KR102593470B1 - 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템 및 방법 - Google Patents

터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템은, 전자빔을 수직 하방으로 조사하여 터빈 휠과 로터 샤프트 사이를 전자빔 용접하는 전자빔 조사장치 및 상기 전자빔 조사장치 하방에 상기 터빈 휠과 로터 샤프트를 수평하게 회전 고정하는 전자빔 용접지그장치를 포함하며, 상기 전자빔 용접지그장치는, 박스형상이며, 상부에 상기 전자빔 조사장치에서 조사되는 전자빔이 유입되는 전자빔유입홀이 형성되는 자립형 고정프레임; 상기 자립형 고정프레임 내에서 상기 터빈 휠과 상기 로터 샤프트를 수평하게 고정하되 상기 터빈 휠과 상기 로터 샤프트 사이에 상기 전자빔유입홀에 대응하는 특정용접위치를 제공하며, 상기 자립형 고정프레임의 수평방향 일단에 설치되며 상기 로터 샤프트를 적어도 회전 고정하기 위한 로터샤프트고정유닛과 상기 자립형 고정프레임의 수평방향 타단에 설치되며 상기 터빈 휠을 적어도 회전 고정하기 위한 터빈 휠고정유닛을 포함하며, 상기 로터샤프트고정유닛은 상기 로터샤프트가 삽입 고정되는 샤프트 고정하우징과 상기 샤프트 고정하우징과 상기 자립형 고정프레임 사이에 배치되는 제 1 고정부의 2중구조로 이루어지며, 상기 터빈 휠고정유닛은 터빈 휠을 탄성적으로 고정하는 제 2 고정부와 상기 제 2 고정부와 상기 자립형 고정프레임 사이에 배치되는 터빈 휠 고정하우징의 2중구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템 및 방법{electron beam welding system and method of a turbine wheel and a rotor shaft}
본 발명은 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터빈 로터를 이루는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접 시 진공분위기하에서 신속하게 전자빔 용접 위치를 특정할 수 있고, 터빈 휠과 로터 샤프트를 전자빔의 특정용접위치에 수평하게 고정하고, 터빈 휠과 로터 샤프트의 원통방향 동심도를 유지하여 다른 부분에 열영향을 받지 않게 할 수 있는 전자빔용접지그장치를 갖는, 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템 및 방법에 관한 것이다.
터빈 로터는 터빈 휠과 로터 샤프트로 구성되며, 배기 가스 터보 차저 작동 조립품 일부가 되어 내연 기관의 배기 가스에 포함된 배기 가스 에너지의 활용 위한 역할을 하며, 터빈 로터의 회전 에너지를 터빈 로터에 연결된 압축기휠로 전달함으로써 내연기관에 공급되는 공기를 압축시켜 결과적으로 상기 내연 기관의 출력 및 효율을 증가시키는 역할을 한다.
최근 자동차의 토크 향상, 배기량 저감, 및 엔진다운 사이징에 대한 니즈가 증가함에 따라 승용차 부문으로 터보차저의 사용이 확대되어 디젤엔진에 대해 적용된 800 내지 900 ℃급에서 가솔린 엔진에 대한 900 내지 1,000 ℃급으로 사용 내구온도의 향상이 요구된다,
특히, 터빈 휠은 배기 가스의 고온 스트림, 결과적으로 매우 큰 온도 변동에 노출되며, 1000°C까지 최고 온도 변동에 노출된다. 동시에, 터빈 로터가 최대 300 000 rpm의 매우 높은 회전 속도로 회전함에 따라 터빈 휠은 매우 큰 원심력 때문에 매우 높은 기계적 부하에 노출된다. 게다가, 터빈 휠의 질량은 터빈의 동적 응답에 매우 중요한 역할을 하므로, 고온 및 낮은 상대 밀도의 높은 특정 강도를 갖는 티타늄 알루미늄 합금(TiAl alloys or titanium aluminide)또는 Ni계 합금과 같은 고도로 내열성이 높은 금속합금이 사용되고 있다.
Ni계 합금은 예를들어 Inco 713 C, Inco 713 LC, MAR-M 246 MAR-M 247, B 1964, IN 100 또는 GMR-23을 들 수 있다.
한편, 로터 샤프트는 반복되는 굽힘 하중을 견딜 수 있어야 하고 설치 영역에서 베어링의 고정을 피하기 위해 충분히 경화된 외부 층을 가져야 하지만, 터빈 휠과 같이 극한 고온에 노출되지 않으므로, 구조강 또는 저 또는 고 합금 열처리 강 또는 오스테나이트 강이 사용될 수 있다.
이와 같이 서로 다른 재료로 제조된 터빈 휠과 로터 샤프트는 마찰 용접이나 전자빔 용접에 의해 결합될 수 있는데, 마찰 용접의 경우에는 연결부의 강도가 떨어지는 등 여러가지 문제가 있어서 최근 전자빔 용접이 많이 사용되고 있다.
전자빔 용접(electron beam welding)은 고진공 분위기 하에서 음극으로부터 방출된 전자를 고전압으로 가속하고 용접물에 충돌시켜 그 에너지로 용접하는 방법으로, 고진공 중에서 이루어지기 때문에 대기에 반응하기 쉬운 금속도 용접이 용이하며, 전자빔을 렌즈로 가늘게 좁혀 에너지를 집속시킬 수 있으므로 Ni계 합금과 같은 고도로 내열성이 높은 금속합금의 용접도 얼마든지 가능하다.
또한, 전자빔 용접법은 용접입열(鎔接入熱)이 작기 때문에 용접이 어긋나는 등 변형되는 경우가 극히 적으며, 용접부의 폭이 좁기 때문에 정밀 용접이 가능하고, 용해 용접을 깊게 할 수 있어서 터빈 로터의 제조에도 용이하다.
다만, 터빈 로터의 터빈 휠과 샤프트를 전자빔 용접하기 위해서는 진공분위기하에서 터빈 휠과 샤프트를 나란히 정렬 지지하고 그 외측에서 전자빔을 사용하여 전자빔 용접을 할 수 있는데 터빈 휠과 샤프트를 나란히 정렬 지지하는데 시간 및 어려움이 많이 있었으며, 전자빔 용접지그장치의 눈금조정 및 초점을 맞추는 것도 쉽지 않은 문제점이 있었다.
또한, 터빈 휠과 샤프트의 용접 부위에서 용접 변형, 용접 결함이 발생하면 샤프트가 기울어져 터빈 로터는 회전체로서 기능이 훼손되는 문제점이 있었으며, 이후 검수 및 기계가공에 의한 수정이 필요불가결한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 전자빔 용접기에 설치시 용접위치가 고정되며, 진공챔버 내에서 용접할 수 있고 작업의 효율성을 높이면서, 지그부에 클램핑된 터빈 휠 및 샤프트 일단을 심압부가 고정하여 동심도 또는 원통도를 유지한 상태에서 용접할 수 있으며, 심압부에 고정된 터빈 로터를 회전하도록 회전속도를 제어하여 균일한 용접 및 변형 방지를 할 수 있는 전자빔 용접지그장치가 필요하다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위해서 안출된 것으로, 터빈 로터를 이루는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접 시 진공분위기하에서 신속하게 전자빔 용접 위치를 특정할 수 있고, 터빈 휠과 로터 샤프트를 전자빔의 특정용접위치에 수평하게 고정하고, 터빈 휠과 로터 샤프트의 원통방향 동심도를 유지하여 다른 부분에 열영향을 받지 않게 할 수 있는 전자빔 용접지그장치를 갖는, 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템은, 전자빔을 수직 하방으로 조사하여 터빈 휠과 로터 샤프트 사이를 전자빔 용접하는 전자빔 조사장치 및 상기 전자빔 조사장치 하방에 상기 터빈 휠과 로터 샤프트를 수평하게 회전 고정하는 전자빔 용접지그장치를 포함하며, 상기 전자빔 용접지그장치는, 박스형상이며, 상부에 상기 전자빔 조사장치에서 조사되는 전자빔이 유입되는 전자빔유입홀이 형성되는 자립형 고정프레임; 상기 자립형 고정프레임 내에서 상기 터빈 휠과 상기 로터 샤프트를 수평하게 고정하되 상기 터빈 휠과 상기 로터 샤프트 사이에 상기 전자빔유입홀에 대응하는 특정용접위치를 제공하며, 상기 자립형 고정프레임의 수평방향 일단에 설치되며 상기 로터 샤프트를 적어도 회전 고정하기 위한 로터샤프트고정유닛과 상기 자립형 고정프레임의 수평방향 타단에 설치되며 상기 터빈 휠을 적어도 회전 고정하기 위한 터빈 휠고정유닛을 포함하며, 상기 로터샤프트고정유닛은 상기 로터샤프트가 삽입 고정되는 샤프트 고정하우징과 상기 샤프트 고정하우징과 상기 자립형 고정프레임 사이에 배치되는 제 1 고정부의 2중구조로 이루어지며, 상기 터빈 휠고정유닛은 터빈 휠을 탄성적으로 고정하는 제 1 고정부와 상기 제 1 고정부와 상기 자립형 고정프레임 사이에 배치되는 터빈 휠 고정하우징의 2중구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 터빈 로터를 이루는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접 시 진공분위기하에서 신속하게 전자빔 용접 위치를 특정할 수 있고, 터빈 휠과 로터 샤프트를 전자빔의 특정용접위치에 수평하게 고정하고, 터빈 휠과 로터 샤프트의 동심도를 유지하여 다른 부분에 열영향을 받지 않게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템의 개념도이다.
도 2는 도 1중 전자빔 용접지그장치의 분해 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접방법을 설명하기 위한 전자빔 용접지그장치의 구성요소 순차 결합도이다.
도 6은 도 1 중 전자빔 용접지그장치의 결합상태의 확대단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다.
본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "포함하다" 및 "포함하는"이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템의 개념도이고, 도 2는 도 1중 전자빔 용접지그장치의 분해 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템(100)은, 자립이 가능한 박스형 고정프레임(110) 내부에 배치되는 샤프트고정유닛(11)과 터빈 휠고정유닛(13)을 이용하여 로터샤프트(1)와 터빈 휠(3)을 수평방향으로 고정하는 전자빔 용접지그장치(10)와, 상기 전자빔 용접지그장치(10)와 고정프레임(110)의 상부에 형성된 전자빔 유입홀(110a)을 향해 전자빔을 수직 하방으로 조사하는 전자빔 조사장치(30)와, 상기 샤프트고정유닛(11)을 회전가능하게 고정하여 상기 로터샤프트(1)를 회전시키면서 전자빔용접이 이루어질 수 있도록 구성되는 회전척(50)과, 상기 터빈 휠고정유닛(13)에 대하여 심압대(180)를 가압하여 간접적으로 상기 터빈 휠(3)의 동심도를 잡아주는 심압대 가압장치(70)를 포함하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템(100)은, 상기 전자빔 조사장치(30) 하방에 상기 전자빔 용접지그장치(10)의 고정프레임(110)의 전자빔 유입홀(110a)을 나란히 배치함으로써 전자빔을 수직하방으로 조사하여 특정용접위치에 초점이 맞춰지도록 할 수 있다.
또한, 상기 특정용접위치에 대해 배치되는 상기 샤프트고정유닛(11)과 터빈 휠고정유닛(13)에 상기 로터 샤프트(1)와 터빈 휠(3)을 장착하기만 하면 상기 로터 샤프트(1)와 터빈 휠(3)을 수평하게 나란하게 고정할 수 있고, 상기 샤프트고정유닛(11)과 터빈 휠고정유닛(13)에 의해 로터 샤프트(1)와 터빈 휠(3)의 동심도를 잡아주면서 상기 회전척(50)에 의해서 상기 샤프트고정유닛(11)을 회전시키면서 전자빔용접이 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템의 전자빔 용접지그장치(10)는, 박스형상이며, 상부에 상기 전자빔 조사장치(30)에서 조사되는 전자빔이 유입되는 전자빔유입홀(110a)이 형성되는 자립형 고정프레임(110)을 포함하는데, 상기 자립형 고정프레임(110) 내에 상기 로터 샤프트(1)와 상기 터빈 휠(3)을 수평하게 고정하되 상기 로터 샤프트(1)와 상기 터빈 휠(3) 사이에 상기 전자빔유입홀(110a)에 대응하는 특정용접위치를 제공하며, 상기 자립형 고정프레임(110)의 수평방향 일단에 설치되고 상기 로터 샤프트(1)를 적어도 회전 고정하기위한 샤프트고정유닛(11)과 상기 자립형 고정프레임(110)의 수평방향 타단에 설치되며 상기 터빈 휠(3)을 적어도 회전 고정하기 위한 터빈 휠고정유닛(13)을 포함한다.
상기 샤프트고정유닛(11)은 상기 자립형 고정프레임(110) 내부에 설치되는 제 1 고정부(130)와, 상기 로터 샤프트(1)가 삽입 고정되는 샤프트고정하우징(160)을 포함하여, 상기 로터 샤프트(1)를 상기 샤프트고정하우징(160)과 상기 자립형 고정프레임(110) 사이에 배치되는 상기 제 1 고정부(130)에 의해서 2중으로 고정하는 2중 구조로 이루어져 전자빔 용접시 충격에 대한 안정성을 높일 수 있다.
또한 상기 터빈 휠고정유닛(13)은 터빈 휠(3)을 상기 자립형 고정프레임 내에 삽입 수용하기 위한 터빈 휠 고정하우징(150)과, 상기 터빈 휠 고정하우징(150)내에 상기 터빈 휠(3)을 탄성적으로 고정하기 위한 제 2 고정부(170)를 포함하여, 상기 터빈 휠(3)을 상기 터빈 휠 고정하우징(150)과 상기 제 2 고정부(170)에 의해서 2중으로 고정하는 2중 구조로 이루어져 상기 심압대(180)에 의한 가압력을 간접적으로 받으면서 동심도의 정밀도를 증가시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템에 있어서, 상기 전자빔 용접지그장치(10)는, 상기 전자빔 조사장치(30)로부터 조사되는 전자빔을 안내하게 수직하방으로 형성된 전자빔 유입홀(110a)과, 수평방향으로 일단에 상기 샤프트고정유닛(11)이 설치되고 타단에 상기 터빈 휠고정유닛(13)이 설치되는 장착홀을 구비하는 고정프레임(110)과, 상기 샤프트고정유닛(11)으로 상기 샤프트(1)를 회전 고정하기 위해서 상기 고정프레임(110)에 대해 상기 제 1 고정부(130)보다 미리 장착되는 제 1 베어링유닛(120)과, 상기 터빈 휠고정유닛(13)으로 상기 터빈 휠(3)을 회전 고정하기 위해서 상기 샤프트고정유닛(13)에 이어서 설치되는 제 2 베어링유닛(140)과 관형상의 터빈 휠 고정하우징(150)과, 상기 터빈 휠 고정하우징과 같이 샤프트를 고정하기 위한 샤프트고정하우징(160)과, 상기 터빈 휠 고정하우징(150)에 대해 장착되어 수평방향 가압시 탄성적으로 상기 터빈 휠(3)의 블레이드 및 허브를 동시에 잡아서 특정용접위치를 확보해주는 제 2 고정부(170)와, 상기 제 2 고정부(170)를 수평방향으로 가압할 수 있도록 상기 전자빔 용접시스템에 병진운동이 가능하게 장착된 심압대(180)를 포함할 수 있다.
상기 고정프레임(110)은 솔리드형 박스형태로 상기 전자빔용접시스템의 바닥부에 상기 터빈 휠고정유닛(13)과 샤프트고정유닛(11)이 설치되는 장착홀을 수평방향이 되게 설치했을 때 자립이 가능한 구조를 제공한다.
상기 전자빔 유입홀(110a)이 상기 터빈 휠고정유닛(13)과 샤프트 회전고정유닛(13)의 경계면까지 관통형성되어 상기 전자빔 조사장치(30)에서 전자빔 유입홀(110a)을 기준으로 특정 고정된 위치에 초점을 맞출수 있어서 전자빔 조사장치(30)의 눈금조정 및 초점 맞추기 작업이 용이하다.
상기 장착홀은 수평방향으로 서로 다른 직경을 갖는 복수개의 장착홀을 가지며 직경이 단계적으로 변경되는 상기 샤프트고정유닛(11)과 상기 터빈 휠고정유닛(13)을 수용할 수 있도록 제 1 직경을 갖는 제 1 장착홀(111a), 제 2 직경을 갖는 제 2 장착홀(113a), 제 3 직경을 갖는 제 3 장착홀(115a), 제 4 직경을 갖는 제 4 장착홀(117a)이 단계적으로 형성되어 있으며, 상기 제 1, 제 2 , 제 3 , 및 제 4 장착홀(111a, 113a, 115a, 117a)에 대해 소정 두께를 제공하도록 제 1, 제 2, 제 3 단턱부(111, 113, 115, 117)가 형성된다.
상기 제 2 장착홀(113a)에는 상기 샤프트고정하우징(160)을 회전고정하기 위한 링형상의 제 1 베어링유닛(120)이 수용되며, 상기 제 1 단턱부(111)가 상기 제 1 베어링유닛(120)을 회전가능하게 지지하며, 상기 제 1 베어링유닛(120)의 내부 관통홀(121a)을 통해 제 1 고정부(130)가 수용된다.
상기 제 1 고정부(130)는 관형상의 몸체(131)와 그 상단에 형성되는 상부 플랜지(133)를 가져 상기 상부 플랜지(133)가 상기 제 1 베어링유닛(120) 내륜의 단턱부에 맞닿아 지지되게 한다.
상기 제 2 단턱부(113)와 제 3 단턱부(115) 사이에 상기 전자빔 유입홀(110a)을 통해서 유입된 전자빔이 초점을 맞추도록 하며, 상기 터빈 휠(3)의 단부와 상기 로터 샤프트(1) 사이의 당접면에 대해 방해없이 용접이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 제 3 단턱부(115)에 상기 제 1 베어링유닛(120)보다 직경이 큰 제 2 베어링유닛(140)이 장착되어 상기 터빈 휠 고정하우징(150)을 회전가능하게 지지할 수 있다.
상기 터빈 휠 고정하우징(150)은 원통형 몸체(151)와 하부로 갈수 내향하여 경사진 하부플랜지(153)와, 상기 제 2 베어링유닛(140) 내륜의 측면에 대해 걸림 설치되는 상부플랜지(155)를 포함한다.
상기 상부플랜지(155)는 상기 하부플랜지(153)나 몸체(151)보다 더 두꺼워 상기 고정프레임(110)에 대해 상기 터빈 휠 고정하우징(150)을 안정적으로 고정할 수 있다.
상기 터빈 휠 고정하우징(150)에 대해 상기 제 2 고정부(170)가 더 수용되는데, 상기 제 2 고정부(170)는 상기 상부 플랜지(155)에 대해 걸리는 테두리(171)와 상기 테두리(171)로부터 하방으로 연결되는 복수개의 아암(173)과, 상기 아암(173) 말단에서 상기 터빈 휠(3)의 블레이드(3a)와 허브(3b)에 접촉하도록 내향 경사면이 형성된 핑거(175)를 반경방향에 대해 탄성적으로 거동하도록 포함한다.
상기 테두리(171)에 대해 상기 아암(173)이 복수개 원주방향으로 소정간격을 두고 이격설치되며, 상기 핑거(175)가 상기 아암(173)에 대해 반경방향 외향으로 돌출형성되며 내향 경사면을 가져서 탄성적으로 상기 터빈 휠(3)의 블레이드(3a)와 허브(3b)를 회전시 원통방향에 대해 일정한 동심도를 가질 수 있다.
상기 심압대(180)는 원통상 몸체(181)의 중심축을 중심으로 하부에 절두 원추형(185)을 가져 상기 제 2 고정부(170)의 경사진 테두리 측면(171a)이 접촉되고 상기 제 2 고정부(170)의 핑거(175)의 경사진 외경과 상기 터빈 휠 고정하우징(150)의 경사진 내경이 접촉되면 상기 아암(173)에 달린 상기 핑거(175)가 상기 터빈 휠(3)의 블레이드(3a)와 허브(3b)를 향해 반경방향으로 오므라져 상기 터빈 휠(3)이 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
이제 도 3 내지 도 6을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접 방법에 대해 설명한다.
도 3 내지 도 6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접방법을 설명하기 위한 전자빔 용접지그의 구성요소 순차 결합도이고, 도 6은 도 1 중 전자빔 용접지그의 결합상태의 확대단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접방법은 전자빔 용접시스템의 바닥부, 즉 받침대에 대해 상기 전자빔 용접지그장치(10)를 상기 제 1 고정부(130), 상기 제 1 베어링유닛(120), 상기 제 2 베어링유닛(140), 및 상기 터빈 휠 고정하우징(150)만을 상기 고정프레임(110)에 대해 장착한 반조립상태에서 상기 고정프레임(110)의 전자빔 유입홀(110a)이 상기 전자빔 조사장치(30)의 하방에 나란하게 배치한다.
상기 전자빔 조사장치(30)의 적어도 1 이상의 렌즈로 이루어진 초점 조절유닛을 이용하여 상기 고정프레임(110)의 제 2 및 제 3 단턱부(113, 115) 사이의 특정용접위치에 초점이 맞춰지도록 제어한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트고정하우징(160)에 대해 상기 로터 샤프트(1)를 수용하고 상기 샤프트고정하우징(160)의 상단부에 노출된 상기 로터 샤프트(1)에 대해 상기 터빈 휠(3)의 결합시켜 상기 반조립상태의 상기 고정프레임(110)에 미리 고정된 제 1 고정부(130)에 대해 고정시켜 둔다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 터빈 휠(3)의 블레이드(3a)와 허브(3b)를 전자빔 용접시 원통방향 동심도를 잡아주기 위해서 상기 제 2 고정부(170)를 상기 고정프레임(110)에 미리 장착된 상기 터빈 휠 고정하우징(150)에 대해서 삽입고정하고, 상기 고정프레임(110)의 중심축 및 상기 터빈 휠의 중심축에 대해 나란하게 상기 심압대(180)를 이동시켜서 상기 심압대(180)가 상기 제 2 고정부(170)의 테두리 측면(171a)을 가압하여 상기 제 2 고정부(170)의 아암(173)에 달린 핑거(175)가 상기 터빈 휠(3) 블레이드(3a) 및 허브(3b)에 대해 접촉하여 원통방향으로 동심도를 일정하게 유지시켜준다.
이때 상기 심압대(180)의 절두 원추형(185)은 상기 제 2 고정부(170)로의 진입을 용이하게 할 뿐이며 상기 터빈 휠(3)과 직접적인 접촉을 하지 않으면서 테두리(171)만 가압되도록 하여 상기 터빈 휠(3)의 위치만 간접적으로 소정위치로 특정해 주는 역할을 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 고정부(130)는 상기 상부 플랜지(133) 하부의 관형 몸체는 내부에 내향 경사면(134)을 가지며, 상기 전자빔용접시스템의 회전 척(50)에 대해 회전 연결되어 용접시 충격에 대한 안정성을 높일 수 있으며, 상기 내향 경사면(134)에 의해 동심 유지력을 확보할 수 있다.
상기 제 2 고정부(170)는 상기 전자빔 용접시스템에 대해 수평병진운동가능하게 연결된 심압대(180)에 눌리는 테두리 측면(171a)로부터 수평방향으로 연장되는 아암(173)과 상기 아암(173) 말단에 형성되어 상기 터빈 휠(3)의 블레이드와 하부를 동심축에 대해 일정하게 고정하는 핑거(175)를 탄성적인 소재로 구성하여, 상기 심압대(180)에 대해 상기 터빈 휠(3)의 중심축이 자유롭게 회전할 수 있도록 할 수 있다.
상기 제 2 고정부(170)의 핑거(175)는 외주면에 내향 경사면(174)이 형성되고 상기 터빈 휠 고정하우징(150)의 하부에 내주면 내향 경사면(154)이 형성되어 상기 터빈 휠(3)의 블레이드(3a)와 허브(3b) 대해 탄성적으로 접촉하여 동심을 유지하게 할 수 있다.
110 : 고정프레임 120 : 제 1 베어링부
130 : 제 1 고정부 140 : 제 2 베어링부
150 : 터빈 휠 고정하우징 160 : 샤프트고정하우징
170 : 제 2 고정부 180 : 심압대

Claims (10)

  1. 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템에 있어서,
    전자빔을 수직 하방으로 조사하여 터빈 휠과 로터 샤프트 사이를 전자빔 용접하는 전자빔 조사장치 및
    상기 전자빔 조사장치 하방에 상기 터빈 휠과 로터 샤프트를 수평하게 회전 고정하는 전자빔 용접지그장치를 포함하며,
    상기 전자빔 용접지그장치는, 박스형상이며, 상부에 상기 전자빔 조사장치에서 조사되는 전자빔이 유입되는 전자빔 유입홀이 형성되는 자립형 고정프레임과, 상기 자립형 고정프레임 내에 상기 터빈 휠과 상기 로터 샤프트를 수평하게 고정하되 상기 터빈 휠과 상기 로터 샤프트 사이에 상기 전자빔 유입홀에 대응하는 특정용접위치를 제공하며, 상기 자립형 고정프레임의 수평방향 일단에 설치되며 상기 로터 샤프트를 적어도 회전 고정하기 위한 샤프트고정유닛과, 상기 자립형 고정프레임의 수평방향 타단에 설치되며 상기 터빈 휠을 적어도 회전 고정하기 위한 터빈 휠고정유닛을 포함하며,
    상기 샤프트고정유닛은 상기 자립형 고정프레임 내부에 설치되는 제 1 고정부와, 상기 로터 샤프트가 삽입 고정되는 샤프트고정하우징을 포함하여, 상기 로터 샤프트를 상기 샤프트고정하우징과 상기 제 1 고정부에 의해서 2중으로 고정하는 2중 구조로 이루어지고,
    상기 터빈 휠고정유닛은 상기 터빈 휠을 상기 자립형 고정프레임 내에 삽입 수용하기 위한 터빈 휠 고정하우징과, 상기 터빈 휠 고정하우징내에 상기 터빈 휠을 탄성적으로 고정하기 위한 제 2 고정부를 포함하여, 상기 터빈 휠을 상기 터빈 휠 고정하우징과 상기 제 2 고정부에 의해서 2중으로 고정하는 2중 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고정부는 상단에 상부 플랜지와 상기 상부 플랜지 내부에 내향 경사면을 갖는 관형 몸체로 이루어져 용접시 충격에 대한 안정성이 높으며 상기 내향 경사면에 의해 동심도를 유지하는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 고정부는 상기 전자빔 용접지그장치에 대해 수평병진운동가능하게 연결된 심압대에 눌리는 테두리와, 상기 테두리로부터 수평방향으로 연장되는 아암과 상기 아암 말단에 형성되어 상기 터빈 휠의 블레이드와 하부를 동심축에 대해 일정하게 고정하는 핑거를 포함하며, 상기 심압대에 대해 상기 터빈 휠의 중심축이 자유로운 것을 특징으로 하는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 고정부의 핑거는 외주면에 내향 경사면이 형성되며 상기 터빈 휠 고정하우징의 하부에 내주면에 내향 경사면이 형성되어 상기 터빈 휠의 블레이드, 하부 및 허브에 탄성적으로 접촉하여 동심도를 유지하는 것을 특징으로 하는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정프레임은 상기 제 1 고정부와, 상기 제 1 고정부를 회전구동시키는 제 1 베어링부와, 상기 터빈 휠 고정하우징과, 상기 터빈 휠 고정하우징을 회전구동시키는 제 2 베어링부와, 상기 터빈 휠 고정하우징에 대해 결합되어 상기 터빈 휠을 고정하는 상기 제 2 고정부를 수평방향을 두고 이격 설치하도록 동심축을 가지며 수평방향을 두고 이격 설치되는 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 장착홀 및 제 1 내지 제 4 원형 단턱부를 포함하는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 원형 단턱부와 제 3 원형 단턱부 사이에 상기 전자빔 유입홀에 대응하는 상기 특정용접위치를 제공하는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접시스템을 이용한 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접 방법에 있어서,
    전자빔 용접지그장치의 받침대에 회전척과의 회전 고정을 위한 제 1 고정유닛, 제 1 베어링유닛, 제 2 베어링유닛, 및 터빈 휠 고정하우징을 장착한 고정프레임을 전자빔 유입홀이 전자빔 조사장치의 하방에 나란하게 배치하는 단계와,
    상기 고정프레임의 제 1 고정유닛에 대해 로터 샤프트와 터빈 휠을 고정시킨 샤프트 고정하우징을 삽입 고정시키는 단계와,
    상기 고정프레임의 터빈 휠 고정하우징에 대해 터빈 휠 고정용 제 2 고정유닛을 삽입고정하는 단계와,
    상기 전자빔 용접지그장치에 연결된 심압대가 상기 제 2 고정유닛을 수평방향으로 이동하여 눌러주는 단계를 포함하여 전자빔 용접 위치가 특정되고, 전자빔에 대해 로터 샤프트와 터빈 휠이 수평하게 유지되며 중심축에 대해 원심방향으로 용접 위치가 고정되는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 심압대가 상기 제 2 고정유닛을 눌러줄 때 상기 제 2 고정유닛의 내향 경사면이 탄성적으로 상기 터빈 휠의 블레이드와 허브를 전자빔 용접시 동심도를 잡아주는 단계를 포함하는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 고정유닛 및 상기 샤프트고정하우징의 내향 경사면이 상기 로터 샤프트와 상기 터빈 휠의 전자빔 용접시 상기 로터 샤프트의 동심도를 잡아주는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 원형 단턱부와 제 3 원형 단턱부 사이에 상기 터빈 휠과 상기 로터 샤프트의 상기 특정용접위치가 배치되며, 상기 특정용접위치에 상기 전자빔 유입홀이 수직 교차하게 연통되는 터빈 휠과 로터 샤프트의 전자빔 용접 방법.
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