KR200195257Y1 - 파이프의 내면 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 플럭스 공급라인과 플럭스 회수라인 및 서브머지드 용접기를 구비하여 작업자가 파이프의 내부에 들어가지 않고도 파이프의 내면을 균일하게 용접할수 있는 자동 용접장치를 제안하고자 하는 것이다.

Description

파이프의 내면 용접장치.{INSIDE WELDING DEVICE OF PIPE}

본 고안은 파이프 용접장치에 관한 것으로서, 특히 파이프 내면의 개선부를자동으로 용접할 수 있도록 구성한 용접장치에 관한 것이다.

통상적으로, 제관작업은 철판을 밴딩롤(Bending Roll)로 원통형으로 성형하여 개선부의 내/외면을 용접한 다음, 이를 필요한 치수로 연결하고. 그 연결부를 다시 용접하여 파이프를 만들게 된다.

한편, 상기와 같은 과정을 통해 제작된 파이프들은 다양한 직경과 길이로 제작되며, 그 중에서 300∼500정도의 직경을 가지고 10m∼20m의 길이로 제작되는강관들은 용접 작업시 많은 문제점들을 야기시켰다.

첫 번째로, 파이프의 내면 개선부를 용접하기 위하여 작업자가 직접 파이프내부로 들어가서 엎드린 채로 용접을 해야만 하기 때문에 작업 능률과 생산성이 저하될 뿐만 아니라 용접부의 불량이 높고, 또한 질식사고 등의 안전사고가 빈번하게발생하는 단점이 있다.

두 번째로, 파이프의 직경이 작을수록 작업자는 산소마스크나 용접용 헬멧을착용할 수가 없기 때문에 용접가스를 과다하게 흡입하여 질식사하는 경우가 발생하고 또한 눈을 감고 감각에 의존하므로서 용접이 제대로 되지 않아 파이프의 균열이쉽게 발생하는 문제점이 있다.

세 번째로, 종래의 용접작업은 작업자의 수작업에 의존하므로서 작업환경이열악할 뿐만 아니라 특히 직업병을 유발시키는 단점을 가지고 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 파이프의 내면을 자동으로 용접할 수 있는 파이프의 내면 용접장치를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 직경이 작은 파이프의 용접시에도 작업자의 수작업에의존하지 않고 용접할 수 있도록 구성한 파이프의 내면 용접장치를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 정밀한 용접을 구현할 수 있는 파이프의 내면 용접장치를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 작업자의 안전사고를 미연에 예방할 수 있는 파이프의 내면 용접장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 제1 견지에 따른 본 고안은 플럭스가 충전되어 있는 호퍼와, 상기 호퍼 내의 플럭스를 소정의 공기압으로 이송시키는제2 블로어와, 상기 이송된 플럭스와 용접봉으로 상기 파이프의 개선부를 용접시키는 용접기와, 상기 용접기의 일측으로 설치되며 상기 개선부 주위에 남아있는 잔여플럭스를 회수하기 위한 흡입호스와, 상기 흡입호스와 연결되며 소정의 공기압으로상기 잔여 플럭스를 흡입하는 제1 블로어와, 상기 제1 블로우와 연결 설치되며 상기 흡입호스로부터 회수되는 잔여 플럭스를 외부로 토출하는 사이클론으로 구성된파이프의 내면 용접장치를 제안한다.

이때 보다 바람직하기로는, 전술한 바와 같이 구성된 용접장치는 상기 용접기의 후방으로 설치되어 레이저빔을 조사하는 투사기와, 상기 투사기의 후방으로 설치되어 상기 레이저빔의 조사상태를 촬상하는 카메라와, 상기 카메라로부터 찰상된 영상 신호에 따라 레이저빔의 조사상태를 나타내는 모니터와, 상기 모니터에 나타난 레이저빔의 조사상태에 따라 상기 용접기의 위치 제어를 위한 구동신호를 출력하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러로부터의 구동신호를 입력받아 상기 용접기를 좌/우로 이동시키는 서보모터를 더 구성한다.

도 1은 본 고안의 바람직한 일 실시 예에 따른 파이프의 내면을 자동으로 용접할 수 있도록 구성한 용접장치의 블록도.

도 2는 본 고안의 일 실시 예에 따른 파이프의 내면 용접장치의 상세 구성을도시한 정면도.

도 3은 도 2에서 도시하고 있는 용접장치의 평면도.

도 4는 도 1에 도시하고 있는 플럭스공급라인의 상세 구성을 도시한 정면도.

도 5는 도 4에서 도시하고 있는 플럭스공급라인의 평면도.

도 6은 도 1에서 도시하고 있는 플럭스회수라인의 상세 구성을 도시한 정면도.

도 7은 도 6에서 도시하고 있는 플럭스회수라인의 정면도.

도 8은 도 2,3에서 도시하고 있는 용접장치의 주요 구성부분을 상세히 도시한 부분 정면도.

도 9는 도 8에서 도시하고 있는 용접장치의 평면도.

도 10은 도 2,3에서 도시하고 있는 용접장치의 작동상태를 도시한 측면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

18: 솔레노이드 밸브 20: 호퍼

26: 용제공급호스 28: 용제박스

30: 흡입호스 34: 사이클론

42: 용접기 46: 용접봉

64a,64b: 레벨센서 68: 투사기

이하 본 고안의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

우선 본 고안에서 제안하고자 하는 용접장치의 개념을 살펴보면, 플럭스 공급라인과 플럭스 회수라인 및 서브머지드 용접기를 구비하여 작업자가 파이프의 내부에 들어가지 않고도 파이프의 내면을 균일하게 용접할 수 있는 자동 용접장치를제안하고자 하는 것이다.

본 고안의 실시 예에 따라 앞에서 제안한 자동 용접장치의 구성은 도 1 내지도 3에서 나타내고 있는 바와 같다. 상기 도면들을 참조하면, 본 고안에서 구현하고자 하는 용접장치는 파이프의 내면을 용접하기 위한 용접부, 바람직하게는 서브머지드 용접기와 상기 용접기로 플럭스를 공급하기 위한 플럭스공급라인 및 용접작업 수행시 파이프의 내면에 남아있는 잔여 플럭스를 회수하기 위한 플럭스회수라인으로 구성되며, 이러한 각 라인의 구성은 후술하는 도 4 내지 도 9의 상세 설명에의해 용이하게 이해될 것이다.

로드 타입으로 형성된 기둥(10)의 상단부에는 감속모터(12)가 설치되고, 상기 감속모터(12)에는 기둥(10)과 동일한 길이로 형성된 스크류봉(14)이 조립된다.그리고 상기 기둥(10)에는 감속모터(12)의 구동력에 의해 상/하로 이동하는 하우징(16)이 설치되고, 이 하우징(16)에는 한쌍의 롤러(11a,11b)가 양측으로 설치된다. 이때 상기 기둥(10)은 전술한 롤러(11a.11b) 사이에 설치되고, 상기 하우징(16)은 기둥(10)을 따라 상/하로 이동하게 된다. 또한 상기 하우징(16)의 후방으로는 제1 블로어(36) 및 제2 블로어(50)가 설치되고, 이들은 잔여 플럭스(45)를 회수하기 위한 흡입호스(30)와 플럭스(Flux)(45)를 공급하기 위한 용제공급호스(26)와 각각 연결된다.

즉, 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제2 블로어(50)에는 용제공급호스(26)가 설치되고, 상기 호스(26)를 통해 제2 블로어(50)로부터 발생하는 고압의공기와 용접을 위한 플럭스(45)가 이송된다. 상기 용제공급호스(26)에는 플럭스(45)가 충전되어 있는 용제공급장치(이하 '호퍼'라 함)(20)가 호스(60)로 연결되고, 상기 호퍼(20)의 내부에는 보온재(56)와 히터(58)가 내장되어 있다. 여기서 상기 히터(58)로 플럭스(45)를 가열하게 되면 수분이 증발되어 플럭스(45)가 용제공급호스(26) 안으로 원활히 공급되고 또한 상기 플럭스(45)가 엉겨 붙지 않는 장점이 있다.

상기 제2 블로어(50)와 호퍼(20) 사이에는 솔레노이드 밸브(18)가 설치되고,상기 밸브(18)는 제2 블로어(50)로부터 발생하는 공기압을 제어, 바람직하게는 후술하는 레벨센서(64a,64b)의 스위칭에 따라 공기압의 흐름을 제어한다. 상기 용제공급호스(26)의 끝부분에는 이송된 플럭스(45)가 충전되는 용제박스(28)가 설치되고, 상기 용제박스(28)의 내부 양측면에는 레벨센서(64a,64b)가 설치된다. 이때 상기 레벨센서(64a,64b)는 전술한 용제박스(28)에 플럭스(45)가 충전될 때 플럭스의수위를 감지하여 일정높이 이상이 되면 스위칭되어 솔레노이드 밸브(18)를 오프시킨다. 즉, 상기 레벨센서(64a,64b)는 용제박스(28) 내의 플럭스(45)를 항상 일정 수위까지 충전시켜주는 역할을 한다. 한편 전술한 용제박스(28)에는 개방부(78)가형성되어 있으며, 이는 제2 블로어(50)에서 발생하는 공기압을 외부로 배출, 바람직하게는 플럭스(45)를 이송시킨 다음 잔존하는 공기압을 외부로 배출시키기 위함이다.

한편, 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이 전술한 제1 블로어(36)의 일측으로는통상의 사이클론(34)이 파이프(38)에 의해 연결 설치되며, 상기 사이클론(34)에는잔여 플럭스(45)를 회수하기 위한 흡입호스(30)가 설치된다. 이때 상기 흡입호스(30)는 서브머지드 용접기(42)보다 앞쪽으로 위치하고 있으며, 이는 용접작업 후 파이프(118)의 내면 개선부(200) 주위에 남아있는 플럭스(45)를 말끔히 회수하기 위함이다. 부가적으로 사이클론(34)은 공기속에 현탁(懸濁)하고 있는 플럭스(45)를 분리시켜 외부로 배출시키는 역할을 한다. 이때 외부로 토출된 플럭스(45)는 재사용되어진다.

또 한편으로, 전술한 하우징(16)의 전방에는 전/후로 길게 신장된 아암(arm)(24)이 조립되고, 상기 아암(24)의 상측으로는 용접봉(46)을 보호하기 위한 파이프(22)가 설치된다. 이때 상기 용접봉(46)은 도 3에 도시한 릴(reel)(48)에 감겨져 있다. 그리고 상기 아암(24)의 끝부분에는 전술한 구성요소들과 통상의 서브머지드 용접기(42)가 위치하고 있으며, 또한 통상의 휠(32)이 설치되어 있다.

즉, 도 8과 도 9에 도시한 바와 같이 전술한 서브머지드 용접기(42)는 용제박스(28)와 연결되고, 또한 용접봉통과구멍(86)을 통해 용접봉(46)이 유입된다. 그리고 상기 서브머지드 용접기(42)의 후방으로는 레이저 빔 투사기(68)와 카메라(66)가 설치되며, 이러한 투사기(68)와 카메라(66)의 상세 구성 및 동작은 전술한 도 1을 참조하면 용이하게 이해될 것이다.

상기 투사기(68)는 파이프(118) 내면의 개선부(200)에 레이저빔을 조사하며,상기 카메라(66)는 개선부(200)에 조사되고 있는 레이저빔의 조사상태, 바람직하게는 레이저빔이 조사되고 있는 지점을 촬상한다. 모니터(704)는 상기 카메라(66)로부터 촬상된 영상 신호에 따라 레이저빔의 조사상태를 작업자가 육안으로 확인할 수 있도록 나타내며, 콘트롤러(706)는 전술한 서브머지드 용접기(42)가 좌/우로 이동할 수 있도록 서보모터(74)로 구동신호를 출력한다. 이때 상기 서보모터(74)의 구성 및 연결관계는 후술하는 도 9의 설명에 의해 용이하게 이해될 것이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 브라켓(76)에 고정 설치된 서보모터(74)에는 피니언(70)이 조립되고, 이 피니언(70)은 랙기어(72)와 맞물려 있으며. 상기 랙기어(72)는 지지대(84)에 의해 전술한 서브머지드 용접기(42)와 조립된다. 즉, 상기 서브머지드 용접기(42)는 전술한 서보모터(74)의 구동력에 의해 좌/우 방향으로 이동하게 된다.

끝으로, 전술한 파이프(118)는 레일(116)을 따라 이동하는 대차(100)에 놓여져 있으며, 상기 대차(100)의 구성은 전술한 도 2를 참조하면 명확하게 이해될 것이다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 대차(100)의 상단부에는 파이프(118)를안착시키기 위한 한쌍의 구동롤러(110)와 두쌍의 아이들 롤러(114)가 설치된다. 그리고 상기 대차(100)의 저면에는 대차를 전/후로 이동시키기 위한 감속모터(102)가설치되고, 또한 상기 구동롤러(110)를 회전시키기 위한 서보모터(106)가 설치된다.이때 상기 구동롤러(110)와 서보모터(106)는 체인(108)으로 서로 연결되어진다.

이하, 상기와 같은 구성을 가지는 자동 용접장치의 동작상태를 도 1 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2에 도시한 바와 같이 대차(100)에 파이프의 개선부(200)가 수직 하방에 위치토록 파이프(118)를 안착시킨 다음, 서보모터(106)를 작동시켜 파이프(118)의 개선부(200)가 수직 하방에 위치하도록 조절한다. 다음 감속모터(12)를 구동시켜 하우징(16)을 아래 또는 위로 이동시킨 다음, 도 10에 도시한 바와 같이 상기 파이프(100)의 내부로 아암(24)이 삽입되도록 상기 대차(100)를 이동시킨다.

이후, 상기 대차(100)는 약 1∼3cm/sec 정도의 속도로 전방으로 서서히 이동하게 되며, 이때부터 용접작업은 시작된다. 즉, 제2 블로어(50)는 일정한 공기압을발생하고 동시에 호퍼(20) 내에 충전된 플럭스(45)는 호스(60)를 통해 용제공급호스(26)로 유입된다. 이때 상기 용제공급호스(26)로 유입된 플럭스(45)는 제2 블로어(50)의 공기압에 의해, 바람직하게는 베르누이의 정리(Bernoulli's theorem)에 의해 강제적으로 용제박스(28)로 이송된다. 여기서 상기 공기압은 개방부(78)를 통해 외부로 배출되어진다.

다음, 상기 용제박스(28) 내부에 플럭스(45)가 어느 정도 충전되면, 바람직하게는 플럭스(45)의 수위가 높아지면 레벨센서(64a,64b)는 스위칭 '온'되고 이에따라 솔레노이드 밸브(18)는 오프되어진다. 그러면 상기 제2 블로어(50)로부터 발생하는 공기압은 차단되어지며, 이로 인해 플럭스(45)는 더 이상 용제박스(28) 내부로 유입되지 않게 된다.

이후, 계속되는 용접작업에 따라, 구체적으로는 플럭스(45)가 계속해서 공급됨에 따라 용제박스(28) 내의 플럭스(45)의 수위가 낮아지게 되며, 그로 인해 레벨센서(64a,64b)는 스위칭 '오프'되어 솔레노이드 밸브(18)는 온되어진다. 이에 따라제2 블로어(50)로부터 발생하는 공기압은 용제공급호스(26)로 유입되고 이와 동시 에 호프(20)로부터 공급된 플럭스(45)도 용제박스(28)로 유입된다.

한편, 파이프(118) 내면의 개선부(200)가 용접되고 난 부분에는 불필요한 플럭스(45)가 있으며, 바람직하게는 용접 부위에는 잔여 플럭스(45)가 덮여 있으며,이 잔여 플럭스(45)는 제1 블로어(36)에 의해 회수되어진다. 즉, 상기 제1 블로어(36)의 작동에 따라 흡입호스(30)는 잔여 플럭스(45)를 흡입하게 되며, 이어서 흡입된 플럭스(45)는 사이클론(34)에 의해 외부로 토출되고 이와 동시에 고압의 공기는 공기배출관(52)을 통해 외부로 배출된다. 이때 외부로 토출된 잔여 플럭스(45)는 다시 재 사용된다.

또 한편으로, 파이프(118)의 내면 개선부(200)에는 레이저빔이 투사되고, 작업자는 모니터(704)를 통해 레이저빔의 조사상태를 항상 확인하게 된다. 이때 투사기(68)로부터 조사된 레이저빔이 개선부(200)를 벗어나게 되면 작업자는 콘트롤 패널의 노브를 조작하며, 이 노브의 조작에 따라 콘트롤러(706)는 서보모터(74)를 구동시킨다. 이어서 상기 서보모터(74)의 구동력은 피니언(70)에 전달되고, 상기 피니언(70)과 맞물려 있는 랙기어(72)는 안내봉(82)을 따라 이동하게 된다. 이때 전술한 서브머지드 용접기(42)는 랙기어(72)의 작동에 따라 좌/우 방향으로 이동하게되며, 이에 따라 도 10에 도시한 바와 같이 파이프(118) 내면의 개선부(200)는 정확하게 용접되어진다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 고안은 파이프의 내면을 자동으로 용접할 수있기 때문에 질식사 등의 안전사고 및 직업병 등을 예방할 수 있는 이점이 있다. 또한 직경이 작은 파이프의 용접시에도 작업자의 수작업에 의존하지 않기 때문에 작업 능률과 생산성을 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

특히, 본 고안의 용접장치는 정밀한 용접을 할 수 있으며, 이는 용접부의 품질을 높일 뿐만 아니라 파이프의 균열현상을 방지할 수 있는 상승된 효과가 있다.

Claims (5)

1. 파이프(118) 내면의 개선부(200)를 자동으로 용접하는 장치에 있어서,

   플럭스(45)가 충전되어 있는 호퍼(20)와;

   상기 호퍼(20) 내의 플럭스(45)를 소정의 공기압으로 이송시키는 제2 블로어(50)와;

   상기 이송된 플럭스(45)와 용접봉(46)으로 상기 파이프(118)의 개선부(200)를 용접시키는 용접기(42)와;

   상기 용접기(42)의 일측으로 설치되며, 상기 개선부(200) 주위에 남아있는 잔여 플럭스(45)를 회수하기 위한 흡입호스(30)와;

   상기 흡입호스(30)와 연결되며, 소정의 공기압으로 상기 잔여 플럭스(45)를흡입하는 제1 블로어(36)와;

   상기 제1 블로우(36)와 연결 설치되며, 상기 흡입호스(30)로부터 회수되는 잔여 플럭스(45)를 외부로 토출하는 사이클론(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는파이프의 내면 용접장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 용접장치는

   상기 용접기(42)의 후방으로 설치되어 레이저빔을 조사하는 투사기(68)와,

   상기 투사기(68)의 후방으로 설치되어 상기 레이저빔의 조사상태를 촬상하는카메라(66)와,

   상기 카메라(66)로부터 찰상된 영상 신호에 따라 레이저빔의 조사상태를 나타내는 모니터(704)와,

   상기 모니터(704)에 나타난 레이저빔의 조사상태에 따라 상기 용접기(42)의위치 제어를 위한 구동신호를 출력하는 콘트롤러(706)와,

   상기 콘트롤러(706)로부터의 구동신호를 입력받아 상기 용접기(42)를 좌/우로 이동시키는 서보모터(74)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프의 내면 용접장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 호퍼(20)와 제2 블로어(50)는 용제공급호스(26)로 연결되며, 상기 용제공급호스(26)에는 상기 제2 블로어(50)에서 발생하는 공기압의 흐름을 차단시키기위한 솔레노이드 밸브(18)가 설치되고, 상기 용제공급호스(26)의 끝부분에는 이송된 플럭스(45)를 충전하는 용제박스(28)가 설치됨을 특징으로 하는 파이프의 내면용접장치 .
4. 제3항에 있어서, 상기 용제박스(28)에는 플럭스의 충전량에 따라 상기 솔레노이드 밸브(18)를 제어하는 레벨센서(64a,64b)가 설치됨을 특징으로 하는 파이프 내면 용접장치.
5. 제1항 내지 제4항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 용접기(42)는 서브머지드 용접기 임을 특징으로 하는 파이프의 내면 용접장치.