KR20070105627A - 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 ｌｎｇ 운반선의용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 LNG 운반선의 용접장치에 관한 것이며, 그 목적은 직선형의 용접부를 가지는 멤브레인 패널의 용접작업을 보다 효율적으로 수행하기 위한 하이브리드형 레이저용접장치 및 이에 따른 정반을 구성하여, 보다 빠른 용접작업을 수행함과 함께 용접의 품질을 향상시킬 수 있는 용접장치를 제공한다.

본 발명은 요소 모재들의 용접작업을 통해 LNG 운반선용 멤브레인 패널을 형성하는 자동용접 장치에 있어서; 적어도 X, Y, Z, C축을 갖는 갠트리의 구동 출력측에 설치되며, 제1용접토치 및 제2용접토치를 일체로 구비함과 함께 용접부의 상면을 향해 보호가스를 공급하는 용접부 상면실딩수단이 일측에 결합되어 구성된 하이브리드 레이저용접유닛; 상기 갠트리의 구동범위에 배치되어 상면에 멤브레인 패널을 형성하기 위한 요소모재들을 안착시켜 위치 고정하는 고정수단 및 용접부의 하면을 향해 보호가스를 공급하는 하면실딩수단을 포함하여 구성하는 정반;으로 이루어진 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 LNG 운반선의 용접장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

멤브레인, 레이저 브레이징, 하이브리드 자동용접, 갠트리, GM용접

Description

직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 ＬＮＧ 운반선의 용접장치{THE LINE WELDING DEVICE OF MEMBRANE LNG CARRIER}

도 1은 본 발명에 따른 멤브레인 패널을 형성하기 위한 용접장치의 개략도

도 2는 도 1의 하이브리드형 용접유닛의 구성을 보이는 측면 예시도

도 3은 본 발명에 따른 용접작업을 거친 후, 평판형의 멤브레인 패널을 형성하기 위한 요소모재들의 구성을 보이는 개략도

도 4a 및 도 4b는 상기 멤브레인 패널을 형성하기 위한 각각의 요소모재들이 안착되는 정반의 평면도 및 측단면 개략도

도 5는 본 발명에 따른 하면실딩수단에 구비되는 보호가스 공급제한수단을 보이는 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(5) : 갠트리제어기 (6) : 용접제어기

(10;11,12,13) : 요소모재 (20) : 갠트리

(30) : (하이브리드) 용접유닛 (32) : 제1용접토치

(33) : 제2용접토치 (34) : (상면 실딩용) 브라켓

(35) : 상면실딩유닛 (40) : 정반

(41) : 비드형성부 (42) : (하면 실딩가스) 공급홀

(43) : (하면 실딩가스) 주공급로 (45) : (요소모재) 고정수단

(46) : 클램핑 (47) : 마그넷

(50) : 보호가스 공급제한수단 (51) : 보호가스공급부

(52) : 공급배관 (55) : 개폐밸브

(56) : 개폐제어기 (W) : 용접라인(용접부)

본 발명은 직선형의 용접부를 갖는 LNG 운반선의 멤브레인 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저입열, 고속 용접이 가능한 레이저 또는 하이브리드 레이저용접을 수행 시 우수한 용접품질 및 용접작업의 효율을 향상시킬 수 있는 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 LNG 운반선의 용접장치에 관한 것이다.

본 출원인이 업으로 하고 있는 고부가 가치 선종의 하나인 LNG 운반선의 핵심기술 중 하나는 초저온의 액상화물을 격납하는 화물창으로 고도의 기술적 난이도와 안전성 및 신뢰성이 요구된다. 이러한 LNG 운반선의 화물창은 독립탱크 방식과 멤브레인 방식으로 구분할 수 있으나, 최근 LNG 운반선의 대형화 추세에 멤브레인 방식에 대한 선호도가 증가되고 있다.

이러한 기존의 멤브레인 방식의 화물창의 용접은 부재에 존재하는 굴곡(corrugation)이 복잡하여, 수작업으로 이루어지는 이른바 TIG 용접법과, 플라즈마를 이용한 자동 용접법으로 용접작업을 수행하고 있었다.

상기와 같은 기존의 복잡한 굴곡을 형성하는 멤브레인의 용접 작업은 수작업으로 이루어지기 때문에 시간과 비용이 많이 소요되며, 부재가 박판이기 때문에 용접 시 열변형이 심각한 문제로 나타나게 된다. 아울러, 상기 플라즈마를 이용한 자동용접법의 경우 기존의 복잡한 굴곡부를 갖는 멤브레인의 용접간극을 맞추어 용접하기가 쉽지 않았다.

반면에 멤브레인의 구조적인 기술발전을 통해 최근 들어 대두되고 있는 멤브레인은 기존 멤브레인에서의 굴곡이 용접부에 존재하지 않고, 용접작업을 필요로 하는 전구간의 용접부위가 직선형을 이루기 때문에 기존의 멤브레인 용접작업과는 다른 고속 저입열 용접이 가능하게 되었다.

즉, 본 발명은 이러한 평판 구조를 갖는 멤브레인의 형상에 발맞춰 고속 저입열 방식의 용접을 수행할 수 있도록 한 하이브리드형 레이저 용접법을 구현하기 위한 용접장치를 제공하고 있다.

본 발명에 적용된 레이저 용접의 특징은 상대적으로 고속의 용접이 가능하고, 비교적 두꺼운 모재의 용접도 한 패스에 가능하며, 또한 저입열에 의한 열변형이 적다는 장점을 갖고 있다. 하지만 용접을 위해서는 모재간의 간격이 굉장히 좁 은 범위 내에 있어야 하기 때문에 이것을 관리하기에 까다로웠다.

한편, 아크 용접의 경우에는 반대로 장비가격 및 유지비용이 싸고 비교적 넓은 간격을 용접할 수 있지만, 깊은 용접이 불가능하여 두꺼운 판재를 용접할 경우에는 그루브와 같은 선가공이 필요하고 수차례를 반복 용접해야 하는 필요성이 있다. 또한 열변형에 취약하고, 상대적으로 속도가 느리다는 단점이 있다.

따라서 본 발명에서와 같이 상기의 레이저용접에 와이어를 공급하여 와이어를 레이저 열원에 의해 녹여 모재를 용접하는 레이저 브레이징(Laser Braing)법 또는 레이저용접에 아크 용접법을 혼합하여 (이하 "하이브리드 레이저 용접" 이라 칭함) 사용할 경우 선가공이 불필요하며 레이저의 빠른 용접속도를 유지하면서, 보다 넓은 용접간격에 적용 가능하며, 보다 적은 비용으로 용접이 가능해진다.

또한, 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 보호가스로 하여, 비교적 두꺼운 모재를 용접할 때 사용하게 되는 GM(Gas Metal)용접법은 전극을 와이어로 된 심선과 용재가 아크를 일으키며 주위에 불활성가스를 용재로 해서 용융금속 표면의 산화 및 질화를 방지하며 용접되기 때문에 아크가 안정되고 조용하며, 스패터(SPATTER)도 적어 용접표면이 미려하여 알루미늄 합금이나 스테인리스 등의 용접에 사용된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 수평면에 대해 직선형의 용접부를 가지는 멤브레인 패널의 용접작업을 보다 효율적으로 수행하기 위한 하이브리드형 레이저용접장치 및 이에 따른 정반을 구성하여, 보다 빠른 용접작업을 수행함과 함께 용접의 품질을 향상시킬 수 있는 용접장치를 제공한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 요소모재들의 용접작업을 통해 멤브레인 LNG 운반선용 패널을 형성하는 자동용접 장치에 있어서; 적어도 3개의 직선축인 X, Y, Z축과 1개의 회전축인 C축을 갖는 갠트리의 구동 출력측에 설치되며, 제1용접토치 및 제2용접토치를 일체로 구비함과 함께 용접부의 상면을 향해 보호가스를 공급하는 용접부 상면실딩수단이 일측에 결합되어 구성된 하이브리드 용접유닛; 상기 갠트리의 구동범위에 배치되어 상면에 멤브레인 패널을 형성하기 위한 요소모재들을 안착시켜 위치 고정하는 고정수단 및 용접부의 하면을 향해 보호가스를 공급하는 하면실딩수단을 포함하여 구성하는 정반;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 멤브레인 패널을 형성하기 위한 용접장치의 개략도로서, 본 발명에 따라 멤브레인 패널을 용접작업하기 위한 장치는 크게 갠트리제어기(5)로서 기 프로그램된 동작을 구현하는 갠트리(20)와, 이 갠트리(20)의 구동출 력측에 설치되어 용접제어기(6)에 기 프로그램화된 용접작업을 구현하는 하이브리드형 용접유닛(30)과, 상기 갠트리(20)의 구동범위에 배치되어 상면에 멤브레인 패널을 형성하기 위한 요소모재들을 안착시키는 정반(40)으로 구성된다.

상기 갠트리(20)는 본 발명에 따른 멤브레인 패널의 크기에 상응하도록 멤브레인 패널의 평면상에 구동할 수 있도록 X축 및 Y축 구동을 구현함과 동시 높이방향인 Z축의 구동을 구현한다. 또한 이러한 X축,Y축,Z축의 구동을 구현하는 갠트리(20)의 구동 출력측과 결합되는 용접유닛(30:본 발명에서는 하이브리드형 용접유닛)의 회전구동을 구현하는 C축(: Z축을 중심으로 한 회전운동)의 구동을 구현하게 된다.

참고로 이러한 갠트리는 구동 출력측에 결합된 용접유닛이 상기 X,Y,Z,C축 외 용접토치 측의 기울기조절을 수행하는 T축을 더 구비할 수 있으나, 본 발명에 의한 모재인 멤브레인 패널은 높이방향 즉, Z축에 따른 용접부의 변위차를 필요로 하지 않고 수평면에 대해 적선형의 용접작업만을 필요로 하는 바, 본 발명에 따른 하이브리드형 용접유닛(30)의 구동은 상기와 같이 X축, Y축, Z축, C축으로 이루어진 구동축만으로 용접작업을 위한 구동이 가능한 것이다.

도 2는 도 1의 하이브리드 용접유닛의 구성을 보이는 측면 예시도로서, 본 발명에 따른 하이브리드 용접유닛(30)은 상기 갠트리(20)를 통해 X, Y, Z, C축 구동되는 용접헤드(31)상에 제1용접토치(32) 및 제2용접토치(33)를 일체로 구성한다. 또한 용접부를 향해 보호가스를 공급하는 상면실딩유닛(35)이 상면 실딩용 브라켓(34)을 통해 용접헤드(31)에 일체로 결합되어 있다. 상기 상면실딩유닛(35)은 일측의 주입구(36)를 통해 보호가스를 내부통로로 유입하여 용접부를 향하여 보호가스를 공급해 주게 된다.

이러한 하이브리드 용접유닛(30)은 용접작업을 통해 완성되는 멤브레인 패널이 기존의 지지력을 높이기 위해 형성된 굴곡부(Corrugation)를 대신하여 기술발전에 의한 멤브레인 패널의 구조변화에 따라 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 패널의 용접작업이 가능하게 되었으며, 이러한 직선형의 용접부는 그 용접효율을 향상시키기 위해 용가재를 이용한 레이저 브레이징방법 또는 하이브리드 레이저용접방법을 도입하여 사용하게 되었다. 즉, 이에 따라 상기 제1용접토치(32)로는 용접부에 대해 수직방향으로 배치되는 레이저용접토치를, 상기 제2용접토치(33)는 상기 제1용접토치(32)로부터 소정의 각도를 유지하며 배치되는 GM 아크용 용접토치를 구성하게 된다. 이러한 하이브리드 용접유닛(30)의 빠른 용접작업에 병행되어 보호가스를 용접부로 공급하는 상기 상면실딩유닛(35)을 통해 양호한 용접비드를 형성할 수 있도록 한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 용접작업을 거친 후, 평판형의 멤브레인 패널을 형성하기 위한 요소모재들의 구성을 보이는 개략도로서, 멤브레인 패널을 형성하기 위한 요소모재(10)들은 소정 간격을 유지하며 배치되는 다수개의 사각형 모재(11)들과, 상기 사각형 모재(11)들의 사이에 격자형으로 배치되어 연결되는 가로형 및 세 로형 모재(12,13)들로 형성된다. 보다 구체적으로는 상기 멤브레인 패널은 일정한 간격을 유지하며 배치된 다수개의 사각형 모재(11)들과; 상기 사각형 모재(11)들 중 가로방향으로 이웃하는 적어도 2개 이상의 사각형 모재들을 연결하도록 배치된 다수개의 가로방향 모재(12)들과; 상기 사각형 모재들 중 세로방향으로 이웃하는 적어도 2개 이상의 사각형 모재들을 연결하도록 배치된 다수개의 세로방향 모재(13)들로 구성되며, 상기 각 가로방향 모재(12)의 끝단은 이웃하게 배치되어 세로방향으로 배치된 사각형 모재들을 연결하는 상기 세로방향 모재(13)들에 이웃하게 배치되고, 또한 상기 각 세로방향 모재(13)의 끝단은 이웃하게 배치되어 가로방향으로 배치된 사각형 모재들을 연결하는 상기 가로방향 모재(12)들에 이웃하게 배치되고 있다.

즉, 상기 갠트리제어기(5)를 통해 사각형 모재(11), 가로방향 모재(12) 및 세로방향 모재(13)의 결합부(용접부)를 따르도록 미리 프로그램된 값에 따라 일렬의 용접작업을 위한 구동을 구현하게 되는 것이다.

한편 도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 멤브레인 패널을 형성하기 위한 각각의 요소모재들을 고정 지지하게 되는 정반의 구성을 보이기 위한 것으로, 도 4a 및 도 4b는 정반의 평면 및 측면 개략도를 도시한 것으로, 본 발명에 따른 정반(40)은 멤브레인 패널 만큼에 해당하는 크기를 갖는 것으로, 요소모재(10)들을 안착시켜 위치 고정하는 고정수단(45) 및 용접라인(W:용접부)의 하면을 향해 보호가스를 공급하는 하면실딩수단(41,42,43)을 포함하여 이루어진다.

상기 고정수단(45)은 정반(40)의 상면에 안착되어 가용접(tack welding)된 요소모재(11,12,13)들을 하이브리드 레이저용접을 수행하기 위해서 초기 위치로부터 이탈됨이 없이 정위치 고정되는 어떠한 수단을 구비하든 무관하나, 예컨대 도 4a에 도시된 바와 같이, 정반의 상면 테두리를 따라 다수개의 클램핑(46)을 구비토록 하여, 상호 이웃하며 안착된 가로방향 혹은 세로방향모재(12,13)와 사각형모재(11)를 동시에 정반에 고정시키도록 하거나, 또는 안착되는 요소모재들(11,12,13)과 각각 대응되게 정반의 상면에 격자형으로 배치되는 다수개의 마그넷(47)을 정반의 상면에 배치시킬 수 있으며, 혹은 도시되진 않았으나 상기 마그넷을 대신하여 이와 동일한 형태로 배치되는 진공 흡착패드를 배치함으로서 안착된 요소모재(11,12,13)들을 고정할 수 있다. 물론 진공 흡착패드를 구성하기 위해서는 외부의 에어공급수단과 연결되는 에어로가 본 발명에 따른 정반에 더 포함되어 형성되어야 함은 물론이며, 이러한 진공 흡착패드를 통해서는 상기 자력을 통한 고정수단이 불가한 모재에 대해 활용할 수 있는 동시 에어공급수단의 작동에 따라 정반에 대한 요소모재의 탈, 장착을 용이하게 수행할 수 있을 것이다. 본 발명에 따라 바람직하게는 상기 클램핑(46)과 마그넷(47)을 함께 구성하거나 혹은 클램핑(46)과 진공 흡착패드를 함께 구성하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 하나 혹은 요소모재에 대응하여 선택적인 복합설치가 가능하다.

아울러 상기 클램핑(46)은 고정 체결 시 요소모재들(11,12,13)과 밀착되는 내면이 요소모재의 외면과 상응한 형상을 유지토록 하여 용접작업 중에 요소모재의 변형을 방지하도록 하며, 바람직하게는 이러한 밀착부에 탄성력을 갖는 패드를 형 성하여도 좋다.

이러한 고정수단(45)들은 특히 본 발명에 따른 레이저용접 전 각 모재의 용접부에 대한 정밀 절단작업을 수행하게 되며, 이러한 절단 작업된 모재의 용접 시 항상 일정한 갭(용접간 거리)을 상기 고정수단(45)을 통해 유지하는 것은 결국 용접품질에 큰 향상을 가져올 수 있는 것이다.

계속해서 도 4b에 도시된 바와 같이, 정반(40)의 상면에는 안착된 요소모재들(10)의 용접라인(W:용접부)를 따라 하면실딩수단(41,42,43)을 구비하고 있으며,

이러한 하면실딩수단(41,42,43)은 안착된 요소모재(10)의 용접부(W)에 상응하게 정반의 상면에 격자형의 비드형성부(41)가 함몰되어 배치되고; 상기 비드형성부(41)의 하측 내부를 따라 나란하게 형성되어, 외부 보호가스공급부(51:도 5참조)로부터 보호가스가 유입되는 주공급로(43)와; 상기 주공급로(43)에서부터 비드형성부(41)의 중앙 상측면까지 연통되어, 용접부(W)를 따라 나란하게 배치되는 다수개의 공급홀들(42)로 구성된다.

이때 상기 비드형성부(41)는 레이저용접 시 정반의 손상을 최소화하기 위해 약 15mm 정도의 깊이로 함몰되도록 하며, 그 표면의 재질은 구리재질을 권장한다.

상기와 같은 주공급로(43)를 통해 유입된 보호가스가 각각의 공급홀들(42)을 통해 상면에 안착되어 용접 중인 요소모재의 용접부(W)를 따라 보호가스를 분사하게 되는 것이다.

또한, 도 5는 상기 하면실딩수단으로 공급되는 보호가스의 공급제한수단을 보이는 것으로, 이는 상기 갠트리 및 용접유닛을 통해 용접작업 중인 국부위치에 대해서만 하면실딩을 위한 보호가스를 제한적으로 공급토록 하여 보호가스의 낭비를 줄이기 위한 것으로,

도 5에서 보듯이, 이러한 보호가스 공급제한수단(50)은 외부 보호가스공급부(51)로부터 상기 정반(40)에 형성된 각각의 주공급홀(43)을 연결하는 공급배관(52) 상에 설치되는 다수개의 개폐밸브(55)와, 현재 용접 진행 중인 갠트리 구동 출력측 위치에 상응한 주공급홀(43)에 대해서만 보호가스를 주입도록 갠트리제어부(5)와 용접제어부(6)로부터 인가된 신호를 기반으로 다수개의 개폐밸브(55)를 단속하는 개폐제어기(56)으로 구성된다.

상기와 같이 본 발명은 하이브리드 레이저용접유닛(30)에 구비된 용접부 상면실딩유닛(35) 및 정반에 구비된 하면실딩수단(41,42,43)을 통해 고속의 용접을 수행함과 동시 용접부의 상,하면으로 공급되는 보호가스를 통해 고속의 용접작업과 병행하여 형성되는 비드의 산화방지 및 양호한 비드를 형성토록 하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 수평면에 대한 직선형의 용접작업이 가능한 멤브레인 패널의 용접작업에 있어 하이브리드형 레이저용접을 적용함으로서 기존의 용접작업 시 발생되었던 열변형 등의 용접불량을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 안전성 등의 이유로 국제적으로 강화된 규제를 충족시킬수 있는 LNG 화물창의 용접기술을 획득할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 요소모재들의 용접작업을 통해 LNG 운반선용 멤브레인 패널을 형성하는 자동용접 장치에 있어서;

   적어도 3개의 직선축인 X, Y, Z축과 1개의 회전축인 C축을 갖는 갠트리의 구동 출력측에 설치되며, 제1용접토치 및 제2용접토치를 일체로 구비함과 함께 용접부의 상면을 향해 보호가스를 공급하는 용접부 상면실딩유닛이 일측에 결합되어 구성된 하이브리드 용접유닛;

   상기 갠트리의 구동범위에 배치되어 상면에 멤브레인 패널을 형성하기 위한 요소모재들을 안착시켜 위치 고정하는 고정수단 및 용접부의 하면을 향해 보호가스를 공급하는 하면실딩수단을 포함하여 구성하는 정반;

   으로 이루어진 것을 특징으로 하는 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 LNG 운반선의 용접장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 멤브레인 패널을 형성하기 위한 요소모재들은 소정 간격을 유지하며 배치되는 다수개의 사각형 모재들과, 상기 사각형 모재들 중, 적어도 2개 이상의 사각형 모재들을 연결하도록 배치되는 다수개의 가로방향 및 세로방향 모재들이 격자형으로 배치되어 연결되는 것을 특징으로 하는 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 LNG 운반선의 용접장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하이브리드 용접유닛의 제1용접토치와 제2용접토치는 각각 레이저용접토치와 이 레이저용접토치와 소정의 각도를 유지하는 GM 아크용 용접토치로 구성된 것을 특징으로 하는 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 LNG 운반선의 용접장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 정반에 구비된 하면실딩수단은 안착된 요소모재들의 용접부에 상응하게 정반의 상면에 격자형의 비드형성부가 함몰되어 형성되고;

   상기 비드형성부의 하측 내부를 따라 나란하게 형성되어, 외부 보호가스공급부로부터 보호가스가 유입되는 주공급로와;

   상기 주공급로에서부터 비드형성부의 중앙 상측까지 연통시키며, 용접부를 따라 나란하게 배치되는 다수개의 공급홀들;

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 LNG 운반선의 용접장치.
5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 보호가스공급부로부터 각각의 주공급홀을 연결하는 공급배관 상에 설치되는 다수개의 개폐밸브와;

   용접 진행 중인 갠트리 구동 출력측 위치에 상응한 선택된 주공급홀에 대해 보호가스를 주입도록 상기 다수개의 개폐밸브의 개폐를 단속하는 개폐제어기;

   로 이루어진 보호가스 공급제한수단을 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 LNG 운반선의 용접장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 정반의 고정수단은 정반의 상면 테두리를 따라 다수개 구비되어, 상호 이웃하며 안착된 가로방향 혹은 세로방향 모재와 사각형 모재를 동시에 고정하는 클램핑;

   안착되는 요소모재들과 각각 대응되게 정반의 상면에 격자형으로 배치되는 마그넷;

   안착되는 요소모재들과 각각 대응되게 정반의 상면에 격자형으로 배치되는 진공 흡착패드;

   들 중 적어도 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직선형의 용접부를 갖는 멤브레인 LNG 운반선의 용접장치.

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