KR20180037536A

KR20180037536A - 잠호용접용 변형 저감 장치

Info

Publication number: KR20180037536A
Application number: KR1020160127841A
Authority: KR
Inventors: 전유철
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-04-12
Also published as: KR102552426B1

Abstract

본 발명은 모재(10)의 용접 변형을 저감하는 장치에 있어서: 상기 모재(10)에 상치 가능하도록 함체(32) 상에 흡열물질을 수용하는 흡열수단(30); 및 상기 흡열수단(30)에 의한 흡열반응을 개시하여 냉각을 수행하는 가동수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 화학적 반응을 이용한 흡열수단을 기반으로 하여 잠호용접 시 용접 변형 저감을 통하여 양호한 품질을 확보하는 동시에, 스트롱 백을 시공하는 작업 및 변형 수정 작업 등의 추가 시수 절감을 통한 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

Description

잠호용접용 변형 저감 장치{Apparatus for reducing distortion relating to submerged arc welding}

본 발명은 잠호용접용 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박 또는 해양 구조물 건조 과정에서 용접 시 발생하는 열에 의한 변형을 구속하는 잠호용접용 변형 저감 장치에 관한 것이다.

선박 또는 해양 구조물 건조는 대부분의 제작 공정에서 용접을 필요로 하는데, 용접에 의한 제작 공정은 필연적으로 변형을 유발하며, 이러한 변형을 수정하기 위한 추가적인 교정 작업은 생산성 저하의 주 원인으로 작용한다.

용접변형을 제어하기 위한 방법으로 용접부 구속용 스트롱 백(Strong back) 시공이 보편적이나 시공 시 용접으로 고정해야 하기 때문에 강성이 취약한 구조물에는 적합하지 않다. 스트롱 백은 용접선의 수직 방향으로 설치되므로 레일 주행을 해야 하는 잠호용접(Submerged Arc Welding, SAW)에는 적용하기 어렵다. 그럼에도 잠호용접 시 스트롱 백 시공 외에 변형 저감을 위한 구속 방안이 미비하다.

이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2010-0045000호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2011-0075449호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 주행 대차 및 주행 대차에 장착되는 용접 토치로 이루어지는 용접 장치에 있어서, 상기 용접 토치의 후방에 모재를 냉각시키기 위한 냉각기를 구비하여, 용접 잔류 응력 및 용접 변형 감소로 용접 품질 향상을 기대한다.

선행문헌 2는 입열부의 인접한 곳에 제어 가능한 냉각토치를 위치시켜 용접토치와 함께 이동함으로써 용접시 발생하는 용접변형과 내부의 용접잔류응력을 저감시키는 효과를 기대한다.

그러나, 선행문헌 1에서 냉각기로 수냉라인을 사용하고 선행문헌 2에서 냉각유체(기체)를 분사하는 방식은 용접부에 대한 부수적 영향을 초래할 우려가 크고 잠호용접에 적용하기에 적합하지 않다.

1. 한국 공개특허공보 제2010-0045000호 "냉각법에 의해 변형 제어 가능한 용접 장치" (공개일자 : 2010.05.03.) 2. 한국 공개특허공보 제2011-0075449호 "용접에 의한 변형의 저감이 가능한 용접 방법 및 장치" (공개일자 : 2011.07.06.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 용접 변형의 저감을 위한 가장 중요한 인자가 용접열의 분포 면적을 최소화 하는데 있음에 착안하여 스트롱 백을 대체할 수 있도록 화학적 반응을 이용한 흡열수단을 기반으로 하는 잠호용접용 변형 저감 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모재의 용접 변형을 저감하는 장치에 있어서: 상기 모재에 상치 가능하도록 함체 상에 흡열물질을 수용하는 흡열수단; 및 상기 흡열수단에 의한 흡열반응을 개시하여 냉각을 수행하는 가동수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 흡열수단은 질산암모늄, 염화암모늄, 황산암모늄, 탄산암모늄, 브롬화암모늄 중에서 선택되는 적어도 1종의 흡열물질을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 흡열수단은 방수포로 감싼 흡열물질을 함체에 수용하고, 방수포 내부에 물을 충진한 수낭을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 가동수단은 용접수단에 의하여 흡열수단 상으로 이동하는 가압롤러, 가압롤러의 표면에 수낭을 파열하도록 형성되는 파열핀을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 가동수단은 흡열수단의 수낭에 접촉된 상태로 노출되는 열전도체, 용접수단에 탑재되어 열전도체를 가열하는 레이저발사기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 화학적 반응을 이용한 흡열수단을 기반으로 하여 잠호용접 시 용접 변형 저감을 통하여 양호한 품질을 확보하는 동시에, 스트롱 백을 시공하는 작업 및 변형 수정 작업 등의 추가 시수 절감을 통한 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 제1실시예를 나타내는 모식도
도 2는 도 1의 장치에 의한 작동 상태를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제2실시예를 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면 모재(10)의 용접 변형을 저감하는 장치에 관하여 제안한다. 도 1에서 용접토치(22)를 탑재한 용접수단(20)을 이용하여 양측 모재(10)의 개선(15)을 접합하는 상태를 예시한다. 용접변형을 저감시키는 가장 중요한 인자는 용접열의 분포 면적을 최소화 하는데 있다. 이에, 본 발명은 화학적 반응을 이용한 흡열작용으로 개선(15)의 주변에 대한 냉각을 수행함을 요지로 한다.

특히, 본 발명은 잠호용접(SAW)에 적절하게 적용되지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 이 경우 용접수단(20)는 일측 모재(10)에 설치되는 레일(24) 상으로 주행휠(26)을 구동하여 주행한다. 레일 주행 방식에서 스트롱 백이 시공이 되어 있으면 용접 자체가 어려우며, 이면부에서 위보기 자세가 되기 때문에 스트롱 백 시공의 곤란성이 배가된다.

본 발명에 따르면 흡열수단(30)이 상기 모재(10)에 상치 가능하도록 함체(32) 상에 흡열물질을 수용하는 구조이다. 흡열수단(30)은 화학적 반응으로 흡열작용을 유발하는 흡열물질을 사용한다. 흡열물질은 고체상으로 구성하는 것이 선호되며, 함체(32) 상에 일정한 높이와 폭으로 수용된다. 함체(32)는 높은 단열성을 지닌 소재로 측벽을 구성하지만 모재(10)와 접촉하는 저면에 열전도율이 높은 동판 등의 소재를 구비한다. 도 1 및 도 2에서 모재(10)의 개선(15)을 중심으로 양측의 대향되는 위치에 함체(32)가 설치된 상태를 예시한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 흡열수단(30)은 질산암모늄, 염화암모늄, 황산암모늄, 탄산암모늄, 브롬화암모늄 중에서 선택되는 적어도 1종의 흡열물질을 사용하는 것을 특징으로 한다. 분말상의 질산암모늄이 물에 용해될 때 약 25 kj / mol의 열을 흡수하는 반응이 유발되며, 이러한 흡열 반응을 용접부에 근접하여 작용시키게 되면 용접열에 의한 영향을 최소화 할 수 있다. 질산암모늄 외에 염화암모늄, 황산암모늄, 탄산암모늄, 브롬화암모늄을 사용할 수도 있다.

이때, 이러한 물질은 어느 하나 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하여도 무방하다. 흡열물질의 분말상 입도는 0.5~3.5㎜ 범위에서 선택하며, 2종 이상인 경우 고르게 혼합되도록 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 흡열수단(30)은 방수포(34)로 감싼 흡열물질을 함체(32)에 수용하고, 방수포(34) 내부에 물을 충진한 수낭(36)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 방수포(34)는 강도, 내열성 등의 물성을 기반으로 하면서 높은 방수성을 요한다. 흡열물질은 방수포(34)에 충진된 상태로 함체(32)에 일정한 높이로 유지된다. 수낭(36)은 함체(32)의 길이 방향으로 배치되는 주머니 구조로서 일정한 간격으로 격벽(셀)을 구비하여 물의 순차적 유출을 허용한다. 방수포(34) 내에서 수낭(36)의 매립 위치는 최대한 표면에 인접하도록 설정한다. 물의 신속한 유출을 위해 수낭(36)을 상하로 길게 배치하거나 내부 수압을 높일 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 가동수단(40)이 상기 흡열수단(30)에 의한 흡열반응을 개시하여 냉각을 수행하는 구조이다. 가동수단(40)은 용접수단(20)의 주행 속도에 맞추어 수낭(36)의 격리된 셀 단위로 물이 유출되도록 한다. 유출된 물은 흡열물질과 신속하게 반응하여 흡열반응을 유발한다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 가동수단(40)은 용접수단(20)에 의하여 흡열수단(30) 상으로 이동하는 가압롤러(45), 가압롤러(45)의 표면에 수낭(36)을 파열하도록 형성되는 파열핀(47)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 한 쌍의 대향하는 가압롤러(45)가 연결대(43)로 연결되는 동시에 견인대(41)를 개재하여 용접수단(20)의 후단에 견인 가능하게 연결된다. 양측 가압롤러(45)의 이동속도를 맞추기 위해 견인대(41)는 연결대(43)의 중앙에 연결하는 것이 좋다. 가압롤러(45)는 외주면에 다수의 파열핀(47)을 구비하며 방수포(34)와 마찰되면서 별도의 동력이 없이도 회전된다. 파열핀(47)은 방수포(34)의 내부에 매립된 수낭(36)을 찔러서 물의 유출을 유발한다. 가압롤러(45)는 용접수단(20)의 후단 견인으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 가동수단(40)은 흡열수단(30)의 수낭(36)에 접촉된 상태로 노출되는 열전도체(52), 용접수단(20)에 탑재되어 열전도체(52)를 가열하는 레이저발사기(55)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 3을 참조하면, 열전도체(52)와 레이저발사기(55)를 부가하는 방식으로 전술한 견인대(41), 연결대(43), 가압롤러(45)를 배제하는 또 다른 실시예를 예시한다. 열전도체(52)는 상단에서 방수포(34)의 내면이나 외면으로 노출되고 하단에서 수낭(36)의 일지점이나 다지점에 접촉한다. 레이저발사기(55)는 용접수단(20)에 부착되어 동일한 주행속도를 유지하며, 점(point) 조사보다는 라인(line) 조사로 구성하는 것이 좋다. 레이저발사기(55)가 함체(32)의 상면을 조사하면서 이동하는 동안 레이저광이 해당 열전도체(52)를 급격히 승온시켜 수낭(36)의 순차적인 파열과 흡열반응을 유발한다.

물론, 상기 제1실시예와 제2실시예를 중복적으로 적용하면 작동 신뢰성을 높일 수 있다.

본 발명은 특히 SAW의 수행을 위한 용접수단(20)의 개조 없이 용접 전 함체(32), 방수포(34), 수낭(36)의 설치 작업만으로 용접변형을 저감하여 품질과 생산성 향상을 기대할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 모재 15: 개선
20: 용접수단 22: 용접토치
24: 레일 26: 주행휠
30: 흡열수단 32: 함체
34: 방수포 36: 수낭
40: 가동수단 41: 견인대
43: 연결대 45: 가압롤러
47: 파열핀 52: 열전도체
55: 레이저발사기

Claims

모재(10)의 용접 변형을 저감하는 장치에 있어서:
상기 모재(10)에 상치 가능하도록 함체(32) 상에 흡열물질을 수용하는 흡열수단(30); 및
상기 흡열수단(30)에 의한 흡열반응을 개시하여 냉각을 수행하는 가동수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 잠호용접용 변형 저감 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 흡열수단(30)은 질산암모늄, 염화암모늄, 황산암모늄, 탄산암모늄, 브롬화암모늄 중에서 선택되는 적어도 1종의 흡열물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 잠호용접용 변형 저감 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 흡열수단(30)은 방수포(34)로 감싼 흡열물질을 함체(32)에 수용하고, 방수포(34) 내부에 물을 충진한 수낭(36)을 구비하는 것을 특징으로 하는 잠호용접용 변형 저감 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가동수단(40)은 용접수단(20)에 의하여 흡열수단(30) 상으로 이동하는 가압롤러(45), 가압롤러(45)의 표면에 수낭(36)을 파열하도록 형성되는 파열핀(47)을 구비하는 것을 특징으로 하는 잠호용접용 변형 저감 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가동수단(40)은 흡열수단(30)의 수낭(36)에 접촉된 상태로 노출되는 열전도체(52), 용접수단(20)에 탑재되어 열전도체(52)를 가열하는 레이저발사기(55)를 구비하는 것을 특징으로 하는 잠호용접용 변형 저감 장치.