KR20100022046A - 열에 녹을 수 있는, 금속 재료로 형성된 부품을 영구히 연결하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 용접 프로세스를 수행하기 위해 로봇 제어된 용접 유닛을 사용하여, 열에 녹을 수 있는 금속 재료로 형성된 부품을 영구히 결합하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 따라, 고성능 마그 용접 프로세스(high performance MAG)가 수행된다. 상기 고성능 마그 용접 프로세스가 수행되는 부품(8)은 하이브리드 용접 프로세스를 수행하기 위해 로봇-제어된 용접 유닛(2)에 의해 운반되고, 상기 GSMAW 토치(torch, 3)는 용접 유닛에 의해 드래그 형성되도록 안내되는 하이브리드 용접 프로세스에 도움이 된다.

Description

열에 녹을 수 있는, 금속 재료로 형성된 부품을 영구히 연결하기 위한 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR PERMANENTLY CONNECTING COMPONENTS OF HEAT-MELTABLE, METALLIC MATERIAL}
본 발명은 하이브리드 용접 가공 프로세스를 수행하기 위한 로봇-제어 용접 유닛으로, 열에 녹을 수 있는, 금속 재료로 형성된 부품을 영구히 연결하기 위한 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전술된 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
전술된 형태의 장치 및 방법은 특히 조선(shipbuilding)에서 사용되는 바와 같이, 그 중에서도 두꺼운 플레이트를 접합하는 데 있어 산업적으로 사용된다.
가령, 15 mm 두께의 플레이트를 사용하여 레이저 용접과 가스 금속 아크 용접(GMA)의 복합인, 순수 레이저 하이브리드 용접은 일반적으로 고온으로 깨지는 문제로 인하여 소위 "중앙 립 결점(middle rib defect)"의 개선을 야기한다. 특히, 15 mm이상의 큰 두께의 경우에 있어, 용접 이음매(weld seam)가 발생될 수 있는 고온 크랙 문제점으로 인하여 재용접되어야만 한다. 상기 추가적인 재용접은 수몰된 아크 용접 방법(submerged arc welding method)으로 이루어진다.
하이브리드 이음매(hybrid seam)의 재용접, 특히 수몰된 아크 용접 방법에 의한 재용접은, 하이브리드 이음매의 루트(root) 영역으로 중앙 립 결함의 이동(displacement)의 위험이 존재한다는 점에 있어 불리하다. 이는 수몰된 아크 용접 방법에 의해 이미 재가공되는 용접 이음매의 루트(root)는 동일하게 재용접되어야 한다. 이는 다시 한번 추가적인 작업 단계를 요구하며, 즉 이미 용접되는 피스(piece)는 회전되어야 하고, 이음매(seam)는 이의 그 외 다른 측부 상에서 다시 한번 용접되어야 한다.
또한, 재용접하기 위해 사용된 수몰된 아크 용접 방법(submerged arc welding method)은 두꺼운 플레이트로 열의 도입과 이에 따라 이의 찌그러짐(distortion)이 단점이 된다.
추가적으로, 수몰된 아크 용접 방법에 의해 형성된 이음매 높이(seam elevation)는 특히, 조선(shipbuilding) 분야, 외부 표면 영역에서, 가시적으로 단점이 되는 바와 같이, 보다 눈에 띄게 자명하다.
본 발명은 두꺼운 플레이트의 하이브리드 용접에 있어서, 즉 중간의 립 결함의 개발인, 크랙 형성의 위험을 방지하는 문제에 기초된다.
이러한 문제점은 청구항 제 1 항의 특징에 의한 방법에 따라 해결된다. 본 발명의 개선된 방법은 종속항 제 2 항 내지 제 5 항에 나타난다.
상기 장치에 있어서, 본 발명의 기초를 형성하는 문제점은 청구항 제 6 항 내지 제 8 항의 특징에 의해 해결된다.
열에 녹을 수 있는, 금속 재료의 부품을 영구히 연결하기 위한 본 발명에 따르는 방법에 있어, 로봇 제어된 용접이 하이브리드 용접 프로세스(hybrid welding process)를 수행하기 위해 사용된다. 본 발명에 따라, 고성능 마그 용접 프로세스(High Performance Metal Active Gas welding process, HP-MAG)는 하이브리드 용접 프로세스를 수반하는 사전 결정된 간격으로 수행된다.
앞선 하이브리드 용접 프로세스의 용접 이음매가 냉각되자 마자, 본 발명에 따라, 이어지는 추가적인 HP-MAG 프로세스는 이미 뒤 따르고, 이에 의해 크랙은 제거된다.
하이브리드 용접 프로세스는 서로 다른 용접 프로세스의 복합이 될 수 있다.
하이브리드 용접 프로세스를 수행하기 위하여 특히 유리하게, 수몰된 아크 용접 프로세스(submerged arc welding process, SAW)는 레이져 용접 프로세스와 복합되어 수행된다. 상기 레이져 하이브리드 용접 프로세스는 추가적인 용접 조인트 조합제(weld joint preparation)의 절약으로 단일 레이어 용접이 가능하기 때문에 실질적으로 경제적으로 유리하고, 이에 의해 특히 매우 큰 플레이트 두께의 경우에 있어, 단일 측부 용접 기술이 조선(shipbuilding)에서 종종 발생되는 바와 같이, 용접 조인트의 마주보는 측부에 대해 접근 가능하지 않는 부품에 대해 특히, 변환될 수 있다.
HP-MAG 용접 프로세스를 수행하는 토치(torch)는 구조적인 유닛에 대해 유리하게 배열되고, 상기 구조적인 유닛은 하이브리드 용접 프로세스를 수행하기 위하여 로봇 제어된 용접 유닛에 의해 운반되어 반출된다. 상기 하이브리드 용접 프로세스와 이어지는 HP-MAG 용접 프로세스는 이음매(seam)를 따라 동일한 용접 속도로 구현되고, 이에 의해 본 발명에 따른 방법은 "앞뒤 용접 방법(tandem welding method)"으로 설계될 수 있다.
하이브리드 용접 프로세스의 수행으로 결합되는 상기 SWA 토치는 용접 유닛으로 배열되고 장착되어 용접하는 방향으로 드래깅하는 방식으로 형성되는 경향이 있다.
고성능 마그 용접 프로세스(HP-MAG)의 수행으로 결합하는 토치는 용접 유닛 상에 관통하는 방식으로 안내된다. 드래그 형성된 토치로써 안내된 리딩(leading) SAW와 관통되는 바와 같이 수반되는 HP-MAG의 장착은 높은 용접 속도로 최적 용접 결과를 허용한다.
대략 13 내지 22 mm의 플레이트 두께로, 결합이 없는, 2개의 레이어 용접은 로봇 제어된 용접 유닛의 단일 행정(travel)으로 본 발명에 따르는 방법에 의해 발생되며, 이는 제 2 토치를 안내하는 구조적인 유닛을 추가적으로 운반한다. 18 내지 20 mm 두께의 플레이트 두께로, 대략 150 내지 400mm의 구조적인 유닛과 용접 유닛 사이 간격은 용접 속도에 따라 유리하다. 예를 들어 상부 흐름(upstream) 레이져 하이브리드 방법을 통하여, 18mm 의 두께 플레이트를 사용하여, 8 mm의 하부 조인트(joint)가 채워지고 하부 흐름 HP-MAG 프로세스는 1.6mm 직경의 필터 와이어를 사용하여 상기 조인트의 잔존 부분을 충진한다. 상대적으로 높은 속도로 와이어를 녹이고 충분한 충진 정도를 구현하기 위하여, 대응되는 고성능 용접 장치가 사용된다.
본 장치에 의해, 열에 녹을 수 있는 금속 재료로 구성된 부품을 연결하기 위한 방법은 로봇 제어된 용접 유닛으로 수행되고, 이는 하이브리드 용접 프로세스 즉, 레이져 용접 프로세스와 복합되어 수몰된 아크 용접 프로세스(SAW)를 수행한다. 이러한 용접 유닛은 하이브리드 용접 프로세스를 수반하는 고성능 마그 프로세스(HP-MAG)를 수행하기 위하여 구조적인 유닛과 커플 결합된다. 상기 용접 유닛이 용접되고, 서로 연결되는 두꺼운 플레이트 사이 이음매(seam)를 따라 안내될 때, 마찬가지로 HP-MAG와 이들과 함께 커플 결합된 구조적인 유닛은 사전 결정된 간격으로 용접 유닛을 수반한다.
로봇에 의해 안내되는 용접 유닛은 캐리어가 제공될 수 있으며 상기 캐리어 상으로 상기 HP-MAG 용접 토치를 운반하는 구조적인 유닛이 용이하게 장착될 수 있다. 물론 반대로, 상기 구조적인 유닛은 용접 유닛상에 장착되는 캐리어를 가질 수 있다.
유리하게, 상기 캐리어가 구성되어 상기 토치 또는 각각의 토치들은 그 위에 고정되고 용접 방향에 대한 배열과 이들의 공간 형성에 대하여 조절될 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징이 나타날 수 있는 본 발명 실례의 실시예는 도면에서 설명된다.
도면은 용접 방법을 구현하기 위한 장치의 측면을 도식적으로 도시한 도면이다.
열에 녹을 수 있는 금속 재료로 제조된 조선(shipbuilding)을 위한 두꺼운 플레이트(1)인 부품(component)을 영구히 연결하기 위한 장치는 로봇 제어된 용접 유닛(robot-controlled welding unit, 2)을 가진다. 상기 로봇 제어된 용접 유닛이 화살표(VS)에 따르는 용접 방향으로 안내될 때, 이러한 과정에서 상기 로봇 제어된 용접 유닛은 용접 유닛 상에 배열된 토치(torch, 3)를 움직이고, 이에 따라 수몰된 아크 용접 프로세스(submerged arc welding process, SAW)가 수행된다. 동시에, 이와 마찬가지로 상기 용접 유닛(2) 상에 위치된, 부품(4)을 안내하는 레이저 빔(laser beam)이 또한 움직이고, 이에 따라 사전 결정된 속도로, 두꺼운 플레이트(1)을 따르는 움직임(movement)과 함께, 상기 용접 유닛(2)은 화살표 방향(VS)으로 하이브리드 용접 프로세스를 수행한다. 육각형 헤드(hexagon head, 5)에 의해 도식적으로 표시된, 나사 연결부와 함께, 케리어(6)는 용접 유닛(2)에 장착된다. 상기 케리어는 구조적인 유닛(structural unit, 7)을 운반하고, 이 위에 토치(8)는 고성능 마그 용접 프로세스(high performance metal active gas welding process, HP-MAG)를 실행하기 위하여 고정된다.
상기 SAW 토치(3)는 용접 방향(VS)과 관련하여 드래깅(dragging) 방식으로 배열된다. 같은 방식으로 용접 방향(VS)에 대하여, 상기 HP-MAG 토치(8)는 관 통(piercing) 방식으로 배열된다.

Claims (8)

  1. 하이브리드 용접 프로세스를 수행하기 위하여 로봇 제어된 용접 유닛과 함께, 열에 녹을 수 있는 급속 재료로 형성된 부품을 영구히 연결하기 위한 방법에 있어서,
    고성능 마그 용접 프로세스(High Performance Metal Active Gas welding process, HP-MAG)는 사전 결정된 간격(interval)으로 수행되어 상기 하이브리드 용접 프로세스를 수반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, HP-MAG 용접 프로세스를 수행하는 구조적인 유닛(structural unit, 7)은 하이브리드 용접 프로세스를 수행하기 위하여 로봇 제어된 용접 유닛(2)에 의해 반출(entrain)되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 하이브리드 용접 프로세스를 수행하는 데 결합하는 SAW 토치(torch, 3)는 용접 유닛(2)에 의해 드래깅 방식으로 배열되도록 하기 위하여 안내되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 고성능 마그 용접 프로세스(HP-MAG)를 수행하는 데 있어 결합되는 HP-MAG 토치(8)는 용접 유닛(2)에 의해 드래그 형성된 구조적인 유닛(7)으로 관통하는 방식으로 안내되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 프로세스는 대략 0.6 내지 1.5 m/min의 속도록 용접하며 수행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 하이브리드 용접 프로세스를 수행하기 위하여 로봇 제어된 용접 유닛과 함께, 열에 녹을 수 있는 금속 재료인 부품을 연결하기 위한 장치에 있어서,
    하이브리드 용접 프로세스를 수반하며, 고성능 마그 용접 프로세스(HP-MAG)를 수행하기 위한 구조적인 유닛(7)은 상기 용접 유닛(2)과 커플 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 용접 유닛(2)과 구조적인 유닛(7) 사이 간격은 대략 150 내지 400 mm와 동등한 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 유닛(2)은 캐리어(carrier, 6)을 가지고 상기 캐리어 상에서 상기 구조적인 유닛(7)이 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
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