KR20130031031A

KR20130031031A - 터닝롤러를 이용한 파이프 연속 오비탈 용접장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20130031031A
Application number: KR1020110094698A
Authority: KR
Inventors: 김동호; 피교웅; 조영식; 성 최; 강계형
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-28
Also published as: KR101263685B1

Abstract

본 발명은 파이프 용접을 수행하는 경우 항상 아래 보기 위치에 연속적으로용접을 수행할 수 있도록 하는 터닝롤러를 이용한 파이프 연속 오비탈 용접장치 및 그 방법에 관한 것으로,
상기 오비탈 용접장치는 용접 대상 파이프(P)를 회전시키는 터닝롤러부(110);와, 상기 용접 대상 파이프(P)의 외주연에서 상기 터닝롤러부(110)의 회전속도와 동일한 속도로 반대 방향으로 이송되며 상기 용접대상 파이프의 용접선을 따라 용접을 수행하는 용접기구부(120);와, 상기 용접기구부의 이동 및 용접조건을 제어하는 용접제어부(130);와, 상기 용접기구부로 용접을 위한 전원을 공급하는 용접전원부(140);를 포함하여 구성되어,
아래보기 만으로 파이프 용접을 수행할 수 있으므로 전자세 용접에서 일어날 수 있는 처짐현상 등이 없어 용접 파워(전류)를 높일 수 있으며, 이로 인하여 최대 속도의 와이어 송급량 및 용접속도를 적용할 수 있어 다층 파이프 용접의 용접 생산성을 극대화시키며, GTAW와 같이 용접로봇의 정밀도가 0.5mm 이하로 유지되어야 하는 고기능 용접도 수행할 수 있도록 하고, 용접부의 열영향부를 최소화하여 용접부 물성의 변화를 최소화하는 것에 의해 용접 품질을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

Description

터닝롤러를 이용한 파이프 연속 오비탈 용접장치 및 그 방법{CONTINUOUS ORBITAL WELDING DEVICE FOR WELDING PIPE WITH TURNNING ROLLER AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 파이프 용접을 수행하는 경우 항상 아래 보기 위치에 연속적으로용접을 수행할 수 있도록 하는 터닝롤러를 이용한 파이프 연속 오비탈 용접장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 육상 및 해상의 파이프 용접의 경우 그 특성이 설치하고자 하는 현장에서 직접 용접을 통해 파이프를 연결해야 하므로, 대형 파이프의 경우 파이프에 대한 용접 작업을 용이하게 하기 위하여 고정된 파이프를 용접 캐리지(주행부)가 회전하면서 용접할 수 있는 오비탈 용접 장치가 제공되었다.

도 1은 대한민국 공개특허공보 특2002-0072917호에 개시된 이송캐리지(200)와 용접기(1)를 구비한 오비탈 용접장치를 나타낸다.

도 1과 같이 종래기술의 오비탈 용접장치는 이송캐리지(200) 상에 용접기(1)를 장착한 후 컨트롤박스(52)의 제어에 따라 이송캐리지(200)가 파이프 외주면을 주행하면 용접토치(6)를 이용하여 두 개의 파이프(A, B)의 접합부인 용접선을 따라 용접을 수행하도록 구성된다.

상술한 구성의 오비탈 용접장치는 파이프를 회전시키는 등의 번거로운 작업을 수행하지 않고도 용이하게 파이프 외관에 대한 용접을 자동으로 수행할 수 있도록 함으로써, 파이프 용접 작업 속도를 현저히 향상시키며, 작업자의 피로도를 감소시키는 효과를 제공하였다.

그러나 오비탈 용접장치의 경우 파이프의 외주연을 따라 이송캐리지(200)가 이송하며 용접을 수행하게 되므로, 파이프의 저면을 용접하게 되는 경우 위보기 자세가 되어 용접이 원활히 수행되지 못하는 문제점을 가진다.

이러한 경우에는 용접을 중단한 후 캐리지를 아래보기 자세의 위치로 이동시켜 용접을 수행하여야 하는 용접 작업 상의 번거로움이 발생하는 문제점이 있었다.

이러한 용접작업 상의 번거로움은 다층 용접을 수행해야 하는 전자세 용접의 경우 그 시간 지연이 용접 층수에 따라 증가하게 되므로, 용접 작업의 생산성을 현저히 저하시키는 원인이 된다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 오비탈 캐리지에 장착된 용접기를 이용한 파이프 외주면에 대한 용접을 수행함에 있어서 용접 작업을 중단함이 없이 연속적으로 다층 용접을 수행할 수 있도록 하는 터닝롤러를 이용한 파이프 연속 오비탈 용접장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터닝롤러를 이용한 파이프 연속 오비탈 용접장치(이하, '오비탈 용접장치'라 함)는, 용접 대상 파이프(P)를 회전시키는 터닝롤러부(110);와, 상기 용접 대상 파이프(P)의 외주연에서 상기 터닝롤러부(110)의 회전속도와 동일한 속도로 반대 방향으로 이송되며 상기 용접대상 파이프의 용접선을 따라 용접을 수행하는 용접기구부(120);와, 상기 용접기구부의 이동 및 용접조건을 제어하는 용접제어부(130);와, 상기 용접기구부로 용접을 위한 전원을 공급하는 용접전원부(140);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 용접기구부(120)는, 상기 용접 대상 파이프의 용접선(L)과 평행하게 파이프(P)의 외주연에 설치되는 가이드레일(R);과, 상기 가이드레일(R)을 따라 이송하는 캐리지(C);와, 상기 캐리지(C)에 장착되어 상기 용접선(L)에 대한 용접을 수행하는 용접토치유닛(123);과, 상기 용접토치유닛(123)의 용접 방향의 전단에 장착되어 용접선을 검출하는 용접선검출유닛(121);과, 상기 용접토치유닛(123)의 용접 방향의 후단에 장착되어 용접부위의 온도를 검출하는 온도센서유닛;과, 상기 용접토치유닛(123)의 용접 방향의 후단에 장착되어 용접부위를 냉각시키는 냉각유닛(124);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 온도센서유닛은, 상기 용접토치유닛(123)의 입열량제어를 위하여 상기 용접토치유닛(123)의 용접 방향의 후단에서 상기 냉각유닛(124)의 전단에 장착되는 제1온도센서유닛(123);과, 상기 냉각유닛(124)의 냉각기능 제어를 위하여 상기 냉각유닛(124)의 후단에 장착되어 용접부위의 온도를 측정하는 제2온도센서유닛(125); 중 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 용접제어부(130)는, 상기 용접선검출유닛(121)의 검출신호를 수신하여 분석한 후 용접선 추적신호를 생성하는 용접선추적유닛(131);과, 상기 용접선추적유닛(131)의 용접선 추적신호에 따른 캐리지(C)의 이송 제어와 상기 온도센서유닛의 온도 검출신호에 따른 아크발생제어와 내부에 저장된 용접조건에 따른 용접토치의 이동 및 전원 제어와 용접토치의 입열량제어와 용접부위의 냉각 제어 중 하나 이상을 포함하는 용접제어신호를 출력하는 용접기구부제어유닛(132);과, 용접제어를 위한 사용자 제어 명령을 입력받는 제어패널유닛(133);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 입열량제어는, 용접시작 후 설정된 기준 시간이 경과된 용접부위의 온도를 측정하여 기준온도로 설정하고, 기준온도의 측정 이후 기 설정된 시간 간격에 따라 반복적으로 온도를 측정하여 측정된 온도가 기준온도보다 일정 비율 이상의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 높이고, 기준온도보다 일정 비율 이하의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 낮추는 것을 특징으로 한다.

상기 입열량제어는 또한, 용접시작 후 설정된 기준 시간이 경과된 용접부위의 온도를 측정하여 기준온도로 설정하고, 기준온도의 측정 이후 기 설정된 시간 간격에 따라 반복적으로 온도를 측정하여 측정된 온도가 기준온도를 포함하는 일정비율의 범위 내인 경우 온도제어를 일시 정지하는 제어를 더 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 용접기구부제어유닛(132)은 상기 파이프 용접 패스별 용접조건과 상기 용접기구부제어조건을 데이터로 저장한 용접조건데이터베이스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 용접전원부(140)는, 상기 용접제어부(130)의 용접제어 신호를 입력받는 인터페이스유닛(143);과, 상기 인터페이스유닛(143)을 통해 입력된 용접제어 신호에 포함된 전류제어 신호에 따라 상기 용접토치유닛(123)으로 인가하는 전원을 제어하는 전원유닛(141);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터닝롤러를 이용한 파이프 연속 오비탈 용접방법(이하, '오비탈 용접방법'이라 함)은, 터닝롤러부(110)와 용접기구부(120)와 용접제어부(130)와 용접전원부(140)를 포함하여 파이프에 대한 오비탈 용접을 수행하는 오비탈 용접방법에 있어서, 상기 용접제어부(130)의 용접조건 및 용접제어신호에 따른 용접이 시작되는 경우 상기 용접제어부(130)가 상기 용접기구부(120)의 캐리지(C)를 상기 터닝롤러부(110)의 회전속도를 가지고 회전 방향의 반대 방향으로 주행시키는 주행속도동기화과정(S10);과, 용접부에 대한 냉각을 수행하는 용접부냉각과정(S20);과, 상기 용접부의 온도를 검출하여 상기 용접기구부(120)의 용접토치유닛(123)에서 발생하는 아크의 세기를 조절하는 입열량제어과정(S30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 오비탈 용접방법은 또한, 상기 용접부냉각과정(S20)과 상기 입열량제어과정(S30)을 포함하는 용접을 수행하는 중에, 상기 터닝롤러부(110)의 회전을 검출하여 파이프의 1회전용접(1패스)이 종료되었는지를 판단하여 1회전이 종료되지 않은 경우 상기 용접부 냉각과정(S20)과 상기 입열량제어과정(S30)을 포함하는 용접을 계속 수행하는 패스경과판단과정(S40);과, 상기 패스경과판단과정(S40)의 판단 결과 상기 파이프의 1회전용접이 종료된 경우 다층 용접 수행을 위하여 다음 패스에 대한 용접조건과 용접기구부제어조건을 상기 용접제어부(130)에 저장된 용접조건데이터베이스로부터 검출하여 다른 패스에 대한 용접을 수행하는 용접조건변경과정(S60);을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 입열량제어과정(S30)은, 용접시작 후 설정된 기준 시간이 경과된 용접부위의 온도를 측정하여 기준온도로 설정하는 기준온도측정과정(S31);과, 기준온도의 측정 이후 기 설정된 시간 간격에 따라 반복적으로 온도를 측정하는 단위온도측정과정(S32);과, 상기 단위온도측정과정(S32)에서 측정된 온도가 상기 기준온도보다 일정 비율 이상의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 높이고, 기준온도보다 일정 비율 이하의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 낮추는 전류제어과정(S33);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 입열량제어과정(S30)은, 또한, 기준온도의 측정 이후 기 설정된 시간 간격에 따라 반복적으로 온도를 측정하여 측정된 온도가 기준온도를 포함하는 일정비율의 범위 내인 경우 온도제어를 일시 정지하는 온도제어정지과정(미도시);를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.

상술한 본원 발명에서 상기 용접조건은 용접 전류와 전압, 캐리지주행속도, 와이어송급속도 조건을 포함하고, 상기 용접기구부제어조건은 용접토치의 중심위치, 위빙폭, 위빙속도, 드웰타임(Dewell Time) 변경 등의 조건을 포함한다.

상술한 구성을 가지는 본원 발명은, 파이프를 오비탈 용접장치를 이용하여 용접하는 경우, 아래보기 만으로 파이프 용접을 수행할 수 있으므로 전자세 용접에서 일어날 수 있는 처짐현상 등이 없어 용접 파워(전류)를 높일 수 있으며, 이로 인하여 최대 속도의 와이어 송급량 및 용접속도를 적용할 수 있어 용접 생산성을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

본원 발명은 또한, 다층 용접시 전체 패스를 쉬지 않고 수행할 수 있으므로 오비탈 용접장치를 이용한 다층 파이프 용접의 용접 생산성을 극대화시키는 효과를 제공한다.

본 발명은 또한, 터닝롤러를 이용하여 파이프를 회전시키고 외부에 직교로봇 혹은 6축로봇 등의 일반 로봇을 사용하여 정밀도 0.5mm 이하의 GTAW 용접을 수행하는 경우 터닝롤러의 회전축과 파이프의 중심축이 정확하게 정렬되어야 하고, 그리고 로봇과 터닝롤러가 편차없이 설치되어야 한다. 하지만 현실적으로 편차 없이 설치되는 것은 불가능 하므로 작업자가 수동으로 계속적으로 관찰하면서 토치의 좌우 및 높이조정을 수행하여야 하였다. 하지만 본발명은 용접로봇이 파이프에 직접 설치되게 되므로 파이프가 좌우상하로 움직이는 경우에도 로봇이 같이 움직이게 되므로 용접선과 로봇과의 위치를 정밀하게 제어할 수 있다. 이에 따라 GTAW와 같이 용접로봇의 정밀도가 0.5mm 이하로 유지되어야 하는 고기능 용접도 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 용접로봇이 항상 파이프의 상단에 위치하고 있으므로 전자세 파이프 용접시 로봇의 위치에 비하여 작업자에 의해 현재 수행하고 있는 용접을 육안으로 관찰하는 것이 용이하고, 이에 따라 용접선 추적센서, 온도센서 등의 자동화 장비가 부착되지 않았을 경우에도 용접선 추적 및 입열량제어를 실시간으로 수행할 수 있으므로 용접 품질을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

도 1은 대한민국 공개특허공보 특2002-0072917호에 개시된 이송캐리지(200)와 용접기(1)를 구비한 오비탈 용접장치의 측면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 오비탈 용접장치(10)의 평면도,
도 3은 본 발명의 오비탈 용접장치(10)를 이용한 용접 방법의 처리과정을 나타내는 순서도,
도 4는 도 3의 처리과정 중 입열량제어과정(S30)의 상세 처리과정을 나타내는 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 오비탈 용접장치(100)의 정면도이다.

도 2와 같이, 상기 오비탈 용접장치(100)는 터닝롤러부(110), 용접기구부(120), 용접제어부(130), 용접전원부(140)를 포함하여 구성된다.

상기 터닝롤러부(110)는 용접 대상 파이프(P)에 결합되어 파이프(P)를 일정한 속도로 회전시키도록 구성된다. 이 경우 터닝롤러부(110)의 파이프 회전속도는 용접기구부제어유닛(132)에 저장된 용접조건데이터베이스의 파이프의 용접 패스별 터닝로러부 회전속도제어 데이터에 의해 수행된다.

상기 용접기구부(120)는 용접기구부제어유닛(132)에 저장된 용접조건데이터베이스의 용접조건과 용접기구부제어조건인 용접 전류와 전압, 캐리지주행속도, 와이어송급속도 조건, 용접토치의 중심위치, 위빙폭, 위빙속도, 드웰타임(Dewell Time) 변경 등의 조건에 따라 캐리지(C)를 이송시킥, 용접토치에 의한 아크의 크기를 조절하고 용접토치의 위치를 이동시키며, 냉각제어유닛(124)에 의한 용접부에 대한 냉각을 수행하는 등의 전체 용접을 수행하도록 구성된다.

상기 기능을 수행하기 위하여 상기 용접기구부(120)는 도 1과 같이 가이드레일(R)과, 캐리지(C)와, 용접토치유닛(123)과, 용접선검출유닛(121)과, 온도센서유닛과 냉각유닛(124)을 포함하여 구성된다.

상기 가이드레일(R)은 파이프(P)의 용접선(L)과 평행하게 파이프의 외주연에 설치되어 캐리지(C)의 이동을 유도하도록 구성된다.

상기 캐리지(C)는 가이드레일(R)에 이동 가능하게 장착되어, 용접기구부제어유닛(132)의 제어명령에 따라, 터닝롤러부(110)의 파이프 회전속도에 따른 파이프(P) 외주연의 일 점의 원주상의 이동 속도와 동일한 속도를 가지고 터닝롤러부(110)의 회전 방향과 반대방향으로 회전하도록 구성된다. 따라서 캐리지(C)의 파이프(P)의 정점에 위치하는 경우 용접이 진행되는 동안 캐리지(C)는 항상 파이프(P)의 정점에 위치되어 파이프(P)의 용접선(L)을 따라 아래보기 용접을 수행할 수 있게 된다.

상기 용접선검출유닛(121)은 용접선(L)의 상부에 위치하도록 캐리지(C)의 측면에 장착되어, 용접이 진행되는 과정에서 파이프(P)와 캐리지(C)의 상대적 이동에 의한 가이드레일(R) 상에서의 캐리지(C)의 이동 중 용접토치가 용접선(L) 상에 위치하록 용접선(L)을 검출하여 검출된 신호를 용접제어부(130)의 용접선추적유닛(131)으로 출력하도록 구성된다. 상기 용접선검출유닛(121)과 용접선추적유닛(131)은 대한민국공개특허공보 제1998-037902호의 "편심원통형 반사거울을 구비한 용접선 추적장치", 대한민국공개특허공보 제2006-0114566호의 "전자기 센서를 이용한 용접선 추적장치", 대한민국공개특허공보 제2007-2466호의 "용접선 추적용 레이저 비젼 센서", 대한민국공개특허공보 제2002-35186호의 "요접선 자동추적 및 용접조건 적응제어 방식의 용접캐리지 장치" 등에 개시된 바와 같이, 전자기 센서, 편심 원통형 반사거울, 레이저비젼시스템 등의 다양한 용접선추적장치들이 적용될 수 있다.

상기 용접토치유닛(123)은 용접선검출유닛(121)의 후단에서 용접선(L) 상에 위치하도록 캐리지(C)의 측면에 장착되어 캐리지(C)의 이동에 따라 이동하면서 용접선(L)에 대한 용접을 수행하도록 구성된다.

상기 온도센서유닛은 용접토치유닛(123)의 바로 후단에 장착되는 제1온도센서유닛(123)과 냉각유닛(124)의 후단에 장착되는 제2온도센서유닛(125)으로 구성된다.

상기 구성의 온도센서유닛에서 제1온도센서유닛(123)은 용접토치유닛(123)으로부터 용접토치유닛(123)이 용접을 수행한 용접부의 온도를 일정시간 이후에 측정하는 위치에 장착된다. 상술한 바와 같이 장착된 제1온도센서유닛(123)은 용접이 수행된 후 일정한 시간이 경과한 후의 용접부의 온도를 검출하는 것에 의해 용접토치유닛(123)의 입열량을 제어하기 위한 데이터로 이용된다.

그리고 상기 제2온도센서유닛(125)은 냉각유닛(124)의 후단에 위치되어 냉각유닛(124)에 의해 냉각된 용접부의 온도를 검출하여 용접기구부제어유닛(132)으로 출력하는 것에 의해 냉각유닛(124)에 의한 냉각기능을 제어하도록 구성된다.

상기 냉각유닛(124)은 제1온도센서유닛(123)의 후단에 위치되어 용접부를 냉각시키는 것에 의해 아크의 고온에 의한 용접부의 물성 변화를 최소화시켜 기 설정된 용접조건 및 용접기구부제어조건에 따라 최적의 용접이 수행되도록 한다.

상술한 냉각유닛(124)에 의한 용접부에 대한 용접은 냉각유체를 분사하는 노즐이 용접선의 길이 방향으로 배치되거나, 용접선에 수직인 방향으로 배치되거나, 용접선을 포함하는 다각형 영역을 이루도록 배치되는 등의 다양한 방식으로 배치된 영역에 대하여 일시에 용접을 수행하도록 구성될 수 있다.

다음으로, 상기 용접제어부(130)는 용접선추적유닛(131)과 용접기구부제어유닛(132)과 제어패널유닛(133)을 포함하여 오비탈 용접장치(100)에 의한 전체 용접제어 과정을 제어하도록 구성된다.

이를 위해 상기 용접선추적유닛(131)은 용접선검출유닛(121)에 의해 검출된 용접선 정보를 분석한 후 용접토치유닛(123)의 용접토치가 용접선 상의 각각의 패스를 위한 위치에 위치하는지를 판단하여 해당 위치를 벗어나는 경우 용접토치의 위치를 보정하기 위한 신호를 용접기구부제어유닛(132)으로 출력하도록 구성된다.

상기 용접기구부제어유닛(132)은 내부에 용접을 위한 용접조건과 용접기구부제어조건을 저장하는 용접데이터베이스를 구비하여 오비탈 용접의 전체과정을 제어한다. 구체적으로 상기 용접조건은 용접 전류와 전압, 캐리지주행속도, 와이어송급속도 조건을 포함하고, 상기 용접기구부제어조건은 용접토치의 중심위치, 위빙폭, 위빙속도, 드웰타임(Dewell Time) 변경 등의 조건을 포함한다.

상술한 용접기구부제어유닛(132)은 상술한 용접조건데이터베이스의 데이터를 이용하여 캐리지(C)의 주행속도 제어, 용접토치의 위빙, 위빙속도제어, 입열량제어, 드웰타인 변경 등의 제어를 위한 신호를 생성한 후 이를 용접전원부(140)와 용접기구부(120)로 출력하도록 구성된다.

또한, 상기 용접기구부제어유닛(132)은 제1온도센서유닛(123)의 검출 온도를 이용하여 최초 용접이 수행되는 때에 용접부의 용접 후의 일정시간(본 발명의 실시예의 경우 20초) 온도를 측정하여 기준 온도로 설정한 후 용접이 진행되는 과정에서 일정 단위시간 간격(본 발명의 실시예의 경우 1초)마다 용접부의 온도를 측정하여 기준 온도를 중심으로 일정 온도 범위를 벗어나는 경우 용접토치로 인가되는 전류를 제어하여 입열량을 제어한다.

또한, 상기 용접기구부제어유닛(132)은 제2온도센서유닛(125)의 검출 온도를 이용하여 용접부의 물성 변화가 가장 작게 되는 최저 온도를 유지하도록 냉각유닛(124)의 냉각 기능을 제어하기 위한 신호을 용접기구부(120)로 출력한다.

상기 제어패널유닛(133)은 키입력부 등의 입력부와 디스플레이 또는 다수의 계기판 또는 상태 표시 램프 등을 구비하여 사용자에 의한 용접조건 또는 용접기구부제어조건의 변경을 가능하게 하며, 용접 진행 중의 용접 상태를 파악할 수 있도록 구성된다.

다음으로, 상기 용접전원부(140)는 전원유닛(141)과 인터페이스유닛(143)을 포함하여 구성된다.

상기 용접전원부(140)는 외부의 전원을 공급받은 후 용접전류로 변환하고 용접기구부제어유닛(132)의 입열량제어를 위한 입열량제어신호를 입력받아 입열량제어신호에 적합한 발열을 수행하도록 전류를 가변하여 용접토치유닛(123)으로 출력함과 동시에 용접와이어 피더의 용접와이어 공급속도를 제어하도록 구성된다.

상기 인터페이스유닛(143)은 용접제어부(130)와 용접전원부(140) 사이의 통신 인터페이스를 제공하도록 구성된다. 즉, 상기 인터페이스유닛(143)은 접속포트와 통신프로토콜을 포함하여 구성된다.

도 3은 본 발명의 오비탈 용접장치(10)를 이용한 용접 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이고, 도 4는 도 3의 처리과정 중 입열량제어과정(S30)의 상세 처리과정을 나타내는 순서도이다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본원 발명의 오비탈 용접방법의 처리과정을 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 오비탈 용접방법은 주행속도동기화과정(S10), 용접부냉각과정(S20), 입열량제어과정(S30), 패스경과판단과정(S40), 용접종료과정(S50)을 포함하여 이루어진다.

이를 구체적으로 설명하면, 파이프에 대한 용접이 시작되는 경우 파이프 별로 설정된 터닝롤러부(110)의 회전속도와 가이드레일(R) 상에서의 캐리지(C)의 터닝롤러부(110)의 회전 반대 방향으로의 이동 속도가 동일하도록 주행속도를 일치시키는 주행속도동기화과정(S10)을 수행한다. 이때 상술한 용접조건과 용접기구부제어조건은 파이프별로 데이터화되어 용접조건데이터베이스로 용접구기부제어유닛(132)에 기저장된다. 상술한 용접조건과 용접기구부제어조건은 파이프에 대한 다층 용접을 수행하는 경우 각각의 패스별 데이터 또한 포함한다.

주행속도동기화과정(S10)이 수행된 후에는 용접조건과 용접기구부제어조건에 따라 터닝롤러부(110)가 파이프(P)를 회전시키고, 이와 동시에 캐리지(C)가 파이프(P)의 외주연 상에서 항상 파이프(P)의 정점에 위치되도록 가이드레일(R)을 따라 주행하며 용접을 수행한다.

이러한 용접이 수행되는 과정에서 용접토치유닛(123)에 의해 용접된 용접부에 대한 냉각을 수행하는 용접부냉각과정(S20)과 용접토치에 의한 입열량을 제어하는 입열량제어 과정이 동시에 수행된다.

상기 용접부냉각과정(S20)은 제2온도센서유닛(125)에 의해 검출된 용접부의 온도를 기설정 온도로 낮추도록 수행되며, 기 설정된 온도는 파이프의 금속이 온도에 의해 물성변호를 일으키지 않는 온도가 되도록 하여 다층 패스에서 1차 패스 이후의 용접이 최적으로 수행되도록 용접부를 냉각시키게 된다.

그리고 상기 입열량제어과정(S30)은 용접토치유닛(123)에 의한 아크발생 및 용저부에 대한 온도를 제어하는 것으로서, 제1온도센서유닛(123)에 의해 검출된 용접토치유닛(123)에 의해 용접이 수행된 후 일정 시간 경과 후의 용접부의 온도 데이터를 기준으로 용접토치로 인가되는 전류와 가스량을 제어하는 것에 의해 입열량을 젱하게 된다.

도 4는 상기 입열량제어과정(S30)의 구체적인 처리과정을 나타내는 것으로서, 도 4를 참조하여 입열량제어과정(S30)을 구체적을 설명하면 다음과 같다.

용접이 수행된 용접부에 대하여 일정시간이 경과된 후(본 발명의 실시예에서는 20초)의 온도를 검출하여 기준온도를 설정하는 기준온도측정과정(S31)을 수행한다.

이 후, 용접이 수행된 후 용접부의 온도를 단위 시간 간격(본 발명의 실시예에서는 1초)으로 측정하는 단위온도측정과정(S32)을 수행한다.

단위온도측정과정(S32)의해 용접부를 단위시간 경과 시마다 검출한 용접부의 온도를 기준온도와 비교하여 단위온도측정과정(S32)에서 측정된 온도가 상기 기준온도보다 일정 비율 이상의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 높이고, 기준온도보다 일정 비율 이하의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 낮추는 입열량제어를 위한 전류제어과정(S33)을 수행한다.

상기 전류제어과정(S33)의 일례로는 단위온도측정과정(S32)에서 측정된 온도가 상기 기준온도보다 일정 비율(예: 10%) 이상의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값(예: 1A)만큼 높이고, 기준온도보다 일정 비율(예: 10%) 이하의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값(예: 1A)만큼 낮추는 것일 수 있다.

이러한 입열량제어과정(S30)은 용접이 종료될 때까지 반복적으로 실행된다.

또한, 상술한 용접과정 중 용접기구부제어유닛(132)은 터닝롤러부(110)의 파이프 회전 속도를 이용하여 파이프(P)에 대한 1회전 용접(1패스)이 수행되었는지를 판단하여 1회전 용접이 수행되지 않은 경우에는 용접부냉각과정(S20)과 입열량제어과정(S30)을 포함하는 용접을 계속하여 1패스 용접이 수행되었는지를 판단하는 패스경과판단과정(S40)을 수행한다.

패스경과판단과정(S40)의 수행결과 1패스 용접이 수행된 경우 용접이 종료되었는지를 판단하는 용접종료판단과정(S50)을 수행한다.

용접종료판단과정(S50)에서는 1패스 용접으로 용접이 종료되는 경우에는 용접을 종료하고, 다패스 용접이 필요한 경우에는 설정된 패스절차가 모두 종료되었는지를 판단한다. 판단 결과 다층패스 용접과정이 모두 종료되지 않은 경우에는 다음 용접패스를 위한 용접을 위하여

용접 전류와 전압, 캐리지주행속도, 와이어송급속도 조건을 포함하는 용접조건과, 용접토치의 중심위치, 위빙폭, 위빙속도, 드웰타임(Dewell Time) 변경 등의 조건을 포함하는 용접기구부제어조건을 해당 패스에 적합하도록 변경하는 용접조건변경과정(S60)을 수행한 후 다시 해당 용접조건과 용접기구부제어조건에 따라 용접부냉각과정(S20)과 입열량제어과정(S30)과 패스경과판단과정(S40)과 용접종료과정(S50)과 용접조건변경과정(S60)을 다층패스의 용접이 종료될 때까지 반복하여 수행한다.

100: 오비탈 용접장치, P: 파이프, L: 용접선
110: 터닝롤러부
120: 용접기구부, 121: 용접선검출유닛, 122: 용접토치유닛
123: 제1온도센서, 124: 냉각유닛, 125: 제2온도센서, R: 가이드레일
130: 용접제어부, 131: 용접선추적유닛, 132: 용접기구부제어유닛
133: 제어패널유닛
140: 용접전원부, 141: 전언유닛, 143: 인터페이스유닛

Claims

용접 대상 파이프(P)를 회전시키는 터닝롤러부(110);와,
상기 용접 대상 파이프(P)의 외주연에서 상기 터닝롤러부(110)의 회전속도와 동일한 속도로 반대 방향으로 이송되며 상기 용접대상 파이프의 용접선을 따라 용접을 수행하는 용접기구부(120);와,
상기 용접기구부의 이동 및 용접조건을 제어하는 용접제어부(130);와,
상기 용접기구부로 용접을 위한 전원을 공급하는 용접전원부(140);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접장치.
청구항 1에 있어서, 상기 용접기구부(120)는,
상기 용접 대상 파이프의 용접선(L)과 평행하게 파이프(P)의 외주연에 설치되는 가이드레일(R);과,
상기 가이드레일(R)을 따라 이송하는 캐리지(C);와,
상기 캐리지(C)에 장착되어 상기 용접선(L)에 대한 용접을 수행하는 용접토치유닛(123);과,
상기 용접토치유닛(123)의 용접 방향의 전단에 장착되어 용접선을 검출하는 용접선검출유닛(121);과,
상기 용접토치유닛(123)의 용접 방향의 후단에 장착되어 용접부위의 온도를 검출하는 온도센서유닛;과,
상기 용접토치유닛(123)의 용접 방향의 후단에 장착되어 용접부위를 냉각시키는 냉각유닛(124);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접장치.
청구항 2에 있어서, 상기 온도센서유닛은,
상기 용접토치유닛(123)의 입열량제어를 위하여 상기 용접토치유닛(123)의 용접 방향의 후단에서 상기 냉각유닛(124)의 전단에 장착되는 제1온도센서유닛(123);과,
상기 냉각유닛(124)의 냉각기능 제어를 위하여 상기 냉각유닛(124)의 후단에 장착되어 용접부위의 온도를 측정하는 제2온도센서유닛(125);
중 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접장치.
청구항 1에 있어서, 상기 용접제어부(130)는
상기 용접선검출유닛(121)의 검출신호를 수신하여 분석한 후 용접선 추적신호를 생성하는 용접선추적유닛(131);과,
상기 용접선추적유닛(131)의 용접선 추적신호에 따른 캐리지(C)의 이송 제어와 상기 온도센서유닛의 온도 검출신호에 따른 아크발생제어와 내부에 저장된 용접조건에 따른 용접토치의 이동 및 전원 제어와 용접토치의 입열량제어와 용접부위의 냉각 제어 중 하나 이상을 포함하는 용접제어신호를 출력하는 용접기구부제어유닛(132);과,
용접제어를 위한 사용자 제어 명령을 입력받는 제어패널유닛(133);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접장치.
청구항 4에 있어서, 상기 입열량제어는,
용접시작 후 설정된 기준 시간이 경과된 용접부위의 온도를 측정하여 기준온도로 설정하고, 기준온도의 측정 이후 기 설정된 시간 간격에 따라 반복적으로 온도를 측정하여 측정된 온도가 기준온도보다 일정 비율 이상의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 높이고, 기준온도보다 일정 비율 이하의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 낮추는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접장치.
청구항 5에 있어서, 상기 입열량제어는,
용접시작 후 설정된 기준 시간이 경과된 용접부위의 온도를 측정하여 기준온도로 설정하고, 기준온도의 측정 이후 기 설정된 시간 간격에 따라 반복적으로 온도를 측정하여 측정된 온도가 기준온도를 포함하는 일정비율의 범위 내인 경우 온도제어를 일시 정지하는 제어를 더 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접장치.
청구항 4에 있어서,
상기 용접기구부제어유닛(132)은 상기 파이프 용접 패스별 용접조건과 상기 용접기구부제어조건을 데이터로 저장한 용접조건데이터베이스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접장치.
청구항 1에 있어서, 상기 용접전원부(140)는,
상기 용접제어부(130)의 용접제어 신호를 입력받는 인터페이스유닛(143);과,
상기 인터페이스유닛(143)을 통해 입력된 용접제어 신호에 포함된 전류제어 신호에 따라 상기 용접토치유닛(123)으로 인가하는 전원을 제어하는 전원유닛(141);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접장치.
터닝롤러부(110)와 용접기구부(120)와 용접제어부(130)와 용접전원부(140)를 포함하여 파이프에 대한 오비탈 용접을 수행하는 오비탈 용접방법에 있어서,
상기 용접제어부(130)의 용접조건 및 용접제어신호에 따른 용접이 시작되는 경우 상기 용접제어부(130)가 상기 용접기구부(120)의 캐리지(C)를 상기 터닝롤러부(110)의 회전속도를 가지고 회전 방향의 반대 방향으로 주행시키는 주행속도동기화과정(S10);과,
용접부에 대한 냉각을 수행하는 용접부냉각과정(S20);과,
상기 용접부의 온도를 검출하여 상기 용접기구부(120)의 용접토치유닛(123)에서 발생하는 아크의 세기를 조절하는 입열량제어과정(S30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접방법.
청구항 9에 있어서,
상기 용접부냉각과정(S20)과 상기 입열량제어과정(S30)을 포함하는 용접을 수행하는 중에,
상기 터닝롤러부(110)의 회전을 검출하여 파이프의 1회전용접(1패스)이 종료되었는지를 판단하여 1회전이 종료되지 않은 경우 상기 용접부 냉각과정(S20)과 상기 입열량제어과정(S30)을 포함하는 용접을 계속 수행하는 패스경과판단과정(S40);과,
상기 패스경과판단과정(S40)의 판단 결과 상기 파이프의 1회전용접이 종료된 경우 다층 용접 수행을 위하여 다음 패스에 대한 용접조건과 용접기구부제어조건을 상기 용접제어부(130)에 저장된 용접조건데이터베이스로부터 검출하여 다른 패스에 대한 용접을 수행하는 용접조건변경과정(S60);을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접방법.
청구항 9에 있어서, 상기 입열량제어과정(S30)은,
용접시작 후 설정된 기준 시간이 경과된 용접부위의 온도를 측정하여 기준온도로 설정하는 기준온도측정과정(S31);과,
기준온도의 측정 이후 기 설정된 시간 간격에 따라 반복적으로 온도를 측정하는 단위온도측정과정(S32);과,
상기 단위온도측정과정(S32)에서 측정된 온도가 상기 기준온도보다 일정 비율 이상의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 높이고, 기준온도보다 일정 비율 이하의 값을 가지는 경우 전류를 기설정된 값만큼 낮추는 전류제어과정(S33);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접방법.
청구항 11에 있어서, 상기 입열량제어과정(S30)은,
기준온도의 측정 이후 기 설정된 시간 간격에 따라 반복적으로 온도를 측정하여 측정된 온도가 기준온도를 포함하는 일정비율의 범위 내인 경우 온도제어를 일시 정지하는 온도제어정지과정(미도시);를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접방법.
청구항 10에 있어서,
상기 용접조건은 용접 전류와 전압, 캐리지주행속도, 와이어송급속도 조건을 포함하고,
상기 용접기구부제어조건은 용접토치의 중심위치, 위빙폭, 위빙속도, 드웰타임(Dewell Time) 변경 등의 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 오비탈 용접방법.