KR20090048805A - 박판 금속 파이프 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

금속 박판을 용접하여 파이프를 제조함에 있어서 이음매를 보다 정확히 정렬할 수 있도록 함으로써 정렬 불량을 방지하고 정확한 원형의 파이프를 제조할 수 있도록, 원통형으로 성형된 박판 파이프의 양 측단 이음매를 가압하는 가압부와, 상기 가압부에 의해 눌려져 정렬된 이음매를 용접하는 용접부를 포함한다.

가압롤러, 함체, 집광렌즈, 레이저빔, 정렬

Description

박판 금속 파이프 제조장치 및 제조방법{DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THIN METAL PIPE}

본 발명은 판재를 용접하여 파이프를 제조하는 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 두께가 얇은 박판으로 파이프를 제조함에 있어서 접합부의 용접 정밀도를 높일 수 있도록 된 박판 금속 파이프 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속의 소재를 롤 포밍 성형하고 관 축의 길이방향을 따라 이음매를 용접하여 파이프를 제조하는 방식으로 TIG(tungsten inert gas) 용접, 고주파 유도 용접 등이 이용된다.

그러나 상기한 용접 방식은 금속 소재의 두께가 얇아질수록 파이프 제조가 어려운 단점이 있다. 그 이유는 소재를 원통형으로 성형하였을 때 박판 금속의 이음매 부분에서 정확히 양 선단을 정렬시키기 어렵기 때문이다. 또한, 소재의 두께가 1mm 이하로 얇아질수록 용접 공정이 어려워지게 된다.

따라서 종래의 용접 방식을 통해서는 박판 파이프 제조시 양호한 용접결과를얻기 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래의 경우 용접 이후 용접부위를 교정하는 과정을 통해 파이프를 정확한 원형으로 가공하게 되는 데, 이 과정에서 용접부위에 변형에 따른 균열 현상이 일어나 제품의 불량을 야기하게 된다.

이에 금속 박판을 용접하여 파이프를 제조함에 있어서 이음매를 보다 정확히 정렬할 수 있도록 함으로써 정렬 불량을 방지하고 정확한 원형의 파이프를 제조할 수 있도록 된 박판 금속 파이프 제조장치 및 제조방법을 제공한다.

또한, 금속 박판에 대해서도 이음매에 대한 양호한 접합결과를 얻을 수 있도록 된 박판 금속 파이프 제조장치 및 제조방법을 제공한다.

이를 위해 본 제조 방법은 롤링가공으로 금속 박판을 원통형으로 성형하는 단계와, 성형된 금속 박판 이음매를 가압하여 접합될 양 측단이 마주보도록 정렬시키는 단계, 정렬되어 마주 접하는 금속 박판의 양 측단을 용접하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 용접하는 단계에서 금속박판의 양 측단 용접은 레이저 빔을 조사하여 용접하는 레이저용접방식일 수 있다.

그리고 박판 금속 파이프를 제조하기 위한 본 장치는 원통형으로 성형된 박판 파이프의 양 측단 이음매를 가압하는 가압부와, 상기 가압부에 의해 눌려져 정렬된 이음매를 용접하는 용접부를 포함할 수 있다.

이에 용접되는 박판 파이프의 양 측단이 서로 정밀하게 마주 접하게 되어 맞대기 용접에 최적화된 상태로 정열된다. 따라서 용접 불량을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 가압부는 용접방향을 따라 용접위치 앞쪽에 위치하여 박판 파이프의 이음매를 눌러 용접될 양 측단을 정렬하는 가압롤러를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가압부는 상기 용접위치 뒤쪽에 위치하여 박판 파이프 이음매를 눌러 용접될 양 측단을 정렬하는 가압롤러를 더 포함할 수 있다.

이와같이 용접위치를 사이에 두고 앞쪽과 뒤쪽에서 박판 파이프의 이음매를 눌러 줌으로써 보다 정밀하게 용접될 양 측단을 정열시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 가압부는 내부에 공간부를 형성하고 하단에는 상기 가압롤러가 장착되며, 일측에 보호가스 공급관이 설치되는 함체를 더욱 포함할 수 있다.

이에 상기 함체 내부로 용접용 보호가스(shielding gas)를 공급하여 용접부의 산화를 방지할 수 있게 된다.

상기 용접부는 레이저빔을 조사하여 이음매를 접합하는 레이저 용접일 수 있다.

또한, 상기 용접부는 상기 함체의 상단에 설치되어 조사되는 레이저빔을 용접부위에 집광시키는 집광렌즈가 부착된 구조일 수 있다.

이와 같이 두께가 얇은 금속 박판 소재로 파이프나 튜브의 제조가 가능하게 된다.

또한, 파이프의 이음매에서의 용접 결함을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 레이저빔을 이용한 용접 구조로 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 다른 실시예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

도 1은 본 제조장치 예시하고 있다.

상기 도 1에 의하면, 본 장치는 원통형태로 성형된 금속 박판 파이프(100)의 이음매(A)를 따라 이동되고 내부에 공간부를 형성하는 함체(10)와, 상기 함체(10)의 하단에 간격을 두고 설치되어 상기 파이프(100)의 이음매(A)를 가압하는 가압롤러(20,21), 상기 함체(10)의 상단에 설치되어 조사되는 레이저빔을 상기 이음매(A)에 조사하기 위한 집광렌즈(30), 상기 함체(10)의 일측에 연결설치되어 함체(10) 내부로 용접용 보호가스를 공급하는 보호가스 공급관(40)을 포함한다.

본 실시예에서 상기 함체(10)는 사각형 박스 구조물로 상면과 각 측면이 막혀있고 하단은 개방된 구조로 되어 있다. 이에 상기 보호가스 공급관(40)을 통해 공급된 보호가스는 함체(10) 내부에서 개방된 하단을 통해 빠져나가면서 용접부위 를 감싸 산화를 방지하게 된다. 또한, 상기 함체(10) 하단에 설치되는 가압롤러(20,21)는 함체(10) 외측으로 약간 돌출되도록 설치된다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 가압롤러(20,21)는 상기 함체(10)의 이동방향 즉, 용접방향을 따라 함체(10)의 앞쪽과 뒤쪽에 각각 한 개씩 설치된다. 이하 설명의 편의를 위하 앞쪽 가압롤러는 앞가압롤러(20)라 칭하고, 뒤쪽 가압롤러는 뒤가압롤러(21)라 칭한다.

그리고 상기 두 개의 가압롤러(20,21) 사이에서 용접이 이루어질 수 있도록 상기 함체(10) 상부에 설치되는 집광렌즈(30) 역시 앞가압롤러(20)와 뒤가압롤러(21) 사이의 중심에 위치한다.

이에 집광렌즈(30)로 레이저빔이 조사되면 두 개의 가압롤러(20,21) 사이로 집광되어 가압롤러에 의해 눌려져 있는 이음매(A)의 양 측단(110)을 용접하게 된다.

본 실시예에서 상기와 같이 이음매(A)에 대한 용접으로 레이저 빔이 이용됨으로써, 이음매(A)의 국부용접이 가능하고 저 입열에 의한 열변형을 최소화시킬 수 있게 된다. 레이저 빔의 집광경은 통상 수백 마이크론으로 제어가능함으로 용접시 비드 폭은 대략 1mm 이하로 실현될 수 있다. 따라서 용접 중에 이음매(A) 부분의 절단이나 용략 등은 발생되지 않고 양호한 접합부를 얻을 수 있게 된다. 또한, 레이저 빔의 고 파워 밀도에 의해 용접 속도를 수십 m/min에서 100m/min으로 실행할 수 있어 생산성을 높일 수 있게 된다.

이하, 금속 박판 파이프(100)의 제조과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저 롤링가공을 통해 금속 박판의 양 측단(110)을 순차적으로 절곡형성하고 점차로 그 곡률을 크게하여 금속박판을 원통형태로 성형하게 된다.

금속 박판이 원통형태로 성형되면 이음매(A)의 양 측단(110)을 용접하여 파이프(100)를 제조하게 되는 데, 이 용접과정 전에 상기 이음매(A)의 양 측단(110)을 가압롤러(20,21)로 가압하여 접합될 양 측단(110)이 정밀하게 마주보도록 정렬시키는 과정을 거친다.

즉, 함체(10)가 용접 속도에 맞춰 이음매(A)의 용접방향을 따라 이동하게 되면, 상기 함체(10)에 설치된 앞가압롤러(20)와 뒤가압롤러(21)는 용접 위치 전후로 이음매(A)의 양 측단(110)을 소정 압력으로 눌러주게 된다.

이에 도 3에 도시된 바와 같이 용접이 이루어지는 박판의 양 측단(110)은 단면이 서로 마주보는 상태로 정렬하게 된다. 이는 용접 부위의 단면과 단면이 서로 마주 접하는 상태로서 맞대기 용접을 위한 최적의 상태인 것이다.

이와같이 용접 전에 접합될 양 측단(110)을 가압하여 정렬시키는 과정을 거친 후 레이저빔이 집광렌즈(30)를 통해 용접부위로 조사되어 정렬된 이음매(A)의 양 측단(110) 사이를 용접함으로써 금속 박판 파이프(100)를 제조할 수 있게 된다.

여기서 상기 앞가압롤러(20)와 뒤가압롤러(21)는 레이저 빔에 의한 용접 위치 바로 전후에 위치함으로써 용접이 이루어지는 박판의 양 측단(110)을 정렬시킨 상태로 지지하게 된다. 따라서 용접시 보다 정밀하게 양 측단(110)의 정렬상태를 유지할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박판 금속 파이프 제조장치를 도시한 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박판 금속 파이프 제조장치의 측면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박판 금속 파이프 제조장치의 사용상태를 도시한 개략적인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 함체 20,21 : 가압롤러

30 : 집광렌즈 40 : 공급관

Claims (8)

1. 금속 박판을 원통형으로 성형하는 단계와,

   성형된 금속 박판 이음매를 가압하여 접합될 양 측단이 마주보도록 정렬시키는 단계,

   정렬되어 마주 접하는 금속 박판의 양 측단을 용접하는 단계

   를 포함하는 박판 금속 파이프 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 용접하는 단계에서 금속박판의 양 측단 용접은 레이저 빔을 조사하여 용접하는 박판 금속 파이프 제조방법.
3. 원통형으로 성형된 박판 파이프의 양 측단 이음매를 가압하는 가압부와,

   상기 가압부에 의해 눌려져 정렬된 이음매를 용접하는 용접부

   를 포함하는 박판 금속 파이프 제조장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 용접부는 레이저빔을 조사하여 이음매를 접합하는 레이저 용접구조인 박판 금속 파이프 제조장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 가압부는 용접방향을 따라 용접위치 앞쪽에 위치하여 박판 파이프의 이음매를 눌러 용접될 양 측단을 정렬하는 가압롤러를 포함하는 박판 금속 파이프 제조장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 가압부는 상기 용접위치 뒤쪽에 위치하여 박판 파이프 이음매를 눌러 용접될 양 측단을 정렬하는 가압롤러를 더 포함하는 박판 금속 파이프 제조장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 가압부는 내부에 공간부를 형성하고 하단에는 상기 가압롤러가 장착되며, 일측에 보호가스 공급관이 설치되는 함체를 더 포함하는 박판 금속 파이프 제조장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 용접부는 레이저빔을 조사하여 이음매를 용접하는 레이저용접구조이고, 함체의 상단에는 조사되는 레이저빔을 용접부위에 집광시키는 집광렌즈가 설치된 박판 금속 파이프 제조장치.

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