KR20160064312A

KR20160064312A - 골격체 조립용 스폿 용접 장치

Info

Publication number: KR20160064312A
Application number: KR1020140167365A
Authority: KR
Inventors: 김형섭; 국순기; 손세익; 김병탁
Original assignee: 한전원자력연료 주식회사
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-06-08
Also published as: KR101630405B1; US20160155519A1; US9934878B2

Abstract

본 발명은 원자력 연료 골격체를 위한 지지격자에 결합되는 안내관 및 계측관의 용접을 위한 용접장치로서, 판 형상의 프레임에서, 상기 프레임의 두께방향으로 관통되는 연료봉 장입용 셀들이 다수 형성되고 중앙에는 계측관용 삽입공이 형성되며, 계측관용 삽입공을 기준으로 상하 양측에 대칭되게 네 개의 안내관용 삽입공이 형성되는 지지격자에, 출력 제어봉을 위한 안내관과 노내 상태 계측을 위한 계측관이 점용접되어 제조되는 골격체 조립용 용접장치로서, 몸체부와, 몸체부의 일측에서 각각 연장 형성되고 끝단에 각각 구비되는 전극이 서로 대향되는 제1홀더 및 제2홀더와, 몸체부에 구비되는 상기 전극간의 거리 조절용 구동부를 포함하는 용접건과, 상기 용접건에 연결되며 용접건의 상하 반전용 회전관절이 구비되는 로봇을 포함하며, 이때 제1홀더는 몸체부에서의 연장 방향이 절곡되는 경사부를 포함하고, 상기 안내관 사이의 거리(M)는 경사부의 수평 두께(T)보다 더 크며, 제2홀더는 높낮이 차가 발생되는 단차부를 포함하고, 상기 단차부와 상기 경사부 사이의 최단거리(S)는 안내관 단면의 직경(D)보다 더 크도록 되어 기 용접된 안내관이 있더라도 인접되는 안내관 또는 계측관의 용접이 가능하게 되는 골격체 조립용 스폿 용접 장치를 제공하고자 한다.

Description

골격체 조립용 스폿 용접 장치{Spot welding device for nuclear fuel skeleton and spot welding method using that}

본 발명은 용접장치에 관한 것으로, 특히 원자로의 연료봉을 지지시키는 지지격자에 제어봉을 위한 안내관과 노내 상태 계측용 계측관을 용접시키는 골격체 조립용 스폿 용접 장치에 관한 것이다.

원자력 연료용 골격체(skeleton)는 원자력 발전소의 원자로에 투입되는 연료봉을 수용하고 핵연료의 반응상태를 확인하도록 하는 지지체이다. 이 골격체는 연료봉을 위한 다수의 셀이 형성되어 있는 지지격자(spacer grid)들과, 일정 간격을 두고 배열된 지지격자들 각각에 형성된 삽입공에 장입되는 제어봉을 위한 안내관 및 노내 상태 계측을 위한 계측관으로 이루어져있다. 여기서 지지격자는 우라늄이 장입된 연료봉을 일정한 간격과 힘으로 고정ㅇ지지하면서 원자로에서 냉각재로의 열전달을 향상시키는 원자력연료의 핵심부품이다.

이러한 골격체의 지지격자 셀에 연료봉을 장입하고 골격체 양단에 고정체를 결합하면 원자력 연료 집합체(fuel assembly)가 되며, 이러한 완제품은 각 발전소의 고유 모델에 따라 틀리지만 한국표준형 원자력연료를 기준으로 약 177개가 원자로에 장입되어 약 4년 정도 사용된다.

1986년 구소련의 체르노빌 원자력 발전소 사고가 말해 주듯이 원자력 발전소는 높은 안전성을 요구한다. 특히 원자력 연료 골격체는 원자로에 직접 투입되어 장기간의 극한 조건에도 견딜 수 있는 내구성을 요하므로 골격체의 제조는 각 공정마다 수많은 검사를 거쳐서 정밀한 제품을 얻는 것이 생명이다.

골격체를 이루는 지지격자와 안내관 및 계측관의 결합은 벌징(bulging) 또는 용접(welding)을 통하여 이루어진다.이중 종래의 용접에 의한 결합 방법은 티그(TIG) 용접을 사용하여 왔다. 티그 용접(TIG Welding) 방식은 지지격자 및 관(안내관, 계측관)의 재질인 지르칼로이(Zircaloy) 특성으로 인하여 아르곤(Argon) 가스가 충전된 밀폐 공간에서 모든 공정이 수작업으로 이루어진다. 만약 대기 상태에서 티그 용접을 실시하면 지르칼로이 금속 재질 특성으로 인하여 산소와 결합된 용접 부분의 금속이 깨지는 현상이 발생하여 접합이 불가능하기 때문이다.

수작업 용접공정을 거치는 다른 이유는 지지격자와 안내관 및 계측관 사이의 공간이 협소하여 용접각도 확보가 어렵고 작업 도중 다른 골격체 부위에 전극 간의 접촉이 발생하는 등 많은 위험이 상존하기 때문이다. 또한 하나의 골격체 제조시 각각의 격자당 보통 40포인트 이상의 용접과정이 이루어지므로 기계화가 어렵다.

이와 더불어 수작업을 통한 지지격자와 안내관 및 계측관의 용접이 계속되는 이유는 약간의 불량이라도 발생한 골격체는 다시 사용하는 것이 불가능하며, 이러한 불량은 많은 재정적 손실을 끼치기 때문이기도 하다.

그러므로 상기와 같은 이유로 생산성이 떨어지고 이에 따라 고가일 수밖에 없는 골격체의 제조공정을 자동화시키는 것이 요구되어 왔다.

이러한 필요성에 의하여 본 출원인은 등록특허공보 제10-0526721호에 의하여 개시된 원자력 연료 골격체를 위한 로봇 점용접 장치 및 이를 이용한 점용접방법에 관한 기술을 출원하여 등록받은 바 있다.

도 1 내지 도 4에는 본 등록특허에 관하여 소개되어 있다. 본 등록특허의 내용을 간략히 소개하고 본 등록특허에서 해결되지 못한 과제를 중심으로 용접건 구조의 개선의 필요성에 대하여 설명하기로 한다.

먼저 도 1a 및 도 1b의 정면도 및 평면도는 본 발명에 따른 용접장치의 전체 구성이 도시되어 있다.

본 발명에 따른 로봇 점용접 장치는 크게 골격체(100)를 이루는 지지격자(spacer grid)(110)들의 간격에 맞게 서로 떨어져 있는 고정틀(220)이 배열되어 있는 용접벤치(welding bench)(200); 용접벤치와 나란히, 도면에서는 벤치의 후면에 배열되어 있고 용접건(350)을 구비한 로봇(300); 지지격자(110)와 안내관(120), 지지격자와 계측관(130)의 용접을 위하여 각 관(120)(130)에 삽입되는 전극; 지지격자(110)에 형성된 삽입공의 높이에 맞게 관(120)(130)을 수평상태에서 삽입공(117a,117b,117c,117d)(119)에 투입되도록 하기 위한 것으로, 상기 용접벤치 (200)와 동일 직선상에 배열되어 있는 장입테이블(insert table)(500); 그리고 각 구성요소의 제어를 위한 제어장치(600)를 포함하여 이루어진다.

본 명세서에서는 편의를 위하여 임의로 장입테이블(500)이 위치한 용접벤치(200) 쪽을 '상부'(upper part), 그 반대쪽을 '하부'(lower part)로 정의한다.

앞서 설명한 바와 같이 원자력 연료 골격체를 이루는 지지격자의 종류는 각 국가, 발전소의 형태, 제조회사 마다 다르다. 도 2a에는 이러한 골격체를 이루는 격자 중 과거에 사용되던 한국표준형 원전(KSNP)용 가디언 집합체의 지지격자(111)가 도시되어 있다. 현재는 사용되지 않으나, 상기 지지격자에서 안내관과 계측관의 배치는 도11에 도시된 현재 상용되는 한국표준형 원전(KSNP)용 PLUS7집합체의 지지격자와 동일하다.

정면도인 (가)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 격자(111)는 지르칼로이 재질의 판들이 서로 엇갈려 레이저 용접된 것이다. 격자판에 의하여 형성된 셀(115)에는 장입된 연료봉(F)의 고정을 위한 스프링(115a)이 성형되어 있다.

또한 (나)의 측면도에서 확인 할 수 있는 바와 같이 연료봉(F)의 확고한 고정을 위하여 셀(115)의 각 벽마다 두 개씩, 총 8개의 딤플(115b)이 형성되어 있다.

(가)에서 관을 위한 삽입공은 계측관(130)을 위한 구멍(119)과 안내관(120a, 120b,120c,120d)을 위한 구멍(117a,117b,117c,117d)으로 이루어져 있다.

(나)에서 각 관(120)(130)과 격자(111)의 용접 포인트(W)가 표시되어 있는데, 종래의 티그용접에서는 이와 같이 셀의 안쪽으로 들어온 위치에서 용접이 이루어지는 것이 아니라 셀의 양 단부와 관이 접하는 외측 부위에서 이루어졌다.

상기와 같은 구성으로 종래 수동으로 이뤄지던 지지격자 용접작업의 자동화기 이루어질 수 있게 되었다.

하지만, 도 4에서 볼 수 있듯이 상기의 등록특허 기술에서 채택되었던 용접건(350)은 상부의 안내관(120c,120d)이 먼저 용접되고 나면 안내관, 특히 용접건의 진입로에 위치되는 안내관(120d)과의 간섭으로 인하여 계측관(130)을 용접할 수 없는 구조였다.

따라서 계측관(130)과 모든 안내관(120a,120b,120c,120d)을 상기 용접건(350)으로 용접하기 위해서는 용접순서를 하부 안내관(120a,120b), 계측관(130), 상부안내관(120c,120d)의 용접 순서를 반드시 지켜야 하게 되었으며, 유지보수 등 여러 가지 목적으로 상부 안내관(120c,120d)이 용접 된 상황에서 계측관(130)이나 하부 안내관(120a,120b)의 용접 또는 용접 보수를 하기 위해서는 종래처럼 수동에 의하는 수 밖에 없었다. 따라서, 용접 순서에 상관없이 이미 상부 안내관(120c,120d)이 용접이 된 상황이더라도 계측관(130) 또는 하부 안내관(120a,120b)이 용접될 수 있는 용접건의 개발이 요청되는 것이다.

그리고 한국표준형 원전(KSNP)용 가디언 집합체는 더 이상 사용되지 않으며 현재는 도11에 도시된 한국표준형 원전(KSNP)용 PLUS7집합체가 사용되고 있다. 한국표준형 원전(KSNP)용 PLUS7집합체에서의 지지격자는 도11에서 볼 수 있듯이 안내관과 계측관의 자리에 안내관과 계측관이 결합될 수 있는 슬리브가 미리 삽입된 상태이므로 용접건의 전극이 지지격자의 안쪽을 향하며 용접되는 것이 아니라, 슬리브와 안내관 또는 슬리브와 계측관이 중첩되는 지점(W)에 용접이 이루어지게 된다. 따라서 도10에 도시되어 있는 종래 용접건의 전극 방향의 개선도 필요한 상황이다.

등록특허공보 제10-0526721호(등록일자: 2005. 10. 31)

이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 원자로의 연료봉을 지지시키는 지지격자에 제어봉을 위한 안내관과 노내 상태 계측용 계측관이 순서에 상관없이 용접될 수 있도록, 먼저 용접된 관의 간섭이 배재될 수 있는 구조의 용접건을 가지는 골격체 조립용 스폿 용접 장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 골격체 조립용 스폿 용접 장치 는,

판 형상의 프레임에서, 상기 프레임의 두께방향으로 관통되는 연료봉 장입용 셀들이 다수 형성되고 중앙에는 계측관용 삽입공이 형성되며, 계측관용 삽입공을 기준으로 상하 양측에 대칭되게 네 개의 안내관용 삽입공이 형성되는 지지격자에, 출력 제어봉을 위한 안내관과 노내 상태 계측을 위한 계측관이 점용접되어 제조되는 골격체 조립용 용접장치로서,

몸체부와, 몸체부의 일측에서 각각 연장 형성되고 끝단에 각각 구비되는 전극이 서로 대향되는 제1홀더(1110) 및 제2홀더(1120)와, 몸체부에 구비되는 상기

(M)는 경사부(1111)의 수평 두께(T)보다 더 크며, 제2홀더(1120)는 높낮이 차가 발생되는 단차부(1121)를 포함하고, 상기 단차부(1121)와 상기 경사부(1111) 사이의 최단거리(S)는 안내관 단면의 직경(D)보다 더 큰 것을 특징으로 하게 된다.

여기서 상기 제1홀더(1110)는 상기 몸체부와의 연결부위부터 차례로 수평연장부, 경사부(1111), 제1전극(1115)으로 이루어지고, 이때 제1전극(1115)의 중심을 지나는 수평선과 수평연장부의 저면 사이의 수직거리(H2)는, 상기 계측관 중심을 지나는 수평선과 상부 안내관의 상부 수평 접선 사이의 수직거리(H1) 보다 크게 된다.

그리고 상기 제2홀더(1120)는 상기 몸체부에서부터 차례로 높은 연장부(1123), 단차부(1121), 낮은 연장부(1124), 제2전극(1125)으로 이루어지며, 이때 제2전극(1125)의 중심을 지나는 수평선과 높은 연장부(1123)의 저면 사이의 수직거리(K)는 상기 안내관의 반경(R)보다 크도록 되어 용접건(1100)에서 먼 쪽의 안내관을 용접시킬 때에 인접되는 안내관에 의하여 용접건(1100)이 간섭을 받지 않게 되도록 한다.

한편 바람직하게는 상기 용접건은 싱글 용접건인 것으로 함으로써, 상기 용접건을 이동시키는 로봇에 저용량 로봇이 적용될 수 있게 하여 용접장치의 제작비를 절감시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 골격체 조립용 스폿 용접 장치에는, 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 먼저 용접된 관들에 의한 간섭을 받지 않고 용접이 가능하게 됨으로써, 먼저 용접된 관들에 의한 간섭을 받을 경우 종래 수작업에 의하던 것이 자동화가 가능하게 되어 작업공정 및 시간과 비용의 현저한 절감이 가능하게 된다.

둘째, 먼저 용접된 관들에 의한 간섭을 받지 않고 용접이 가능하게 됨으로써, 용접순서에 구애받을 필요가 없으므로 용접공정의 합리화가 가능하게 된다.

셋째, 싱글 용접건의 적용으로 용접건 전체 무게가 감소되어 저용량 로봇이 사용가능하게 됨으로써 제작비 및 유지비의 절감이 가능하게 된다.

도 1은 종래기술인 원자력 연료 골격체를 위한 로봇 점용접 장치의 전체 모습을 나타내는 정면도,
도 2는 종래기술인 원자력 연료 골격체를 위한 로봇 점용접 장치의 전체 모습을 나타내는 평면도,
도 3은 종래기술인 원자력 연료 골격체를 위한 로봇 점용접 장치와 본 발명에 의한 용접장치가 쓰이게 되는 지지격자를 나타낸 정면도 및 측면도,
도 4는 종래기술인 원자력 연료 골격체를 위한 로봇 점용접 장치에서의 용접건이 먼저 용접된 안내관의 간섭을 받는 것을 나타내는 정면도,
도 5는 본 발명에 의한 골격체 조립용 스폿 용접 장치의 용접건의 전체모습을 나타내는 정면도,
도 6은 본 발명에 의한 골격체 조립용 스폿 용접 장치의 용접건이 안내관의 간섭없이 계측관의 용접이 가능하게 되는 것을 나타내는 정면도,
도 7은 본 발명에 의한 골격체 조립용 스폿 용접 장치의 용접건이 인접 안내관의 간섭없이 안내관의 용접이 가능하게 되는 것을 나타내는 정면도,
도 8은 본 발명에 의한 용접건과 종래 발명의 용접건의 차이를 나타내는 비교표,
도 9는 본 발명에 의한 용접건과 종래 발명의 용접건을 함께 나타내는 평면도,
도 10은 종래 발명의 용접건에서 듀얼 건의 용접 모습을 나타내는 평면도,
도 11은 개량형 골격체를 위한 지지격자의 개략적인 측면도,

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 종래 특허기술인 원자력 연료 골격체를 위한 로봇 점용접 장치에 사용되는 용접건(350)이 개량된 용접장치이다. 다만, 본 발명은 종래 특허기술의 용접장치가 사용되는 전체 용접 시스템에만 사용될 수 있는 것은 아니며 복수개의 관을 평행하게 조립시키는 용접장치에서 평행하게 고정되는 관 사이로 먼저 설치된 관의 간섭이 회피되면서 용접건이 투입되어야 할 필요가 있는 경우라면 어떤 경우에든 적용 가능한 것이다.

먼저 도5를 참조하여 본 발명의 전체적인 구성과 형상을 살펴본 후 도6과 도7을 참조하여 본 발명의 각 구성에 의하여 안내관(120)의 간섭이 배재되는 원리를 살펴보고, 도8에서 종래기술과의 차이를 명확하게 살펴본 다음 도9 및 도10에서는 싱글건의 장점과 본 발명의 기타 구성 및 효과를 각각 살펴보기로 한다.

도5에는 본 발명에 의한 골격체 조립용 스폿 용접 장치에서 로봇을 제외한 용접건(1100)의 전체 형상이 정면도로 도시되어 있다.

도 5에서 오른쪽에는 용접건(1100)의 메인 프레임에 해당되는 몸체부가 위치되고, 몸체부에서 가장 아래쪽에는 구동부(1130)가 배치된다. 다만, 구동부(1130)의 위치는 제한은 없으나, 구동부(1130)가 서보모터인 경우에는 도 5의 오른쪽 하단의 위치가 적절한 구동부(1130)의 위치가 될 수 있다. 서보모터에 의한 구동부(1130)의 장점은 뒤에 후술하기로 한다. 그리고, 이하에서부터는 구동부(1130)에 서보모터가 적용된 것으로 한정하여 설명하기로 한다. 다만, 가압 방식이 공압 방식일 경우도 배재되지는 않음을 밝혀둔다.

몸체부에는 자세히 도시되지는 않았지만 서보모터의 동력을 전달시켜 궁극적으로 제1, 제2 전극(1115,1125)이 용접지점의 양 쪽을 가압시키면서 점용접이 이루어질 수 있게 하는 볼 스크류, 베어링, 벨트 혹은 기타 동력전달기구들 및 냉각회로와 변압기구가 내장될 수 있다.

도 5의 우측의 몸체부에서부터 좌측으로 제1암(1150)과 제2암(1160)이 뻗어나가서 각각 제1홀더(1110)와 제2홀더(1120)를 지지시키게 된다.

제1홀더(1110)와 제2홀더(1120)의 끝단에는 각각 가압 점용접을 위한 제1전극(1115)과 제2전극(1125)이 연결된다. 이때, 가압 점용접을 위하여 제1전극(1115)과 제2전극(1125)은 서로 대향되게 되며 도 5에서는 제1홀더(1110)의 연장 방향이 전환되면서 끝단의 제1전극(1115)이 제2전극(1125)에 대향될 수 있게 된다.

이때, 제1홀더(1110)의 연장방향이 전환되는 부위는 경사부(1111)라고 칭하기로 한다. 도 5에서처럼 경사부(1111)는 서로 인접되는 관의 사이 공간으로 삽입이 가능하도록 직선보다는 경사진 형태를 취한다. 다만, 도 5에서 알 수 있듯이 경사부(1111)의 폭이 충분히 작다면 경사부(1111)는 수직방향을 취하여도 평행한 관 사이로 삽입 가능하게 되므로 수직하게 될 수도 있다. 하지만 홀더 내부에는 전기 공급을 위한 배선 뿐만 아니라 냉각을 위한 냉각회로까지 함께 배치될 수 있으므로 두께는 소정의 크기를 가질 수 밖에 없게 된다.

한편, 자세히 도시되지는 않았으나 몸체부는 로봇에 연결된다. 로봇은 용접건(1100) 전체를 용접부위로 접근 또는 후퇴시키는 역할을 하게 된다. 그리고 도면상에 나타나지는 않지만 로봇은 용접건(1100)의 원활한 이동을 위하여 다수개의 관절이 구비될 수 있으며 이때, 그 중 하나의 관절은 회전이 가능하게 되며 이때의 회전으로 용접건(1100)의 제1홀더(1110)와 제2홀더(1120)의 상하 위치관계가 바뀌게 될 수 있다. 즉 용접건(1100)이 상하방향으로 180도 반전이 가능하게 되는 회전 관절인 것이다.

이하에서는 위에서 서술된 용접건의 형상으로 인하여 용접건(1100)이 먼저 용접된 안내관 사이로 삽입가능하게 되는 원리에 대하여 서술하기로 한다.

도 6과 도7에는 본 발명에 의한 용접건(1100)의 형상으로 인한 효과로서 먼저 용접된 관의 간섭없이 그 사이로 용접을 위한 삽입이 가능하게 되는 구조가 도시되어 있다. 그리고 도 8의 종래 용접건(350)과의 비교표를 참조하면 본 발명에 의한 용접건(1100)의 효과가 좀 더 명확하게 드러날 수 있을 것이다.

도6에는 계측관의 수직 단면의 양 단이 제1전극(1115)과 제2전극(1125)으로 가압되면서 용접되는 모습의 평면도가 도시되어 있다. 이때 양 단의 가압은 바람직하게는 서보 모터 방식이 채택되도록 한다. 서보 모터 방식은 공압 가압 방식에 비하여 용접건(1100) 위치와 상관없이 정확한 가압력 제어가 가능하며, 공압 가압 방식의 경우에는 공압실린더 및 각종 공압 제어장치 부착으로 용접건(1100)의 무게가 증가하는데 비하여 서보 모터 방식은 적정 용량의 모터 장착으로 용접건(1100)의 무게가 감소하게 된다.

또한 서보모터를 이용하여 가압력을 주는 서보 용접건은 프로그램을 통하여 로봇과의 동기성을 높여주고 짧은 스트로크(stroke) 제어로 용접목표에 대한 접근시간이 단축될 수 있다. 또한 저항점용접에서 용접전류 통전시간과 함께 3대 중요요소인 가압력이 제어될 수 있게 되어 용접강도가 더욱 향상 될 수 있는 장점을 가지고 있다.

그리고 공압건이 이용되는 경우에는 접촉 초기 및 가압 초기에 전극의 충격으로 인하여 불안정 영역이 존재한다. 그러나 서보건의 제어에 의한 소프트터치 방법이 이용되면 공압건에서 발생되는 초기 충격현상이 최소화 될 수 있다.

이제 도6을 참조하여 본 발명의 용접건(1100)의 형상을 살펴보면, 용접건(1100)은 몸체부와, 몸체부의 일측에서 각각 연장 형성되고 끝단에 각각 구비되는 전극이 서로 대향되는 제1홀더(1110) 및 제2홀더(1120)와, 몸체부에 구비되는 전극간의 거리 조절용 구동부(1130)를 포함하여 이루어지며, 이때, 제1홀더(1110)는 몸체부에서의 연장 방향이 절곡되는 경사부(1111)를 포함하고, 안내관(120) 사이의 수평거리(M)는 경사부(1111)의 수평 두께(T)보다 더 크며, 제2홀더(1120)는 높낮이 차가 발생되는 단차부(1121)를 포함하고, 상기 단차부(1121)와 상기 경사부(1111) 사이의 최단거리(S)는 안내관 단면의 직경(D)보다 더 크게 된다.

도4를 참조하면, 종래의 용접건도 안내관 사이의 수평거리(M)보다 경사부(1111)에 해당되는 부위의 수평 두께가 더 작다. 따라서, 경사부(1111)의 수평 두께가 안내관(120) 사이의 수평거리보다 작아야 한다는 조건은 먼저 용접된 안내관의 간섭이 배재되기 위한 필요조건의 일부가 된다.

여기에 추가적으로 필요한 조건은 경사부(1111)와 단차부(1121)의 최단 거리(S)가 안내관의 직경(D)보다 커야 된다는 점이다. 도4와 도6을 비교하여 살펴보면 이 추가 필요조건의 필요성이 명확해 진다. 경사부(1111)와 단차부(1121)는 도6에서는 서로 거의 평행하는 것처럼 도시되어 있으나, 경사부(1111)와 단차부(1121)가 서로 평행일 필요는 없으며, 오직 필요한 조건은 서로간의 최단거리가 안내관의 직경보다는 적어도 커야 된다는 점이다.

이때 비로소 이미 안내관(120)이 용접 된 상태에서도 계측관(130)의 용접을 위하여 용접건(1100)이 계측관(130) 용접지점으로 접근 해 들어갈 수 있는 필요조건이 충족되게 된다.

여기서 먼저 용접된 안내관(120)의 간섭의 최종적인 배재가 추가적인 조건의 형식으로 명확히 될 수 있는데, 이때 도 6에 도시된 높이 비교가 필요하게 된다.

도 6을 참조하면, 제1홀더(1110)는 용접건의 몸체부와의 연결부위에서 돌출되는 제1암으로부터 차례로 수평연장부, 경사부(1111), 제1전극(1115)으로 이루어지고, 이때 제1전극(1115)의 중심을 지나는 수평선과 수평연장부의 저면 사이의 수직거리(H2)는, 계측관 중심을 지나는 수평선과 상부 안내관의 상부 수평 접선 사이의 수직거리(H1) 보다 커야 되는 것이다.

이렇게 되면 상부 안내관(120c,120d)이 먼저 용접이 되는 경우라도 계측관(130)이 용접건(1100)의 교체 없이 같은 용접건(1100)으로 용접될 수 있게 된다. 또는 한국표준형 원전(KSNP)용 PLUS7 집합체 이외의 다른 모델의 골격체 용접의 경우에도 용접건의 교체 없이 용접이 가능할 수 있게 된다.

용접건(1100)에 대한 안내관(120)의 간섭이 문제되는 또다른 경우는 수평으로 나란히 배치되는 안내관의 용접시 인접 안내관에 의하여 발생되는 간섭의 문제이다. 즉 하나의 안내관이 용접되는 경우 수평선상에서 인접되는 먼저 용접된 다른 안내관이 용접건(1100)에 대하여 간섭을 일으키지 못하게 되어야 하는 것이다.

여기에 대한 조건은 도7에 도시되어 있다. 이 조건의 설명을 위하여 제2홀더(1120)의 구성을 세분하여 살펴보면, 제2홀더(1120)는 상기 몸체부에서부터 차례로 높은 연장부(1123), 단차부(1121), 낮은 연장부(1124), 제2전극(1125)으로 이루어지게 된다. 이때, 제2전극(1125)의 중심을 지나는 수평선과 높은 연장부(1123)의 저면 사이의 수직거리(K)는 상기 안내관의 반경(R)보다 커야 되는 것이 인접되는 안내관 끼리의 간섭이 배재되기 위한 조건이다.

물론 도4에 도시된 바와 같이, 또는 도8의 비교표에 나타난 바와 같이 종래의 용접건(350)의 경우에도 다른 안내관의 용접시에 간섭이 배재될 수 있는 구조를 취하고 있긴 하다.

하지만, 본 발명에 의한 용접건(1100)을 이루는 구성 중 제1홀더(1110)와 제2홀더(1120)의 형상으로 이 문제가 해결되어야 하는 점에서 종래의 용접건(350)과는 간섭 배재의 수단이 달라지게 되는 것이다.

상기에서 설명된 본 발명의 특징과 종래 기술의 용접건과의 차이는 도 8에 도시되어 있다.

이렇게 도6과 도7에서 표현된 조건이 충족됨으로 인하여 용접순서가 자유로워지게 된다. 즉, 종래에는 하부 안내관(120a,120b)의 용접이 먼저 이루어 지고 그 다음에 적어도 상부 좌측의 안내관(120c)이 용접이 이루어지기 전에 계측관(130)의 용접이 먼저 이루어지는 순서로 용접작업이 진행되어야 했던 점에 비하면 본 발명에 의한 용접순서는 종래와 달리 상부와 하부 어떤 지점에서부터 용접이 시작되더라도 모든 용접이 이루어 질 수 있게 된다.

다만, 그러기 위해서 필요한 또다른 구성이 바로 로봇에 구비되는 회전관절이다. 자동화 로봇이나 로봇의 회전 관절에 대한 구성 자체는 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 여기서 중요한 것은 회전관절이 필요하게 되는 점인데, 도8의 비교표를 참조하면, 우측 상단의 하부 안내관 용접 장면에서 용접건이 180도 하부로 반전되는 것을 볼 수 있다.

즉 상부 안내관 및 계측관이 이미 용접이 되어 있는 상황에서도 180도 반전에 의하여 하부 안내관의 용접이 가능하게 된다. 따라서 회전 관절의 구성이 없다면 용접 순서는 적어도 상부 안내관의 용접 전에 하부 안내관의 용접이 선행되어야 하는 것이다.

다만, 회전 관절의 구성이 없더라도 제1홀더(1110)와 제2홀더(1120)의 구조에 의하여 하부 안내관(120a,120b)과 계측관(130) 상호간에는 용접순서의 우선순위는 필요없게 된다.

한편, 참고로 현재는 도3에 도시된 한국표준형 원전(KSNP)용 가디언 집합체는 더 이상 사용되지 않으며 현재는 도11에 도시된 한국표준형 원전(KSNP)용 PLUS7집합체가 사용되고 있다. 상기 두 집합체에서 지지격자의 가장 큰 차이점은 한국표준형 원전(KSNP)용 PLUS7집합체의 지지격자에서는 안내관(120) 및 계측관(130)의 격자에 대한 용접이 격자에 미리 결합되어 있는 슬리브(113a)를 통하여 이루어진다는 점이다. 따라서 용접포인트(W)의 위치도 격자 내부가 아니라 격자 밖으로 돌출된 슬리브(113a)의 외벽에 배치되고 제1전극(1115)과 제2전극(1125)의 형상도 삽입형이 아닌 일자형이 채택될 수 있다.

도 10을 참조하면, 한국표준형 원전(KSNP)용 PLUS7집합체의 지지격자의 경우에는 용접이 지지격자 내부로 삽입되는 부위에서 이루어져야 하므로 지지격자의 양측에 삽입되기 위해서는 종래 용접건(350)에서 볼 수 있듯이 싱글 용접건이 아닌 듀얼 용접건이 필요하게 된다. 삽입되는 방향이 서로 반대인 전극이 모두 필요하기 때문이다.

하지만, 도11의 한국표준형 원전(KSNP)용 PLUS7집합체를 위한 지지격자가 이용되는 경우에는 용접포인트(W)는 슬리브(113a)의 외벽이 되므로 전극의 방향은 일자형이 되어도 무방하며 따라서 도9의 본 발명의 용접건 에서처럼 싱글 용접건 하나로 용접이 이루어질 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

120a,120b,120c,120d: 안내관 130: 계측관
350: 종래 용접건 1100: 용접건
1110: 제1홀더 1111: 경사부
1113: 수평연장부 1115: 제1전극
1120: 제2홀더 1121: 단차부
1123: 높은 연장부 1124: 낮은 연장부
1125: 제2전극 1130: 구동부
1150: 제1암 1160: 제2암
1200: 로봇 M: 안내관 사이의 수평거리
T: 경사부의 수평 두께 S: 단차부와 경사부의 최단거리
D: 안내관 단면의 직경 H1: 계측관 중심을 지나는 수평선과 상부 안내관의 상부 수평접선 사이의 수직거리
H2: 제1전극의 중심을 지나는 수평선과 수평연장부의 저면 사이의 수직거리
K: 제2전극의 중심을 지나는 수평선과 높은 연장부의 저면 사이의 수직거리
R: 안내관의 반경

Claims

판 형상의 프레임에서, 상기 프레임의 두께방향으로 관통되는 연료봉 장입용 셀들이 다수 형성되고 중앙에는 계측관용 삽입공이 형성되며, 계측관용 삽입공을 기준으로 상하 양측에 대칭되게 네 개의 안내관용 삽입공이 형성되는 지지격자에, 출력 제어봉을 위한 안내관과 노내 상태 계측을 위한 계측관이 점용접되어 제조되는 골격체 조립용 용접장치로서,
몸체부와, 몸체부의 일측에서 각각 연장 형성되고 끝단에 각각 구비되는 전극이 서로 대향되는 제1홀더 및 제2홀더와, 몸체부에 구비되는 상기 전극간의 거리 조절용 구동부를 포함하는 용접건과;
상기 용접건에 연결되며 용접건의 상하 반전용 회전관절이 구비되는 로봇;을 포함하며,
제1홀더는 몸체부에서의 연장 방향이 절곡되는 경사부를 포함하고, 상기 안내관 사이의 거리(M)는 경사부의 수평 두께(T)보다 더 크며,
제2홀더는 높낮이 차가 발생되는 단차부를 포함하고, 상기 단차부와 상기 경사부 사이의 최단거리(S)는 안내관 단면의 직경(D)보다 더 큰 골격체 조립용 스폿 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1홀더는 상기 몸체부와의 연결부위부터 차례로 수평연장부, 경사부, 제1전극으로 이루어지고, 제1전극의 중심을 지나는 수평선과 수평연장부의 저면 사이의 수직거리(H2)는, 상기 계측관 중심을 지나는 수평선과 상부 안내관의 상부 수평 접선 사이의 수직거리(H1) 보다 큰 것을 특징으로 하는 골격체 조립용 스폿 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2홀더는 상기 몸체부에서부터 차례로 높은 연장부, 단차부, 낮은 연장부, 제2전극으로 이루어지며, 제2전극의 중심을 지나는 수평선과 높은 연장부의 저면 사이의 수직거리(K)는 상기 안내관의 반경(R)보다 큰 것을 특징으로 하는 골격체 조립용 스폿 용접 장치.
제1항에 있어서, 상기 용접건은 싱글 용접건인 것을 특징으로 하는 골격체 조립용 스폿 용접 장치.