KR200420550Y1 - 멤브레인 박판용 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 용접 장치에 관한 것으로, 자동 용접에 의 한 용접 작업시 비용접 구간의 축소를 위하여, 멤브레인 박판의 겹치기 이음 용접 장치의 토치부에 이동 기구부를 결합하고, 저장 탱크의 수직면을 인식하기 위한 센서부를 캐리지에 결합하여 캐리지가 용접 부재의 끝단부에 이르면 이동기구부가 가동되어 끝단부까지 토치부가 이동할 수 있게 하여 용접 작업의 효율성과 용접부위의 균일한 결과를 얻을 수 있는 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 용접 장치이다.

LNG선, 멤브레인 박판, 용접장치, 비용접구간

Description

멤브레인 박판용 용접장치{Apparatus For Welding Membrane Sheet}

도 1은 종래의 멤브레인 박판을 도시하는 사시도.

도 2은 종래의 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 자동 용접장치를 예시하는 예시도.

도 3는 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른 제어기부 및 센서부와 이동 기구부를 캐리지에 결합되는 것을 도시하는 사시도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100: 캐리지 200: 토치부

300: 센서부 400: 제어기부

500: 이동기구부 502: 랙기어

504: 레일 506: 피니언 기어

508: 가이드 블럭 510: 구동 모터

512: 체결구

본 고안은 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 용접장치에 관한 것으 로, 보다 상세하게는 LNG선 저장탱크의 내면의 1차 방벽에 설치되는 평면 및 곡면부위를 구비하는 멤브레인 박판에 사용되는 스테인레스강의 겹치기 이음부를 플라즈마 자동용접에 의해 작업할 경우 발생하는 비용접 구간을 해소하기 위한 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 용접장치에 관한것이다.

멤브레인 박판은 LNG선 저장탱크의 내면의 1차 방벽에 설치되고 가스를 압축시켜 운반하는 데 사용된다. 따라서 액화 천연 가스의 압력과 온도변화에 따른 체적의 변화에 대응하기 위해 표면에 고로게이션을 형성하게 된다. 또한 에너지 소비 증가로 인한 천연가스의 수요 증가로 그 필요성이 중요시되고 있다.

그러나 멤브레인 박판의 이음부 용접은 그 작업의 어려움과 정밀도로 인하여 수동 작업시 작업시간과 비용이 많이 소요되고 균일한 용접결과를 얻을 수 없다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 자동 용접장치가 개발되고 있으며 선행 특허출원 제 10-1998-0062123과 제 10-2002-0027104등과 같이 일반적으로 멤브레인 박판의 겹치기 이음부 용접에 있어서 그 형상의 특성상 자동 용접장치는 X,Y,Z축 및 θ축을 제어할 수 있는 케리지를 이용한다.

특히, 기존의 TIG용접법은 자동 용접에는 부적합하여 최근에는 균일한 용접결과를 얻을 수 있고 비드(Bead)부위가 적게 형성되는 플라즈마 용접법을 이용한 자동 용접 장치가 많이 개발되고 있다.

우선 종래의 멤브레인 박판과 플라즈마 용접 장치에 대하여 간략히 살펴 보기로 한다.

도 1은 종래의 멤브레인 박판을 도시하는 사시도이며 도 2는 종래의 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 자동 용접장치를 예시하는 예시도이다.

상기 멤브레인 박판(1)은 액화천연가스의 압력 변화에 대응하기 위한 곡선 형상의 고로게이션(2)을 가지며 각 부재를 연결하여 LNG선의 저장탱크 내부에 고정된다.

일반적으로 멤브레인 박판(1)은 용접 작업을 통해 LNG선의 저장탱크 내부에서 연결되고 1차 내벽을 형성하게 된다.

이러한 멤브레인 박판(1)을 연결하기 위한 종래의 플라즈마 자동 용접장치는 펄스 전류를 출력하고 보호 가스와 플라즈마 가스를 제어함과 동시에 용접토치를 냉각하는 플라즈마 용접기부(3)와 보호가스가 저장되고 상기 플라즈마 용접기부와 연결되는 보호가스 저장부(4)와 플라즈마 가스가 저장되고 상기 플라즈마 용접기부와 연결되는 플라즈마 가스 저장부(5)와 용접부 위치 인식과 용접 조건을 제어하기 위하여 상기 플라즈마 용접기부에 연결되는 제어 장치(6)와 상기 제어 장치(6)와 연결되고 용접조건을 설정/저장하는 인터페이스부(7)와 플라즈마 아크가 발생하는 토치(10)가 고정되는 캐리지(8)를 포함하여 구성된다.

상기 캐리지는 가이드 레일(9)과 결합되고 상기 가이드 레일은 멤브레인 박판(1)의 코로게이션 형상에 고정된다.

그리고 멤브레인 박판 용접은 평판부와 곡선부를 함께 용접하므로 토치(10)가 X,Y,Z의 3축과 θ축방향으로 이동가능하게 하여 토치(10)를 용접 부재와 항상 일정한 각도를 유지시키게 된다.

구체적으로 평판부와 곡선부의 인식하기 위한 센서를 토치에 선행하여 고정하고 그 신호에 따라 토치를 이동 시켜 토치와 용접 부재간의 각도를 일정하게 유지할 수 있으며 용접선를 추적할 수 있는 장치를 결합하여 균일한 용접 결과를 얻을 수 있다.

또한, AVC(Arc Voltage Control),즉 자동 아크길이 유지 기능을 위해 용접 전압을 검출하여 아크 길이를 일정하게 유지시켜 주는 슬라이드를 결합하여 사용할 수 있다.

이러한 종래의 플라즈마 용접법을 이용한 자동 용접 장치는 용접토치가 캐리지의 중앙에 위치하므로 자동 용접 작업시 LNG 저장탱크의 수직면과 수평면이 접하는 절곡부의 멤브레인 박판의 단부에 이르면 캐리지가 이동할 수 없게 된다.

따라서 멤브레인 시트의 끝단부에 비용접 구간을 남기게 되고 수동 용접을 동시에 진행하게 되어 용접 부위의 균일한 용접 결과를 얻기가 힘들다. 또한 수동 병행작업시 숙련된 용접공의 필요성과 작업속도 저하로 자동 용접으로 인한 비용과 시간 절감 효과가 반감되는 문제점이 존재한다.

본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 자동 용접 장치의 캐리지가 절곡부 구간에 근접한 경우 캐리지에 부착된 센서가 저장탱크의 수직면을 감지하고 토치부에 결합된 구동 기구를 가동하여 토치부를 용접부재의 끝단까지 이동할 수 있게 함으로서 비용접 구간을 최소화하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 주행축인 X축 방향으로 전후 이동되고, Y축 슬라이드에 상하 이동되며, Z축 슬라이드에 의해 좌우 이동함과 동시에 용접 토치각 이동용 드라이버에 의해 θ축이 가변되는 캐리지를 포함하여 구성되는 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 용접장치에 있어서, 캐리지에 고정되며 저장 탱크의 수직면을 인식하기 위한 센서부와 센서부의 신호에 따라 구동 신호를 송출하는 제어기부와 제어기부에 의해 구동되고 토치부에 고정되는 주행 축 방향으로 전후 이동가능한 이동 기구부를 추가적으로 결합하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 용접장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.

앞서 살펴본 종래의 플라즈마 자동 용접장치와 같이 본 고안 멤브레인 박판 겹치기 이음부용 용접 장치는 플라즈마 용접기부와 보호가스 저장부와 플라즈마 가스 저장부와 인터페이스부 및 가이드 레일은 동일하게 구성된다.

도 3는 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른 토치부와 캐리지와 제어기부와 센서부및 이동기구부를 도시하는 사시도이다.

상기 캐리지(100)와 토치부(200)는 앞서 살펴본 종래의 플라즈마 용접 장치의 구성을 그대로 사용하는 것이므로 자세한 내용은 생략하기로 하며 이하 순서대로 각 구성요소를 살펴보기로 한다.

상기 센서부(300)는 물체의 형상 변화를 인식할 수 있는 광센서나 레이져 센서를 이용할 수 있으며 용접 작업 구간보다 선행하여 진행축 방향을 따라 저장 탱크의 수직면을 감지하도록 캐리지(100)에 단부에 설치되며 캐리지가 수직면에 이 르게되면 신호가 상기 제어기부에 송출된다.

구체적으로 광센서를 이용하여 상기 센서부를 구성하는 경우 캐리지가 X축을 따라 이동하는 경우 신호를 감지할 수 없지만 저장 탱크의 수직면에 이르게 되면 반사된 빛을 감지하여 수직면을 감지하게 된다.

다음으로 제어기부에 대해 살펴보기로 한다.

상기 제어기부(400)는 종래의 용접부 위치인식과 용접 조건에 따른 플라즈마 용접기부와 캐리지(100)를 제어하는 역활을 수행하는 동시에 상기 센서부(300)의 신호에 따라 구동 신호를 송출하는 역활을 한다.

상기 제어기부(400)의 구성은 종래의 제어 장치를 이용하여 당업자가 용이하게 제작가능하므로 자세한 내용은 생략하기로 한다.

다음은 이동 기구부에 대해 살펴보기로 한다.

상기 이동 기구부(500)는 캐리지(100) 일단에 결합되고 랙기어(502)가 주행 축 방향과 평행하게 형성된 레일(504)과 상기 레일의 랙기어(502)와 결합되는 피니언 기어(506)와 상기 레일(504)과 결합되는 가이드 블럭(508)과 상기 피니언 기어(506)가 연결되고 제어기부에 의해 가동되는 구동 모터(510)와 상기 가이드 블럭(508)과 구동 모터(510) 및 체결구(512)로 구성된다.

상기 랙기어(502)는 상기 레일(504)의 상부에 형성되고 정밀한 제어를 위해 사이클로이드 치형으로 제작하는 것이 바람직하다.

각 구성을 자세히 살펴보면 상기 레일(504)은 캐리지(100)의 폭과 일치되게 제작하고 토치부(200)가 θ축의 이동시 용접 부재와 충돌하지 않도록 바닥면과 이 격시켜 설치하는 것이 바람직하다.

상기 피니언 기어(506)는 후술하는 구동 모터(510)의 축에 연결되고 상기 랙기어(502)와 결합되며 가이드 블럭(508)은 가이드 레일(504)과 통상의 LM가이드를 사용할 수 있으며 용접 토치부의 하중을 견딜 수 있고 작업 도중 떨림과 흔들림에 강하게 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 피니언 기어(506)은 후술할 체결 장치(314)에 의해 상기 가이드 블럭(508)에 고정된다.

상기 구동 모터(510)는 정/역회전이 가능한 모터로서 제어기부의 신호에 따라 구동되며 모터와 상기 랙기어(502)의 비례에 따라 감속 장치를 결합하여 부착되는 것이 바람직하다.

상기 체결구(512)은 상기의 구동 모터(510)을 가이드 블럭(508)에 고정시키며 도면에 예시한 체결구(512)에 한정되지 않고 단단히 가이드 블럭(508)에 고정할 수 있는 구조로 대체 가능하다.

상기 이동 기구부(500)의 구성은 토치부(200)를 캐리지(100) 끝단까지 이동시키는 역활을 하므로 동일한 효과를 얻을 수 있는 벨트장치 등으로 치환하여 구성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

용접 부재는 멤브레인 박판 용접용 지그(JIG)에 고정되고 캐리지(100)는 지그위에 설치되는 가이드 레일 위에 위치된다.

상기 캐리지(100)는 X축을 주행축으로 하여 용접 시작지점에 위치하고 Y축을 수평 방향, Z축을 상하 방향으로 하여 작업 세팅시 용접 부위에 맞춰 Y축과 Z축을 조정한다.

자동 용접 시작시에는 캐리지(100)는 가이드 레일 따라 X축을 이동하게 되고 토치부(200)에서 플라즈마 아크를 발생하여 용접 작업을 시작한다.

캐리지(100)가 LNG 저장 탱크의 수직면과 수평면이 접하는 절곡부에 이르는 경우 캐리지(100)는 주행축 방향으로 더 이상 이동할 수 없게 된다. 이때 센서부(300)에 의해 수직면을 감지하고 제어기부(400)에 신호를 보내게 된다. 상기 제어기부의 신호에 의해 캐리지(100)는 주행축(X축)의 이동을 멈추게 된다.

또한, 상기 제어기부(400)는 이동 기구부(500)의 구동 모터(510)를 가동시켜 토치부(200)를 수직면의 경계까지 이동시켜 용접 작업을 계속하게 된다.

용접 작업 완료시 상기 제어기부(400)는 플라즈마 아크 발생을 멈추게 되고 이동 기구부(500)의 구동 모터(510)를 가동시켜 토치부(200)를 캐리지(100)의 중앙에 위치시킨다.

이 후 다른 용접 구간으로 캐리지(100)를 수평 방향(Y축)으로 이동 시켜 용접 작업을 계속하게 된다.

이 경우 토치부(200)의 정확한 위치 제어를 위하여 위치 감지 센서를 토치 중앙부에 부착하여 그 신호에 따른 제어를 통해보다 정밀한 용접 작업을 수행할 수 있다.

이상과 같이 본 고안은 멤브레인 박판의 겹치기 이음부의 비용접 구간을 해소하기 위한 장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 고안의 기본적인 기술적 사상의 범주내에서, 당업계의 통상 의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 고안은 멤브레인 박판의 겹치기 이음부를 플라즈마 자동용접에 의해 작업할 경우 단부에 발생하는 비용접 구간을 해소하여 용접 부위의 균일한 용접 결과를 얻을 수 있다. 또한 자동 용접으로 인한 비용과 시간 절감 효과를 최대화할 수 있다는 장점을 가진다.

Claims (2)

1. 주행축인 X축 방향으로 전후 이동되고, Y축 슬라이드에 상하 이동되며, Z축 슬라이드에 의해 좌우 이동함과 동시에 용접 토치각 이동용 드라이버에 의해 θ축이 가변되는 캐리지(100)와 캐리지에 고정되며 플라즈마 아크가 발생되는 토치부(200)를 포함하는 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 용접장치에 있어서,

   상기 캐리지(100)에 고정되며 저장 탱크의 수직면을 인식하기 위한 센서부(300)와;

   상기 센서부(300)의 신호에 따라서 구동 신호를 송출하는 제어기부(400)와;

   상기 제어기부에 의해 구동되고 상기 토치부(200)에 고정되어 주행축인 X방향으로 전후 이동가능한 이동 기구부(500);를 더 포함하여 구성되는 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 용접장치.
2. 제 1항에 있어서,

   이동 기구부(500)는

   상기 캐리지(100)의 일단에 결합되고 랙기어(502)가 주행 축 방향과 평행하게 형성된 레일(504)과;

   상기 레일(504)의 랙기어(502)와 결합되는 피니언 기어(506)와;

   상기 레일(504)과 결합되는 가이드 블럭(508)과;

   상기 피니언 기어(506)가 연결되고 상기 제어기부(400)에 의해 가동되는 구동 모터(510)로; 구성되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 박판의 겹치기 이음부용 플라즈마 용접장치.

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