KR200241167Y1 - 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치에 관한 것으로, 특히 얇은 두께의 배관을 접합하기 위한 서브머지드 아크 용접장치에 관한 것이다.

Description

배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치{submerged arc welding apparatus for joining pipe}

본 고안은 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치에 관한 것으로, 특히 얇은 두께의 배관을 접합하기 위한 서브머지드 아크 용접장치에 관한 것이다.

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 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 서브머지드 아크 용접에 있어서, 얇은 두께의 배관을 간단히 접합시킬 수 있도록 한 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

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

도 1은 본 고안의 실시예를 설명하기 위한 구성도.

도 2는 본 고안에 따른 제1용접토치를 도시한 정면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100,100' : 배관 200 : 작업대

210,210' : 롤러 230 : 가압롤러

231 : 피스톤 233 : 에어 실린더부

250 : 회전감속기 270 : 회전장치

300 : 외면용접기 310 : 제1용접토치

311,411 : 전류측정센서 312 : 가이드부

313 : 플럭스 공급부 315 : 클램프

316 : 체결부 317 : 조절나사

320 : 제1위치설정수단 321 : 컬럼

323 : 슬라이딩부 325,425 : 나사축

327 : 연결바 330 : 제1와이어 송급기

331,431 : 와이어 333;433 : 릴

335 : 제1와이어 피이더 350 : 제1플럭스 호퍼

351,451 : 공급호스 353,453 : 흡입호스

400 : 내면용접기 410 : 제2용접토치

420 : 제2위치설정수단 421 : 지지바

423 : 고정대 430 : 제2와이어 송급기

500 : 용접전원기 600 : 제어기

전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 6 내지 15mm 두께의 접합될 배관을 회전시키며 지지하는 롤러; 상기 배관을 가압하는 가압롤러; 제1용접토치; 상기 제1용접토치를 상기 배관의 외면 접합부에 위치시키는 제1위치설정수단; 상기 제1용접토치의 측부에 형성된 플럭스 공급부를 통해 플럭스를 공급하고 상기 배관의 접합부 외면에 쌓인 플럭스를 회수하는 제1플럭스 호퍼; 상기 제1용접토치를 통해 상기 배관의 외면 접합부로 와이어를 송급하는 제1와이어 송급기; 제2용접토치; 상기 제2용접토치를 상기 배관의 내면 접합부에 위치시키는 제2위치설정수단; 상기 제2용접토치의 측부에 형성된 플럭스 공급부를 통해 플럭스를 공급하고 상기 배관의 접합부 내면에 쌓인 플럭스를 회수하는 제2플럭스 호퍼; 상기 제2용접토치를 통해 상기 배관의 내면 접합부로 와이어를 송급하는 제2와이어 송급기; 상기 배관, 상기 제1용접토치, 상기 제1와이어 송급기, 상기 제2용접토치, 상기 제2와이어 송급기에 전원을 인가하는 용접전원기; 상기 롤러, 상기 제1플럭스 호퍼, 상기 제2플럭스 호퍼의 작동을 제어하며, 상기 용접전원기의 용접전류를 90암페어 내지 180암페어의 범위 내에서 상기 용접전원기의 전원을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어진다.

이 구성에 의하여, 얇은 두께의 배관을 기계적 성질이 양호한 서브머지드 아크 용접으로 접합시킬 수 있다.

전술한 구성에서, 상기 제1용접토치에는 상기 제1위치설정수단에 연결되는 체결부와 상기 체결부의 조임 정도를 조절하는 조절나사를 갖는 클램프가 장착되며, 상기 클램프는 상기 용접전원기의 용접전류를 인가 받기 때문에, 용접장치의구조가 간소화될 수 있다.

상기 클램프에는 전류측정센서가 부착되며, 상기 제어기는 상기 전류측정센서로부터 전류값을 입력받아 상기 용접전원기의 전류값을 제어하기 때문에, 제1용접토치에 용접전류를 안정적으로 인가하여 한층 양호한 기계적 성질을 갖는 접합부를 얻을 수 있다.

또한, 상기 제2용접토치에 전류측정센서를 부착하고, 상기 전류측정센서로부터 전류값을 상기 제어기로 입력하여 상기 용접전원기의 전류값을 제어할 수 있다.

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

따라서, 본 고안자는 용접성이 우수한 서브머지드 아크 용접을 얇은 두께의 배관을 접합할 수 있는 구조를 연구한 결과 본 고안에 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 고안을 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 고안에 관한 실시형태를 첨부도면에 따라 설명한다.

도 1은 본 고안의 실시예를 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 본 실시예에 사용되는 제1용접토치를 도시한 정면도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치는 크게 배관(100.100')의 작업대(200), 외면용접기(300), 내면용접기(400), 용접전원기(500), 제어기(600)로 구성된다.

전술한 구성에서, 배관(100,100')은 두께가 6 내지 15mm인 접합대상물로서, 그 접합부에는 통상 소요개선각도로 형성된 홈이 형성되어 있다. 배관(100)과 배관(100')은 본 실시예에서 미리 가용접을 행하여 연결된 상태에서 후술된 작업대(200)에 설치될 수 있고, 작업대의 롤러가 양쪽 배관을 지지하면서 회전시키는 경우에 가용접을 행하지 않고 작업대에 직접 설치할 수도 있다. 본 실시예에서는 전술한 작업대를 기준으로 설명한다.

작업대(200)는 가용접된 배관(100')이 연결된 배관(100)의 하면을 지지하면서 회전시키는 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(600)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 제1용접토치(310), 제1와이어 송급기(330), 제1플럭스 호퍼(350)로 구성된다.

전술한 제1용접토치(310)에는 도 2에 도시한 바와 같이, 통상의 서브머지드 용접토치와 마찬가지지로 그 중심에는 와이어(331)를 접합부로 안내하는 가이드(312)가 형성되고, 그 외측에는 접합부로 플럭스를 공급할 수 있도록 플럭스 공급부(313)가 형성되어 있다. 그리고, 제1용접토치(310)는 접합부에 위치하여 고정된 상태에서 작업을 행하도록 후술된 위치설정수단(320)이 필요한데, 이를 위한 클램프(315)가 제1용접토치(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 용접장치(500)와 전기적으로 접속되는 부분이기도 하다. 따라서, 클램프(315)는 제1용접토치(310)를 고정하고 후술된 용접전원기(500)와 전기적으로 연결되어 와이어(331)에 전류를 인가하며, 이 전류를 측정하는 전류측정센서(311)가 부착되어 있다.

그리고, 제1위치설정수단(320)으로는 컬럼(321), 컬럼(321)을 따라 상하 이동하는 슬라이딩부(323), 슬라이딩부(323)가 컬럼(321)의 소정 위치에 고정시키는나사축(325), 슬라이딩부(323)와 제1용접토치(320)를 연결하는 연결바(327)로 구성된다. 연결바(327)는 제1용접토치(310)에 장착된 클램프(315)의 체결부(316)에 체결된다.

제1와이어 송급기(330)는 와이어(331)가 감긴 릴(333)과 와이어(331)를 제1용접토치(310)를 통해 접합부로 송급하는 제1와이어 피이더(335)로 구성된다. 본 실시예의 와이어(331)의 직경은 1 내지 2mm이며, 제1와이어 피이더(335)는 모터(미도시)의 회전속도(즉, 송급속도)에 따라 구동하는 롤러에 의해 접합부에 와이어(331)를 송급한다.

제1플럭스 호퍼(350)는 제1용접토치(310)의 공급부로 플럭스를 공급하고 공급된 플럭스를 회수하는 것으로, 이 공급과 회수는 공급호스(351)와 흡입호스(353)를 통해 이루어진다.

또한, 내면용접기(400)도 외면용접기(300)와 마찬가지로 구성되어 있지만, 제2용접토치(410)는 좌우로 이동할 수 있는 제2위치설정수단(420)에 장착되어 있다는 점에 차이가 있다. 즉, 제2위치설정수단(420)은 제2용접토치(410)를 지지한 채 좌우로 슬라이딩하는 지지바(421)와 지지바(421)를 지지하고 안내부가 형성된 고정대(423), 및 지지바(421)가 설정된 위치에 고정시키는 나사축(425)으로 구성되어 있다.

용접전원기(500)는 와이어(331)와 배관(100) 사이에 전류를 통전시켜 아크가 발생하도록 전원을 인가하고, 피이더(335,435)에도 전원을 인가한다. 이 용접전원기(500)는 용접전류가 90 내지 180암페어의 범위 내에 있도록 전원이 설정되어 있다. 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.

제어기(600)는 용접전원기(500)를 온/오프 시키고, 용접 중에 용접전류와 용접전압의 변동을 확인하고 제어할 수 있도록 전류계와 노브, 전압계와 노브가 장착되어 있다. 또한, 제어기(600)는 롤러(210,210'), 플럭스 호퍼(350,450)에서의 플럭스 공급 및 회수를 위한 전원을 제어할 수 있는 스위치가 장착되어 있다.

한편, 제1용접토치(310)의 클램프(315)에는 전류측정센서(311)가 부착되어 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(600)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.

이 전류측정센서(311)는 제2용접토치(410)에도 부착되어 전술한 것과 같은 방법으로 제어할 수 있다. 참조번호 411은 제2용접토치(410)에 부착된 전류측정센서를 나타낸다.

본 고안의 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고 본 고안의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명백하듯이 본 고안에 의하면, 90 내지 180암페어의 용접전류를 사용하여 서브머지드 아크 용접을 행하기 때문에, 두께가 6 내지 15mm의 얇은 배관을 양호한 용접성을 갖도록 접합할 수 있다.

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

한편, 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.

또한, 제1용접토치를 고정하고 용접전류를 인가 받으며 전류측정센서가 부착된 클램프를 사용함으로써, 용접장치의 구조를 간소화시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 6 내지 15mm 두께의 접합될 배관을 회전시키며 지지하는 롤러;

   상기 배관을 가압하는 가압롤러;

   제1용접토치;

   상기 제1용접토치를 상기 배관의 외면 접합부에 위치시키는 제1위치설정수단;

   상기 제1용접토치의 측부에 형성된 플럭스 공급부를 통해 플럭스를 공급하고 상기 배관의 접합부 외면에 쌓인 플럭스를 회수하는 제1플럭스 호퍼;

   상기 제1용접토치를 통해 상기 배관의 외면 접합부로 와이어를 송급하는 제1와이어 송급기;

   제2용접토치;

   상기 제2용접토치를 상기 배관의 내면 접합부에 위치시키는 제2위치설정수단;

   상기 제2용접토치의 측부에 형성된 플럭스 공급부를 통해 플럭스를 공급하고 상기 배관의 접합부 내면에 쌓인 플럭스를 회수하는 제2플럭스 호퍼;

   상기 제2용접토치를 통해 상기 배관의 내면 접합부로 와이어를 송급하는 제2와이어 송급기;

   상기 배관, 상기 제1용접토치, 상기 제1와이어 송급기, 상기 제2용접토치, 상기 제2와이어 송급기에 전원을 인가하는 용접전원기;

   상기 롤러, 상기 제1플럭스 호퍼, 상기 제2플럭스 호퍼의 작동을 제어하며, 상기 용접전원기의 용접전류를 90암페어 내지 180암페어의 범위 내에서 상기 용접전원기의 전원을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어진 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1용접토치에는 상기 제1위치설정수단에 연결되는 체결부와 상기 체결부의 조임 정도를 조절하는 조절나사를 갖는 클램프가 장착되며,

   상기 클램프는 상기 용접전원기의 용접전류를 인가 받는 것을 특징으로 하는 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 클램프에는 전류측정센서가 부착되며,

   상기 제어기는 상기 전류측정센서로부터 전류값을 입력받아 상기 용접전원기의 전류값을 제어하는 것을 특징으로 하는 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제2용접토치에는 전류측정센서가 부착되며,

   상기 제어기는 상기 전류측정센서로부터 전류값을 입력받아 상기 용접전원기의 전류값을 제어하는 것을 특징으로 하는 배관 접합용 서브머지드 아크 용접장치.