KR20210078040A - 자동 용접장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 자동 용접 장치는, 메인 프레임; 업/다운 모터부, 업/다운 프레임, 용접노즐부, 트롤리 어셈블리(trolly ass'y), 슈퍼 티그(Super-TIG) 송급모듈, 용접제어장치부; 용착속도 제어용 컨트롤러; 용접대상인 튜브시트를 고정하여 지지하는 포지셔너; 상기 튜브시트를 용접하는 용접부; 상기 용접부와 연결되어 상기 용접부를 움직여 용접 위치를 조절할 수 있는 업/다운 프레임; 상기 업다운 프레임과 연결되어 움직일 수 있도록 하는 업/다운 모터부 및 상기 용접부와 연결되어 제어하는 용접제어부를 포함하고, 상기 용접부는, 전극봉을 방전시켜 열을 발생시키는 용접토치 및 용접 시 용착금속이 되도록 용융시킨 금속 재료를 공급하는 슈퍼 티그 송급모듈을 포함하고, 상기 용접제어부(600)는 모재와의 비드폭을 높게하여 용접속도의 지나친 증가를 피하면서 생산성(용착속도)을 높이기 위해 오실레이션 할 수 있도록, 상기 오실레이션 주파수에 맞게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 포함하고, 상기 용접 장치로 용접을 할 때 아크기둥은 플라즈마가 상부 전극에서 용융지 방향으로 유체(Fluid)로서의 흐름을 보이는 플라즈마 스트림을 적용하고 상기 플라즈마 스트림과 직각방향이 되도록 상기 용가재 형상을 오목한 판상으로 하고, 용접 후 Fe의 함량은 모재의 희석률에 의해 정하는 것을 특징으로 하는 자동 용접장치에 관한 것으로서, 용접효율을 높이는 것이다.
Description
본 발명은 자동용접장치에 관한 것으로서, TIG 용접기법을 적용하여 용접공정을 자동화하여 작업자 1명이 여러 대를 순차적으로 동작하여 작업이 가능하도록 하는 오버레이 용접 장치에 관한 것으로서, 용접장치는 UP/DOWN MOTOR부, MAIN FRAME, UP/DOWN FRAME, 용접노즐부, TROLLY ASS'Y, Super-TIG 송급모듈, 용접제어장치부로 구성된다.
오버레이 용접한 설비 및 부품의 성능이 향상됨에 따라 설비 및 부품의 사용시간이 길어지고 이에 따른 설비 교체를 위한 설비 휴지 시간의 감소는 정비비의 절감과 생산성의 향상을 가져다준다. 그리고 무엇보다도 큰 장점은 오버레이 용접부의 마모 손상 지연은 설비의 정밀 가동을 가능하게 하고 생산제품의 치수 정밀도를 높여주는 효과가 있어 고부가 가치의 고품질 생산에 크게 기여할 수가 있다는 점이다. 현재 오버레이 기술은 사람의 경험을 바탕으로 이를 장비에 적용시켜 보다 편리하게 작업을 할 수 있게 장비를 개발해 왔다. 작업자의 노하우를 장비에 적용시키고 기계의 특성을 살려 보다 빠르게 효율적으로 작업을 할 수 있는 장비개발이 필요하다.
일반적으로 설비 또는 기계부품은 마멸, 충격, 침식에 의하여 마모되거나 환경의 영향으로 부식이 발생하여 많은 손실을 보게 된다. 이러한 손실을 감소시키기 위하여 재료의 표면에 내마모 또는 내식재료를 입히는 용접을 오버레이 용접이라고 한다. 이러한 정의에 따라 용사, 열처리에 의한 표면경화, 즉 침탄, 질화처리, 이온주입과 같은 표면경화법은 오버레이 용접에 포함되지 않는다. 내마모성 향상을 위한 오버레이 용접의 적용범위는 암석 분쇄와 같은 매우 심한 연삭마모에서부터 수백분의 1mm의 마모도 허용되지 않는 미세 조절 밸브와 같은 금속과 금속간의 접촉마모에 이르기까지 매우 광범위하다. 부식과 고온산화는 마모속도에 큰 영향을 미치기 때문에 오버레이 용접의 재료선정에 있어서 매우 중요한 요소로 작용한다. 일반적인 설비들은 탄소강, 스테인리스강 또는 내마모성이 부족한 재료로 제작되어 있다. 따라서 오버레이 용접은 부품자체가 심한 마모를 받을 수 있는 부분이라든지 마모손상된 부분을 보수하는 곳에 적용하게 된다.
기계설비는 원래의 가공치수를 유지하였을 때 가장 생산성이 높으며, 생산제품의 품질도 우수하다. 오버레이 용접은 이 유효치수의 수명을 최대로 유지시킴으로써 생산제품의 품질을 향상시키고 보수 주기도 줄이며, 고가의 부품을 저렴한 가격으로 재생시킬 수 있다. 특히 부품의 저장을 줄이고, 예비저장부품을 합리적으로 관리할 수 있기 때문에 생산원가 절감에도 크게 이바지 할 수 있다.
오버레이 용접은 모재에 약 1mm 이상의 두께로 내마모, 내식, 내열성이 우수한 용접금속을 입히는 방법으로서, 그 특징은 다음과 같다.
모재와 완전한 융합을 이루기 때문에 모재보다 접합강도가 높다.
융착속도가 높기 때문에 작업능률이 양호하며 오버레이층의 두께제어가 쉽다.
오버레이 용접금속은 슬래그 내의 불활성가스 분위기에서 야금반응을 하므로 품질이 우수하다.
오버레이하고자 하는 제품의 크기에 제한이 없다.
보수를 위한 휴지시간을 줄일 수 있으므로 생산성이 향상된다.
조금 높은 하중을 사용하더라도 효율이 증가한다.
손상된 부분을 복구함으로써 보수, 유지비용을 경감시킨다.
인성이 높고 저가인 모재를 사용하므로 마모와 인성이 상호 보완적이다.
과거에 비해 현 국내 용접장치설비산업의 시장규모는 축소 상태에 있음. 이는 국내의 많은 업체들이 인건비가 다소 저렴한 외국으로 설비이전을 꾀하고 있으며, 산업전반에 걸친 경기 침체로 시장이 위축되었기 때문으로 판단.
또한 이미 많은 제품이 생산되고 있음에도 불구하고 산업적 중요성보다는 경제성이 더 우세한 현실과 용접기 시장 개방 이후 많은 외국 업체들이 국내 시장에 들어와 국내 업체와 함께 경쟁하고 있어 협소한 시장에 과도한 경쟁을 부추기고 있기 때문이다. 용접 관련 세계시장은 2007년 240조원에서 연평균 4.8% 성장률을 보이며 2012년에는 303조원 규모에 이르고 있어, 2016년에는 366조원에 달할 것으로 전망됨. 국내시장의 경우 조선산업의 불황으로 2007년 4.9조원에서 연평균 3.6%의 성장률을 보이면서 2009년에는 5.2조원, 2012년에 6.6조원 규모에 이르고 전자, 자동차, 중공업 등의 주력산업에 힘입어 2016년에는 9.1조원에 달할 것으로 보인다. 용접접합 장치시장 관련 현황은 조선 및 자동차산업에서 전체시장의 약 2/3 이상을 차지할 정도로 비중이 크며, 이는 철강 생산량 등 전후방산업과 서로 맞물려 시장을 형성하고 있음. 특히 국내 제조업의 5%를 차지하고 있는 조선산업에 있어서 선박건조 비용의 35%가 용접관련 비용으로 선박의 부가가치에 큰 영향을 미치고 있으며, 용접 접합 장치 산업에서 분야별 세계 시장 규모는 아크용접이 약 32%, 저항용접이 13%, 가스 및 커팅이 9%, 레이저 등 특수용접이 12%, 초음파용접이 약 5%, 기타 브레이징/솔더링 및 용접주변장치 등이 29% 등을 차지하고 있으며, 국내인 경우 아크용접기가 약 26%, 자동차산업 발전에 힘입어 저항용접기가 35%, 레이저 등 특수용접이 8%, 기타 브레이징/솔더링 및 주변장치 등 용접이 약 31%를 차지하고 있는 실정이다.
한편, 열교환기 부품인 튜브시트의 수주 트랜드는 오버레이 용접형 튜브시트의 수주가 증가되고 있다. 이러한 오버레이 용접형 튜브시트의 원가 구조로는 탄소강 모재와 가공비 30%, 오버레이 용접비 70%로 구성되어 있기에 오버레이 용접원가 절감이 필요한 실정에 있다.
일반적으로 가장 많이 오버레이 용접을 하는 튜브시트의 지름은 1000∼3000로, 용접두께를 3 mm로 설정할 경우 대략 6 mm까지 용접한 후에 가공한다. 또한 한번 용접을 할 경우 2 ∼ 2.5 mm의 용접층 두께를 형성하며, 최소 3번의 용접을 해야만 6 mm 높이를 만들 수 있다. 일반적인 용접속도는 350 mm/min으로 튜브시트의 지름은 1000∼3000의 경우 1주일 이상의 시간이 소요된다. 이러한 문제를 해결할 필요성이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 오버레이 용접형 튜브시트의 용접원가 절감을 위해, 숙련자가 아닌 사람도 쉽게 사용할 수 있는 8Kg/hr 용접이 가능한 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치는, 튜브시트를 자동으로 용접하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치로서, 메인 프레임(100); 용접대상인 튜브시트(210)를 고정하여 지지하는 포지셔너(200); 상기 튜브시트(210)를 용접하는 용접부(300); 상기 용접부(300)와 연결되어 상기 용접부(300)를 움직여 용접 위치를 조절할 수 있는 UP/DOWN 프레임(400); 상기 UP/DOWN 프레임(400)과 연결되어 움직일 수 있도록 하는 UP/DOWN 모터부(500) 및 상기 용접부(300)와 연결되어 제어하는 용접제어부(600)를 포함하고, 상기 용접부(300)는, 전극봉을 방전시켜 열을 발생시키는 용접토치 및 용접 시 용착금속이 되도록 용융시킨 금속 재료를 공급하는 Super-TIG 송급모듈을 포함하고, 상기 용접제어부(600)는 모재와의 비드폭을 높게하여 용접속도의 지나친 증가를 피하면서 생산성(용착속도)을 높이기 위해 오실레이션 할 수 있도록, 상기 오실레이션 주파수에 맞게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 포함하고, 상기 금속재료는 C-type 용가재이고, 상기 용접 장치로 용접을 할 때 아크기둥은 플라즈마가 상부 전극에서 용융지 방향으로 유체(Fluid)로서의 흐름을 보이는 플라즈마 스트림을 적용하고 상기 플라즈마 스트림과 직각방향이 되도록 상기 용가재 형상을 오목한 판상으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 튜브시트 오버레이 용접현장에서 자동 오버레이 용접을 할 수 있는 효과를 보유하고 있다. 또한 기존의 수동 오버레이 용접은 숙련된 용접사에 의해 작업이 이루어져야 하지만, 본 발명은 숙련용접사가 아니더라도 상대적으로 간단한 교육에 의해서도 작업이 가능하여 용접원가 절감이 가능한 효과가 있다. 또한 TIG기법을 적용하면서도 효율이 좋기에, TIG의 장점인 깨끗한 작업환경을 확보할 수 있고, 상대적으로 SAW와 MIG보다 높은 생산성 및 품질확보가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 실시 예이다.
도 2는 종래의 기술인 TIG 아크에 대한 관점과 플라즈마 스트림 이론을 적용한 TIG아크 및 SUPER-TIG아크 비교도이다.
도 3은 본 발명을 적용하여 오버레이 용접 시, 모재의 용입깊이와 비드높이에 따른 희석률 계산 방법이다.
도 4는 본 발명을 적용하여 용접한 사이드밴딩 시험 시편을 보여주는 예이다.
도 5는 본 발명에 따른 오버레이 용접 시 오실레이션 pitch의 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 메인화면의 예시이다.
도 7은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 Turn Table(포지셔너)의 수동조작 화면의 예시이다.
도 8은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 오실레이터의 수동조작 화면의 예시이다.
도 9는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 정면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 평면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 측면도이다.
도 2는 종래의 기술인 TIG 아크에 대한 관점과 플라즈마 스트림 이론을 적용한 TIG아크 및 SUPER-TIG아크 비교도이다.
도 3은 본 발명을 적용하여 오버레이 용접 시, 모재의 용입깊이와 비드높이에 따른 희석률 계산 방법이다.
도 4는 본 발명을 적용하여 용접한 사이드밴딩 시험 시편을 보여주는 예이다.
도 5는 본 발명에 따른 오버레이 용접 시 오실레이션 pitch의 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 메인화면의 예시이다.
도 7은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 Turn Table(포지셔너)의 수동조작 화면의 예시이다.
도 8은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 오실레이터의 수동조작 화면의 예시이다.
도 9는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 정면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 평면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 측면도이다.
설명에 앞서 본 명세서에는 다수의 양태 및 실시양태가 기술되며, 이들은 단순히 예시적인 것으로서 한정하는 것이 아니다.
본 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다른 양태 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능함을 이해할 것이다.
이하에서 설명되는 실시양태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 하기로 한다.
아크용접이란 아크(방전시 발생하는 스파크, 열)를 이용한 용접을 의미한다. 일반적으로 전기 공급 방식과 전극봉이 소모성인가 비소모성인가에 따라 나뉜다. 전기 공급방식에는 교류식과 직류식이 있으며, 직류식이 교류식보다 전압 공급이 일정해 용접 특성이 더 뛰어나다.
GTAW란 Gas Tungsten Arc Welding의 약자로, 용접은 전극간(용접봉, 모재)에 전류, 전압을 흘려 그 사이에 발생하는 아크와 그 열로 각 재료를 녹여 접합하는 것인데, GTAW용접은 전극으로 텅스텐을 사용하며, 주로 Ar가스를 보호가스로 사용한다.
SAW란 아크용접의 한 방식으로, 피복으로 된 용제(Flux) 대신 입자화 된 용제를 공급하여 용접하는 부위를 아예 덮어버리는 방식이다
MIG란 아크용접의 한 방식으로, GMAW 용접이라고도 불리며, 용접봉에 코팅된 피복이 녹아 불활성 가스를 생성하는 SMAW와 달리 아르곤이나 헬륨 이산화탄소, 혹은 혼합가스 등의 불활성 가스를 용접이 진행되는 부위에 직접 분사하여 용접 부분의 화학 변화를 방지하는 불활성 분위기를 생성하고, SMAW와 달리 피복재에 의한 슬래그 발생이 없으며, 피복재에 의한 전극 형태의 제한이 없기 때문에 직선형 전극봉만을 쓸 수 있는 SMAW와 달리 전극봉을 연속해서 공급할 수 있는 것이 특징이다.
TIG란 아크용접의 하위 분류로 GTAW 또는 WIG라고 하기도 한다. 다른 방식들과 달리 전극봉이 용융점이 매우 높은 텅스텐으로 되어있어 아크만 발생시키고, 그 아크에 따로 선재를 공급해 용접하는 방식으로 비소모성 전극봉 방식에 해당한다.
Super-TIG란 GTAW에서 필러 형상을 C형으로 바꾸어 열을 더 잘 흡수하게 만들어 생산성이 대폭 향상된 용접을 의미한다.
필러란 필러금속(용가재)으로 불리기도 하며, 용접 또는 납땜 중 두 개의 금속을 결합하는 데 사용되는 모든 재료를 의미한다. 사용특성(주로 피복제나 보호가스 등)에 따라 분류하기도 하고, 용접금속의 화학적성분에 따라 분류하기도 한다.
다음으로, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치에 대한 상세한 설명을 하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 실시 예이고, 도 2는 종래의 기술인 TIG 아크에 대한 관점과 플라즈마 스트림 이론을 적용한 TIG아크 및 SUPER-TIG아크 비교도이고, 도 3은 본 발명을 적용하여 오버레이 용접 시, 모재의 용입깊이와 비드높이에 따른 희석률 계산 방법이고, 도 4는 본 발명을 적용하여 용접한 사이드밴딩 시험 시편을 보여주는 예이고, 도 5는 본 발명에 따른 오버레이 용접 시 오실레이션 pitch의 모식도이고, 도 6a는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 메인화면의 예시이고, 도 6b는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 Turn Table(포지셔너)의 수동조작 화면의 예시이고, 도 6c는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 PLC 프로그램 오실레이터의 수동조작 화면의 예시이고, 도 7는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 평면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 측면도이다.
도 1 내지 도9를 참조하여 본 발명에 따른 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치에 대해 설명하도록 한다.
본 발명인 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치의 구조에 대해 간단하게 설명하면, 메인 프레임(100), 포지셔너(Turn Table, 200), 튜브시트(210), 용접부(300), UP/DOWN 프레임(400), UP/DOWN 모터부(500), 용접제어부(600)로 나눌 수 있다.
본 발명은 친환경 고생산성을 가진 Super-TIG용접을 적용하여 용착속도 8kg/hr 용접이 가능하도록 한다. 튜브시트의 넓은 표면을 오버레이 용접하여 생산하는 과정에서 가장 빈번하게 발생할 수 있는 모재와의 융합불량, 특히 비드 겹침부의 토우부에서 생기는 융합불량을 방지하기 위해 오실레이션을 지능적으로 할 수 있도록 한다.
기존 외팔보의 슬라이딩에 의한 용접토치의 위치 변경에서 용접홀더의 볼 스크류+서보모터 제어에 의한 용접토치 위치변경에 의한 정밀한 용접이 가능하고, 용접 생산설계 데이터를 입력하여 용접토치를 상하, 좌우 이동시킬 수 있도록 제어한 후에 용접이 가능하게 한다. 또한, 오실레이션 주파수에 맞게 정밀하게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 적용한다.
또한, 용착속도(생산속도) 8kg/hr을 달성하기 위해, 원폭 5mm, 두께 1mm의 C-Filler를 정밀 송급하여 모재 용입을 작게 하고 비드 겹침부에 결함방지가 가능한 동심원 방식을 사용한다.
도 2를 참고하여 본 발명에 적용시킬 수 있는 플라즈마 스트림에 대해 설명하도록 한다. 차례대로 기존의 TIG 아크에 대한 관점, 플라즈마 스트림 이론에 의한 TIG아크에 대한 관점, 플라즈마 스트림 이론의 관점에서 Super-TIG아크에 대한 예시를 보여준다.
기존에는 아크를 플라즈마 기둥으로 간주하여 가늘고 둥근 와이어 송급하였고, 비표면적을 중요시 하여 가는 와이어를 채용하였다.
플라즈마 스트림 이론을 적용한다면, 아크기둥은 플라즈마가 상부 텅스텐 전극에서 용융지 방향으로 유체(Fluid)로서의 흐름을 보이는 플라즈마 스트림이라는 아크 물리학적 특징을 모델링하여 이론적 체계를 확립하였으며, 이 이론을 바탕으로 플라즈마 스트림과 직각방향이 되도록 용가재 형상을 오목한 판상으로 고안하여 적용함으로서 생산성을 획기적으로 향상시킨 Super-TIG용접 기술을 개발토록 하였다.
도 2를 참고하면, TIG Arc Plasma Stream은 용가재 표면에 법선 방향으로 충돌했을 때 용가재에 투입되는 열량이 가장 높음을 볼 수 있다. 원형 와이어 형상보다 Plasma Stream을 법선방향으로 받을 수 있고, 투입열량을 받을 수 있는 비표면적이 큰 C-type의 용가재를 사용하였기에 용착속도가 빨라 생산성 향상을 가져오는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 3을 참고하여 희석률 5%이하를 위해서 튜브시트의 오버레이용접을 하는 부분은 고온 내부식 환경이므로 오버레이 용접 후 Fe의 함량은 5%범위내로 제한 후, Fe의 함량은 모재의 희석률에 의해 결정한다. 모재의 희석률은 오버레이 용접 시 모재의 용입깊이와 비드높이에 따라 아래 식과 같이 결정토록 한다.
다음으로, 용접비드 높이 최대편차(품질) 3mm 이내 달성을 위해서는, 용접비드의 골과 산의 높이 차이가 용접비드 높이 편차이며 그 최대치가 작아야 절삭가공량이 감소하므로 원가절감에 매우 중요한 요소이다. 따라서 오실레이션 기술과 전류비의 조절을 통해 최대편차를 감소시키면서 희석률이 감소될 수 있도록 한다.
다음으로, 표면기공 0Ea/m2 달성을 위해선, TIG용접에서는 용융지가 잔잔하여 액체 내의 기포가 외부로 빠져나가기 곤란한 구조이므로 기포가 초기부터 발생하지 않도록 모재 표면을 청결하게 하고 C-Filler 표면도 청결하게 하여 기공발생을 억제하도록 관리 표준을 확립하고 1층 표면 비드의 산화물 제거를 한다. 이를 위해서 저주파 펄스에 의해 용융지에 주기적으로 물리적 힘을 가하여 액체 내부의 기포가 외부로 쉽게 빠져나올 수 있도록 한다.
다음으로 도 4를 참조하여, 용접시편 사이드밴딩 시험에서 균열 3mm 이내 달성을 위해선, 모재와 오버레이용접층 사이에 융합불량이 존재하거나 슬래그 혼입 또는 기공이 발생해 있으면 사이드밴딩 시험에서 균열이 크게 발생할 수 있기 때문에 이러한 균열을 철저히 방지하여 최종적으로 사이드밴딩 시험을 통과할 수 있도록 한다.
본 발명의 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치는, 튜브시트를 자동으로 용접하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치로서, 메인 프레임(100); 용접대상인 튜브시트(210)를 고정하여 지지하는 포지셔너(200); 상기 튜브시트(210)를 용접하는 용접부(300); 상기 용접부(300)와 연결되어 상기 용접부(300)를 움직여 용접 위치를 조절할 수 있는 UP/DOWN 프레임(400); 상기 UP/DOWN 프레임(400)과 연결되어 움직일 수 있도록 하는 UP/DOWN 모터부(500); 상기 용접부(300)와 연결되어 제어하는 용접제어부(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 포지셔너(200)는 용접제어부(600)와 연결되어, 용접 위치를 조절할 수 있도록 회전이 가능할 수 있도록 한다. 도 6b와 같이 포지셔너(200)는 용접제어부(600)로 조작이 가능하도록 한다.
다음으로, 상기 용접부(300)는, 전극봉을 방전시켜 열을 발생시키는 용접토치; 용접 시 용착금속이 되도록 용융시킨 금속 재료를 공급하는 Super-TIG 송급모듈을 포함한다.
상기 전극봉은 용접을 하는 방식에 따라 직류 용접을 해야할 경우 일단부가 뾰족하게 마감되어 있도록 하고, 교류 용접의 경우 둥글게 마감되어 있도록 한다.
상기 전극봉은 텅스텐, 토륨 중량이 1% 내지 2% 함유된 텅스텐, 란타넘 중량이 0.8% 내지 2.2% 함유된 텅스텐 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.
좀 더 상세히 설명하자면, 토륨이 포함되면 아크가 안정되어 전극의 소모가 적어 직류 정극성에 사용되며 주로 강, 스테인레스, 동 합금 용접에 적합해진다. 전극봉에 셀륨이 포함될 경우, 낮은 전류 전극 봉으로 정밀 금형에 특히 널리 사용한다.
란타넘을 포함시키면 철, 스테인레스, 알루미늄 등 각종 금형 용접에 사용하며, 알루미늄에 특히 우수한 성능을 보이게 된다.
지르코늄이 함유된 전극봉은 교류 고주파를 사용하고 높은 전류 전극봉으로 순 텅스텐 전극봉보다 수명이 길고 교류용접에 보다 적합하며 알루미늄 용접에 우수한 성능을 보인다. 따라서 사용자는 자신에게 적합한 재료를 적용시켜 사용할 수 있을 것이다.
다음으로, 전극봉에 대하여 좀 더 상세히 설명하자면, 텅스텐 전극봉의 끝부분의 가공에 따라 아크의 집중성이 변하게 된다. 가공각도에 45~60도처럼 넓으면 아크는 좁게 집중되고, 20~30도 정도로 뾰족한 경우 아크는 넓게 생성된다. 또한 재질에 따라서도 아크의 집중성에 있어 차이가 있다. 예를 들어, 토륨 텅스텐 전극봉의 경우 가공각도가 30도정도면, 셀륨 텅스텐 전극봉의 가공각도 45도인 경우와 아크의 집중성이 비슷하다고 알려져 있다. 이 뜻은 토륨쪽이 집중도가 넓지만, 아크의 스타트는 셀륨 쪽이 우수하다고 할 수 있다. 따라서 사용자는 본 발명을 실시 함에 있어 좀 더 재질에 적합한 전극봉을 사용해야한다.
다음으로, 용접제어부(600)는 모재와의 비드폭을 높게하여 용접속도의 지나친 증가를 피하면서 생산성(용착속도)을 높이기 위해 오실레이션 할 수 있도록, 상기 오실레이션 주파수에 맞게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하여, 오실레이션에 대해 설명하자면 오버레이 오실레이션 피치는 토치 오실레이션과 용접진행에 따른 궤적의 진행방향 반복거리를 의미한다.
*
여기에서 전술되어 있는 기설정된 소정의 수치(1%, 0.8%, 20~30도, 45~60도)는, 본 발명의 이해를 돕기 위해 기재한 것이며, 이는 운용자의 설정에 따라 달라질 수 있고, 전술된 수치가 본 발명에 한정되지 않는 것은 당연하다.
자동용접장치는 UP/DOWN MOTOR부, MAIN FRAME, UP/DOWN FRAME, 용접노즐부, TROLLY ASS'Y, Super-TIG 송급모듈, 용접제어장치부로 구성되며,
용착속도 제어용 컨트롤러는 적정 위치에 제어할 수 있는 제어 알고리즘, 정전류 제어회로, Sequency 제어회로, 고압발생 제어회로, 가스흐름 제어회로, 보호회로로 구성되고, 용접기의 전류 조정기에 의해 설정된 기준신호와 CT에 의해 검출된 전류 피드백 신호와 비교하여 조정하며, Arc 발생 신호 검출에 따라 Sequency 제어는 다음과 같다. 정전류 제어 시작하는 단계; 고압발생회로에서 고압을 차단하는 단계; arc 발생 신호를 검출하여 출력표시 램프에 점등하는 단계; Pulse 회로를 동작하는 단계로 구성되며,
그 구체적인 방법으로 용접 시 아크 start가 용이하도록 용접 토치와 용접 모재 사이에 고압을 발생하고, Gas 흐름을 제어하는 방법으로서 용접 조건에 따라 용접개시 및 용접 종료 시의 용접 arc의 안정을 위해 gas pre-flow시간(0.1∼0.5초) 및 gas after-flow(3∼25초)시간을 설정하고, gas pre-flow시간은 내부 PC보드상의 가변저항 조정기에 의해 솔레노이드 밸브를 제어하며, gas after-flow 동작시간은 용접기 전면판의 조정기에 의해 솔레노이드 밸브를 동작하며, 보호회로는 1차 과전류 검출 보호회로, 과대입력전압 검출 보호회로, 과소 입력전압 검출보호회로, 출력 단락 보호회로, 정전류 수하 보호회로, 차상 검출 보호회로, 온도 검출 보호회로로 구성된다.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 메인 프레임
200 : 포지셔너
210 : 튜브시트
300 : 용접부
400 : UP/DOWN 프레임
500 : UP/DOWN 모터부
600 : 용접제어부
200 : 포지셔너
210 : 튜브시트
300 : 용접부
400 : UP/DOWN 프레임
500 : UP/DOWN 모터부
600 : 용접제어부
Claims (4)
- 메인 프레임;
업/다운 모터부, 업/다운 프레임, 용접노즐부, 트롤리 어셈블리(trolly ass'y), 슈퍼 티그(Super-TIG) 송급모듈, 용접제어장치부;
용착속도 제어용 컨트롤러;
용접대상인 튜브시트를 고정하여 지지하는 포지셔너;
상기 튜브시트를 용접하는 용접부;
상기 용접부와 연결되어 상기 용접부를 움직여 용접 위치를 조절할 수 있는 업/다운 프레임;
상기 업다운 프레임과 연결되어 움직일 수 있도록 하는 업/다운 모터부 및
상기 용접부와 연결되어 제어하는 용접제어부를 포함하고,
상기 용접부는, 전극봉을 방전시켜 열을 발생시키는 용접토치 및
용접 시 용착금속이 되도록 용융시킨 금속 재료를 공급하는 슈퍼 티그 송급모듈을 포함하고,
상기 용접제어부(600)는 모재와의 비드폭을 높게하여 용접속도의 지나친 증가를 피하면서 생산성(용착속도)을 높이기 위해 오실레이션 할 수 있도록, 상기 오실레이션 주파수에 맞게 반응하는 AVC(Auto Voltage Controller)를 포함하고,
상기 용접 장치로 용접을 할 때 아크기둥은 플라즈마가 상부 전극에서 용융지 방향으로 유체(Fluid)로서의 흐름을 보이는 플라즈마 스트림을 적용하고 상기 플라즈마 스트림과 직각방향이 되도록 상기 용가재 형상을 오목한 판상으로 하고, 용접 후 Fe의 함량은 모재의 희석률에 의해 정하는 것을 특징으로 하는 자동 용접장치
- 청구항 1에 있어서,
상기 용착속도 제어용 컨트롤러는 적정 위치에 제어할 수 있는 제어 알고리즘, 정전류 제어회로, 시퀀스(Sequency) 제어회로, 고압발생 제어회로, 가스흐름 제어회로, 보호회로로 구성되는 것을 특징으로 하는, 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극봉은 텅스텐, 토륨 중량이 1% 내지 2% 함유된 텅스텐, 란타넘 중량이 0.8% 내지 2.2% 함유된 텅스텐 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극봉(310)은 용접을 하는 방식에 따라 직류 용접의 경우 일단부가 뾰족하게 마감되어 있고, 교류 용접의 경우 둥글게 마감되어 있는 것을 특징으로 하는, 튜브시트 자동 오버레이 용접 장치.
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