KR20110015077A - 레이저 웰딩기의 용기 고정용 지그조립체 - Google Patents

Abstract

경수로 핵연료 보관용기를 제조함에 있어 2개로 나누어진 반쪽 용기 2개를 단면이 사각형상이 되도록 서로 맞댄 뒤 그 연결면을 가용접하고, 이를 레이저 웰딩머신으로 옮겨 본용접할 때, 레이저 웰딩머신에 장착된 용기가 움직이지 않도록 견고하게 고정시키기 위한 레이저 웰딩머신의 용기 고정용 지그조립체에 관한 것이다.

본 발명은 경수로 핵연료를 보관하기 위한 용기를 제조함에 있어 반쪽으로 분할된 두 용기를 맞대어 가용접한 용기의 연결라인을 용접하는 레이저 웰딩머신에 있어서, 베이스 프레임에 일정간격으로 부착되고 용기의 측면을 향해 전후진하는 공압실린더와 연동하면서 용기의 양측면을 동시에 가압하여 지지하는 측판 지그와;

베이스 프레임에 일정간격으로 부착되고 용기의 상면을 향해 승하강하는 공압실린더와 연동하면서 용기의 용접대상 표면이 외부로 노출되도록 상면을 가압하는 상부지그로 구성되어 있다.

경수로, 핵연료, 보관용기, 캔(Can), 클램핑,

Description

레이저 웰딩기의 용기 고정용 지그조립체{JIG ASSEMBLY FOR LASER WELDING MACHINE}

본 발명은 경수로 핵연료 보관용기를 제조함에 있어 2개로 나누어진 반쪽 용기 2개를 단면이 사각형상이 되도록 서로 맞댄 뒤 그 연결면을 가용접하고, 이를 레이저 웰딩머신으로 옮겨 본용접할 때, 레이저 웰딩머신에 용기가 움직이지 않도록 견고하게 고정시키기 위한 레이저 웰딩머신의 용기고정용 지그조립체(JIG ASSEMBLY)에 관한 것이다.

경수로용 핵연료는 사용전이나 사용된 연료를 도 1a에 도시된 바와 같은 특수 제작된 캔(용기)속에 넣어 보관하게 된다.

경수로 연료 보관용기는 도 1b에 도시된 바와 같이 단면이 사각형상으로 용기의 제조시 반으로 나누어진 반쪽 용기를 단면이 사각형상이 되도록 서로 맞댄 뒤, 그 연결면(도 1b의 원내 확대도 참조)을 레이저 용접에 의해 웰딩(Welding)하여 사각형상의 용기를 제조한다.

그러나, 사각형상으로 제조되는 용기는 반쪽 용기를 서로 맞댈 때, 그 연결면의 허용간격이 0.1mm 이하로 매우 협소해야만 하고, 두 용기의 연결면에서 단차 가 허용범위 이내여야 하며, 용기의 연결표면의 평활도가 확보되어야만 본 용접시 용접불량을 최소화할 수 있다.

이는 두개의 반쪽 용기의 연결면이 만나 형상되는 연결라인이 일직선이 되도록 해야만 직선으로 이동하는 레이저 건에 의해 생성되는 용접비드와 비드의 폭 및 두께를 고르고 일정하게 형성함으로써 품질이 우수한 연료 보관 용기를 제조할 수 있다.

따라서, 반쪽으로 분할된 각각의 용기를 서로 맞대어 본용접하기에 앞서 연결면간의 공차가 허용범위 이내가 되도록, 그리고 두 연결면사이의 단차높이가 최소화되도록 용기의 적재적소에 바이트나 클램프로 연결부위를 가압하고, 접선에 의해 형성되는 연결라인이 일직선이 되도록 고정시킨 뒤, 형태와 자세가 흐트러지지 않도록 적재적소에 일정간격으로 스폿용접(이를 "가용접"이라 함)을 실시한다.

가용접된 용기는 사소한 충격에 그 용접부위가 떨어지거나 용기 전체가 변형되지 않으나 강한 충격이 가해지면 스폿용접 부위가 파손되거나 분리될 수 있다. 가용접된 용기는 레이저 웰딩머신으로 옮겨 본용접을 실시하게 되는데, 육안으로 관찰하여 본용접에 사용할 수 없는 불량용기, 예를 들어 표면이 울퉁불퉁하거나 두 용기가 연결되는 면의 높이차가 심하거나 연결라인이 축선과 나란하지 않고 휘어있거나 어긋난 용기는 모두 배제하고, 또한 레이저 웰딩머신에서 용기를 본용접하기전에 보다 정밀하게 용기를 검품하여 발견된 불량용기도 제외된다.

용기의 본용접 작업은 수작업으로도 가능하나 수작업은 용접비드의 높이와 폭 및 두께가 일정하거나 균일하지 않기 때문에 불량용기 발생량이 많고, 고가의 핵연료를 보관해야 하는 기능적 특성상 매우 정밀한 용접품질이 요구되므로 수작업으로 용접하는 것은 용기의 품질에 대한 신뢰성을 명확히 확보할 수 없는 문제가 있어 본 발명자에 의해 핵연료 보관용기 용접용 레이저 웰딩머신을 개발하게 되었다.

본 발명은 용기의 본용접에 관련된 발명으로, 특히 가용접된 용기를 본용접을 위해 레이저 웰딩머신으로 옮겨 장착함에 있어 용기가 움직이지 않도록 용기의 외부를 견고하게 지지하여 용기를 고정시키기 위한 용기 고정용 지그조립체와 관련된다.

본 발명의 목적은 경수로 핵연료 보관을 위해 분할된 용기를 가용접한 용기를 본용접하기 위해 레이저 웰딩머신에 장착함에 있어 외부에서 용기를 고정시키기 위해 외압이 용기에 가해질 때 용기가 휘거나 비틀리지 않도록 용기의 외부를 견고하게 고정시키기 위한 레이저 웰딩머신의 용기의 외부를 고정시키기 위한 용기고정용 지그조립체를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 용기의 외부를 고정시키기 위한 레이저 웰딩머신의 용기고정용 지그조립체는,

경수로 핵연료를 보관하기 위한 용기를 제조함에 있어 반쪽으로 분할된 두 용기를 맞대어 가용접한 용기의 연결라인을 용접하는 레이저 웰딩머신에 있어서,

베이스 프레임에 일정간격으로 부착되고 용기의 측면을 향해 전후진하는 공압실린더와 연동하면서 용기의 양측면을 동시에 가압하여 지지하는 측판 지그와;

베이스 프레임에 일정간격으로 부착되고 용기의 상면을 향해 승하강하는 공압실린더와 연동하면서 용기의 용접대상 표면이 외부로 노출되도록 상면을 가압하는 상부지그 구성에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 가용접된 용기를 레이저 웰딩머신으로 옮겨 본용접하기에 앞서 용기의 내벽을 가압플레이트에 의해 고정한 뒤 용기의 외측면과 용기의 상면을 순차적으로 고정함으로써 용기의 용접작업시 외부에서 가해지는 압력과 자중에 의한 용기의 용접대상부위가 변동되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명은 용기의 본용접에 앞서 레이저 웰딩머신에 가용접된 용기를 장착할 때 용기의 가용접 부위(스폿용접 부위)가 파단되거나 용기가 휘거나 대각선방향으로 비틀리는 현상을 방지할 수 있고, 용접비드의 두께와 높이 그리고 폭을 균일하게 용접할 수 있어 용기 용접품질에 대한 신뢰성을 명확히 확보할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 경수로 핵연료 보관용기 용접용 레이저 웰딩머신의 용기고정용 지그 조립체에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a와 도 1b는 경수로 핵연료 보관용 용기(1)의 사시도 및 단면도이고, 도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 용기 클램핑장치(20)가 장착된 경수로 핵연료 보관용기 용접용 레이저 웰딩머신(100)의 일측단면도와 정단면도를 도시한 것이다.

도 1a 도 1b에 도시된 바와 같이, 경수로 핵연료 보관 용기(1)는 소정의 길이를 지니고, 정사각형상의 단면구조를 지니고 있다. 상기한 용기(1)는 배경기술에서 설명한 바와 같이 반쪽 용기를 서로 맞댄 뒤 그 연결부위를 임시로 가용접하여 도 2a에 도시된 레이저 웰딩머신(100)으로 옮겨 본용접을 수행하게 된다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 레이저 웰딩머신(100)의 주요 구성으로서, 용기(1)속에서 용기의 반경방향 내외측으로 이동하면서 용기(1)의 내벽을 가압하거나 혹은 용기의 내벽에서 이격되는 클램프장치(20)와, 가용접된 용기(1)의 연결라인을 따라 이동하면서 용기(1)를 용접하는 레이저 웰딩기(30)와, 용접된 용기(1)의 대칭면(하면)이 상면으로 위치되도록 용기(1)를 180도로 회전시키기 위한 터닝 조작핸들부(40a)와, 용기(1)의 접합라인의 본용접에 앞서 용기(1)의 측면과 상면을 고정시키기 위한 지그(50a)(50b)로 구성되어 있다.

본 발명의 이해를 돕기 위해 레이저 웰딩머신의 구성요소와 그 작용에 대하여 먼저 설명한 뒤 본 발명에 따른 용기고정용 지그조립체에 대한 구성과 그 작용에 대해 설명될 것이다.

단면이 사각형상인 용기(1)속으로 클램프가 위치되도록 하기 위해서는 도면에는 첨부되지 않았으나 부피가 크고 무거운 용기(1)의 취급을 용이하게 하고 용기를 클램프주변으로 밀어넣기 위해 용기(1)를 클램프의 전방에 정렬시키면서 용기(1)를 클램프 쪽으로 이송시키기 위해 보조 거치대(도면에는 미도시)가 사용된 다.

보조 거치대에는 용기(1)를 수평하게 지지하면서 용기(1)를 클램프쪽으로 이송시킬 수 있는 다수의 아이들링 롤러(11)와 용기(1)의 이송과정에 용기(1)가 좌우로 크게 움직이지 않도록 용기(1)의 측면을 가이드하기 위한 가이드판(도면에는 미도시)이 일정간격마다 배치되어 있다.

따라서, 작업자가 용기(1)를 클램프쪽으로 밀어 이송시키면, 클램프의 둘레를 용기(1)가 포위하면서 진입하게 되는데, 용기(1)는 상측내벽이 클램프의 상면에 접하면서 지지된다.

전술한 바와 같이 클램프의 둘레에 장착되고 클램프에 의해 지지된 용기(1)는 클램프의 일측만이 하우징에 회전가능하게 지지되어 있어 클램프의 자유단은 허공에 떠있는 상태이므로 클램프와 클램프주위를 둘러싸고 있는 용기는 자중에 의해 불안정한 자세로 놓이게 된다.

이때 베이스 프레임(10)에 부착된 공압실린더를 작동시켜 용기(1)의 저면을 다수의 아이들링 롤러(11)로 지지한다. 아이들링 롤러(11)는 일정간격으로 소정의 갯수로 설치되어 있다. 만일 용기(1)의 길이가 길 수록 그 하중이 클램프의 회전부위에 집중적으로 가해지면서 해당부위가 취약해 질 수 있으므로 클램프와 용기(1)의 자유단을 보다 효과적으로 지지하기 위해 아이들링 롤러(11)를 용기(1)의 구간별로 순차적으로 지지되도록 구현할 수도 있다.

즉, 용기(1) 하중이 클램프에 가해지므로 용기(1)의 선단부(삽입된 방향)를 먼저 아이들링 롤러(11)에 의해 지지하고, 이후 용기(1)의 후단부를 롤러가 지지되 도록 공압실린더를 작동시키는 것이 바람직하다.

도 2a에 도시된 바와 같이 작업자가 렌치(H)를 사용하여 샤프트(22)를 회전시키면, 샤프트(22)의 원주면에 일정간격으로 부착된 구동측 베벨기어(21a)가 회전하면서 구동측 베벨기어(21a)와 맞물린 피동측 베벨기어(21b)가 회전한다.

피동측 베벨기어(21b)의 회전에 의해 나사축(25)은 나사축의 축선방향으로 이동하면서 나사축(25)에 결합된 가압플레이트(26)가 용기(1)의 내벽쪽에 밀착된다. 물론 샤프트를 반대방향으로 회전시키면 가압플레이트(26)는 용기(1)의 내벽에서 멀어지는 방향으로 이동한다.

이와 같은 용기(1)의 내벽에 가압플레이트(26)가 밀착되면서 용기(1)를 고정시키면, 용기(1)의 하부에서 공압실린더(11a)에 의해 아이들링 롤러(11)가 상승하여 용기(1)의 저면을 지지한다.

용기(1)의 저면이 아이들링 롤러(11)에 의해 지지되면, 작업자가 용기(1)의 측면과 상면이 순차적으로 고정되는데, 베이스 프레임(10)에 설치된 다른 공압실린더를 전진시켜 측면지그(50b)에 의해 용기(1)의 양 측벽을 고정시키고, 용기의 상면 역시 베이스 프레임(10)에 고정된 공압실린더(51a)를 하방으로 작동시키면 한쌍의 상부지그(50a)가 용기(1)의 상면에 밀착되도록 이동시켜 용기의 상면을 고정시킨다.

이때 한 쌍의 상부지그(50a)는 그 선단부가 서로 일정거리로 이격되어 있어 용기의 용접대상 표면이 상면에 노출된 상태로 고정된다.

전술한 용기(1)의 외측벽과 상면 지지용 지그(50a)(50b)를 이송시키는 각각 의 공압실린더(51a,51b)들은 용기(1)의 길이방향으로 일정간격으로 복수개로 설치되어 있으며, 모두 베이스 프레임(10)에 부착되어 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이 레이저 웰딩머신(100)에 장착되는 용기(1)의 외부를 견고하게 고정시키기 위한 레이저 웰딩머신의 용기고정용 지그조립체와 관련된 구성 및 그 작용에 대하여 도 5 내지 도6b를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 용기 클램핑장치(20)는,

원주면에 일정간격으로 구동측 베벨기어(21a)가 부착된 샤프트(22)와;

일측단이 하우징에 회전가능하게 결합되고, 상기 구동측 베벨기어(21a)와 맞물리는 피동측 구동기어들을 회전가능하게 지지하면서 상기 샤프트(22)가 회전할 수 있도록 지지하는 샤프트 케이싱(23)과;

상기 피동측 베벨기어(21b)의 회전시 샤프트 케이싱(23)의 반경방향으로 이동되면서 가압플레이트(26)를 이송시키는 나사축(25)으로 구성되어 있다.

샤프트 케이싱(23)은 샤프트(22)의 길이방향을 따라 샤프트(22)의 둘레에 설치되어 있으며, 하우징에 회전가능하게 결합되어 있는데, 샤프트 케이싱(23)의 내부에 샤프트(22)가 회전가능하도록 조립되어 있다. 가용접된 용기(1)의 내부가 샤프트 케이싱(23)의 둘레에 길이방향으로 장착되어진다. 샤프트 케이싱(23)의 폭 혹은 높이는 용기(1)의 내부 폭이나 높이보다 작다.

상기한 샤프트(22)의 자유단은 샤프트 케이싱(23)내에 베어링에 의해 축받이되어 도 2a에 도시된 바와 같이 렌치(H)의 회전방향에 따라 샤프트(22)를 정역방향으로 회전시킬 수 있다.

샤프트(22)에는 일정간격으로 구동측 베벨기어(21a)가 부착되어 샤프트(22)의 회전시 함께 회전한다.

구동측 베벨기어(21a)는 도 4에 도시된 바와 같이 샤프트 케이싱(23)에 회전가능하게 결합된 피동측 베벨기어(21b)가 연결되어 있다. 도 4에서 미설명부호 21c는 피동측 베벨기어들간에 서로 맞물려 동력을 전달하는 베벨기어이다.

피동측 베벨기어(21b)는 샤프트 케이싱(23)의 상하좌우 내벽에 조립되어 있으며, 피동측 베벨기어(21b)의 회전시 샤프트 케이싱(23)의 방사방향으로 이동할 수 있도록 피동측 베벨기어(21b)와 나사결합된 나사축(25)이 조립되어 있고, 나사축(25)에 가압플레이트(26)가 연결되어 있다.

샤프트 케이싱(23)이 하우징에 회전가능하게 조립되어 샤프트 케이싱(23)에 장착된 가용접된 용기(1)를 터닝장치(40a)에 의해 회전시킴으로써 용기(1)의 상면과 하면을 뒤집을 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 샤프트(22)의 자유단에 랜치(H)를 사용하여 샤프트(22)를 회전시키면, 샤프트(22)와 함께 구동측 베벨기어(21a)가 회전하면서 피동측 베벨기어(21b)를 회전시킨다. 이때 샤프트 케이싱(23)의 자유단은 베이스 프레임(10)에 부착된 공압실린더(41)의 전진에 의해 샤프트(22) 축받이용 롤러(42)가 샤프트(22)의 단부에 부착된 원형 드럼(27)을 축받이한 상태에서 렌치(H)로 샤프트(22)를 회전시킨다.

피동측 베벨기어(21b)의 회전에 의해 나사축(25)이 도 6a에 도시된 바와 같이 샤프트 케이싱(23)의 반경방향으로 이동하면서 가압플레이트(26)가 용기(1)의 내벽에 밀착되거나 혹은 내벽에서 떨어진다.

샤프트(22)와 가압플레이트(26)간에 연결된 동력전달체계에서 나타나는 작용은 구동측 베벨기어(21a)와 맞물린 모든 피동측 베벨기어(21b)에 의해 동시에 나타나므로 동시에 길이가 긴 용기(1)의 내벽을 고정시키고 고정을 해제할 수 있다.

한편, 구동측 베벨기어(21a)와 맞물린 대향하는 양 피동측 베벨기어(21b)는 도 6b에 도시된 바와 같이 나사축(25)을 제거함으로써 샤프트 케이싱(23)의 내측 상면 혹은 내측 하면에만 가압플레이트(26)를 작동시킬 수 있고, 이러한 원리로 샤프트 케이싱(23)의 양측면의 가압플레이트(26)만을 작동시킬 수도 있다.

즉, 가압플레이트(26)가 용기(1)의 내벽중 어느 한 면의 대칭면은 가압하지 않도록 나사축을 제거하여 피동축 베벨기어(21b)가 샤프트 케이싱(23)에서 헛돌도록 구성할 수 있다.

이와 같은 가압플레이트(26)에 의해 용기의 내벽을 가압함으로써 용기(1)의 용접작업시 용기(1)의 자세가 변동되지 않도록 고정시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 용기의 내부가 클램프장치에 의해 고정되면, 도 7a와 도 7b에 도시된 바와 같이 베이스 프레임(10)에 일정간격으로 부착된 공압실린더(51a)를 작동시켜 용기의 측면으로 지그(50b)가 밀착시키고, 역시 베이스 프레임(10)에 일정간격으로 부착된 공압실린더(50b)를 작동시켜 용기의 상면으로 상부지그를 하강시켜 용기의 상면을 고정시킨다. 물론 상부지그가 용기의 상면을 고정시킬 때에는 용기의 저면에 설치된 공압실린더를 작동시켜 롤러에 의해 용기의 저면을 지지한다.

상기한 측면지그와 상부지그는 용기의 길이방향으로 용기의 측면과 상면에 접해질 수 있는 길이를 지닌다.

상부지그는 용기의 용접대상표면 즉 반쪽 용기를 가용접한 연결라인이 외부에 노출되도록 상부지그의 양단부가 일정거리 이격되어 있다. 양 상부지그 사이로 노출된 용접대상표면은 레이저 웰딩기에 의해 용접된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 용기고정용 지그조립체는 가압플레이트(26)가 용기의 내벽에 밀착되어 용기의 내부를 지지하는 클램프와 용기의 외부를 고정시키는 측면지그(50b) 및 상면지그(50a)의 입체적인 고정에 의해 용기를 견고하게 고정시킬 수 있어 용접작업을 진행하는 동안 용접대상부위가 변동되지 않기 때문에 레이저 용접비드의 폭과 두께 높이 등 용접품질이 우수한 용기를 제조할 수 있다.

도 1a은 경수로 핵연료 보관 용기를 예시한 사시도,

도 1b는 도 1a에 도시된 용기의 단면도 및 용기 연결부 확대도,

도 2a는 본 발명을 채용한 용기 용접용 레이저 웰딩머신의 일측단면도,

도 2b는 도 2a에 도시된 레이저 웰딩머신을 정면에서 바라 본 정단면도,

도 3은 도 2a과 유사한 도면으로, 본 발명에 따른 용기 클램핑장치를 채용한 레이저 웰딩머신의 일부 길이를 생략하여 도시한 요부 측단면도,

도 4는 도 3의 A부분을 확대하여 도시한 확대 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 용기 클램핑장치를 발췌하여 도시한 요부 단면도,

도 6a은 본 발명에 따른 용기 클램핑장치를 이용하여 용기의 내벽를 가압한상태를 예시한 요부단면도,

도 6b은 본 발명에 따른 용기 클램핑장치를 이용하여 용기의 내면을 대칭되는 내벽만을 고정시킨 상태를 예시한 요부단면도,

도 7a는 본 발명에 따른 용기 측면과 상면을 고정시키기 위한 측면지그와 상부지그를 갖춘 레이저 웰딩머신의 평면 투시도,

도 7b는 본 발명에 따른 용기의 측면과 상면을 고정시키기 위한 레이저 웰딩머신에서 측면지그와 상부지그를 발췌하여 도시한 요부 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 핵연료 보관용 용기 10 : 베이스 프레임

11 : 아이들링 롤러 11a : 공압실린더

20 : 클램핑장치 20a : 하우징

21a,21b : 구동측 및 피동측 베벨기어

22 : 샤프트 23 : 샤프트 케이싱

25 : 나사축 26 : 가압플레이트

27 : 원형드럼 30 : 레이저 웰딩기

40a : 용기 터닝 핸들부 40b : 샤프트 축받이부

41 : 공압실린더 42 : 샤프트 축받이용 롤러

50a : 용기의 상면지그 50b : 용기의 측면지그

51a : 공압실린더 51b : 공압실린더

100 : 레이저 웰딩머신

Claims (1)

1. 경수로 핵연료 보관용기를 제조하기 위해 반쪽 용기(1)를 서로 맞대어 연결된 용기의 연결라인을 용접하는 레이저 웰딩머신에 있어서,

   경수로 핵연료를 보관하기 위한 용기를 제조함에 있어 반쪽으로 분할된 두 용기를 맞대어 가용접한 용기의 연결라인을 용접하는 레이저 웰딩머신에 있어서,

   베이스 프레임(10)에 일정간격으로 부착되고 용기의 측면을 향해 전후진하는 공압실린더와 연동하면서 용기(1)의 양측면을 동시에 가압하여 고정시키는 측판 지그(50b)와;

   베이스 프레임(10)에 일정간격으로 부착되고 용기의 상면을 향해 승하강하는 공압실린더와 연동하면서 용기(1)의 용접대상 표면이 외부로 노출되도록 상면을 가압하는 상부지그(50a)로 구성된 것을 특징으로 하는 경수로 핵연료 보관용 용기 레이저 웰딩머신의 용기 클램핑장치.

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