KR20040026470A

KR20040026470A - 용접 시험편 가공기

Info

Publication number: KR20040026470A
Application number: KR1020020057948A
Authority: KR
Inventors: 이진택
Original assignee: 이진택
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-03-31

Abstract

본 고안은 각종 용접 시험편을 V형으로 용접홈 가공을 할 때 작업자에게 안전하고, 가공면이 깨끗하며, 제품의 치수가 정확하고, 작업능률 및 작업속도를 매우 신속하게 자동으로 가공할 수 있는 용접 시험편 가공기의 장비를 개발, 제작하는 것이다.

장비의 구조 및 작동원리는 용접 시험편을 베벨(∠)형으로 용접홈 가공을 할 수 있는 주(main) 연삭기(1)와, 루트면을 직선(I형)으로 가공할 수 있는 보조 연삭기(2)를 부착하였으며, 자동이송용 베드(3)에 유압식 척(4)을 장착하여 용접 시험편을 용이하며 견고하게 고정할 수 있도록 고안하여 1회의 시험편 고정으로 베벨 가공 및 루트면 가공을 자동 이송하면서 완성할 수 있는 용접 시험편 홈가공 전용 장비이다.

Description

용접 시험편 가공기{model : WBM - 1, (Working machine of welding base metal - 1)}

본 고안은, 3D 업종에 해당되는 용접분야에서 용접 작업자의 기량도 중요하지만, 용접 시험편을 가공하는 절차, 비용, 소요시간, 정밀도 및 작업자의 안전사고 예방도 매우 중요한 문제이다.

기존의 용접 시험편 가공 방법은 각종 용접 시험편을 전단기나 가스절단을 한 후에 I 형, 또는 V 형 등의 용접 홈으로 가공하기 위하여, 연삭기(그라인더)에 시험편을 두 손으로 잡고 숫돌을 좌 · 우로 이동하면서 가공(연삭작업) 하거나, 바이스에 시험편을 고정시켜 핸드 그라인더나 줄을 사용하여 가공하고 있으며, 세이퍼를 이용하여 절삭작업을 해오고 있는 실정이다.

그러므로 3D 업종 분야인 용접사들이 용접 시험편을 가공(연마)하는데 시간, 경비가 많이 소요되며, 위험성 및 분진으로 인한 건강장해 요인도 매우 큰 부담을 안고 있다.

위와 같이, 용접 시험편을 수동으로 가공하는데 인적, 물적 손실은 물론, 안전사고의 위험도 많이 존재하고 있으므로, 안전하고 정확하며 신속하게 용접 시험편을 가공할 수 있는 장비를 개발하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 상세한 설명은 다음과 같다.

1. 기존의 용접 시험편 가공 방법은 중력 양두 그라인더(2∼3Hp)을 사용하여 연강재료(SS400)을 평면으로 거친 연삭작업을 할 때, 연삭깊이를 0.01∼0.07mm 정도까지 밖에 연삭할 수 없으며, 핸드 그라인더나 줄을 사용하여 가공하여도 절삭깊이는 더 이상 증가시킬 수 없다. 그렇다고 해서 5Hp 크기의 중력 양두 그라인더를 사용하여 연삭작업을 한다 해도 마찬가지이며, 위험성 및 분진으로 인한 건강장해 요인도 매우 클 뿐이다. 또한 V형, ∠형, X형, K형 등의 개선면 가공(beveling)은 가스 절단법을 이용하여 간단하게 가공할 수 있으므로 개선 가공비가 저렴하다. 그러나, 가스절단을 하고 나면 절단면이 산화되며, 얇은 슬래그 막이 형성되어 절단한 모재를 그대로 용접작업을 할 수 없으므로, 연삭가공이나 줄가공을 하여야 할 뿐만 아니라, 개선 가공부의 단면적이 작게 되므로, 특히 두꺼운 경우에는 U형, H형, J형 및 양면 J형의 개선을 대신 사용한다.

위와 같은 용접 홈의 개선은 세이퍼(shaper), 밀링 머신(milling machine), 에지 플레이너(edge planer) 등의 공작기계를 사용하기도 하고 있으나, 가공시간이 길고, 가공비가 고가인 것이 결점이다.

본 고안의 장비는 [도면 1] 에서와 같이 주 연삭기는 3Hp의 motor를 사용하여 연삭 깊이를 0.5∼2.0mm 까지 크게 하여도 motor나 장비에 무리가 생기지 않도록 강력한 힘을 얻을 수 있게끔 설계하여 특수 제작할 계획이며, 연삭숫돌(5)은 모재의 재질에 따라서(연강, 스테인리스강, Al 강, 용접구조용 강, 고장력강 등) 여기에 알맞는 입자를 사용하여야 한다.

2. 또한 보조 연삭기를 부착하여, 주 연삭기에서 베벨(∠)형으로 용접홈 가공을 하고 나면, 루트 면을 용접 작업자의 취향에 따라서, 또는 모재의 두께, 용접 방법에 따라서 높이를 조절하여 직각(I형)으로 가공을 할 수 있는데, ㉠은 전단기를 이용하여 직각 전단 하였거나, SAW(submerged arc welding)등과 같이 용입이 깊은 용접법으로 루트면을 크게 할 때, ㉡은 가스절단 한 후에 가공하는 형상을 나타낸 것으로써, 1회의 시험편 고정으로 베벨 가공 및 루트면 가공을 자동 이송하면서 완성할 수 있으므로, 용접 시험편을 가공하는데 약 70% 정도까지 작업시간을 단축하여 가공비의 절감효과, 생산성을 증대시킬 수 있다.

* 표준 용접 시험편의 가공 방법에 따른 작업시간의 예(연강판 t9 * 150 * 150 - 2장)

가. 중력 양두 그라인더를 사용할 때 : 30∼35분

나. 핸드 그라인더나 줄을 사용할때 : 25∼30분

다. 수동 가스절단을 하고 나서 가공할 때 : 35∼40분

라. 자동 가스절단을 하고 나서 가공할 때 : 20∼25분

라. 세이퍼 등의 공작기계를 사용할 때 : 30∼35분

마. 용접 시험편 가공기를 사용할 때 : 8∼10분

3. [도면 2] 에서와 같이 마그네틱 척(magnetic chuck) 보다도 더욱 강력하게 용접 시험편을 고정시킬 수 있도록 유압식 척(4)을 부착하여, 연삭 가공시에 시험편이 움직이거나, 빠지거나, 튀어나오는 일이 절대 없도록 설계, 고안하였다. 특히 가스절단으로 인한 변형, 용접 작업으로 인한 열응력의 발생, 아크 스트라이크(Arc strike)의 발생, 스패터(spatter)의 발생 등으로 인하여 시험편이불규칙하더라도, 유압식 척으로 위에서 강력하게 눌러주어, 시험편이 절대로 흔들리지 않는다. 연강판의 경우 t3.2 ∼ 30.0mm 까지 고정시킬 수 있으며, 압연 시험편(t6.0, t9.0 * 150 * 30 *30 °)을 고정하여 연삭작업 하는데 전혀 지장이 없도록 고안하였다.

4. 시험편을 베벨(∠)형으로 용접홈 가공 및 루트면을 직각( I 형)으로 정확하게 가공할 수 있으므로, 정밀도가 좋아 용접성 및 기계적 성질이 우수해 진다.

5. 시험편이나 연삭 숫돌과 인체와의 거리를 멀리 유지시킬 수 있어, 작업 안전성을 극대화 시킬 수 있다(작업자의 안전보장).

6. 시험편 가공시에 발생하는 분진을 방지하기 위하여 절삭유 공급장치를 부착하여 인체에 무해하도록 제거시킬 수 있다(작업장 및 작업자의 환경이 깨끗함).

7. 기존의 평면 연삭기, 공구 연삭기, 특수 연삭기 등의 구조 및 크기를 간단하게 하면서도, 용접 시험편을 가공하는데 매우 적합하도록 설계하여 공작기계 및 연삭기보다 20%이상 판매가격을 저렴하게 할 수 있다.

8. 단점 - 연삭 숫돌이 마모되어 직경이 매우 작아지면, 시험편 가공면이 U형 홈 형상을 띌 수 있다.

본 고안의 목적은 3D 업종 분야인 용접사들이 용접 시험편을 가공(연마)하는데 시간, 경비가 많이 소요되며, 위험성 및 분진으로 인한 건강장해 요인도 매우 큰 부담을 안고 있으므로, 용접 시험편을 안전하고 정확하며 신속하게 가공할 수 있는 장비를 개발하는 것이다.

본 고안은 주 연삭기로 3Hp의 motor를 사용하여 연삭 깊이를 0.5∼2mm 까지 자동 이송장치에 의하여 베벨(∠)형으로 용접홈 가공을 한 후, 루트 면을 용접 작업자의 취향에 따라서, 또는 모재의 두께, 용접 방법에 따라서 높이를 조절하여 직각( I 형)으로 단시간에 효율적으로 또는 저비용으로 용접 시험편을 가공한다.

제1도는 본 고안에 따른 주 연삭기(1), 보조 연삭기(2) 및 용접 시험편(7)을 예시한 장비의 도면

제2도는 자동 이송용 베드(3) 및 유압식 척(4)의 예시도

제3도는 연강판 t9 * 150 *150을 Arc 용접할 때, 표준 용접 시험편의 예시도

제4도 및 제5도는 용접 시험편을 가공(연삭)하는 과정의 예시도

제6도는 유압제어, 전기장치를 이용한 배치도로써, 장비 조작을 할 수 있는 switch box의 외관을 나타내는 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 주(main) 연삭기(Grinder)

2 : 보조 연삭기

3 : 자동 이송용 베드

4 : 유압식 척

5 : 연삭 숫돌(grinding wheel)

6 : 절삭유 공급장치

7 : 용접모재 or 표준 용접 시험편(standard welding of base metal)

8 : 용접홈의 각도(홈각, 개선각, 그루우브 각도, groove angle)

9 : 베벨각(bevel angle) 가공 면

10 : 루트 면(root face, shoulder)

11 : 모재의 두께(t)

12 : 장비조작 스위치(S/W, switch)

제1도는 주 연삭기(1) 및 보조 연삭기(2)로써, (1)은 3 Hp의 motor를 사용하여 연삭 깊이를 0.5∼2mm 까지 크게 하여도 motor나 장비에 전혀 무리가 생기지 않게 강력한 힘을 얻을 수 있도록 설계하여 특수 제작할 계획이며, 연삭 숫돌(5)을 30 ° 로 고정하여 모재를 가공하고 나면 용접홈의 각도는 60 °(제3도)가 되며, 유압식 척(4)에서 용접 시험편을 수평으로 고정시키면 (1)은 베벨 각도(9)를 작업자의 용접법에 따라서 {(-10)∼(+10)} °까지 조절할 수 있도록 하여 용접 홈의 각도(8)를 40∼80 °까지 가공할 수 있도록 고안하였다. (2)는 (1)에서 연삭한 베벨(∠)형의 끝면을 직각(I형)으로 연삭하는 장치로써, 용접법, 용접 설계에 따른 사양, 용접공의 기량 등에 따라서 루트면의 연삭량을 조절할 수 있도록 좌우로 이송할 수 있는 이송기구를 부착하였으며, 1회에 루트면(root face)(10)을 1∼3mm 까지는 문제없이 연삭할 수 있는 보조 연삭기이다. 절삭유 공급장치(6)은 습식연삭으로써, 연삭용 절삭유를 사용하여야 하며, 절삭가공을 할 때처럼 발열량이 크므로 열처리(담금질)한 탄소강은 풀림이 되는 수가 있어서 절삭유를 공급하는데, 절삭유의 순환과정은 기존에 사용하고 있는 방식으로써, 여과장치와 칩(chip)의 분리기를 사용하여 가공면을 더욱 향상시켜 준다.

제2도는 자동 이송용 베드장치(3)로써, Milling machine 에서의 베드장치와 거의 비슷한 원리이나, 본 고안의 전용장비에 알맞도록 크기를 대폭 축소시켰으며, 용접모재 재질의 종류, 강판의 두께, 시험편의 크기(연삭 길이), 연삭깊이와 연삭숫돌의 회전수에 매우 적합하도록 F/S switch를 장착하여 이송속도를 빠르게(F, fast), 느리게(S, slow) 조절할 수 있도록 설계하였다. 본 고안의 장비는 기존의 Milling machine, 평면 연삭기, 센터리스 연삭기보다도 제품의 크기 및 무게를 적게 할 수 있으며 원가도 저렴하게 제작할 수 있다. (4)는 유압식 척의 예시 도로써, 마그네틱 척(magnetic chuck) 보다도 더욱 강력하게 용접 시험편을 고정시킬 수 있도록 하여, 연삭 가공시에 시험편이 움직이거나, 빠지거나, 튀어나오는 일이 절대 없도록 설계, 고안하였다. 특히 가스절단으로 인한 변형, 용접 작업으로 인한 열응력의 발생 아크 스트라이크(Arc strike)의 발생, 스패터(spatter)의 발생 등으로 인하여 시험편이 불규칙하더라도, 유압식 척으로 위에서 강력하게 눌러주어 시험편을 고정시켜 줌으로써, 시험편이 절대로 흔들리지 않는 고정 장치이다.

제6도의 장비조작 스위치(12)는 총 5개로 조합되어 있으며, ㉮는 전원을 차단할 수 있는 S/W ㉯는 시험편을 유압식 척으로 고정, 분리할 수 있는 S/W, ㉰는 홈가공을 할 수 있는 주 연삭기의 작동 S/W, ㉱는 루트 면을 가공할 수 있는 보조 연삭기의 작동 S/W, ㉲는 자동 이송용 베드를 작동할 수 있는 S/W로써 이송속도 조절이 가능하도록 구성되어 있다. ㉮항의 보충설명으로써, 연삭숫돌이 마모되었을 때 전원을 완전히 차단하고 연삭숫돌을 교체하여 위험을 방지할 수 있는 S/W 역할도 하기 위함이다.

이상과 같이 본 고안에 의한 용접 홈가공을 할 때 연삭깊이를 크게 하여 가공시간을 단축하고 1회의 시험편 고정으로 루트면 가공까지 자동이송에 의하여 완성할 수 있으며, 견고하게 용접시험편을 부착, 기계적 성질의 우수, 작업 안전성의 극대화, 작업환경이 깨끗해지는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

주 연삭기와 보조 연삭기를 특수 제작하여 사용 하므로써, 연삭깊이를 10배정도 깊게 하여 용접시험편을 자동으로 연삭하여 가공시간을 약 70%까지 단축시킬 수 있으며, 압연 시험편(t6.0, t9.0 * 150 * 30 * 30 °)을 고정하여 연삭작업 하는데 전혀 지장이 없도록 고안하였으며, 작업자의 안전까지 고려하여 설계한 용접시험편 가공 전용장비