KR20190110015A - 저변형 용접 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조립될 두 금속성 요소(18, 19)에 대해 진행 경로를 따라 움직이도록 의도되며,
상기 두 금속성 요소 사이에 용접 비드(22)를 형성하기 위한 용접 토치(3),
상기 진행 경로에 대해 상기 용접 토치 뒤에 배열되어, 상기 용접 비드의 외면에 접촉함으로써 상기 용접 비드를 냉각하는 것으로, 광물 섬유의 패드로 구성된 냉각 애플리케이터(8) 및
상기 냉각 애플리케이터(8)로 냉각액을 배급하도록 설계되어, 상기 광물 섬유의 패드를 상기 냉각액으로 적시는 배급 헤드(15)를 구비하는 이동식 서포트 캐리지(2)를 포함하는 저변형 용접 장치에 관한 것이다.
상기 두 금속성 요소 사이에 용접 비드(22)를 형성하기 위한 용접 토치(3),
상기 진행 경로에 대해 상기 용접 토치 뒤에 배열되어, 상기 용접 비드의 외면에 접촉함으로써 상기 용접 비드를 냉각하는 것으로, 광물 섬유의 패드로 구성된 냉각 애플리케이터(8) 및
상기 냉각 애플리케이터(8)로 냉각액을 배급하도록 설계되어, 상기 광물 섬유의 패드를 상기 냉각액으로 적시는 배급 헤드(15)를 구비하는 이동식 서포트 캐리지(2)를 포함하는 저변형 용접 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 저변형 용접 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유밀 용접부를 이용하여 금속 시트를 조립하는 것에 관한 것이다.
FR-A-2701415는 유체 밀봉 탱크의 멤브레인의 두 금속 시트를 용접하는 필릿을 위한 전기 아크 용접 기계를 개시한다. 다만 사용된 금속 시트의 두께를 줄일 경우, 시트의 열변형 효과가 증가하여, 특히 기계적인 일체성과 유밀성에 있어서 고품질의 조립 결과를 얻기 어렵게 만든다.
본 발명에 내재된 한 아이디어는 용접 동안 시트의 열변형 효과를 줄일 수 있는 방법과 장치를 제안하는 것이다. 본 발명에 내재된 한 아이디어는 벽의 방향에 무관하게, 유체 밀봉 탱크의 여러 벽에 대해 사용하기 적합한 방법과 장치를 제안하는 것이다.
이를 위해 본 발명은
- 두 개의 금속성 요소를 조립하기 위해 용접 비드를 생성하되, 용접 비드는 용접 비드의 경로를 따라 용접 토치를 움직임으로써 생성되는 단계 및
- 용접 토치 바로 뒤에서 용접 비드의 외면 위로 냉각 애플리케이터를 통과시켜 용접 비드를 냉각하되, 냉각 애플리케이터는 냉각액으로 적셔진 광물 섬유의 패드로 구성되는 단계를 포함하는 저변형 용접 방법을 제공한다.
이처럼 광물 섬유로 이루어진 냉각 애플리케이터의 사용으로, 모세관 현상 동안 냉각액을 보유하여, 원하는 위치, 특히 용접 비드 및/또는 그에 바로 인접한 구역에 냉각액을 국부적으로 도포할 수 있다. 따라서 냉각될 요소에 냉각액을 직접적으로 분사하는 경우와 비교할 때, 냉각액의 증가(build-up) 및/또는 통제되지 않은 유동의 위험성이 매우 감소하며, 이로써 부식의 위험을 줄인다.
또한 냉각액의 위치가 통제되기 때문에, 원하는 위치에 도포되는 냉각액의 양이 더 용이하게, 그리고 더 정교하게 제어될 수 있다.
일 실시예에 따르면 냉각 애플리케이터가 용접 비드 위를 통과할 때, 냉각 애플리케이터에 냉각액이 공급된다. 따라서 용접이 수행되는 동안 냉각 애플리케이터의 연속적이고 비교적 균일한 작동을 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 조립될 두 금속성 요소에 대해 진행 경로를 따라 움직이도록 의도된 이동식 서포트 캐리지를 포함하되, 이동식 서포트 캐리지는
- 두 금속성 요소 사이에 용접 비드를 형성하기 위한 용접 토치,
- 진행 경로에 대해 용접 토치 뒤에 배열되어, 용접 비드의 외면에 접촉함으로써 용접 비드를 냉각하는 것으로, 광물 섬유의 패드로 구성된 냉각 애플리케이터 및
- 냉각 애플리케이터로 냉각액을 배급하도록 설계되어, 광물 섬유의 패드를 냉각액으로 적시는 배급 헤드를 구비하는 저변형 용접 장치를 제공한다.
일부 유리한 실시예에 따르면 이들 용접 방법 및 장치는 아래 특징들 중 하나 이상을 가질 수 있다.
광물 섬유는 고온, 바람직하게는 적어도 1000℃에 대한 내구성과 내열성을 위해 선택된다. 일 실시예에 따르면 광물 섬유는 세라믹으로 이루어진다. 세라믹, 특히 내화 세라믹은 내열성 소재로서, 섬유의 형태로 잘 형성된다.
바람직하게는 광물 섬유는 다른 산화물, 특히 알루미나와 함께 실리카를 주로 함유하는 세라믹으로 이루어진다. 이러한 세라믹은 내화학성, 무해성, 열적 안정성 및 기계적 강도의 측면에서 이점을 제공한다.
냉각액은 다양한 유체, 특히 물과 액체 질소로부터 선택될 수 있다. 특히 표준 기압에서 끓는점, 비열 용량 및 증발 잠열을 냉각액의 선택 기준으로 한다. 물은 잠열이 매우 높고, 독성이 없으며, 쉽게 구할 수 있다는 점에서 바람직하게 선택된다.
냉각액과 냉각될 용접 비드 사이에 효과적이고 통제된 접촉을 얻기 위해, 냉각 애플리케이터와 조립될 요소 사이의 상호 작용이 다양한 방법으로 설계될 수 있다. 일 실시예에서 냉각 애플리케이터는 용접 비드의 외면 위를 슬라이드한다.
다른 실시예에서 냉각 애플리케이터는 용접 비드의 외면 위를 구르도록 구성된다. 이를 위해 냉각 애플리케이터가 용접 비드의 외면 위를 구르는 원통의 형태를 갖거나, 냉각 애플리케이터가 용접 비드의 외면 위를 구르는 원통형 지지체 둘레에 배열된 "타이어"의 형태를 가질 수 있다.
용접 토치에 대해 공지된 다양한 기술들이 구상될 수 있다. 바람직하게는 용접 토치는 예컨대 티그(Tungsten Inert Gas, TIG) 타입의 전기 아크 용접 토치이다.
서포트 캐리지는 서로 다른 다양한 방법으로 움직일 수 있다. 일 실시예에 따르면 용접 장치는 조립될 두 금속성 요소에 대해 고정적으로 배열되도록 의도된 섀시를 더 포함하고, 서포트 캐리지는 섀시에 이동 가능하게 장착되어, 섀시에 의해 진행 경로를 따라 가이드된다. 따라서 서포트 캐리지의 정교한 가이드를 얻을 수 있다.
유리한 일 실시예에 따르면 용접 장치는 이동식 캐리지에 의해 구비되며 냉각 애플리케이터와 용접 토치 사이에 배열되어 냉각액의 튐으로부터 용접 토치를 보호하는 스크린을 더 포함한다. 이러한 특징에 의해 특히 전기 아크 용접의 경우, 용접 토치가 연소되거나 그 작동이 방해될 위험성이 상당히 차단된다.
유리하게는 냉각 애플리케이터가 용접 비드 위를 통과하는 동안, 냉각 애플리케이터에 냉각액이 공급된다.
해당 실시예에 따르면 용접 장치는 배급 헤드에 연결되어 배급 헤드에 냉각액의 유동을 공급하는 냉각제 공급 펌프를 더 포함한다.
냉각액의 유동은 다양한 방법으로 조정될 수 있다. 일 실시예에 따르면 그 유동은 고정된 값으로 설정된다. 이에 용접 방법이 특히 단순하게 실행될 수 있다.
일 실시예에 따르면 용접 장치는 공급 펌프와 협력하며 예컨대 서포트 캐리지의 진행률, 용접 토치에 의한 전류 등 하나 이상의 파라미터에 따라 냉각액의 유동을 조정하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함한다. 이러한 특징에 의해 특히 효과적으로 제거될 필요가 있는 열량을 감안하기 위해, 냉각액의 유동이 자동으로 제어되며, 용접 작업의 실제 조건에 적합하게 변경된다.
일 실시예에 따르면 용접 장치는 조립될 금속성 요소의 방향으로 냉각 애플리케이터에 압력을 가하기 위한 탄성 서스펜션 부재를 더 포함한다.
이러한 용접 방법은 다양한 활용, 특히 비교적 얇은 시트형 금속이 사용되는 경우에 이용될 수 있다. 구체적인 일 활용예는 유체 밀봉 탱크의 실링 멤브레인의 제작과 관련된 것이다.
일 실시예에서 두 금속성 요소는 필릿 용접 또는 맞대기 용접될 시트형 금속 시트로서, 용접 비드의 경로는 상기 시트형 금속 플레이트 하나의 모서리를 따른다. 이러한 필릿 용접은 유체 밀봉 탱크의 실링 멤브레인의 제작을 위해 유밀한 용접부를 형성하는 데 특히 적합하다.
일 실시예에서 시트형 금속 시트는 주름지거나 격자무늬를 갖는다. 격자무늬 플레이트인 시트는 넓은 온도 범위에서 활용하기에, 그리고 시트형 금속 플레이트의 격자무늬나 주름이 열팽창 조인트로서 역할을 할 수 있기에 특히 적합하다. 일 실시예에 따르면 시트형 금속 시트는 그 평면의 제1 방향으로 연장되어 이격되도록 돌출된 일련의 제1 주름부 및 가능하게는 그 평면의 제1 방향에 직각인 제2 방향으로 연장되어 이격되도록 돌출된 일련의 제2 주름부 및 주름부들 사이에 배치된 평평한 구역을 포함한다.
이러한 방법은 다양한 금속을 용접하기 위해 이용될 수 있다. 실시예에 따라 시트형 금속 플레이트는 비합금강과 저합금강, 스테인레스강, 낮은 열팽창 계수를 갖는 니켈-강 합금 및 낮은 열팽창 계수를 갖는 망가니즈-강 합금으로부터 선택된 합금으로 이루어진다. 특히 시트형 금속 플레이트는 Invar®, 즉 열팽창 계수가 통상적으로 1.2×10-6K-1 내지 2×10-6K-1인 철과 니켈 합금, 열팽창 계수가 통상적으로 약 9×10-6K-1인 니켈-철 합금 또는 열팽창 계수가 통상적으로 약 7×10-6K-1인 고함량의 망가니즈를 갖는 철-합금으로 이루어질 수 있다.
첨부의 도면을 참조하여, 단지 제한적이지 않은 예로서 주어진 아래 본 발명의 다양한 실시예의 설명을 통해, 본 발명이 더욱 이해되고, 그밖에 목적, 세부 사항, 특징 및 장점들이 더 명확하게 될 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 용접 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 두 시트형 금속 플레이트의 필릿 용접에 대한 활용으로 이용되는 제2 실시예에 따른 용접 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2와 유사한 모습으로, 용접 장치를 다른 각도로 나타낸 것이다.
도 4는 제3 실시예에 따른 용접 장치의 개략적인 측면도이다.
도 5는 제4 실시예에 따른 용접 장치의 개략적인 측면도이다.
도 6은 용접 장치에 이용될 수 있는 냉각 애플리케이터의 개략적인 사시 단면도이다.
도 7은 용접 장치에 이용될 수 있는 다른 냉각 애플리케이터의 사시도이다.
도 8은 도 7의 냉각 애플리케이터의 분해도이다.
도 9는 냉각 애플리케이터를 이용하지 않고 얻은 용접 비드의 단면을 광학 현미경으로 찍은 사진이다(큰 입도).
도 10은 냉각 애플리케이터를 이용하여 얻은 용접 비드의 단면을 광학 현미경으로 찍은 사진이다(훨씬 더 작은 입도).
도 11은 용접 장치를 이용하여 조립될 수 있는 주름진 금속 시트의 개략적인 사시도이다.
도 12는 용접 장치에서 이용될 수 있는 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 두 시트형 금속 플레이트의 필릿 용접에 대한 활용으로 이용되는 제2 실시예에 따른 용접 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2와 유사한 모습으로, 용접 장치를 다른 각도로 나타낸 것이다.
도 4는 제3 실시예에 따른 용접 장치의 개략적인 측면도이다.
도 5는 제4 실시예에 따른 용접 장치의 개략적인 측면도이다.
도 6은 용접 장치에 이용될 수 있는 냉각 애플리케이터의 개략적인 사시 단면도이다.
도 7은 용접 장치에 이용될 수 있는 다른 냉각 애플리케이터의 사시도이다.
도 8은 도 7의 냉각 애플리케이터의 분해도이다.
도 9는 냉각 애플리케이터를 이용하지 않고 얻은 용접 비드의 단면을 광학 현미경으로 찍은 사진이다(큰 입도).
도 10은 냉각 애플리케이터를 이용하여 얻은 용접 비드의 단면을 광학 현미경으로 찍은 사진이다(훨씬 더 작은 입도).
도 11은 용접 장치를 이용하여 조립될 수 있는 주름진 금속 시트의 개략적인 사시도이다.
도 12는 용접 장치에서 이용될 수 있는 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
이하 도 1 내지 5를 참조하여, 용접될 금속성 요소 위에 배치되는 가이드 레일(1) 및 가이드 레일(1)에 슬라이드 가능하게 장착되어 가이드 레일(1)에 의해 가이드되는 서포트 캐리지(2)를 포함하는 용접 장치를 설명한다. 서포트 캐리지(2)는 아래쪽을 향하는 용접 토치(3)를 구비하여, 가이드 레일(1)을 따라 서포트 캐리지(2)를 움직임으로써 용접 비드가 가이드 레일(1)의 경로에 실질적으로 상응하는 경로를 따라 형성되도록 한다. 그러므로 이러한 용접부를 형성하기 전에, 조립될 모서리가 가이드 레일(1)의 경로 아래에 배치되도록 금속성 요소를 배치하는 작업 또는 이에 대등하게 용접 비드를 위해 의도된 위치 위에 가이드 레일(1)을 배치하는 작업을 수행할 필요가 있다. 이는 특히 예컨대 건물의 지붕에 부착된 고정식 가이드 레일 또는 조립될 요소에 탈착 가능하게 배치될 수 있는 이동식 섀시일 수 있다. 후자의 경우는 예컨대 FR-A-2701415에 개시되어 있다.
나아가 용접 비드는 예컨대 각기둥 형상의 탱크에서 다양한 방향의 벽, 즉 수평인 바닥 벽, 수직이거나 경사진 측벽, 수평인 지붕 벽 등에 형성될 수 있다. 본 설명에서 "상부" 및 "하부"는 지구의 중력장에 대한 조립될 요소의 실제 방향에 무관하게, 조립될 요소로부터 먼 방향 및 조립될 요소를 향하는 그 반대 방향을 의미한다.
작동을 위해 용접 토치(3)는 채용된 용접 기술에 따라 다양한 피드(feed), 예컨대 전기, 냉각수, 불활성 가스, 연소 가스 등의 공급을 필요로 하는데, 이들은 도 1에서 숫자 5와 6으로 개략적으로 표시되어 있다. 이러한 피드는 서포트 캐리지(2)에 독립적인 소스(source)로부터 유연한 도관을 이용하여 이루어질 수 있다.
서포트 캐리지(2)의 진행 방향(7)이 화살표로 표시되어 있다. 용접 토치(3) 뒤에서 서포트 캐리지(2)는 광물 섬유로 이루어진 냉각 애플리케이터(8)를 구비하며, 이는 다양한 방식으로 형성될 수 있는데, 본 경우 용접 비드 위에서 진행 방향(7)으로 구르도록 설계된 휠(9)의 "타이어"처럼 구성되어 있다.
냉각 애플리케이터(8)는 세라믹으로 이루어진 내열성 섬유의 플리스(fleece)로 바람직하게 구성된다. 예를 들어 Cerablanket™(128kg/m3)이라는 상품명으로 Morgan Crucible Company plc로부터 이용 가능한 플리스가 사용될 수 있다. 이는 화학식이 SiO2인 실리카, 화학식이 Al2O3인 고비율의 알루미나 및 그밖에 매우 적은 양의 산화물, 특히 철, 티타늄, 칼슘, 마그네슘, 나트륨 및 칼륨의 산화물을 주로 함유하는 세라믹이다. 이는 1260℃에 이르는 온도 범위까지 견딜 수 있으며, 90kPa에 상당하는 인장 강도(ultimate tensile strength)를 갖는다. 그밖에 광물 섬유가 이용될 수도 있다.
휠(9)은 서포트 캐리지(2)에 고정된 서포트 암(11)의 하단에서, 진행 방향(7)에 직각인 수평의 축에 대해 회전 가능하게 장착된 예컨대 금속이나 플라스틱으로 이루어진 허브(10)를 포함한다.
서포트 암(11)은 서포트 캐리지(2)에 다양한 방법으로 결합될 수 있다. 도 1에서 서포트 암(11)의 상단은 용접 토치(3)의 본체의 상부에 회전 가능하게 부착되어, 특히 용접될 요소의 양각, 예컨대 시트형 금속 플레이트의 주름을 넘어가기 위해, 서포트 캐리지(2)가 진행함에 따라 휠(9)이 용접 토치(3)에 대해 오르락내리락하도록 허용한다. 도 4에서 서포트 암(11)은 마찬가지로, 회전 가능하게 관절식으로 된 두 부분으로 이루어지며, 서포트 암(11)의 상부는 용접 토치(3)에 독립적으로, 서포트 캐리지(2)에 직접적으로 부착된다.
도 2와 3에서 서포트 암(11)은 축(14)을 통해, 서포트 캐리지(2)에 부착된 스크린(13)에 고정된 길이 방향의 플랜지(12)에 회전 가능하게 연결된다. 스크린(13)은 도 1과 4에도 개략적으로 표시되어 있는데, 이는 용접 토치(3)와 휠(9) 사이에서 서포트 캐리지 아래에 배열되어 진행 방향(7)에 직각으로 연장된 홑판이다.
운전 시 휠(9)은 용접 토치(3)에 의해 막 형성된 용접 비드를 따라 구르며, 여기에 냉각액, 예컨대 물을 도포하여, 그 소재를 즉각적으로 냉각하는데, 이는 특히 이들이 얇은 시트형 금속일 때, 조립된 요소의 열 변형을 줄이는 효과를 갖는다. 이를 위해 냉각 애플리케이터(8)는 용접 작업 동안 냉각액이 충분히 적셔진 상태로 유지될 필요가 있다.
냉각 애플리케이터(8)에 대한 냉각액의 공급은 서포트 캐리지(2)에 독립적인 장치에 의해 수행될 수 있다. 다만 공급 헤드(15), 예컨대 서포트 캐리지(2)에 부착되어 냉각 애플리케이터(8)에 냉각액을 지속적으로 또는 간헐적으로 분사하도록 배향된 노즐을 제공하는 것이 더 실용적이다. 공급 헤드(15)는 유연한 호스(16)에 의해 공급원, 예컨대 서포트 캐리지(2)에 독립적일 수 있는 워터 펌프에 연결된다.
공급 헤드(15)는 다양한 방법으로 배열될 수 있다. 도 1에서 공급 헤드(15)는 휠(9)의 상부를 적시기 위해 휠(9) 위에 있다. 도 4에서 공급 헤드(15)는 휠(9)의 후방부를 적시기 위해 휠(9) 뒤에 있다. 또 다른 구성, 예컨대 휠 앞이나 옆에 있는 것도 가능하다. 공급 헤드(15)는 도 2와 3에 도시되어 있지 않으나, 도 1과 같이 휠(9) 위에 있을 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서 냉각 애플리케이터(8)는 용접 토치(3) 뒤에서, 용접 비드 위에서 진행 방향(7)으로 슬라이드한다. 이를 위해 광물 섬유로 이루어진 냉각 애플리케이터(8)가 두꺼운 직육면체 또는 원통형 패드로 구성되어, 사각형 단면 또는 원형 단면의 튜브 형상인 하우징(35)에 수용된다. 공급 헤드(15)는 냉각 애플리케이터(8)의 상면(34)으로 냉각액을 전달하기 위해, 하우징(35)에 장착되어 아래쪽으로 배향된다. 냉각액은 다공성인 냉각 애플리케이터(8)의 두께에 걸쳐 확산됨으로써 용접된 요소의 표면(36)에 도달하게 된다. 하우징(35)은 냉각액의 튐(splash)과 유동을 구속하여, 마치 스크린으로 작용함으로써 그 튐으로부터 용접 토치(3)를 보호한다.
용접 토치(3)와 하우징(35)은 서포트 캐리지(2)에 서로 독립적으로 장착될 수 있다. 도 5의 예에서 이들은 서포트 캐리지(2)로부터, 아래쪽으로 압력을 가하는 탄성 서프펜션(37, 38)에 매달려, 양각의 프로필을 추종할 수 있다. 활용 대상에 따라 캐리지(2)에 고정되거나 회전 가능하게 장착될 수도 있다.
도 6은 대안적인 형태의 실시예의 하우징(35)의 사시 단면도인데, 그레이트 요소(39)와 하우징(35) 내부에 결합된 서포트 바(41) 사이에 장착된 서스펜션 스프링(40)의 효과로서, 하우징 그레이트 요소(39)가 냉각 애플리케이터(8)의 상면(34)에 압력을 가하게 된다. 그레이트 요소(39)는 유연한 냉각 애플리케이터(8)가 특히 주름을 넘어갈 때, 냉각액의 통로를 막지 않으면서, 용접될 요소의 형상에 대응하게 되도록 허용한다.
일 실시예에서 냉각제 공급원은 도 12에 개략적으로 표시된 제어 유닛(26)에 의해 자동으로 조정된다. 제어 유닛(26)은 다양한 센서(27)에 의해 제공되어 용접 스테이션의 다양한 작동 파라미터, 예컨대 서포트 캐리지(2)의 진행률(v), 냉각액의 유동률(D), 용접 토치(3)에 의한 전류(I) 등을 나타내는 입력 신호를 이용한다. 제어 프로그램을 이용하여, 제어 유닛(16)은 순환 펌프(28)를 작동하기 위한 제어 신호를 생성한다.
이러한 제어 프로그램에 의해 추구될 수 있는 목적은 예컨대
- 전원 존재 시, 부식을 일으키거나 위험을 야기할 수 있는 액체의 증가(build-up)를 회피하기 위해, 냉각액을 전부 또는 거의 전부 증발시키는 단계,
- 특정한 기준치 아래로 용접 비드의 온도를 낮추는 단계를 포함할 수 있다.
제어 유닛(26)은 용접 스테이션의 다양한 액추에이터, 예컨대 서포트 캐리지(2)를 구동하기 위한 구동 모터(29), 용접 토치를 위한 전류원(30) 등을 함께 제어하기 위해 이용될 수도 있다.
도 7과 8은 냉각 애플리케이터(108)의 다른 실시예를 포함하는 휠(109)을 나타낸다. 여기서 냉각 애플리케이터(108)는 휠(109)의 허브와 "타이어"를 형성하는 광물 섬유로 이루어진 세 개의 다공성 디스크로 구성된다. 이들 세 디스크는 두 개의 강성인 끝단 플레이트(20) 사이에 체결되어, 두 끝단 플레이트(20)의 중심으로부터 서로를 향해 돌출된 두 개의 스터브 샤프트(21)에 맞물린다. 이러한 실시예에서 모세관 현상에 의해 흡수될 수 있는 액체의 부피가 더 커진다. 나머지 작동은 동일하다.
냉각 애플리케이터가 반드시 휠일 필요는 없다. 나타내지 않은 일 실시예에서, 이는 용접 비드 위를 슬라이드하는 광물 섬유의 패드이다.
도 2에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 일 실시예에서 용접 장치는 두 개의 납작한 시트형 금속 플레이트를 필릿 용접하기 위해, 즉 이들을 겹쳐서 용접하기 위해 이용된다. 보다 구체적으로 용접 토치(3)는 하부 시트(19)에 겹쳐진 상부 시트(18)의 모서리(17)를 따라 가이드되어, 그 모서리(17)를 따라 용접 비드(22)를 형성한다.
도 9와 10은 냉각 애플리케이터가 이용되지 않았을 때(도 9), 그리고 이용되었을 때(도 10), 0.7㎜ 두께의 두 Invar® 시트상의 용접 비드의 단면을 나타낸다. 도 9와 10의 참조 스케일(E)은 200㎛이다.
광학 현미경을 통한 사진은 용접 비드(22)의 영역에서 소재의 입도를 평가할 수 있게 만든다. 도 9에서 큰 입도로 나타난 용융 구역은 하부 시트(19)의 하면까지, 조립체의 전체 두께에 걸쳐 연장된다. 반면 도 10에서 용접 비드(22)의 입도는 깊이에 따라 급격하게 감소하며, 하부 시트(19)의 아래쪽 절반(23)의 경우 원래의 입도를 일정 부분 유지하는데, 이는 용융 구역이 더 국한되어 덜 깊음을 의미한다. 이는 냉각수에 의해 수행된 열펌프 동작의 결과이다.
이러한 필릿 용접은 밀봉된 탱크 멤브레인에서, 특히 두 개의 주름진 시트 플레이트 사이에 유밀한 조립을 형성하도록 이용될 수 있다. 이러한 멤브레인의 일례가 도 11에 나타나 있다.
두 개의 주름진 시트 플레이트(18, 19)가 나타나 있다. 시트형 금속 플레이트(18, 19)는 도면에서 하면에 돌출되어 그 평면의 y 방향으로 연장되며 일정한 간격으로 이격된 일련의 제1 주름부(31) 및 마찬가지로 도면에서 하면에 돌출되어 y 방향에 직각인 x 방향으로 연장되며 일정한 간격으로 이격된 일련의 제2 주름부(32)를 포함한다. 평평한 구역(33)은 주름부(31, 32) 사이에 배열된다.
필릿 용접은 용접 토치(3)와 함께 서포트 캐리지(2)를 x 방향으로 움직임으로써, 모서리(17)를 따라 동일한 방식으로 형성될 수 있다.
수치 예시
원하는 냉각수의 유동률은 작동 파라미터, 즉 전류(I)=43A, 전압(U)=11.7V 및 진행률(v)=34㎝/min에 해당하는 89kJ/m에 상당하는 용접 에너지에 대해, 용접 전후에 적셔진 애플리케이터의 무게를 측정함으로써 실험적으로 측정되었다. 관측할 수 있을 만한 증가(build-up) 없이 냉각수를 전부 증발시키게 되는 것으로 8.6㎖/m, 즉 0.097㎖/kJ의 물의 유동률이 측정되었다.
이론적인 계산상 동일한 조건하에서 8.9㎖/m의 물을 소비하는 것으로 구해진다. 이러한 계산은 온도가 20℃에서 100℃로 증가한 뒤, 물의 증발이 일어나 금속을 약 800℃에서 500℃로 냉각하도록 야기한다는 가정에 기초한다. 이들 결과 사이의 수렴은 냉각수가 필요 없는 구역으로 확산되는 것이 아니라, 열 펌프에 의해 효과적으로 완전히 소비됨을 나타낸다. 최소 유동률은 89kJ/m의 용접 에너지에 대해 약 8㎖/m, 즉 약 0.090㎖/kJ에 상응한다. 만약 냉각 애플리케이터의 통과 후 금속의 온도를 더욱 더 낮추고자 한다면, 유동률은 물의 축적 없이 약 20㎖/m, 즉 약 0.225㎖/kJ까지 증가할 수 있다. 이러한 결과는 지표로 주어지며, 두 0.7㎜의 두꺼운 금속 시트 사이에서 필릿 용접부를 냉각하기 위해 필요한 물의 양에 해당하는 값을 준다.
"포함하다", "이루어지다" 및 그 조합된 형태는 청구항에서 언급된 것들 이외 다른 요소나 단계의 존재를 배제하지 않는다.
청구항에서 괄호 사이의 어떠한 참조 부호도 청구항에 제한을 가하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (16)
- 두 개의 금속성 요소(18, 19)를 조립하기 위해 용접 비드(22)를 생성하되, 상기 용접 비드는 상기 용접 비드의 경로를 따라 용접 토치(3)를 움직임으로써 생성되는 단계 및
상기 용접 토치 바로 뒤에서 상기 용접 비드의 외면 위로 냉각 애플리케이터(8)를 통과시켜 상기 용접 비드를 냉각하되, 상기 냉각 애플리케이터는 냉각액으로 적셔진 광물 섬유의 패드로 구성되는 단계를 포함하는 저변형 용접 방법. - 제1항에 있어서,
상기 광물 섬유는 세라믹으로 이루어지는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 광물 섬유는 다른 산화물과 함께 실리카를 주로 함유하는 세라믹으로 이루어지는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 하나에 있어서,
상기 냉각 애플리케이터(8)가 상기 용접 비드 위를 통과할 때, 상기 냉각 애플리케이터(8)에 냉각액이 공급되는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 하나에 있어서,
상기 냉각액은 물과 액체 질소로부터 선택되는 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
상기 냉각 애플리케이터(8)는 상기 용접 비드의 외면 위를 슬라이드하는 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
상기 냉각 애플리케이터(8)는 상기 용접 비드의 외면 위를 구르도록 구성되는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 냉각 애플리케이터(8)는 원통형 지지체 둘레에 배열된 "타이어"의 형태로 상기 용접 비드의 외면 위를 구르는 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 하나에 있어서,
상기 용접 토치(3)는 전기 아크 용접 토치인 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서,
상기 두 금속성 요소(18, 19)는 필릿 용접 또는 맞대기 용접될 시트형 금속 플레이트로서, 상기 용접 비드의 경로는 상기 시트형 금속 플레이트 하나의 모서리(17)를 따르는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 시트형 금속 플레이트(18, 19)는 비합금강과 저합금강, 스테인레스강, 낮은 열팽창 계수를 갖는 니켈-강 합금 및 낮은 열팽창 계수를 갖는 망가니즈-강 합금으로부터 선택된 합금으로 이루어지는 방법. - 조립될 두 금속성 요소(18, 19)에 대해 진행 경로를 따라 움직이도록 의도된 이동식 서포트 캐리지(2)를 포함하되, 상기 이동식 서포트 캐리지(2)는
상기 두 금속성 요소 사이에 용접 비드(22)를 형성하기 위한 용접 토치(3),
상기 진행 경로에 대해 상기 용접 토치 뒤에 배열되어, 상기 용접 비드의 외면에 접촉함으로써 상기 용접 비드를 냉각하는 것으로, 광물 섬유의 패드로 구성된 냉각 애플리케이터(8) 및
상기 냉각 애플리케이터(8)로 냉각액을 배급하도록 설계되어, 상기 광물 섬유의 패드를 상기 냉각액으로 적시는 배급 헤드(15)를 구비하는 저변형 용접 장치. - 제12항에 있어서,
조립될 상기 두 금속성 요소에 대해 고정적으로 배열되도록 의도된 섀시(1)를 더 포함하고,
상기 서포트 캐리지(2)는 상기 섀시에 이동 가능하게 장착되어, 상기 섀시(1)에 의해 상기 진행 경로를 따라 가이드되는 장치. - 제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 이동식 캐리지에 의해 구비되며, 상기 냉각 애플리케이터(8)와 상기 용접 토치(3) 사이에 배열되어, 냉각액의 튐으로부터 상기 용접 토치를 보호하는 스크린(13, 35)을 더 포함하는 장치. - 제12항 내지 제14항 중 어느 하나에 있어서,
상기 배급 헤드(15)에 연결되어, 상기 배급 헤드에 상기 냉각액의 유동을 공급하는 냉각제 공급 펌프(28) 및
상기 공급 펌프와 협력하며, 상기 서포트 캐리지(2)의 진행률과 상기 용접 토치(3)에 의한 전류로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 파라미터에 따라 상기 냉각액의 유동을 조정하도록 구성된 제어 유닛(26)을 더 포함하는 장치. - 제12항 내지 제15항 중 어느 하나에 있어서,
조립될 상기 금속성 요소(18, 19, 36)의 방향으로 상기 냉각 애플리케이터(8)에 압력을 가하기 위한 탄성 서스펜션 부재(38, 49)를 더 포함하는 장치.
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