KR20010027723A - 판재 용접장치 - Google Patents

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KR20010027723A
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Abstract

본 발명은 판재의 용접시 2개이상의 상,하부클램프를 사용하여 균일한 고정이 가능하고, 두께가 다른 판재를 용접할 때 용접하부의 연속적인 지지가 가능하여 우수한 용접비드형성이 가능하며, 상,하부클램프및 지지부로부터 보호가스를 분사하여 용접부의 품질향상및 생산원가를 절감할수 있는 것으로서, 선단부에는 제 1,2가스공급탱크(23)(24)로부터 공급되는 보호가스를 분사하는 노즐(26)이 복수개 장착되고, 클램프승하강장치(29)에 의해서 개별작동되어 상기 선,후행판재(11)(14)의 상하부면을 균일하게 폭방향으로 고정하도록 복수개의 클램프부재(21a)(22a)로 구성된 상,하부클램프(21)(22); 상기 선,후행판재(11)(14)의 이음부와 마주하는 상단부에 제 3가스공급탱크(33)로부터 공급되는 보호가스를 분사하는 노즐(35)이 복수개 장착되고, 지지판승하강장치(37)에 의해서 개별작동되어 상단부가 용접이음부하부에 접해지는 복수개의 내,외측지지판(31)(32)으로 이루어진 지지부(30); 및 기 제 1,2,3가스공급탱크(23)(24)(33)의 보호가스공급량을 제어하고, 상기 내,외측지지판(31)(32)의 승하강높이를 제어하며, 상기 상,하부클램프(21)(22)의 압력을 제어하는 제어기(40);를 포함하는 판재용접장치를 제공한다.

Description

판재용접장치{APPARATUS FOR WELDING THE SHEET METAL}
본 발명은 판재를 용접하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 판재의 용접시 2개이상의 상,하부클램프를 사용하여 균일한 고정이 가능하고, 두께가 다른 판재를 용접할 때 용접하부의 연속적인 지지가 가능하여 우수한 용접비드형성이 가능하며, 상,하부클램프 및 지지부로부터 보호가스를 분사하여 용접부의 품질향상 및 생산원가를 절감할수 있는 판재용접장치에 관한 것이다.
일반적으로 선,후행판재의 이음부를 레이저빔으로서 용접하는 작업은 도 1에 도시한 바와같이, 선행판재(11)를 전방측 하부클램프(13)위에 올려놓고 상부클램프(12)로 고정시키고, 후행판재(14)도 후방측 하부클램프(13)위에 놓고 상부클램프(12)로 고정시킨 상태에서 서로 맞대기 이음을 한 다음, 이러한 상태에서 레이저발진기(16)에서 발생된 레이저빔(laser beam)은 전송광학계(17)를 통하여 집광장치(18)로 공급되고, 상기 집광장치(18)의 렌즈(18a)에 의해 고밀도로 집속된 빔에 의하여 선,후행판재(13)(14)의 이음부를 용접하는 것이다.
도 1에서 미설명부호 15는 지지대이다.
상기와 같은 용접법은 소재에 따른 용접품질의 변화가 적고, 자동화에 용이하지만, 레이저빔의 직경이 작고 초점위치의 영향이 민감하여 두께가 얇은 판재를 장거리 용접하는 경우에는 용접열에 의한 판변형 및 절단면의 정밀관리등 많은 어려움이 따른다.
한편, 두께가 얇은 소재를 맞대기 용접하는 경우, 입열량이 부족하면 충분한 용접부형성이 어려우며 반대로 입열량이 과다하면 용융금속이 아래로 처지는 용락이 발생하여 용접이 어렵다. 그리고, 두께가 서로 다른 소재를 소재를 용접하는 경우 이음부에서의 단차가 심하게 발생하여 압연, 성형등 후공정에 문제를 일으킬수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 미국특허 4733815호에서는 안내롤을 기울여 강판이 서로 마주치도록 하며, 엇갈린 상태로 용접위치로 진입하도록 하여 접촉면적을 감소시켰다. 스웨덴의 소우드론닉(Soudronic)에서는 전자석을 이용하여 판재를 고정시킨 다음 푸셔(pusher)를 사용하여 판재를 밀거나 롤을 사용하여 강판의 가장자리 부분을 눌러 압착하였다. 또한, 미국 특허 5190204호에서는 중앙이 빈 지지대를 이용하여 박판을 레이저절단하고 용접하였다. 미국 특허 5204505호에서는 속이 빈 롤러에 의한 맞대기 및 클램핑하는 방법을 이용하여 레이저용접하는 방법을 제시하였다.
그러나, 이러한 용접방법은 두께가 동일한 소재의 용접에는 유효하지만 두께가 서로 다른 소재의 용접 또는 삽입금속을 이용한 용접등에서는 큰 단차 혹은 용융금속의 처짐등이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은, 서로 독립적으로 승하강가능한 2개이상의 지지대를 단차지는 용접이음부의 하부측에 배치하여 용접함으로서 두께가 서로 다른 소재 또는 삽입금속을 이용한 용접에서 우수한 용접부품질을 얻을수 있는 판재용접장치를 제공하고자 한다.
도 1은 종래기술에 따른 판재용접장치을 이용하여 판재를 용접하는 작업상태도,
도 2는 본 발명에 따른 판재용접장치를 도시한 개략구성도,
도 3은 본 발명에 따른 판재용접장치를 도시한 평면도,
도 4(a)(b)는 본 발명에 따른 판재용접장치를 구성하는 내측지지판을 도시한 정면도, 사시도,
도 5(a)(b)는 본 발명에 따른 판재용접장치를 구성하는 외측지지판을 도시한 정면도, 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 판재용접장치를 이용한 작업상태도,
도 7은 본 발명에 따른 판재용접장치를 이용한 작업흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21 ...... 상부클램프 22 ...... 하부클램프
21a,22a ..... 클램프부재 23 ...... 제 1가스저장탱크
24 ...... 제 2가스저장탱크 25a,25b,34 ...... 공급호스
26,35 ...... 노즐 30 ...... 지지부
31 ...... 외측지지판 32 ...... 내측지지판
33 ...... 제 3가스저장탱크 37 ...... 지지판승하강장치
상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은,
판두께가 동일하거나 상이한 선,후행판재의 이음부를 열원으로서 용접하는 장치에 있어서,
선단부에는 제 1,2가스공급탱크로부터 공급되는 보호가스를 분사하는 노즐이 복수개 장착되고, 클램프승하강장치에 의해서 개별작동되어 상기 선,후행판재의 상하부면을 균일하게 폭방향으로 고정하도록 복수개의 클램프부재로 구성된 상,하부클램프;
상기 선,후행판재의 이음부와 마주하는 상단부에 제 3가스공급탱크로부터 공급되는 보호가스를 분사하는 노즐이 복수개 장착되고, 지지판승하강장치에 의해서 개별작동되어 상단부가 용접이음부하부에 접해지는 복수개의 내,외측지지판으로 이루어진 지지부; 및
상기 제 1,2,3가스공급탱크의 보호가스공급량을 제어하고, 상기 내,외측지지판의 승하강높이를 제어하며, 상기 상,하부클램프의 압력을 제어하는 제어기;를 포함함을 특징으로 하는 판재용접장치를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2은 본 발명에 따른 판재용접장치를 도시한 개략구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 판재용접장치를 도시한 평면도로서 도시한 바와같이, 선,후행판재(11)(14)의 상부면, 하부면에 접해지는 상,하부클램프(21)(22)는 클램프승하강장치(29)에 의해서 각각 개별적으로 승하강작동되어 상기 선,후행판재(11)(14)표면에 존재하는 이물질, 스크랩 및 국부적인 흠에 관계없이 균일하게 고정할수 있도록 각각 2개이상의 클램프부재(21a)(22a)로 구성되며, 상기 클램프부재(21a)(22a)의 각 선단부에는 제 1,2가스공급탱크(23)(24)로부터 공급호스(25a)(25b)를 매개로 공급되는 보호가스를 전방으로 분사할수 있도록 노즐(26)을 복수개 장착한다.
그리고, 상기 각 클램프부재(21a)(22a)와 제 1,2가스공급탱크(23)(24)사이는 공급호스(25a)(25b)로 각각 연결되고, 상기 노즐(26)을 통해 분사되는 가스분사량은 상기 공급호스(25a)(25a)를 통해 공급되는 보호가스의 흐름을 상기 제 1,2가스저장탱크(23)(24)에 설치되는 조절변(미되시)으로서 조절할수 있다.
그리고, 선,후행강판(11)(14)의 이음부의 하부를 지지하면서 용접비드 하부면에 접해지는 지지부(30)는 상기 이음부에 상단이 폭방향으로 마주하고, 서로 겹쳐지는 복수개의 내,외측지지판(31)(32)으로 구성되며, 상기 지지판(31)(32)의 각 상단부에는 제 3가스공급탱크(33)로부터 공급호스(34)를 매개로 공급되는 보호가스를 분사하는 노즐(35)이 복수개 장착되고, 상기 각 내,외측지지판(31)(32)의 각 하단부는 지지판승하강장치(37)에 마련된 복수개의 각 로드(37a)와 각각 연결됨으로서 상기 로드(37a)를 개별적 또는 전체적으로 승하강작동시킬수 있는 지지판승하강장치(37)의 구동에 의해서 상기 내,외측지지판(31)(32)은 승하강작동되는 것이다.
도 4(a)(b)와 도 5(a)(b)에 도시한 바와같이, 상기 내측지지판(31)의 하단 좌우양측에는 장공(32a)을 관통형성하고, 상기 장공(32a)이 일치하도록 겹쳐진 복수개 내측지지판(31)의 좌우양측에 배치되는 각 외측지지판(32)의 하단 좌우양측에는 장착공(32a)을 관통형성하고, 상기 내측지지판(31)의 장공(31a)에 삽입되는 안내봉(39)은 승강되는 내측지지판(31)의 상승높이를 제한할수 있도록 외측지지판(32)의 장착공(32a)에 양단이 조립된다.
또한, 전공정에서 용접하고자하는 선,후행판재(11)(14)의 두께, 폭크기와 같은 정보가 입력되는 제어기(40)는 입력정보에 따라 상,하부클램프(21)(22)의 클램핑위치를 결정하도록 클램프승하강장치(37)와 전기적으로 연결되고, 각 노즐(26)(35)을 통한 보호가스분사를 조절할수 있도록 제 1,2,3가스탱크(23)(24)(33)의 조절변(미도시)과 전기적으로 연결되며, 상기 내,외측지지판(31)(32)의 승하강높이를 제어할수 있도록 지지판승하강장치(37)와 각각 전기적으로 연결된다.
상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 판재용접장치의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 장치(1)는 두께가 서로 동일하거나 두께가 서로 상이한 선,후행판재(11)(14)를 맞대기 용접하는 공정에 적용될수 있으며, 그 예로는 철강공장 압연라인의 연속작업을 위하여 코일을 서로 연결하는 공정 및 자동차 차체의 경량화를 위하여 이종강종, 이동두께의 판재를 서로 연결하는 테일러드 블랭크공정에서 사용될수 있다.
도 2 내지 도 7에 도시한 바와같이, 먼저 전공정에서 판재의 두께, 폭크기와 같은 소재정보가 제어기(40)로 입력되면, 이를 근거로 하여 다수개의 클램프부재(21a)(22a)로 이루어진 전,후방측 상,하부클램프(21)(22)의 클램핑위치를 결정하고, 선,후행판재(11)(14)를 상,하부클램프(21)(22)로서 고정한다.
즉, 선행판재(11)를 복수개의 클램프부재(22b)로 이루어진 전방측 하부클램프(22)에 올려놓고, 전방측 상부클램프(21)를 클램프승하강장치(29)로서 하강시켜 고정하고, 후행판재(14)는 높이조절이 가능한 후방측 하부클램프(22)에 올려놓고 하강되는 하강되는 후방측 상부클램프(21)로서 고정시키면, 상기 선행판재(11)의 후단과 후행판재(14)의 선단이 서로 맞대기 용접이음할수 있는 이음부가 형성되는 것이다. 이때, 상기 상,하부클래프(21)(22)로서 선,후행판재(11)(14)를 고정하기 위한 압력은 5 내지 100kgf/mm가 바람직하다. 이는 압력이 5kgf/mm 미만이면 용접열에 의한 변형을 견디지 못하여 용접선이 어긋날 수 있으며, 100kgf/mm 이상이면, 시편이 표면을 변형시켜 불량을 초래할 우려가 있기 때문이다.
여기서, 상기 선행판재(11)보다 두께가 얇은 후행판재(14)는 그 상부면이 상기 선행판재(11)의 상부면과 동일하게 되도록 상기 클램프승하강장치(29)에 의해서 조정됨에 따라, 상기 선,후행판재(11)(14) 하부면의 이음부에는 두께차이에 의한 단차가 형성된다.
그리고, 전,후방측 상,하부클램프(21)(22)의 위치가 초기설정치와 다르면 그 위치를 조절하여 정위치가 되도록한다.
이어서, 제어기(40)에서 지지판승하강장치(37)의 로드(37a)를 일시에 상승시켜 내,외측지지판(31)(32)의 상단을 상기 이음부의 하부면에 접촉시켜 지지한다. 이때, 두께가 상이한 선,후행판재(11)(14)의 하부면에 상단이 접하는 외측지지판(32)의 상승높이가 상이하기 때문에, 상기 외측지지판(32)의 장착공(32a)에 양단이 고정되고, 상기 내측지지판(31)의 장공(31a)에 삽입된 안내봉(39)은 도 5에 도시한 바와같이, 경사지게 된다. 이에 따라, 상기 안내봉(39)이 장공(31a)의 하단에 간섭되면서 복수개 내측지지판(31)의 상승높이를 제한하기 때문에 상기 내측지지판(31)의 상단은 단차진 이음부를 균일하게 지지하게 되고, 용접시 용융금속의 용락을 방지하고 두께가 다른 선,후행판재(11)(14)의 용접이음부에서 하부비드의 표면을 매끄럽게 할수 있는 것이다.
그리고, 상기 선,후행판재(11)(14)가 고정 지지된 상태에서, 설정된 용접조건으로 용접을 시작한다. 여기에서는 용접열원의 일레로 레이저발진기(16)에서 발생된 레이저빔은 전송광하계(17)를 통하여 집공장치(18)에 공급되고, 상기 집광장치(18)의 렌즈(18a)에 의해 고밀도로 지속된 빔에 의하여 선,후행판재(11)(14)의 이음부가 용접된다. 이때, 본원발명에서 용접열원이 레이저빔으로 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 용접이 시작됨과 동시에, 용접이 진행되는 용접이음부와 일치하는 상,하부클램프(21)(22)의 클램프부재(21a)(22a)에서만 그 선단에 장착된 노즐로부터 용접부위의 산화 및 오염을 방지할 수 있도록 보호가스를 분사하기 위해서 제어기(40)에서 전기신호를 제 1,2가스저장탱크(23)(24)의 조절변으로 각각 전송하여 보호가스를 이음부로 분사하고, 이와 더불어 제 3가스저장탱크(33)의 보호가스도 공급호스(34)를 통하여 내,외측지지판(31)(32)의 각 상단에 설치되는 노즐(35)로부터 분사되어 용접이음부의 하부를 보호한다. 그리고, 용접이 종료된 용접이음부에 해당하는 클램프부재(21a)(22a)의 노즐(26)에서는 보호가스의 분사가 불필요하기 때문에, 가스소모량을 줄일수 있도록 제어기(40)로서 보호가스의 분사를 부분적으로 중단시킨다.
즉, 상기 제어기(40)는 용접이 이루어지는 이음부에 해당하는 클램프부재(21a)(22a)의 노즐(26)에서만 보호가스를 분사시키고, 용접이 종료된 이음부에 해당하는 클램프부재(21a)(22a)의 노즐(26)에서는 보호가스의 분사를 차단할수 있도록 용접위치를 검출하고, 보호가스의 분사가 정위치에서 이루어지는가를 수시로 판단하여 각 클램프부재(21a)(22a)의 노즐(26)로부터의 보호가스분사를 독립적으로 제어한다.
상기 상,하부클램프(21)(22), 지지부(30)의 각 노즐(26)(35)에서 분사되는 가스분사량은 1 내지 50l/min 이 바람직하며, 이는 각 노즐(26)(35)로부터 분사되는 가스량이 1l/min 미만이면 용접부를 보호하는 기능을 제대로 발휘할수 없으며, 50l/min 이상이면 용접용융지의 거동이 불안정해질뿐만 아니라 보호가스 소모량이 필요이상으로 증가하여 자원낭비 및 용접비용의 상승을 초래하기 때문이다.
한편, 선,후행강판(21)(22)의 이음부에 대한 용접이 모두 종료되면 제 1,2,3가스저장탱크(23)(24)(33)로부터의 보호가스분사는 모두 종료되고, 상,하부클램프(21)(22)는 언클램핑되며, 내,외측지지판(31)(32)도 모두 원상태로 하강복귀되어 용접된 판재는 다음공정으로 진행된다.
상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 다양한 두께의 선,후행판재의 용접이음부에 발생하는 단차에 의한 불연속 용접부분의 발생이 없이 연속적으로 매끄럽게 용접비드를 형성할수 있어 품질이 우수해지고, 압연 혹은 프레스와 같은 후속공정이 원할하게 이루어져 작업생산성을 향상시키는 한편, 보호가스의 소모를 최소화하여 생산원가를 줄일 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (4)

  1. 판두께가 동일하거나 상이한 선,후행판재(11)(14)의 이음부를 열원으로서 용접하는 장치에 있어서,
    선단부에는 제 1,2가스공급탱크(23)(24)로부터 공급되는 보호가스를 분사하는 노즐(26)이 복수개 장착되고, 클램프승하강장치(29)에 의해서 개별작동되어 상기 선,후행판재(11)(14)의 상하부면을 균일하게 폭방향으로 고정하도록 복수개의 클램프부재(21a)(22a)로 구성된 상,하부클램프(21)(22);
    상기 선,후행판재(11)(14)의 이음부와 마주하는 상단부에 제 3가스공급탱크(33)로부터 공급되는 보호가스를 분사하는 노즐(35)이 복수개 장착되고, 지지판승하강장치(37)에 의해서 개별작동되어 상단부가 용접이음부하부에 접해지는 복수개의 내,외측지지판(31)(32)으로 이루어진 지지부(30); 및
    상기 제 1,2,3가스공급탱크(23)(24)(33)의 보호가스공급량을 제어하고, 상기 내,외측지지판(31)(32)의 승하강높이를 제어하며, 상기 상,하부클램프(21)(22)의 압력을 제어하는 제어기(40);를 포함함을 특징으로 하는 판재용접장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내측지지판(31)의 하단 좌우양측에는 장공(32a)을 관통형성하고, 상기 장공(32a)이 일치하도록 겹쳐진 복수개 내측지지판(31)의 좌우양측에 배치되는 각 외측지지판(32)의 하단 좌우양측에는 장착공(32a)을 관통형성하고, 상기 내측지지판(31)의 장공(31a)에 삽입되는 안내봉(39)은 승강되는 내측지지판(31)의 상승높이를 제한할수 있도록 외측지지판(32)의 장착공(32a)에 양단이 조립됨을 특징으로 하는 판재용접장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상,하부클래프(21)(22)로서 선,후행판재(11)(14)를 고정하기 위한 압력은 5 내지 100kgf/mm이고, 상기 상,하부클램프(21)(22), 지지부(30)의 각 노즐(26)(35)에서 분사되는 가스분사량은 1 내지 50l/min 임을 특징으로 하는 판재용접장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기(40)는 용접이 이루어지는 이음부에 해당하는 클램프부재(21a)(22a)의 노즐(26)에서만 보호가스를 분사시키고, 용접이 종료된 이음부에 해당하는 클램프부재(21a)(22a)의 노즐(26)에서는 보호가스의 분사를 차단할수 있도록 용접위치를 검출하고, 보호가스의 분사가 정위치에서 이루어지는가를 수시로 판단하여 각 클램프부재(21a)(22a)의 노즐(26)로부터의 보호가스분사를 독립적으로 제어함을 특징으로 하는 판재용접장치.
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