KR20100100720A - 파이프 내면 용접장치용 유닛을 이용한 파이프 내면 용접장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치에 관한 것으로, 상기 파이프 내면 용접장치 내주면에 톱니가 형성된 원형으로 구비되며, 파이프의 내면과 체결되는 복수 개의 척을 구비하는 한쌍의 레일 클램프 및 상기 레일 클램프들의 원주방향으로 일정간격을 두고 치합되는 적어도 3쌍 이상의 구동바퀴를 구비하여 상기 레일 클램프들의 내주면을 주행하는 캐리지를 포함하여 이루어지며, 상기 캐리지가 레일 클램프의 내면에서 원주방향으로 일정 간격의 3점을 지지하여 주행함으로써 마찰력을 극대화하여 체결력을 향상시키고, 상기 레일클램프의 내면에서 원주방향으로 미끄럼현상이나 진동발생 없이 안전하게 360° 회전하여 용접을 수행함으로써 용접 오차를 감소시키는 효과가 있다.

Description

파이프 내면 용접장치용 유닛을 이용한 파이프 내면 용접장치{Welding apparatus of the inside surface of pipe using unit used for welding apparatus of the inside surface of pipe}
본 발명은 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파이프 내면에 레일 클램프를 고정하여 진원을 확보하며, 레일 클램프와 캐리지의 체결력을 향상시키고, 용접선의 위치를 조정하는 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치에 관한 것이다.
일반적으로, 용접은 금속재료를 가열, 가압 등의 조작으로 야금적으로 접합시키는 접합법이다. 용접은 금속학적으로 융접, 압접 및 납접으로 분류될 수 있다. 융접은 접합할 양 금속부재 즉 모재의 접합부를 국부적으로 가열시켜 이들을 융합함으로써 접합시키는 방법이다. 압접은 접합부를 적당한 온도로 가열하여 이에 기계적 가압을 가하여 접합을 완성시키는 방법이다. 납접은 접합할 모재보다 용점이 훨씬 낮은 납재료를 접합부에 융융첨가하여 그 융융납재료의 응고시에 있어서의 분자간의 인력을 이용하여 접합목적을 달성하는 방법이다.
금속재료를 접합하는 용접작업은 고난도의 작업으로써 숙련된 기술과 정밀성이 요구됨에 따라 숙련된 기술자에 의한 수작업으로 이루어졌으나 최근 3D업종 기피현상에 따른 작업자의 부재와 인건비의 상승으로 인하여 용접캐리지를 이용한 용접이 많은 부분에서 사용되고 있는 추세이다.
용접캐리지에 의한 용접은 용접캐리지가 모재를 이동하며 용접작업을 수행할 수 있도록 모재에 가이드 레일을 설치하고, 설치된 가이드레일 위에 용접캐리지가 안착되어 가이드 레일을 따라 이동하며 용접작업을 수행한다.
그러나, 종래의 용접장치를 이용하여 파이프의 내면을 원주방향으로 이동하면서 용접을 수행할 경우, 용접캐리지가 가이드 레일의 안내에 따라 주행하면서 발생되는 진동으로 인해 체결력이 저하되고, 용접선의 위치도 변화되어 용접품질에 지대한 영향을 미친다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 레일 클램프 및 캐리지를 구비하여 파이프 내면과 레일 클램프를 고정하고, 레일 클램프와 캐리지의 체결력을 향상시켜 파이프의 내면을 용접하는 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 다른 목적은 캐리지가 레일 클램프의 내면에서 원주방향으로 일정 간격의 3점을 지지하여 주행함으로써 마찰력을 극대화하여 체결력을 향상시키고, 상기 레일클램프의 내면에서 원주방향으로 미끄럼현상이나 진동발생 없이 안전하게 360° 회전하여 용접을 수행함으로써 용접 오차를 감소시키는 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 캐리지의 구동바퀴를 구동시키는 캐리지 전용 서보모터와 위빙 장치를 구동시키는 위빙 전용 서보모터를 따로 장착하여 구동시킴으로써 위빙폭이 커질수록 캐리지가 상대적으로 느려지는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치를 제공하는 것이다.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 내주면에 톱니가 형성된 원형으로 구비되며, 파이프의 내면과 체결되는 복수 개의 척을 구비하는 한쌍의 레일 클램프와 상기 레일 클램프들의 원주방향으로 일정간격을 두고 치합되는 적어도 3쌍 이상의 구동바퀴를 구비하여 상기 레일 클램프들의 내주면을 주행하는 캐리지를 포함하는 파이프 내면 용접장치용 유닛; 위빙 전용 서보 모터에 의해 전후로 구동되어 토치의 용접선을 추적하는 위빙 장치; 및 상기 위빙 장치에 장착되며, 상하 또는 좌우로 상기 토치의 위치를 조정하는 토치구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 내면 용접장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 위빙장치는 전면에 상기 토치 구동부를 장착하는 토치 베이스, 상기 토치 베이스 후면에 결합되어 전후 운동하는 위빙 베이스 및 상기 위빙 전용 서보 모터와 연결되어 상기 위빙 베이스를 구동시키는 위빙 베이스 구동부를 포함하여 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 위빙장치가 제어하는 위빙폭은 15mm 내지 25mm이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 토치구동부는 상기 위빙장치 전면에 결합되어 상하 또는 좌우로 이동하는 토치 마운트 및 상기 토치 마운트에 장착되어 상하로 이동되며, 토치를 구비하는 토치 홀더를 포함하여 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 토치 마운트의 스트로크 범위는 90mm 내지 110mm이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 토치 홀더의 스트로크 범위는 50mm 내지 70mm이다.
본 발명에 따른 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치에 의하면, 캐리지가 레일 클램프의 내면에서 원주방향으로 일정 간격의 3점을 지지하여 주행함으로써 마찰력을 극대화하여 체결력을 향상시키고, 상기 레일클램프의 내면에서 원주방향으로 미끄럼현상이나 진동발생 없이 안전하게 360° 회전하여 용접을 수행함으로써 용접 오차를 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치에 의하면, 캐리지의 구동바퀴를 구동시키는 캐리지 전용 서보모터와 위빙 장치를 구동시키는 위빙 전용 서보모터를 따로 장착하여 구동시킴으로써 위빙폭이 커질수록 캐리지가 상대적으로 느려지는 종래의 문제점을 해결하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 상기 한쌍의 레일 클램프를 상세히 설명하는 도면이다.
도 3은 상기 캐리지를 상세히 설명하는 도면이다.
도 4는 상기 캐리지를 구동시키는 캐리지 구동부를 상세히 설명하는 도면이다.
도 5 내지 도 6은 상기 위빙 장치를 상세히 설명하는 도면이다.
도 7은 상기 토치구동부를 상세히 설명하는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치를 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치(100)는 내주면에 톱니가 형성된 원형으로 구비되며, 파이프의 내면과 체결되는 복수 개의 척(115)을 구비하는 한쌍의 레일 클램프(110), 상기 레일 클램프(110)들의 원주방향으로 일정간격을 두고 치합되도록 적어도 3쌍 이상의 구동바퀴(121a, 121b, 121c)를 구비하여 상기 레일 클램프(110)들의 내주면을 주행하는 캐리지(120), 상기 캐리지(120)와 연결되어 전후운동을 하며 토치(143)의 용접선을 추적하는 위빙 장치(130) 및 상기 위빙 장치(130)에 장착되며, 상하 또는 좌우로 상기 토치(143)의 위치를 조정하는 토치 구동부(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 용접장치(100)는 원형의 파이프 내면을 원주방향으로 이동하면서 용접을 수행해야 한다.
따라서, 상기 한쌍의 레일 클램프(110)는 파이프 내면에 구비되어 용접을 수행할 수 있도록 용접부재와 용접장치를 고정하는 구성요소로, 상기 한쌍의 레일 클램프(110)에 구비된 복수 개의 척(115)에 의해 고정된다.
또한, 상기 레일 클램프(110)들의 내주면에는 상기 캐리지(120)의 구동바퀴(121a, 121b, 121c)들과 치합되는 톱니가 형성되어 상기 캐리지(120)의 주행을 돕는다.
이때 상기 캐리지(120)는 상기 레일 클램프(110)들의 내주면 중 3점을 지지하여 주행하는 형식으로 진동이나 미끄럼 발생없이 360°회전한다.
이로 인해 상기 용접장치(100)는 상기 캐리지(120)에 장착된 위빙 장치(130) 및 토치구동부(140)에 의해 토치(143)의 위치를 조정함으로써 용접을 수행한다.
도 2는 상기 한쌍의 레일 클램프를 상세히 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 일측에 핸들(112)을 구비하고, 내주면에 톱니가 형성된 제1레일(111), 상기 제1레일(111)과 대칭을 이루며, 내주면에 톱니가 형성된 제2레일(113), 상기 제1레일(111)과 제2레일(113)을 연결하고, 상기 제1레일(111) 및 제2레일(113)의 원주방향으로 일정간격을 두고 배치된 복수 개의 스크류(114), 상기 복수 개의 스크류(114)에 각각 대응되도록 배치되며, 상기 핸들(112)의 구동에 따라 상하로 이동하는 복수 개의 척(115), 상기 제2레일(113)에 구비되며 상기 복수 개의 스크류(114) 끝단에 각각 결합된 타이밍 풀리(116) 및 상기 타이밍 풀리(116)들을 연결하는 타이밍 벨트(117)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 척(115)들은 상기 한쌍의 레일 클램프(110)에 방사형 구조로 형성되어 파이프 내면을 향해 상 또는 하로 이동하여 파이프 내면의 여러 방향을 지지함으로써 상기 레일 클램프(110)들과 파이프를 고정한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서 상기 복수 개의 척(115)은 6개로 구비되며, 상기 레일 클램프(110)들 상에서 파이프 내면의 6점을 지지함으로써 상기 레일 클램프(110)들과 파이프를 고정하도록 한다.
또한, 상기 복수 개의 척(115)은 상기 핸들(112)을 돌리면 모두 동시에 같은 거리를 움직여 상기 파이프의 내면에 고정되는 연동척 방식이고, 파이프의 직경의 변화가 있는 경우 레일 클램프(110)들의 치수가 변경되어 제작상 문제가 되는 점을 방지하기 위해 상기 척들의 스트로크 범위를 15mm 내지 25 mm로 하여 진원을 확보하도록 한다.
즉, 상기 복수 개의 척(115)의 작동을 설명하면, 상기 핸들(112)을 돌림으로써 상기 핸들(112)과 연결된 스크류(114)가 회전되고, 상기 스크류(114)와 결합된 타이밍 풀리(116)가 회전된다.
이때, 상기 타이밍 풀리(116)의 회전으로 인해 상기 타이밍 벨트(117)가 회전되고, 상기 타이밍 벨트(117)의 회전으로 상기 핸들(112)과 연결된 스크류(114)와 타이밍 풀리(116)와 함께 나머지 스크류(114)들과 타이밍 풀리(116)들이 구동되면서 상기 복수 개의 척(115)들이 동시에 파이프의 내면을 향해 운동하여 상기 파이프의 내면에 레일 클램프(110)들이 고정되도록 한다.
도 3은 상기 캐리지를 상세히 설명하는 도면이며, 도 4는 상기 캐리지를 구동시키는 캐리지 구동부를 상세히 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 캐리지(120)는 상기 레일 클램프(110)들의 내주면으로 주행하는 적어도 3쌍 이상의 구동바퀴(121a, 121b, 121c)를 구비하며, 바람직하게 상기 캐리지(120)는 상기 레일 클램프(110)들의 원주방향으로 삼각구조로 배치되어 상기 레일 클램프(110)들의 3점을 지지함으로써 상기 캐리지(120)가 360 °회전하도록 하는 3쌍의 구동바퀴(121a, 121b, 121c), 상기 구동바퀴(121a, 121b, 121c)들이 장착되고, 내부에 상기 구동바퀴(121a, 121b, 121c)들을 구동시키는 캐리지 구동부(122)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 구동바퀴(121a, 121b, 121c)들은 도면에 도시된 바와 같이, 제1구동바퀴(121a), 제2구동바퀴(121b) 및 제3구동바퀴(121c)로 나누어지며, 정삼각형 구조의 배치 즉, 상기 레일 클램프(110)들의 원주방향으로 동일한 간격을 두고 배치되는 것이 가장 바람직하다.
그러나, 상기 레일 클램프(110)들의 3점을 지지하여 360°회전이 가능하다면 어떠한 모양의 배치도 바람직하다.
상기 캐리지 구동부(122)는 도 4에 도시된 바와 같이, 동력을 발생시키는 서보 모터(servo motor, 123), 상기 서보 모터(123)의 동력을 전달받아 일정 속도로 감속시키는 감속기(124), 상기 감속기(124)에서 전달받은 동력에 의해 상기 제1구동바퀴(121a)들과 연결된 제1연결축(125)을 회전시키는 베벨기어(126), 상기 제2구동바퀴(121b)들을 연결하는 제2연결축(127)과 제1연결축(125)에 설치되어 동력을 전달하는 타이밍 벨트-풀리(128)를 포함하여 이루어진다.
그리하여, 상기 제1연결축(125) 및 제2연결축(127)이 회전됨으로써 상기 제1연결축(125) 및 제2연결축(127)에 장착된 제1구동바퀴(121a) 및 제2구동바퀴(121b)가 레일 클램프(110)들 내주면에 형성된 톱니와 맞물려 구동되고, 제3연결축(129)으로 연결된 1쌍의 상기 제3구동바퀴(121c)는 별도의 구동수단을 구비하지 않아도 동력이 원활하게 분산되어 함께 구동된다.
그러나, 상기 캐리지 구동부(122)는 상기에 나열한 구성요소뿐만 아니라 다른 구성요소 및 다른 부품을 사용하여 구동시킬 수도 있으며, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 상기 캐리지(120)는 종래의 캐리지가 일정각도 이상 주행시 발생되는 진동이나 캐리지의 미끄럼 현상을 방지하고, 상기 레일 클램프(110)들의 내주면에서 원주방향으로 일정 간격의 3점을 지지하여 주행함으로써 마찰력을 극대화시켜 상기 레일 클램프(110)들과 캐리지(120)의 체결력을 향상시키고, 상기 레일 클램프(110)들의 내주면에서 원주방향으로 360°회전이 가능한 효과가 있다.
도 5는 상기 위빙 장치를 상세히 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 위빙 장치(130)는 상기 전면에 토치 구동부(140)를 장착하는 토치 베이스(131), 상기 토치 베이스(131) 후면에 장착되어 전후 운동하는 위빙 베이스(132) 및 상기 캐리지(120)와 연결되어 상기 위빙 베이스(132)를 구동시키는 위빙 베이스 구동부(133)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 위빙 장치(130)는 도 6에 도시된 바와 같이, 타이밍 벨트-풀리(134)의 조합에 의해 캐리지(120) 내부와 연결되어 있다.
상기 캐리지(120) 내부에는 동력을 발생시키는 위빙 전용 서보모터(135) 및 상기 위빙 전용 서보모터(135)의 속도를 제어하는 감속기(136)를 구비하며, 상기 위빙 전용 서보모터(135)에 의해 발생된 동력은 상기 감속기(136)로 전달되고, 상기 감속기(136)에 전달된 동력은 상기 타이밍 벨트-풀리(134) 조합에 의해 상기 위빙 베이스 구동부(133)로 전달된다.
이로 인해, 상기 위빙 베이스 구동부(133)는 상기 위빙 베이스 구동부(133) 측에 구비된 타이밍 풀리가 회전됨으로써 상기 위빙 베이스 구동부(133)에 구비된 부품들이 작동되어 상기 위빙 베이스(132)를 전후로 운동시킨다.
이때, 상기 위빙 장치(130)는 상기 위빙 베이스(132)가 전후로 운동함으로써 상기 위빙 베이스(132) 전면에 장착된 토치 베이스(131)가 함께 운동하여 적정한 용접선을 추적한다.
또한, 상기 위빙 장치(130)가 제어할 수 있는 위빙폭은 15mm 내지 25mm가 가장 바람직하다.
따라서, 상기 위빙 장치(130)는 종래와 달리 캐리지(120) 전용 서보 모터(123)와 위빙 전용 서보 모터(135)를 따로 장착하여 구동시킴으로써 위빙 폭이 커질수록 캐리지(120)가 상대적으로 느려지는 문제점을 해결하는 효과가 있다.
도 7은 상기 토치구동부를 상세히 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 토치 구동부(140)는 상기 위빙 장치(130) 전면에 결합되어 상하 또는 좌우로 이동하여 위치를 조정하는 토치 마운트(141) 및 상기 토치 마운트(141)에 장착되어 상하로 이동하며, 토치(143)를 구비하는 토치 홀더(142)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 토치 마운트(141)는 상기 토치 홀더(142)를 장착하고, 제1핸들(141a)을 구비하여 좌우 운동하는 제1이동수단(141b) 및 제2핸들(141c)을 구비하여 상기 제1이동수단(141b)을 상하 운동하는 제2이동수단(141d)으로 이루어져 있다.
따라서, 상기 토치 마운트(141)는 파이프의 직경에 따라 상기 제1핸들(141a)을 돌림으로써 상기 제1이동수단(141b)에 구비된 토치 홀더(142)를 일정 스트로크 범위 내에서 좌 또는 우로 이동시켜 용접선을 안내하고, 상기 제2핸들(141c)을 돌려 상기 제2이동수단(141d)에 구비된 제1이동수단(141b)을 일정 스트로크 범위 내에서 상하로 이동시킴으로써 상기 제1이동수단(141b)의 구비된 토치 홀더(142)의 위치를 조정하여 용접선을 안내한다.
이때, 상기 토치 마운트(141)의 스트로크 범위는 90mm 내지 110mm로 설정하여 제작하는 것이 가장 바람직하며 필요에 따라서 더 넓은 범위로 설정하여 제작할 수도 있다.
상기 토치 홀더(142)는 일측에 실제 용접을 수행하는 토치(143)를 고정하는 토치 고정부재(142a)와 상기 토치 고정부재(142a)와 상기 토치 고정부재(142a)와 연결되어 상하 운동하는 상하이동수단(142b)을 구비하여 파이프의 직경에 따라 길이를 조절하고, 파이프의 내면에서 상기 캐리지(120)의 360°회전과 함께 용접을 수행한다.
이때, 상기 토치 홀더(142)가 상하로 움직이는 스트로크 범위는 약 60mm로 설정하여 제작하는 것이 가장 바람직하며, 필요에 따라서 더 넓은 범위로 설정하여 제작할 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명은 다음과 같다.
100 : 용접장치 110 : 레일 클램프
120 : 캐리지 121a, 121b, 121c :구동바퀴
130 : 위빙장치 140 : 토치 구동부

Claims (6)

  1. 내주면에 톱니가 형성된 원형으로 구비되며, 파이프의 내면과 체결되는 복수 개의 척을 구비하는 한쌍의 레일 클램프와 상기 레일 클램프들의 원주방향으로 일정간격을 두고 치합되는 적어도 3쌍 이상의 구동바퀴를 구비하여 상기 레일 클램프들의 내주면을 주행하는 캐리지를 포함하는 파이프 내면 용접장치용 유닛;
    위빙 전용 서보 모터에 의해 전후로 구동되어 토치의 용접선을 추적하는 위빙 장치; 및
    상기 위빙 장치에 장착되며, 상하 또는 좌우로 상기 토치의 위치를 조정하는 토치구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 내면 용접장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위빙장치:는
    전면에 상기 토치 구동부를 장착하는 토치 베이스;
    상기 토치 베이스 후면에 결합되어 전후 운동하는 위빙 베이스; 및
    위빙 전용 서보 모터에 의해 상기 위빙 베이스를 구동시키는 위빙 베이스 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 내면 용접장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위빙장치가 제어하는 위빙폭은 15mm 내지 25mm인 것을 특징으로 하는 파이프 내면 용접장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 토치구동부:는
    상기 위빙장치 전면에 결합되어 상하 또는 좌우로 이동하는 토치 마운트; 및
    상기 토치 마운트에 장착되어 상하로 이동되며, 토치를 구비하는 토치 홀더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 내면 용접장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 토치 마운트의 스트로크 범위는 90mm 내지 110mm인 것을 특징으로 하는 파이프 내면 용접장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 토치 홀더의 스트로크 범위는 50mm 내지 70mm인 것을 특징으로 하는 파이프 내면 용접장치.
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