KR20210089520A - 자동 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 용접장치에 관한 것으로서, 용접부(5)를 따라 전진 구동되도록 한 쌍의 전, 후륜(11,12)이 마련된 캐리지(10); 상기 캐리지(10)의 상방에 탑재되어 용접부(5)를 용접하는 토치(20); 상기 토치(20)의 인접부에 배치되어 용접부(5)의 갭 변화를 감지하는 센서(30); 및 상기 캐리지(10)가 용접부(5)를 따라 안내될 수 있도록 가이드하는 가이드수단(40)을 포함하여 구성된다. 따라서, 바퀴를 자석 재질로 제작하는 동시에 별도의 자석을 더 추가하여 캐리지가 벽면을 따라 수직 이동이 가능하도록 하고, 또한, 토치를 선, 후행토치 한쌍으로 탬덤 배치되고 위빙되면서 용접이 가능하도록 함으로써 불량률 저감 및 용융풀의 흘러내림을 방지할 수 있으며, 또한, 센서를 통해 용접부의 캡 변화를 감지할 수 있도록 함으로써 토치의 전류 세기 및 위빙 폭을 자동으로 제어할 수 있게 되며, 가이드롤러를 통해 용접부의 심 트랙킹이 가능하게 되어 정확한 용접을 수행할 수 있도록 하는 등의 효과를 얻는다.

Description

자동 용접장치{AUTO WELDING MACHINE}

본 발명은 자동 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바퀴를 자석 재질로 제작하는 동시에 별도의 자석을 더 추가하여 캐리지가 벽면을 따라 수직 이동이 가능하도록 하고, 또한, 토치를 선, 후행토치 한쌍으로 탬덤 배치되고 위빙되면서 용접이 가능하도록 함으로써 불량률 저감 및 용융풀의 흘러내림을 방지할 수 있으며, 또한, 센서를 통해 용접부의 캡 변화를 감지할 수 있도록 함으로써 토치의 전류 세기 및 위빙 폭을 자동으로 제어할 수 있게 되며, 가이드롤러를 통해 용접부의 심 트랙킹이 가능하게 되어 정확한 용접을 수행할 수 있도록 하는 자동 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접이라 함은 같은 종류 또는 다른 종류의 2가지 고체 재료 사이에 직접 원자간 결합이 되도록 접합시키는 것으로서, 접착제로 접착하거나 보일 및 리벳으로 연결하는 것과는 다르며, 금속재료를 용접하기 위해 접합면을 청결하게 하고 두 재료의 금속원자가 서로 금속 결합을 할 수 있는 거리 이내에 두 재료를 접근시킨 후 접합부를 가열, 용융시켜 그 부분의 금속원자를 재배열(융접법이라 한다)시키든가 또는 접합부에 외부 힘을 가해서 소성변형(압접법이라 한다)을 일으키는 여러 가지 방법이 제시되고 있다.

용융법의 일종인 용융금속납에 의한 용접법(납땜법)은 BC 2500년 이전 메소포타미아, 이집트문명에서 이미 쓰이고 있었다. 철을 가열하여 단련하면 접합할 수 있다는 것도 제철의 시작(BC 1500년)과 함께 알려져 있었다.

그러나 용접법이 주조법이나 단조법(鍛造法)과 더불어 금속가공법의 하나로 선박, 교량 건조, 자동차 제조 등 공업적으로 실용화된 것은 1881년 아크용접의 발명 뒤이며, 특히 제2차세계대전중 용접기술이 비약적으로 발달한 뒤의 일이다.

이러한 용접법의 종류로는 금속 재료의 용접법을 사용되는 에너지에 따라 분류할 수 있으며, 공업적으로 가장 대규모로 실용화되고 있는 용접법은 전기에너지를 사용하는 것으로 그 중에서도 아크용접이 차지하는 비율이 크다.

이 아크 용접(arc welding)은 저전압을 이용하여 아크 방전을 발생시켜 금속을 용접하는 방식으로, 용접하고자 하는 철판 등에 음극을 연결하고 양극에는 용접봉을 연결한 다음 두 전극을 가까이하면 아크 방전이 일어나 용접봉이 용융되어 음극에 연결된 철판을 용접하게 된다.

상기한 바와 같은 아크 용접기는 철판 사이의 틈에 용접봉을 아크 방전을 이용하여 녹여서 용접하게 되는데, 용접봉은 철심과 철심을 감싸고 있는 피복제로 이루어진다.

이때, 상기한 피복제(coating flux)는 피복 아크 용접봉의 심선 외측에 도포되어 있는 것으로, 용접 작업을 부드럽게 하고, 대기 중의 산소, 질소의 침입을 방지하고, 산화물 기타의 유해물을 용융 금속에서 분리시켜서 용접 금속을 정련할 목적으로 사용하는 분말 상의 재료이다.

그리고, 아크 용접을 할 때 특히, 용접 상태를 치밀하게 해야 하는 경우에 상기한 피복제가 도포된 용접봉을 사용하지 않고 산소나 질소 등의 침입을 막기 위하여 불활성 가스인 아르곤, 또는 이산화탄소를 용접 부위에 공급함으로써 대기가 용접 부위에 침입하는 것을 방지하여 용접을 하기도 한다.

일례로 종래 기술의 용접장치를 개략적으로 살펴보면, 자체 구동되는 캐리지 상에 토치가 마련되어 해당 용접부를 용접할 수 있도록 하는 용접장치가 제시되어 있다.

그러나, 이러한 종래 기술의 용접장치는 기본적으로 캐리지가 벽면을 따라 수직 이동되는 것이 불가능하고, 또한, 토치가 선, 후행토치 한쌍으로 탬덤 배치되는 구조가 아님은 물론 위빙도 불가능하기 때문에 불량률 높아지고 용융풀의 흘러내림을 방지할 수 없으며, 또한, 용접부의 캡 변화를 감지할 수 있도록 하는 수단이 마련되어 있지 않아 용접작업이 어렵게 되며, 또한, 용접부의 심 트랙킹 수단이 마련되어 있지 않아 이 역시 원활한 용접 작업이 수행되지 못하게 되는 등의 문제점으로 이어졌다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 바퀴를 자석 재질로 제작하는 동시에 별도의 자석을 더 추가하여 캐리지가 벽면을 따라 수직 이동이 가능하도록 하고, 또한, 토치를 선, 후행토치 한쌍으로 탬덤 배치되고 위빙되면서 용접이 가능하도록 함으로써 불량률 저감 및 용융풀의 흘러내림을 방지할 수 있으며, 또한, 센서를 통해 용접부의 캡 변화를 감지할 수 있도록 함으로써 토치의 전류 세기 및 위빙 폭을 자동으로 제어할 수 있게 되며, 가이드롤러를 통해 용접부의 심 트랙킹이 가능하게 되어 정확한 용접을 수행할 수 있도록 하는 자동 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 자동 용접장치는 용접부를 따라 전진 구동되도록 한 쌍의 전,후륜이 마련된 캐리지; 상기 캐리지의 상방에 탑재되어 용접부를 용접하는 토치; 상기 토치의 인접부에 배치되어 용접부의 갭 변화를 감지하는 센서; 및 상기 캐리지가 용접부를 따라 안내될 수 있도록 가이드하는 가이드수단을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 캐리지의 소정부위에 이 캐리지가 벽면에 부착된 상태로 수직 이동이 가능하도록 자력을 제공하는 자석이 더 구비된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 캐리지의 전, 후륜이 자석 재질로 된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 토치는 솔리드 와이어를 사용하는 선행토치와, 플럭스 코어드 와이어를 사용하는 후행토치가 캐리지에 직렬 구조로 배열된 한 쌍으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 각각의 토치는 상하로 위빙이 가능하게 된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 토치들의 위빙 구조는 캐리지에 고정되고 회전축을 갖는 회전모터와, 이 회전모터의 회전축에 연결되어 축 회전되고 토치본체를 지지하는 지지브래킷으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 센서는 캐리지의 최전방에 배치되어 용접부의 갭 변화에 따라 전, 후진되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 센서의 전후진 구조는 캐리지에 고정되고 회전축을 갖는 회전모터와, 이 회전모터의 회전축에 나사 결합되어 전후진되고 센서본체를 지지하는 지지브래킷이 마련된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 가이드수단은 캐리지에서 용접부의 인접 직벽면으로 연장되는 가이드바와, 이 가이드바 단부에 장착되어 축 회전되면서 상기 직벽면을 따라 이동되는 가이드롤러로 된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 가이드수단은 캐리지의 전, 후방에 각각 설치된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동 용접장치에 있어서, 상기 전, 후방의 가이드수단은 서로 높이를 다르게 하여 캐리지에 설치된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접장치는 바퀴를 자석 재질로 제작하는 동시에 별도의 자석을 더 추가하여 캐리지가 벽면을 따라 수직 이동이 가능하도록 하는 효과를 얻는다.

또한, 토치를 선, 후행토치 한쌍으로 탬덤 배치되고 위빙되면서 용접이 가능하도록 함으로써 불량률 저감 및 용융풀의 흘러내림을 방지할 수 있는 효과를 얻는다.

또한, 센서를 통해 용접부의 캡 변화를 감지할 수 있도록 함으로써 토치의 전류 세기 및 위빙 폭을 자동으로 제어할 수 있게 되는 효과를 얻는다.

또한, 가이드롤러를 통해 용접부의 심 트랙킹이 가능하게 되어 정확한 용접을 수행할 수 있도록 하는 등의 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접장치를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접장치를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접장치를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접장치의 센서가 전, 후진되도록 하는 볼스크류 구조를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접장치의 센서가 갭의 크기에 따라 전, 후진된 상태를 나타낸 요부확대도이다.

이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한 본 출원에서 적어도 2개의 상이한 실시예들이 각각 기재되어 있을 경우, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 별다른 기재가 없더라도 각 실시예들은 구성요소의 전부 또는 일부를 상호 병합 및 혼용하여 사용할 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 6에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 용접장치는 용접부(5)를 따라 전진 구동되도록 한 쌍의 전, 후륜(11,12)이 마련된 캐리지(10)와, 이 캐리지(10)의 상방에 탑재되어 용접부(5)를 용접하는 토치(20)와, 이 토치(20)의 인접부에 배치되어 용접부(5)의 갭 변화를 감지하는 센서(30) 및 상기 캐리지(10)가 용접부(5)를 따라 안내될 수 있도록 가이드하는 가이드수단(40)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 캐리지(10)는 벽면(7)에 부착된 상태로 수직 이동이 가능하도록 전, 후륜(11,12)이 자석 재질로 되어 있고, 이에 더해 상기 캐리지(10)의 소정부위에 이 캐리지(10)가 자력을 제공하는 자석(50)이 더 구비되어 있다.

상기 토치(20)는 솔리드 와이어를 사용하는 선행토치(21)와, 플럭스 코어드 와이어를 사용하는 후행토치(22)가 캐리지(10)에 직렬 구조로 배열된 한 쌍으로 이루어지고, 이들 각각의 토치(21,22)는 상하로 위빙이 가능하도록 설치되어 있다.

여기서, 상기 토치(21,22)들의 위빙 구조는 캐리지(10)에 고정되고 회전축(61) 을 갖는 회전모터(60)와, 이 회전모터(60)의 회전축(61)에 연결되어 축 회전되고 토치본체(21a,22a)를 지지하는 지지브래킷(62)으로 이루어져 위빙이 가능하게 되는 것이다.

상기 센서(30)는 캐리지(10)의 최전방에 배치되어 용접부(5)의 갭 변화에 따라 전, 후진이 가능하게 되고, 상기 센서(30)의 전후진 구조는 캐리지(10)에 고정되고 회전축(71)을 갖는 회전모터(70)와, 이 회전모터(70)의 회전축(71)에 나사 결합되어 전후진되고 센서본체(30a)를 지지하는 지지브래킷(72)이 마련된 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 센서(30)의 선단부는 용접부(5)의 갭이 크면 전진하고 이와 반대로 갭이 작으면 후진하면서 갭 변화를 감지하도록 되어 있다.

상기 가이드수단(40)은 캐리지(10)에서 용접부(5)의 인접 직벽면(9)으로 연장되는 가이드바(41)와, 이 가이드바(41) 단부에 장착되어 축 회전되면서 상기 직벽면(9)을 따라 이동되는 가이드롤러(42)로 이루어져 있다.

그리고, 상기 가이드수단(40)은 캐리지(10)의 전, 후방에 각각 설치되며, 이 전, 후방의 가이드수단(40)은 서로 높이를 다르게 하여, 즉 전방 가이드수단(40)이 후방 가이드수단(40)보다 높게 캐리지(10)에 설치되어 상하 두군데를 따라 가이드되면서 캐리지(10)의 가이드가 원활하게 이루어지도록 되어 있다.

한편, 상기 캐리지(10)의 구동이나 토치 및 센서의 작동은 캐리지(10) 상의 콘트롤박스(80)을 통해 자동 제어되도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예인 자동 용접장치는 가이드롤러(42)가 용접부(5)의 직벽면(9)에 밀착된 상태로 캐리지(10)를 용접부(5)에 배치한 후 제어수단을 통해 캐리지(10)를 구동시키면 이 캐리지(10)는 용접부(5)를 따라 벽면(7) 상방 이동되고 이와 동시에 센서(30)가 용접부(5)의 갭 부위로 연장된 상태에서 토치(20)를 통해 해당 용접부(5)에 용접을 수행할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 용접부(5)의 갭 변화를 센서(30)가 감지하여 갭이 크면 토치(20)의 위빙 폭 및 전류 세기를 증가시키고, 또한, 갭이 감소되면 토치(20)의 위빙 폭 및 전류 세기를 감소시키면서 용접을 수행한다.

한편, 토치(20) 중 선행토치(21)는 솔리드 와이어를 사용하여 슬래그 혼입 등의 용접 결함을 없애고, 그 후행토치(22)는 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 슬래그를 형성시킴으로써 용융풀이 흘러내림을 방지할 수 있도록 되어 있다.

이와 같이, 자석으로 된 전, 후륜(11,12)과 별도의 자석(50)에 의해 캐리지(10)가 직벽면(9)에 안정적으로 부착된 상태에서 제어수단에 의해 자동 구동되어 가이드롤러(42)의 안내에 따라 용접부(5)를 따라 정확하게 이동되는 동안 센서(30)는 용접부(5)의 갭 변화를 실시간적으로 감지하여 이 센서(30)의 갭 변화의 감지에 따라 토치(20)가 적절히 대응하면서 작업자에 의한 관찰이나 용접조건의 변경 없이 용접을 원활하고 정확하게 자동 수행할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

5 : 용접부 7 : 벽면
9 : 직벽면 10 : 캐리지
11 : 전륜 12 : 후륜
20 : 토치 21 : 선행토치
21a : 토치본체 22 : 후행토치
22a : 토치본체 30 : 센서
30a : 센서본체 40 : 가이드수단
41 : 가이드바 42 : 가이드롤러
50 : 자석 60 : 회전모터
61 : 회전축 62 : 지지브래킷
70 : 회전모터 71 : 회전축
72 : 지지브래킷 80 : 콘트롤박스

Claims (10)

1. 용접부를 따라 전진 구동되도록 한 쌍의 전, 후륜이 마련된 캐리지;
   상기 캐리지의 상방에 탑재되어 용접부를 용접하는 토치;
   상기 토치의 인접부에 배치되어 용접부의 갭 변화를 감지하는 센서; 및
   상기 캐리지가 용접부를 따라 안내될 수 있도록 가이드하는 가이드수단;을 포함하고,
   상기 캐리지의 소정부위에 이 캐리지가 벽면에 부착된 상태로 수직 이동이 가능하도록 자력을 제공하는 자석을 포함하는 자동 용접장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 캐리지의 전, 후륜이 자석 재질로 된 자동 용접장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 토치는 솔리드 와이어를 사용하는 선행토치와, 플럭스 코어드 와이어를 사용하는 후행토치가 캐리지에 직렬 구조로 배열된 한 쌍으로 이루어진 자동 용접장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 각각의 토치는 상하로 위빙이 가능한 자동 용접장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 토치들의 위빙 구조는 캐리지에 고정되고 회전축을 갖는 회전모터와, 이 회전모터의 회전축에 연결되어 축 회전되고 토치본체를 지지하는 지지브래킷을 포함하는 자동 용접장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 센서는 캐리지의 최전방에 배치되어 용접부의 갭 변화에 따라 전, 후진되는 자동 용접장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 센서의 전후진 구조는 캐리지에 고정되고 회전축을 갖는 회전모터와, 이 회전모터의 회전축에 나사 결합되어 전후진되고 센서본체를 지지하는 지지브래킷을 포함하는 자동 용접장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 가이드수단은 캐리지에서 용접부의 인접 직벽면으로 연장되는 가이드바와, 이 가이드바 단부에 장착되어 축 회전되면서 상기 직벽면을 따라 이동되는 가이드롤러를 포함하는 자동 용접장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 가이드수단은 캐리지의 전, 후방에 각각 설치되는 자동 용접장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 전, 후방의 가이드수단은 서로 높이를 다르게 하여 캐리지에 설치되는 자동 용접장치.

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