길이 규정(통상 12미터 이내)에 따라 말뚝 기초 연결 및 길이 연장을 위한 이음 기술은 필수적으로 수반되어야 하는 사항이다.

종래에는, 말뚝의 철근과 구조물의 철근을 연결할 때, 커플러를 통해 기계적 이음 방식이 진행되어 왔었다.

그러나, 이러한 기계적인 커플러를 이용하는 방식은, 말뚝 내 매입되는 철근망 각각의 주철근의 맞단면 위치와 구조물의 철근의 맞단면 위차가 서로 정확히 일치하지 않은 상태에서 진행되어 철근 단부의 절단 형상과 조립 오차로 인한 체결력 저하 문제가 발생했었다.

아울러, 이러한 커플러는 비용도 많이 들지만, 이외에도 콘크리트 타설시 철근과 함께 내부에 남아서 콘크리트 흐름성이나 침투성을 떨어뜨려서 구조물의 전단성과 내구성을 크게 떨어뜨리는 등 많은 문제점들이 있었다.

한국특허출원번호 제10-2017-0175286

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 기존 기계식 커플러 대신 가스 금속 아크 용접(GMAW, Gas Metal Arc Welding)을 이용하여 말뚝의 철근과 구조물의 철근을 보다 견고하게 맞대기 이음 용접할 수 있고, 비교적 저렴한 취성을 갖는 세라믹 재질의 백킹재 몸체를 이용하여 용접한 다음, 용접 비드가 경화된 이후, 이를 말끔하게 제거할 수 있기 때문에 콘크리트 타설시 콘크리트 침투성이 높아서 전단성과 내진성이 높은 매우 견고한 구조물을 형성할 수 있게 하는 철근용 맞대기 용접 이음 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 장치는, 제 1 철근과 제 2 철근의 맞대기 이음 용접시, 용융된 용융 금속의 흘러내림을 방지할 수 있도록 상기 제 1 철근의 일부분과 상기 제 2 철근의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되는 백킹재 몸체; 및 상기 백킹재 몸체를 상기 제 1 철근과 상기 제 2 철근 사이에 임시 고정시키는 임시 고정 부재;를 포함하고, 상기 백킹재 몸체는, 상기 용융 금속이 경화되어 용융 비드가 형성되면 강한 충격에 의해 쉽게 파손되어 상기 제 1 철근 및 상기 제 2 철근으로부터 제거될 수 있도록 적어도 일부분이 취성(brittleness) 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 취성 재질은 세라믹 재질일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 백킹재 몸체는, 전체적으로 단면이 U자 형상이고 부분적으로 개방된 하프 파이트 형상일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 백킹재 몸체는, 전체적으로 일체를 이루는 일체형 몸체일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 백킹재 몸체는, 상기 제 1 철근 및 상기 제 2 철근과 접촉되고, 상기 제 1 철근 및 상기 제 2 철근의 외경면을 따라 배치되는 복수개의 단위 조각들로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 단위 조각은, 단위 몸체; 상기 단위 몸체의 일단부에 형성되고, 상기 제 1 철근과 접촉되는 제 1 접촉면부; 상기 단위 몸체의 타단부에 형성되고, 상기 제 2 철근과 접촉되는 제 2 접촉면부; 및 상기 제 1 접촉면부와 상기 제 2 접촉면부 사이에 형성되고, 상기 제 1 철근과 상기 제 2 철근 사이에 형성되는 용접 비드와 대응되게 형성되는 비드 대응부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 접촉면부 및 상기 제 2 접촉면부는 평면이고, 상기 비드 대응부는 부분 내경 곡면일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 임시 고정 부재는, 상기 백킹재 몸체의 일면에 형성되는 금속 포일(foil);을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 임시 고정 부재는, 상기 금속 포일의 일면에 형성되고, 임시 박리지에 의해 보호되며, 상기 임시 박리지가 제거된 후, 상기 제 1 철근에 접착되는 제 1 접착부; 및 상기 금속 포일의 타면에 형성되고, 임시 박리지에 의해 보호되며, 상기 임시 박리지가 제거된 후, 상기 제 2 철근에 접착되는 제 2 접착부;를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 방법은, (a) 제 1 철근의 제 1 맞대기면과, 제 2 철근의 제 2 맞대기면을 준비하는 단계; (b) 상기 제 1 철근의 일부분과 상기 제 2 철근의 일부분 사이에 백킹재 몸체를 설치하고, 임시 고정 부재로 상기 백킹재 몸체를 상기 제 1 철근과 상기 제 2 철근에 임시 고정하는 단계; (c) 상기 제 1 철근의 상기 제 1 맞대기면과 상기 제 2 철근의 상기 제 2 맞대기면 사이를 용접기와 용접 와이어를 이용하여 가스 용접하는 단계; 및 (d) 상기 백킹재 몸체를 강한 충격으로 파손시켜서 상기 제 1 철근 및 상기 제 2 철근으로부터 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 기존 기계식 커플러 대신 가스 금속 아크 용접(GMAW, Gas Metal Arc Welding)을 이용하여 말뚝의 철근과 구조물의 철근을 보다 견고하게 맞대기 이음 용접할 수 있고, 비교적 저렴한 취성을 갖는 세라믹 재질의 백킹재 몸체를 이용하여 용접한 다음, 용접 비드가 경화된 이후, 이를 말끔하게 제거할 수 있기 때문에 콘크리트 타설시 콘크리트 침투성이 높아서 전단성과 내진성이 높은 매우 견고한 구조물을 형성할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 장치 및 맞대기 이음 과정을 단계적으로 나타내는 도면들이다.
도 2는 도 1의 철근용 맞대기 용접 이음 장치를 이용한 용접 상태를 나타내는 측면도이다.
도 3은 도 1의 철근용 맞대기 용접 이음 장치의 백킹재 몸체를 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 장치의 백킹재 몸체를 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 장치(100) 및 맞대기 이음 과정을 단계적으로 나타내는 도면들이고, 도 2는 도 1의 철근용 맞대기 용접 이음 장치(100)를 이용한 용접 상태를 나타내는 측면도이다.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 장치(100)는, 크게 백킹재 몸체(10) 및 임시 고정 부재(20)를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 백킹재 몸체(10)는, 제 1 철근(1)과 제 2 철근(2)의 맞대기 이음 용접시, 용융된 용융 금속의 흘러내림을 방지할 수 있도록 상기 제 1 철근(1)의 일부분과 상기 제 2 철근(2)의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되는 형성되는 내열성이 강한 부재일 수 있다.

아울러, 상기 임시 고정 부재(20)는, 맞대기 이음 용접시, 상기 백킹재 몸체(10)가 이탈되지 않도록 상기 백킹재 몸체(10)를 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2) 사이에 임시 고정시키는 고정 부재일 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 상기 백킹재 몸체(10)는, 상기 용융 금속이 경화되어 용융 비드가 형성되면 강한 충격에 의해 쉽게 파손되어 상기 제 1 철근(1) 및 상기 제 2 철근(2)으로부터 제거될 수 있도록 적어도 일부분이 취성(brittleness) 재질로 이루어질 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 취성 재질은 내열성이 높은 세라믹 재질일 수 있다. 그러나, 이러한 상기 취성 재질은 세라믹 재질에만 반드시 국한되지 않는 것으로서, 내열성 및 취성이 모두 높은 매우 다양한 내열 재질이 모두 가능하다.

또한, 예컨대, 상기 백킹재 몸체(10)는, 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2) 사이에 끼워 넣을 수 있도록 전체적으로 단면이 U자 형상이고 부분적으로 개방된 하프 파이트 형상일 수 있다.

따라서, 이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 장치(100)의 사용 과정을 살펴보면, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 철근(1)의 제 1 맞대기면(1a)과, 상기 제 2 철근(2)의 제 2 맞대기면(2a)을 준비할 수 있다.

이 때, 예를 들면, 말뚝의 선단부를 절단하거나 일부 파괴하여 철근을 노출시키고, 노출된 철근의 단부를 깨끗하게 절단한 다음, 구조물의 철근 역시 깨끗하게 절단하여 맞대기면들이 서로 마주볼 수 있게 준비할 수 있다.

이어서, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 철근(1)의 일부분과 상기 제 2 철근(2)의 일부분 사이에 백킹재 몸체(10)를 설치하고, 임시 고정 부재(20)로 상기 백킹재 몸체(10)를 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2)에 임시 고정할 수 있다.

이어서, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 철근(1)의 상기 제 1 맞대기면(1a)과 상기 제 2 철근(2)의 상기 제 2 맞대기면(2a) 사이를 용접기(3)와 용접 와이어(4)를 이용하여 가스 금속 아크 용접(GMAW, Gas Metal Arc Welding)할 수 있다.

이 때, 용융 금속은 상기 백킹재 몸체(10)에 의해 흘러내리지 않고, 그 형상을 일정하게 유지하여 경화될 수 있으며, 상기 임시 고정 부재(20)는 이러한 상기 백킹재 몸체(10)를 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2)에 임시 고정시킬 수 있다.

이어서, 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 망치나 기타 도구 등으로 상기 백킹재 몸체(10)를 강한 충격으로 파손시켜서 상기 제 1 철근(1) 및 상기 제 2 철근(2)으로부터 제거할 수 있다.

이 때, 용융 금속이 경화되어 상기 백킹재 몸체(10)와 대응되는 형상으로 용접 비드(B)가 매끈하게 형성될 수 있다.

그러므로, 기존 기계식 커플러 대신 가스 금속 아크 용접을 이용하여 말뚝의 철근과 구조물의 철근을 보다 견고하게 맞대기 이음 용접할 수 있고, 비교적 저렴한 취성을 갖는 세라믹 재질의 백킹재 몸체를 이용하여 용접한 다음, 용접 비드가 경화된 이후, 이를 말끔하게 제거할 수 있기 때문에 콘크리트 타설시 콘크리트 침투성이 높아서 전단성과 내진성이 높은 매우 견고한 구조물을 형성할 수 있다.

도 3은 도 1의 철근용 맞대기 용접 이음 장치(100)의 백킹재 몸체(10)를 나타내는 도면들이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 백킹재 몸체(10)는, 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2) 사이에 끼워 넣을 수 있도록 전체적으로 단면이 U자 형상이고 부분적으로 개방된 하프 파이트 형상이면서 전체적으로 일체를 이루는 일체형 몸체(11)일 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 3의 정면도(a)에 도시된 바와 같이, 상기 백킹재 몸체(10)의 전체 높이(H)는 곡선형 높이에 직선형 연장 높이(h)를 더한 높이일 수 있다. 또한, 도 3의 평면도(b)에 도시된 바와 같이, 적어도 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2)이 수용될 수 있도록 철근 외경 보다 넓은 내경(D2)과 두께(t)의 배를 더한 만큼의 외경(D1) 및 적어도 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2)의 사이 틈새 보다 넓은 폭(W)을 갖는 구조체일 수 있다.

여기서, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 용접 비드(B)의 형상이 둥글게 볼록한 형태로 형성되도록 상기 백킹재 몸체(10)의 내경면에 오목하게 함몰되는 단차(d)가 형성되는 등 매우 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

그러나, 이러한 상기 백킹재 몸체(10)의 형상은 용접 조건이나, 철근의 형상 등에 따라 최적화되어 설계될 수 있는 것으로서, 매우 다양한 변경 또는 수정이 가능하다.

도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 장치(200)의 백킹재 몸체(10)를 나타내는 도면들이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 장치(200)의 백킹재 몸체(10)는, 도 4의 정면도(a) 및 평면도(b) 에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 철근(1) 및 상기 제 2 철근(2)과 둥글게 말아서 접촉되고, 상기 제 1 철근(1) 및 상기 제 2 철근(2)의 외경면을 따라 배치되는 복수개의 단위 조각(12)들로 이루어질 수도 있다.

여기서, 예컨대, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 단위 조각(12)은, 장방향으로 긴 막대 형상의 단위 몸체(121)와, 상기 단위 몸체(121)의 일단부에 형성되고, 상기 제 1 철근(1)과 접촉되는 제 1 접촉면부(F1)와, 상기 단위 몸체(121)의 타단부에 형성되고, 상기 제 2 철근(2)과 접촉되는 제 2 접촉면부(F2) 및 상기 제 1 접촉면부(F1)와 상기 제 2 접촉면부(F2) 사이에 형성되고, 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2) 사이에 형성되는 용접 비드(B)와 대응되게 형성되는 비드 대응부(F3)를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로는, 상기 제 1 접촉면부(F1) 및 상기 제 2 접촉면부(F2)는 평면이고, 상기 용접 비드(B)의 배가 둥글게 형성되도록 상기 비드 대응부(F3)는 부분 내경 곡면 형상일 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 임시 고정 부재(20)는, 상기 백킹재 몸체(10)의 일면에 형성되는 알루미늄 포일 등의 금속 포일(21)(foil)과, 상기 금속 포일(21)의 일면에 형성되고, 임시 박리지(P)에 의해 보호되며, 상기 임시 박리지(P)가 제거된 후, 상기 제 1 철근(1)에 접착되는 제 1 접착부(22) 및 상기 금속 포일(21)의 타면에 형성되고, 임시 박리지(P)에 의해 보호되며, 상기 임시 박리지(P)가 제거된 후, 상기 제 2 철근(2)에 접착되는 제 2 접착부(23)를 포함할 수 있다.

따라서, 사용자는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 먼저, 임시 박리지(P)를 제거하여 상기 제 1 접착부(22)와 상기 제 2 접착부(23)를 노출시킨 다음, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 금속 포일(21)을 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2) 사이에 둥글게 말아서 상기 단위 조각(12)들을 둥글게 배치할 수 있다.

이 때, 상기 단위 조각(12)들은 용융 금속들이 흘러내리지 않도록 서로 밀착되어 상기 금속 포일(21)에 의해 그 형태가 임시 고정될 수 있는 것으로서, 추후 파손될 때도 더욱 쉽게 파손되어 제거될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 철근용 맞대기 용접 이음 방법은, (a) 제 1 철근(1)의 제 1 맞대기면(1a)과, 제 2 철근(2)의 제 2 맞대기면(2a)을 준비하는 단계와, (b) 상기 제 1 철근(1)의 일부분과 상기 제 2 철근(2)의 일부분 사이에 백킹재 몸체(10)를 설치하고, 임시 고정 부재(20)로 상기 백킹재 몸체(10)를 상기 제 1 철근(1)과 상기 제 2 철근(2)에 임시 고정하는 단계와, (c) 상기 제 1 철근(1)의 상기 제 1 맞대기면(1a)과 상기 제 2 철근(2)의 상기 제 2 맞대기면(2a) 사이를 용접기(3)와 용접 와이어(4)를 이용하여 가스 용접하는 단계 및 (d) 상기 백킹재 몸체(10)를 강한 충격으로 파손시켜서 상기 제 1 철근(1) 및 상기 제 2 철근(2)으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 제 1 철근
1a: 제 1 맞대기면
2: 제 2 철근
2a: 제 2 맞대기면
3: 용접기
4: 용접 와이어
10: 백킹재 몸체
11: 일체형 몸체
12: 단위 조각
121: 단위 몸체
F1: 제 1 접촉면부
F2: 제 2 접촉면부
F3: 비드 대응부
B: 용접 비드
20: 임시 고정 부재
21: 금속 포일
22: 제 1 접착부
23: 제 2 접착부
P: 임시 박리지
100, 200: 철근용 맞대기 용접 이음 장치

Claims (10)

1. 제 1 철근과 제 2 철근의 맞대기 이음 용접시, 용융된 용융 금속의 흘러내림을 방지할 수 있도록 상기 제 1 철근의 일부분과 상기 제 2 철근의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되는 백킹재 몸체; 및
   상기 백킹재 몸체를 상기 제 1 철근과 상기 제 2 철근 사이에 임시 고정시키는 임시 고정 부재;를 포함하고,
   상기 백킹재 몸체는,
   상기 용융 금속이 경화되어 용융 비드가 형성되면 강한 충격에 의해 쉽게 파손되어 상기 제 1 철근 및 상기 제 2 철근으로부터 제거될 수 있도록 적어도 일부분이 취성(brittleness) 재질로 이루어지고,
   상기 취성 재질은 세라믹 재질이고,
   상기 백킹재 몸체는,
   전체적으로 단면이 U자 형상으로써 부분적으로 개방된 하프 파이프 형상이고,
   상기 백킹재 몸체는,
   전체적으로 일체를 이루는 일체형 몸체이고,
   상기 백킹재 몸체의 전체 높이는 곡선형 높이에 직선형 연장 높이를 더한 높이이고,
   상기 백킹재 몸체의 내경면에는 오목하게 함몰되는 형상의 단차가 형성되는, 철근용 맞대기 용접 이음 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images