KR20140116624A

KR20140116624A - 개별 avc 축을 지닌 두개의 토치가 장착된 오비탈 tig 용접장치

Info

Publication number: KR20140116624A
Application number: KR1020130031404A
Authority: KR
Inventors: 김동호
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-10-06
Also published as: KR102044965B1

Abstract

본 발명은 레일(10) 상을 주행하며 용접하는 오비탈 용접장치에 있어서: 선행토치(21)와 후행토치(22)를 지닌 본체(20); 상기 선행토치(21)와 후행토치(22)에 각각의 와이어를 송급하는 와이어송급부(30); 및 상기 선행토치(21)와 후행토치(22)의 아크길이를 설정된 패턴으로 조절하는 제어부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 독립적인 높이제어로 아크길이의 조절이 가능한 2개의 토치를 탑재하여 파이프류의 용접시 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Description

개별 AVC 축을 지닌 두개의 토치가 장착된 오비탈 TIG 용접장치{Orbital TIG welding apparatus with two torches including a separated AVC axis}

본 발명은 오비탈 TIG 용접장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 독립적인 높이제어로 아크길이의 조절이 가능한 2개의 토치를 탑재하여 파이프류의 용접시 생산성 향상을 도모할 수 있는 개별 AVC 축을 지닌 두개의 토치가 장착된 오비탈 TIG 용접장치에 관한 것이다.

해양플랜트 물량이 늘면서 TIG 용접을 수행해야 하는 비철파이프의 물량이 많아지게 되었고, 이로 인하여 생산성 향상의 필요성이 높아지게 되었다. 하지만 이를 수행하기 위해서는 고난이도의 다축 제어기술이 필요하며, 토치가 높이방향으로 각각의 축(AVC 축)을 가져야 하며, 각각의 축은 자동전압제어(Auto Voltage Control)를 통하여 아크길이를 제어해야 한다.

일반적인 TIG 용접장치는 마찬가지로 1개의 토치만 구비하고 있어 생산성이 낮아 고효율을 원하는 공정에는 사용할 수 없다.

선행특허의 일예로 한국 등록특허공보 제0245172호는 극도로 제한된 공간내에서 그리고 지금까지 오비탈 용접 장비의 사용을 방해하는 조건하에서 용접이 가능하도록 허용하는 특징들의 독특한 결합을 제공한다. 이에 따라, 소형화된 피팅 및 부재들의 사용을 통하여 최대로 시스템크기를 축소시키는 효과를 기대한다.

그러나, 이 또한 1개의 토치만 구비하면서 소형화를 요지로 하므로 일정 수준 이상의 생산성 향상에 한계성을 보이고 있다.

선행기술이 다른 예로서, 한국 등록실용신안공보 제0463998호는 첨부의 파일에 기술된 설명은 소모성 전극을 사용하는 방법인 와이어가 전극이 되는 용접의 경우에 사용될 수 있는 방식이며, 2개의 토치를 잡을 수 있는 클램프의 구조에 대하여 한정된다.

그러나, 이는 AVC와 관련이 적고 용접기법이 TIG(GTAW)에 해당하지 않으므로 전자세 용접(파이프 용접)에 두 개의 토치를 적용하기 곤란하다.

1. 한국 등록특허공보 제0245172호 "오비탈 용접장치"(공개일자 : 2000. 3. 2.) 2. 한국 등록실용신안공보 제0463998호 "협소부 고효율 용접용 투-토치 클램프 장치"(공개일자 : 2009. 7. 1.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 독립적인 높이제어로 아크길이의 조절이 가능한 2개의 토치를 탑재하여 파이프류의 용접시 생산성 향상을 도모할 수 있는 개별 AVC 축을 지닌 두개의 토치가 장착된 오비탈 TIG 용접장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레일 상을 주행하며 용접하는 오비탈 용접장치에 있어서: 선행토치와 후행토치를 지닌 본체; 상기 선행토치와 후행토치에 각각의 와이어를 송급하는 와이어송급부; 및 상기 선행토치와 후행토치의 아크길이를 설정된 패턴으로 조절하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 선행토치와 후행토치는 본체 상에 LM가이드를 개재하여 직선운동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 선행토치와 후행토치는 하나의 위빙기를 개재하여 동시에 운동하도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제어부는 각각의 토치의 아크길이 조절을 위한 선행AVC모터와 후행AVC모터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 와이어송급부는 각각의 토치를 중심으로 대향하는 위치에 피더를 복수로 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 독립적인 높이제어로 아크길이의 조절이 가능한 2개의 토치를 탑재하여 파이프류의 용접시 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 주요부 구성을 나타내는 사시도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 주요부 구성을 나타내는 정면도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 주요부 구성을 나타내는 평면도
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 장치를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 레일(10) 상을 주행하며 용접하는 오비탈 용접장치에 관련되는 것으로서, 비철파이프 등에 TIG 용접을 수행하는 경우를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 본체(20) 상에 선행토치(21)와 후행토치(22)를 지니는 구조이다. 플럭스코어 아크용접(FCAW) 혹은 가스메탈 아크용접(GMAW)의 경우에는 용접공법상 소모성 전극봉을 사용할 수 있고, 정전압 방식이므로 토치의 높이가 제어되지 않아도 아크의 길이가 일정하게 유지될 수 있으므로 토치의 높이제어를 정밀하게 수행하지 않아도 되고, 이러한 이유로 토치의 높이조정은 용접중 수행하지 않는다. 따라서 비교적 간단하게 제어가 가능한 점에서 플럭스코어 아크용접(FCAW)이나 가스메탈 아크용접(GMAW)의 경우에 2개의 토치가 달린 오비탈 용접장치를 사용하는 예가 있다. 반면 본 발명은 선행토치(21)와 후행토치(22)에 비소모성 전극을 사용하는 TIG(GTAW) 용접에 적용 가능한 방식이다.

이때, 상기 선행토치(21)와 후행토치(22)는 본체(20) 상에 LM가이드(24)를 개재하여 직선운동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 한다. 선행토치(21)와 후행토치(22)가 탑재된 프레임이 LM가이드(24)를 개재하여 본체(20)에 좌우로 운동 가능하게 설치된다. 용접대상 파이프에 고정된 레일(10) 상의 주행방향을 전후 방향으로 볼 때 파이프의 축방향운동을 좌우 방향으로 명명한다.

한편, 상기 선행토치(21)와 후행토치(22)는 하나의 위빙기(26)를 개재하여 동시에 운동하도록 연결되는 것을 특징으로 한다. 위빙기(26)는 볼스크류 방식으로 오실레이션 축과 모터를 구비한다. 각각의 토치(21)(22)는 위빙기(26)에 의해 오실레이션 축 방향으로 오프셋적용이 가능하므로 오실레이션 방향으로 위빙하거나 각기 다른 위치에서 용접수행이 가능하다.

또, 본 발명에 따르면 와이어송급부(30)가 상기 선행토치(21)와 후행토치(22)에 각각의 와이어를 송급하는 구조이다. 선행토치(21)의 전극봉에 인접하여 선행피더(31)가 설치되고, 후행토치(22)의 전극봉에 인접하여 후행피더(32)가 설치된다. 각각의 피더(31)(32)는 본체(20) 상에 조절기(35)를 개재하여 설치된다. 조절기(35)는 3축의 나선운동으로 피더(31)(32)의 자세를 변경한다.

또, 본 발명에 따르면 제어부(40)가 상기 선행토치(21)와 후행토치(22)의 아크길이를 설정된 패턴으로 조절하는 구조이다. 용접대상 파이프의 재질, 크기 등에 따라 아크길이의 패턴이 다르게 설정된다. 이를 위해 각각의 토치(21)(22)는 아크길이 제어장치를 통하여 독립적으로 높이를 제어할 수 있는 토치축를 포함한다.

이때, 상기 제어부(40)는 각각의 토치(21)(22)의 아크길이 조절을 위한 선행AVC모터(41)와 후행AVC모터(42)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 경우 비소모성 전극을 사용하는 TIG(GTAW) 용접이므로 2개의 토치(21)(22)를 사용하기 위해서는 각각이 독립적으로 제어되고 움직이는 AVC 축이 필요하며, 이는 각각 볼스크류 방식의 선행AVC모터(41)와 후행AVC모터(42)를 포함하여 구성된다. 각각의 토치(21)(22)는 제어부(40)의 자동전압제어(Auto Voltage Control) 신호를 받아서 정확한 높이제어로 적절한 아크 패턴을 유지할 수 있다.

이외에 제어부(40)는 주행기(45)의 제어를 통하여 레일(10) 상에서 본체(20)의 이동속도를 조절한다.

본 발명의 변형예(도 4 참조)로서, 상기 와이어송급부(30)는 각각의 토치(21)(22)를 중심으로 대향하는 위치에 피더(31)(32)를 복수로 구비하는 구성도 가능하다. 도시에는 선행토치(21)의 전후에 한 쌍의 선행피더(31)가 배치된 상태를 예시하지만 후행토치(22)의 전후에도 한 쌍의 후행피더(32)를 배치할 수 있다.

본 발명의 작업은 3가지 방법으로 수행될 수 있다.

첫 번째 방법은 2개의 토치(21)(22)를 지닌 1대의 장비를 이용하여 용접대상 파이프 주위를 쉬지 않고 360도 회전하면서 용접하는 방법이다.

그 과정은 1) 0도 지점에 장비를 설치

2) 두개 토치의 동시 하강

3) 두개 토치의 동시 아크발생

4) 선행토치(21)에 와이어 공급하면서 용접을 시작하고, 후행토치(22)의 와이어 미공급 상태에서 최소전류 투입하여 아크유지

5) 선행토치(21)가 용접을 시작한 지점에서 후행토치(22)에 와이어를 공급하고 본 용접을 시작

6) 장비의 360도 회전 후 선행토치(21)의 용접 자동종료

7) 선행토치(21)의 용접시작점에서 후행토치(22)의 용접자동종료 순이다.

두 번째 방법은 1대의 장비를 이용하여 하진 방향으로만 1/2씩 용접을 수행하는 방법으로서,

1) 0도 지점에 장비설치

2) 제자리에서 두개 토치의 하강

3) 두개 토치 동시 아크발생

4) 선행토치에 와이어 공급/용접시작 및 후행토치의 와이어 미공급 상태에서 최소전류 투입한 아크유지

5) 선행토치가 용접 시작한 지점에서의 후행토치 와이어 공급/본 용접시작

6) 장비의 180도 회전 후 선행토치 용접자동종료

7) 선행토치 용접종료점에서 후행토치 용접자동종료

8) 0도 지점으로 장비자동복귀

9) 반대방향으로 1)~7) 수행 순이다.

마지막 세 번째 방법은 2대를 이용하여 0도 지점에서 180도 지점까지 서로 다른 방향으로 용접을 수행하는 방법으로서, 전술한 두 번째 방법을 2대로 1/2씩 나누어 수행하는 방법이다.

일반적인 오비탈 티그 용접장치는 1개의 토치를 이용하여 전자세로 360도 용접하는 것이 일반적이나, 본 발명은 2개의 토치를 하나의 장비에 설치하므로 1개의 토치를 이용하는 것에 비해 높은 생산성을 달성할 수 있다. 전술한 첫 번째 방법을 이용할 경우 기존의 1개의 토치를 사용하는 방법에 비하여 생산성이 2배 정도 향상되며, 두 번째 방법을 사용할 경우 하진용접에서 최소 50%의 용착효율 향상이 가능하므로 약 3배의 생산성 향상이 가능하며, 세 번째 방법을 사용할 경우 약 6배의 생산성 향상이 가능하다.

다만, 2개의 토치를 이용할 경우에 1개의 장비를 전자세로 360도 휴지없이 용접수행도 가능하지만, 파이프의 상진구간에서 과대한 용착량으로 비드의 처짐 현상이 발생될 수 있으므로, 생산성 향상을 위하여 하진의 방법만으로 용접을 수행하기 위해서 2대의 장비를 이용하여 하진방향만 1/2씩 용접하거나, 1개의 장비를 하진방향으로 1/2 수행 후 다시 상승시켜 반대방향으로 1/2을 용접하는 방안이 보다 선호된다고 할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 레일 20: 본체
21: 선행토치 22: 후행토치
24: LM가이드 26: 위빙기
30: 와이어송급부 31: 선행피더
32: 후행피더 35: 조절기
40: 제어부 41: 선행AVC모터
42: 후행AVC모터 45: 주행기

Claims

레일(10) 상을 주행하며 용접하는 오비탈 용접장치에 있어서:
선행토치(21)와 후행토치(22)를 지닌 본체(20);
상기 선행토치(21)와 후행토치(22)에 각각의 와이어를 송급하는 와이어송급부(30); 및
상기 선행토치(21)와 후행토치(22)의 아크길이를 설정된 패턴으로 조절하는 제어부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 개별 AVC 축을 지닌 두개의 토치가 장착된 오비탈 TIG 용접장치.
청구항 1에 있어서,
상기 선행토치(21)와 후행토치(22)는 본체(20) 상에 LM가이드(24)를 개재하여 직선운동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 개별 AVC 축을 지닌 두개의 토치가 장착된 오비탈 TIG 용접장치.
청구항 2에 있어서,
상기 선행토치(21)와 후행토치(22)는 하나의 위빙기(26)를 개재하여 동시에 운동하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 개별 AVC 축을 지닌 두개의 토치가 장착된 오비탈 TIG 용접장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(40)는 각각의 토치(21)(22)의 아크길이 조절을 위한 선행AVC모터(41)와 후행AVC모터(42)를 구비하는 것을 특징으로 하는 개별 AVC 축을 지닌 두개의 토치가 장착된 오비탈 TIG 용접장치.
청구항 1에 있어서,
상기 와이어송급부(30)는 각각의 토치(21)(22)를 중심으로 대향하는 위치에 피더(31)(32)를 복수로 구비하는 것을 특징으로 하는 개별 AVC 축을 지닌 두개의 토치가 장착된 오비탈 TIG 용접장치.