KR20150064530A - 랩 조인트 용접장치 및 용접장치 주행용 레일 구조물 - Google Patents

랩 조인트 용접장치 및 용접장치 주행용 레일 구조물 Download PDF

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KR20150064530A
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배광무
곽명섭
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Abstract

본 발명은 랩 조인트 용접장치에 관한 것으로서, 제1,2 피용접 부재(A,B)가 겹쳐져서 형성되는 랩 조인트를 용접하기 위한 장치(100)로서, 레일을 따라 주행하기 위한 용접 캐리지(110)와; 상기 용접 캐리지(110)의 일측에 용접을 수행하기 위해 설치되는 TIG 토치부(120)와; 상기 용접 캐리지(110)의 주행 속도 및 동작 파라미터를 조절하기 위한 컨트롤 패널(130)을 포함하여 이루어지되, 상기 TIG 토치부(120)는 위치 조절이 가능하도록 아암(140)에 의해 용접 캐리지(110)에 설치된 것을 특징으로 하다. 본 발명에 따르면, 인바 스트립 피용접 부재의 위치, 각도에 관계없이 한 개의 장비로 작업 가능하여 작업 준비 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 작업자의 근골격계 부담을 줄일 수 있다.

Description

랩 조인트 용접장치 및 용접장치 주행용 레일 구조물{Welding Device for lap joint and rail structure for it}
본 발명은 랩 조인트 용접장치 및 용접장치 주행용 레일 구조물에 관한 것으로서, 특히 No.96type LNGC(액화천연가스 운반선) 등의 액화 가스 저장 탱크의 인바 스트립(Invar strip) 겹치기 용접 장치로 선체 벽면에 고정되는 레일을 따라 주행하면서 랩 조인트(탄소강+인바 스트립 또는 인바 스트립+인바 스트립의 랩 조인트) 용접을 수행할 수 있는 랩 조인트 용접장치 및 용접장치 주행용 레일 구조물에 관한 것이다.
인바 스트립은 말 그대로 인바를 스트립 형상으로 가공한 부조로 선체(hull)와 인바 튜브(invar tube)를 연결하여 화물창 내 발생하는 응력을 선체에 전달하는 역할을 하며, LNGC 1척 건조 시 약 635개의 인바 스트립이 자동 또는 수동 TIG 용접으로 설치된다. 피용접 부재의 두께는 선체 쪽과 화물창 쪽으로 구분할 수 있는데, 선체 쪽은 8t의 LTCS(low temperature carbon steel) 재질의 anchoring bar와 랩 조인트(lap joint)를 이루고, 화물창 쪽은 인바 튜브와 랩 조인트를 형성한다.
도 2는 LNGC 화물창의 인바 스트립 TIG 용접부 위치를 나타낸 도면으로서, LNG 화물창 전체를 보았을 때의 인바 스트립 TIG 용접부의 위치를 적색 점선으로 표시하였다. 인바 스트립 용접부는 화물창의 전체 모서리에 존재하며 모서리의 위치에 따라 용접 자세는 아래보기, 45도 아래보기, 위보기, 45도 위보기, 수직 상진 자세로 총 5가지에 이르며, 용접 자세에 따라 용접 조건의 차이는 그리 크지 않다.
도 3은 인바 스트립 부재 형상에 따른 TIG 토치 포지셔닝 도면으로서, LNGC cargo tank의 wall 위치에 따라 부재의 위치와 각도가 다양하다,
도 4는 종래 인바 스트립 자동 TIG 용접 장치 및 레일 도면으로서, 종래 인바 스트립 자동 TIG 용접 장치의 경우, 선체 벽면(C)에 레일(1)을 설치하기 위해 레일 설치 지그(2)를 화물창 전체 길이에 걸쳐 설치해야 한다. 레일 설치 지그(2)는 선체의 커플러 베이스의 위치를 기준으로 설치되기 때문에 커플러 베이스와 볼팅 조립 될 수 있는 소켓이 있으며 2개의 자석으로 선체에 매우 강하게 고정된다.
또한 캐리지 주행 레일(1)을 설치/이동 시킬 수 있는 가이드 롤러가 있어 레일을 가이드 롤러에 삽입시켜 고정시키고, 주행할 수 있도록 제작된다. 레일 설치 지그(2)를 선체에 매우 강하게 고정시키는 이유는 TIG 용접 시 피용접 부재 간에 갭이 발생되지 않아 건전한 용접부를 형성시킬 수 있도록 피용접 부재를 강하게 밀착시킴으로써 캐리지(3)의 부재 가압부에서 발생하는 힘에 의해 레일이 선체로부터 이탈하는 것을 방지하기 위함이다.
또한 캐리지(3)의 크기가 크기 때문에 모든 용접 자세에서 캐리지(3)를 지탱하기 위해 레일(1)의 크기도 커지고, 따라서 캐리지(3)와 레일(1)의 중량을 지탱하기 위해 레일 설치 지그(2)가 강하게 고정되어야 한다.
그런데, 종래 캐리지(3)와 레일(1)을 합한 중량이 약 70kg으로 호이스트를 이용하지 않고 핸들링하는 것이 불가능하다. 또한 레일(1)을 설치하기 위해 30~40개씩 설치되어야 하는 지그(2)의 중량 역시 약 15kg 정도로서 작업자 1인이 설치하기에는 근골격계에 많은 무리가 가는 실정이다. 이와 같이 부피가 크고 무거울 뿐만 아니라 본 작업 이전에 행해지는 준비 작업에 소요되는 시간이 많기 때문에 전체 작업 능률이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 레일(1)을 커플러 베이스에 고정하고 용접 부위에 따라 레일의 위치를 변동시켜서 용접작업을 수행해야 하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, LNGC의 cargo hold 내부의 모서리 부분에 형성되는 랩 조인트를 자동 용접하되 용접 작업의 효율성 향상 및 용접사의 근골격계 질환을 예방할 수 있도록 된 랩 조인트 용접장치 및 용접장치 주행용 레일 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치는, 제1,2 피용접 부재가 겹쳐져서 형성되는 랩 조인트를 용접하기 위한 장치로서, 레일을 따라 주행하기 위한 용접 캐리지와; 상기 용접 캐리지의 일측에 용접을 수행하기 위해 설치되는 TIG 토치부와; 상기 용접 캐리지의 주행 속도 및 동작 파라미터를 조절하기 위한 컨트롤 패널을 포함하여 이루어지되, 상기 TIG 토치부는 위치 조절이 가능하도록 아암에 의해 용접 캐리지에 설치된 것을 특징으로 하다.
여기에서, 상기 아암을 전후진 방향으로 길이 조절하기 위한 아암 전후진 조절 핸들 및 상하 방향으로 높이 조절하기 위한 상하 조절 핸들을 구비할 수 있다.
또한, 상기 아암에는 전후진 방향으로 길이를 수동 조절한 후 핀을 이용하여 고정시킬 수 있도록 복수개의 홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 TIG 토치부의 각도를 조절하기 위한 각도 조절 볼륨을 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 피용접 부재의 선단면에 접촉된 상태로 주행하여 용접선을 추적할 수 있도록 TIG 토치부의 선단에 설치되는 심추적 롤러를 구비할 수 있다.
또한, 상기 심추적 롤러를 가압하기 위한 가압 슬라이드를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 피용접 부재의 전면에 접촉된 상태로 주행하여 제1 피용접 부재를 가압할 수 있도록 TIG 토치부의 선단에 설치되는 부재 가압 롤러를 구비할 수 있다.
또한, 상기 부재 가압 롤러를 가압하기 위한 제1,2 가압 스프링을 구비할 수 있다.
또한, 장치를 손으로 잡기 위한 손잡이를 구비할 수 있다.
또한, 물체를 감지할 수 있도록 상기 용접 캐리지의 전후단부에 설치되는 스톱 센서를 구비할 수 있다.
또한, 상기 TIG 토치부의 냉각을 위한 냉각수 라인을 구비할 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 용접장치 주행용 레일 구조물은, 용접장치의 주행을 위해 선체에 설치되는 레일 구조물로서, 레일과; 선체의 커플러 베이스를 기준으로 레일이 정위치에 설치될 수 있도록 가이드 역할을 하는 레일 위치 기준 지그와; 상기 레일(210)을 자력에 의해 선체에 설치하기 위한 MAG 스위치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레일 위치 기준 지그는 레일이 설치된 후 레일의 측면으로 슬라이딩 가능하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 레일의 폭 방향으로 발생되는 회전 모멘트로 인해 레일이 선체로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 레일에 설치되는 회전 모멘트 보강재를 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 인바 스트립 피용접 부재의 위치, 각도에 관계없이 한 개의 장비로 작업 가능하여 작업 준비 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 작업자의 근골격계 부담을 줄일 수 있다. 부연하자면, 중량이 상대적으로 가벼워서 작업자 1인이 도수로 장치 헨들링 가능하기 때문에 작업 능률을 향상시킬 수 있다. 또한, 다양한 용접 포지션과 각도로 구성된 인바 스트립 랩 조인트를 하나의 장비로 용접 할 수 있다. 또한, 스프링 방식의 부재 가압으로 용접부 갭을 완전히 제거하여 용락 등의 용접 불량을 방지할 수 있다. 또한, 기계식 용접선 추적 가이드로 용접 지점이 불균일하더라도 용접 중 별도의 용접 위치 조절이 불필요하다. 또한, 레일의 이동없이 용접 위치를 조절하기 위해 아암을 조절 가능하여 한번의 설치로 3곳의 용접 지점을 커버할 수 있다. 또한, MAG 스위치를 이용하여 선체에 레일을 간편하게 부착할 수 있다.
도 1은 인바 스트립 자동 TIG 용접부 모식도.
도 2는 LNGC 화물창의 인바 스트립 TIG 용접부 위치를 나타낸 도면.
도 3은 인바 스트립 부재 형상에 따른 TIG 토치 포지셔닝.
도 4는 종래 인바 스트립 자동 TIG 용접 장치 및 레일 도면.
도 5는 본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치의 개념도.
도 6은 도 5의 TIG 토치부의 상세도.
도 7은 본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치가 주행용 레일 구조물에 설치된 제1 개념도.
도 8은 본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치가 주행용 레일 구조물에 설치된 제2 개념도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치의 개념도, 도 6은 도 5의 TIG 토치부의 상세도, 도 7은 본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치가 주행용 레일 구조물에 설치된 제1 개념도, 도 8은 본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치가 주행용 레일 구조물에 설치된 제2 개념도이다.
본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치 및 용접장치 주행용 레일 구조물은 LNGC의 cargo hold 내부의 모서리 부분에 형성되는 랩 조인트를 자동으로 용접하되 용접 작업의 효율성 향상 및 용접사의 근골격계 질환을 예방할 수 있도록 된 것을 그 기술적 요지로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치(100)는 제1,2 피용접 부재(A,B)가 겹쳐져서 형성되는 랩 조인트를 용접하기 위한 장치로서, 크게 용접 캐리지(110), TIG 토치부(120) 및 컨트롤 패널(130), 아암(140), 손잡이(150), 스톱 센서(160) 및 냉각수 라인(170)을 포함하여 이루어진다.
상기 용접 캐리지(110)는 레일을 따라 주행하게 된다.
상기 TIG 토치부(120)는 용접을 수행하기 위해 TIG 토치 홀더(121)에 TIG 토치(122)가 설치된 상태에서 상기 용접 캐리지(110)의 일측에 설치되는데, 특별히 TIG 토치부(120)의 위치를 적절히 조절 가능하도록 외팔보 형태의 긴 아암(140)에 의해 용접 캐리지(110)에 설치된다.
본 발명에서는 상기 아암(140)을 전후진 방향으로 길이 조절하기 위한 아암 전후진 조절 핸들(142) 및 상하 방향으로 높이 조절하기 위한 상하 조절 핸들(144)을 구비한다. 따라서, 필요에 따라 상기 아암(140)을 적절히 조절함으로써 TIG 토치부(120)의 위치를 조절할 수가 있는 것이다.
또한, 상기 아암(140)에는 전후진 방향으로 길이를 수동 조절한 후 핀을 이용하여 고정시킬 수 있도록 일정한 간격으로 복수개의 홈(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 TIG 토치부(120)의 경우, TIG 토치부(120)의 각도를 조절하기 위한 각도 조절 볼륨(123)을 구비한다.
또한, 상기 제1 피용접 부재(A)의 선단면에 접촉된 상태로 주행하여 용접선을 추적할 수 있도록 TIG 토치부(120)의 선단에 설치되는 심추적 롤러(124)를 구비한다. 이때, 상기 심추적 롤러(124)를 적절히 가압하기 위한 가압 슬라이드(125)를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 통해 제1 피용접 부재(A)의 선단면의 굴곡에 관계없이 선단면과의 접촉을 유지하며 주행할 수 있도록 하여 제1 피용접 부재(A)의 형상과 동일하게 토치(122)의 위치를 유지시킬 수가 있다.
또한, 상기 제1 피용접 부재(A)의 전면에 접촉된 상태로 주행하여 제1 피용접 부재(A)를 가압할 수 있도록 TIG 토치부(120)의 선단에 설치되는 부재 가압 롤러(126)를 구비한다. 이때, 상기 부재 가압 롤러(126)를 적절히 가압하기 위한 제1,2 가압 스프링(127,128)을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 통해 제1,2 피용접 부재(A,B) 사이의 갭을 제1,2 가압 스프링(127,128)으로 가압하여 갭 발생으로 인한 랩 조인트 TIG 용접 시 발생될 수 있는 용락, 비드 불량 등을 방지할 수 있으며, 작업자가 제1,2 피용접 부재(A,B)의 갭 상태에 따라 아암(140)의 길이를 조절해 주지 않아도 스프링의 작용 영역 내에서 자연스럽게 아암(140)의 길이가 부재의 굴곡을 따라가게 하여 용접 중 갭이나 부재의 굴곡에 맞춰서 작업자가 아암(140)의 길이를 미세조절 하지 않아도 된다.
상기 컨트롤 패널(130)은 상기 용접 캐리지(110)의 주행 속도 및 동작 파라미터를 조절하기 위해 설치된다.
상기 손잡이(150)는 장치(100)를 편리하게 손으로 잡기 위해 설치된다.
상기 스톱 센서(160)는 물체를 감지할 수 있도록 상기 용접 캐리지(110)의 전후단부에 설치된다.
상기 냉각수 라인(170)은 상기 TIG 토치부(120)의 냉각을 위해 설치된다. 참고적으로, 도면부호 '180'은 실드 가스 라인이다.
본 발명에 따른 용접장치 주행용 레일 구조물은, 용접장치(100)가 주행할 수 있도록 선체 벽면(C)에 설치되는 레일 구조물로서 레일(210), 레일 위치 기준 지그(220), MAG 스위치(230) 및 회전 모멘트 보강재(240)를 포함하여 이루어진다.
상기 레일 위치 기준 지그(220)는, 선체 벽면(C)의 커플러 베이스(D)를 기준으로 레일(210)이 정위치에 설치될 수 있도록 가이드 역할을 한다. 이때, 상기 레일 위치 기준 지그(220)는 레일(210)이 설치된 후 지그(220)를 간편하게 제거할 수 있도록 레일(210)의 측면으로 슬라이딩 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.
상기 MAG 스위치(230)는 레일(210)을 자력에 의해 선체 벽면(C)에 설치하는데 사용된다.
상기 회전 모멘트 보강재(240)는 상기 레일(210)의 폭 방향으로 발생되는 회전 모멘트로 인해 레일(210)이 선체 벽면(C)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 레일(210)에 설치된다.
본 발명에 따르면, 인바 스트립 피용접 부재의 위치, 각도에 관계없이 한 개의 장비로 작업 가능하여 작업 준비 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 작업자의 근골격계 부담을 줄일 수 있다. 부연하자면, 중량이 상대적으로 가벼워서 작업자 1인이 도수로 장치 헨들링 가능하기 때문에 작업 능률을 향상시킬 수 있다.
또한, 다양한 용접 포지션과 각도로 구성된 인바 스트립 랩 조인트를 하나의 장비로 용접 할 수 있다. 또한, 스프링 방식의 부재 가압으로 용접부 갭을 완전히 제거하여 용락 등의 용접 불량을 방지할 수 있다.
또한, 기계식 용접선 추적 가이드로 용접 지점이 불균일하더라도 용접 중 별도의 용접 위치 조절이 불필요하다. 또한, 레일의 이동없이 용접 위치를 조절하기 위해 아암을 조절 가능하여 한번의 설치로 3곳의 용접 지점을 커버할 수 있다. 또한, MAG 스위치를 이용하여 선체에 레일을 간편하게 부착할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 랩 조인트 용접장치 및 용접장치 주행용 레일 구조물을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 용접장치 110 : 용접 캐리지
120 : TIG 토치부 121 : 홀더
122 : 토치 123 : 각도 조절 볼륨
124 : 심추적 롤러 125 : 가압 슬라이드
126 : 부재 가압 롤러 127,128 : 가압 스프링
130 : 컨트롤 패널 140 : 아암
142 : 전후진 조절 핸들 144 : 상하 조절 핸들
150 : 손잡이 160 : 스톱 센서
170 : 냉각수 라인 210 : 레일
220 : 레일 위치 기준 지그 230 : MAG 스위치
240 : 회전 모멘트 보강재

Claims (14)

  1. 제1,2 피용접 부재(A,B)가 겹쳐져서 형성되는 랩 조인트를 용접하기 위한 장치(100)로서,
    레일을 따라 주행하기 위한 용접 캐리지(110)와;
    상기 용접 캐리지(110)의 일측에 용접을 수행하기 위해 설치되는 TIG 토치부(120)와;
    상기 용접 캐리지(110)의 주행 속도 및 동작 파라미터를 조절하기 위한 컨트롤 패널(130)을 포함하여 이루어지되,
    상기 TIG 토치부(120)는 위치 조절이 가능하도록 아암(140)에 의해 용접 캐리지(110)에 설치된 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 아암(140)을 전후진 방향으로 길이 조절하기 위한 전후진 조절 핸들(142) 및 상하 방향으로 높이 조절하기 위한 상하 조절 핸들(144)을 구비한 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아암(140)에는 전후진 방향으로 길이를 수동 조절한 후 핀을 이용하여 고정시킬 수 있도록 복수개의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 TIG 토치부(120)의 각도를 조절하기 위한 각도 조절 볼륨(123)을 구비한 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 피용접 부재(A)의 선단면에 접촉된 상태로 주행하여 용접선을 추적할 수 있도록 TIG 토치부(120)의 선단에 설치되는 심추적 롤러(124)를 구비한 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 심추적 롤러(124)를 가압하기 위한 가압 슬라이드(125)를 구비한 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 피용접 부재(A)의 전면에 접촉된 상태로 주행하여 제1 피용접 부재(A)를 가압할 수 있도록 TIG 토치부(120)의 선단에 설치되는 부재 가압 롤러(126)를 구비한 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 부재 가압 롤러(126)를 가압하기 위한 제1,2 가압 스프링(127,128)을 구비한 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    장치를 손으로 잡기 위한 손잡이(150)를 구비한 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    물체를 감지할 수 있도록 상기 용접 캐리지(110)의 전후단부에 설치되는 스톱 센서(160)를 구비한 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 TIG 토치부(120)의 냉각을 위한 냉각수 라인(170)을 구비한 것을 특징으로 하는 랩 조인트 용접장치.
  12. 용접장치의 주행을 위해 선체 벽면(C)에 설치되는 레일 구조물(200)로서,
    레일(210)과;
    선체 벽면(C)의 커플러 베이스(D)를 기준으로 레일(210)이 정위치에 설치될 수 있도록 가이드 역할을 하는 레일 위치 기준 지그(220)와;
    상기 레일(210)을 자력에 의해 선체에 설치하기 위한 MAG 스위치(230)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 용접장치 주행용 레일 구조물.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 레일 위치 기준 지그(220)는 레일(210)이 설치된 후 레일(210)의 측면으로 슬라이딩 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 용접장치 주행용 레일 구조물.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 레일(210)의 폭 방향으로 발생되는 회전 모멘트로 인해 레일(210)이 선체 벽면(C)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 레일(210)에 설치되는 회전 모멘트 보강재(240)를 구비한 것을 특징으로 하는 용접장치 주행용 레일 구조물.
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