KR20160021682A - 금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법 - Google Patents

금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법 Download PDF

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Abstract

금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법에 관한 것으로, 겹침 용접되는 금속 박판 중에서 상부에 겹쳐지는 상판의 버를 겹쳐지는 방향의 반대측을 향하게 겹친 상태에서 용접하는 구성을 마련하여, 금속 박판의 절단 과정에서 발생하는 버 방향을 겹쳐지는 방향과 반대측을 향하도록 겹친 상태에서 용접을 수행함으로써, 버 높이로 인한 갭 발생을 방지해서 기공과 같은 용접 결함을 원천적으로 예방할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법{SHEET METAL LAP WELDING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동 티그 및 플라즈마 아크 용접을 이용해서 금속 박판을 겹침 용접하는 금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법에 관한 것이다.
프랑스 GTT(Gaztransport & Technigaz)는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함) 저장운송 시스템 관련 인증을 제공하는 기관으로서, GTT 기술을 적용하는 선박에 이용되는 재료 및 부품에 대해 인증서비스를 제공하고, 해당 기술을 이용하는 조선소에 라이센스를 발급한다.
LNG 저장 운송 시스템은 여러 종류가 있는데 크게 멤브레인 방식과 독립탱크 방식이 있다.
GTT는 전자의 방식으로 운용되는 저장운송시스템 기술을 개발하였으며, 해당 기술을 이용하는 업체들로부터 선박 및 해양구조물 및 관련 부품, 연소기관, 압력기기(열교환기, 압력저장탱크와 증기보일러/가스실린더) 탱크 컨테이너, 컨테이너, 밸러스트 물탱크, MED(marine equipment devices), 각종 선박 제작에 사용되는 원재료/원자재 등에 관한 기술에 대한 로열티를 지급받고 있다.
이에 따라, 국내 조선사에서 건조되는 LNG선에는 GTT 권고에 따라 제조된 장치 및 부품이 적용된다.
예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 LNG 화물창 기술을 개시하여 출원한 바 있다.
특허문헌 1에는 가스(Gas)가 접촉되는 1차 방벽, 1차 방벽의 하측부에 마련되어 1차 방벽에서 누출되는 가스가 선체에 닿는 것을 방지하는 2차 방벽 및 1차 방벽 및 2차 방벽 중 적어도 어느 하나에 마련되어 가스의 단열을 유지하되 내부가 진공 상태로 유지되는 진공단열부재를 포함하는 LNG 화물창의 구성이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 추가 단열을 위하여 단층 단열박스 층의 내측 면에 제 2 단열박스 층을 형성하는 것이 아니라 제 2 단열박스 역할을 하는 플라이우드 재질의 판상체의 단열보강 부재 층을 형성하는 LNG 화물창 방벽 시스템 및 LNG 화물창의 방벽 시공 방법의 구성이 개시되어 있다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2013-0046642호(2013년 5월 8일 공개) 대한민국 특허 등록번호 제10-1383688호(2014년 4월 9일 공고)
한편, No.96 타입의 LNG선에는 인바(invar) 합금을 이용하여 제조된 화물창이 적용된다.
예를 들어, 도 1은 종래기술에 따른 인바 합금 박판 겹침 이음부 용접방법을 예시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 용접방법에 의해 용접된 겹침 이음부를 예시한 도면이다.
종래에는 화물창 내 자동 티그(TIG) 및 플라즈마 아크 용접(PAW) 용접이 적용되는 두께가 약 0.7 내지 1.5mm인 인바 합금 박판 겹침 이음부의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 GTT 추천 기준(GTT Welding Handbook, Ext Doc 1096-1 Rev 07)에 따라 하판(1)에 겹쳐지는 상판(2)의 절단 버(burr)(3) 방향을 하향으로 해서 티그 및 플라즈마 아크 용접을 한다.
이러한 인바 합금 박판 겹침 이음부에 대한 자동 용접은 외부에서 용접재료를 넣지 않고 상판을 녹여 용접부를 형성하는 제살 용접(Autogeneous welding)을 실시한다.
이로 인해, 상판(2)이 충분히 녹지 않거나, 상판(2)과 하판(3) 사이의 과대한 갭(gap)(4)이 발생할 경우에는 도 2의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 기공(5) 등 용접 결함이 발생하였다.
이러한 갭 제어를 위해, 자동 용접 캐리지가 용접될 겹침 이음부를 가압하면서 용접을 진행하는 방법을 사용하더라도, 절단기 상태에 따라 버 높이가 균일하지 않을 경우 과대한 갭이 발생하여 용접 결함이 발생하는 문제점이 있었다.
또한 용접 작업 이전에 버를 제거하는 디버링(deburring) 작업을 실시하는 방법이 사용되기도 하였으나, 디버링 작업이 불충분한 경우에는 버 높이가 달라짐에 따른 용접 결함이 발생하는 문제점을 완전히 해소하기에는 한계가 있었다.
따라서, 금속 박판 겹침 용접작업시 원천적으로 버에 의한 용접 결함을 방지할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 박판 겹침 용접작업시 버에 의한 용접 결함 발생을 방지할 수 있는 금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 버에 의한 용접 결합 발생을 방지하기 위해 용접 작업 이전에 수행되는 디버링 작업을 생략할 수 있는 금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금속 박판 겹침 용접장치는 겹침 용접되는 금속 박판 중에서 상부에 겹쳐지는 상판의 버를 겹쳐지는 방향의 반대측을 향하게 겹친 상태에서 용접하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속 박판 겹침용접장치는 하판에 겹쳐지는 상판의 버 방향을 감지하는 버 방향 감지부, 상기 버 방향이 상향이 되도록 반전시키는 방향 전환부, 상기 버 방향 감지부의 감지신호에 기초해서 상기 방향 전환부의 동작을 제어하는 제어부 및 서로 겹쳐진 하판과 상판을 용접하는 용접부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 용접부는 심 용접 후 미리 설정된 설정속도로 하판과 상판의 겹침 이음부를 따라 이동하면서 전자세 용접하는 자동 용접 캐리지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상향된 상판의 버는 용접과정에서 녹아서 상기 용접부의 용가재 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
상기 하판은 상기 하판에 형성된 버 방향이 상기 상판과 겹쳐지는 방향의 반대측을 향하도록 배치된 상태에서 용접되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금속 박판 겹침 용접방법은 겹침 용접되는 금속 박판 중에서 상부에 겹쳐지는 상판의 버를 겹쳐지는 방향의 반대측을 향하게 겹친 상태에서 용접하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속 박판 겹침 용접방법은 (a) 하판의 상부에 겹쳐지는 상판의 버 방향을 감지하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 감지된 상판의 버 방향이 하판을 향하는 하향인지 여부를 검사하는 단계, (c) 상기 (b)단계의 검사결과 상판의 버 방향이 하향이면 상판을 반전시키는 단계 및 (d) 상판의 버 방향이 상향인 상태에서 하판과 상판의 겹침 이음부를 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계에서 상향된 상판의 버는 녹아서 용접부의 용가재 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계에서 용접부에 마련되는 자동 용접 캐리지는 심 용접 후 미리 설정된 설정속도로 하판과 상판의 겹침 이음부를 따라 이동하면서 전자세 용접하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a)단계 내지 (c)단계는 상기 하판에 형성된 버 방향이 상기 상판을 향하는 상향인지 여부를 검사해서 상기 하판의 버 방향이 하향이 되도록 반전시키고, 상기 (d)단계는 상기 하판의 버 방향이 하향인 상태에서 하판과 상판의 겹침 이음부를 용접하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법에 의하면, 금속 박판의 절단 과정에서 발생하는 버 방향을 겹쳐지는 방향과 반대측을 향하도록 겹친 상태에서 용접을 수행함으로써, 버 높이로 인한 갭 발생을 방지하여 기공과 같은 용접 결함을 원천적으로 예방할 수 있다는 효과가 얻어진다.
본 발명에 의하면, 용접과정에서 상향된 상판의 버를 녹여 용접부의 용가재로 사용할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 금속 박판의 버에 의한 용접 결함을 방지하기 위해, 금속 박판의 버를 제거하는 디버링 작업을 생략할 수 있어 겹침 용접 작업속도 및 작업성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래기술에 따른 인바 합금 박판 겹침 이음부 용접방법을 예시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 용접방법에 의해 용접된 겹침 이음부를 예시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속 박판 겹침 용접장치의 구성도,
도 4는 도 3에 도시된 금속 박판 겹침 용접장치를 이용해서 용접되는 겹침 이음부의 측면도,
도 5는 도 3에 도시된 금속 박판 용접장치에 의해 용접된 겹침 이음부를 예시한 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속 박판 겹침 용접방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속 박판 겹침 용접장치 및 용접방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 LNG선의 화물창에 적용되는 금속, 예컨대 인바 합금 박판 겹침 용접장치 및 용접방법을 이용해서 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, LNG선의 화물창 뿐만 아니라, 다양한 금속재질의 박판을 겹침 용접하는 용접장치 및 용접방법에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
본 발명은 금속 박판을 절단하는 과정에서 일측 방향으로 버가 발생하는 경우, 버를 타 금속 박판과 겹쳐지는 방향과 반대측을 향하게 겹친 상태에서 용접한다.
이에 따라, 본 발명은 버 높이로 인한 금속 박판 사이의 갭을 제거하여 용접 과정에서 갭으로 인해 발생하는 기공 등의 용접 불량을 원천적으로 방지할 수 있다.
이하에서, '상방', '하방', '전방' 및 '후방' 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 각 방향을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속 박판 겹침 용접장치의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 금속 박판 겹침 용접장치를 이용해서 용접되는 겹침 이음부의 측면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속 박판 겹침 용접장치(10)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 하판(20)에 겹쳐지는 상판(21)의 버(22) 방향을 감지하는 버 방향 감지부(11), 버(22) 방향이 상향이 되도록 반전시키는 방향 전환부(13), 버 방향 감지부(11)의 감지신호에 기초해서 방향 전환부(13)의 동작을 제어하는 제어부(12) 및 서로 겹쳐진 금속 박판을 용접하는 용접부(14)를 포함한다.
버 방향 감지부(11)는 금속 박판의 절단과정에서 상판(21)에 형성된 버(22)의 방향을 감지하는 기능을 한다.
이러한 버 방향 감지부(11)는 하판(20)의 상면을 따라 이동하면서 접촉을 통해 버(22) 방향을 감지하는 접촉감지센서나 하판(20)의 상면과의 거리를 감지하는 거리감지센서와 같은 다양한 방식의 감지센서를 포함할 수 있다.
방향 전환부(13)는 버(22) 방향이 하판(20)을 향하는 하향인 경우, 버(22) 방향이 상방을 향하도록 반전시키는 반전기로 마련될 수 있다.
제어부(12)는 버 방향 감지부(11)에서 감지된 버 방향이 상향인 경우 하판(20)과 상판(21)의 겹침 용접을 수행하도록 용접부(14)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생한다.
반면, 제어부(12)는 버 방향 감지부(11)에서 감지된 버(22) 방향이 하향인 경우 방향 전환부(13)를 구동시켜 상판(21)의 버(22) 방향을 전환하도록 방향 전환부(13)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생할 수 있다.
용접부(14)는 심 용접(seam welding) 후, 미리 설정된 설정속도, 예컨대 약 20 내지 30㎝/min의 속도로 하판(20)과 상판(21)의 겹침 이음부를 따라 이동하면서 용접을 실시하며, 전자세(全姿勢) 용접이 적용될 수 있다.
예를 들어, 초대형 LNG선에 적용되는 화물창의 경우, 선박 1척당 용접 라인은 약 300 내지 500라인이고, 용접 길이는 약 40 내지 50m에 이른다.
이와 같이, 화물창의 금속 박판 겹침 용접 작업은 자동 티그 용접부 구간 중에서 가장 긴 구간이다.
따라서, 용접부(14)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상판(21)의 버(22) 방향이 상향이 되도록 상판(21)을 하판(20)의 상부에 겹친 상태에서 자동 티그 및 플라즈마 아크 용접을 수행하는 자동 용접 캐리지를 포함할 수 있다.
여기서, 하판(20)과 상판(21)은 철과 니켈을 이용한 인바(invar) 합금으로 제작될 수 있다.
그리고 하판(20)과 상판(21)은 각각 약 0.7 내지 15mm의 박판으로 마련될 수 있다.
상기 인바 합금은 팽창계수가 극히 낮고, 내식성이 풍부한 특징을 갖는다.
이러한 용접부(14)는 외부에서 용접재료를 넣지 않고 상판을 녹여 용접부를 형성하는 제살 용접(Autogeneous welding)을 실시할 수 있다.
이에 따라, 상판(21)의 상향된 버(22)는 용접 과정에서 녹아서 용접부(140의 용가재 역할을 할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 금속 박판 용접장치에 의해 용접된 겹침 이음부를 예시한 도면이다.
도 5의 (a)에는 겹침 이음부의 용접된 상태가 도시되어 있고, 도 5의 (b)에는 도 5의 (a)에 도시된 겹침 이음부를 다른 각도에서 확대한 상태가 도시되어 있다.
도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따름 금속 박판 겹침 용접장치(10)를 이용해서 버(22) 방향을 상향으로 전환시킨 상태에서 겹침 용접을 수행하는 경우, 버(22) 높이로 인한 하판(20)과 상판(21)의 갭을 제거함으로써, 기공과 같은 용접불량이 발생하는 것을 원천적으로 예방할 수 있다.
다음, 도 6을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속 박판 겹침 용접방법을 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금속 박판 겹침 용접방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 6의 S10단계에서 금속 박판 겹침 용접장치(10)의 버 방향 감지부(11)는 절단 작업이 완료된 상판(21)의 버(22) 방향을 감지한다.
이때, 버 방향 감지부(11)는 버(22) 방향을 감지한 감지신호를 제어부(12)로 전달한다.
S12단계에서 제어부(12)는 감지신호를 이용해서 상판(21)의 버(22) 방향이 상향인지 여부를 검사하고, 상판(21)의 버(22) 방향이 상향인 경우에는 S16단계로 진행하도록 제어한다.
반면, S12단계의 검사결과 상판(21)의 버(22) 방향이 하향인 경우, 제어부(12)는 상판(21)을 반전시키도록 방향 전환부(13)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생한다.
그러면, 방향 전환부(13)는 상판(21)의 버(22) 방향이 상향되도록 상판(21)을 반전시킨다.
이에 따라, S12단계의 검사결과 상판의 버 방향이 상향이거나, S14단계에서 상판(21)의 버(22) 방향이 상향이 되도록 상판(22)이 반전되면, 용접부(14)는 제어부(12)의 제어신호에 따라 자동 티그 및 플라즈마 아크 용접을 실시한다(S16).
이때, 상향된 상판(21)의 버(22)는 용접과정에서 녹아서 용접부(14)의 용가재 역할을 한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 금속 박판의 절단 과정에서 발생하는 버 방향을 겹쳐지는 방향과 반대측을 향하도록 겹친 상태에서 용접을 수행함으로써, 버 높이로 인한 갭 발생을 방지하여 기공과 같은 용접 결함을 원천적으로 예방할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상기의 실시 예에서는 LNG선에 적용되는 화물창을 이용해서 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한 정되는 것은 아니며, 금속 박판을 겹침 용접하는 다양한 장치 및 구조물에 적용되도록 변경될 수 있다.
그리고 상기의 실시 예에서는 상판에 비해 넓게 제작되는 하판에 상판을 겹쳐 용접하는 경우, 상판의 버 방향을 상향으로 하여 용접하는 경우만을 설명하였으나, 본 발명은 겹쳐지는 금속 박판에 형성된 버를 겹쳐지는 방향의 반대측을 향하도록, 즉 상판에 형성된 버를 상향으로 하고, 하판에 형성된 버를 하향으로 해서 하판과 상판 사이에 버 높이로 인해 발생하는 갭을 제거하여 용접 결함을 방지하도록 변경될 수 있다.
본 발명은 금속 박판의 절단 과정에서 발생하는 버 방향을 겹쳐지는 방향과 반대측을 향하도록 겹친 상태에서 용접해서 버 높이로 인한 갭 발생을 방지하여 기공과 같은 용접 결함을 원천적으로 예방하는 기술에 적용된다.
1: 하판 2: 상판
3: 버 4: 갭
5: 기공
10: 금속 박판 겹침 용접장치
11: 버 방향 감지부 12: 제어부
13: 방향 전환부 14: 용접부
20: 하판 21: 상판
22: 버

Claims (10)

  1. 겹침 용접되는 금속 박판 중에서 상부에 겹쳐지는 상판의 버를 겹쳐지는 방향의 반대측을 향하게 겹친 상태에서 용접하는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    하판에 겹쳐지는 상판의 버 방향을 감지하는 버 방향 감지부,
    상기 버 방향이 상향이 되도록 반전시키는 방향 전환부,
    상기 버 방향 감지부의 감지신호에 기초해서 상기 방향 전환부의 동작을 제어하는 제어부 및
    서로 겹쳐진 하판과 상판을 용접하는 용접부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 용접부는 심 용접 후 미리 설정된 설정속도로 하판과 상판의 겹침 이음부를 따라 이동하면서 전자세 용접하는 자동 용접 캐리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상향된 상판의 버는 용접과정에서 녹아서 상기 용접부의 용가재 역할을 하는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하판은 상기 하판에 형성된 버 방향이 상기 상판과 겹쳐지는 방향의 반대측을 향하도록 배치된 상태에서 용접되는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접장치.
  6. 겹침 용접되는 금속 박판 중에서 상부에 겹쳐지는 상판의 버를 겹쳐지는 방향의 반대측을 향하게 겹친 상태에서 용접하는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접방법.
  7. 제6항에 있어서,
    (a) 하판의 상부에 겹쳐지는 상판의 버 방향을 감지하는 단계,
    (b) 상기 (a)단계에서 감지된 상판의 버 방향이 하판을 향하는 하향인지 여부를 검사하는 단계,
    (c) 상기 (b)단계의 검사결과 상판의 버 방향이 하향이면 상판을 반전시키는 단계 및
    (d) 상판의 버 방향이 상향인 상태에서 하판과 상판의 겹침 이음부를 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 상향된 상판의 버는 녹아서 용접부의 용가재 역할을 하는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 용접부에 마련되는 자동 용접 캐리지는 심 용접 후 미리 설정된 설정속도로 하판과 상판의 겹침 이음부를 따라 이동하면서 전자세 용접하는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (a)단계 내지 (c)단계는 상기 하판에 형성된 버 방향이 상기 상판을 향하는 상향인지 여부를 검사해서 상기 하판의 버 방향이 하향이 되도록 반전시키고,
    상기 (d)단계는 상기 하판의 버 방향이 하향인 상태에서 하판과 상판의 겹침 이음부를 용접하는 것을 특징으로 하는 금속 박판 겹침 용접방법.
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