KR20110124986A - 진동식 서브머지드 아크 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서브머지드 아크 용접을 이용한 박판의 판계 용접시 용접 토치에 대해 용접선과 교차하는 방향으로 고속의 왕복 이동변위를 제공함으로써 맞대기 이음부위에서 용락없는 양호한 용접 비드를 얻을 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모재의 용접선을 따라 주행하는 대차(10)와, 상기 대차(10)에 탑재되는 용접 토치(12), 상기 용접 토치(12)를 고속으로 진동하기 위한 진동 발생부 및, 용접시 공급전원과 와이어의 송급, 플럭스의 공급, 진동 발생부의 진동 주파수를 조절하는 제어부(24)를 구비하고, 상기 진동 발생부는 상기 용접 토치(12)를 선회 가능하게 지지하는 선회몸체(28)와, 상기 선회몸체(28)에 좌우 왕복방향으로의 이동 변위를 제공하는 구동부를 구비한다.

Description

진동식 서브머지드 아크 용접 장치 {Vibration type submerged arc welding apparatus}

본 발명은 진동식 서브머지드 아크 용접 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서브머지드 아크 용접법에 의한 박판의 판계 용접시 용접 토치에 진동에 따른 고속의 왕복 이동변위를 제공하여 용접 부위에서 용락의 발생을 배제하고 이를 통해 용접성능을 획기적으로 개선시킬 수 있도록 하는 진동식 서브머지드 아크 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로 서브머지드 아크 용접은 대기로부터 아크를 보호하기 위해 호퍼로부터 공급관을 통해 용착부에 입상(粒狀)이나 용융상의 용제(Flux)를 공급하고 용제 속에 전극 와이어를 송급하여 용접봉과 모재 사이에 아크를 발생시켜 용접하는 방법이다.

이와 같은 서브머지드 아크 용접방법은 용융지가 용제에 의해서 보호되므로 별도의 실드가스가 필요없고 용착부가 대기와 격리되어 산소와 질소, 수분 등의 침입이 없어 아크열의 열손실이 적고 용입이 높은 능률로 용접할 수 있다. 이에 따라 서브머지드 아크용접은 주로 두께가 두꺼운 모재의 용접에 사용된다.

또한, 서브머지드 아크 용접방법은 고능률의 아래보기 맞대기 용접을 하기 위해 플럭스 공급장치와, 와이어 송급장치, 주행파트 및, 제어파트 등을 주요 구성요소로 가지게 된다. 일례로, 600A 이하의 중저전류 서브머지드 아크 용접은 두께 6mm 이하 강판의 맞대기 이음부를 용접하기 위해 주로 사용된다.

그런데, 생산 현장에서 맞대기 이음부를 형성하는 판과 판 사이에는 대략 0~2mm의 범위의 틈새(Gap)가 불규칙적으로 발생할 수 밖에 없는 상황이므로, 기존의 서브머지드 아크 용접장비를 이용하여 용접시에는 판과 판 사이에서 불규칙하게 형성된 틈새를 통해 와이어가 용융된 쇳물이 용접부의 이면부로 터져서 흘러내리는 용락(Burn through)이 발생하게 된다.

이와 같은 용락이 발생하면, 보수(Repair) 용접의 공수가 반드시 필요하며, 특히 틈새가 대략 2mm 이상 존재하는 구간에서는 본 용접인 서브머지드 아크 용접을 하기 전에 낮은 전류의 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)으로 미리 틈새 부위를 채워주는 실링(Sealing) 용접을 할 수 밖에 없었다.

이 결과, 기존 서브머지드 아크 용접장치를 이용한 박판의 맞대기 이음용접에서는 용접후 용락이 발생한 부위에 추가의 보수 용접 작업을 수행하거나, 용접전 실링 용접 작업을 수행해야 하므로, 생산성의 저하는 물론 과도한 용접 변형을 초래하는 문제를 안고 있다.

또한, 기존 서브머지드 아크 용접장치에서는 플럭스 내에서 아크가 형성되기 때문에 작업중 아크를 육안으로 식별하는 것은 어렵게 되고, 이로 인해 용접 도중에 아크를 보면서 용접선을 따라 용접 토치를 미세하게 조절하는 것은 불가능하게 된다.

이 결과, 기존 서브머지드 아크 용접장치는 용접선의 지시를 위해 용접 토치를 선행하는 탐침봉을 갖추고 있었으나, 이를 이용한 정확한 용접선의 추적은 어려울 뿐만 아니라 숙련도가 떨어지는 작업자의 경우 빈번한 용접 결함을 초래하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 서브머지드 아크 용접을 이용한 박판의 판계 용접시 용접 토치에 대해 용접선과 교차하는 방향으로 진동에 따른 고속의 왕복 이동변위를 제공함으로써 맞대기 이음부위에서 용락 없는 양호한 용접 비드를 얻을 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 캐리지의 주행에 있어 용접선의 지시를 위한 레이저 포인터를 적용함으로써 용접선을 수동으로 정밀하게 추적할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모재의 용접선을 따라 주행하는 대차와, 상기 대차에 탑재되는 용접 토치, 상기 용접 토치에 용접 와이어를 공급하는 와이어 송급부, 용접부위로 플럭스를 제공하는 플럭스 공급부, 상기 용접 토치를 고속으로 진동하기 위한 진동 발생부 및, 용접시 공급전원과 와이어의 송급, 플럭스의 공급 및, 상기 진동 발생부의 진동 주파수를 조절하는 제어부를 구비하고, 상기 진동 발생부는 상기 대차에서 상기 용접 토치를 설치하는 하우징과, 상기 하우징 내에서 상기 용접 토치를 선회 가능하게 지지하는 선회몸체 및, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 선회몸체에 좌우 왕복방향으로의 이동 변위를 제공하는 구동부를 갖춘 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 진동식 서브머지드 아크 용접 장치에 의하면, 서브머지드 아크 용접을 이용한 박판의 판계 용접시 모터의 구동을 통해 용접선과 교차하는 방향으로 용접 토치에 대해 고속의 왕복 이동변위를 제공할 수 있으므로, 맞대기 이음부위의 틈새에 대한 사전의 실링 용접이나 추가의 보수 용접을 하지 않더라도 용락없는 양호한 용접 비드를 형성할 수 있게 된다.

이 결과, 본 발명은 박판의 판계 용접시 서브머지드 아크 용접을 적용하여 보다 나은 용접의 생산성을 기대할 수 있고, 특히 맞대기 이음부위에서 수반되는 틈새가 과도하더라도 용접 토치의 고속 진동에 따른 용융물에 의한 용락을 효과적으로 배제할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 용접시 캐리지의 주행에 있어 용접선의 지시를 위한 레이저 포인터를 구비함으로써 용접선의 보다 정밀한 수동 추적을 가능하게 하므로 용접의 품질을 향상시키는 데 기여할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 진동식 서브머지드 아크 용접 장치의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 진동 발생부에 대한 세부 구성도.
도 3은 기존의 서브머지드 아크 용접과 본 발명의 진동식 서브머지드 아크 용접의 효과를 비교한 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진동식 서브머지드 아크 용접 장치는 다수의 캐스터(10a)를 장착하고서 용접선을 따라 주행 가능한 대차(10)와, 상기 대차(10)에 탑재되는 각종 서브머지드 아크 용접설비, 그리고 서브머지드 아크 용접설비중 하나인 용접 토치(12)를 고속으로 진동시켜 용접부위에서 용락의 발생을 억제시키기 위한 진동 발생부를 구비한다.

상기 대차(10)는 상기 용접 토치(12)의 상하 및 좌우방향으로의 미세한 위치의 조절을 위해 상하위치 조정부(14)와 좌우위치 조정부(16)를 구비한다. 그리고, 상기 대차(10)는 상기 용접 토치(12)에 용접 와이어를 공급하기 위한 와이어 송급부로서, 와이어 송급롤러(18)와 와이어 송급압력 조절나사(20)를 구비한다. 또한, 상기 대차(10)는 용접부위로 플럭스의 제공을 위한 플럭스 공급부로서, 플럭스 호퍼(22)를 구비하고, 용접시 공급전원과 와이어의 송급, 플럭스의 공급 및, 상기 진동 발생부의 진동 주파수를 조절하기 위한 제어부(24)를 구비한다.

여기서, 상기 진동 발생부는 용접시 용접부위의 중심에 국한하는 아크의 발생부위를 집중시키는 상기 용접 토치(12)에 대해 고속의 진동을 제공함으로써 상기 용접 토치(12)로부터 발생된 아크를 용접부위의 주위로 분산시켜 용접부위의 배면에 이루어지는 용락의 발생을 억제시키기 위한 것이다.

이를 위해, 상기 진동 발생부는 상기 대차(10)에 대해 상기 용접 토치(12)를 탑재하도록 설치되는 박스 형상의 하우징(26)과, 상기 하우징(26) 내에서 상기 용접 토치(12)를 선회 가능하도록 힌지지점(H)을 매개로 지지하는 선회몸체(28) 및, 상기 제어부(24)의 제어에 따라 상기 선회몸체(28)의 자유단부에 대해 좌우 왕복방향으로의 선회이동을 위한 변위를 제공하는 구동부를 구비한다.

이 경우, 상기 구동부는 상기 하우징(26)에 대해 고정되도록 설치되는 모터(30)와, 상기 모터(30)의 회전축(30a)에 일단부가 편심 결합되는 크랭크 샤프트(32) 및, 상기 크랭크 샤프트(32)의 타단부와 상기 선회몸체(28)의 일단부 사이를 연결하는 조인트 링크(34)로 이루어진다. 즉, 상기 크랭크 샤프트(32)는 그 길이방향의 중심으로부터 외측으로 벗어난 위치에서 상기 모터(30)의 회전축(30a)과 결합된다.

또한, 상기 크랭크 샤프트(32)와 상기 조인트 링크(34) 사이의 결합은 상기 모터(30)의 회전에 의한 상기 크랭크 샤프트(32)의 요동운동을 상기 선회몸체(28)의 일단부에 대해 힌지지점(H)을 중심으로 좌우방향으로의 왕복 이동변위로 전달하기 위한 핀 결합으로 이루어진다. 이때, 상기 힌지지점(H)은 그 설치방향이 상기 대차(10)의 주행방향과 일치하도록 설정되어 있어, 상기 용접 토치(12)에 의한 용접 비드의 형성방향은 용접선과 교차된다.

그리고, 상기 제어부(24)는 상기 용접 토치(12)의 고속 진동을 위해 상기 모터(30)의 주파수 특성을 0~100Hz로 조절하여 상기 모터(30)의 회전수를 제어하고, 상기 모터(30)의 회전은 상기 크랭크 샤프트(32)와 상기 조인트 링크(34)를 통해 상기 선회몸체(28)의 힌지지점(H)을 매개로 하는 왕복 이동변위로 변환됨으로써 상기 용접 토치(12)를 진동 토치로서 제 기능을 수행할 수 있게 한다. 아울러, 상기 제어부(24)는 상기 모터(30)의 온/오프도 함께 제어한다.

또한, 상기 대차(10)는 진행방향으로 용접선의 정확한 지시를 위해 심 트랙킹을 위한 레이저 포인터(36)를 구비하는 바, 상기 레이저 포인터(36)는 상기 용접 토치(12)와 인접한 부위에 위치하도록 설치된다. 이에 따라, 용접시 상기 대차(10)의 진행방향은 상기 레이저 포인터(36)를 이용하여 용접선을 정확하게 추종할 수 있도록 조절 가능하게 된다.

한편, 도 2에 있어 참조부호 38은 상기 용접 토치(12)로 용접 와이어의 공급을 위한 와이어 인입부이고, 40은 용접 와이어를 절연하여 상기 용접 토치(12)로 제공하기 위한 절연 슬리브이며, 42는 용접 와이어에 용접 전원을 제공하는 케이블이고, 44는 상기 용접 토치(12)의 노즐 캡이며, 46은 상기 용접 토치(12)의 컨텍트 팁에 해당한다.

따라서, 본 발명은 박판의 판계 용접시 상기 제어부(24)는 상기 모터(30)에 대한 회전수 조절을 통해 상기 선회몸체(28)를 힌지지점(H)을 중심으로 좌우방향으로 왕복 이동시키게 되고, 이로 인해 상기 용접 토치(12)에서 발생되는 아크는 용접부위의 틈새 주변으로 용접 비드를 형성함으로써 용접부위의 이면으로 용융물이 흘러내림에 따른 용락을 방지할 수 있게 된다.

이는 도 3에서 기존의 서브머지드 아크 용접에 따른 모재의 용접부위와 본 발명의 진동식 서브머지드 아크 용접 장치를 이용한 용접에 있어 모재의 용접부위를 각각 도시한 바로부터 명확하게 이해될 수 있다. 즉, 도 3의 우측에 도시된 바와 같이 기존 모재(48)의 용접부위에서는 용접 비드(50)가 좁게 형성되면서 틈새를 통해 용융물이 용접부위의 이면으로 흘러내려 용락(52)이 발생되는 반면에, 본 발명에서는 도 3의 좌측에 도시된 바와 같이 모재(54)의 용접부위에서 좌우방향으로 폭이 넓은 용접 비드(56)가 형성되어 용접부위의 이면으로 용융물이 흘러내리는 용락의 발생은 억제될 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 용접 토치(12)와 인접한 부위로 설치되는 레이저 포인터(36)를 매개로 용접 작업중 상기 모재(54)의 용접선을 수동으로 정밀하게 추적할 수 있으므로 보다 정확한 용접작업을 수행할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10-대차 12-용접 토치 14-상하위치 조정부
16-좌우위치 조정부 18-와이어 송급롤러 20-와이어 송급압력 조절나사
22-플럭스 호퍼 24-제어부 26-하우징
28-선회몸체 30-모터 32-크랭크 샤프트
34-조인트 링크 36-레이저 포인터

Claims (3)

1. 모재의 용접선을 따라 주행하는 대차(10)와, 상기 대차(10)에 탑재되는 용접 토치(12), 상기 용접 토치(12)에 용접 와이어를 공급하는 와이어 송급부, 용접부위로 플럭스를 제공하는 플럭스 공급부, 상기 용접 토치(12)를 고속으로 진동하기 위한 진동 발생부 및, 용접시 공급전원과 와이어의 송급, 플럭스의 공급 및, 상기 진동 발생부의 진동 주파수를 조절하는 제어부(24)를 구비하고, 상기 진동 발생부는 상기 대차(10)에서 상기 용접 토치(12)를 설치하는 하우징(26)과, 상기 하우징(26) 내에서 상기 용접 토치(12)를 선회 가능하게 지지하는 선회몸체(28) 및, 상기 제어부(24)의 제어에 따라 상기 선회몸체(28)에 좌우 왕복방향으로의 이동 변위를 제공하는 구동부를 갖춘 것을 특징으로 하는 진동식 서브머지드 아크 용접 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동부는 상기 하우징(26)에 설치되는 모터(30)와, 상기 모터(30)의 회전축(30a)에 편심 결합되는 크랭크 샤프트(32) 및, 상기 크랭크 샤프트(32)와 상기 선회몸체(28) 사이를 연결하는 조인트 링크(34)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동식 서브머지드 아크 용접 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   용접선의 정확한 지시를 위해 상기 용접 토치(12)에 인접하게 위치하는 레이저 포인터(36)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동식 서브머지드 아크 용접 장치.
   

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