KR20120064280A - 두 개의 핫 와이어를 사용하는 연속회전 클래딩 장치 - Google Patents

두 개의 핫 와이어를 사용하는 연속회전 클래딩 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클래딩용접을 수행하기 위한 클래딩 장치에 관한 것으로, 고정판(402)에 고정된 중앙지지대(401)를 구비하는 용접헤드 지지부(400)와, 상기 중앙지지대(401)에서 회전가능하게 지지되는 회전축 구동부(304)를 구비한 연속회전장치(300), 상기 연속회전장치(300)에 의해 회전가능하게 지지되는 수직이송축(205), 상기 수직이송축에 좌우 수평방향으로 이동가능하게 그리고 수직방향(Z1축)으로 높이 조정가능하도록 설치된 수평이송축(206) 및 상기 수평이송축(206)의 일단부에 장착되고 용접토치부(100)를 갖는 용접기헤드 및 이송장치(200)를 포함하는 클래딩 장치에 있어서, 상기 용접토치부(100)는 전극봉 및 가스컵 조립체(105)와, 서로 다른 재질의 핫 와이어를 각각 구비하고 상기 전극봉 및 가스컵 조립체(105)의 하측부에서 각도 조정 및 상하 높이 조정 가능하게 설치된 두 개의 핫 와이어노즐(101,102)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 기존의 스트립 용접방식에 비하여 고품질의 용접을 할 수 있게 하고, 이중 핫 와이어를 사용함으로써 일반적인 티그 용접에 비하여 용접 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 연속회전방식으로 연속적인 자동 용접을 가능하게 하여 용접 이음매가 없는 우수한 용접 품질을 얻을 수 있게 한다.

Description

두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치{Cladding Apparatus using two hot wires}
본 발명은 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치에 관한 것으로, 특히 원자력 증기발생기 헤드의 일체형 노즐에 요구되는 인코넬 클래딩 용접을 수행하기 위하여 용접 헤드부가 회전하면서 고품질 및 고효율 클래딩 용접을 수행할 수 있는 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 클래딩(cladding)이란 기지금속 표면에 내마모성, 내식성 및 내열성 등의 필요한 성질을 부여하기 위하여 서로 다른 특성의 이종금속을 표면상에 첨가시켜 서로 용융 접합시킴으로써 기지금속 자체의 기본적인 강인성을 유지하면서 외부의 격렬한 환경에 견딜 수 있는 표면층을 형성하는 것이다.
원자력발전소의 주 기기인 증기발생기의 헤드에는 원자로와 냉각펌프와 연결되어 열교환을 위한 냉각수가 출입하는 입구 및 출구 노즐이 부착되어 있고, 각 노즐의 상면부는 내식성을 갖도록 하기 위해 인코넬(inconel) 재질의 클래딩(cladding)이 요구된다.
기존의 원자력 증기발생기의 헤드는 반구형 헤드와 노즐을 분리하여 제작하였으나, 신형 원전은 원자력발전소의 주 기기의 성능 개선을 위하여 일체형으로 변경하여 제작하고 있기 때문에 헤드에 노즐이 부착된 상태에서 클래딩 용접을 수행해야 한다.
기존의 헤드 분리형 노즐의 경우 노즐을 회전시키면서 상면부를 스트립 용접방식으로 고효율로 클래딩할 수 있었지만, 노즐이 일체형으로 단조에 의해 제작되는 신형의 원자력 증기발생기의 헤드 일체형 노즐은 큰 중량의 헤드를 회전시키는 것이 불가능하여 기존의 분리형 노즐에 비하여 클래딩 용접을 수행하기 어려운 문제가 있었다.
또한, 원자력 발전소의 주 기기인 압력용기는 내식성을 갖도록 하기 위하여 내부에 스테인리스강이나 인코넬 재질로서 클래딩을 수행하며, 높은 효율성을 위하여 스트립용접을 적용하였다. 그러나, 스트립 용접은 플럭스를 사용하므로 용착부에 미량의 저융점 불순물이 포함됨에 따라 용접부에 결함이 발생될 가능성이 있고, 높은 입열에 따른 잔류응력이 커서 고품질의 용접부를 얻기 어려운 문제가 있었다.
이에 대하여, 티그 용접은 정밀 용접으로서 입열 제어가 가능하고 플럭스를 사용하지 않으므로 고품질의 용착부를 갖는 장점이 있으나, 용착 효율이 낮은 단점이 있었다. 따라서, 용접 헤드부가 회전하면서 클래딩 용접을 할 수 있으며, 고품질 및 고효율의 용접이 가능한 새로운 클래딩 용접장치가 요구되었다.
본 발명의 목적은 상기한 신형 원자력 증기발생기의 헤드 일체형 노즐에 대한 클래딩에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고품질의 티그 용접을 사용하되 용착효율 제고를 위하여 이중 핫 와이어 기법을 적용함과 함께 연속회전 용접을 할 수 있는 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 클래딩 장치는 고정판에 고정된 중앙지지대를 구비하는 용접헤드 지지부와, 상기 중앙지지대에서 회전가능하게 지지되는 회전축 구동부를 구비한 연속회전장치, 상기 연속회전장치에 의해 회전가능하게 지지되는 수직이송축, 상기 수직이송축에 좌우 수평방향으로 이동가능하게 그리고 수직방향(Z1축)으로 높이 조정가능하도록 설치된 수평이송축 및 상기 수평이송축의 일단부에 장착되고 용접토치부를 갖는 용접기헤드 및 이송장치를 포함하는 클래딩 장치에 있어서, 상기 용접토치부는 전극봉 및 가스컵 조립체와, 서로 다른 재질의 핫 와이어를 각각 구비하고 상기 전극봉 및 가스컵 조립체의 하측부에서 각도 조정 및 상하 높이 조정 가능하게 설치된 두 개의 핫 와이어노즐을 포함하여 구성된다.
상기 용접토치부는 위치조정슬라이드블럭과 아크거리제어 및 위빙 블럭을 포함하는 지지블럭에 장착되고, 상기 위치조정 슬라이드블럭은 아크거리제어 및 위빙 블럭에 대하여 직교하는 X1축방향과 Y축방향으로 이동가능하게 설치된다.
상기 핫 와이어노즐들의 각각은 전극봉 및 가스컵 조립체에 고정된 브래킷에 회동가능하게 힌지결합된 좌우조정구에 장착되는 상하조정구에 설치된다.
상기 클래딩 장치는 상기 용접헤드 및 이송장치에 설치되어 두 개의 와이어 릴들에 권취된 핫 와이어들을 인출하여 공급하는 용접 와이어 공급장치를 더 포함할 수 있다.
상기 연속회전장치는 로터리조인트를 구비하고, 상기 수직이송축의 하단부에 제공되고 회전축 구동부에 의해 회전구동되는 슬립링이 상기 로터리조인트 내에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 수직이송축의 하단부에는 상기 슬립링에 편심되게 연결되는 수직이송축 마운트가 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명은 원자력 발전소의 증기발생기의 헤드 노즐에 대하여 기존의 스트립 용접방식에 비하여 고품질의 용접을 수행할 수 있게 하고, 이중 핫 와이어를 사용함으로써 일반적인 티그 용접에 비하여 용접 효율이 크게 향상될 수 있게 하며, 연속회전방식으로 연속적인 자동 용접을 가능하게 하여 용접 이음매가 없는 우수한 용접 품질을 얻을 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 용접기헤드의 이중 핫 와이어 용접토치의 개략적인 단면도.
도 3은 도 1의 수평이송축이 수직이송축에서 수평으로 이동된 상태를 보여주는 개략적인 단면도.
도 4는 도 1의 연속회전장치의 개략적인 단면도.
도 5는 도 1의 클래딩 장치와 부속장비를 포함하여, 증기발생기의 헤드 노즐 클래딩작업을 설명하기 위한 개략적인 구성도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 있어서, 본 발명에 의한 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치는 중앙지지대(401)가 하단의 고정판(402)에 고정된 용접헤드 지지부(400)와, 상기 중앙지지대(401)에 의해 지지되며 회전축 구동부(304)를 구비한 연속회전장치(300), 상기 연속회전장치(300)에 의해 360°회전가능하게 지지되는 수직이송축(205), 그 수직이송축에 좌우 수평방향으로 이동가능하게 그리고 수직방향(Z1축)으로 높이 조정가능하도록 설치된 수평이송축(206) 및 상기 수평이송축(206)의 일단부에 장착된 용접기헤드(200)를 포함하여 구성된다.
도 2에 있어서, 상기 용접기헤드(200)는 지지블럭(106)에 장착된 용접토치부(100)를 포함하며, 상기 지지블럭은 위치조정슬라이드블럭(202)과 아크거리제어 및 위빙 블럭(201)으로 구성되고, 상기 위치조정 슬라이드블럭(202)은 아크거리제어 및 위빙 블럭(201)에 대하여 직교하는 X1축방향과 Y축방향으로 이동가능하게 설치된다.
상기 아크거리제어 및 위빙 블럭(201)은 상기 용접토치부(100)를 수직방향 높이조정 및 위빙(weaving)에 의한 측방향조정을 수행한다.
상기 용접토치부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 전극봉 및 가스컵 조립체(105)와, 이 조립체의 하측부에 설치된 두 개의 핫 와이어노즐(101,102)을 구비하여 구성되어, 두 개의 핫 와이어노즐들을 통해 공급되는 두 가지의 서로 다른 재질의 용접가제들을 전극봉으로 용융 접합한다. 상기 전극봉 및 가스컵 조립체(105)는 입열 온도의 제어를 위하여 후술하는 별도의 냉각장치에 의해 공급되는 냉매로 전극봉이 미리 설정된 온도로 제어된다.
상기 핫 와이어노즐(101,102)의 각각은 좌우조정구(103)에 장착된 상하조정구(104)의 하단부에 전극봉에 대한 각도조절이 가능하게 설치된다. 상기 좌우조정구(103)는 전극봉 및 가스컵 조립체(105)에 고정된 브래킷(107)에 회동가능하게 힌지결합됨으로써 상기 좌우조정구에 장착되는 상하조정구(104)가 전극봉에 대하여 좌우로 위치조정가능하게 된다.
또한, 상기 상하조정구(104)는 로드 형상으로 좌우조정구(103)에 높이조정가능하게 장착되고, 상기 좌우조정구의 하단부에 핫 와이어노즐 홀더(108)가 회동가능하게 배치되어 핫 와이어노즐(101,102)이 홀더에 의해 지지된다.
이로써, 상기 핫 와이어노즐(101,102)들은 전극봉 및 가스컵 조립체(105)의 하단부에 대하여 상하 및 좌우로의 위치조정이 가능하게 된다.
상기 전극봉 및 가스컵 조립체(105)에 인접하게 배치되는 상기 핫 와이어노즐(101,102)들에는 각각 서로 다른 재질의 핫 와이어가 공급되며, 이러한 핫 와이어의 공급은 용접헤드 및 이송장치(200)에 설치된 용접 와이어 공급장치(203)에 의해 두 개의 와이어 릴(204)들에 권취된 핫 와이어들을 인출하여 공급됨으로써 이루어진다.
상기 연속회전장치(300)는 도 4에 확대도로 도시된 바와 같이, 로터리조인트(301) 내에는 수직이송축(205)의 하단부에 제공되는 슬립링(302)이 배치되어 외부전원 접속부(303)로부터의 케이블이 (도 1에 도시된) 하측의 회전축 구동부(304)로 연결된다. 이로써, 회전축 구동부(304)에 의해 슬립링(302)이 회전됨에 따라 그 슬립링에 연결된 편심구조의 수직이송축 마운트(305)를 회전시킴으로 수직이송축은 편심된 거리를 반경으로 하는 회전운동을 하게 된다.
상기 수직이송축(205)에서 수평이송축(206)이 수평으로 이동가능하고 그 수평이송축(206)의 일단부에 용접헤드 및 이송장치(200)가 설치되어 무게중심이 수직이송축(205)에서 편심된 위치에 있게 되므로, 상기와 같은 수직이송축(205)의 중심이 슬립링(302)에 대해 편심된 위치에 배치되게 함으로써 전체적인 무게중심이 슬립링(302)의 중심선상에 위치되게 하여 클래딩용접을 안정되게 하기 위한 것이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치는 두 개의 핫와이어노즐(101,102)들과 전극봉 및 가스컵 조립체(105)들이 수직이송축(205)에 의해 수평이송축(206)의 높이조정과, 상기 수평이송축에서의 용접헤드 및 이송장치(200)의 좌우이동에 의해 개략적인 위치로 배치된 다음, 상기 용접토치부(100)가 좌우조정구(103)와 상하조정구(104)에 의해 정확한 위치에 배치됨으로써 도 1에 부분적으로 표시된 클래딩 용접부(703)에 대하여 정확하게 자동으로 배치되어 클래딩 용접을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치는 원자력 발전소의 증기발생기 헤드의 일체형 노즐에 배치되어 클래딩 용접을 자동으로 수행하게 된다.
이를 위하여 위에서 설명한 본 발명의 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치에 부가하여 주전원부(601)와, 핫와이어전원부(602), 전극봉 및 가스컵 조립체(105)를 소정 온도로 유지하여 요구되는 고품질의 클래딩 용접을 할 수 있도록 하는 냉각장치(603) 및 작업자가 클래딩 용접 상황을 감시하고 제어할 수 있는 모니터링 및 제어 장치(604)가 제공된다.
도 1에 도시되고 설명된 용접헤드 지지부(400)는 증기발생기의 반구형의 헤드(701)에 형성되고 단면이 관 형태인 헤드 노즐(702)의 내측에 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치가 배치되며, 이때 상기 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치는 고정부(502)와 그 위에 장착된 높이조정부(501)로 구성된 용접헤드 지지부(500)의 높이조정부(501)에서 상하 높이조정가능하게 설치된다.
상기 연속회전장치(300)가 관형의 헤드 노즐(702)의 내측에 배치된 상태에서 작업자는 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치의 수직이송축(205)과 수평이송축(206)을 조정하여 클래딩용접부(703) 위에 용접토치부(100)가 배치되도록 한다.
이어서, 지지블럭(106)의 위치조정슬라이드블럭(202)과 아크거리제어 및 위빙 블럭(201)을 조정하여 전극봉 및 가스컵 조립체(105)와 두 개의 핫 와이어 노즐(101,102)들이 클래딩용접부(703) 위의 정확한 위치에 배치된 상태에서 클래딩 용접이 자동으로 수행된다.
증기발생기의 헤드 노즐(702)의 클래딩 용접부는 도 5에 도시된 바와 같이 환형의 단부면이지만, 상기 용접토치부(100)는 용접헤드 및 이송장치(200)가 수평이송축(206)에서 좌우이동함과 동시에 상기 수직이송축(205)이 연속회전장치(300)에서 슬립링을 중심으로 회동함으로써 환형의 단부면에서의 클래딩 용접이 전체적으로 자동으로 신속하게 이루어진다.
도 5에는 클래딩 용접부가 증기발생기의 헤드 노즐(702)의 단부면으로 표시되어 있지만, 여기에 한정되지 않고 본 발명의 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치는 상기한 바와 같이 수직, 수평 및 회전운동을 동시에 수행하는 다축으로 구성됨에 따라 헤드 노즐의 단부면 뿐만 아니라 상기 용접토치부를 내측면에 배치하여 헤드 노즐의 내측면에서의 클래딩용접도 수행할 수도 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치는 원자력 발전소의 증기발생기의 헤드 노즐의 단부면과 내측면의 내식성 재료의 클래딩용접을 자동으로 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 사용할 수 있다.
100 : 용접토치부 101, 102 : 핫 와이어 노즐
103 : 좌우조정구 104 : 상하조정구
105 : 전극봉 및 가스컵 조립체 106 : 지지블럭
200 : 용접기헤드 및 이송장치 201 : 아크거리제어 및 위빙 블럭 202 : 위치조정슬라이드블럭 205 : 수직이송축
206 : 수평이송축 300 : 연속회전장치
301 : 로터리조인트 302 : 슬립링
304 : 회전축구동부 400 : 용접헤드 지지부
401 : 중앙지지대 402 : 고정판

Claims (6)

  1. 고정판(402)에 고정된 중앙지지대(401)를 구비하는 용접헤드 지지부(400)와, 상기 중앙지지대(401)에서 회전가능하게 지지되는 회전축 구동부(304)를 구비한 연속회전장치(300), 상기 연속회전장치(300)에 의해 회전가능하게 지지되는 수직이송축(205), 상기 수직이송축에 좌우 수평방향으로 이동가능하게 그리고 수직방향(Z1축)으로 높이 조정가능하도록 설치된 수평이송축(206) 및 상기 수평이송축(206)의 일단부에 장착되고 용접토치부(100)를 갖는 용접기헤드 및 이송장치(200)를 포함하는 클래딩 장치에 있어서,
    상기 용접토치부(100)는 전극봉 및 가스컵 조립체(105)와, 서로 다른 재질의 핫 와이어를 각각 구비하고 상기 전극봉 및 가스컵 조립체(105)의 하측부에서 각도 조정 및 상하 높이 조정 가능하게 설치된 두 개의 핫 와이어노즐(101,102)을 포함하여 구성된 것인 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접토치부(100)는 위치조정슬라이드블럭(202)과 아크거리제어 및 위빙 블럭(201)을 포함하는 지지블럭(106)에 장착되고, 상기 위치조정 슬라이드블럭(202)은 아크거리제어 및 위빙 블럭(201)에 대하여 직교하는 X1축방향과 Y축방향으로 이동가능하게 설치된 것인 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 핫 와이어노즐(101,102)의 각각은 전극봉 및 가스컵 조립체(105)에 고정된 브래킷(107)에 회동가능하게 힌지결합된 좌우조정구(103)에 장착되는 상하조정구(104)에 설치된 것인 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접헤드 및 이송장치(200)에 설치되어 두 개의 와이어 릴(204)들에 권취된 핫 와이어들을 인출하여 공급하는 용접 와이어 공급장치(203)를 더 포함하는 것인 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연속회전장치(300)는 로터리조인트(301)를 구비하고, 상기 수직이송축(205)의 하단부에 제공되고 회전축 구동부(304)에 의해 회전구동되는 슬립링(302)이 상기 로터리조인트(301) 내에 배치된 것인 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수직이송축(205)의 하단부에는 상기 슬립링(302)에 편심되게 연결된 수직이송축 마운트(305)가 제공된 것인 두 개의 핫 와이어를 사용하는 클래딩 장치.
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