KR20020086986A

KR20020086986A - 배관 용접용 이면대기쇠와 그 이송장치 및 이를 이용한아크 용접장치

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Publication number: KR20020086986A
Application number: KR1020010026018A
Authority: KR
Inventors: 조재호; 고영구
Original assignee: 조재호; 고영구
Priority date: 2001-05-12
Filing date: 2001-05-12
Publication date: 2002-11-21

Abstract

본 발명은 배관을 맞대어 용접하는 경우에 사용되는 이면대기쇠와 이의 위치를 조절하는 이송장치 및 이를 이용한 아크 용접장치에 관한 것이다.

Description

배관 용접용 이면대기쇠와 그 이송장치 및 이를 이용한 아크 용접장치{backing strip for welding pipe, the backing strip feed apparatus and arc welding apparatus for use with the backing strip apparatus}

종래 배관을 맞대어 용접하기 위해서는 외면 용접만을 행하든지 또는 외면용접과 내면용접을 병행하여 실시해 왔다. 외면 용접만을 행하는 경우에는 용접강도가 부족할 수 있어 품질의 불량을 발생시킬 수 있다.

이를 해소하기 위해, 외면 용접토치와 내면 용접토치를 각각 배관의 용접부 내면과 외면에 설치하여 용접을 행함으로써, 소정의 용접강도를 달성할 수 있다.

그러나, 내면 용접을 행하게 되면 그 만큼 용접을 행하는데 시간이 걸려 용접효율이 떨어지고, 내면 용접토치의 설치를 위한 부수적인 장치가 소요되어 설치비용이 고가일 수 있다.

전술한 내면 용접을 대체할 수 있는 종래의 배관 맞대기 용접용 이면대기쇠로서 예컨대, 일본국 특개평11-158866호 공보에 개시한 것이 제안되고 있다.

도 1은 종래 이면대기쇠의 사용시의 분해 사시도이고, 도 2는 종래 이면대기쇠의 변형예의 사용시의 일부 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 이면대기쇠(10)는 길이방향으로 맞댄 양쪽 강관(17,17)의 각 단부의 내주면에 감입되는 원통체(11)로 이루어지고, 원통체(11)의 외주면에 양쪽 강관(17,17)의 개구단면 상호간에 개재되는 돌기(12)를 원주방향에 적당한 간격을 두고 소정의 개수가 설치되어 있다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 원통체(11)의 한쪽 단부로부터 돌기(12)까지의 범위의 원통부분(15)의 외경과 다른쪽의 단부로부터 돌기(12)까지의 범위의원통부분(16)의 외경과의 크기에 차이를 보완링(21)을 사용하여 그 차이를 극복하는 구성을 채용하고 있다.

그러나, 전술한 이면대기쇠는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 이면대기쇠가 양쪽 강관에 삽입된 상태에서 용접이 이루어짐으로써, 재사용할 수 없다.

둘째, 이면대기쇠의 외경이 강관의 내경보다 클 경우에는 삽입이 불가능하여, 강관의 내경에 따라 이면대기쇠를 제작하여야 한다.

셋째, 양쪽 강관의 내경 차이가 있는 경우에 별도의 보완링을 부착시켜야 하는 번거로움이 있고, 또한, 그 차이가 비선형적일 경우에는 보완링의 제작에 상당한 어려움이 있을 수 있다.

넷째, 이면대기쇠는 통상 강관말뚝의 연결을 위한 것으로, 용접부의 위치가 수직하여 수직 자세로 용접을 행해야 한다. 따라서, 용융금속이 중력에 의해 아래쪽으로 흘러 내려 용접효율이 저하됨과 동시에 용입 불량에 의한 품질 불량이 생길 수 있고, 또한 용접강도가 부족할 수 있다.

다른 한편, 용접부의 용접특성을 우수하게 하기 위해 플럭스를 이용한 서브머지드 아크 용접을 행할 수 있다. 서브머지드 아크 용접법은 공지된 바와 같이, 25mm 이상의 후판(피용접물)을 우수한 기계적 성질과 높은 용접효율로 접합하는 용접법이다. 이를 달성하기 위하여, 용접전류는 통상 와이어 직경이 2.4 내지 8mm에서 200 내지 2000A가 사용되고 있다.

그러나, 이 서브머지드 아크 용접장치로는 산업현장(배관라인)에서 주로 많이 사용되는 두께가 얇은 배관, 예컨대 6 내지 15mm의 두께를 갖는 배관을 접합하기가 부적합하다. 그 이유는 용접전류가 과대하여 얇은 배관의 접합부를 지나치게 용융시킬 수 있기 때문이다.

한편, 서브머지드 아크 용접은 플럭스(용제)가 접합부를 덮고 있어서, 외부에서 와이어의 용적을 확인할 수 없다. 더욱이, 내면용접을 할 때에도 관찰이 불가능하다. 따라서, 용접성을 향상시키기 위해서는 용접전류가 안정적으로 용접토치에 제공되어야 한다.

이를 위해, 통상 용접전원장치와 용접토치 사이, 보다 상세하게는 용접전원장치에 가까운 위치의 토치전원공급케이블에 전류측정센서가 설치되어 있다. 이 전류측정센서는 용접토치에 제공되는 전류값을 제어기에 신호로 입력시킨다. 이 입력된 값을 작업자가 확인하여 작업조건에 맞도록 조정한다.

그러나, 토치전원공급케이블에는 전류가 흐르고 있어, 그 주위에 자성을 띠게 할 수 있는 물체가 놓여있는 경우에는 자장이 발생한다. 이에 의해, 토치전원공급케이블에서 용접토치로 공급되는 용접전류가 교란하여 실제작업에 필요한 용접전류를 제공하지 못할 수 있다. 특히, 내면용접을 하는 경우에는 배관과 용접토치간의 극성으로 반드시 자장을 발생시킴으로써, 용접성이 불량해질 수 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 양쪽 배관의 내경 차이에 상관없이 반복 사용이 가능한 이면대기쇠를 이용하여 배관의 용접을 아래보기 자세로 간단히 행할 수 있는 구조를 구비한 배관 용접용 이면대기쇠 이송장치와 이를 이용한 아크 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 얇은 두께의 배관을 간단히 접합시킬 수 있도록 한 배관 접합용 아크 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 용접장치의 구조를 간소화시킴과 동시에 용접전류를 안정적으로 제공할 수 있도록 한 배관 접합용 아크 용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 설치와 제거를 간단히 행할 수 있는 구조를 구비한 이면대기쇠를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 이면대기쇠의 사용시의 분해 사시도.

도 2는 종래 이면대기쇠의 변형예의 사용시의 일부 단면도.

도 3은 본 발명의 제1실시예를 설명하기 위한 구성도.

도 4는 도 3의 용접토치를 확대 도시한 정면도.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이면대기쇠를 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 이면대기쇠를 도시한 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100,100' : 배관200 : 작업대

210,210' : 롤러230 : 가압롤러

231 : 피스톤233 : 실린더부

250 : 회전감속기270 : 회전장치

300 : 외면용접기310 : 용접토치

311 : 전류측정센서312 : 가이드

313 : 플럭스 공급부315 : 클램프

316 : 체결부317 : 조절나사

320 : 용접토치 이송수단321 : 컬럼

323 : 슬라이딩부325 : 나사축

327 : 연결바330 : 와이어 송급기

331 : 와이어333 : 릴

335 : 와이어 피이더 350 : 플럭스 호퍼

351 : 공급호스353,353' : 흡입호스

400,400a,400b : 이면대기쇠411,411b : 냉각수 유입구

413,413b : 냉각수 유출구420b : 원판

425b : 개구430b : 쐐기

450 : 냉각장치451 : 급수호스

453 : 배수호스500 : 이면대기쇠 이송장치

530 : 횡방향 이송수단531 : 지지대

533 : 슬라이딩 바535 : 고정부재

550 : 높이조절수단551 : 이송나사부

553 : 높이조절부555 : 핸들

600 : 용접전원기700 : 제어기

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배관 접합용 아크 용접장치는 접합될 배관을 회전시키며 지지하는 롤러; 상기 배관을 가압하는 가압롤러; 용접토치; 상기 용접토치를 상기 배관의 외면 접합부 상에 위치 고정시키는 용접토치 이송수단; 상기 용접토치를 통해 상기 외면 접합부로 와이어를 송급하는 와이어 송급기; 이면대기쇠; 상기 이면대기쇠를 상기 배관의 내면 접합부에 위치 고정시키도록 상기 배관의 횡방향을 따라 이송시키는 횡방향 이송수단; 상기 배관, 상기 용접토치, 상기 와이어 송급기에 전원을 인가하는 용접전원기; 상기 롤러의 작동과 상기 용접전원기의 전원을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어지되, 상기 이면대기쇠의 높이를 조절하는 높이조절수단을 더 구현할 수 있다.

전술한 구성에서, 상기 용접토치의 측부에 형성된 플럭스 공급부를 통해 플럭스를 공급하고 상기 배관의 접합부에 쌓인 플럭스를 회수하는 플럭스 호퍼를 더포함하며, 상기 제어기는 상기 플럭스 호퍼의 작동을 더 제어하며, 상기 용접전원기의 용접전류를 90암페어 내지 180암페어의 범위 내에서 상기 용접전원기의 전원을 제어함으로써, 6 내지 15mm의 얇은 두께의 배관을 양호하게 용접할 수 있다.

또한, 상기 용접토치에는 상기 용접토치 이송수단에 연결되는 체결부와 상기 체결부의 조임 정도를 조절하는 조절나사를 갖는 클램프가 장착되며, 상기 클램프는 상기 용접전원기의 용접전류를 인가 받으며,

상기 클램프에는 전류측정센서가 부착되며, 상기 제어기는 상기 전류측정센서로부터 전류값을 입력받아 상기 용접전원기의 전류값을 제어하여 안정적인 용접전류를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 이면대기쇠는 단차진 외주면과 상기 외주면의 일부가 단락되어 개구가 형성된 원판; 상기 개구를 통해 삽탈될 쐐기를 포함하여 이루어짐으로써, 이면대기쇠의 이송장치가 간소화될 수 있다.

본 발명의 또다른 특징에 따른 이면대기쇠 이송장치는 안내부가 형성된 지지대; 단차진 이면대기쇠를 지지하면서 상기 안내부를 따라 횡방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩 바; 상기 슬라이딩 바를 상기 지지대에 고정시키는 고정부재를 포함하여 이루어진다.

전술한 바와 같은 이면대기쇠의 단차 간격은 2 내지 4mm로 두는 것이 배관의 회전에 방해를 주지 않으면서 용융금속의 내부 유출을 방지할 수 있으며, 또한, 상기 이면대기쇠의 내부로 냉각수가 순환할 수 있도록 유입구와 유출구가 설치되는 것이 상기 이면대기쇠의 열에 의한 변형을 방지할 수 있다. 이러한 냉각수의 순환을 상기 제어기로 제어하도록 구성되어 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 이면대기쇠 이송장치는 안내부가 형성된 지지대; 이면대기쇠를 지지하면서 상기 안내부를 따라 횡방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩 바; 상기 슬라이딩 바를 상기 지지대에 고정시키는 고정부재; 상기 지지대의 높이를 조절하는 높이조절부; 상기 지지대와 상기 높이조절부 사이에 설치되어 상기 높이조절부의 작용에 따라 상기 지지대를 이송시키는 이송나사부를 포함하여 이루어짐으로써, 단차가 없는 이면대기쇠를 사용할 수 있다.

통상 배관을 아래보기 자세로 용접하기 위해서는 통상 배관과 배관을 회전하는 롤러에 수평하게 설치한 후에 용접을 행한다. 이때, 배관과 배관이 하나는 직관이고 다른 하나는 곡관인 경우에는 통상 가용접을 통해 임시 접합시킨 후에 직관을 롤러 상에 설치한다. 그런데, 가용접을 할 때 배관과 배관의 중심축을 일치시키기가 상당히 어렵다. 따라서, 중심축간의 허용 편차가 1.6mm를 벗어나지 않도록 규정되어 있다. 이러한 편차와 피용접물의 회전에 인해, 접합부 내면에 이면대기쇠 대신에 별도의 용접토치로 내면 용접을 행하고 있다.

이에 본 발명자는 상기 편차를 허용하면서 원활히 회전시킬 수 있는 이면대기쇠를 연구한 결과 본 발명을 완성할 수 있게 되었다. 즉, 통상의 이면대기쇠를 횡방향과 종방향으로 이송시킬 수 있는 이송수단과 연계시킴으로써, 편차에 따른 불안전한 회전을 극복시킬 수 있었다. 특히, 횡방향 이송수단에 의해 이면대기쇠를 이동시키는 경우에는 이면대기쇠의 상면을 배관의 내벽에 댄 상태에서 접합부까지 이동시키는 것이 바람직하다. 이때, 편차의 허용하도록 그 상면을 단차지게 형성하되, 용융금속이 내부로의 유출을 방지하는 동시에 편차에 따른 회전방해작용을 해소시킬 수 있는 단차 간격은 2 내지 4mm, 바람직하게는 3mm로 사용하면 된다는 조건을 찾아내었다.

한편, 현재 사용되고 있는 배관 접합용 아크 용접장치는 전술한 바와 같이 두께가 얇은 배관의 접합이 곤란하고 용접전류의 부정확한 측정에 따른 용접결함이 생기는 문제점을 노출하고 있다.

따라서, 본 발명자는 용접성이 우수한 서브머지드 아크 용접을 얇은 두께의 배관을 접합할 수 있는 구조를 연구한 결과 본 발명에 이르게 되었다. 즉, 얇은 두께의 배관을 접합할 때 통상의 서브머지드 아크 용접에서 사용하는 대용량의 용접전류 대신 저용량의 용접전류를 사용하면, 두께가 얇은 배관도 기계적 성질이 우수하게 접합할 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성할 수 있게 되었다. 이러한 용접전류는 배관의 두께가 6 내지 15mm인 경우 90 내지 180암페어를 사용하면 된다는 조건을 찾아내었다.

또한, 전원공급케이블에 작용하는 외부간섭으로 전류측정에 많은 오차가 있다는 점에 착안하여, 용접을 행하는 가장 가까운 용접토치에 전류측정센서를 부착함으로써, 용접전류의 오차에 따른 용접결함을 줄일 수 있다는 것을 찾아냈었다. 이 전류측정센서를 부착하면서 용접전류를 인가 받을 뿐 아니라 용접토치를 고정하는 역할을 하는 전도체의 클램프를 용접토치에 장착하는 구성을 채택하였다.

이하, 본 발명에 관한 바람직한 실시형태를 첨부도면에 따라 설명한다.

실시예 1

도 3은 본 발명의 제1실시예를 설명하기 위한 구성도이고, 도 4는 도 3의 용접토치를 도시한 정면도이다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치는 크게 배관(100.100'), 작업대(200), 외면용접기(300), 이면대기쇠(400), 이면대기쇠 이송장치(500), 용접전원기(600), 제어기(700)로 구성된다.

전술한 구성에서, 배관(100,100')의 접합부에는 통상 소요개선각도로 형성된 홈이 형성되어 있다. 배관(100)과 배관(100')은 본 실시예에서 미리 가용접을 행하여 연결된 상태에서 직관인 배관(100)을 후술된 작업대(200)에 설치하여 용접을 행한다. 또한, 배관과 배관이 모두 직관인 경우에는 양쪽 배관을 각각의 롤러에 설치한 상태에서 용접을 행할 수 있음은 자명하다 할 것이다. 본 실시예에서는 전술한 작업대를 기준으로 설명한다.

작업대(200)는 가용접된 배관(100')이 연결된 배관(100)의 하면을 지지하면서 회전시키는 한 쌍의 롤러(210)(210')와 배관(100)의 이탈을 방지하도록 배관(100)의 상면을 가압하면서 회전하는 가압롤러(230)로 구성된다. 롤러(210,210')의 회전수는 배관(100,100')의 용접속도와 관련되어, 이를 조절할 수 있도록 회전감속기(250)의 회전축에 결합되어 있다. 이 회전감속기(250)는 모터(미도시)와 동력전달장치(미도시) 등이 내장된 회전장치(270)를 통해 작동된다. 회전장치(270)의 온/오프는 제어기(700)에서 이루어진다. 가압롤러(230)는 피스톤(231)에 설치되며 이 피스톤(231)은 실린더부(233) 내에서 상하로 이동된다. 실린더부(233)는 미도시된 공압라인을 통해 실린더부(233) 내부로 일정 압력의 공기를 주입하고, 이 공기압이 피스톤(231)에 압력을 가한다. 따라서, 피스톤(231)에 연결된 가압롤러(230)는 배관(100)을 누르며 압력을 가하게 된다.

외면용접기(300)는 크게 용접토치(310)와 와이어 송급기(330)로 구성된다.

전술한 용접토치(310)에는 도 2에 도시한 바와 같이, 통상의 아크 용접토치와 마찬가지지로 그 중심에는 와이어(331)를 접합부로 안내하는 가이드(312)가 형성되어 있다. 그리고, 용접토치(310)를 외면 접합부에 위치 고정된 상태에서 용접 작업을 행하도록 후술된 용접토치 이송수단(320)이 필요한데, 이를 위해 클램프(315)가 용접토치(310)에 장착되어 있다. 클램프(315)는 후술된 연결바(327)와 체결되도록 체결부(316)가 있으며, 이 체결부(316)의 조임 정도는 조절나사(317)에 의해 이루어진다. 또한, 조절나사(317)는 후술된 용접전원기(600)와 전기적으로 접속되는 부분이기도 하다. 따라서, 클램프(315)는 용접토치(310)를 고정하고 용접전원기(600)와 전기적으로 접속되어 와이어(331)에 전류를 인가하면서 전류를 측정하는 전류측정센서(311)가 더 부착되어 있다.

그리고, 용접토치 이송수단(320)으로는 컬럼(321), 컬럼(321)을 따라 상하 이동하는 슬라이딩부(323), 슬라이딩부(323)가 컬럼(321)의 소정 위치에 고정시키는 나사축(325), 슬라이딩부(323)와 용접토치(310)를 연결하는 연결바(327)로 구성된다. 연결바(327)는 용접토치(310)에 장착된 클램프(315)의 체결부(316)에 체결된다.

한편, 용접 접합부의 기계적 성질이 양호한 서브머지드 아크 용접을 행하기 위해서는 접합부 상에 플럭스를 공급하거나 회수할 수 있는 플럭스 호퍼(350)를 설치함으로써 이루어질 수 있다. 이를 위해 용접토치(310)에는 플럭스 공급부(313)가 형성되며, 이 플럭스 공급부(313)와 플럭스 호퍼(350)를 연결하는 공급호스(351)를 통해 플럭스의 공급이 이루어진다. 용접이 끝난 후, 접합부 상에 쌓인 플럭스를 회수하기 위한 흡입호스(353)가 플럭스 호퍼(350)에 연결되어 있다. 또한, 배관 내부에 플럭스가 쌓이는 경우를 대비하여 흡입호스(353')을 설치할 수 있다.

와이어 송급기(330)는 와이어(331)가 감긴 릴(333)과 와이어(331)를 용접토치(310)를 통해 접합부로 송급하는 와이어 피이더(335)로 구성된다. 와이어 피이더(335)는 모터(미도시)의 회전속도(즉, 송급속도)에 따라 구동하는 롤러에 의해 접합부에 와이어(331)를 송급한다.

이면대기쇠(400)는 통상 동판으로 제작되며, 그 상면은 배관의 내면에 잘 밀착되도록 원호형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 용접열원에 의한 변형을 방지하기 위하여, 이면대기쇠(400)에는 냉각수가 순환할 수 있도록 냉각수 유입구(411)와 냉각수 유출구(413)가 설치될 수 있다. 이 냉각수 유입구(411)와 유출구(413)는 급수호스(451)와 배수호스(453)를 통해 냉각장치(450)와 연결되어 있다. 유입구(411)와 유출구(413)는 냉각수 순환로(미도시)가 형성된 판에 설치되며, 이 판을 이면대기쇠(400)의 하면에 용접 등의 방법으로 부착하는 것이 바람직하다.

이면대기쇠 이송장치(500)는 크게 횡방향 이송수단(530)과 높이조절수단(550)으로 구성된다. 횡방향 이송수단(530)으로는 안내부(미도시)가 형성된 지지대(531), 이면대기쇠(400)를 지지하면서 상기 안내부를 따라 횡방향(배관의 길이방향)으로 슬라이딩하는 슬라이딩 바(533), 슬라이딩 바(533)를지지대(531)에 고정시키는 고정부재(535)로 구성된다. 슬라이딩 바(533)는 적어도 배관(100)의 횡방향의 길이보다 길게 제작되는 것이 바람직하고, 이에 의해 배관(100,100')의 회전에 의해 이면대기쇠(400)에 충격을 가하여도 어느 정도 변형이 가능하여 충격을 보상할 수 있다. 고정부재(535)로는 슬라이딩 바(533)를 눌러 마찰에 의해 고정시키는 나사축이 사용될 수 있다.

한편, 높이조절수단(550)은 지지대(531)의 높이를 조절하기 위한 수단으로서, 지지대(531)의 하면에 일측이 결합된 이송나사부(551)와 이송나사부(551)의 타측에 연결된 높이조절부(553)로 구성된다. 높이조절부(553)는 통상의 이송나사부(551)의 나사와 핸들(555)과 연결된 워엄(미도시)을 이용하여 이송나사부(551)의 이송거리(즉, 지지대의 높이)를 조절할 수 있다.

이와 같이, 횡방향 이송수단(530)과 높이조절수단(550)을 통해서, 배관간의 어긋남, 배관의 길이나 직경에 상관없이 접합부의 내면에 밀착시킬 수 있게 된다.

용접전원기(600)는 와이어(331)와 배관(100) 사이에 전류를 통전시켜 아크가 발생하도록 전원을 인가하고, 와이어 피이더(335)에도 전원을 인가한다. 특히, 6 내지 15mm의 두께를 갖는 배관을 용접할 때에는 용접전원기(600)의 용접전류를 90 내지 180암페어의 범위 내에 있도록 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, 서브머지드 아크 용접을 행하되, 반드시 고가의 서브머지드 아크 용접용 전원기를 사용하지 않더라도, 통상의 아크 용접장치, 예컨대 MIG, TIG, CO₂용접장치에서 손쉽게 얻을 수 있다. 따라서, 용접의 범용성이 있다. 이러한 얇은 두께의 배관을 용접할 경우에는 와이어(331)의 직경이 1 내지 2mm를 사용하는 것이 바람직하다.

제어기(700)는 용접전원기(600)를 온/오프 시키고, 용접 중에 용접전류와 용접전압의 변동을 확인하고 제어할 수 있도록 전류계와 노브, 전압계와 노브가 장착되어 있다. 또한, 제어기(700)는 롤러(210,210'), 플럭스 호퍼(350)에서의 플럭스 공급 및 회수를 위한 전원을 제어할 수 있는 스위치가 장착되어 있다.

한편, 용접토치(310)의 클램프(315)에 전류측정센서(311)를 부착할 수 있다. 따라서, 용접을 행하는 근처에 전류측정센서(311)가 있어서, 용접전류의 측정을 보다 정밀히 할 수 있어 용접성을 향상시킬 수 있다.

이 전류측정센서(311)는 제어기(700)로 신호를 보내고, 이 신호는 전류계에 표시된다. 이 표시된 전류값을 작업자가 확인하여 전류계 노브를 조작하여 용접전류가 90 내지 180암페어 범위 내에 들도록 제어할 수 있다.

실시예 2

전술한 실시예 1의 이면대기쇠(400)는 상면이 평탄한 구조를 취하고 있어서, 횡방향 이송수단(530)과 높이조절수단(550)을 구비하고 있다. 그런데, 이면대기쇠를 배관의 상부 내벽에 먼저 밀착시킨 후 접합부까지 이송시킨다면 높이조절수단(550)을 생략하여도 무방할 것이다. 그런데, 횡방향 이송수단(530)만으로 이면대기쇠를 이송시킨다면, 양쪽 배관의 중심축에 편심이 생길 경우 한쪽 배관의 내벽을 따라 이송하는 이면대기쇠의 선단부가 다른쪽 배관에 걸려 이면대기쇠(400)를 접합부에 정확히 위치시키기가 곤란할 수 있다.

이를 해소하기 위한 이면대기쇠(400a)가 도 5에 도시된 바와 같이 제시되어있다. 전술한 실시예 1의 이면대기쇠와 거의 유사하지만, 이면대기쇠의 상면을 단차지게 형성함으로써, 진행에 방해를 받지 않고 접합부에 용이하게 위치시킬 수 있다는 점에 차이가 있다. 이때, 단차 간격(또는 단차 깊이)을 2 내지 4mm, 특히 3mm로 두는 것이 바람직한데, 그 이유는 2mm 미만인 경우에는 전술한 바와 같이 이면대기쇠의 진행에 방해받을 수 있고, 5mm 이상일 경우에는 용융금속이 배관 내부로 유출될 수 있기 때문이다.

이상과 같이, 단차진 이면대기쇠(400a)를 사용함으로써, 이송장치의 구조가 간소화될 수 있다.

실시예 3

전술한 실시예 1 및 2에 있어서, 이면대기쇠(400,400a)는 이송장치에 의해 접합부에 위치 고정된다. 그런데, 접합될 배관이 모두 곡관인 경우에는 이송장치를 사용하여 이면대기쇠를 접합부에 위치시킨다는 것은 상당히 어려울 수 있다.

이러한 곡관간에 설치 분해하기가 간단한 이면대기쇠(400b)가 도 6에 도시되어 있다.

이 이면대기쇠(400b)는 도 6에 도시한 바와 같이, 실시예 1 및 2의 이면대기쇠와 달리 외주면이 단차진 원판(420b)으로 구성되되, 원판(420b)의 일부가 단락되어 있다는 점에 차이가 있다. 이와 같이 열린 단면의 원판(420b)을 사용하는 이유는 원판의 탄성변형에 의해 배관의 내면에 손쉽게 부착시키거나 탈락시킬 수 있도록 하기 위함이다. 이러한 탄성변형을 작용시키기 위해 단락된 개구(425b) 사이에 쐐기(430b)를 삽탈시킬 수 있다.

즉, 쐐기(430b)가 삽입되면, 원판(420b)은 벌어지면서 벽면에 완전 밀착 고정됨으로써 용접효율을 향상시킬 수 있고, 쐐기(430b)를 빼내면, 원판(420b)의 제거가 용이해 질 수 있다.

또한, 원판(420b)를 냉각시킬 수 있는 냉각수 유입구(411b)와 유출구(413b)가 설치될 수 있는데, 이 경우에는 원판의 내주면에 설치되는 것이 바람직하다.

이의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 단차진 상면이 접합부에 위치하도록 단차가 지지 않은 상면을 한쪽 배관 단부의 내면에 부착시킨다. 그리고, 개구(425b)를 통해 쐐기(430b)를 받으면 원판(420b)은 벌어지면서 벽면에 완전히 밀착시킨다.

다른 한쪽의 배관을 이면대기쇠(400b)가 끼워진 배관에 연결한 후 가용접을 행한다. 이때, 쐐기(430b)가 있는 쪽의 접합부가 가용접되는 것이 바람직하다. 그 이유는 쐐기(430b)에는 단차가 지지 않아서 쐐기(430b)와 접합부 내면사이의 공간간격이 클 때, 예컨대 5mm 이상이 되면 용융금속이 내부로 유출될 수 있기 때문이다. 물론 단차진 쐐기를 제작할 수 있음은 자명하다 할 것이다.

이렇게 임시적으로 연결된 배관을 전술한 롤러에 설치하고, 용접작업을 행하면 된다.

용접작업이 끝난 후에는 원판(420b)과 쐐기(430b)를 빼내어야 하는데, 이를 위해 와이어나 끈 등의 인출수단을 원판과 쐐기에 연결하고 이것을 배관 밖으로 꺼내 놓으면, 용접작업이 끝난 후 먼저 쐐기(430b)와 연결된 인출수단(미도시)을 잡아 당겨 쐐기(430b)를 빼내고, 이후 같은 방식으로 원판(420b)을 뻬내면 된다.

이와 같이, 원판 형태의 이면대기쇠(400b)를 사용함으로써, 곡관과 곡관의 접합에 매우 유용할 수 있다. 물론, 쐐기를 사용하지 않고 완전한 원판을 사용하는 것도 가능함은 자명하다 할 것이다.

본 발명의 배관 용접용 이면대기쇠와 그 이송장치 및 이를 이용한 아크 용접장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명백하듯이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 이면대기쇠 횡방향 이송수단을 사용함으로써, 아래보기 자세로 외면용접을 통해 원하는 용접강도를 얻을 뿐만 아니라 이면대기쇠의 반복 사용이 가능하다.

둘째, 상면이 단차진 이면대기쇠를 사용함으로써, 배관간의 중심축에 편심이 있더라도 단차로 인해 타측 배관에 걸리지 않고 접합부에 정확히 위치시킬 수 있다.

셋째, 2 내지 4mm의 간격으로 단차진 이면대기쇠를 사용함으로써, 배관의 중심 편차를 극복하는 동시에 배관 내부로의 용융금속 유출을 방지할 수 있어, 용접효율과 용접강도를 향상시킬 수 있다.

넷째, 이면대기쇠의 높이조절수단을 사용함으로써, 배관간의 어긋남이나 배관의 직경의 차이에도 불구하고 단차가 지지 않은 이면대기쇠를 사용할 수 있다.

다섯째, 일부가 단락되어 탄성변형 가능한 단차진 원판과 쐐기를 사용함으로써, 곡관간의 접합에 매우 유용할 뿐만 아니라 별도의 이송장치가 불필요하여 용접장치가 간소화될 수 있다.

여섯째, 이면대기쇠에 냉각수 유입구와 유출구가 설치됨으로써, 용접열원에 의한 이면대기쇠의 변형을 방지할 수 있다.

일곱째, 90 내지 180암페어의 용접전류와 플럭스를 사용하여 서브머지드 아크 용접을 행할 수 있기 때문에, 두께가 6 내지 15mm의 얇은 배관의 접합부가 우수한 기계적 성질을 갖도록 접합시킬 수 있다.

여덟째, 90 내지 180 암페어의 용접전류를 제공할 수 있는 용접장치는 통상의 아크 용접장치로 이용할 수 있어 범용성이 있다.

아홉째, 용접토치에 전류측정센서를 부착하였기 때문에, 외부간섭에 거의 영향을 받지 않아 용접전류의 변동에 따른 적절한 조치가 제어기에서 이루어질 수 있다. 따라서, 용접전류의 에러 발생을 줄일 수 있어, 안정적으로 용접을 행할 수 있다.

열째, 용접토치를 고정하고 용접전류를 인가 받으며 전류측정센서가 부착된 클램프를 사용함으로써, 용접장치의 구조를 간소화시킬 수 있다.

Claims

접합될 배관을 회전시키며 지지하는 롤러;

상기 배관을 가압하는 가압롤러;

용접토치;

상기 용접토치를 상기 배관의 외면 접합부 상에 위치 고정시키는 용접토치 이송수단 ;

상기 용접토치를 통해 상기 외면 접합부로 와이어를 송급하는 와이어 송급기;

이면대기쇠;

상기 이면대기쇠를 상기 배관의 내면 접합부에 위치 고정시키도록 상기 배관의 횡방향을 따라 이송시키는 횡방향 이송수단;

상기 배관, 상기 용접토치, 상기 와이어 송급기에 전원을 인가하는 용접전원기;

상기 롤러의 작동과 상기 용접전원기의 전원을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어진 배관 접합용 아크 용접장치.
제 1항에 있어서, 상기 이면대기쇠의 높이를 조절하는 높이조절수단을 더 포함하여 이루어진 배관 접합용 아크 용접장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 용접토치의 측부에 형성된 플럭스 공급부를 통해 플럭스를 공급하고 상기 배관의 접합부에 쌓인 플럭스를 회수하는 플럭스 호퍼를 더 포함하며,

상기 제어기는 상기 플럭스 호퍼의 작동을 더 제어하며, 상기 용접전원기의 용접전류를 90암페어 내지 180암페어의 범위 내에서 상기 용접전원기의 전원을 제어하되,

상기 접합될 배관의 두께는 6 내지 15mm 인 것을 특징으로 하는 배관 접합용 아크 용접장치.
제 1항에 있어서, 상기 이면대기쇠는 단차진 평판인 것을 특징으로 하는 배관 접합용 아크 용접장치.
제 4항에 있어서, 상기 이면대기쇠의 단차 간격은 2 내지 4mm인 것을 특징으로 하는 배관 접합용 아크 용접장치.
제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 이면대기쇠에는 상기 이면대기쇠의 내부로 냉각수가 순환할 수 있도록 유입구와 유출구가 설치되며,

상기 제어기는 상기 냉각수의 순환을 제어하는 것을 특징으로 하는 배관 접합용 아크 용접장치.
제 1항에 있어서, 상기 용접토치에는 상기 용접토치 이송수단에 연결되는 체결부와 상기 체결부의 조임 정도를 조절하는 조절나사를 갖는 클램프가 장착되며,

상기 클램프는 상기 용접전원기의 용접전류를 인가 받는 것을 특징으로 하는 배관 접합용 아크 용접장치.
제 7항에 있어서, 상기 클램프에는 전류측정센서가 부착되며,

상기 제어기는 상기 전류측정센서로부터 전류값을 입력받아 상기 용접전원기의 전류값을 제어하는 것을 특징으로 하는 배관 접합용 아크 용접장치.
단차진 외주면과 상기 외주면의 일부가 단락되어 개구가 형성된 원판;

상기 개구를 통해 삽탈될 쐐기를 포함하여 이루어진 배관 용접용 이면대기쇠.
제 9항에 있어서, 상기 원판의 단차 간격은 2 내지 4mm이며,

상기 원판의 내주면에는 상기 원판의 내부로 냉각수가 순환할 수 있도록 유입구와 유출구가 설치된 것을 특징으로 하는 배관 용접용 이면대기쇠.
안내부가 형성된 지지대;

단차진 이면대기쇠를 지지하면서 상기 안내부를 따라 횡방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩 바;

상기 슬라이딩 바를 상기 지지대에 고정시키는 고정부재를 포함하여 이루어진 배관 용접용 이면대기쇠 이송장치.
안내부가 형성된 지지대;

이면대기쇠를 지지하면서 상기 안내부를 따라 횡방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩 바;

상기 슬라이딩 바를 상기 지지대에 고정시키는 고정부재;

상기 지지대의 높이를 조절하는 높이조절부;

상기 지지대와 상기 높이조절부 사이에 설치되어 상기 높이조절부의 작용에 따라 상기 지지대를 이송시키는 이송나사부를 포함하여 이루어진 배관 용접용 이면대기쇠 이송장치.