KR20100089610A - 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 케이스를 이용하여 제품을 경량화하고, 세라믹 몸체로 전달되는 물리적 충격 및 고온의 용접열을 차단할 수 있는 수직상향 일렉트로 가스용접에 사용되는 세라믹 용접지지구에 관한 것이다.

상기 본 발명은 용접부의 보호를 위하여 슬래그를 생성시키는 유리섬유; 상기 유리섬유의 하부에 배치되며 이면비드를 형성시키도록 용접부와 대향면에 비드홈이 형성된 다수의 세라믹 몸체; 상기 다수의 세라믹 몸체의 비드홈 형성면을 제외하고 나머지측면을 커버하는 알루미늄 케이스; 및 상기 다수의 세라믹 몸체와 상기 알루미늄 케이스 사이에 내재되어 외부의 물리적인 충격으로부터 상기 세라믹 몸체를 보호하고 고온의 열충격으로부터 상기 알루미늄 케이스를 보호하기 위한 보호부재를 포함한다.

일렉트로 가스 용접, 용접지지, 수직상향, 알루미늄 케이스

Description

수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구{Ceramic Backing Materials for Electro-gas Arc Welding of Vertical-Up Type}

본 발명은 용접지지구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조선소 도크에서 대형구조물의 외판 용접에 사용되는 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구이다.

일반적으로 조선소에서는 조립공장에서 필요한 형태로 일반 평판에서부터 용접 등의 접합방식으로 조립하여 소형구조물들을 제조하고 이렇게 제작된 소형구조물들은 대형조립공장에서 하나의 블록으로 제작된다. 이렇게 제작된 블록들을 최종적으로 도크에서 정렬시킨 후 각각의 블록들을 부착하여 선박을 건조하게 된다.

이와 같이 도크에서 마지막으로 부착하는 외판의 두께는 통상적으로 15~80㎜ 정도이다. 이러한 두꺼운 철판을 수직자동용접을 이용하여 한 번(One Pass)의 용접으로 철판을 부착시키는 용접이 주로 사용되고 있다. 수직자동용접중에 하나인 일렉트로 가스 용접은 전면에서 용접기와 일체형인 수랭식 및 공랭식 동담금을 이용하여 용접부위의 보호 및 비드를 형성시키고, 후면에는 세라믹 용접지지구를 이용하여 보호 및 비드를 생성시킨다.

이러한 두꺼운 철판의 용접을 원 패스(One Pass)로 작업하기 위하여서는 높은 입열량이 요구되어진다. 따라서 수동용접에 사용되는 세라믹 용접지지구는 알루미늄 테이프를 이용하여 모재에 부착하여 사용되나, 수직자동용접에서는 고열에 의해 점착제가 타버리고, 알루미늄이 용융되는 현상이 나타나므로 사용이 어렵다.

또한, 대형 블록에는 중력 등의 외력에 의해 철판이 변형되는 것을 방지하기 위하여 이면에 블록과 블록 사이에 스캘럽(scallop)을 부착 시켜 놓는데, 그 결과 종래에는 이러한 스캘럽 등으로 인하여 알루미늄 테이프 부착이 용이하지 못하다.

그러므로 수직상향 일렉트로 가스 용접에서의 세라믹 용접지지구의 부착은 스캘럽과 세라믹 용접지지구 사이에 쐐기피스를 이용하여 고정시킨다. 그리고 스캘럽과 스캘럽 사이에 세라믹 용접지지구를 고정시키기 위하여 문형 피스 등의 고정 물을 설치하는데 이 문형 피스와 세라믹 용접지지구 사이에도 쐐기 피스로 고정을 시킨다.

이와 같은 종래의 수직상향 일렉트로 가스 용접에 사용되는 세라믹 용접지지구는 스틸케이스를 이용하여 각 조각의 세라믹 몸체를 연결 고정시켰다. 이때 스틸케이스로 케이싱을 하는 이유로는 세라믹 몸체들을 쐐기피스로 고정 시 세라믹 몸체가 이탈되지 않고 일직선으로 그 배열을 그대로 유지할 수 있도록 하고, 외부의 충격으로부터 세라믹 몸체를 보호하는 데 있다.

그러나 종래의 세라믹 용접지지구는 작업공간이 30m 정도로 높고, 내부의 구조물들로 인하여 작업공간이 협소한 곳에서 부착작업을 하기 때문에 작업도구의 경량화가 요구되고 있다.

일반적으로 사용되는 스틸케이스는 비중이 약 7.8 정도이고 그 길이가 600mm이며, 그 내부에 예를 들어, 8개의 세라믹몸체가 내장되어 세라믹 용접지지구의 1세트는 약 500~600g 정도의 무게를 갖게 되며, 이러한 스틸케이스는 휘는 현상을 방지하고 세라믹 몸체를 외부의 힘으로부터 보호하기 위하여 1~1.5㎜ 정도의 두께가 요구된다.

이와 같은 스틸케이스와 8개의 세라믹 몸체를 포함하는 세라믹 용접지지구 제품의 무게는 1세트당 약 550g 정도이나, 제품의 포장은 15세트의 세라믹용접지지구가 1박스에 포장되므로 전체 중량은 기타자재를 포함하여 약 9Kg 정도에 이르게 된다.

한편, 세라믹 용접지지구가 부착되는 모재의 이면, 즉, 배의 내부는 작업용 받침대가 다단구조로 높은 곳까지 설치된 작업환경을 이루고 있다. 따라서, 작업자는 약 9Kg에 이르는 박스단위의 세라믹 용접지지구를 부착작업이 이루어질 현장, 즉, 적어도 20-30m의 높은 위치까지 손으로 들고 작업받침대를 이용하여 직접 운반한 후, 작업자는 협소한 공간에서 한 손으로 제품을 모재에 밀착시키고 다른 한 손으로 쐐기피스 등으로 고정 작업을 해야 하며 이로 인해 작업자에게 근골격 등의 질환이 발생될 우려가 있다.

또한, 수직상향 일렉트로 자동용접은 자동용접기를 사용하는 작업의 특성상 한번에 20~30m를 작업해야 하므로, 작업자는 다수의 세라믹 용접지지구의 운반 및 부착작업을 지속적으로 행해야 하기 때문에 작업피로가 가중되는 문제점이 있었다.

더욱이, 다수의 세라믹 몸체를 보호하기 위한 스틸케이스를 구비하지만 세라 믹 몸체와 스캘럽 및 세라믹 몸체와 문형피스 사이에 쐐기피스를 강제 삽입 시 발생하는 충격이 세라믹 몸체에 직접적으로 전달되어 세라믹 몸체가 쉽게 파손되고, 이에 따라 용접작업 중에 세라믹 몸체의 파편이 용접부에 혼입이 되는 현상과 용접부를 보호하지 못해 기공 등의 용접불량이 발생할 수 있다.

한편, 세라믹 몸체의 보호를 위하여 스틸케이스의 두께를 더 두껍게 제조하면 제품의 중량이 증가하여 운반작업 등 작업 효율을 저하시키는 것은 물론 제조원가를 증가시키는 요인이 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 항공기, 선박, 차량 등에 사용되는 경량소재인 0.8~2㎜의 두께를 갖는 알루미늄 케이스를 이용하여 제품을 경량화하여 제품의 부착, 탈착 및 운반 등이 용이한 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 알루미늄 케이스와 세라믹 몸체 사이에 충격흡수가 가능하며, 가볍고 단열효과가 높고 용접열에 강한 1~2㎜ 정도의 두께를 갖는 유리섬유(Glass Fiber) 또는 세라믹섬유(Ceramic Fiber) 등의 가벼운 보호판을 설치하여 쐐기피스를 사용한 용접지지구의 고정 시에 알루미늄 케이스를 통해 세라믹 몸체로 전달되는 충격을 흡수함에 의해 세라믹 몸체의 파손을 방지하고, 알루미늄 케이스로 고온의 용접열 전달을 차단하여 알루미늄 케이스의 용융 및 변형을 방지할 수 있는 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 용접부의 보호를 위하여 슬래그를 생성시키는 유리섬유; 상기 유리섬유의 하부에 배치되며 이면비드를 형성시키도록 용접부와 대향면에 비드홈이 형성된 다수의 세라믹 몸체; 상기 다수의 세라믹 몸체의 비드홈 형성면을 제외하고 나머지측면을 커버하는 알루미늄 케이스; 및 상기 다수의 세라믹 몸체와 상기 알루미늄 케이스 사이에 내재되어 외부의 물리적인 충격으로부터 상기 세라믹 몸체를 보호하고 고온의 열충격으로부터 상기 알루미늄 케이스를 보호하기 위한 보호부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구를 제공한다.

상기 알루미늄 케이스는 그 두께가 0.8~2.0mm 인 것이 바람직하다. 또한 상기 알루미늄 케이스는 상기 세라믹의 이탈을 방지하도록 양측벽이 내측으로 경사지게 절곡되는 것이 바람직하다.

상기 보호부재는 단열성 및 완충기능을 함께 갖는 유리섬유 또는 세라믹섬유인 것이 바람직하다. 아울러 상기 보호부재는 그 두께가 1~2㎜인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 종래의 스틸케이스 대신 알루미늄 케이스를 사용하여 제품의 경량화함으로써 작업자가 제품의 부착, 탈착 및 운반 등을 용이하게 행할 수 있어 그 결과 작업강도를 크게 낮출 수 있으므로 작업능률의 향상과 작업자의 근골격계 질환을 예방할 수 있는 이점이 있다.

또한, 세라믹 몸체와 알루미늄 케이스 사이에 단열 및 완충기능을 동시에 갖 는 유리섬유(Glass Fiber) 또는 세라믹섬유(Ceramic Fiber)로 이루어지는 경량의 보호부재를 삽입 설치하여, 알루미늄 케이스를 통해 세라믹 몸체로 전달되는 물리적 충격을 흡수하여 세라믹 몸체의 파손을 미연에 방지하고, 동시에 세라믹 몸체를 통해 알루미늄 케이스로 전달되는 고온의 용접열을 차단함으로써 열충격으로 인한 알루미늄 케이스의 용융 및 변형을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수직상향 일렉트로 가스용접에 사용되는 세라믹 용접지지구의 구성을 설명한다.

첨부된 도 1 및 2는 본 발명의 수직상향 일렉트로 가스용접에 사용되는 세라믹 용접지지구를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

본 실시예의 세라믹 용접지지구(10)는 유리섬유(11), 세라믹 몸체(13), 알루미늄 케이스(15) 및 보호부재(17)를 포함한다.

유리섬유(11)는 한 쌍의 모재(21,23, 도 3 참조) 간에 형성되는 용접부의 보호를 위한 슬래그를 생성시킬 수 있도록 세라믹 몸체(13)의 일면(13b)에 접촉 배치된다. 또한 유리섬유(11)는 알루미늄 케이스(15)의 양측벽(15b) 선단(15c)이 접촉되도록 소정 넓이를 가지며, 이는 상기 선단(15c)이 모재(21,23)와 접촉되지 않도록 하여 용접 시 용접열이 모재(21,23)로부터 알루미늄 케이스(15)로 직접 전달되는 것을 차단하기 위함이다.

또한 유리섬유(11)는 용접부와 접촉되는 면의 중앙을 따라 중심선(11a)이 표시된다. 중심선(11a)은 평판 상태를 이루는 모재(21,23)가 소정 간격을 두고 배치 될 때, 세라믹 용접지지구(10)를 모재(21,23) 사이의 중앙에 정확하게 배치할 수 있는 기준이 된다.

세라믹 몸체(13)는 예를 들어, 8~9mm의 두께를 가지며, 동일한 형상으로 다수 개, 예를 들어 8개가 연속적으로 알루미늄 케이스(15)에 밀착 배열된 상태로 사용된다. 세라믹 몸체(13)는 이면비드를 형성하는 것은 물론 용접가스를 배출하기 위한 용도로 비드홈(13a)을 유리섬유(11)와 접촉되는 일면(13b)의 중앙을 따라 형성한다. 이 비드홈(13a)은 세라믹 몸체(13)를 다수 개 연속배열 시 일직선으로 연장된다.

알루미늄 케이스(15)는 예를 들어, 0.8~2.0㎜ 두께로 이루어지며, 0.8mm 미만으로 제조되었을 시에는 물리적 힘과 열에 의한 충격에 의해 알루미늄 케이스가 휘는 현상이 발생하게 되고, 2.0mm 이상으로 제조되었을 시에는 제품의 경량화 효과가 저하된다. 알루미늄 케이스느 외부의 물리적인 충격으로부터 세라믹 몸체(13)를 보호한다. 알루미늄 케이스(15)는 중앙판(15a)을 구비하며 중앙판(15a) 양측으로 각각 양측벽(15b)이 연장 형성된다. 이 경우 양측벽(15b)은 알루미늄 케이스(15)로부터 세라믹 몸체(13)의 이탈을 방지하도록 내측으로 소정 각도 경사지게 절곡된다. 이때 세라믹 몸체(13)는 양측벽(15b)에 접하는 양측이 양측벽(15b)의 경사 각도와 유사하게 테이퍼 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 알루미늄 케이스(15)는 철에 비해 비중이 1/3 수준인 알루미늄으로 제작됨에 따라, 작업자가 종래의 무거운 스틸케이스 제품을 사용하는 것에 비해 훨씬 용이하게 제품의 부착, 탈착 및 운반 등을 행할 수 있다.

보호부재(17)는 세라믹 몸체(13)와 알루미늄 케이스(15) 사이에 삽입되며, 예를들어 1~2mm정도의 두께를 갖는 유리섬유 또는 세라믹섬유로 이루어진다.

이와 같은 보호부재(17)는 도 3과 같이, 알루미늄 케이스(15)와 스캘럽(31) 사이 및 알루미늄 케이스(15)와 문형피스(33) 사이에 쐐기피스(35)를 강제 삽입 시 발생하는 충격을 대부분 흡수하여 알루미늄 케이스(15)를 통해 세라믹 몸체(13)로 전달되는 물리적인 충격에 의해 세라믹 몸체(13)가 파손되는 것을 방지한다.

한편, 알루미늄 케이스(15)는 용융점이 약 660℃로 철의 용융점인 약 1500℃ 보다 훨씬 낮아서 입열량이 330kj/cm정도로 높은 수직 자동용접 작업에서 용접열에 의한 열전달로 인해 알루미늄 케이스(15)의 용융이 발생할 수 있고, 또한 고온에서 강도가 현저하게 떨어져 용접열에 의한 변형이 일어날 수 있다. 상기 보호부재(17)는 세라믹 몸체(13)를 통해 전달되는 대부분의 용접열을 흡수하여 알루미늄 케이스(15)가 고온의 열충격에 의해 용융 및 변형되거나 모재(21,23)로부터 탈락되는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 수직상향 일렉트로 가스용접에 사용되는 세라믹 용접지지구(10)의 작용을 도 3을 참고하여 설명한다.

먼저, 평판형태를 이루는 한 쌍의 모재(21,23)를 상호 수직으로 배치하되, 한 쌍의 모재(21,23)가 소정간격을 이루면서 선단이 상호 마주보도록 한다. 이때 한 쌍의 모재(21,23)의 마주보는 선단에 경사면(21a,23a)을 형성하여, 각 경사면(21a,23a)이 미리 테이퍼 형태를 이루도록 형성하는 것이 바람직하다.

우선, 일렉트로 가스 용접을 하는 경우, 약 20~30m 정도의 작업을 진행하는 데 이때 라운드 형상의 스캘럽(31)과 각형구조의 문형피스(33)는 모재(21,23)의 후면에 미리 작업해서 부착한 후 세라믹 용접지지구(10)의 부착작업에 착수한다. 이때 스캘럽(31)은 모재(21,23)의 고정과 평형을 유지하기 위해 600~800mm마다 설치되고, 각 스캘럽(31)사이 마다 다수의 문형피스(33)를 설치한다. 스캘럽(31)은 넓이가 주로 60mm이고 높이가 60R인 반원상태인 것을 주로 이용한다.

그리고 본 실시예의 세라믹 용접지지구(10)를 모재(21,23)의 후방에 배치하여 후방으로의 모재(21,23)간의 틈새 개구부를 커버링하되, 세라믹 용접지지구(10) 전면에 위치한 유리섬유(11)의 중심선(11a)을 기준으로 하여 수직으로 용접부위에 배치한다.

스캘럽(31)과 문형피스(33)와 세라믹 용접지지구(10) 사이에는 각각 쐐기피스(35)를 삽입함에 의해 세라믹 용접지지구(10)를 고정시킨다. 즉, 쐐기피스(35)를 알루미늄 케이스(15)와 스캘럽(31) 사이 및 알루미늄 케이스(15)와 문형피스(33) 사이에 강제로 끼워 삽입한다.

이때 알루미늄 케이스(15)는 내장된 세라믹 몸체(13)의 파손 또는 뒤틀림을 방지하는 역할을 한다. 아울러, 쐐기피스(35)를 삽입할 때 발생하는 물리적인 충격은 알루미늄 케이스(15)를 통해 보호부재(17)로 대부분 흡수되므로, 세라믹 몸체(13)는 파손으로부터 안전하게 보호된다.

이와 같이 용접을 위한 후면에 배치하는 용접지지구(10)의 설치가 완료되면, 일렉트로 가스용접장치에 일체로 구비된 전면 용접지지구(미도시)로 모재(21, 23) 사이의 틈새개구부를 커버링한 상태로 전면 용접지지구의 유입구(도시되지 않음)에 서 아크를 발생시켜 일렉트로 가스 용접이 개시된다. 즉, 용접봉(미도시)을 모재(21,23)들이 이루는 공간 내부로 삽입하고, 이 상태에서, 일렉트로 가스용접장치를 가동하게 되면, 모재(21,23)에는 (+)극, 용접봉에는 (-)극의 전원이 가해지면서, 용접봉이 이동기구(미도시)에 의해서 점진적으로 상부로 이동하게 된다.

따라서, 융해되는 용착물질과 슬래그가 세라믹 용접지지구(10)와 전면 용접지지구(미도시) 및 모재(21,23)들이 이루는 공간 내부로 채워진 후, 용접봉이 이동기구에 의해서 점진적으로 상부로 이동되어서 용접부위가 생성되며, 용접부위가 외부로 노출되더라도 용착물질과 슬래그는 그 형태를 유지하게 된다. 또한, 상기 전면 용접지지구에는 냉각수가 흐르는 냉각수라인이 구비되어 있어 용착물질과 슬래그의 냉각이 이루어진다.

이후, 용착물질과 슬래그가 충분히 냉각된 후에 용접부분에 타격을 가해서 슬래그를 제거하여, 모재(21,23)의 용접작업을 완료한다.

상기와 같은 수직상향 일렉트로 가스용접 시 발생하는 용접열은 유리섬유(11) 및 세라믹 몸체(13)를 통해 보호부재(15)로 흡수된다. 이에 따라 알루미늄 케이스(15)가 용접열에 의해 용융되거나 변형되는 것을 사전에 차단할 수 있다.

더욱이, 본 실시예에 따른 용접지지구(10)는 다수의 세라믹 몸체(13)를 지지하기 위한 케이스(15)를 알루미늄으로 제작함으로써, 종래의 스틸케이스를 갖는 용접지지구보다 경량화하여 제품의 부착, 탈착 및 운반 등이 용이하다.

그 결과, 선박제조분야의 용접근로자들로부터 발생하는 직업병이라 할 수 있는 근골격계 질환을 최소화할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 수직상향 일렉트로 가스용접에 사용되는 세라믹 용접지지구를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명의 수직상향 일렉트로 가스용접에 사용되는 세라믹 용접지지구를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명의 수직상향 일렉트로 가스용접에 사용되는 세라믹 용접지지구의 사용상태를 나타내는 사시도이다.

* 도면 내 주요부분에 대한 부호설명 *

11: 유리섬유 13: 세라믹 몸체

15: 알루미늄 케이스 17: 보호부재

Claims (5)

1. 용접부의 보호를 위하여 슬래그를 생성시키는 유리섬유;

   상기 유리섬유의 하부에 배치되며 이면비드를 형성시키도록 용접부와 대향면에 비드홈이 형성된 다수의 세라믹 몸체;

   상기 다수의 세라믹 몸체의 비드홈 형성면을 제외하고 나머지측면을 커버하는 알루미늄 케이스; 및

   상기 다수의 세라믹 몸체와 상기 알루미늄 케이스 사이에 내재되어 외부의 물리적인 충격으로부터 상기 세라믹 몸체를 보호하고 고온의 열충격으로부터 상기 알루미늄 케이스를 보호하기 위한 보호부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구.
2. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 케이스는 그 두께가 0.8~2.0㎜인 것을 특징으로 하는 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구.
3. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 케이스는 상기 세라믹 몸체의 이탈을 방지하도록 양측벽이 내측으로 경사지게 절곡되는 것을 특징으로 하는 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구.
4. 제1항에 있어서, 상기 보호부재는 유리섬유 또는 세라믹섬유인 것을 특징으 로 하는 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구.
5. 제4항에 있어서, 상기 보호부재는 그 두께가 1~2㎜인 것을 특징으로 하는 수직상향 일렉트로 가스용접용 세라믹 용접지지구.

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