KR20010002949A

KR20010002949A - 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치

Info

Publication number: KR20010002949A
Application number: KR1019990023025A
Authority: KR
Inventors: 권혁준; 정문영; 문형순; 김정섭; 정수원
Original assignee: 김형벽; 현대중공업 주식회사
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-15
Also published as: CN1277903A; CN1136073C; KR100313483B1

Abstract

본 발명은 서브머지드 아크 3 전극 자동용접장치에 관한 것으로, 그 목적은 소구경 파이프 내면용접시 사용되는 서브머지드 아크 용접장치의 전극의 수를 3전극으로 구성하여 용접장비의 성능을 향상시키고, 용접헤드 셋팅부터 용접종료까지 모든 용접작업을 자동으로 수행할 수 있는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 서브머지드 아크 자동용접장치에 있어서, 상기 자동용접장치는 용접부재를 이송 및 회전시키고 용접부재의 양단을 고정하는 용접대차부와, 3개의 전극에 의해 용접대차부에 의해 이송된 작업물을 용접하는 용접헤드부와, 용접헤드부가 선단부에 설치되고 후단부가 메인지지대에 고정·설치되는 붐과, 상기 용접대차부의 일측 및 붐 하단부에 각각 설치되어 용접헤드부가 설치된 붐 선단부를 지지하는 붐 처짐 방지용 2중 가이드 로울러부와, 용접헤드부에 연결·설치되어 용접헤드부로 플럭스를 살포하는 플럭스 살포부와, 플럭스 살포부로 플럭스를 공급하고 살포된 플럭스를 회수하는 플럭스 공급/회수부와, 용접헤드부로 와이어를 송급하는 와이어 송급부와, 상기 용접대차부, 용접헤드부, 붐 처짐 방지용 2중 가이드 로울러부와, 플럭스 살포부, 플럭스 공급/회수부, 와이어 송급부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되어, 소구경 파이프의 내면용접시 용접헤드 셋팅부터 용접종료까지 모든 용접작업이 전자동으로 수행되도록 한 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치를 제공함에 있다.

Description

소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치{Automatic submerged arc welding machine with three welding torches for pipe with small internal diameter}

본 발명은 서브머지드 아크 3 전극 자동용접장치에 관한 것으로, 소구경 파이프등의 내면용접시, 아크 안정성과 품질의 안정성 및 균일성을 유지하도록 서브머지드 아크 용접장치의 용접헤드부 전극수를 3전극으로 구성하고, 용접헤드 셋팅부터 용접종료까지의 용접작업이 PLC 사이 그리고 PLC와 컴퓨터가 상호 통신을 통해 무인으로 자동운전이 가능하며, 작업자의 원 터치(0NE TOUCH)에 의해 서브머지드 아크 용접이 가능하도록 한 서브머지드 아크 3전극 자동 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서 사용되고 있는 용접기법은 융접, 압접, 납접 등으로 분류되고 있다. 이중 조선이나 철구조물 제조공정에서 가장 널리 사용되고 있는 용접법을 세분화하면, 사용전극이 소모되는 소모식(Consumable)과, 사용전극이 소모되지 않는 비소모식(Non Consumable) 용접법으로 분류된다. 또한 이와 같은 소모식 용접법중에는 대표적으로 피복아크 용접법(Shield Metal Arc Welding), 가스메탈 아크용접(Gas Metal Arc Welding), 서브머지드 아크용접(Submerged Arc Welding) 등이 있다.

상기 서브머지드 아크 용접은 입상의 플럭스 밑에서 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 얻어지는 열로 두 개 이상의 피접합물을 용접하는 방법으로, 모재 위에 입상의 플럭스를 미리 쌓아 놓고 그 속에 전류가 흐르는 와이어를 연속·공급하여 용접을 한다. 이때 아크는 플럭스에 의해 덮혀져 있어 외부로부터 보이지 않으며, 플럭스는 대기를 차단하여 용접금속의 정련작용시 보호를 하게되고, 용접비드나 슬래그 형성에 기여하게 된다. 서브머지드 아크 용접은 사용 용접봉의 크기와 전류가 크기 때문에 용입이 깊고, 두꺼운 판 구조용강의 고능률 접합기법으로 많이 채용되는데 이와 같은 용도를 살펴보면, 선박건조, 강관제작 및 일반 철구조물의 제작시 맞대기 이음부나, 필렛이음부, 덧살붙임 용접 등에 많이 사용되고 있는 대표적인 고능률 용접법이다.

종래에 사용되고 있는 서브머지드 아크 용접은 사용되는 전극 수(電極數)가 1전극, 2전극, 또는 3전극 방식이 채용되고 있으며, 전극성의 구성은 2전극일 경우, 직류＋교류 또는 교류＋교류 방식이, 3전극의 경우 직류＋교류＋교류 또는 교류＋교류＋교류 방식이 채용되고 있으며, 소구경 파이프의 내면용접시에는 작업공간의 특성상 1전극 또는 2전극 방식이, 파이프의 외부면 용접시에는 1전극, 2전극, 3 전극 방식을 사용하였다.

이와 같은 용접기법은 일반적으로 가장 널리 사용되고 있는 가스메탈 아크 용접법(Gas Metal Arc Welding Process)에 비해 고전류 및 고속도로 용접을 수행하기 때문에 사용전류나 용접속도 즉, 용착속도(용접능률)이 수 배에서 수십 배에 달하며, 특히 후판 용접시 용접패스 수를 감소하여 용접의 변형이나, 품질을 향상시킬 수 있는 기법이다.

그러나 소구경 파이프의 내면용접시, 서브머지드 아크 용접의 사용전극 수가 일반적으로 1, 2 전극 수준에 머물러 있는 것은 서브머지드 아크 용접이 고능률 용접기법으로서 사용전류와 속도가 고전류(高電流), 고속도(高速度) 이기 때문에 용접기법상 아크의 안정성과, 용접작업성, 용접재료의 성분 및 품질, 용접부의 물성(기계적성질) 또는 용접자동화 측면에서 복합적인 용접기술의 한계가 있기 때문에 시스템구성에 어려움이 있었다. 즉, 종래에 사용되고 있는 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 용접장치는 용접헤드부의 크기 때문에 소구경의 파이프 용접에 한계가 있으며, 용접선 추적은 센서를 적용하여 자동으로 추적하도록 되어 있지만 용접조건은 작업자의 판단에 따라 수동조정으로 대응해야 하므로 매우 번거롭고 작업능률을 저하시키는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 소구경 파이프 내면용접시 사용되는 서브머지드 아크 용접장치의 전극의 수를 3전극으로 구성하여 용접장비의 성능을 향상시키고, 용접헤드 셋팅부터 용접종료까지 모든 용접작업을 자동으로 수행할 수 있는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치를 제공하는 것이다.

도 l 은 본 발명에 따른 구성을 보인 서브머지드 아크 3전극 자동 용접장치 예시도

도 2 는 본 발명에 따른 구성을 보인 서브머지드 아크 3전극 자동 용접장치 측면예시도

도 3 은 본 발명에 따른 구성을 보인 서브머지드 아크 3전극 자동 용접장치 평면예시도

도 4 는 본 발명에 따른 구성을 보인 용접대차부 예시도

도 5 는 본 발명에 따른 용접접지(EARTH)부 예시도

도 6 는 본 발명에 따른 구성을 보인 용접 헤드부 예시도

도 7 은 본 발명에 따른 플럭스 살포부 및 플럭스 회수마우스 예시도

도 8 은 본 발명에 따른 구성을 보인 플럭스 공급/회수부 예시도

도 9 는 본 발명에 따른 붐처짐방지용 2중 가이드 로울러 예시도

도 10 은 본 발명의 대용량 서브머지드 아크 용접용 와이어 송급부 예시도

도 11 은 본 발명에 따른 용접부 개선단면적 변화에 대한 최적 용착량 자동제어 시스템의 구성을 보인 블록도

도 12 는 본 발명에 따른 전체 구성을 보인 블록 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 용접대차부 (11) : 레일

(12) : 몸체부 (13) : 받침고정부

(14) : 상면레일 (15) : 받침이동부

(16) : 로울러부 (17) : 유압실린더

(18) : 후렉시블링크 (19) : 용접접지부

(20) : 용접부재 (30) : 용접헤드부

(31) : X-Y 슬라이더 (32) : 가이드 바

(33) : 용접토오치 (34) : 부재검출센서

(35) : 레이저 비전센서 (36) : 카메라

(37) : 조명장치 (38) : 동력 및 센서 케이블

(39) : 커브드 롤러 가이드(welding wire curved roller guide)

(40) : 플럭스 살포부 (41) : 미니호퍼

(42) : 플럭스 공급검출센서 (43) : 플럭스 게이트

(44) : 에어실린더 (45) : 플럭스 댐

(46) : 공기배출구 (50) : 플럭스 공급/회수부

(51) : 플럭스 투입구 (52) : 플럭스 저장탱크

(53) : 콤프레셔 (54) : 송급관로

(55) : 에어부스터 (56) : 터보 블로워

(51`): 플럭스 회수마우스 (52`): 1차 세퍼레이터

(53`): 분철제거장치 (54`): 분진저장호퍼

(55`,55″,55```): 분진저장탱크 (56`): 에어실린더

(57`): 힌지 (58`): 2차 세퍼레이터

(59`): 먼지집진기 (60) : 붐(Boom)

(70) : 붐처짐 방지용 2중가이드 로울러부

(71) : 붐 서포트 프레임 (72) : 붐 지지대

(73) : 붐 서포트 로울러 (74) : 모터

(75,79): 스크류 잭 (76) : 타이밍벨트

(77) : 베이스 (78) : 사이클로 모터

(71`): 가이드 로울러 (72`): 붐 서포트 레일

(74`,75`): 타이밍 풀리 (80) : 와이어 송급부

(81) : 와이어 (82) : 와이어 릴

(83) : 샤프트 (84) : 와이어 릴 지지대

(85) : 서포트 (86) : 릴 브레이크

(87) : 와이어 잔량검출기 (88) : 와이어 송급모터

(90) : 주 제어부 (100): 플렛폼

(200): 실제 그루브 (300): 표준 그루브 면적

(400): 측정 그루브 면적 (500): 비교부

(600): 용접제어부 (700): 용접전류

(800): 용접전압 (861): 에어실린더

(862): 수직로드 (863): 수평로드

(864): 우레탄 패드 (865): 브레이크 케이스

(866): 스프링 (871): 힌지부

(872): 에어실린더 (873): 센서

(900): 와이어 송급속도

자동용접 장치는 한 번의 스위치 조작으로 일련의 용접 작업과정을 자동으로 수행하는 장치로써, 서브머지드 아크용접의 기본적인 수행과정은 연속 소모식 전극봉을 개선중심에 맞추고, 플럭스(FLUX)를 적절히 연속 살포하면서 해당하는 전극봉 수만큼 순서대로 아크를 일으키며, 부재 또는 전극봉을 이동시키면서 용접을 행하는 장치이다. 이때 상기 용접봉은 용접이 끝날 때 까지 개선의 중심을 지향(용접선 추적)하면서 용접을 수행해야 하며, 특히 용접 품질의 균일화, 안정화를 기하기 위해서는 개선의 크기 변화, 개선의 가공상태에 따라서 용접조건(전류, 전압. 용접속도)을 적절히 대응시켜야 할 필요가 있다.

도 l 은 본 발명에 따른 구성을 보인 서브머지드 아크 3전극 자동 용접장치 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 구성을 보인 서브머지드 아크 3전극 자동 용접장치 측면예시도를, 도 3 은 본 발명에 따른 구성을 보인 서브머지드 아크 3전극 자동 용접장치 평면예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 용접부재를 이송시키는 용접대차부(10)와, 상기 용접대차부(10)에 의해 이송된 용접부재(20)를 3개의 용접전극에 의해 용접하는 용접헤드부(30)와, 상기 용접헤드부(30)에 연결·설치되는 플럭스 살포부(40)와, 상기 플럭스 살포부(40)로 플럭스를 공급하고 살포된 플럭스를 회수하는 플럭스 공급/회수부(50)와, 상기 용접헤드부(30)가 설치되는 붐(60)의 선단을 지지하는 붐처짐 방지용 2중 가이드 로울러부(70)와, 상기 용접헤드부(30)로 와이어를 공급하는 와이어 송급부(80)와, 상기 용접대차부(10), 용접헤드부(30), 플럭스 살포부(40), 플럭스 공급/회수부(50), 와이어 송급부(80)를 제어하는 주 제어부(90)로 구성되어 있다.

상기 용접대차부(10)는 용접부재(20)를 용접위치로 이송시키는 것으로, 도 4 에 도시된 바와 같이 바닥면에 설치된 레일(11)을 따라 이동되는 용접 대차 몸체부(12)와, 상기 몸체부(12) 상부에 고정·설치되어 용접부재(20)의 일측을 지지하는 받침 고정부(13)와, 상기 용접 대차 몸체부(12)의 상면 레일(14)을 따라 이동되고 용접부재(20)의 또다른 일측을 지지하는 받침 이동부(15)와, 상기 받침 고정부(13) 및 받침 이동부(15) 일측에 각각 연결·설치되어 모터(도시없음)에 의해 원형의 용접부재를 회전시키는 로울러부(16)로 구성되어 있다.

상기 받침 이동부(15)와 받침 고정부(13) 상부에는 도 5 에 도시된 바와 같이 각각의 유압실린더(17)에 의해 후렉시블 링크(18)의 양단부가 상승되는 용접접지부(19)가 설치되어 있다. 즉, 상기 후렉시블 링크(18)는 유압실린더(17)의 상승작동에 의해 각각의 유압실린더(17)와 연결된 후렉시블 링크(18)의 양단부 상승으로 용접부재(20) 표면에 후렉시블 링크(18)가 용접부재(20)를 감싸면서 접촉되므로, 원형의 용접부재의 용접시 후렉시블 링크(18)와 용접부재(20)의 접지면적이 증대되고, 이로 인해 용접부재의 이동 및 요동이 방지된다. 즉, 용접에 있어서 용접기 출력 전류에 대한 통전용량도 안정된 용접조건 유지에 중요한 요인이므로, 상기 용접접지부(19)는 용접부재(20) 즉, 파이프 직경 변화에 대응하여 항상 충분한 통전 용량을 확보할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 용접헤드부(30)는 용접부재를 용접하는 것으로, 도 6 에 도시된 바와 같이 후단부가 고정·설치된 붐의 선단부에 설치되는 X-Y 슬라이더(31)와, 상기 X-Y 슬라이더(31)에 연결·설치되는 가이드바(32)와, 상기 가이드바(32)에 설치되는 다수개의 용접토오치(33)와, 상기 용접토오치 후부에 위치하도록 가이드바(32)에 설치되는 부재검출센서(34) 및 레이저 비전센서(35)와, 상기 레이저 비전센서(35) 후부에 위치하도록 가이드바(32)에 설치되는 카메라(36) 및 조명장치(37)를 포함하여 구성되어 있으며, 붐(60)의 후단에서 와이어 송급부(80)에 의해 용접와이어(81)가 송급되고, 붐(60)의 좁은 공간사이에 각종 동력 및 센서 케이블(38)이 설치되어 있다.

즉, 본 발명의 용접헤드부(30)는 붐(60) 선단일측에 X-Y 슬라이더(31)가 연결·설치되고, 상기 X-Y 슬라이더(31)에 가이드 바(32)의 후단부가 연결·설치되며, 상기 가이드 바(32)에 용접내부를 조명하는 조명장치(37)와, 외부에서 내부 용접상태 파악을 용이하게 하는 폐쇄회로 카메라(36)와, 용접토오치(33)를 용접부재에 셋팅하는 부재검출센서(34) 및 용접물과 용접토오치의 간격을 조절하는 적응제어용 레이저 비전센서(35)와, 용접부재에 용접을 행하는 3개의 용접토오치(33)가 X-Y 슬라이더(31)에서 가이드바(32)의 선단 방향으로 가이드 바(32)에 순차적으로 설치되어 있으며, 배치된 용접토오치(331,332,333)는 3개의 전극간거리, 용접진행방향을 기준으로 전극봉의 종각, 횡각등이 조정 가능하도록 설치되어 있다. 또한 상기 X-Y 슬라이더(31)는 수동 조정스위치에 의해 상하좌우로 이동되며, 레이저 비전센서(35)에 의해 자동으로 상하좌우 움직일 수 있도록 되어 있다.

또한 상기 용접토오치(33)는 송급되는 와이어가 직각에 가깝게 밴딩되면서 송급될 수 있도록 용접와이어 커브드 롤러 가이드(39)에 연결되어 있으며, 용접 팁에서 나오는 와이어의 직진성, 방향성을 조정할 수 있는 기능을 구비하고 있다.

상기 플럭스 살포부(40)는 오픈 아크(open arc)를 방지하는 것으로, 도 7 에 도시된 바와 같이 일측이 플럭스 공급/회수부(50)와 연결되도록 용접헤드부(30)의 가이드 바(32) 즉, 용접토오치(33)와 부재검출센서(34) 사이에 위치하도록 용접헤드부의 가이드바(32)에 설치되는 미니호퍼(41)와, 상기 미니호퍼(41) 일측에 설치되어 살포되는 플럭스의 양을 검출하는 플럭스 공급 검출센서(42)와, 상기 미니호퍼 하부에 설치되는 플럭스 게이트(43)와, 상기 미니호퍼 일측에 위치하도록 설치되어 플럭스 게이트(43)를 개폐하는 에어실린더(44)와, 상기 플러스 게이트(43)와 연결되어 플럭스가 살포되는 플럭스 댐(45)으로 구성되어 있으며, 상기 미니호퍼(41) 일측에는 공기배출구(46)가 설치되어 있어 에어폭발없이 압축공기에 의해 이송된 플럭스가 미니호퍼(41)내에 쌓이도록 되어 있다. 또한, 플럭스 게이트(43)를 통해 미니호퍼(41)에서 플럭스 댐(45)내로 살포되는 플럭스는 일정높이를 구비하는 플럭스 댐(45)에 의해 외부로 흘러내리지 않고 플럭스 댐(45)내에 쌓이게 된다.

상기 용접토오치(33)의 팁부분은 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이 플럭스가 유입되는 플럭스 댐(45)내에 위치하도록 설치되어 있으며, 플럭스 댐(45)내에 쌓여있는 플럭스에 의해 외부공기로 부터 차단되어, 아크용접 작업시 산화물의 발생이 방지된다.

상기 플럭스 공급/회수부(50)는 압축공기에 의해 플럭스 살포부(40)로 플럭스를 공급하고 플럭스 살포부(40)에 의해 살포되어 용접비드 위에 있는 플럭스를 용접후 회수하는 것으로, 도 8 에 도시된 바와 같이 플럭스 투입구(51)로 유입된 플럭스가 자중에 의해 플럭스 저장탱크(52)내로 이동하고, 상기 플럭스 저장탱크(52)내의 플럭스는 콤프레셔(53)에 의해 만들어진 압축공기와 함께 송급관로(54)를 통해 플럭스 살포부(40)의 미니호퍼(41)로 플럭스를 이송시킨다. 이때 상기 송급관로(54)에는 이송되는 플럭스에 의해 막히는 현상이 없도록 가압 정도를 조정할 수 있는 에어부스터(55)가 설치되어 있다. 이와 같이 미니호퍼(41)로 이송된 플럭스는 플럭스 살포부(40)에 의해 플럭스 댐(45)으로 살포된다.

용접후 용접비드 위에 남아 있는 플럭스는 진공흡착에 의해 도 7 에 도시된 플럭스 회수마우스(51`)를 경유 1차 세퍼레이터(52`)로 유입되며, 유입된 플럭스는 분철제거장치(53`)에 의해 불순물이 제거된 후 플럭스 저장탱크(52)로 유입되어 재사용됨과 동시에, 1차 세퍼레이터(52`) 및 분철제거장치(53`)를 경유한 분진은 분진저장호퍼(54`)를 통해 분진저장탱크(55`)로 포집된다. 상기 플럭스 회수마우스(51`)는 용접헤드부(30)의 가이드 바(32) 선단부에 힌지결합되어 있으며, 가이드 바(30)와 연결·설치된 에어실린더(56`)에 의해 힌지(57`)를 중심으로 회전하여 용접부재(20) 상부에 근접되도록 되어 있다.

상기 1차 세퍼레이터(52`)에 의해 분리된 분진은 2차 세퍼레이터(58`)로 이송되고, 2차 세퍼레이터(58`)를 통해 또다른 분진 저장탱크(55″)로 포집되며, 2차 세퍼레이터(58`)로 이송되는 먼지는 먼지집진기(59`)에 의해 분진저장탱크(55```)로 포집된다.

즉, 상기 플럭스 공급/회수부(50)는 플럭스 저장탱크(52)에 저장된 플럭스를 압축공기에 의해 송급관로(54)를 통해 플럭스 살포부(40)의 미니호퍼(41)로 이송하여 플럭스 게이트(43)를 통해 살포하고, 용접 후 용접비드 위에 남은 플럭스를 터보 블로워(56)에 의한 진공 흡착방식으로 회수하여 불순물과 분리한 다음 재사용하며, 플럭스내의 미세분진을 필터를 통해 걸러내고, 회수 후 필터에 붙은 분진을 적정시간 동안 털어주는 기능을 가진 장치로서, 플럭스 살포 기능과 연계되어 자동운전이 가능하도록 구성되어 있으며, 내장된 자동 분철제거장치(53`)에 의해 회수된 플럭스에 포함된 불순물(분철)을 운전 중에 자동으로 분리하여 플럭스의 순도를 향상시키고 용접품질을 안정화시킬 수 있도록 되어 있다.

상기 붐처짐 방지용 2 중 가이드 로울러부(70)는 선단부에 용접헤드부(30)가 설치된 붐(60)의 처짐현상을 방지하는 것으로, 도 9 에 도시된 바와 같이 용접대차부(10)의 받침고정부(13)에 일측이 연결·설치된 붐 서포트 프레임(71)의 타측단 상부에 붐 지지대(72)가 설치되고, 용접헤드부(30)가 설치된 붐(60) 선단 하부에 용접시 소구경 파이프내에서 붐(60)의 선단을 지지하는 가이드 로울러(71`)가 설치되어 있으며, 상기 붐(60) 하단부에는 붐 지지대(72)의 붐 서포트 로울러(73)가 접촉되는 붐 서포트 레일(72`)이 설치되어 있다.

상기 붐 지지대(72)는 부재의 두께 변화에 따라 용접헤드부(30)가 설치된 붐(60)의 높이를 적정하게 자동 조정할 수 있도록 위치제어 기능이 부여되어 있으며, 붐 지지대(72) 상부에 위치한 붐 서포트 로울러(73)는 개선위치의 좌/우 변위차에 대응할 수 있도록 좌우 이동이 가능하고, 스위치에 의한 이동과 레이저 비전센서(35)에 의해 자동 이동 제어가 될 수 있도록 되어 있다. 즉, 상기 붐 지지대(72)는 모터(74)에 장착된 타이밍 풀리(74`)와 스크류 잭(75)에 연결·설치된 타이밍 풀리(75`)를 타이밍 벨트(76)로 연결하고, 모터(74)에서 발생되는 회전력을 이용하여 스크류 잭(75)을 구동시키면 붐 서포트 로울러(73)가 설치된 베이스(77)가 상/하로 작동되어 부재의 두께 변화에 따라 적정하게 높이를 조절할 수 있도록 되어 있으며, 상기 베이스(77)에 설치된 사이클로 모터(78)를 작동시키면 붐 서포트 로울러(73)와 연결된 스크류 잭(79)이 회전하여 붐 서포트 로울러(73)를 좌/우로 이동시키도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 붐 지지대(72)는 용접작업전에는 항상 용접붐의 선단부를 지지하고 있으며, 용접시 서포트 로울러(73)가 붐(60) 하단부의 붐 서포트 레일(72`)에 삽입되어 붐(60)을 상/하로 이동시킴으로써 용접대차부(10)에 의해 이송되는 용접부재(20)내로 용접헤드부(30)가 용이하게 삽입되도록 되어 있다.

상기 붐 선단 하부에 설치된 가이드 로울러(71`)는 붐 지지대(72)의 조정에 의해 높낮이가 조정되고, 붐 지지대(72)가 하강함에 따라 용접부재(20)내에서 붐 가이드 로울러(71`)가 용접부재(20)의 개선홈에 들어가게 되며, 붐 지지대(72)가 상승함에 따라 용접헤드부(30)가 용접부재(20)와 일정거리를 유지하게 되어 전반적으로 안정된 용접이 가능하도록 되어 있다.

상기 와이어 송급부(80)는 용접중 용접와이어(81)를 안정되게 송급시키는 것으로, 도 10 에 도시된 바와 같이 와이어(81)가 감기는 와이어 릴(82)과, 상기 와이어 릴(82)이 샤프트(83)에 의해 회전가능하도록 설치되는 와이어 릴 지지대(84)과, 상기 와이어 릴 지지대(84) 일측에 서포트(85)에 의해 연결·설치되어 와이어의 오버런을 방지하는 릴 브레이크(86)와, 와이어 릴 지지대(84)에 하부에 연결·설치되어 와이어의 잔류량을 검출하는 와이어 잔량검출기(87)와, 와이어 릴(82)에 감겨있는 와이어(81)를 용접헤드부(30)로 이송하는 와이어 송급모터(88)로 구성되어 있다.

상기 릴 브레이크(86)는 순간적인 와이어의 송급 및 정지 동작시에 대용량 와이어 릴(82)의 회전동작 즉, 관성 때문에 와이어 릴(82)이 순간적으로 회전 또는 정지하지 않는 것을 방지하는 것으로, 와이어 릴 지지대(84) 일측과 서포트(85)에 의해 연결·설치되는 에어실린더(861)와, 상기 에어실린더(861)에 의해 수직 작동되고, 끝단에 슬라이딩 경사면을 구비하는 수직로드(862)와, 상기 수직로드(862)에 의해 수평 작동되고, 일측단에 수직로드(862)의 슬라이딩 경사면과 접촉되는 슬라이딩 경사면이 형성된 수평로드(863)와, 상기 수평로드(863)의 슬라이딩 경사면이 형성되지 않은 타측단에 부착되고, 수평로드(863)의 수평 작동에 의해 와이어 릴(82) 일측면에 접촉되는 우레탄 패드(864)와, 상기 수직/수평로드(862,863)가 작동되는 브레이크 케이스(865)와, 상기 수평로드(863)와 브레이크 케이스(865) 사이에 설치되는 스프링(866)으로 구성되어 있으며, 용접 시작 또는 종료 시, 와이어 송급부 제어기의 신호에 따라 와이어 송급용 모터(88)와 에어실린더(861)가 연동되어 와이어 릴(82)의 관성에 의한 오버 런 또는 백런 동작이 방지된다.

상기 와이어 잔량검출기(87)는 와이어 릴(82)에 감겨있는 와이어(81)의 양을 검출하는 것으로, 와이어 릴 지지대(84)의 하부면을 회전가능하도록 베이스 프레임(89)에 연결·설치하는 두 개의 힌지부(871)와, 상기 힌지부(871)가 설치되지 않은 와이어릴 지지대(84)의 하부면 타측에 접촉되도록 베이스 프레임(89)에 설치되어 와이어(81) 및 와이어 릴(82)의 중량을 지탱하는 에어실린더(872)와, 상기 에어실린더(872)의 일측에 설치되어 에어실린더 피스톤의 위치를 감지하는 센서(873)와, 상기 센서(873)의 검출에 의해 와이어의 잔류량을 측정하고 이를 설정값과 비교하는 비교부(도시없음)로 구성되어, 와이어의 잔류량이 미리 설정된 설정값보다 작을 경우, 용접사에게 경고메시지를 보내도록 되어 있다. 즉, 와이어 릴(82)에 감겨있는 와이어(81)가 점차 소모되어 와이어의 잔량이 피용접물 한 개를 중단없이 용접할 수 있는 량 이하가 되면, 와이어와 와이어 릴을 지탱하고 있는 에어실린더의 피스톤이 위로 상승하게 되고, 상기 상승·이동되는 에어실린더(872)의 피스톤 상승정도를 센서(873)가 측정하게 되며, 상기 센서(873)의 측정에 의해 와이어의 잔류량이 검출됨과 동시에, 상기 와이어의 잔류량과 미리 설정된 와이어의 량(1회 용접시 소모되는 와이어의 량)을 비교하여 와이어 잔류량이 설정된 와이어 량보다 작을 경우, 용접사에게 경고메시지를 보내도록 되어 있다.

즉, 상기 와이어 송급부(80)는 와이어 송급용 모터(88)의 회전속도가 용접조건에 맞추어 변함에 따라 와이어 릴(82)이 적절히 안정되게 회전하게 되고, 와이어 릴(82)에 감겨있는 와이어의 중량을 감지할 수 있도록 에어 실린더(872)와 센서(873)를 조합·설치하여 와이어 잔량이 최소한 1회 용접분량 이하일 경우, 센서(873)의 감지에 의해 용접사에게 경보를 하도록 되어 있어 작업자가 적절한 시기에 새로운 용접 와이어로 교체할 수 있도록 되어 있다.

또한 본 발명은 도 3 에 도시된 바와 같이 용접 수행을 위한 용접기 및 각종 주변 장치들을 조작하고, 용접상태를 관찰하기 위해 플렛폼(100)이 설치되어 있으며, 상기 플렛폼(100)에서 레이저 비전 제어 및 조작반을 용접장치 전반에 대해 조작하고 모니터링 할 수 있도록 되어 있다.

도 11 은 본 발명에 따른 용접부 개선 단면적 변화에 대한 최적 용착량 자동 제어 시스템의 구성을 보인 블록도를 도시한 것으로, 본 발명은 용접작업전 표준그루브에 대한 표준 용착량(표준그루브 면적)을 설정하고, 용접헤드부(30)에 설치된 카메라(36)와 레이저 비전센서(35)에 의해 실제 그루브(200)의 면적을 측정한 다음, 상기 미리 설정된 표준그루브 면적(300)과 실제 측정된 그루브 면적(400)을 비교부(500)에서 비교하여 용접제어부(600)로 보정신호(표준용접전류/전압에 현재 측정된 전류/전압과 표준용접전류/전압값과의 차를 더한 값)가 입력되며, 상기 보정신호가 입력된 용접제어부(600)는 용접헤드부(30)의 용접전류 및 전압을 조정하여 용착량을 제어하게 된다. 이때, 상기 용접헤드부(30)에서 측정되는 용접전류(700)와 전압(800) 및 와이어송급속도(900)는 실 용접전류 및 전압을 선정하기 위해 다시 비교부(500)로 입력되어 보정된다. 즉, 카메라(36) 및 레이저 비전센서(35)에서 측정된 그루브 면적(400)과 미리 설정된 표준 그루브 면적(300)은 비교부(500)에서 서로 비교되며, 그루브 면적이 차이가 날 경우, 표준 용접조건에서 전류/전압을 증가 또는 감소시켜 용착량을 자동 조절하므로, 토치별 제어 값에 의해 아크 안정성을 유지하며 최적 용착량을 자동 제어하도록 되어 있다.

즉, 본 발명은 레이저 비전센서(35)에 의해 개선 형상을 검출하여 개선의 중심을 찾아 X-Y 슬라이더(31)를 동작시켜, 전극봉이 항상 개선의 중심에 위치 (용접선 추적)하도록 하며, 개선면적을 계산하여 기준면적과의 차이에 해당하는 만큼을 보상할 수 있도록 용접조건을 자동으로 적절히 조정 해주고, 용접중 실제 용접조건을 감지하여 설정된 용접조건과 비교, 항상 원하는 용접조건이 출력(용접조건 피드백 제어)되어 균일하고 안정된 용접품질을 유지할 수 있도록 되어 있다.

또한 부재 사양에 따라 2500개의 용접조건을 저장 수정, 출력 기능을 사용자가 손쉽게 사용할 수 있도록 되어있으며, PLC제어 시스템과 연계하여 일련의 용접과정을 자동 시퀸스 제어가 가능하도록 구성되어 있다

본 발명의 주제어부(90)는 도 12 에 도시된 바와 같이 용접기 및 각종 주변 장치들을 수동 제어, 반자동 제어, 전자동 제어가 가능하도록 PLC간 통신 유니트, 각종 신호변환 장치, 컴퓨터 통신 유니트, 각종 인터페이스 장치, 조작반 및 모니터링 장치, 레이저 비전 시스템으로 구성되어서 상황에 따라 작업자가 운전모드를 적절히 선택하여 사용할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 용접작업시, 대차에 의해 부재길이의 중간부가 레이저 비전센서 위치에 도달하게 될 때 까지 부재가 이송되고, 이송된 부재는 용접대차의 로울러부에 의해 회전 또는 좌우 이동되며, 레이저 비전센서는 회전 또는 좌우 이동되는 부재를 검출하여 적정 용접위치로 부재를 셋팅하게 된다. 이때 상기 용접대차의 일측에 일체형으로 연결·설치된 붐지지대의 붐 서포트 로울러는 일정높이 만큼 위로 상승하여 용접헤드부가 소구경 파이프내로 삽입이 용이하도록 용접헤드부가 선단에 설치된 붐을 들어올리도록 되어 있으며, 붐 서포트 로울러에 의해 붐이 지지된 상태에서 붐 가이드 로울러가 파이프의 용접개선부 상면에 위치된 것을 용접헤드부의 근접센서가 감지하게 되면 이때부터 붐 서포트는 로울러는 지정된 속도로 서서히 하강됨과 동시에 붐 가이드 로울러는 용접개선부의 개선홈에 들어가게 되고, 붐 서포트 로울러는 붐과 완전 분리된다. 즉, 상기 용접헤드가 설치된 붐은 용접시작전에는 붐 서포트 로울러에 의해 선단부가 지지되고, 용접시작시에는 붐 선단 하부에 설치된 가이드 로울러에 의해 지지된다.

이와 같이 부재가 용접 적정위치에 셋팅되면 용접대차의 용접접지부가 작동하여 부재를 구속하게 되고, 용접대차에 의해 부재가 용접 시작위치로 셋팅된다. 용접시작위치로 부재가 셋팅되면, 용접헤드부의 부재검출센서가 부재를 검출하게 되고, 카메라 및 레이저 비전센서에 의해 플럭스 댐이 부재표면에 밀착될 때 까지 용접헤드부가 하강하게 되며, 레이저 비전센서에 의해 1∼3전극이 부재의 개선 중심에 셋팅된다. 이와 같이 용접헤드부가 부재의 개선에 셋팅되면, 부재 사양 수신 및 용접조건이 자동으로 제어부에 셋팅되고, 플럭스 자동 살포 플럭스 게이트가 온(ON)되어 플럭스 게이트를 통해 플럭스 댐으로 플럭스가 살포되며, 용접대차가 이동됨과 동시에 3전극이 순서대로 아크를 발생하여 부재를 용접하게 된다. 이때 상기 레이저 비전센서 및 카메라에 의해 용접선이 자동 추적되고, 개선크기 변화량이 자동감지됨과 동시에 표준 그루브 면적과 실제 그루브 면적의 비교에 따라 전류/전압이 자동조절 되도록 되어 있어, 다전극 서브머지드 아크 용접시 최적의 용착량을 제공하고, 그루브 단면적 변화에 따른 최적의 용접조건으로 적응제어된다.

용접후 용접비드 위에 남아있는 플럭스는 용접방향을 기준으로 용접헤드 후부에 위치하도록 설치된 플럭스 회수 마우스에 의해 플럭스 회수부로 진공흡착되어 불순물과 분리된 다음 재사용된다.

용접헤드부에 의해 용접이 지정된 위치까지 거의 완료되면 붐 지지대의 상승에 의해 붐 서포트 로울러가 상승하게 되고, 붐 서포트 로울러의 상승에 의해 붐이 상승하게 되며, 붐의 상승에 의해 붐 가이드 로울러 즉, 용접헤드부가 서서히 위로 올라가게 된다. 이때 용접헤드부에 의해 용접은 계속진행되어 용접결함이 발생하지 않도록 되어 있다. 상기와 같은 용접작업은 전자동 시퀸스 제어에 의해 작업이 순차적으로 이루어지며, 종료동작이 자동으로 이루어진다.

이와 같이 본 발명은 소구경 파이프의 내면용접시, 용접헤드 셋팅부터 용접종료까지 모든 용접작업이 전자동으로 수행되므로 무인화가 가능하고, 작업자의 원 터치에 의해 서브머지드 아크용접이 가능하며, 사용전극 수를 3 전극으로 하여 사용효율의 극대화, 품질의 안정화를 이루는 등 용접기술을 향상시킴과 동시에 용접성능을 향상시켰다.

또한, 원형 혹은 사각 파이프 형상으로 가공할 때 발생되는 1곳 또는 2곳의 용접부를 고속 고능률적으로 전자동 용접할 수 있는 다양한 철구조물 제작공장 등에 적용될 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims

서브머지드 아크 자동용접장치에 있어서;

상기 자동용접장치는 용접부재를 이송 및 회전시키고, 용접부재의 양단을 고정하는 용접대차부와,

3개의 전극에 의해 용접대차부에 의해 이송된 작업물을 용접하는 용접헤드부와,

용접헤드부가 선단부에 설치되고, 후단부가 메인지지대에 고정·설치되는 붐과,

상기 용접대차부의 일측 및 붐 하단부에 각각 설치되어 용접헤드부가 설치된 붐 선단부를 지지하는 붐 처짐 방지용 2중 가이드 로울러부와,

용접헤드부에 연결·설치되어 용접헤드부로 플럭스를 살포하는 플럭스 살포부와,

플럭스 살포부로 플럭스를 공급하고 살포된 플럭스를 회수하는 플럭스 공급/회수부와,

용접헤드부로 와이어를 송급하는 와이어 송급부와,

상기 용접대차부, 용접헤드부, 붐 처짐 방지용 2중 가이드 로울러부와, 플럭스 살포부, 플럭스 공급/회수부, 와이어 송급부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되어, 소구경 파이프의 내면용접시 용접헤드 셋팅부터 용접종료까지 모든 용접작업이 전자동으로 수행되도록 한 것을 특징으로 하는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치.
제 1 항에 있어서;

상기 용접대차는 바닥면에 설치된 레일을 따라 이동되는 용접 대차 몸체부와, 상기 몸체부 상부에 고정·설치되어 용접 파이프의 일측을 지지하는 용접 파이프 받침 고정부와, 상기 용접 대차 몸체부의 상면 레일을 따라 이동되도록 설치되고 용접 파이프의 또다른 일측을 지지하는 용접 파이프 받침 이동부와, 상기 용접 파이프 받침 고정부 및 용접 파이프 받침 이동부 일측에 각각 연결·설치되어 모터에 의해 파이프를 회전시키는 로울러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치.
제 2 항에 있어서;

상기 용접 파이프 받침 이동부와 용접 파이프 받침 고정부 상부에는 각각의 유압실린더에 의한 후렉시블 링크의 양단부 상승하고, 상승되는 후렉시블 링크의 양단부에 의해 용접부재의 표면을 감싸도록 후렉시블 링크가 접촉되어 용접부재를 고정시키는 용접접지부가 더 설치된 것을 특징으로 하는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치.
제 1 항에 있어서;

상기 용접헤드부는 후단부가 고정·설치된 붐의 선단부에 설치되는 X-Y 슬라이더와, X-Y 슬라이더에 연결·설치되는 가이드바와, 가이드바에 설치되는 다수개의 용접토오치와, 용접토오치 후부에 위치하도록 가이드바에 설치되는 부재검출센서 및 레이저 비전센서와, 레이저 비전센서 후부에 위치하도록 가이드바에 설치되는 카메라 및 조명장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치.
제 1 항에 있어서;

상기 붐처짐 방지용 2 중 가이드 로울러부는 모터에 장착된 타이밍 풀리와 스크류 잭에 부착된 타이밍 풀리가 타이밍 벨트에 의해 연결되고, 모터에서 발생되는 회전력에 의해 스크류 잭이 구동되어 베이스가 상/하 이동되며, 상기 베이스에 설치된 사이클로 모터에 의해 붐 서포트 로울러와 연결된 스크류 잭이 회전하여 붐 서포트 로울러를 좌/우로 이동시키는 붐지지대가 용접대차의 일측에 연결·고정되어 있는 붐 서포트 프레임 상부에 설치되고,

용접헤드부가 설치된 붐의 선단 하부에 가이드 로울러가 설치되며,

가이드 로울러 후부에 위치하도록 붐의 하단부에 붐 서포트 로울러를 가이드하는 붐 서포트레일이 설치된 것을 특징으로 하는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치.
제 1 항에 있어서;

상기 플럭스 살포부는 플럭스 공급/회수부의 송급관로에 일측이 연결되도록 용접헤드부의 용접토오치와 부재검출센서 사이에 설치되고 일측에 공기배출구가 설치된 미니호퍼와, 미니호퍼 일측에 설치되어 살포되는 플럭스의 양을 검출하는 플럭스 공급 검출센서와, 미니호퍼 하부에 설치되어 에어실린더에 의해 개폐되는 플럭스 게이트와, 플러스 게이트와 연결되어 플럭스가 살포되는 플럭스 댐을 포함하는 것을 특징으로 하는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치.
제 1 항에 있어서;

상기 플럭스 공급/회수부는 플럭스 투입구로 유입된 플럭스가 자중에 의해 플럭스 저장탱크내로 이동되어 컴퓨레셔의 압축공기에 의해 송급관로를 따라 플럭스 살포부의 미니호퍼로 공급되고,

용접후 용접비드 위에 남아 있는 플럭스는 진공흡착에 의해 용접헤드부의 가이드 바 선단에 설치된 플럭스 회수마우스를 통해 1차 세퍼레이터로 유입되어 분철제거장치에 의해 불순물이 제거된 후 플럭스 저장탱크로 유입 재사용되며,

1차 세퍼레이터 및 분철제거장치를 경유한 분진은 분진저장호퍼를 통해 분진저장탱크로 분리 포집됨과 동시에, 1차 세퍼레이터에 의해 분리된 분진은 2차 세퍼레이터를 경유 또다른 분진 저장탱크()로 포집되고, 2차 세퍼레이터로 이송된 먼지는 먼지집진기에 의해 또다른 분진저장탱크로 포집되는 것을 특징으로 하는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치.
제 7 항에 있어서;

상기 송급관로에는 이송되는 플럭스에 의해 막히는 현상이 없도록 가압 정도를 조정할 수 있는 에어부스터가 더 설치된 것을 특징으로 하는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치.
제 1 항에 있어서;

상기 와이어 송급부는 와이어가 감기는 와이어 릴과, 상기 와이어 릴이 샤프트에 의해 회전가능하도록 설치되는 와이어 릴 지지대과, 와이어 릴 지지대 일측에 서포트에 의해 연결·설치되어 와이어 릴의 회전을 제어하는 릴 브레이크와, 와이어 릴 지지대에 연결되어 와이어의 잔류량을 검출하는 와이어 잔량검출기와, 와이어 릴에 감겨있는 와이어를 용접헤드부로 이송하는 와이어 송급모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 소구경 파이프 내면 서브머지드 아크 3전극 자동용접장치.