KR20170097172A

KR20170097172A - 육성 용접 장치

Info

Publication number: KR20170097172A
Application number: KR1020177020236A
Authority: KR
Inventors: 치아키 이토; 마사히코 아카마츠; 신고 요네모토; 타카노리 코즈키
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2017-08-25
Also published as: JP6576364B2; US20170355033A1; KR102001171B1; CN107000093A; JPWO2016103306A1; CN107000093B; WO2016103306A1; US10646946B2

Abstract

육성 용접 장치는, 원형관의 외주면에 육성 용접을 수행하는 육성 용접 장치로서, 원형관(101)을 축 주위로 회전시키는 회전 구동부(10)와, 원형관(101)의 축 방향을 따라 진행하면서, 회전하는 상기 원형관(101)의 외주면에 육성 용접을 수행하는 용접 유닛(20)을 구비하고, 용접 유닛(20)은, 원형관(101)의 외주면과의 사이에 아크를 발생시키는 용접 토치(23)와, 용접재료를 용접 지점에 공급하는 용접재료 공급부(25)를 가지며, 용접 토치(23)는, 그 선단이 원형관(101)의 정상부로부터 원형관(101)의 회전방향과는 반대인 역회전 방향으로 소정 각도 나아간 각도위치에 위치하도록 배치됨과 함께, 원형관(101)의 축 방향에서 바라보아, 원형관(101)의 중심축 및 용접 토치(23)의 선단을 통과하는 기준선(P)에 대하여 원형관(101)의 회전방향 쪽으로 소정 각도 기울어짐으로써, 용융지(104)를 한층 더 확장시키기 쉽다.

Description

육성 용접 장치

본 발명은 육성(肉盛) 용접 장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 직선형의 원형관을 회전시키면서, 그 외주면에 육성 용접을 수행하는 육성 용접 장치가 개시되어 있다. 예를 들면, 원형관의 외주면에 내식성이 높은 재료를 육성 용접하면, 외주면의 내식성을 향상시킬 수가 있다.

미국특허공보 US6,781,083호

원형관의 외주면에 육성 용접을 수행하면 나선 형태의 비드(bead)가 형성되고, 인접하는 비드 사이에는 골짜기가 생긴다. 이 골짜기의 바닥으로부터 비드의 정상부까지의 거리(이하, '골짜기 깊이'라고 칭함)가 크면, 굽힘 가공에 따라 골짜기로부터 균열이 발생하여 원형관이 파손될 염려가 있다.

본 발명은, 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 비드의 골짜기 깊이를 얕게 억제함과 함께, 양호한 육성 품이 확보될 수 있는 육성 용접이 가능한 육성 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 육성 용접 장치는, 원형관의 외주면에 육성 용접을 수행하는 육성 용접 장치로서, 상기 원형관을 축 주위로 회전시키는 회전 구동부와, 상기 원형관의 축 방향을 따라 진행하면서, 회전하는 상기 원형관의 외주면에 육성 용접을 수행하는 용접 유닛을 구비하고, 상기 용접 유닛은, 상기 원형관의 외주면과의 사이에 아크를 발생시키는 용접 토치와, 용접재료를 용접 지점에 공급하는 용접재료 공급부를 가지며, 상기 용접 토치는, 그 선단이 상기 원형관의 정상부로부터 상기 원형관의 회전방향과는 반대인 역회전 방향으로 소정 각도 나아간 각도위치에 위치하도록 배치됨과 함께, 상기 원형관의 축 방향에서 바라보아, 상기 원형관의 중심축 및 상기 용접 토치의 선단을 통과하는 기준선에 대하여 상기 원형관의 회전방향 쪽으로 소정 각도 기울어져 있다.

이러한 구성에 의하면, 용융지(溶融池)(원형관의 모재 및 용접재료가 용융하여 생긴 용융 금속 웅덩이)가 원형관의 정상부보다 역회전 방향 쪽으로 위치하기 때문에, 용융지는 중력에 의해서 원형관의 원주 방향으로 퍼지려고 한다. 이에 따라, 원형관의 외주면에 형성되는 비드는 완만해지고, 골짜기 깊이가 얕아진다. 또한, 용접재료의 공급처인 용융지가 커지면 작업의 안정성도 향상된다. 또한, 용접 토치는, 기준선에 대하여 원형관의 회전방향 쪽으로 기울어져 있기 때문에, 중력에 의해서 용융지가 퍼지는 방향 쪽으로 많은 아크를 발생시킬 수가 있어, 용융지의 확장을 보조할 수가 있다.

상기 육성 용접 장치에서, 상기 용접재료 공급부는, 상기 원형관의 축 방향에서 바라보아, 상기 용접 토치에 대하여 상기 원형관의 회전방향 쪽으로 소정 각도 기울어진 공급방향을 따라 상기 용접재료를 공급하도록 구성되어도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 용융지가 용접 토치보다 선행하여, 아크 열의 영향이 직접 모재에 미치기 어렵기 때문에, 저희석(低希釋)이 얻어진다.

상기 육성 용접 장치에서, 상기 용접 토치는, 상기 원형관의 중심축에 수직인 기준면에 대하여 상기 용접 유닛의 후퇴 방향으로 소정 각도 기울어져 있어도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 용융지는 용접 토치보다 축 방향 후방으로 퍼지기 때문에 비드의 골짜기 깊이를 얕게 억제하는 것이 가능해진다.

상기 육성 용접 장치에서, 상기 용접 토치는, 상기 원형관의 중심축에 수직인 기준면에 대하여 상기 용접 유닛의 진행 방향 쪽으로 소정 각도 기울어져 있어도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 용접 토치에서 발생한 아크는 원형관의 축 방향으로 뻗기 때문에, 용융지는 원형관의 축 방향으로 퍼져서 형성되기 쉽다. 이에 따라, 비드가 완만해져서 골짜기 깊이를 얕게 할 수가 있다.

상기 육성 용접 장치에 의하면, 비드의 골짜기 깊이를 얕게 억제할 수 있음과 함께, 양호한 육성 품질을 확보할 수가 있다.

도 1은 육성 용접 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면의 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 모든 도면을 통해 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략한다.

<육성 용접 장치의 개략>

우선, 육성 용접 장치(100)의 개략을 설명한다. 육성 용접 장치(100)는, 직선형의 원형관(101)의 외주면에 육성 용접을 수행하는 장치이다. 본 실시형태에서는, 원형관(101)의 재료(모재)가 철(鐵)인 경우를 가정하고 있지만, 원형관(101)의 재료는 이것에 한정되지 않는다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 육성 용접 장치(100)는, 회전 구동부(10)와 용접 유닛(20)을 구비하고 있다. 또한, 용접 유닛(20)은, 주행부(21)와, 모방부(22)와, 용접 토치(23)와, AVC(Arc Voltage Control) 유닛(24)과, 용접재료 공급부(25)를 가지고 있다. 이하, 이들 구성요소에 대해 차례로 설명한다.

회전 구동부(10)는, 원형관(101)의 일단 부분을 지지하고, 원형관(101)을 축 주위(도 2에서는 시계방향)로 회전시키는 부분으로서, 육성 용접 장치(100)의 토대부(11)에 고정되어 있다. 또한, 시공 조건에 따라 다르지만, 회전 구동부(10)는, 육성 용접을 수행할 때에는 원형관(101)을 예를 들면, 5rpm 정도로 회전시킨다.

주행부(21)는, 용접 유닛(20) 전체를 원형관(101)의 축 방향(이하 간략히 '축 방향'이라고 칭함)을 따라서 진행시키는 부분이다. 도 1에서는, 육성 용접을 수행할 때 주행부(21)는 지면 오른쪽을 향해서 진행한다. 육성 용접 장치(100)의 토대부(11)에는, 축 방향을 따라 연장되는 레일(12)이 설치되어 있고, 주행부(21)는 이 레일(12)을 따라서 진행한다.

모방부(22)는, 탄성부(26)를 통해 주행부(21)에 변위 가능하게 지지 되어 있고, 또한 롤러(27)를 통해 원형관(101)의 외주면에 접하고 있다. 그 때문에, 모방부(22)는, 원형관(101)이 육성 용접의 열에 의해서 변형된 경우에도, 그 변형에 대응하면서 원형관(101)을 따라서 축 방향으로 이동할 수가 있다.

용접 토치(23)는, 선단에 장착된 텅스텐 전극(28)과 원형관(101)의 외주면 사이에 아크(102)를 발생시키는 TIG 용접용 토치이다. 또한, 용접 토치(23)는 플라스마 아크 용접용 토치여도 좋다. 아크(102)에 의해 형성되는 용융지(104)는, 텅스텐 전극(28)의 주변으로부터 분사되는 아르곤 가스 또는 아르곤 가스에 다른 가스를 혼합시킨 실드 가스에 의해 차폐되어 있다.

AVC 유닛(24)은, 용접 토치(23)가 장착되는 토치 브래킷(31)과, 도시하지 않은 볼 스크루 및 구동용 모터를 가지며, 토치 브래킷(31)을 직선 구동하는 구동기구(32)와, 구동 기구의 동작을 제어하는 도시하지 않은 제어 장치를 구비하고 있다. 제어 장치는, 육성 용접시 용접 토치(23) - 원형관(101) 사이의 전압(용접 전압)을 검출하고, 검출한 용접 전압에 의거하여 텅스텐 전극(28)의 선단과 원형관(101) 사이의 거리를 일정하게 유지하도록 구동 기구(32)의 구동용 모터의 동작을 제어한다.

용접재료 공급부(25)는 용접재료(103)를 용접 지점에 공급하는 부분이다. 또한, 본 실시형태에서는, 용접재료(103)는 와이어 형태로 형성되어 있지만, 용접재료(103)는 분말 형태일 수 있다. 또한, 용접재료 공급부(25)는, 용접재료(103)가 재빨리 용해하도록 용접재료(103)를 미리 가열하는 가열부(30)를 가지고 있다. 본 실시형태에서는, 용접재료(103)로서 높은 내식성을 가지는 'Alloy 625'를 사용할 경우를 가정하고 있지만, 용접재료(103)는 이것에 한정되지 않는다.

육성 용접 장치(100)의 개략은 이상과 같다. 육성 용접 장치(100)에서는, 회전 구동부(10)에 의해서 원형관(101)을 회전시키면서, 용접 유닛(20)을 축 방향으로 진행시키면서 육성 용접을 수행하는 것으로, 원형관(101)의 외부 표면에 나선형 비드(105)가 형성된다.

<용접 토치의 위치>

다음으로, 용접 토치(23)의 위치에 대해 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 용접 토치(23)는, 그 선단(E)이 원형관(101)의 정상부(T)로부터 원형관(101)의 회전방향과는 반대의 역회전방향(도 2에서는 시계반대방향)으로 소정 각도(α) 나아간 각도 위치에 위치하도록 배치되어 있다.

용접 토치(23)를 이와 같이 배치함으로써, 용융지(104)가 원형관(101)의 정상부(T)보다 역회전방향 쪽으로 형성되기 때문에, 용융지(104)는 중력에 의해서 아래쪽으로 퍼지려고 한다. 그 결과, 용접 비드(105)가 완만한 모양이 되어 골짜기 깊이가 얕아진다. 또한, 용접재료(103)의 공급처인 용융지(104)가 넓어짐으로써 용접재료(103)의 공급 작업을 안정적으로 수행할 수가 있다. 또한, 용융지(104)에는 중력에 의해 항상 동일한 방향의 힘이 작용하여 형상이 안정되기 때문에, 이러한 점도 용접 부재(103)의 공급 작업을 안정적으로 수행하기에 바람직하다.

<용접 토치의 경사 각도 (1)>

다음으로, 용접 토치(23)의 경사 각도에 대해서 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 용접 토치(23)는, 원형관(101)의 축 방향에서 바라보아, 원형관(101)의 중심축(C) 및 용접 토치(23)의 선단(E)을 통과하는 기준선(L)에 대하여 원형관(101)의 회전방향(도 2에서는 시계 방향) 쪽으로 소정 각도(β) 기울어져 있다. 이와 같이 용접 토치(23)를 기울이면, 용융지(104)가 한층 더 퍼지기 쉬워진다. 그 결과, 한층 더 골짜기 깊이를 얕게 할 수가 있고, 작업의 안정성도 향상된다.

<용접재료의 공급 각도>

다음으로, 용접재료(103)의 공급 각도에 대해 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 용접재료 공급부(25)는, 원형관(101)의 축 방향에서 바라보아, 용접 토치(23)에 대하여 원형관(101)의 회전방향 쪽으로 소정 각도(γ) 기울어진 공급방향을 따라서 용접재료(103)를 공급하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 회전방향 쪽에서 고속으로 공급되는 용접재료(103)가 용융될 때 용접재료(103)는 아크 열에너지의 일부를 흡수하기 때문에, 저 희석, 고 시공 안정성이 달성된다.

<용접 토치의 경사 각도 (2)>

다음으로, 원형관(101)의 축 방향에서의 용접 토치(23)의 경사 각도에 대해서 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 용접 토치(23)는, 원형관(101)의 중심축(C)에 수직인 기준면(P)에 대하여 용접 유닛(20)의 후퇴방향 쪽으로 소정 각도(δ) 기울어져 있다. 이와 같이 용접 토치(23)를 기울이면, 용융지(103)가 용접 토치(23)보다 선행하여, 아크 열의 영향이 직접 모재에 미치기 어렵기 때문에, 저 희석이 얻어진다. 또한, 용접 토치(23)는, 원형관(101)의 중심축(C)에 수직인 기준면(P)에 대하여 용접 유닛(20)의 선행방향 쪽으로 기울어져 있어도 좋다. 이 경우, 용융지(104)는 용접 토치(23)보다 축 방향 뒤쪽으로 퍼지기 때문에 비드(105)의 골짜기 깊이를 얕게 억제하는 것이 가능해진다.

10: 회전 구동부
20: 용접 유닛
23: 용접 토치
25: 용접재료 공급부
100: 육성 용접 장치
101: 원형관
102: 아크
103: 용접재료
P: 기준면
L: 기준선

Claims

원형관의 외주면에 육성 용접을 수행하는 육성 용접 장치로서,
상기 원형관을 축 주위로 회전시키는 회전 구동부와,
상기 원형관의 축 방향을 따라 진행하면서, 회전하는 상기 원형관의 외주면에 육성 용접을 수행하는 용접 유닛을 구비하고,
상기 용접 유닛은,
상기 원형관의 외주면과의 사이에 아크를 발생시키는 용접 토치와,
용접재료를 용접 지점에 공급하는 용접재료 공급부를 갖고,
상기 용접 토치는, 그 선단이 상기 원형관의 정상부로부터 상기 원형관의 회전방향과는 반대인 역회전 방향으로 소정의 각도로 진행한 각도위치에 위치하도록 배치되면서, 상기 원형관의 축 방향으로부터 바라봤을 때, 상기 원형관의 중심축 및 상기 용접 토치의 선단을 통과하는 기준선에 대하여 상기 원형관의 회전방향측으로 소정의 각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 육성 용접 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 용접재료 공급부는, 상기 원형관의 축 방향으로부터 바라봤을 때, 상기 용접 토치에 대하여 상기 원형관의 회전방향측으로 소정의 각도로 기울어진 방향을 따라 상기 용접재료를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 육성 용접 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 용접 토치는, 상기 원형관의 중심축에 수직인 기준면에 대하여 상기 용접 유닛의 후퇴 방향측으로 소정의 각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 육성 용접 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 용접 토치는, 상기 원형관의 중심축에 수직인 기준면에 대하여 상기 용접 유닛의 진행 방향측으로 소정의 각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 육성 용접 장치.