KR20140130340A - 극후물 강판 용접용 변형방지장치 - Google Patents

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Abstract

반원 형태로 만곡된 극후물 소재에 대한 용접시 온도를 일정하게 유지하여 열변형을 방지할 수 있도록, 용접이 이루어지는 호형태로 휘어진 극후물 강판을 감싸며 극후물 강판 외측에 배치되어 극후물 강판의 온도를 유지하는 온도유지부를 포함하고, 상기 온도유지부는 극후물 강판과 대응되는 형태로 이루어져 극후물 강판 표면에 부착되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되어 하우징을 통해 극후물 강판에 열을 가하는 가열부, 상기 하우징 내부에 설치되어 가열부에서 발생된 열을 유지하는 열매체, 상기 가열부를 제어작동하는 제어부를 포함하는 극후물 강판 용접용 변형 방지장치를 제공한다.

Description

극후물 강판 용접용 변형방지장치{DEVICE FOR PREVENTING DEFORMATION OF THICK PLATAE}
본 발명은 극후물 용접시 열변형을 방지하기 위한 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 원형이나 반원형의 극후물 소재 용접시 발생되는 열변형을 방지할 수 있도록 극후물 강판 용접용 변형방지장치에 관한 것이다.
일반적으로, 철강 소재를 용접할 때에 용접부위 근처의 온도는 다른 부분의 온도에 비해 현저하게 높다. 이러한 온도차로 인하여 부분적으로 상이한 양의 열팽창이 발생하며, 그에 따라, 용접이 진행되면서 용접부위가 열에 의해 변형되는 현상이 발생된다.
이러한 열변형은 용접개선간격의 변화를 초래하여 용접작업을 방해하기 때문에, 열변형이 일어나지 않도록 온도를 제어할 필요가 있다.
종랭 구조의 경우 용접시 열변형 방지를 위해 용접부위를 냉각하는 기술을 적용하거나, 가스 토치 또는 간이 패드 등을 부착하여 열을 제어하는 기술이 적용되었다.
그러나, 상기한 종래의 구조는 일정온도를 지속적으로 유지하기 어려운 문제가 있으며, 구조적으로 매우 복잡하고 패드 등과 소재 간의 밀착력에 한계가 있어 열손실 및 열전달에 많은 문제가 있다.
특히 두께가 대단히 두꺼운 극후물 철강 소재의 경우 용접이 계속됨에 따라 두꺼운 소재가 열을 계속 흡수하게 된다. 이에, 극후물 소재 용접시에는 물성 확보 및 열변형 방지를 위해 온도가 너무 낮아도 안되고 너무 높아도 안되므로 일정한 온도를 지속적으로 유지해야 하다.
더욱이 해상에 설치되는 잭업 리그(Jack Up Rig) 등의 대형 구조물에 사용되는 코드(Chord)의 경우 반원 형태로 휘어진 극후물 소재를 용접하게 되는 데, 이러한 원호형태의 극후물 소재 용접시 온도를 유지하기 위한 기술에 대해서는 아직 그 개발이 미흡한 실정이다.
이에, 코드와 같이 반원 형태로 만곡된 극후물 소재에 대한 용접시 온도를 일정하게 유지하여 열변형을 방지할 수 있도록 된 극후물 강판 용접용 변형 방지장치를 제공한다.
또한, 반원 형태로 만곡된 소재에 용이하게 설치할 수 있고 열 전달효율을 극대화할 수 있도록 된 극후물 강판 용접용 변형 방지장치를 제공한다.
본 방지장치는 용접이 이루어지는 호형태로 휘어진 극후물 강판을 감싸며 극후물 강판 외측에 배치되어 극후물 강판의 온도를 유지하는 온도유지부를 포함하고, 상기 온도유지부는 극후물 강판과 대응되는 형태로 이루어져 극후물 강판 표면에 부착되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되어 하우징을 통해 극후물 강판에 열을 가하는 가열부, 상기 가열부를 제어작동하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 온도유지부는 상기 하우징 내부에 설치되어 가열부에서 발생된 열을 유지하는 열매체를 더 포함할 수 있다.
상기 온도유지부는 상기 하우징 내측면에 설치되고 상기 극후물 강판 표면에 접하여 열을 전달하는 열전도체를 더 포함할 수 있다.
상기 열전도체는 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
본 장치는 상기 온도유지부의 내측면에 설치되어 극후물 강판에 온도유지부를 선택적으로 밀착시키는 전자석을 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 하우징 내에 설치되어 온도를 검출하는 온도계를 더 포함하여, 상기 온도계를 통해 검출된 온도에 따라 상기 가열부를 제어작동하는 구조일 수 있다.
본 방지장치는 상기 하우징 외표면에 설치되어 하우징과 외기와의 열전달을 차단하는 보온 덮개를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징 또는 보온 덮개는 상단에 설치되어 크레인의 후크를 걸기 위한 고리를 더 포함할 수 있다.
상기 극후물 강판은 반원통 형태로 형성된 잭업 레그용 코드의 보강재이고, 상기 온도유지부는 상기 보강재와 대응되는 형태로 만곡되어 보강재의 외표면에 부착 설치될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 용접시 일정한 온도를 보다 효과적으로 지속적으로 유지할 수 있어 곡률을 갖는 극후판 소재 용접시 열변형을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 구조가 단순하여 사용이 용이하며 소재와 긴밀하게 밀착되어 열전달효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 외부 온도에 대한 영향을 최소화하여 온도 유지 효과를 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 극후물 강판 용접용 변형 방지장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 극후물 강판 용접용 변형 방지장치의 구성을 도시한 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 실시예의 변형 방지장치는 대형 구조물에 사용되는 극후물 강판의 용접 특히, 해저 석유 시추 또는 해저 유전용 플랫폼에 사용되는 잭업(jack up) 레그의 코드 용접시 코드를 구성하는 극후물 강판의 열변형 방지를 위해 적용될 수 있다.
잭업형 오일 플래트폼은 해상에 놓이는 잭업 레그와, 상기 잭업 레그에 결합되어 잭업 레그를 따라 이동하는 선체로 구성된다. 이러한 잭업형 오일 플래트폼은 시추 지역 또는 체유 지역에 띄워지고 잭업 레그가 해상과 접촉토록 하강되며, 이어서 잭업 레그에 지지된 상태에서 선체는 최대의 높이의 파고로부터 벗어나는 높이로 해수면상으로 상승된다.
각 잭업 레그는 금속거더의 격자 구조물로서 서로 연결되는 코드를 구비한다. 상기 코드는 길게 연장되는 사각형태의 판부재와, 상기 판부재의 양측 평면에 길이방향을 따라 용접되는 반원통 형태의 보강재로 구성된다. 상기 판부재는 양 측단에 톱니 형태의 랙이 형성되어 선체에 설치된 구동부의 피니언과 결합된다. 이에, 선체의 구동부가 작동되면 피니언과 랙을 매개로 선체가 코드를 따라 승하강하게 된다.
상기 오일 플래트폼의 선체를 지지하는 잭업 레그의 코드는 매우 큰 피로스트레스를 받게 되고 특히, 판부재와 보강재 간의 용접부 또한 매우 큰 스트레스를 받게 되므로 용접 결함이 없어야 한다.
이에, 본 장치는 극후물 강판인 이들 판부재와 보강재의 용접시 열변형을 최소화하여 용접 결함 발생을 방지한다.
도 1은 본 실시예에 따라 극후물 강판인 판부재와 보강재 용접시 열변형을 방지하기 위한 장치를 도시하고 있으며, 도 2는 상기 장치의 단면 구성을 개략적으로 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 변형 방지장치는 용접이 이루어지는 보강재(112)를 감싸며 보강재 외측에 배치되어 보강재의 온도를 유지하는 온도유지부(10)를 포함한다.
상기 온도유지부(10)는 보강재(112)와 대응되는 형태로 이루어져 보강재 표면에 부착되는 하우징(12)과, 상기 하우징(12) 내부에 설치되어 하우징(12)을 통해 보강재에 열을 가하는 가열부(14), 상기 하우징(12) 내부에 설치되어 가열부(14)에서 발생된 열을 유지하는 열매체(16), 상기 가열부(14)를 제어작동하는 제어부(20)를 포함한다.
상기 하우징(12)은 보강재(112)와 같이 만곡된 반원통 형태로 이루어져 보강재(112)를 외측에서 덮는 구조로 되어 있다.
상기 가열부(14)는 전기에너지를 열에너지로 전환하는 전열선으로 이루어질 수 있으며, 하우징(12)의 전면에 걸쳐 고르게 배치될 수 있다.
상기 열매체(16)는 예를 들어, 물보다 비열이 큰 물질로 이루어질 수 있다. 상기 열매체(16)는 하우징의 가열부에서 가해지는 열과 용접시 보강재를 통해 전달되는 외부 열을 흡수하여 급격한 온도변화에 따른 열충격을 방지하고 하우징의 온도를 일정하게 유지시키게 된다.
여기서 상기 온도유지부(10)는 하우징(12)에서 발생된 열을 극후물 강판인 보강재(112)에 보다 효율적으로 전달하기 위해, 상기 하우징(12) 내측면에 설치되고 상기 보강재(112) 표면에 접하여 열을 전달하는 열전도체(18)를 더 포함한다.
본 실시예에서, 상기 열전도체(18)는 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 실시예의 장치는 상기 온도유지부(10)의 내측면에 전자석(30)이 더 설치되어, 보강재(112)에 온도유지부(10)를 보다 확실하게 밀착시켜 열전달 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
상기 전자석(30)은 제어부(20)의 신호에 따라 선택적으로 작동되어 보강재(112)에 자력으로 부착된다. 이에 상기 전자석(30)이 설치된 하우징(12)이 보강재(112) 표면에 보다 강력하게 밀착된다. 따라서, 상기 보강재(112) 내주면 설치된 열전도체(18)가 보강재(112) 표면에 완전히 밀착되어 하우징(12)에서 발생된 열을 보강재(112)로 신속하고 높은 효율로 전달할 수 있게 된다.
상기 전자석(30)은 하우징(12)의 내주면에 길이방향을 따라 연속적으로 또는 간격을 두고 배열 설치될 수 있다. 상기 전자석(30)은 하우징(12)에 설치된 열전도체(18)를 보강재(112) 표면에 밀착시킬 수 있으면 그 설치 위치나 개수 등에 있어서 특별히 한정되지 않는다.
또한, 본 장치는 하우징(12)과 외기와의 열전달을 차단할 수 있도록 상기 하우징(12) 외측면 보온 덮개(32)가 더 설치된다. 이에, 보온 덮개(32)에 의해 하우징(12)으로부터의 방열이 차단되어 열손실을 최소화할 수 있게 된다.
상기 보온덮개(32)는 하우징(12)에 분리가능하게 설치될 수 있다. 상기 보온덮개(32)는 예를 들어 별도의 클램프 등을 매개로 하우징에 고정 설치된다. 상기 보온덮개(32)는 하우징(12) 외표면을 덮을 수 있도록 하우징(12)과 대응되는 크기로 이루어진다. 본 실시예에서 상기 보온덮개(32)는 예를 들어 글라스울 등으로 이루어질 수 있으며, 하우징을 보온할 수 있는 재질이면 모두 적용가능하다.
상기 하우징(12)은 하중과 부피가 큰 대형 구조물로 크레인 등을 이용하여 이동하게 된다. 이에 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어 상기 하우징(12)의 상단에는 크레인의 후크를 걸기 위한 고리(19)가 더 설치된다. 이에, 상기 고리(19)에 크레인의 후크를 걸어 하우징(12)을 원하는 위치로 정확하고 용이하게 이동시킬 수 있게 된다.
본 실시예에서 상기 온도유지부(10)의 제어부(20)는 상기 하우징(12)을 설정된 온도범위로 가열 및 유지시키게 된다. 이를 위해 상기 제어부(20)는 상기 하우징(12) 내에 설치되어 온도를 검출하는 온도계(22)를 더 포함하여, 상기 온도계(22)를 통해 검출된 온도에 따라 상기 가열부(14)를 제어작동하게 된다.
본 실시예에서 상기 제어부(20)는 PID 제어방식으로 하우징(12) 내부 온도를 100 ~ 250℃로 제어하게 된다.
상기 제어부(20)는 PID 제어방식을 통해 비례, 적분, 미분 3가지 조합으로 목표온도와 온도계(22)를 통해 검출된 실온도를 비교하여 가열부(14)를 제어작동한다. 이에, 보다 신속하게 온도 조절이 가능하며, 용접시 온도변화에 관계없이 일정한 온도를 지속적으로 유지할 수 있게 된다.
이하, 본 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
잭업 레그의 코드를 제조하기 위해 랙이 형성된 판부재에 반원통 형태를 이루는 보강재(112)를 용접함에 있어서, 본 장치가 보강재(112) 표면에 설치되어 보강재(112)의 온도를 일정하게 유지시키게 된다.
천정 크레인의 후크를 이용하여 하우징(12)을 보강재(112) 위로 이동시킨다. 그리고 하우징(12)을 보강재(112) 표면에 올려놓게 되면 보강재(112)와 같이 반원통 형태를 이루는 하우징(12)이 보강재(112)에 놓여지며 보강재(112)를 덮게 된다. 상기 하우징(12) 상부에는 보온덮개(32)를 덮어 하우징(12)의 열이 대기로 빠져나가는 것을 차단한다. 그리고 전자석(30)을 구동하게 되면 전자석(30)에서 발생된 자력에 의해 하우징(12)이 보강재(112) 표면에 밀착되면서 하우징(12) 내주면에 설치된 열전도체(18)와 보강재(112)간의 밀착력이 높아지게 된다.
이 상태에서 제어부(20)를 통해 설정 온도를 셋팅하여 구동하게 되면 제어부(20)는 온도계(22)를 통해 실 온도값을 검출하고 가열부(14)를 PID 제어 작동하여 하우징(12)을 가열 및 목표 온도로 유지하게 된다.
상기 하우징(12)의 가열부(14)에서 발생된 열은 보강재(112)로 전달되어 용접과정에서 보강재(112)의 온도를 일정하게 유지하게 된다. 이 과정에서 가열부(14)에서 발생된 열은 비열이 높은 열매체(16)에 의해 유지되며, 열전도체(18)를 통해 보강재(112)로 전달됨으로써, 열전달효율을 높일 수 있게 된다.
이와 같이, 본 장치를 통해 반원호형태로 만곡된 극후물 강판인 보강재(112) 용접시 온도를 최적화 상태로 유지함으로써, 물성확보와 열변형 방지를 통해 균일하고 고품질의 용접물을 얻을 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
10 : 온도유지부 12 : 하우징
14 : 가열부 16 : 열매체
18 : 열전도체 19 : 고리
20 : 제어부 22 : 온도계
30 : 전자석 32 : 보온덮개

Claims (9)

  1. 용접이 이루어지는 호형태로 휘어진 극후물 강판을 감싸며 극후물 강판 외측에 배치되어 극후물 강판의 온도를 유지하는 온도유지부를 포함하고,
    상기 온도유지부는 극후물 강판과 대응되는 형태로 이루어져 극후물 강판 표면에 부착되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되어 하우징을 통해 극후물 강판에 열을 가하는 가열부, 상기 가열부를 제어작동하는 제어부를 포함하는 극후물 강판 용접용 변형방지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 내부에 설치되어 가열부에서 발생된 열을 유지하는 열매체를 더 포함하는 극후물 강판 용접용 변형방지장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도유지부는 상기 하우징 내측면에 설치되고 상기 극후물 강판 표면에 접하여 열을 전달하는 열전도체를 더 포함하는 극후물 강판 용접용 변형방지장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열전도체는 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어진 극후물 강판 용접용 변형방지장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도유지부의 내측면에 설치되어 극후물 강판에 온도유지부를 선택적으로 밀착시키는 전자석을 더 포함하는 극후물 강판 용접용 변형방지장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 하우징 내에 설치되어 온도를 검출하는 온도계를 더 포함하여, 상기 온도계를 통해 검출된 온도에 따라 상기 가열부를 제어작동하는 구조의 극후물 강판 용접용 변형방지장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하우징 외표면에 설치되어 하우징과 외기와의 열전달을 차단하는 보온 덮개를 더 포함하는 극후물 강판 용접용 변형방지장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 극후물 강판은 반원통 형태로 형성된 잭업 레그용 코드의 보강재이고, 상기 하우징은 상기 보강재와 대응되는 형태로 만곡되어 보강재의 외표면에 부착 설치되는 구조의 극후물 강판 용접용 변형방지장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징은 상단에 설치되어 크레인의 후크를 걸기 위한 고리를 더 포함하는 극후물 강판 용접용 변형방지장치.
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