KR20190039462A - 수평 필릿 용접 장치 및 수평 필릿 용접 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 안정된 완전 용입 용접이 가능하며, 또한 용접 잔재나 용접 중의 토치의 위치 어긋남이 없는 수평 필릿 용접 장치를 제공하는 것이다. 해결 수단으로서, 하판(U)의 상방에 있어서, 복수의 입판(L)의 나열 방향으로 연장 설치되는 프레임(2)과, 프레임(2)을 입판(L)의 연장 설치 방향으로 상대 이동 가능한 구동 기구(5)와, 용접 토치(55A, 55B)를 갖는 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B), 및 프레임(2)을 따라서 복수의 입판(L)의 나열 방향으로 이동 가능하게 프레임(2)에 장착되며, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 지지하는 지지 부재(11)를 갖는 용접 헤드(10)를 구비한다. 용접 헤드(10)는, 지지 부재(11)에 대하여 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 복수의 입판(L)의 나열 방향으로 이동시키는 좌우 이동 기구(12)와, 지지 부재(11)에 대하여 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 서로 독립적으로, 입판(L)의 연장 설치 방향으로 이동시키는 한쌍의 전후 이동 기구(13A, 13B)를 구비한다.

Description

수평 필릿 용접 장치 및 수평 필릿 용접 방법{HORIZONTAL FILLET WELDING APPARATUS AND HORIZONTAL FILLET WELDING METHOD}
본 발명은 수평 필릿 용접 장치 및 수평 필릿 용접 방법에 관한 것이다.
조선이나 교량 등의 대형 구조물에서 사용하는 장척인 강재를 자동으로 수평 필릿 용접할 때에는, 용접 토치를 각각 구비한 한쌍의 용접 헤드를 입판의 양측에 배치하고, 한쌍의 용접 헤드를 용접 방향을 따라서 이동시키면서 용접하는 것이 실행되고 있다. 이와 같은 수평 필릿 용접 장치에서는 고능률, 고정밀도의 용접이 요구되고 있으며, 종래는 다전극화에 의한 능률 향상이나 여러 가지의 센서를 적용한 정밀도 향상이 도모되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 가스 실드 아크 용접 장치에서는, 2개의 전극용 토치를 사용했을 때의 아크 간섭에 의한 용융 풀 형상의 변동을 억제하기 위해, 2개의 전극용 토치의 사이에, 필러 와이어용 토치를 구비하는 것이 기재되어 있다. 특히, 특허문헌 1에서는, 전극용 토치 및 필러 와이어용 토치를 용접 방향, 수직 방향, 맞댐 방향을 포함하는 전체 방향, 또한 소망의 방향으로 회동시켜, 각 토치의 전극 사이의 극간 거리나, 토치 각도를 적절히 조정하는 것에 의해, 최적의 용접 조건으로 용이하게 조정한다.
또한, 특허문헌 2에는, 용접 토치에 선행하여 용접부의 위치의 변화를 검출하는 모방 센서와, 이 모방 센서로부터의 검출 신호에 의해 용접 토치를 이동시켜 용접부를 따르게 하는 이동 장치를 마련하고, 용접부의 위치 변화에 용접 토치를 추종시켜 정밀도 양호하게 용접하도록 한 조재(條材) 용접 장치가 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제 2012-179613 호 공보 일본 특허 공개 제 평8-99173 호 공보
그런데, 기계적 성능의 관점에서, 용접부는 완전 용입으로 하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 수평 필릿 용접에 있어서 용접부를 완전 용입으로 하는 경우, 고전류로 용접을 실행할 필요가 있다. 입판의 좌우 양측의 용접 헤드가 용접 방향에 있어서 동일한 위치에서 고전류 용접을 실행하면, 서로 마주보는 전극의 2극 사이에서 아크 간섭이 현저하게 일어나, 용접 결함이 발생할 가능성이 높아진다. 이 때문에, 용접부를 완전 용입으로 하고 싶은 경우는 각 용접 헤드의 용접 위치를 용접 방향으로 시프트시킬 필요가 있지만, 단순하게 각 용접 헤드를 시프트하면, 용접의 시단(始端) 또는 종단(終端)에 용접 잔재가 발생하는 과제가 있다. 또한, 용접의 시단 또는 종단에 있어서의 용접 잔재를 방지하기 위해, 각 용접 헤드의 이동 가능 길이를 용접 길이보다 각 용접 헤드의 시프트 길이분만큼 길게 하여, 용접부로부터 벗어난 위치에 있는 용접 토치의 아크를 오프(OFF)로 하여 용접하는 것이 고려된다. 그렇지만, 이러한 경우, 하판이나 입판을 따라서 용접 헤드를 안내하는 가이드 기구가, 용접 초기(初期) 또는 용접 종기(終期)에서는 하판이나 입판과 접촉 또는 이탈하기 때문에, 그 때에 토치 위치가 어긋날 우려가 있다. 종래에, 이와 같은 기구의 수평 필릿 용접 장치에 있어서 완전 용입은 상정되어 있지 않은 것도 있으며, 특허문헌 1 및 2에 기재된 용접 장치는 상기 과제에 대하여 고려한 것은 아니다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 안정된 완전 용입 용융 용접이 가능하며, 또한 용접 잔재나 용접 중의 토치의 위치 어긋남이 없는 수평 필릿 용접 장치 및 수평 필릿 용접 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 상기 목적은 하기와 같은 구성에 의해 달성된다.
(1) 하판과, 상기 하판의 상면에 나열되어 입설된 복수의 입판을 구비하는 구조물에 대하여, 상기 하판과 상기 입판이 접촉하는, 상기 입판의 좌우 양측에 있어서의 피용접부를 동시에 수평 필릿 용접하는 수평 필릿 용접 장치로서,
상기 하판의 상방에 있어서, 상기 복수 입판의 나열 방향으로 연장 설치되는 프레임과,
상기 프레임 또는 상기 하판을 상기 입판의 연장 설치 방향으로 상대 이동 가능한 구동 기구와,
단일 또는 복수의 용접 토치를 각각 갖는 한쌍의 헤드 본체, 및 상기 프레임을 따라서 상기 복수 입판의 나열 방향으로 이동 가능하게 상기 프레임에 장착되며, 상기 한쌍의 헤드 본체를 지지하는 지지 부재를 갖는 적어도 1개의 용접 헤드를 구비하며,
상기 용접 헤드는, 상기 지지 부재에 대하여 상기 한쌍의 헤드 본체를 상기 복수 입판의 나열 방향으로 이동시키는 좌우 이동 기구와, 상기 지지 부재에 대하여 상기 한쌍의 헤드 본체를 서로 독립적으로, 상기 입판의 연장 설치 방향으로 이동시키는 한쌍의 전후 이동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 수평 필릿 용접 장치.
(2) 상기 전후 이동 기구와, 상기 헤드 본체는 요동 회전 가능한 요동축을 거쳐서 접속되는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 수평 필릿 용접 장치.
(3) 상기 전후 이동 기구와 상기 헤드 본체 사이, 또는 상기 헤드 본체에는, 상기 헤드 본체의 상하 이동을 허용하는 상하 슬라이드 기구와, 상기 헤드 본체를 상기 하판을 향하여 부세(付勢)하는 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 수평 필릿 용접 장치.
(4) 상기 한쌍의 헤드 본체의 상기 용접 토치는 선행극 토치 및 후행극 토치로 이루어지고,
상기 하판의 표면에 대한 상기 선행극 토치의 토치각은 5°~40°이며,
상기 하판의 표면에 대한 상기 후행극 토치의 토치각은 40°~60°인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 수평 필릿 용접 장치.
(5) 상기 용접 토치는 그 상하 방향으로 연장되는 부분으로부터 상기 복수 입판의 나열 방향으로 만곡되는 적어도 1개의 굽힘부를 갖고,
상기 선행극 토치의 굽힘부의 곡률 반경은 60~120㎜, 굽힘 각도는 50°~85°이며,
상기 후행극 토치의 굽힘부의 곡률 반경은 60~120㎜, 굽힘 각도는 30°~50°인 것을 특징으로 하는 (4)에 기재된 수평 필릿 용접 장치.
(6) 상기 헤드 본체는 상기 입판의 형상을 따라서 상기 헤드 본체를 이동시키는 적어도 1개의 모방 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 수평 필릿 용접 장치.
(7) 상기 전후 이동 기구에 의한 상기 입판의 연장 설치 방향에 있어서의 상기 헤드 본체의 이동 스트로크는 0㎜~600㎜의 범위에서 설정되는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 기재된 수평 필릿 용접 장치.
(8) 용접 토치에 의해 상기 하판과 상기 입판의 상기 피용접부를 수평 필릿 용접할 때, 용접 시단으로부터 용접 종단까지 상기 프레임 또는 상기 하판을 소정의 속도로 연속하여 상대 이동하도록 상기 구동 기구를 제어하는 동시에, 상기 용접 시단으로부터 용접하는 용접 초기에 있어서, 상기 한쌍의 헤드 본체가 상기 복수 입판의 나열 방향에서 서로 대향한 상태로부터 상기 한쌍의 헤드 본체가 사전결정된 시프트 길이분만큼 상대적으로 어긋나도록 한쪽의 상기 전후 이동 기구를 제어하고, 또한 상기 용접 종단까지 용접하는 용접 종기에 있어서, 상기 한쌍의 헤드 본체가 사전결정된 시프트 길이분만큼 상대적으로 어긋난 상태로부터 상기 한쌍의 헤드 본체가 상기 복수 입판의 나열 방향에서 서로 대향하도록 다른쪽의 상기 전후 이동 기구를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 수평 필릿 용접 장치.
(9) (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 수평 필릿 용접 장치를 이용하여, 하판과, 상기 하판의 상면에 나열되어 입설된 복수의 입판을 구비하는 구조물에 대하여, 상기 하판과 상기 입판이 접촉하는, 상기 입판의 좌우 양측에 있어서의 피용접부를 동시에 수평 필릿 용접하는 수평 필릿 용접 방법으로서,
상기 한쌍의 헤드 본체를 상기 전후 이동 기구의 용접 방향 전방 위치에 위치시키는 동시에, 상기 한쌍의 헤드 본체를 상기 피용접부의 용접 시단에 있어서 상기 입판의 좌우 양측에 배치하는 준비 공정과,
상기 구동 기구에 의해 상기 프레임 또는 상기 하판을 상기 입판의 연장 설치 방향으로 상대 이동시켜, 상기 한쌍의 헤드 본체 내의 한쪽의 헤드 본체에서 사전결정된 시프트 길이의 용접을 상기 입판의 한쪽의 상기 피용접부에 대하여 실행하고, 상기 전후 이동 기구에 의해 상기 한쌍의 헤드 본체 내의 다른쪽의 헤드 본체를 상기 피용접부에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 상기 프레임 또는 상기 하판의 이동 속도와 동일 속도로 이동시키는 제 1 용접 공정과,
상기 한쪽의 헤드 본체가 상기 시프트 길이의 용접을 종료했을 때, 상기 전후 이동 기구에 의한 상기 다른쪽의 헤드 본체의 이동을 정지하고, 상기 구동 기구에 의해 상기 한쌍의 헤드 본체를 상기 프레임 또는 상기 하판과 함께 이동시켜 상기 입판의 좌우 양측의 상기 피용접부를 동시에 용접하는 제 2 용접 공정과,
상기 한쪽의 헤드 본체가 상기 한쪽의 피용접부의 용접 종단까지 용접했을 때, 상기 전후 이동 기구에 의해 상기 한쪽의 헤드 본체를 상기 피용접부에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 상기 프레임 또는 상기 하판의 이동 속도와 동일 속도로 이동시키면서, 상기 다른쪽의 헤드 본체에 의해 상기 입판의 다른쪽의 상기 피용접부의 잔부를 용접하는 제 3 용접 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 수평 필릿 용접 방법.
(10) 상기 구동 기구는 상기 프레임을 상기 입판의 연장 설치 방향으로 이동시키고,
상기 제 1 용접 공정은 상기 다른쪽의 헤드 본체를 상기 프레임의 이동 방향과 역방향으로 이동시키고,
상기 제 3 용접 공정은 상기 한쪽의 헤드 본체를 상기 프레임의 이동 방향과 역방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 수평 필릿 용접 방법.
(11) 상기 구동 기구는 상기 하판을 상기 입판의 연장 설치 방향으로 이동시키고,
상기 제 1 용접 공정은 상기 다른쪽의 헤드 본체를 상기 하판의 이동 방향과 동일 방향으로 이동시키고,
상기 제 3 용접 공정은 상기 한쪽의 헤드 본체를 상기 하판의 이동 방향과 동일 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 수평 필릿 용접 방법.
또한, 본 발명에 있어서의, 「상기 입판의 좌우 양측의 피용접부에 대하여 동시에 수평 필릿 용접을 실행함」이란, 한쌍의 헤드 본체의 용접 토치가 입판의 연장 설치 방향으로 시프트 길이만큼 어긋나게 한 상태에서 용접되는 경우를 포함한다.
본 발명의 수평 필릿 용접 장치에 의하면, 하판의 상방에 있어서, 복수 입판의 나열 방향으로 연장 설치되는 프레임과, 프레임 또는 하판을 입판의 연장 설치 방향으로 상대 이동 가능한 구동 기구와, 단일 또는 복수의 용접 토치를 각각 갖는 한쌍의 헤드 본체, 및 프레임을 따라서 복수 입판의 나열 방향으로 이동 가능하게 프레임에 장착되며, 한쌍의 헤드 본체를 지지하는 지지 부재를 갖는 적어도 1개의 용접 헤드를 구비한다. 용접 헤드는, 지지 부재에 대하여 한쌍의 헤드 본체를 복수 입판의 나열 방향으로 이동시키는 좌우 이동 기구와, 지지 부재에 대하여 한쌍의 헤드 본체를 서로 독립적으로, 입판의 연장 설치 방향으로 이동시키는 한쌍의 전후 이동 기구를 구비한다. 이에 의해, 용접 잔재나, 용접 중의 토치의 위치 어긋남이 없는, 완전 용입 용접에 의한 수평 필릿 용접을 안정적으로 실행할 수 있다.
또한, 본 발명의 수평 필릿 용접 방법에 의하면, 상술한 수평 필릿 용접 장치를 구비하고, 한쌍의 헤드 본체를 전후 이동 기구의 용접 방향 전방 위치에 위치시키는 동시에, 한쌍의 헤드 본체를 피용접부의 용접 시단에 있어서 입판의 좌우 양측에 배치하는 준비 공정과, 구동 기구에 의해 프레임 또는 하판을 입판의 연장 설치 방향으로 상대 이동시켜, 한쌍의 헤드 본체 내의 한쪽의 헤드 본체에서 사전결정된 시프트 길이의 용접을 입판의 한쪽의 피용접부에 대하여 실행하고, 전후 이동 기구에 의해 한쌍의 헤드 본체 내의 다른쪽의 헤드 본체를 피용접부에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 프레임 또는 하판의 이동 속도와 동일 속도로 이동시키는 제 1 용접 공정과, 한쪽의 헤드 본체가 시프트 길이의 용접을 종료했을 때, 전후 이동 기구에 의한 다른쪽의 헤드 본체의 이동을 정지하고, 구동 기구에 의해 한쌍의 헤드 본체를 프레임 또는 하판과 함께 이동시켜 입판의 좌우 양측의 피용접부를 동시에 용접하는 제 2 용접 공정과, 한쪽의 헤드 본체가 한쪽의 피용접부의 용접 종단까지 용접되었을 때, 전후 이동 기구에 의해 한쪽의 헤드 본체를 피용접부에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 프레임 또는 하판의 이동 속도와 동일 속도로 이동시키면서, 다른쪽의 헤드 본체에 의해 입판의 다른쪽의 피용접부의 잔부를 용접하는 제 3 용접 공정을 구비한다. 이에 의해, 용접 잔재나, 용접 중의 토치의 위치 어긋남이 없는, 완전 용입 용접에 의한 수평 필릿 용접을 안정적으로 실행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수평 필릿 용접 장치의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 수평 필릿 용접 장치의 측면도이다.
도 3은 프레임과 지지 부재의 연결 구조를 도시하는 사시도이다.
도 4는 헤드 본체의 정면도이다.
도 5는 헤드 본체의 측면도이다.
도 6a는 선행극 토치의 정면도이다.
도 6b는 후행극 토치의 정면도이다.
도 7은 한쪽의 용접 헤드에서의 수평 필릿 용접 개시 시에 있어서의 각 헤드 본체 상태를 도시하는 사시도이다.
도 8은 다른쪽의 용접 헤드에서의 수평 필릿 용접 개시 시에 있어서의 각 헤드 본체 상태를 도시하는 사시도이다.
도 9는 한쪽의 용접 헤드에서의 수평 필릿 용접 종료 시에 있어서의 각 헤드 본체 상태를 도시하는 사시도이다.
도 10은 다른쪽의 용접 헤드에서의 수평 필릿 용접 종료 시에 있어서의 각 헤드 본체 상태를 도시하는 사시도이다.
도 11은 하판에 대한 프레임의 이동 속도, 프레임에 대한 한쪽의 헤드 본체의 이동 속도, 프레임에 대한 다른쪽의 헤드 본체의 이동 속도, 하판에 대한 한쪽의 헤드 본체의 이동 속도, 및 하판에 대한 다른쪽의 헤드 본체의 이동 속도를 나타내는 타임 차트이다.
이하, 본 발명에 따른 수평 필릿 용접 장치의 일 실시형태를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 수평 필릿 용접 장치의 정면도, 도 2는 그 측면도이다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 수평 필릿 용접 장치(1)는, 수평으로 설치된 하판(U)과, 하판(U)의 상면에 수직으로 나열되어 배치된 복수의 입판(L)을 구비하는 구조부에 대하여 수평 필릿 용접을 실행하는, 이른바 라인 웰더(line welder)이다. 즉, 수평 필릿 용접 장치(1)는, 하판(U)과 입판(L)이 접촉하는, 입판(L)의 좌우 양측에 있어서의 피용접부(W)에 대하여, 용접 헤드(10)를 이동시키면서, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)에서 좌우 양측의 피용접부(W)를 동시에 완전 용입 용접에 의해 수평 필릿 용접한다.
또한, 이하의 설명에 있어서는, 입판(L)의 연장 설치 방향, 즉 용접 방향을 X 방향, 또는 전후 방향으로 하고, 복수의 입판(L)의 나열 방향, 즉 용접 방향에 직교하는 수평 방향을 Y 방향, 또는 좌우 방향으로 하고, X 방향 및 Y 방향에 직교하는 방향을 Z 방향, 또는 상하 방향으로 나타낸다.
수평 필릿 용접 장치(1)는, 입판(L)의 상방에서 Y 방향, 즉 복수의 입판(L)의 나열 방향으로 연장 설치되는 프레임(2)과, 프레임(2)의 좌우 양측에 마련된 지주(3)를 프레임(2)과 함께 X 방향, 즉 입판(L)의 연장 설치 방향으로 이동시키는 구동 기구(5)와, 프레임(2)을 따라서 Y 방향으로 이동 가능하게 프레임(2)에 장착되는 적어도 1개(본 실시형태에서는, 4개)의 용접 헤드(10)와, 구동 기구(5) 및 용접 헤드(10)를 제어하는 제어부(70)를 구비한다.
여기에서, 프레임(2) 및 지주(3)는, 하판(U) 및 입판(L)을 걸치도록 배치되는 문형 프레임(4)을 구성한다. 또한, 구동 기구(5)는, 도시하지 않은 구동 모터 등에 의해, 주행 롤러(6)를 회전 구동시키는 것에 의해, 문형 프레임(4)을 X 방향으로 이동시킨다. 또한, 본 발명은, 문형 프레임(4)과 하판(U)이 X 방향으로 상대 이동하는 구성이면 좋고, 하판(U)을 X 방향으로 이동시켜도 좋다.
용접 헤드(10)는, 지지 부재(11)와, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)와, 지지 부재(11)에 대하여 헤드 본체(14A, 14B)를 Y 방향으로 이동시키는 좌우 이동 기구(12)와, 지지 부재(11)에 대하여 헤드 본체(14A, 14B)를 X 방향으로 서로 독립적으로 이동시키는 한쌍의 전후 이동 기구(13A, 13B)를 구비한다. 좌우 이동 기구(12)와 한쌍의 전후 이동 기구(13A, 13B)는 지지 부재(11)와 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B) 사이에 마련된다.
도 3도 참조하여, 지지 부재(11)는, 헤드 본체(14A, 14B)를 Y 방향 및 Z 방향으로 이동시키는 것이며, 지지 부재(11)의 가동 기판(15)에 마련된 슬라이더(16)가 프레임(2)의 전방면에 고정된 2개의 수평 가이드 레일(17)에 걸쳐지도록 마련되며, 도시하지 않은 구동 모터로 구동되어 지지 부재(11)를 수평 가이드 레일(17)을 따라서 Y 방향으로 이동시킨다.
또한, 가동 기판(15)의 전방면에 마련된 슬라이더(18)는, 지지 부재(11)의 제 1 칼럼(19)에 마련된 수직 가이드 레일(20)에 걸쳐지도록 마련되며, 지지 부재(11)를 수직 가이드 레일(20)을 따라서 Z 방향으로 안내한다. 제 1 칼럼(19)의 상부에는, 피스톤 로드(22)의 선단이 가동 기판(15)에 고정된 에어 실린더(21)가 배치되어 있다. 이에 의해, 에어 실린더(21)를 작동시켜 피스톤 로드(22)를 인출 또는 인입하는 것에 의해, 지지 부재(11)가 Z 방향으로 이동한다.
상하의 가로 스테이(stay)(23)에 의해 제 1 칼럼(19)에 대하여 평행하게 고정된 제 2 칼럼(24)의 하부에는, X 방향으로 연장되는 한쌍의 X 프레임(25)이 고정되어 있다. 한쌍의 X 프레임(25)의 X 방향 양단부에는, Y 프레임(26)이 Y 방향으로 연장되어서 고정되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 가동 기판(15), 제 1 칼럼(19), 가로 스테이(23), 제 2 칼럼(24), 및 한쌍의 X 프레임(25)은 지지 부재(11)를 구성하고 있다.
또한, 각 Y 프레임(26)의 하면에 고정된 좌우 가이드 레일(27)에는, 헤드 본체 지지 프레임(28)의 상면에 고정된 슬라이더(29)가 걸쳐지도록 마련되며, 한쌍의 헤드 본체 지지 프레임(28)을 좌우 가이드 레일(27)을 따라서 Y 방향으로 안내한다.
도 4도 참조하여, 한쌍의 헤드 본체 지지 프레임(28)은, 각각 헤드 본체 지지 프레임(28)에 고정된 연결판(30)을 거쳐서 좌우 이동용 실린더(31)의 실린더 본체(32) 및 실린더 로드(33)에 연결되어 있다. 이에 의해, 한쌍의 헤드 본체 지지 프레임(28)은, 좌우 이동용 실린더(31)를 작동시켜 실린더 로드(33)를 취출 또는 인입하는 것에 의해, 서로 접근 또는 이격시키는 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
즉, Y 프레임(26), 좌우 가이드 레일(27), 슬라이더(29), 및 좌우 이동용 실린더(31)는 한쌍의 헤드 본체 지지 프레임(28), 더욱이는 헤드 본체(14A, 14B)를 서로 접근 또는 이격시키는 방향으로 이동시키는 좌우 이동 기구(12)를 구성한다.
도 4 및 도 5도 참조하여, 한쌍의 헤드 본체 지지 프레임(28)의 하면에는, 각각 전후 가이드 레일(35)이 X 방향으로 연장되어서 고정되어 있다. 각각의 전후 가이드 레일(35)에는, 헤드 본체(14A, 14B)의 헤드 본체 지지판(36A, 36B)에 고정된 한쌍의 슬라이더(37)가 걸쳐지도록 마련되며, 헤드 본체 지지판(36), 더욱이는 헤드 본체(14A, 14B)를 각각 X 방향으로 안내한다.
헤드 본체 지지판(36A, 36B)에는, 볼 나사 기구(34) 및 전후 이동용 모터(38A, 38B)가 배치되어 있으며, 전후 이동용 모터(38A, 38B)를 작동시키는 것에 의해, 볼 나사 기구(34)가 회전하고, 헤드 본체 지지판(36A, 36B)이 전후 가이드 레일(35)에 안내되어, 헤드 본체(14A, 14B)와 함께 전후 방향으로 이동한다. 전후 이동용 모터(38A, 38B)는 제어부(70)로 제어되어 서로 독립적으로 작동 가능하며, 따라서, 헤드 본체(14A, 14B)는 서로 독립적으로 X 방향으로 이동 가능하다.
즉, 헤드 본체 지지 프레임(28), 전후 가이드 레일(35), 헤드 본체 지지판(36A, 36B), 슬라이더(37), 볼 나사 기구(34), 및 전후 이동용 모터(38A, 38B)는 헤드 본체(14A, 14B)를 서로 독립적으로 X 방향으로 이동시키는 전후 이동 기구(13A, 13B)를 구성한다.
전후 이동 기구(13A, 13B)에 의한 헤드 본체(14A, 14B)의 X 방향의 이동 스트로크는 0㎜~600㎜의 범위로 설정된다.
헤드 본체 지지판(36A, 36B)에는, 각각 헤드 본체(14A, 14B)가 요동축(39)을 거쳐서 배치되어 있으며, 헤드 본체(14A, 14B)는 헤드 본체 지지판(36A, 36B)에 대하여 요동축(39)을 중심으로 하여 각각 요동 가능하다.
다음에, 헤드 본체(14A, 14B)에 대하여 설명한다. 또한, 헤드 본체(14A, 14B)는, 후술하는 선행극 토치와 후행극 토치의 배치가 반대로 되는 점에서 상이하지만, 그 외에는 실질 동일한 구조를 갖고 있으므로, 한쪽의 헤드 본체(14A)에 대하여 설명하고, 다른쪽의 헤드 본체(14B)의 설명을 일부 생략한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 헤드 본체(14A)는, 상단이 천정판(41a)으로 연결된 한쌍의 레그부(41b)를 갖는 ㄷ자 프레임(40)이 요동축(39)에 고정되어 있다. 한쌍의 레그부(41b)의 내측면에는, 각각 슬라이더(42)가 고정되어 있다. 각 슬라이더(42)는, 헤드 본체 프레임(43)의 외측면에 고정된 상하 가이드 레일(44)에 걸쳐지도록 마련되며, 헤드 본체 프레임(43)을 ㄷ자 프레임(40)에 대하여 상하 방향으로 이동 가능하게 안내한다. 따라서, ㄷ자 프레임(40), 슬라이더(42), 상하 가이드 레일(44), 헤드 본체 프레임(43)은 헤드 본체(14A, 14B)의 상하 이동을 허용하는 상하 슬라이드 기구(60)를 구성한다.
헤드 본체 프레임(43)은, 상하 방향으로 연장 설치된 한쌍의 상하 프레임(45)과, 해당 한쌍의 상하 프레임(45)의 상부 및 중간부에서, 해당 한쌍의 상하 프레임(45)끼리를 연결하는 한쌍의 연결 프레임(46A, 46B)을 구비한다(도 8도 참조).
ㄷ자 프레임(40)의 천정판(41a)과, 각 헤드 본체 프레임(43)의 상방의 연결 프레임(46A) 사이에는, 코일 스프링 등의 탄성 부재(48)가 장착되어 헤드 본체 프레임(43)을 상시 하방으로 부세하고 있다.
한쌍의 상하 프레임(45)의 하단에는, 입판(L)을 향하여 Y 방향으로 연장되는 L자 형상의 플레이트(49)가 각각 장착되며, 각 플레이트(49)에는, 수직축을 중심으로 하여 회전 가능한 모방 롤러(50)와, 하판(U) 상을 전동 가능한 주행 롤러(51)가 유닛화된 롤러 유닛(61)이 배치되어 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 모방 롤러(50)는, 입판(L)을 좌우 양측으로부터 협지하고, 입판(L)의 형상을 따라서 한쌍의 헤드 본체 프레임(43), 환언하면, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 이동시키는 모방 수단을 구성한다.
또한, 한쌍의 상하 프레임(45)에는, 토치 홀더(52)가 각각 마련되어 있으며, 토치 홀더(52)는 선행극 토치(53A), 및 후행극 토치(54A)의 상하 방향으로 연장되는 부분을 보지한다. 즉, 헤드 본체(14A)는, 선행극 토치(53A), 및 후행극 토치(54A)로 이루어지는 1조의 용접 토치(55A)를 구비하고, 헤드 본체(14B)는 선행극 토치(53B), 및 후행극 토치(54B)로 이루어지는 다른 1조의 용접 토치(55B)를 구비한다.
도 6a 및 도 6b는 헤드 본체(14A)의 선행극 토치(53A) 및 후행극 토치(54A)를 도시하지만, 헤드 본체(14B)의 선행극 토치(53B) 및 후행극 토치(54B)도 동일한 구성을 갖는다. 즉, 선행극 토치(53A, 53B) 및 후행극 토치(54A, 54B)는, 상하 방향으로 연장되는 부분으로부터, 선단부의 용접 전극이 입판(L)의 피용접부(W)를 지향하도록 Y 방향으로 만곡되는 굽힘부(56)를 구비한다. 선행극 토치(53A, 53B)는, 굽힘부(56)의 곡률 반경(R1)이 60~120㎜, 굽힘 각도(α1)가 50°~85°이며, 하판(U)의 표면에 대한 토치각(θ1)은 5°~40°로 설정되어 있다. 또한, 후행극 토치(54A, 54B)는, 굽힘부(56)의 곡률 반경(R2)이 60~120㎜, 굽힘 각도(α2)가 30°~50°이며, 하판(U)의 표면에 대한 토치각(θ2)은 40°~60°로 설정되어 있다.
또한, 토치 홀더(52)는 선행극 토치(53A, 53B) 및 후행극 토치(54A, 54B)를 Y 방향 및 Z 방향으로 미조정 가능하게 보지하고 있다.
다음에, 도 1 및 도 7 내지 도 11을 참조하여 수평 필릿 용접 장치(1)에 의한 수평 필릿 용접 순서에 대하여 설명한다. 또한, 도 7은 한쪽의 용접 헤드에서의 수평 필릿 용접 개시 시에 있어서의 한쌍의 헤드 본체 상태를 도시하고, 도 8은 다른쪽의 용접 헤드에서의 수평 필릿 용접 개시 시에 있어서의 한쌍의 헤드 본체 상태를 도시한다. 또한, 도 9는 한쪽의 용접 헤드에서의 수평 필릿 용접 종료 시에 있어서의 한쌍의 헤드 본체 상태를 도시하고, 도 10은 다른쪽의 용접 헤드에서의 수평 필릿 용접 종료 시에 있어서의 한쌍의 헤드 본체 상태를 도시한다. 또한, 도 11은 프레임 및 한쌍의 헤드 본체의 움직임을 나타내는 타임 차트이며, (A)의 구동 기구(5), 및 (B) 및 (C)의 전후 구동 기구(13A, 13B)의 구동 시에 있어서의 가감속은 도시 생략되어 있다.
우선, 도 1에 도시하는 바와 같이, 좌우 이동 기구(12)의 좌우 이동용 실린더(31)를 작동시켜 실린더 로드(33)를 인출하고, 한쌍의 헤드 본체 지지 프레임(28)을 외측으로 이동시킨다. 이에 의해, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)가 하강했을 때에 입판(L)과 간섭하지 않는 위치로 이격된다.
또한, 도 4 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 전후 이동 기구(13A, 13B)의 전후 이동용 모터(38A, 38B)를 작동시켜, 헤드 본체(14A, 14B)를 전후 이동 기구(13A, 13B)의 한쌍의 헤드 본체 지지 프레임(28)의 용접 방향(X 방향) 전방 위치에 위치시킨다.
이어서, 구동 기구(5)에 의해, 프레임(2)을 X 방향으로 이동시켜 용접 개시 위치에 위치시키는 동시에, 도시하지 않은 구동 모터에 의해, 지지 부재(11)를 Y 방향으로 이동시켜, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)가 입판(L)을 사이에 두는 위치의 상방에 위치시킨다.
그리고, 에어 실린더(21)를 작동시켜 지지 부재(11)를 하강시키고, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)의 주행 롤러(51)에 의해 하판(U)을 입판(L)의 양측에서 가압한다. 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)는, 상하 슬라이드 기구(60)와, ㄷ자 프레임(40)의 천정판(41a)과, 각 헤드 본체 프레임(43)의 상방의 연결 프레임(46A) 사이에 장착되어 있는 탄성 부재(48)에 의해, 상하 방향으로 여유도(余裕度)를 갖게 하고 있으므로, 하판(U)을 대략 일정한 압력으로 가압할 수 있다.
그리고, 좌우 이동용 실린더(31)의 실린더 로드(33)를 인입하면, 한쌍의 헤드 본체 지지 프레임(28)은 서로 접근하는 방향으로 이동하며, 헤드 본체(14A, 14B)의 한쌍의 모방 롤러(50)가 입판(L)의 양측면에 접촉하여 입판(L)을 협지하고, 용접 준비가 완료된다(도 4 참조).
상기의 용접 준비가 완료된 후, 헤드 본체(14A)의 용접 토치(55A)(선행극 토치(53A), 후행극 토치(54A))의 아크를 온(ON)으로 하여, 구동 기구(5)에 의해 프레임(2)을, 예를 들어 1200㎜/분으로 X 방향으로 이동시킨다(도 11의 (A) 참조).
또한 동시에, 헤드 본체(14B)의 용접 토치(55B)(선행극 토치(53B), 후행극 토치(54B))의 아크를 오프로 한 채로, 헤드 본체(14B)의 전후 이동용 모터(38B)를 구동시켜, 헤드 본체(14B)를, 프레임(2)의 이동 속도와 동일한 속도(-1200㎜/분)로 프레임(2)의 이동 방향과 역방향으로 이동시킨다(도 11의 (C) 참조). 즉, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)는, 도 7에 도시하는, Y 방향에 있어서 서로 대향한 상태로부터, 도 8에 도시하는, 사전결정된 시프트 길이분만큼 상대적으로 어긋난 상태가 된다.
이에 의해, 헤드 본체(14A)의 용접 토치(55A)(53A, 54A)는, 프레임(2)과 함께 이동하여 입판(L)의 한쪽(도 7에 있어서 좌측)의 피용접부(W)의 수평 필릿 용접을 용접 속도 1200mm/분으로 실행한다(도 11의 (D) 참조).
한편, 헤드 본체(14B)의 용접 토치(55B)(53B, 54B)는, 프레임(2)의 이동 속도와 헤드 본체(14B)의 이동 속도가 상쇄되어, 피용접부(W)에 대한 상대 위치가 변하지 않고, 또한 아크도 오프이므로, 용접을 실행하지 않고 용접 시단에 머물러 있다(도 11의 (E) 참조).
또한, 헤드 본체(14A, 14B)의 전후 이동 기구(13A, 13B)의 스트로크는, 즉 사전결정된 시프트 길이는, 예를 들어 600㎜로 하고 있다.
그리고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 헤드 본체(14A)의 용접 토치(55A)가 사전결정된 시프트 길이만큼 용접했을 때, 헤드 본체(14B)의 전후 이동용 모터(38B)의 회전을 정지하고(도 11의 (C) 참조), 헤드 본체(14B)의 용접 토치(55B)의 아크를 온으로 한다(도 11의 (E) 참조).
이에 의해, 헤드 본체(14B)는, 프레임(2)의 X 방향으로의 이동에 따라서 X 방향으로의 이동을 개시하고(도 11의 (E) 참조), 헤드 본체(14B)의 용접 토치(55B)가 헤드 본체(14A)의 용접 토치(55A)와 협동하여 입판(L)의 양측의 피용접부(W)의 수평 필릿 용접을 동시에 실행한다. 즉, 입판(L)의 양측의 피용접부(W)의 수평 필릿 용접이, 프레임(2)의 X 방향 이동에 따라서 용접 토치(55A)(53A, 54A) 및 용접 토치(55B)(53B, 54B)의 4개의 용접 토치에 의해 동시에 실행된다.
이 때, 헤드 본체(14A)는 헤드 본체 지지 프레임(28)의 용접 방향(X 방향) 전방 위치에 위치하며, 헤드 본체(14B)는 헤드 본체 지지 프레임(28)의 전방 위치로부터 시프트 길이만큼 후방의 후방 위치에 위치하고 있다.
그리고, 도 9에 도시하는 바와 같이, 헤드 본체(14A)가 피용접부(W)의 종단에 도달한 것이 도시하지 않은 센서에서 검출되면, 헤드 본체(14A)의 용접 토치(55A)(53A, 54A)의 아크를 오프로 하는 동시에, 헤드 본체(14A)의 전후 이동용 모터(38A)를 회전시켜, 전후 이동 기구(13A)로 안내되는 헤드 본체(14A)를, 프레임(2)의 이동 속도와 동일한 속도로 프레임(2)의 이동 방향과 역방향으로 이동시킨다(도 11의 (B) 참조). 즉, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)는, 도 9에 도시하는, 시프트 길이분만큼 상대적으로 어긋난 상태로부터, 도 10에 도시하는, Y 방향에 있어서 서로 대향하는 상태가 된다.
이에 의해, 헤드 본체(14A)는, 프레임(2)의 이동 속도와 헤드 본체(14A)의 이동 속도가 상쇄되어 피용접부(W)에 대한 상대 위치가 변하지 않고, 피용접부(W)의 종단 위치에서 용접되는 일 없이, 정지한 상태가 된다.
그리고, 도 10에 도시하는 바와 같이, 계속되는 프레임(2)의 X 방향으로의 이동에 의해, 헤드 본체(14B)의 용접 토치(55B)(53B, 54B)가 피용접부(W)의 미용접부(잔부)를 용접한다.
용접 토치(55A, 55B)에 의한 피용접부(W)의 용접 종료 시에는, 헤드 본체(14A, 14B)는 모두 헤드 본체 지지 프레임(28)의 후방 위치에 위치하고 있다. 또한, 용접 종단에 있어서도, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)의 주행 롤러(51)는 하판(U)을 입판(L)의 양측에서 가압하고, 또한 한쌍의 모방 롤러(50)가 입판(L)의 양측면에 접촉하여 협지되어 있다.
이와 같이, 구동 기구(5)에서 구동되는 프레임(2), 전후 이동용 모터(38A)로 구동되는 헤드 본체(14A), 및 전후 이동용 모터(38B)로 구동되는 헤드 본체(14B)의 3개의 전후 이동 기구(13A, 13B)가 각각 독립적으로 제어된다. 이에 의해, 용접 토치(55A, 55B)가 모두 아크 온인 경우에는, 헤드 본체(14A)의 용접 토치(55A), 및 헤드 본체(14B)의 용접 토치(55B)가 시프트한 상태가 되어, 용접 토치(55A, 55B) 사이의 아크 간섭을 방지할 수 있다. 또한, 프레임(2)의 이동 속도는, 용접 시단으로부터 용접 종단까지 연속하여 일정하게 구동되면서, 용접 초기 및 용접 종기에 있어서의 용접 토치(55A, 55B) 중 어느 한쪽이 아크 온인 경우에도, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)가 하판(U) 및 입판(L)을 안내한 상태가 되므로, 용접 잔재나 용접 중의 토치의 위치 어긋남이 없이, 피용접부(W)를 용접할 수 있다.
또한, 입판(L)의 형상은, 용접선에 완전하게 평행하거나 완전한 평면인 경우는 적으며, 굽힘이나 굴곡을 갖는 경우가 많다. 그러나, 한쌍의 모방 롤러(50)가 입판(L)의 양측면에 접촉하여 협지하고 있으므로, 프레임(2)의 X 방향으로의 진행에 따라서, 요동축(39)을 중심으로 하여 헤드 본체(14A, 14B)를 요동시키는 것에 의해, 입판(L)의 굽힘이나 굴곡에 대응하여, 모방 롤러(50)가 입판(L)의 형상을 따라서 좌우로 이동할 수 있다.
즉, 한쌍의 모방 롤러(50)가 모방 수단으로서 기능하며, 헤드 본체(14A, 14B)를 요동시켜, 용접 토치(55A, 55B)가 용접선으로부터 벗어나는 일 없이 용접한다.
또한, 상술한 바와 같이, 한쌍의 모방 롤러(50)는, 프레임(2), 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)의 X 방향 이동에 상관없이, 용접의 전체 행정에 걸쳐서 항상 입판(L)의 양측면에 접촉하고 있으며, 입판(L)으로부터 벗어나는 일이 없으므로, 진동의 발생이 방지되어, 해당 진동에 의한 용접 토치(55A, 55B)의 위치 어긋남이 방지된다. 또한, 하판(U)은 주행 롤러(51)에 의해 가압되며, 또한 입판(L)은 한쌍의 모방 롤러(50)로 협지되어 있으므로, 하판(U) 및 입판(L)이 움직이는 일이 없어, 안정된 용접이 가능해진다.
이러한 모방 수단은, 상기한 접촉식의 모방 롤러(50)에 한정되지 않으며, 포토 센서, 레이저 센서, 화상 처리 장치 등의 비접촉식 센서를 포함하여 구성할 수도 있다.
또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 헤드 본체(14A, 14B) 중 어느 한쪽의 용접 토치(55A, 55B)에 의한 용접이 실행되고 있는 전체 기간에 걸쳐서 프레임(2)은 연속하여 이동하고 있다. 이 때문에, 용접 토치(55A, 55B)에 의한 용접의 도중에서, 질량이 큰 프레임(2)의 시동 및 정지가 있는 제어와 비교하면, 프레임(2)의 시동 및 정지에 의한 진동의 발생이 방지되어, 용접 중의 용접 토치(55A, 55B)의 위치 어긋남이 없으며, 또한 용접 잔재가 생기는 일 없이, 안정적으로 완전 용입 용접에 의한 수평 필릿 용접을 실행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 수평 필릿 용접 장치(1)에 의하면, 하판(U)의 상방에 있어서, 복수의 입판(L)의 나열 방향으로 연장 설치되는 프레임(2)과, 프레임(2)을 입판(L)의 연장 설치 방향으로 상대 이동 가능한 구동 기구와, 용접 토치(55A(53A, 54A), 55B(53B, 54B))를 각각 갖는 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B), 및 프레임(2)을 따라서 복수 입판의 나열 방향으로 이동 가능하게 프레임(2)에 장착되며, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 지지하는 지지 부재(11)를 갖는 용접 헤드(10)를 구비한다. 용접 헤드(10)는, 지지 부재(11)에 대하여 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 복수의 입판(L)의 나열 방향으로 이동시키는 좌우 이동 기구(12)와 지지 부재(11)에 대하여 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 서로 독립적으로, 입판(L)의 연장 설치 방향으로 이동시키는 한쌍의 전후 이동 기구(13A, 13B)를 구비한다. 이에 의해, 용접 잔재나, 용접 중의 용접 토치(55A, 55B)의 위치 어긋남이 없는, 완전 용입 용접에 의한 수평 필릿 용접을 안정적으로 실행할 수 있다.
또한, 전후 이동 기구(13A, 13B)와, 헤드 본체(14A, 14B)는 요동 회전 가능한 요동축을 거쳐서 접속되므로, 헤드 본체(14A, 14B)가 입판(L)의 형상을 따라서 요동할 수 있다.
또한, 헤드 본체(14A, 14B)는, 헤드 본체(14A, 14B)의 상하 이동을 허용하는 상하 슬라이드 기구(60)와, 헤드 본체(14A, 14B)를 하판(U)을 향하여 부세하는 탄성 부재(48)를 구비하므로, 헤드 본체(14A, 14B)에 상하 방향의 여유도를 갖게 하여 대략 일정한 힘으로 하판(U)을 가압할 수 있어, 안정적으로 용접할 수 있다.
또한, 상하 슬라이드 기구(60)나, 탄성 부재(48)는 전후 이동 기구(13A, 13B)와 헤드 본체(14A, 14B) 사이에 구성되어도 좋다. 예를 들면, 요동축(39)을 텔레스코픽 형상으로 하는 것에 의해 상하 슬라이드 기구(60)를 구성하고, 요동축(39)의 주위에 탄성 부재(48)를 배치하여도 좋다.
또한, 하판(U)의 표면에 대한 선행극 토치(53A, 53B)의 토치각(θ1)이 5°~40°, 하판(U)의 표면에 대한 후행극 토치(54A, 54B)의 토치각(θ2)이 40°~60°이므로, 안정된 완전 용입 용접을 실행할 수 있다. 이것은, 선행극 토치(53A, 53B)의 토치각(θ1)을 5°~40°의 범위에서 토치를 극도로 경사지게 하는 것에 의해, 깊은 용입 효과를 확보하면서, 후속하는 후행극 토치(54A, 54B)의 토치각(θ2)을 5°~60°의 범위로 하는 것에 의해 양호한 비드 형상을 형성할 수 있는 것에 의한다.
또한, 선행극 토치(53A, 53B) 및 후행극 토치(54A, 54B)는 그 상하 방향으로 연장되는 부분으로부터 Y 방향으로 만곡되는 굽힘부(56)를 갖고, 선행극 토치(53A, 53B)의 굽힘부(56)의 곡률 반경(R1)은 60~120㎜, 굽힘 각도(α1)는 50°~85°이며, 후행극 토치(54A, 54B)의 굽힘부(56)의 곡률 반경(R2)은 60~120㎜, 굽힘 각도(α2)는 30°~50°이므로, 피용가재를 효율적으로 송급할 수 있어, 완전 용입 용접의 안정화에 기여한다. 특히 선행극 토치(53A, 53B)는 극도로 경사진 토치 각도로부터, 기구상, 송급 불량이 일어나기 쉬워지지만, 곡률 반경(R1, R2) 및 굽힘 각도(α1, α2)를 상기 범위로 규정하는 것에 의해, 현저한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 헤드 본체(14A, 14B)는, 입판(L)의 형상을 따라서 헤드 본체(14A, 14B)를 이동시키는 모방 수단으로서, 입판(L)을 양측으로부터 협지하는 한쌍의 모방 롤러(50)를 구비하므로, 입판(L)의 굽힘이나 굴곡에 영향을 받지 않아, 용접 위치가 어긋나는 일 없이 용접할 수 있다.
또한, 전후 이동 기구(13A, 13B)에 의한 입판(L)의 연장 설치 방향에 있어서의 헤드 본체(14A, 14B)의 이동 스트로크는 0㎜~600㎜의 범위에서 설정되므로, 용접 토치(55A, 55B) 사이의 아크 간섭을 방지하는 동시에, 용접 잔재 없이 피용접부(W)를 용접할 수 있다.
또한, 용접 토치(55A, 55B)에 의해 하판(U)과 입판(L)의 피용접부(W)를 수평 필릿 용접할 때, 용접 시단으로부터 용접 종단까지 프레임(2)을 소정의 속도로 연속하여 상대 이동하도록 구동 기구(5)를 제어하는 동시에, 용접 시단으로부터 용접하는 용접 초기에 있어서, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)가 Y 방향에서 서로 대향한 상태로부터 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 사전결정된 시프트 길이분만큼 상대적으로 어긋나도록 한쪽의 전후 이동 기구(13B)를 제어하고, 또한 용접 종단까지 용접하는 용접 종기에 있어서, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)가 사전결정된 시프트 길이분만큼 상대적으로 어긋난 상태로부터 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)가 Y 방향에서 서로 대향하도록 다른쪽의 전후 이동 기구(13A)를 제어하는 제어부(70)를 구비한다. 이에 의해, 용접 잔재나, 용접 중의 용접 토치(55A, 55B)의 위치 어긋남이 없는, 완전 용입 용접에 의한 수평 필릿 용접을 안정적으로 실행할 수 있다.
또한, 본 발명의 수평 필릿 용접 방법에 의하면, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 전후 이동 기구(13A, 13B)의 용접 방향 전방 위치에 위치시키는 동시에, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 피용접부(W)의 용접 시단에 있어서 입판(L)의 좌우 양측에 배치하는 준비 공정과, 구동 기구(5)에 의해 프레임(2)을 X 방향으로 이동시켜, 헤드 본체(14A)의 용접 토치(55A)에 의해 사전결정된 시프트 길이의 용접을 입판(L)의 한쪽의 피용접부(W)에 대하여 실행하고, 전후 이동 기구(13B)에 의해 헤드 본체(14B)를 피용접부(W)에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 프레임(2)의 이동 속도와 동일 속도로 이동시키는 제 1 용접 공정과, 헤드 본체(14A)의 용접 토치(55A)가 시프트 길이의 용접을 종료했을 때, 전후 이동 기구(13B)에 의한 헤드 본체(14B)의 이동을 정지하고, 구동 기구(5)에 의해 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)를 프레임(2)과 함께 이동시켜 입판(L)의 좌우 양측의 피용접부(W)를 헤드 본체(14A, 14B)의 용접 토치(55A, 55B)에 의해 동시에 용접하는 제 2 용접 공정과, 헤드 본체(14A)가 한쪽의 피용접부(W)의 용접 종단까지 용접했을 때, 전후 이동 기구(13A)에 의해 헤드 본체(14A)를 피용접부(3)에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 프레임(2)의 이동 속도와 동일 속도로 이동시키면서, 헤드 본체(14B)의 용접 토치(55B)에 의해 입판(L)의 다른쪽의 피용접부(W)의 잔부를 용접하는 제 3 용접 공정을 구비한다. 이에 의해, 용접 잔재나, 용접중의 토치의 위치 어긋남이 없는, 완전 용입 용접에 의한 수평 필릿 용접을 안정적으로 실행할 수 있다.
또한, 본 실시형태와 같이, 구동 기구(5)가, 프레임(2)을 X 방향으로 이동시키는 경우에는, 제 1 용접 공정은 헤드 본체(14B)를 프레임(2)의 이동 방향과 역방향으로 이동시키고, 제 3 용접 공정은 헤드 본체(14A)를 프레임(2)의 이동 방향과 역방향으로 이동시킨다.
한편, 구동 기구(5)가 하판(U)을 X 방향으로 이동시키는 경우에는, 제 1 용접 공정은 헤드 본체(14B)를 하판(U)의 이동 방향과 동일 방향으로 이동시키고, 제 3 용접 공정은 헤드 본체(14A)를 하판(U)의 이동 방향과 동일 방향으로 이동시킨다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 적절히 변형, 개량 등이 가능하다.
예를 들면, 구동 기구(5)가 프레임(2) 또는 하판(U)의 이동을 개시 또는 완료할 때의 가속 또는 감속 시에, 해당 가속 시 또는 감속 시의 이동 스트로크분을, 한쌍의 전후 이동 기구(13A, 13B)의 양쪽을 구동시켜, 한쌍의 헤드 본체(14A, 14B)의 피용접부(W)에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 제어하여도 좋다.
1 : 수평 필릿 용접 장치 2 : 프레임
10 : 용접 헤드 11 : 지지 부재
12 : 좌우 이동 기구 13A, 13B : 전후 이동 기구
14A, 14B : 헤드 본체 39 : 요동축
48 : 탄성 부재 50 : 모방 롤러(모방 수단)
53A, 53B : 선행극 토치 54A, 54B : 후행극 토치
55A, 55B : 용접 토치 70 : 제어부
U : 하판 L : 입판
W : 피용접부 R1, R2 : 곡률 반경
α1, α2 : 굽힘 각도 θ1, θ2 : 토치각

Claims (11)

  1. 하판과, 상기 하판의 상면에 나열되어 입설된 복수의 입판을 구비하는 구조물에 대하여, 상기 하판과 상기 입판이 접촉하는, 상기 입판의 좌우 양측에 있어서의 피용접부를 동시에 수평 필릿 용접하는 수평 필릿 용접 장치에 있어서,
    상기 하판의 상방에 있어서, 상기 복수 입판의 나열 방향으로 연장 설치되는 프레임과,
    상기 프레임 또는 상기 하판을 상기 입판의 연장 설치 방향으로 상대 이동 가능한 구동 기구와,
    단일 또는 복수의 용접 토치를 각각 갖는 한쌍의 헤드 본체, 및 상기 프레임을 따라서 상기 복수 입판의 나열 방향으로 이동 가능하게 상기 프레임에 장착되며, 상기 한쌍의 헤드 본체를 지지하는 지지 부재를 갖는 적어도 1개의 용접 헤드를 구비하며,
    상기 용접 헤드는, 상기 지지 부재에 대하여 상기 한쌍의 헤드 본체를 상기 복수 입판의 나열 방향으로 이동시키는 좌우 이동 기구와, 상기 지지 부재에 대하여 상기 한쌍의 헤드 본체를 서로 독립적으로, 상기 입판의 연장 설치 방향으로 이동시키는 한쌍의 전후 이동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전후 이동 기구와, 상기 헤드 본체는 요동 회전 가능한 요동축을 거쳐서 접속되는 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전후 이동 기구와 상기 헤드 본체 사이, 또는 상기 헤드 본체에는, 상기 헤드 본체의 상하 이동을 허용하는 상하 슬라이드 기구와, 상기 헤드 본체를 상기 하판을 향하여 부세하는 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 한쌍의 헤드 본체의 상기 용접 토치는 선행극 토치 및 후행극 토치로 이루어지며,
    상기 하판의 표면에 대한 상기 선행극 토치의 토치각은 5°~40°이며,
    상기 하판의 표면에 대한 상기 후행극 토치의 토치각은 40°~60°인 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 용접 토치는 그 상하 방향으로 연장되는 부분으로부터 상기 복수 입판의 나열 방향으로 만곡되는 적어도 1개의 굽힘부를 갖고,
    상기 선행극 토치의 굽힘부의 곡률 반경은 60~120㎜, 굽힘 각도는 50°~85°이며,
    상기 후행극 토치의 굽힘부의 곡률 반경은 60~120㎜, 굽힘 각도는 30°~50°인 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤드 본체는 상기 입판의 형상을 따라서 상기 헤드 본체를 이동시키는 적어도 1개의 모방 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전후 이동 기구에 의한 상기 입판의 연장 설치 방향에 있어서의 상기 헤드 본체의 이동 스트로크는 0㎜~600㎜의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    용접 토치에 의해 상기 하판과 상기 입판의 상기 피용접부를 수평 필릿 용접할 때, 용접 시단으로부터 용접 종단까지 상기 프레임 또는 상기 하판을 소정의 속도로 연속하여 상대 이동하도록 상기 구동 기구를 제어하는 동시에, 상기 용접 시단으로부터 용접하는 용접 초기에 있어서, 상기 한쌍의 헤드 본체가 상기 복수 입판의 나열 방향에서 서로 대향한 상태로부터 상기 한쌍의 헤드 본체가 사전결정된 시프트 길이분만큼 상대적으로 어긋나도록 한쪽의 상기 전후 이동 기구를 제어하고, 또한 상기 용접 종단까지 용접하는 용접 종기에 있어서, 상기 한쌍의 헤드 본체가 사전결정된 시프트 길이분만큼 상대적으로 어긋난 상태로부터 상기 한쌍의 헤드 본체가 상기 복수 입판의 나열 방향에서 서로 대향하도록 다른쪽의 상기 전후 이동 기구를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 수평 필릿 용접 장치를 이용하여, 하판과, 상기 하판의 상면에 나열되어 입설된 복수의 입판을 구비하는 구조물에 대하여, 상기 하판과 상기 입판이 접촉하는, 상기 입판의 좌우 양측에 있어서의 피용접부를 동시에 수평 필릿 용접하는 수평 필릿 용접 방법에 있어서,
    상기 한쌍의 헤드 본체를 상기 전후 이동 기구의 용접 방향 전방 위치에 위치시키는 동시에, 상기 한쌍의 헤드 본체를 상기 피용접부의 용접 시단에 있어서 상기 입판의 좌우 양측에 배치하는 준비 공정과,
    상기 구동 기구에 의해 상기 프레임 또는 상기 하판을 상기 입판의 연장 설치 방향으로 상대 이동시켜, 상기 한쌍의 헤드 본체 내의 한쪽의 헤드 본체로 사전결정된 시프트 길이의 용접을 상기 입판의 한쪽의 상기 피용접부에 대하여 실행하고, 상기 전후 이동 기구에 의해 상기 한쌍의 헤드 본체 내의 다른쪽의 헤드 본체를 상기 피용접부에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 상기 프레임 또는 상기 하판의 이동 속도와 동일 속도로 이동시키는 제 1 용접 공정과,
    상기 한쪽의 헤드 본체가 상기 시프트 길이의 용접을 종료했을 때, 상기 전후 이동 기구에 의한 상기 다른쪽의 헤드 본체의 이동을 정지하고, 상기 구동 기구에 의해 상기 한쌍의 헤드 본체를 상기 프레임 또는 상기 하판과 함께 이동시켜 상기 입판의 좌우 양측의 상기 피용접부를 동시에 용접하는 제 2 용접 공정과,
    상기 한쪽의 헤드 본체가 상기 한쪽의 피용접부의 용접 종단까지 용접했을 때, 상기 전후 이동 기구에 의해 상기 한쪽의 헤드 본체를 상기 피용접부에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 상기 프레임 또는 상기 하판의 이동 속도와 동일 속도로 이동시키면서, 상기 다른쪽의 헤드 본체에 의해 상기 입판의 다른쪽의 상기 피용접부의 잔부를 용접하는 제 3 용접 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 구동 기구는 상기 프레임을 상기 입판의 연장 설치 방향으로 이동시키고,
    상기 제 1 용접 공정은 상기 다른쪽의 헤드 본체를 상기 프레임의 이동 방향과 역방향으로 이동시키고,
    상기 제 3 용접 공정은 상기 한쪽의 헤드 본체를 상기 프레임의 이동 방향과 역방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 구동 기구는 상기 하판을 상기 입판의 연장 설치 방향으로 이동시키고,
    상기 제 1 용접 공정은 상기 다른쪽의 헤드 본체를 상기 하판의 이동 방향과 동일 방향으로 이동시키고,
    상기 제 3 용접 공정은 상기 한쪽의 헤드 본체를 상기 하판의 이동 방향과 동일 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는
    수평 필릿 용접 방법.
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