KR20160130030A

KR20160130030A - 강관 용접 장치

Info

Publication number: KR20160130030A
Application number: KR1020150061896A
Authority: KR
Inventors: 곽진섭; 박한석; 신종현; 김민수
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-11-10

Abstract

용접 효율 및 품질 향상을 도모할 수 있는 ERW(Electric Resistance Welding) 방식의 강관 용접 장치에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 용접기 본체; 상기 용접기 본체로부터 전원을 공급받으며, 강관용 소재의 에지(edge)부 길이방향을 따라 설정간격을 두고 다수 배치되어 상기 강관용 소재에 전기저항열을 발생시키는 다중 컨택트 팁; 상기 강관용 소재의 양측에서 접촉 회전하며, 상기 다중 컨택트 팁의 전기저항열에 의해 용융된 용접부를 양쪽에서 가압하여 강관 형태로 접합시키는 롤러 유닛; 상기 용접부의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛; 및 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정된 용접부의 온도 정보를 이용하여 상기 다중 컨택트 팁의 출력을 제어하는 제어부;를 포함하는 강관 용접 장치를 제공한다.

Description

강관 용접 장치{PIPE WELDING APPARATUS}

본 발명은 강관 용접 장치로서, 용접 효율 및 품질 향상을 도모할 수 있는 ERW(Electric Resistance Welding) 방식의 강관 용접 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 전기저항용접(Electric Resistance Welding, 이하 'ERW'라 함)은 주로 강관제조에 쓰이는 용접방법으로 고주파 전기저항에 의한 발열을 이용하여 강관을 제조한다.

현재까지 소개된 바로는 상기 전기저항용접의 유형에는 컨택트 팁 타입(Contact Tip Type)과, 인덕션 타입(Induction Type)이 대표적으로 알려져 있다.

이 중에서, 인덕션 타입은 강재를 원주방향으로 둘러싼 코일에 전류를 흘려 가열을 하는 방식이다.

이와 달리, 컨택트 팁 타입은 강재의 양 에지(edge) 부에 팁(Tip)을 접촉시켜 직접적으로 용접에 필요한 전류를 전달하는 방식으로서, 외경이 14~24인치 범위에 해당하는 강관의 제조에는 컨택트 팁 타입을 사용하는 것이 좋다.

한편, 용접 효율 및 품질을 향상시킬 수 있는 ERW 방식의 강관 용접 장치에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-0761730호(공고일: 2007년 9월 28일)이 있으며, 상기 선행문헌에는 전기저항 용접강관의 열처리 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.

본 발명은 강관 용접부의 입열 상태를 정밀하게 측정하고 측정된 정보를 기반으로 미세한 입열량까지도 정밀하게 제어할 수 있는 강관 용접 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 컨택트 팁에 집중되는 접촉하중을 분산시켜 강재의 표면 스크래치 발생을 방지할 수 있는 강관 용접 장치를 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 용접기 본체; 상기 용접기 본체로부터 전원을 공급받으며, 강관용 소재의 에지(edge)부 길이방향을 따라 설정간격을 두고 다수 배치되어 상기 강관용 소재에 전기저항열을 발생시키는 다중 컨택트 팁; 상기 강관용 소재의 양측에서 접촉 회전하며, 상기 다중 컨택트 팁의 전기저항열에 의해 용융된 용접부를 양쪽에서 가압하여 강관 형태로 접합시키는 롤러 유닛; 상기 용접부의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛; 및 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정된 용접부의 온도 정보를 이용하여 상기 다중 컨택트 팁의 출력을 제어하는 제어부;를 포함하는 강관 용접 장치를 제공한다.

상기 제어부는, 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정된 용접부의 온도 정보를 입력 받는 온도 정보 입력부; 상기 온도 정보 입력부를 통해 입력된 용접부의 온도 정보를 기 설정온도와 비교하여 대소 차를 판단하는 온도 정보 판단부; 및 상기 온도 정보 판단부에서 판단된 결과에 따라 상기 용접기 본체에 제어신호를 인가하는 신호출력부;를 포함한다.

상기 온도 측정 유닛은, 상기 용융된 용접부의 열 화상을 촬영하는 열 화상 카메라 인 것을 특징으로 한다.

상기 온도 측정 유닛은, 상기 다중 컨택트 팁과 상기 롤러 유닛 사이에 배치될 수 있다.

상기 다중 컨택트 팁은, 각각이 동일한 크기의 전기저항열을 발생시킬 수 있다.

상기 다중 컨택트 팁은, 각각이 서로 다른 크기로 전기저항열을 발생시킬 수 있다.

상기 다중 컨택트 팁 중에서 상기 롤러 유닛에 근접하여 배치된 것일수록 상대적으로 큰 전기저항열을 발생시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르며, 용접기 본체; 상기 용접기 본체로부터 전원을 공급받으며, 강관용 소재의 에지부에 마주하여 배치되어 상기 강관용 소재에 전기저항열을 발생시키는 제1 컨택트 팁; 상기 용접기 본체로부터 전원을 공급받으며, 상기 제1 컨택트 팁의 전방으로 간격을 두고 배치되어 상기 강관용 소재에 전기저항열을 발생시키는 제2 컨택트 팁; 및 상기 제1, 2 컨택트 팁으로부터 발생된 전기저항열에 의해 용융된 상기 강관용 소재의 접합부를 가압하는 롤러 유닛; 상기 용접부의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛; 및 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정된 용접부의 온도 정보를 이용하여 상기 제1, 2 컨택트 팁의 출력을 제어하는 제어부;를 포함하는 강관 용접 장치를 제공한다.

상기 온도 측정 유닛은, 상기 제1 컨택트 팁과 상기 롤러 유닛 사이에 배치될 수 있다.

상기 제1, 2 컨택트 팁은, 각각이 동일한 크기의 전기저항열을 발생시킬 수 있다.

상기 제1, 2 컨택트 팁은, 각각이 서로 다른 크기로 전기저항열을 발생시킬 수 있다.

상기 제1컨택트 팁이 상기 제2 컨택트 팁에 비해 상대적으로 큰 전기저항열을 발생시킬 수 있다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 가져올 수 있다.

첫째, 강관 용접부의 입열 상태를 정밀하게 측정하고 측정된 정보를 기반으로 미세한 입열량까지도 정밀하게 제어할 수 있다.

둘째, ERW 방식으로 강관을 용접하여 생산함에 있어서, 기존에 가장 취약했던 용접부에 대한 내부식성, 저온 충격인성 등을 향상시킬 수 있어 제품 품질을 향상시킬 수 있다.

셋째, 컨택트 팁에 집중되는 접촉하중을 분산시켜 강재의 표면 스크래치 발생을 방지하여 제품의 불량을 줄이고 품질을 향상시킬 수 있다.

넷째, 통전 경로가 증가되어 용접효율이 향상될 수 있으며, 컨택트 팁의 내구성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강관 용접 장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관 용접 장치를 간략히 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용접 입열 제어 기능을 갖는 강관 용접 장치의 작동 관계를 블록도로 나타낸 도면이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 강관 용접 장치에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강관 용접 장치를 간략히 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관 용접 장치를 간략히 도시한 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 강관 용접 장치는, 용접기 본체(100), 다중 컨택트 팁(이하, 제1, 2 컨택트 팁이라 함)(110, 120), 롤러 유닛(30), 온도 측정 유닛(200), 그리고 제어부(300)를 포함한다.

용접기 본체(100)

용접기 본체(100)는 강관용 소재(10)에 전기저항열을 발생시켜 용접부(VH)를 용융시키는 장치를 말한다.

여기서, 용접부(VH)란 'Vee Heat 구간'을 의미하는데, 예를 들면 컨택트 팁(110)을 통해 발생된 전기저항열에 의해 강관용 소재(10)의 에지(edge)부가 용융되어 롤러 유닛(30)에 의해 가압되어 접합되는 부위를 의미한다.

제1, 2 컨택트 팁(110, 120)은 상기 용접기 본체(100)로부터 전원을 공급받으며, 강관용 소재(10)의 에지부에 마주하여 배치되어 강간용 소재(10)의 에지부(e, 도 2 참조)에 전기저항열을 발생시킨다.

롤러 유닛(30)

롤러 유닛(30)은 상기 강관용 소재(10)의 양측에서 접촉 회전하도록 구성된다. 예컨대, 상기 롤러 유닛(30)은 상기 용융된 용접부(VH)를 양쪽에서 가압하여 강관 형태로 강제로 접합시켜준다.

온도 측정 유닛(200)

온도 측정 유닛(200)은 상기 용접부(VH)의 온도를 측정할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 온도 측정 유닛(200)은 상기 용융된 용접부(VH)의 열 화상을 촬영하는 열 화상 카메라를 이용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 그리고 상기 온도 측정 유닛(200)은 상기 용접기 본체(100)와 상기 롤러 유닛(30) 사이에 배치될 수 있는데, 용접부(VH)의 열 화상을 잘 촬영할 수 있도록 롤러 유닛(30)의 전방 상부에서 별도의 지지부재에 의해 견고하게 고정될 수 있다.

제어부(300)

제어부(300)는 상기 온도 측정 유닛(200)으로부터 측정된 용접부(VH)의 온도 정보를 이용하여 상기 용접기 본체(100)의 출력을 제어할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 제어부(300)는 온도 정보 입력부(310), 온도 정보 판단부(320), 그리고 신호출력부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 온도 정보 입력부(310)는 상기 온도 측정 유닛(200)으로부터 측정된 용접부(VH, 도 1 참조)의 온도 정보를 입력 받는 데이터 입력모듈에 해당될 수 있다.

상기 온도 정보 판단부(320)는 상기 온도 정보 입력부(310)를 통해 입력된 용접부(VH, 도 1 참조)의 온도 정보를 기 설정온도와 비교하여 대소 차를 판단하는 데이터 연산처리모듈에 해당될 수 있다.

한편, 상기 신호출력부(330)는 상기 온도 정보 판단부(320)에서 판단된 결과에 따라 상기 용접기 본체(100)에 제어신호를 인가해 줄 수 있다. 상기 신호출력부(330)에서 인가된 제어신호를 전달받아 상기 용접기 본체(100)의 미세한 정밀 제어가 가능해 질 수 있다.

제1, 2 컨택트 팁(110, 120)

본 발명의 실시예에 따른 다중 컨택트 팁에 관하여 설명하기에 앞서, 종래의 컨택트 팁 구조에 관하여 간략히 살펴보기로 한다.

일반적인 컨택트 팁은 강관용 소재의 에지(edge)부에 마주하여 한 쌍이 배치된다. 그런데 상기 컨택트 팁에 의한 접촉 하중이 과다하게 작용하여 강관용 소재의 표면에 스크래치를 발생시키는 문제가 있었다. 이와 함께 강관의 생산량이 많아지고 작업량이 증가함에 따라 컨택트 팁에 무리한 부하가 걸리게 되며, 이로 인해 내구성이 저하되는 문제가 있었다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1, 2 컨택트 팁(110, 120)은 강관용 소재(10)의 에지부(e, 도 2 참조)를 통해 서로 마주하여 이중의 구조로 배치된다. 즉 4개의 컨택트 팁(110a, 110b, 120a, 120b, 도 2 참조)이 구비될 수 있다.

상기 제1 컨택트 팁(110: 110a, 110b)은 용접기 본체(100)로부터 전원을 공급받으며, 강관용 소재(10)에 전류를 흘려 보내 전기저항열을 발생시킬 수 있다.

상기 제2 컨택트 팁(120: 120a, 120b)은 상기 제1 컨택트 팁(110: 110a, 110b)과 마찬가지로 용접기 본체(100)로부터 전원을 공급받아 강관용 소재(10)에 전기저항열을 발생시킬 수 있다.

예컨대, 상기 제2 컨택트 팁(120: 120a, 120b)은 상기 제1 컨택트 팁(110: 110a, 110b)과 설정간격을 두고 에지부(e, 도 2 참조)의 길이방향을 따라 이격하여 배치될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

구체적인 예로서, 상기 제1 컨택트 팁(110: 110a, 110b)은 상기 제2 컨택트 팁(120: 120a, 120b)에 비해 롤러 유닛(30) 쪽에 근접하여 배치될 수 있다.

이와 같은 구조에 따라, 제1, 2 컨택트 팁(110, 120)에 의한 접촉 하중이 분산되어 강관용 소재(10)의 표면 스크래치 발생을 줄일 수 있다. 그리고 각각의 컨택트 팁에 가해지는 부하가 줄어들어 컨택트 팁이 녹거나 손상되는 문제가 줄어들 수 있다.

한편, 상기 제1, 2 컨택트 팁(110, 120)은 각각이 동일한 크기의 전기저항열을 발생시키도록 제어될 수 있으며, 이와 달리 각각이 서로 다른 크기로 전기저항열을 발생시키도록 제어될 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 컨택트 팁(110)은 상기 제2 컨택트 팁(120)에 비해 상대적으로 큰 전기저항열을 발생시키도록 제어될 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.

도 4은 본 발명의 실시예에 강관 용접 방법을 간략히 도시한 순서도이다.

종래의 경우 강관 용접 장치를 이용하여 강관을 용접할 경우에는, 대부분 숙련된 작업자의 육안, 감각 등에 의존하였기에 정밀한 입열 제어에 어려움이 따랐다. 그리고 이와 같은 ERW 방식의 강관 용접 장치를 이용하여 강관을 제조할 경우, 용접부위는 가장 취약한 부위가 되었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 강관 용접 방법은 용접부 온도 설정 단계(S100), 용접부 온도 측정 단계(S200), 용접기 본체 제어 단계(S300), 그리고 설정된 용접부 온도 유지 단계(S400)를 포함한다.

먼저, 용접부(VH, 도 1 참조)의 온도(이를 'Vee Heat'라 함)를 설정하는 단계(S100))가 수행될 수 있다.

다음으로, 열 화상 카메라 등과 같은 온도 측정 유닛을 이용하여 용접부 온도를 측정하는 단계(S200)가 수행될 수 있다.

그 다음으로, 측정된 용접부 온도 정보를 이용하여 용접기 본체의 출력을 제어하는 단계(S300)가 수행될 수 있다. 예컨대, 이 단계는 측정된 용접부의 온도 정보를 입력 받는 단계, 입력된 용접부의 온도 정보를 기 설정온도와 비교하여 대소 차를 판단하는 단계, 그리고 상기의 판단 결과에 따라 용접기 본체에 제어신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

그 다음으로, 설정된 용접부 온도로 유지시켜 강관을 용접하는 단계(S400)가 수행될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 작업자의 숙련도, 육안, 감각 등에 의존하지 않고 용접부 입열 제어에 대한 정밀도를 유지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 강관 용접부의 입열 상태를 정밀하게 측정하고 측정된 정보를 기반으로 미세한 입열량까지도 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.

나아가, ERW 방식으로 강관을 용접하여 생산함에 있어서, 기존에 가장 취약했던 용접부에 대한 내부식성, 저온 충격인성 등을 향상시킬 수 있어 제품 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

더 나아가, 컨택트 팁에 집중되는 접촉하중을 분산시켜 강재의 표면 스크래치 발생을 방지하여 제품의 불량을 줄이고 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

더 나아가, 통전 경로가 증가되어 용접효율이 향상될 수 있으며, 컨택트 팁의 내구성이 향상될 수 있는 장점이 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강관 용접 장치에 관하여 살펴보았다

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

e: 에지부
VH: 용접부
10: 강관용 소재
30: 롤러 유닛
100: 용접기 본체
110(110a, 110b): 제1 컨택트 팁
120(120a, 120b): 제2 컨택트 팁
200: 온도 측정 유닛(또는 열 화상 카메라)
300: 제어부
310: 온도 정보 입력부
320: 온도 정보 판단부
330: 신호출력부

Claims

용접기 본체;
상기 용접기 본체로부터 전원을 공급받으며, 강관용 소재의 에지(edge)부 길이방향을 따라 설정간격을 두고 다수 배치되어 상기 강관용 소재에 전기저항열을 발생시키는 다중 컨택트 팁;
상기 강관용 소재의 양측에서 접촉 회전하며, 상기 다중 컨택트 팁의 전기저항열에 의해 용융된 용접부를 양쪽에서 가압하여 강관 형태로 접합시키는 롤러 유닛;
상기 용접부의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛; 및
상기 온도 측정 유닛으로부터 측정된 용접부의 온도 정보를 이용하여 상기 다중 컨택트 팁의 출력을 제어하는 제어부;를 포함하는,
강관 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 온도 측정 유닛으로부터 측정된 용접부의 온도 정보를 입력 받는 온도 정보 입력부;
상기 온도 정보 입력부를 통해 입력된 용접부의 온도 정보를 기 설정온도와 비교하여 대소 차를 판단하는 온도 정보 판단부; 및
상기 온도 정보 판단부에서 판단된 결과에 따라 상기 용접기 본체에 제어신호를 인가하는 신호출력부;를 포함하는,
강관 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 온도 측정 유닛은,
상기 용융된 용접부의 열 화상을 촬영하는 열 화상 카메라 인 것을 특징으로 하는,
강관 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 온도 측정 유닛은,
상기 다중 컨택트 팁과 상기 롤러 유닛 사이에 배치되는,
강관 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 다중 컨택트 팁은,
각각이 동일한 크기의 전기저항열을 발생시키는,
강관 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 다중 컨택트 팁은,
각각이 서로 다른 크기로 전기저항열을 발생시키는,
강관 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 다중 컨택트 팁 중에서 상기 롤러 유닛에 근접하여 배치된 것일수록 상대적으로 큰 전기저항열을 발생시키는,
강관 용접 장치.
용접기 본체;
상기 용접기 본체로부터 전원을 공급받으며, 강관용 소재의 에지부에 마주하여 배치되어 상기 강관용 소재에 전기저항열을 발생시키는 제1 컨택트 팁;
상기 용접기 본체로부터 전원을 공급받으며, 상기 제1 컨택트 팁의 전방으로 간격을 두고 배치되어 상기 강관용 소재에 전기저항열을 발생시키는 제2 컨택트 팁; 및
상기 제1, 2 컨택트 팁으로부터 발생된 전기저항열에 의해 용융된 상기 강관용 소재의 접합부를 가압하는 롤러 유닛;
상기 용접부의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛; 및
상기 온도 측정 유닛으로부터 측정된 용접부의 온도 정보를 이용하여 상기 제1, 2 컨택트 팁의 출력을 제어하는 제어부;를 포함하는,
강관 용접 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 온도 측정 유닛으로부터 측정된 용접부의 온도 정보를 입력 받는 온도 정보 입력부;
상기 온도 정보 입력부를 통해 입력된 용접부의 온도 정보를 기 설정온도와 비교하여 대소 차를 판단하는 온도 정보 판단부; 및
상기 온도 정보 판단부에서 판단된 결과에 따라 상기 용접기 본체에 제어신호를 인가하는 신호출력부;를 포함하는,
강관 용접 장치.
제8항에 있어서,
상기 온도 측정 유닛은,
상기 용융된 용접부의 열 화상을 촬영하는 열 화상 카메라 인 것을 특징으로 하는,
강관 용접 장치.
제8항에 있어서,
상기 온도 측정 유닛은,
상기 제1 컨택트 팁과 상기 롤러 유닛 사이에 배치되는,
강관 용접 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1, 2 컨택트 팁은,
각각이 동일한 크기의 전기저항열을 발생시키는,
강관 용접 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1, 2 컨택트 팁은,
각각이 서로 다른 크기로 전기저항열을 발생시키는,
강관 용접 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1컨택트 팁이 상기 제2 컨택트 팁에 비해 상대적으로 큰 전기저항열을 발생시키는,
강관 용접 장치.