KR20150005230A - 플랜지 용접장치 및 이를 이용한 플랜지 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대구경 파이프나 가열로,소각로와 같은 원통체의 말단에 플랜지를 신속하고 편리하며 정밀하게 용접하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며 본 발명에서는, 원통형의 몸체부와 상기 몸체부의 일측 단부에 결합하는 플랜지부로 이루어지는 피용접물이 놓여지는 회전판과, 상기 회전판이 회전 가능하게 장착되는 터닝장치 본체와, 상기 회전판을 회전 구동시키기 위한 구동모터로 이루어지는 터닝장치; 상기 회전판의 판상에 회전판의 반경 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착되는 다수의 슬라이딩 척; 상기 터닝장치의 외곽 측에 일정한 간격으로 다수의 개소에 원형으로 배치되는 다수의 용접기; 및 상기 다수의 용접기와 상기 터닝장치의 작동을 제어하기 위한 것으로서 전기회로가 내장되는 제어장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜지 용접장치와 이를 이용한 용접방법이 제시된다.

Description

플랜지 용접장치 및 이를 이용한 플랜지 용접방법{A flange welding device and welding method using the same}

본 발명은 대구경 파이프나 가열로,소각로와 같은 원통체의 말단에 플랜지를 신속하고 편리하며 정밀하게 용접하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

파이프의 외경 말단부 또는 전체적으로 중공 원통 형상을 가지는 소각로, 가열로와 같은 원통체의 말단에는 인접 배관이나 다른 장치와의 연결을 위한 플랜지가 용접되는 경우가 많다.

특히 직경이 수십 센티 이상이고 중량이 수백 킬로그램 이상이 되는 가열로나 소각로와 같은 대형 원통체의 경우에 플랜지를 용접하는 작업이 그리 간단하지만은 않다.

이를 위하여 등록특허 제10-1268918호, 공개특허 특1999-0032820호, 공개특허 특1999-0061563호, 공개특허 특2001-0037076호, 공개실용신안 실1998-066088호 등과 같은 선행 특허문헌들에서도 직경이 큰 파이프의 말단에 플랜지를 용접하기 위한 장치나 방법에 관하여 개시하고 있다.

그러나 가열로나 소각로와 같은 중대형 원통체의 말단에 플랜지를 용접함에 있어서 가장 문제가 되는 것은 플랜지를 원통체 몸체의 말단에 끼우고 일 지점에서 용접을 시작하여 원주 방향을 따라 용접을 수행하는 과정에서 플랜지와 원통형 몸체의 결합 위치가 틀어지게 된다는 것이다.

도5는 피용접물(10)인 원통체의 부분 절개 정면도인데, 일반적으로 원통형 몸체부(11)의 말단에 결합하는 플랜지부(12)와의 결합 부위 중의 바깥 측인 일 지점(OP)에는 버트 용접을 수행하고, 내측인 타 지점(IP)에는 필렛 용접을 수행하게 된다.

그런데 피용접물(10)을 회전판 등에 고정한 후 회전시켜 가며 플랜지부(12)와 몸체부(11)의 결합 부위(OP)에 용접을 수행하는 경우 용접의 시작 지점과 종료 지점 간에 용접에 의한 몸체의 왜곡 및 치수 어긋남 현상이 발생하게 된다.

따라서 몸체(11)와 플랜지부(12)의 결합 부위가 정원을 이루지 못하고 찌그러져 타원을 이루거나 종료 지점의 용접 대상 부위가 벌어지게 되는 문제가 발생하는 것이다.

전술한 선행의 공지 특허문헌들에 의하더라도 원통체인 피용접물의 이러한 용접 치수 불량 문제는 해결하기가 곤란하다. 따라서 중량물인 원통체의 플랜지 용접의 치수 관리가 보다 안정적으로 수행되도록 하는 장치와 방법의 개발이 요청되었다.

등록특허 제10-1268918호 "파이프 플랜지 자동 용접방법 및 장치" 공개특허 특1999-0032820호 "강관의 플랜지 용접장치" 공개특허 특1999-0061563호 "원통체에 플랜지를 접합하기 위한 용접장치" 공개특허 특2001-0037076호 "파이프 플랜지 자동용접장치" 공개실용신안 실1998-066088호 "플랜지 용접을 위한 파이프 척킹장치"

본 발명에서는 가열로 및 소각로와 같은 대형 원통체의 말단부에 플랜지를 신속하고 정교하게 치수 왜곡 없이 한 번에 용접하기 위한 용접장치 및 용접방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적의 달성을 위하여 본 발명에서는, 원통형의 몸체부와 상기 몸체부의 일측 단부에 결합하는 플랜지부로 이루어지는 피용접물이 놓여지는 회전판과, 상기 회전판이 회전 가능하게 장착되는 터닝장치 본체와, 상기 회전판을 회전 구동시키기 위한 구동모터로 이루어지는 터닝장치; 상기 회전판의 판상에 회전판의 반경 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착되는 다수의 슬라이딩 척; 상기 터닝장치의 외곽 측에 일정한 간격으로 다수의 개소에 원형으로 배치되는 다수의 용접기; 및 상기 다수의 용접기와 상기 터닝장치의 작동을 제어하기 위한 것으로서 전기회로가 내장되는 제어장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜지 용접장치를 제안한다.

여기서, 상기 다수의 용접기는 제1용접기 내지 제4용접기로 이루어지고, 각 용접기는 90도 간격으로 이격하여 원형으로 배치되는 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 다른 측면에 의하면, 피용접물의 원통형의 몸체부의 일측 단부에 플랜지를 용접하기 위한 플랜지 용접방법에 있어서, 피용접물을 터닝장치의 회전판 상에 로딩하고 슬라이딩 척을 상기 회전판의 반경 방향으로 슬라이드시켜 피용접물을 고정하는 단계; 상기 터닝 장치의 외곽 측에 원형으로 배치되는 제1용접기 내지 제4용접기에 연결되는 제어장치에 의하여 상기 제1용접기 내지 제4용접기를 동시에 작동시켜 피용접물의 플랜지와 몸체가 결합하는 부위에 가접을 실시하는 단계; 상기 제어장치에 의하여 상기 회전판을 회전시키면서 상기 제1용접기 내지 제4용접기 중에서 상기 제어장치에 의하여 선택되는 적어도 하나의 용접기에 의하여 플랜지와 몸체의 결합 부위를 따라 본 용접을 수행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜지 용접방법이 아울러 제안된다.

본 발명에 의하면 회전판 상에 견고하게 고정된 상태의 피용접물의 플랜지 결합 부위에 원주방향을 따라 다수의 지점에 먼저 가용접을 동시에 실시하여 몸체부에 플랜지를 위치 고정한 후 한 개의 용접기를 이용하여 원주방향으로 본 용접을 실시하므로 용접 과정에서 몸체부와 플랜지 내경부의 결합 부위가 왜곡 또는 벌어지거나 수치가 틀어지는 것을 예방할 수 있게 된다.

따라서 피용접물의 치수 관리가 용이하고 치수 보정을 위한 후 가공에 드는 비용과 시간의 낭비를 막을 수 있으며, 치수 정밀도가 높아 용접 품질이 향상되는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 플랜지 용접장치의 개략적인 정면도 .
도2는 본 발명에 따른 회전판의 평면도.
도3는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접기의 외관 구성도.
도4는 본 발명에 따른 플랜지 용접장치의 개략적인 구성도.
도5는 피용접물인 원통체의 부분 절개 정면도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동원리에 관하여 상술한다.

도1은 본 발명에 따른 플랜지 용접장치의 개략적인 정면도이고, 도2는 본 발명에 따른 회전판의 평면도이며, 도4는 본 발명에 따른 플랜지 용접장치의 개략적인 구성도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 용접장치는 크게 피용접물(10)을 올려 놓고 고정하여 회전시키기 위한 터닝장치(100), 상기 터닝장치(100)의 외곽 측에 다수 개가 마련되어 원형으로 배치되는 제1 내지 제4용접기(210~240), 상기 터닝장치(100)와 각 용접기(210~240)의 작동을 제어하기 위한 제어장치(300)로 이루어진다.

상기 터닝장치(100)는 바닥면에 설치되는 본체(101)와 상기 본체의 상부에 회전 가능하게 장착되는 회전판(110), 상기 회전판(110)의 상면에 반경 방향으로 연장되는 다수의 슬라이드 가이드(120), 상기 각 슬라이드 가이드(120) 상에서 반경 방향으로 직선 이동하는 슬라이딩 척(125)으로 이루어진다.

도면에는 도시하지 않았으나 상기 본체(101)에는 상기 회전판(110)에 회전력을 전달하기 위한 구동모터가 마련된다.

도시한 바와 같이 상기 회전판(110) 상에 피용접물(10)이 로딩되면 내부에 제어를 위한 전기회로가 내장되는 제어장치(300)에 의하여 리니어 모터(미도시)가 구동함으로써 다수의 슬라이딩 척(125)이 피용접물(10)의 내부에서 회전판(110)의 반경 방향으로 이동하고 피용접물(10)의 내벽에 밀착하여 피용접물(10)을 터닝장치(100) 상에 고정하게 된다.

상기 슬라이드 가이드(125a,125b,125c,125d)는 도2에 도시한 바와 같이 회전판(110) 상에 90도 간격으로 이격하여 총 4개가 마련될 수 있으며, 각 슬라이드 가이드(125a~125d) 상에는 각각 슬라이딩 척(125a~125d)이 장착되어 미도시한 리니어 모터 등에 의하여 반경 방향으로 직선 운동한다.

상기 터닝장치(100)의 외곽 측에는 회전판(110)의 원주방향을 따라 일정한 각도로 이격하여 제1 내지 제4용접기(210~240)가 마련된다.

상기 각 용접기(210)는 그 형상과 구조가 대동소이하므로 이하에서는 제1용접기(210)를 기준으로 구성을 설명하기로 한다.

상기 제1용접기(210)는 적어도 3축 이상의 자유도를 가지는 것으로서 바닥면과 접촉하는 받침대(211), 상기 받침대(211) 상에 수직하게 결합하는 제1축(212), 상기 제1축(212)을 가로지르는 방향으로 마련되는 제2축(213) 및 상기 제2축(213)에 결합하여 토치를 전후로 직선 운동하게 하는 에어 실린더(215) 및 토치(216)로 이루어진다.

상기 제1축(212)은 받침대(211)에 하단이 고정되도록 세로 방향으로 결합하며, 그 외주면 상에는 다수의 기어홈(212a)이 그 길이방향으로 따라 형성된다. 상기 제1축(212)의 외주면 상에는 제1클램프(212c)가 상하로 승강 가능하게 결합하며, 미도시한 기어가 말단부에 형성되는 제1조절노브(212b)가 상기 제1클램프(212c)에 회전 가능하게 장착된다.

상기 조절노브(212b)의 말단에 형성되는 기어(미도시)는 상기 제1축(212)의 기어홈(212a)에 치합하며 제1조절노브(212b)를 돌리면 기어의 회전에 의하여 제1클램프(212c)가 제1축(212) 상을 오르내리게 된다.

상기 제1클램프(212c)에는 제2클램프(213c)가 결합하고, 상기 제2클램프(212c)는 제2축(213)의 외주면 상에 결합한다. 상기 제2축(213)은 상기 제1축(212)과 가로지르는 방향인 가로 방향으로 위치하도록 상기 제2클램프(213c)에 결합한다.

상기 제2축(213)의 외주면 상에도 그 길이 방향을 따라 다수의 기어홈(213a)이 오목하게 형성되고, 제2클램프(213c)에 회전 가능하게 결합하는 제2조절노브(213b)의 말단부에 결합하는 기어(미도시)가 상기 제2축(213)의 기어홈(213a)에 치합한다.

따라서 제2조절노브(213b)를 돌리면 제2클램프(213c)가 제2축(213) 상에서 가로 방향으로 직선 이동하게 된다.

상기 제2축(213)의 일 단에는 제3축 슬라이드 가이드(214)가 상기 제1축(212) 및 제2축(213)과 교차하는 방향으로 마련되어 결합하며, 상기 제3축 슬라이드 가이드(214) 상에는 에어 실린더(215)에 의하여 전후로 직선 운동하는 슬라이더(215a)가 슬라이드 가능하게 장착된다. 상기 슬라이더(215a)에 결합하는 토치 클램프(215b)에는 토치(216)가 장착된다.

이와 같은 구조를 가지는 제1용접기에 의하면 용접용 토치(216)가 제1축, 제2축 및 제3축의 길이 방향으로 각각 이동할 수 있게 된다. 즉 용접용 토치(216)의 위치가 3축 방향으로 제어되는 것이다.

도4에 도시한 바와 같이 상기 제1 내지 제4용접기 각각은 별도의 제어장치(300)에 의하여 구동 및 정지하며, 상기 터닝장치(100) 역시 상기 제어장치(300)에 의하여 구동이 제어된다. 예를 들면 상기 터닝장치(100)의 슬라이딩 척(125) 및 회전판(110)의 구동이 상기 제어장치(300)에 의하여 콘트롤 되는 것이다.

이상과 같은 용접장치를 이용하여 가열로나 소각로 본체와 같은 원통형 피용접물(10)의 몸체부(11)에 플랜지부(12)를 용접하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 피용접물을 터닝장치(100)의 회전판(110) 상에 로딩하고 슬라이딩 척(125)을 상기 회전판(110)의 반경 방향으로 슬라이드시켜 피용접물(10)을 고정한다.

다음으로 상기 터닝장치(100)의 외곽 측에 원형으로 배치되는 제1용접기 내지 제4용접기(210~240)에 연결되는 제어장치(300)에 의하여 상기 제1용접기 내지 제4용접기(210~240)를 동시에 작동시켜 피용접물(10)의 플랜지부(12)와 몸체부(11)가 결합하는 부위에 가접을 실시한다.

여기서 가접이란 피용접물(10)의 몸체부(11)의 외주면 일부와 플랜지부(12)의 내주면이 만나서 이루어지는 원형의 결합면 중 특정 몇 개 지점에 일거에 예비적이고 임시적인 용접을 수행하는 것이다.

즉, 제어장치(300)에 의하여 제1 내지 제4용접기(210~240)의 토치(216)가 동시에 작동하여 원형의 연속적인 결합선의 네 개 지점에 점 용접 등을 하여 플랜지부(12)를 몸체부(11)에 임시 고정하는 것이다.

이렇게 하면 플랜지부(12)가 몸체부(11)에 대하여 정확한 결합 위치에 고정되므로 후술하는 본 용접 과정 중에서 위치가 틀어지거나 치수가 변형되는 것을 최소화할 수 있게 된다.

다음으로 상기 제어장치(300)에 의하여 상기 회전판(110)을 회전시키면서 상기 제1용접기 내지 제4용접기(210~240) 중에서 상기 제어장치(300)에 의하여 선택되는 적어도 하나의 용접기에 의하여 플랜지부(12)와 몸체부(11)의 결합 부위를 따라 본 용접을 수행하면 되는 것이다.

어렇게 하면 피용접물(10)의 몸체부(11)에 플랜지부(12)를 부착한 후 본 용접을 바로 수행할 때 발생하는 변형이나 치수 왜곡 등의 문제를 최소화할 수 있게 된다.

특히 본 발명에서는 플랜지부(12)와 몸체부(11)의 가접 단계에서 원형의 몸체부(11)와 플랜지부(12)의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 다수의 용접기들이 동시에 작동하여 가용접을 실시하므로 플랜지부(12)의 초기 부착 위치가 정확하게 셋팅되며, 본 용접 중에서 가접으로 셋팅된 위치의 치수나 형상의 변형이 최소화되는 효과가 있다.

본 발명은 대구경 파이프나 중량물 원통체의 외주면에 플랜지를 용접하기 용이하도록 하고 용접 부위에 변형이 작고 용접 위치의 치수 오차를 최소하 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서 소각로나 가열로와 같은 중공 원통형 피용접물의 용접 등에 적용할 필요가 있다고 본다.

10: 피용접물(원통체) 11: 몸체부
12: 플랜지부 100: 터닝장치
101: 본체 110: 회전판
120: 슬라이드 가이드 125: 슬라이딩 척
210~240: 제1 내지 제4 용접기
300: 제어장치

Claims (3)

1. 원통형의 몸체부와 상기 몸체부의 일측 단부에 결합하는 플랜지부로 이루어지는 피용접물이 놓여지는 회전판과, 상기 회전판이 회전 가능하게 장착되는 터닝장치 본체와, 상기 회전판을 회전 구동시키기 위한 구동모터로 이루어지는 터닝장치;
   상기 회전판의 판상에 회전판의 반경 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착되는 다수의 슬라이딩 척;
   상기 터닝장치의 외곽 측에 일정한 간격으로 다수의 개소에 원형으로 배치되는 다수의 용접기; 및
   상기 다수의 용접기와 상기 터닝장치의 작동을 제어하기 위한 것으로서 전기회로가 내장되는 제어장치;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜지 용접장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 용접기는 제1용접기 내지 제4용접기로 이루어지고, 각 용접기는 90도 간격으로 이격하여 원형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플랜지 용접장치.
3. 피용접물의 원통형의 몸체부의 일측 단부에 플랜지를 용접하기 위한 플랜지 용접방법에 있어서,
   피용접물을 터닝장치의 회전판 상에 로딩하고 슬라이딩 척을 상기 회전판의 반경 방향으로 슬라이드시켜 피용접물을 고정하는 단계;
   상기 터닝 장치의 외곽 측에 원형으로 배치되는 제1용접기 내지 제4용접기에 연결되는 제어장치에 의하여 상기 제1용접기 내지 제4용접기를 동시에 작동시켜 피용접물의 플랜지와 몸체가 결합하는 부위에 가접을 실시하는 단계;
   상기 제어장치에 의하여 상기 회전판을 회전시키면서 상기 제1용접기 내지 제4용접기 중에서 상기 제어장치에 의하여 선택되는 적어도 하나의 용접기에 의하여 플랜지와 몸체의 결합 부위를 따라 본 용접을 수행하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜지 용접방법.
   

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