KR200175055Y1

KR200175055Y1 - 강교 스틸 박스 용접 시스템

Info

Publication number: KR200175055Y1
Application number: KR2019990021928U
Authority: KR
Inventors: 박용수
Original assignee: 고려개발주식회사
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2000-03-15
Also published as: KR100335635B1; KR20010036936A

Abstract

강교 스틸 박스 용접 시스템에 관한 것으로, 강교박스를 45°도 유지하는 장치와, 강교박스를 회전 이동시키기 위한 대차, 그리고 용접부가 수평을 유지한 상태로 용접이 이루어지도록 위치가변 용접기 가이드 레일을 구비하여 강교박스의 용접되는 부위인 강판모재(flange)와 강판모재(web)의 접촉면이 위쪽을 향하도록 배치하여 자동 용접이 이루어짐으로서 용접부의 목두께가 일치하며 등각장이 이루어지면서 용접이 이루어진다. 따라서 강교박스의 품질을 향상시킬 수 있으며, 작업효율이 증대되어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 용접 상태(각장, 목두께, 용입)가 일정하며 핀홀 발생이 줄어들고 언더컷이 발생되지 않아 고 품질의 강교박스 제작을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

강교 스틸 박스 용접 시스템{Welding system of steel box}

본 고안은 강교박스 용접 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강교 제작을 위한 대형의 강교박스를 자동으로 균일하게 용접하는데 이용되며, 용접 효율을 향상시키고, 용접 불량 발생을 억제하기 위한 강교 스틸 박스 용접 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 교량을 건설함에 있어 교각과 교각사이에 올려지는 상판은 강판모재(flange 및 web)를 4각으로 용접하여 결합한 강교박스로 이루어진다. 이러한 강교박스를 제작할 때 판상의 강판모재(flange 및 web)에 다수의 보강재 및 리브를 수직으로 용접한 플레이트를 서로 용접하여 제작하는 작업이 필요하다. 이와 같이 강판모재를 용접하여 강교박스를 제작하는 것은 강교박스를 수평으로 배치하고 적절한 위치에 강판모재가 서로 접촉하는 부분을 가용접 한 후, 수작업 또는 자동 용접기에 의하여 강교박스의 모서리측 접촉부를 용접한다. 이때 용접 부위는 강판모재(flange)와 강판모재(web)가 접촉하는 부위를 용접하는 것이므로 용접기의 선단부를 대략 45°기울인 상태로 용접을 하게 된다. 그리고 용접기의 토치 주위에는 용접부위의 산화막 발생을 억제하기 위하여 플럭스(flux)를 도포한다.

이와 같은 필렛 용접은 필렛 용접의 루우트로부터 필렛용접의 직각변 끝까지의 거리인 다리길이(leg length, 脚長)가 서로 같은 등각장을 이루어야 이상적인 용접이며, 1회의 패스에 의하여 나타난 용착금속의 모양인 비드(bead)가 일정한 형태로 나타나야 고품질의 강교박스를 제작할 수 있다.

그러나 종래의 수동 또는 자동 용접기를 이용하여 강판모재와 강판모재의 접촉부를 용접하는 기술은 용접 과정에서 용착 금속이 중력에 의하여 아래쪽으로 흘러내려 등각장이 이루어지지 않아 용접 불량이 발생하며, 비드가 불규칙적으로 형성되어 품질 불량으로 인한 생산성을 저하시키는 문제점이 있다. 또한 필렛 용접에서 등각장이 이루어지지 않는 경우에는 구조물이 설계에 따른 적정한 하중을 견디 지 못하는 경우가 발생하여 강교박스 제작상 고질적인 문제점으로 제기되어 왔다.

따라서 본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 고안의 목적은 강판모재(flange)와 강판모재(web)가 접촉되는 강교박스를 용접할 때 용접부위의 등각장이 이루어지도록 하여 강교박스의 품질을 개선함은 물론 생산성을 향상시키고, 비드가 규칙적으로 형성되도록 하여 강교박스 제작상의 고질적인 문제점을 해결하는 강교박스 용접 시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 수평으로 배치되어 있는 베이스 프레임과; 상기 베이스 프레임의 상면과 일정한 높이를 가지고 있으며, 서로 마주하는 부분이 상기 베이스 프레임에 힌지 결합되어 서로 일정한 각도로 변환되며 강교박스가 안착되는 제1, 2 회전 프레임과; 상기 베이스 프레임과 상기 제1, 2 회전 프레임에 각각 결합되어 상기 제1, 2 회전 프레임의 각도를 변환하기 위한 복수의 실린더와; 상기 제1, 2 회전 프레임이 설치되어 있는 양측에 레일을 타고 동시에 이동하며, 높이 가변이 이루어져 상기 강교박스를 이동시키기 위한 한 쌍의 대차와; 상기 대차가 배치되는 양측 외측에 레일을 타고 이동하며, 별도의 모터에 의하여 상, 하 이동이 이루어지며 용접기가 일정한 거리를 이동할 수 있도록 안내하는 위치 가변 용접기 가이드 레일을 포함하는 강교박스 용접 시스템을 제공한다.

이와 같이 이루어지는 강교박스 용접 시스템은, 대차를 이용하여 강교박스를 상기 제1, 2 회전 프레임에 안착시키고, 상기 실린더를 이용하여 상기 제1, 2 회전 프레임을 수평면에 대하여 45°각도로 배치하여 상기 강교박스가 45°로 기울어지 도록 한 후, 상기 위치 가변 용접기 가이드 레일을 이동시켜 상기 강교박스의 강판모재(flange)와 강판모재(web)가 직교하는 부분을 용접기가 수평으로 배치된 상태에서 이동하여 자동으로 용접한다. 강교박스의 일측이 용접되면 강교박스를 제1 회전 프레임 또는 제2 회전 프레임에 위치하도록 상기 실린더를 작동한 후, 상기 제1, 2 회전 프레임이 수평을 유지한 상태에서 대차로 제1 회전 프레임 또는 제2 회전 프레임으로 이동시켜 다시 실린더를 구동하여 45°로 상기 제1, 2 회전 프레임을 이동시키면 새로운 용접부위가 상면으로 배치된다. 그러면 상기와 동일한 방법으로 용접을 한다.

도 1은 본 고안에 따른 강교박스 용접 시스템을 도시한 전체적인 사시도,

도 2는 본 고안에 따른 강교박스 용접 시스템에서 강교박스가 안착되는 주요부를 도시한 사시도,

도 3은 도 1의 대차를 상세하게 도시한 도면,

도 4는 본 고안에 따른 위치가변 용접기 가이드 레일을 도시하고 있는 부분 확대 사시도,

도 5는 본 고안에 따른 강교박스 용접 시스템의 회전 과정을 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 고안에 따른 용접 과정을 도시하고 있는 도면,

도 7은 본 고안에 따른 강교박스의 용접 상태를 나타내고 있는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 실시예를 설명하기 위한 강교박스 용접 시스템의 전체적인 구성을 나타내고 있는 사시도로서, 강교박스 회전 이동수단(1)과, 상기 강교박스 회전 이동수단(1)의 양측에 배치되어 레일을 타고 이동하며 강교박스(2)를 이송하는 한 쌍의 대차(3, 5)와, 상기 강교박스 회전 이동수단(1)의 양측에 배치되어 있는 또 다른 레일을 타고 이동하는 위치가변 용접기 가이드 레일(7)을 도시하고 있다.

상기 강교박스 회전 이동수단(1)은, 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 지면에 베이스 프레임(31)이 수평으로 배치되고, 상기 프레임(31)의 중간부에 수직으로 결합되는 복수의 포스트 프레임(33, 보이지 않는 부분의 부호는 생략하고 설명함) 을 구비하고 있고, 상기 포스트 프레임(33)에 힌지 결합되어 있는 제1, 2 회전 프레임(35, 37)을 포함하고 있다.

상기 베이스 프레임(31)은 지면 보다 낮은 위치에 배치되어 있다. 그리고 상기 제1, 2 회전 프레임(35, 37)은 지면보다 높게 배치되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제1, 2 회전 프레임(35, 37)은 강교 박스가 안착되어 용접이 이루어지는 일종의 테이블 역할을 하는데, 힌지 결합부를 중심으로 회전하여 동일 평면을 이룰 수 있으며, 또한 일정한 각도를 유지할 수 있는 구조를 가지고 있다.

상기 베이스 프레임(31)은 유압에 의하여 구동하는 다수의 실린더(39, 41, 43, 45, 47, 49)가 힌지 결합되어 있다. 상기 실린더(45, 47, 49)는 로드를 통하여 제1 회전 프레임(35)의 저면에 힌지 결합되어 있고, 또 다른 실린더(39, 41, 43)는 또 다른 로드를 통하여 제2 회전 프레임(37)의 저면에 힌지 결합되어 있다.

따라서 상기 제1, 2 회전 프레임(35, 37)은 복수의 상기 실린더 및 로드에 의하여 일정한 각도로 회전이 가능하도록 이동되는 것이다.

상기 대차(3, 5)는 한 쌍으로 이루어져 있으며, 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 상기 강교박스 회전 이동수단(1)의 양측에 설치되어 있는 레일(61, 63, 65, 67)을 따라 이동할 수 있는 구조로 이루어져 있다. 상기 대차(3, 5)는 강교박스를 이동시키기 위한 것으로 내부에는 연직 상방으로 로드를 이동시킬 수 있는 다수의 유압 실린더(71, 73, 75, 대차(3)를 기준으로 번호를 부여하여 설명함, 도 3에 도시하고 있음)가 배치되어 있다. 그리고 상기 유압 실린더(71, 73, 75)에 의하여 이동하는 로드의 상부에는 수평으로 배치되는 지지부재(77)가 결합되어 있다. 상기 지지부재(77)는 강교박스의 저면에 밀착되어 일정한 높이 만큼 강교박스(2)를 들어 올리기 위한 것이다. 물론 다른 편에 배치되어 있는 대차(5)는 동일한 구조를 가지고 있다. 그리고 상기 대차(3, 5)는 도시는 생략하였으나, 모터가 설치되어 운전자의 조작에 따라 레일을 따라 이동할 수 있는 구조를 가지고 있다. 상기 대차(3, 5)는 한 쌍이 동시에 이동이 가능하도록 제어되는 구조로 이루어지는 바람직하다.

상기 위치가변 용접기 가이드 레일(7)은 용접기가 강교박스의 길이방향으로 이동하여 강교박스의 용접이 이루어지도록 하는 것으로, 대차(3, 5)의 바깥쪽에 설치되어 있는 레일(91, 93, 95, 97)을 따라 이동하도록 배치되어 있다.

상기 위치 가변 용접기 가이드 레일(7)은, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 한 쌍의 기둥부재(101, 103)가 수직으로 배치되고 상기 기둥부재(101, 103)는 저면에 바퀴의 역할을 하는 구름부재가 결합되어 모터(105)에 의하여 레일을 타고 이동할 수 있는 구조를 가지고 있다. 상기와 같은 위치 가변 용접기 가이드 레일(7)은 반대편에도 동일한 형태를 이루어 배치되어 있다. 상기 기둥부재(101, 103)는 그 사이에 강교박스의 길이 방향으로 가이드 레일 부재(111)가 상, 하 승강가능하도록 배치되어 있다. 상기 가이드 레일 부재(111)는 복수의 피니언(113, 보이지 않는 부분의 부호는 생략하고 설명함)을 구비하고 있다. 그리고 상기 피니언(113)과 치합되도록 상기 기둥부재(101, 103)에는 수직방향으로 랙(115, 117)이 결합되어 있다. 상기 피니언(113)은 모터(119)에 의하여 회전 가능하게 연결되어 있으며, 도시는 생략하였으나, 감속기 등과 연결되어 적절한 회전수가 조절되도록 이루어져 있다.

한편, 상기 가이드 레일 부재(111)의 상면은 길이 방향으로 레일이 배치되어 있고, 이 레일에 용접기(121)가 올려져 레일을 타고 이동할 수 있도록 이루어져 있다.

이와 같이 이루어지는 강교박스 용접 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.

우선 강교박스(2)는 크레인 등에 의하여 대차(3, 5)에 올려지고, 대차(3, 5)의 유압 실린더(71, 73, 75, 번호를 부여하지 안는 다른 편의 유압실린더 포함)가 작업자의 작동제어에 의하여 일정한 높이 만큼 상승한다. 이때 대차(3, 5)의 유압실린더에 의하여 지지부재(77, 다른편의 지지부재 포함)는 상기 제1, 2 회전 프레임(35, 37)의 높이보다 조금 높은 위치에 놓이게 된다. 그리고 작업자는 대차(3, 5)에 구비되어 있는 모터(도시생략)를 제어하여 상기 제1, 2 회전 프레임(35, 37) 측으로 이동시킨다. 상기 대차(3, 5)는 강교박스(2)를 실은 상태에서 제2 회전 프레임(37) 위치까지 이동되고, 작업자의 제어에 의하여 유압 실린더(71, 73, 75)를 작동시켜 지지부재(77, 반대편 지지부재 포함)를 하강시킨다. 그러면 강교박스(2)는 제2 회전 프레임(37)에 안착된다. 이러한 상태에서 제1 회전 프레임(35)은 작업자가 실린더(45, 47, 49)를 구동시켜 일정한 각도(대략 45°이상)로 회전시킨다. 그리고 계속해서 제2 회전 프레임(37)을 지지하고 있는 실린더(39,41, 43)를 구동시켜 강교박스(2)가 얹혀진 제2 회전 프레임(37)을 상승시킨다. 이때 제2 베이스 프레임이 상승되면서 강교박스(2)의 일면이 제1 회전 프레임(35)의 상면에 밀착된다. 이러한 상태에서 실린더(39, 41, 43, 45, 47, 49)를 제어하여 제1, 2 회전 프레임(35, 37)이 45°를 이루도록 제어한다. 그러면 강교박스(2)는 강판모재와 또 다른 강판모재가 접촉하고 있는 부분 즉, 용접부가 위 방향을 향하게 된다(도 7 참조). 그러면 작업자는 위치 가변 용접기 가이드 레일(7)의 모터(105)를 제어하여 레일(91, 93, 95, 97)을 따라 강교박스(2)의 용접부까지 위치 가변 용접기 가이드 레일(7)을 이동시킨다. 그리고 작업자는 상기 가이드 레일 부재(111)에 설치되어 있는 모터(119)를 제어하여 피니언(113, 보이지 않는 부분 및 반대편도 동일하게 움직임)을 이동시키고 피니언(113)이 랙(115, 117)을 타고 이동하여 적절한 가이드 레일부재(111)가 적절한 높이에 위치하도록 한다. 그리고 작업자는 용접기(121)를 구동시켜 가이드 레일부재(111)의 상면에 설치되어 있는 레일을 따라 이동시키면서 용접부의 용접을 행한다. 이때 용접기의 용접 노즐이 수직으로 배치되고 용접노즐의 주위에 용접부의 산화방지를 위한 플럭스(flux) 배출을 위한 노즐을 통하여 플럭스를 배출하여 용접부를 덮는다(도 6에 도시하고 있음). 따라서 용접부는, 도 7에 도시하고 있는 바와 같이, 필렛용접의 루우트로부터 직각변 끝까지의 거리인 다리길이(ℓ1, ℓ2)가 같은 등각장이 이루어진다. 또한 강판모재가 각각 접촉하는 용접부에서 용접부의 상부까지의 거리인 목두께(t)가 일정하게 나타난다. 이러한 용접부의 형태는 강교박스를 45°기울인 상태에서 용접 노즐이 수직으로 배치되어 용접이 이루어지기 때문에 가능하다.

강교박스(2)의 일측 용접부의 용접이 끝나면 다른 부분을 용접하기 위하여 강교박스(2)를 회전시켜야 하는데 그 과정은 다음과 같다.

강교박스(2)가 상술한 상태로 배치되어 있는 상태에서 작업자가 실린더(39, 41, 43, 45, 47, 49)를 제어하여 제1, 2 회전 프레임(35, 37)을 제1 회전 프레임(35) 방향(제2 회전 프레임이 45°를 넘도록 회전)으로 더욱 회전시키면 강교박스(2)는 제2 회전 프레임(37) 상면에 접촉하고 있는 면과 인접하는 면 즉, 제1 회전 프레임(35)에 접촉하는 면이 제1 회전 프레임(35) 상부로 배치된다. 이러한 상태에서 실린더(39, 41, 43, 45, 47, 49)를 작동하여 제1, 2 회전 프레임(35, 37)을 수평으로 이동시키면 제1 회전 프레임(35)의 상면에 강교박스(2)가 위치하게 된다. 이때 대차(3, 5)를 강교박스(2) 저면으로 이동시켜 상술한 방법으로 강교박스(2)를 일정높이까지 들어올린 후 제2 회전 프레임(37)측으로 이동시켜 제2 회전 프레임(37)에 안착시킨다. 그러면 상기 제2 회전 프레임(37)에 안착된 강교박스(2)는 전 단계에 배치되어 있는 면과 인접하는 면이 바닥측을 향하게 된다. 그리고 상술한 바와 동일한 방법으로 제1, 2 회전 프레임(35, 37)을 회전 이동시켜 45°로 배치되도록 한 후 용접되지 않은 다른 용접부를 용접한다.

이와 같이 본 고안은 강교박스의 용접되는 부위인 강판모재와 강판모재의 접촉면이 위쪽을 향하도록 배치하여 자동 용접이 이루어짐으로서 용접부의 목두께가 일치하며 등각장이 이루어지면서 용접이 이루어진다. 따라서 강교박스의 품질을 향상시킬 수 있으며, 작업효율이 증대되어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 용접 깊이가 일정하며 핀홀 발생이 줄어들고 언더컷이 발생되지 않아 고 품질의 강교박스 제작을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims

수평으로 배치되어 있는 베이스 프레임과;

상기 베이스 프레임의 상면과 일정한 높이를 가지고 있으며, 서로 마주하는 부분이 상기 베이스 프레임에 힌지 결합되어 서로 일정한 각도로 변환되며 강교박스가 안착되는 제1, 2 회전 프레임과;

상기 베이스 프레임과 상기 제1, 2 회전 프레임에 각각 결합되어 상기 제1, 2 회전 프레임의 각도를 변환하기 위한 복수의 실린더와;

상기 제1, 2 회전 프레임이 설치되어 있는 양측에 레일을 타고 동시에 이동하며, 높이 가변이 이루어져 상기 강교박스를 이동시키기 위한 한 쌍의 대차와;

상기 대차가 배치되는 양측 외측에 레일을 타고 이동하며, 별도의 모터에 의하여 상, 하 이동이 이루어지며 용접기가 일정한 거리를 이동할 수 있도록 안내하는 위치 가변 용접기 가이드 레일;

을 포함하는 강교박스 용접 시스템.
제1항에 있어서, 상기 위치 가변 용접기 가이드 레일은

레일을 타고 이동하는 구름부재를 구비하고 있으며 위쪽으로 직립되어 있으며 외측으로 세로 방향으로 랙이 결합되어 있는 한 쌍의 기둥부재와;

상기 기둥부재의 랙 치합되어 상, 하 이동이 가능하도록 양단에 피니언을 구비하고 있는 가이드 레일부재와;

상기 피니언에 구동력을 전달하여 선택적으로 상기 가이드 레일부재를 상, 하 이동시키는 모터;

를 포함하고 있는 강교박스 용접 시스템.
제1항에 있어서, 상기 대차는

레일을 타고 이동하는 구름부재를 구비하고 있는 바디와;

상기 바디의 일측에 고정되어 있으며, 유압에 의하여 작동하며 피스톤 로드를 구비하고 있는 다수의 실린더와;

상기 피스톤 로드의 상부에 수평으로 결합되어 있으며 실린더의 작동에 따라 피스톤 로드가 이동함으로서 상기 강교박스를 일정높이로 들어올리는 지지부재;

를 구비하고 있는 강교박스 용접 시스템.