KR20220024733A - 용접 장치 및 방법 - Google Patents

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

용접 장치 및 방법에 있어서, 용접 토치와, 와이어 노즐과, 용접 토치와 와이어 노즐을 소정 간격을 두고 지지하는 지지대와, 지지대를 용접 토치와 와이어 노즐의 배열 방향을 따른 제1 지지축을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 제1 지지 기구를 구비한다.

Description

용접 장치 및 방법
본 개시는, 협애부에 대한 용접을 행하는 용접 장치 및 용접 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 가압수형 원자로는, 경수를 원자로 냉각재 및 중성자 감속재로서 사용하여, 노심 전체에 걸쳐 비등하지 않는 고온 고압수로 하고, 고온 고압수를 증기 발생기로 보내 열교환에 의해 증기를 생성하는 것이다.
가압수형 원자로는, 원자로 용기 내에 노심이 마련되고, 노심은, 다수의 연료봉에 의해 구성된다. 원자로 용기는, 상부에 제어봉 구동 장치가 마련되고, 제어봉 구동 장치는, 다수의 연료봉에 대해 제어봉을 삽입함으로써 원자로의 출력을 제어 가능하다. 제어봉 구동 장치는, 원자로 용기 덮개의 상부에 배치되고, 제어봉 클러스터 구동축이 원자로 용기 덮개에 고정된 관대에 안내되어 원자로 용기 내에 삽입 관통되며, 선단부에 제어봉이 연결된다.
원자로 용기 덮개는, 복수의 관대가 용접에 의해 고정되어 구성된다. 관대를 원자로 용기 덮개에 고정하는 기술로서는, 예를 들어 하기 인용문헌 1에 기재된 것이 있다. 인용문헌 1에 기재된 용접 장치는, 용접 전극과, 용접 와이어와, 와이어 노즐 반전 기구를 구비하고, 와이어 노즐 반전 기구에 의해 용접 부분을 따라 이동하는 용접 전극에 대한 용접 와이어의 공급 위치를 변경하는 것이다.
일본 특허 제5582790호 공보
상술한 종래의 용접 장치에서는, 관대를 원자로 용기 덮개에 고정하는 경우, 용접 장치를 소정의 위치로부터 우측 방향으로 반주시켜 용접함과 함께, 좌측 방향으로 반주시켜 용접함으로써 관대의 외주부를 전둘레 용접하고 있다. 이때, 용접 전극보다 용접 와이어를 선행하여 이동할 필요가 있는 점에서, 와이어 노즐 반전 기구를 마련하고 있다. 그 때문에, 용접 장치의 구성이 복잡화됨과 함께 대형화되어 버린다. 원자로 용기 덮개는, 소정 간격을 두고 복수의 관대를 고정할 필요가 있으며, 용접 장치가 이동할 수 있는 공간은 좁다. 그 때문에, 용접 장치의 콤팩트화가 요망되고 있다.
본 개시는, 상술한 과제를 해결하는 것이며, 장치의 소형화를 도모하는 용접 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 용접 장치는, 용접 토치와, 와이어 노즐과, 상기 용접 토치와 상기 와이어 노즐을 소정 간격을 두고 지지하는 지지대와, 상기 지지대를 상기 용접 토치와 상기 와이어 노즐의 배열 방향을 따른 제1 지지축을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 제1 지지 기구를 구비한다.
또한, 본 개시의 용접 방법은, 용접 토치와, 와이어 노즐과, 상기 용접 토치와 상기 와이어 노즐을 지지하는 지지대를 구비하는 용접 장치에서, 상기 지지대를 상기 용접 토치와 상기 와이어 노즐의 배열 방향을 따른 제1 지지축을 중심으로 하여 기준 위치로부터 일방측으로 소정 각도만큼 회동시켜 용접을 행하는 공정과, 상기 지지대를 상기 제1 지지축을 중심으로 하여 기준 위치로부터 타방측으로 소정 각도만큼 경동하여 용접을 행하는 공정을 갖는다.
본 개시의 용접 장치 및 방법에 따르면, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 용접 장치를 도시하는 정면도이다.
도 2는 용접 장치를 도시하는 측면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이다.
도 4는 용접 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 5는 용접 장치의 제어 블록이다.
도 6은 용접 장치에 의한 용접 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 제1 지지 기구에 의한 용접 토치의 각도 조정 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 제2 지지 기구에 의한 용접 토치의 각도 조정 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는 가압수형 원자로를 도시하는 종단면도이다.
이하에 도면을 참조하여, 본 개시의 적합한 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 개시가 한정되는 것은 아니며, 또한 실시 형태가 복수 있는 경우에는, 각 실시 형태를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다. 또한, 실시 형태에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등의 범위인 것이 포함된다.
[가압수형 원자로]
도 9는 가압수형 원자로를 도시하는 종단면도이다.
원자력 발전 플랜트는, 도시하지 않지만, 원자로 격납 용기 내에 배치되는 원자로 및 증기 발생기와, 증기 터빈 발전 설비를 갖는다. 본 실시 형태의 원자로는, 가압수형 원자로이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 가압수형 원자로(10)에 있어서, 원자로 용기(11)는, 내부에 노내 구조물을 삽입할 수 있도록, 원자로 용기 본체(12)와 그 상부에 장착되는 원자로 용기 덮개(13)에 의해 구성되고, 원자로 용기 본체(12)에 대해 원자로 용기 덮개(13)가 복수의 스터드 볼트(14) 및 너트(15)에 의해 개폐 가능하게 고정된다.
원자로 용기 본체(12)는, 상부가 개구되고, 하부가 반구 형상을 이루어 폐색된 원통 형상을 이루고, 상부에 1차 냉각재로서의 경수를 공급하는 입구 노즐(16)과, 경수를 배출하는 출구 노즐(17)이 형성된다. 원자로 용기 본체(12)는, 내부에 노심조(18)가 배치되고, 상부가 원자로 용기 본체(12)의 내벽면에 지지된다. 상부 노심 지지판(19)은, 원자로 용기 본체(12)의 내부에 배치되고, 상부가 노심조(18)의 상부에 지지된다. 상부 노심판(20)은, 복수의 노심 지지 로드(21)에 의해 상부 노심 지지판(19)에 현수되어 지지된다.
노심조(18)는 하방에 하부 노심 지지판(22)이 지지되고, 하부 노심 지지판(22)은 외주부가 위치 결정 부재(23)에 의해 원자로 용기 본체(12)의 내벽면에 위치 결정되어 지지된다. 노심조(18)는, 하부에 하부 노심판(24)이 지지되어 있다. 노심(25)은, 다수의 연료 집합체(26)가 배치되어 구성되고, 내부에 다수의 제어봉(27)이 배치되고, 이 제어봉(27)은 연료 집합체(26)에 삽입 가능하다. 상부 노심 지지판(19)은, 다수의 제어봉 클러스터 안내관(28)이 고정되고, 내부에 제어봉(27)이 삽입 관통 가능하다. 원자로 용기 덮개(13)는, 반구 형상을 이루고, 제어봉 구동 장치(29)가 배치되고, 복수의 제어봉 클러스터 구동축(30)이 제어봉 클러스터 안내관(28) 내에 삽입 관통되고, 하단부에 제어봉(27)이 연결된다. 제어봉 구동 장치(29)는, 각 제어봉(27)을 노심(25)에 대해 인출 삽입함으로써 원자로 출력을 제어한다.
[용접 장치]
도 1은 본 실시 형태의 용접 장치를 도시하는 정면도, 도 2는 용접 장치를 도시하는 측면도, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이다.
본 실시 형태에 있어서, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 용접 장치(50)는, 용접 토치(51)와, 와이어 노즐(52)과, 지지대(53)와, 제1 지지 기구(54)를 구비한다. 또한 용접 장치(50)는, 제2 지지 기구(55)와, 제3 지지 기구(56)를 더 구비한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 원자로 용기(11)는, 원자로 용기 본체(12)와 원자로 용기 덮개(13)에 의해 구성된다. 원자로 용기 덮개(13)는, 상부에 제어봉 구동 장치(29)가 배치된다. 그 때문에, 원자로 용기 덮개(13)는, 제어봉 구동 장치(29)에 있어서의 복수의 제어봉 클러스터 구동축(30)을 이동 가능하게 지지하는 복수의 관대(31)(도 7 참조)가 고정된다. 본 실시 형태의 용접 장치(50)는, 원자로 용기 덮개(13)에 관대(31)를 용접에 의해 고정하는 것이다.
도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 지지대(53)는, 중앙부에 용접 토치(51)가 배치되고, 일방측(도 1에서, 우방측)에 와이어 노즐(52)이 배치되고, 타방측(도 1에서, 좌방측)에 제3 지지 기구(56)가 배치된다.
용접 토치(51)는, 중심축(O1)의 축 방향을 따라 배치된다. 용접 토치(51)는, 아크 용접으로서, 예를 들어 TIG 용접 등을 실행 가능하게 구성된다. 용접 토치(51)는, 용접 헤드(61)와, 용접 노즐(62)과, 용접 전극(63)을 갖는다. 용접 헤드(61)는, 지지대(53)에 고정된다. 용접 노즐(62)은, 용접 헤드(61) 내를 축 방향으로 관통하여 배치된다. 용접 노즐(62)은, 내부가 실드 가스로 채워진다. 용접 전극(63)은, 용접 노즐(62)의 내부에 배치되고, 선단부(도 1에서, 하단부)가 용접 헤드(61)로부터 돌출된다. 용접 전극(63)은, 텅스텐 등에 의해 구성된다.
또한, 지지대(53)는, 토치 회전용 모터(64)가 고정되고, 출력축에 구동 기어(65)가 고정된다. 한편, 용접 노즐(62)은, 상부에 종동 기어(66)가 고정되고, 구동 기어(65)가 종동 기어(66)와 맞물린다. 그 때문에, 토치 회전용 모터(64)를 구동하면, 회전력이 구동 기어(65) 및 종동 기어(66)를 통해 용접 노즐(62)에 전달된다. 그러면, 용접 노즐(62)이 중심축(O1)을 중심으로 하여 회동하고, 용접 전극(63)은 중심축(O1)을 중심으로 하여 회동하여, 그 방향을 변경할 수 있다.
와이어 노즐(52)은, 중심축(O1)에 평행한 중심축(O2)의 축 방향을 따라 배치된다. 와이어 노즐(52)은, 와이어 송급관(71)과, 노즐부(72)를 갖는다. 와이어 송급관(71)은, 중심축(O2)을 따라 배치되고, 노즐부(72)는 선단부(도 1에서, 하단부)측이 중심축(O1)측으로 만곡되어, 선단부가 용접 전극(63)의 선단부의 근방에 위치한다. 와이어 노즐(52)은, 와이어 릴(도시 생략)로부터 공급된 용접 와이어(W)를 용접 전극(63)측을 향해 안내한다.
또한, 지지대(53)는, 승강대(73)가 중심축(O2)의 축 방향을 따라 이동 가능하게 지지된다. 와이어 송급관(71)은, 승강대(73)에 중심축(O2)을 중심으로 회동 가능하게 지지된다. 승강대(73)는, 와이어 노즐 회전용 모터(74)가 고정되고, 출력축에 볼록부를 갖는 구동 캠(75)이 고정된다. 한편, 와이어 송급관(71)은, 하부에 오목부를 갖는 종동 캠(76)이 고정되고, 구동 캠(75)이 종동 캠(76)에 걸림 결합된다. 그 때문에, 와이어 노즐 회전용 모터(74)를 구동하면, 회전력이 구동 캠(75) 및 종동 캠(76)을 통해 와이어 송급관(71)으로 전달된다. 그러면, 와이어 송급관(71)이 중심축(O2)을 중심으로 하여 회동하고, 노즐부(72)는 중심축(O2)을 중심으로 하여 회동하여, 그 방향을 변경할 수 있다.
지지대(53)는, 중심축(O1)에 평행한 중심축(O3)의 축 방향을 따라 와이어 노즐 이동용 모터(77)가 고정되고, 출력축에 나사축(78)이 고정된다. 한편, 승강대(73)는, 상부에 너트(79)가 고정되고, 나사축(78)이 볼(도시 생략)을 통해 너트(79)에 나사 결합된다. 그 때문에, 와이어 노즐 이동용 모터(77)를 구동하면, 회전력이 나사축(78) 및 너트(79)에 의해 직선 이동력으로 변환되어 승강대(73)로 전달된다. 그러면, 승강대(73)가 중심축(O2)을 따라 이동하고, 와이어 노즐(52)은 중심축(O2)을 따라 이동 회동하여, 그 축 방향 위치를 변경할 수 있다.
지지대(53)는, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52) 사이에 아크 감시 카메라(81)와 미러(82)가 배치된다. 아크 감시 카메라(81)는, 미러(82)를 통해 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 선단부의 용접 화상을 촬영할 수 있다.
안내부(91)는, 제2 지지 기구(55)에 의해 제2 지지 부재(92)가 회동 가능하게 지지된다. 제2 지지 기구(55)는, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)의 배열 방향에 직교함과 함께 용접 토치(51)의 축 방향(중심축(O1))에 직교하는 방향을 따른 제2 지지축(O12)을 갖는다. 또한, 제2 지지 기구(55)는, 제2 모터(도시 생략)를 갖는다. 제2 모터는, 안내부(91)에 고정되고, 출력축에 제2 지지 부재(92)가 연결된다. 그 때문에, 제2 모터를 구동하면, 안내부(91)에 대해 제2 지지 부재(92)를 제2 지지축(O12)을 중심으로 하여 회동시킬 수 있다. 제2 지지 부재(92)가 제2 지지축(O12)을 중심으로 회동하면, 지지대(53)에 장착된 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을, 도 1에서, X1 방향 및 X2 방향으로 경동할 수 있다.
제2 지지 부재(92)는, 제1 지지 기구(54)에 의해 제1 지지 부재(93)가 회동 가능하게 지지된다. 제1 지지 기구(54)는, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)의 배열 방향을 따름과 함께 용접 토치(51)의 축 방향(중심축(O1))에 직교하는 방향을 따른 제1 지지축(O11)을 갖는다. 또한, 제1 지지 기구(54)는, 제1 모터(94)를 갖는다. 제1 모터(94)는, 제2 지지 부재(92)에 고정되고, 출력축에 제1 지지 부재(93)가 연결된다. 그 때문에, 제1 모터(94)를 구동하면, 제2 지지 부재(92)에 대해 제1 지지 부재(93)를 제1 지지축(O11)을 중심으로 하여 회동시킬 수 있다. 제1 지지 부재(93)가 제1 지지축(O11)을 중심으로 회동하면, 지지대(53)에 장착된 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을, 도 2에서, Y1 방향 및 Y2 방향으로 경동할 수 있다.
제1 지지 부재(93)는, 제3 지지 기구(56)에 의해 지지대(53)가 이동 가능하게 지지된다. 제3 지지 기구(56)는, 제1 지지 기구(54)와 지지대(53)의 상단부 사이에 배치된다. 제3 지지 기구(56)는, 용접 토치(51)의 축 방향(중심축(O1))을 따른 제3 지지축(O13a, O13b)을 갖는다. 또한, 제3 지지 기구(56)는, 제3 모터(95)와, 나사축(96)과, 전달 기구(97)를 갖는다. 제3 모터(95)는, 용접 토치(51)의 축 방향을 따라 배치된다. 나사축(96)은, 용접 토치의 축 방향을 따라 배치된다. 제3 모터(95)와 나사축(96)은, 서로 평행을 이루고, 소정 간격을 두고 인접하여 배치된다. 제3 모터(95)와 나사축(96)은, 전달 기구(97)에 의해 연결되고, 제3 모터(95)의 회전력이 전달 기구(97)에 의해 나사축(96)에 전달된다.
즉, 제1 지지 부재(93)는, 일단부가 제1 모터(94)의 출력축에 연결되고, 타단부에 연결 부재(101)를 통해 슬라이더(102)가 고정되고, 슬라이더(102)에 너트부(103)가 마련된다. 한편, 지지대(53)는 타방측에 연결부(104)가 일체로 마련된다. 연결부(104)는, 일방측(도 3에서 우방측)이 개방된 상자 형상을 이룬다. 연결부(104)는, 내부에 제3 모터(95)와 나사축(96)이 소정 간격을 두고, 평행을 이루어 배치된다. 제3 모터(95)는, 제3 지지축(O13a)을 따라 배치되고, 연결부(104)에 고정되고, 하방으로 연장되는 출력축에 구동 기어(105)가 고정된다. 나사축(96)은, 제3 지지축(O13b)을 따라 배치되고, 축 방향의 각 단부가 연결부(104)에 회전 가능하게 지지되고, 하방으로 연장되는 출력축에 종동 기어(106)가 고정된다. 구동 기어(105)는, 종동 기어(106)와 맞물리고, 전달 기구(97)는 구동 기어(105)와 종동 기어(106)에 의해 구성된다.
또한, 연결부(104)는, 측부에 가이드 부재(107)가 고정된다. 가이드 부재(107)는, 슬라이더(102)에 의해 제3 지지축(O13a, O13b)의 방향을 따라 이동 가능하게 지지된다. 또한, 슬라이더(102)는, 너트부(103)에 나사축(96)이 나사 결합된다. 또한, 연결부(104)는, 제3 모터(95)에 인접하여 위치 검출부(108)가 마련된다. 위치 검출부(108)는, 구동 기어(105)와 맞물리는 종동 기어(109)를 갖고, 구동 기어(105)에 연동되는 종동 기어(109)의 회전수를 검출하여, 너트부(103)와 나사축(96)의 상대 위치를 검출한다.
그 때문에, 제3 모터(95)를 구동하면, 회전력이 전달 기구(97)(구동 기어(105) 및 종동 기어(106))를 통해 나사축(96)에 전달된다. 그러면, 나사축(96)이 제3 지지축(O13b)을 중심으로 하여 회동하고, 나사축(96)과 나사축(96)에 나사 결합되는 너트부(103)는 제3 지지축(O13b)의 방향으로 상대 이동한다. 너트부(103)는, 슬라이더(102)에 마련되고, 슬라이더(102)는 연결 부재(101)를 통해 제1 지지 부재(93)에 고정되어 있는 점에서, 제3 지지 기구(56)(제3 모터(95)와 나사축(96)과 전달 기구(97))가 지지된 지지대(53)는, 제1 지지 부재(93)에 대해 제3 지지축(O13a, O13b)의 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)과 지지대(53)와 제1 지지 기구(54)는, 제1 지지축(O11) 및 용접 토치(51)의 중심축(O1)을 따른 면에 대해 면 대칭이다. 즉, 도 2에서, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)과 지지대(53)와 제1 지지 기구(54)는, 중심축(O1)에 대해 선 대칭이 되는 구조이다.
[용접 장치의 전체 구성]
도 4는 용접 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
용접 장치(50)에서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 안내부(91)는, 제4 지지 기구(57)와, 제5 지지 기구(58)를 구비한다. 제4 지지 기구(57)는, 지지대(53)를 연직 방향을 따른 제4 지지축(O14)을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지한다. 제5 지지 기구(58)는, 지지대(53)를 적어도 직교하는 3축 방향(X 방향, Y 방향, Z 방향)을 따른 제5 지지축(O15X, O15Y, O15Z)의 축 방향으로 이동 가능하다. 여기서, 제4 지지축(O14)과 제5 지지축(O15Z)은 동일축이다.
용접 장치(50)는, 도시하지 않은 용접 로봇의 암의 선단부에 지지된다. Z 방향 지지 부재(112)는, 제4 지지축(O14)의 축 방향을 따라 배치되고, 용접 로봇의 암에 지지된다. 지지 암(111)은, Z축 지지 기구(58Z)에 의해 Z 방향 지지 부재(112)에 대해 제4 지지축(O14) 및 제5 지지축(O15Z)을 따라 이동 가능하게 지지된다. Z축 지지 기구(58Z)는, 도시하지 않은 모터를 갖는다. 제4 지지 부재(113)는, 제4 지지 기구(57)에 의해 지지 암(111)에 대해 제4 지지축(O14) 및 제5 지지축(O15Z)을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지된다. 제4 지지 기구(57)는, 도시하지 않은 모터를 갖는다.
X 방향 지지 부재(114)는, X축 지지 기구(58X)에 의해 제4 지지 부재(113)에 대해 제5 지지축(O15X)을 따라 이동 가능하게 지지된다. X축 지지 기구(58X)는, 도시하지 않은 모터를 갖는다. Y 방향 지지 부재(115)는, Y축 지지 기구(58Y)에 의해 X 방향 지지 부재(114)에 대해 제5 지지축(O15Y)을 따라 이동 가능하게 지지된다. Y축 지지 기구(58Y)는, 도시하지 않은 모터를 갖는다. Y 방향 지지 부재(115)는, 하단부에 제2 지지 기구(55)에 의해 제2 지지 부재(92)가 회동 가능하게 지지된다. 또한, 제5 지지 기구(58)는, X축 지지 기구(58X)와 Y축 지지 기구(58Y)와 Z축 지지 기구(58Z)에 의해 구성된다.
그 때문에, 제4 지지 기구(57)를 작동시키면, 지지대(53)에 장착된 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을, 제4 지지축(O14)(제5 지지축(O15Z))을 중심으로 하여 회동시킬 수 있다. 또한, 제5 지지 기구(58)를 작동시키면, 지지대(53)에 장착된 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을, 제5 지지축(O15X, O15Y, O15Z)을 따라 3축 방향(X 방향, Y 방향, Z 방향)으로 이동시킬 수 있다.
[용접 장치의 제어 구성]
도 5는 용접 장치의 제어 블록이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(120)는, 입력부(121)와, 기록부(122)와, 검출부(123)가 접속된다. 또한, 제어 장치(120)는, 제1 지지 기구(54)와, 제2 지지 기구(55)와, 제3 지지 기구(56)와, 제4 지지 기구(57)와, 제5 지지 기구(58)(X축 지지 기구(58X), Y축 지지 기구(58Y), Z축 지지 기구(58Z))가 접속된다.
입력부(121)는, 예를 들어 키보드이고, 작업자가 각종 용접 정보를 입력 가능하다. 기록부(122)는, 예를 들어 메모리이고, 용접을 실시하기 위한 프로그램 등이 저장된다. 검출부(123)는, 용접 장치(50)에 의한 용접 상태를 검출하는 것이다. 여기서, 용접 상태란, 예를 들어 용접면에 대한 용접 전극(63)이나 노즐부(72)의 거리, 용접 전류값, 용접 전압값 등이다. 제어 장치(120)는, 입력부(121)로부터 입력되는 정보, 기록부(122)에 저장된 정보, 검출부(123)가 검출한 정보 등에 기초하여 제1 지지 기구(54), 제2 지지 기구(55), 제3 지지 기구(56), 제4 지지 기구(57), 제5 지지 기구(58)의 작동을 제어한다.
본 실시 형태에서, 제어 장치(120)는, 제1 지지 기구(54), 제2 지지 기구(55), 제3 지지 기구(56), 제4 지지 기구(57), 제5 지지 기구(58)를 독립적으로 제어한다. 이에 의해, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)의 위치나 자세를 최적 위치나 최적 자세로 제어한다.
[용접 장치에 의한 용접 방법]
도 6은 용접 장치에 의한 용접 방법을 설명하기 위한 평면도, 도 7은 제1 지지 기구에 의한 용접 토치의 각도 조정 방법을 설명하기 위한 개략도, 도 8은 제2 지지 기구에 의한 용접 토치의 각도 조정 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
본 실시 형태의 용접 장치(50)에 의한 용접 방법은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 지지대(53)를 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)의 배열 방향을 따른 제1 지지축(O11)을 중심으로 하여 기준 위치로부터 일방측으로 소정 각도만큼 회동시켜 용접을 행하는 공정과, 지지대(53)를 제1 지지축(O11)을 중심으로 하여 기준 위치로부터 타방측으로 소정 각도만큼 회동시켜 용접을 행하는 공정을 갖는다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 여기서는, 본 실시 형태의 용접 장치(50)에 의해 원자로 용기 덮개(13)에 관대(31)를 용접하기 위한 작업에 대해 설명한다. 원자로 용기 덮개(13)는, 소정의 위치에 관통 구멍(13a)이 형성되어 있고, 관대(31)는 관통 구멍(13a)에 삽입 관통되어 위치 결정된다. 원자로 용기 덮개(13)는, 관통 구멍(13a)에 있어서의 내주면(13b)(도 7 참조)측에 개선부가 마련된다. 용접 장치(50)는, 관통 구멍(13a)에 있어서의 내주면(13b)(도 7 참조)의 개선부와 관대(31)의 외주면(31a)(도 7 참조) 사이를 개선 용접한다.
용접 장치(50)에 의해 원자로 용기 덮개(13)의 관통 구멍(13a)과 관대(31)의 외주면(31a) 사이를 개선 용접할 때, 먼저 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)이 장착된 지지대(53)를 개시 위치 R1로부터 용접 경로 RA를 통해 종료 위치 R2까지 반주 이동하여 용접을 행한다. 다음으로, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)이 장착된 지지대(53)를 개시 위치 R1로 복귀시키고, 개시 위치 R1로부터 용접 경로 RB를 통해 종료 위치 R2까지 반주 이동하여 용접을 행한다.
용접 장치(50)는, 관대(31)에 대해 용접 경로 RA를 통해 용접을 행할 때와 용접 경로 RB를 통해 용접을 행할 때는, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)이 장착된 지지대(53)의 이동 방향이 반대가 된다. 즉, 도 6에서, 용접 경로 RA에서의 이동 방향은 반시계 방향이고, 용접 경로 RB에서의 이동 방향은 시계 방향이다. 또한, 원자로 용기 덮개(13)의 내주면(13b)이 원호 형상을 이루고, 관대(31)가 연직 방향을 따라 위치 결정된다. 그 때문에, 용접 장치(50)는, 지지대(53)에 장착된 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)이 관대(31)에 접촉하지 않도록, 제1 지지 기구(54)에 의해 지지대(53)를 제1 지지축(O11)을 중심으로 소정 각도만큼 경사지게 한 상태에서 용접을 행할 필요가 있다. 또한, 용접 경로 RA 및 용접 경로 RB에서, 지지대(53)가 이동할 때, 용접 토치(51)보다 와이어 노즐(52)을 선행시킬 필요가 있다.
먼저, 용접 장치(50)에 의해 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)이 장착된 지지대(53)를 용접 경로 RA를 따라 이동시켜 용접을 행한다. 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 먼저 제1 지지 기구(54)에 의해 지지대(53)를 제1 지지축(O11)을 중심으로 회동시킨다. 그리고 지지대(53)와 함께 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을 연직 방향을 따른 기준 위치로부터 소정 각도만큼 경사지게 함으로써, 도 7에 용접 장치(50A)로서 나타낸 상태로 한다.
다음으로, 지지대(53)를 제4 지지 기구(57)에 의해 제4 지지축(O14)(모두 도 4 참조)을 중심으로 회동시킴과 함께, 제5 지지 기구(58)에 의해 제5 지지축(O15X, O15Y, O15Z)(모두 도 4 참조)의 방향으로 이동시킨다. 그리고 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을 개시 위치 R1에 위치시킴과 함께, 지지대(53)를 용접 경로 RA를 따르게 한다. 이때, 용접 토치(51)보다 와이어 노즐(52)을 이동 방향의 전방측에 위치시킨다.
이 상태에서, 제4 지지 기구(57) 및 제5 지지 기구(58)(모두 도 4 참조)를 작동 제어함으로써, 지지대(53)를 용접 경로 RA를 따라 이동시켜, 원자로 용기 덮개(13)와 관대(31)의 용접을 행한다. 이때, 검출부(123)의 검출 결과에 기초하여 제3 지지 기구(56)를 작동 제어한다. 즉, 용접 토치(51)의 용접 전극(63)의 선단부와 용접 위치의 거리가 적정 위치로 유지되도록, 제3 지지 기구(56)에 의해 지지대(53)를 제3 지지축(O13)의 축 방향을 따라 이동시켜, 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 위치를 조정한다.
또한, 원자로 용기 덮개(13)의 내주면(13b)의 경사 각도가 변화되어 간다는 점에서, 제1 지지 기구(54)를 작동 제어함으로써, 지지대(53)와 함께 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 경사 각도를 조정한다. 또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 용접 토치(51)의 용접 전극(63)은, 관대(31)의 외주면(31a)과 원자로 용기 덮개(13)의 내주면(13b) 사이의 용접면에 대해, 가능한 한 직교하는 방향에 위치시키는 것이 바람직하다. 그 때문에, 제2 지지 기구(55)에 의해 지지대(53)를 제2 지지축(O12)을 중심으로 회동시킨다. 그리고 지지대(53)와 함께 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을, 예를 들어 경사 방향 X1로 소정 각도만큼 경사지게 한다.
도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)이 개시 위치 R1로부터 용접 경로 RA를 통해 종료 위치 R2까지 이동함으로써, 원자로 용기 덮개(13)와 관대(31)의 반주만큼 용접이 완료되면, 다음으로 용접 장치(50)에 의해 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)이 장착된 지지대(53)를 용접 경로 RB를 따라 이동시켜 용접을 행한다. 먼저, 제1 지지 기구(54)에 의해 지지대(53)를 제1 지지축(O11)을 중심으로 회동시킨다. 그리고 지지대(53)와 함께 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을 연직 방향을 따른 기준 위치로부터 소정 각도만큼 경사지게 함으로써, 도 7에 용접 장치(50B)로서 나타낸 상태로 한다.
다음으로, 지지대(53)를 제4 지지 기구(57)에 의해 제4 지지축(O14)(모두 도 4 참조)을 중심으로 회동시킴과 함께, 제5 지지 기구(58)에 의해 제5 지지축(O15X, O15Y, O15Z)(모두 도 4 참조)의 방향으로 이동시킨다. 그리고 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을 개시 위치 R1에 위치시킴과 함께, 지지대(53)를 용접 경로 RB를 따르게 한다. 이때, 용접 토치(51)보다 와이어 노즐(52)을 이동 방향의 전방측에 위치시킨다.
이 상태에서, 제4 지지 기구(57) 및 제5 지지 기구(58)(모두 도 4 참조)를 작동 제어함으로써, 지지대(53)를 용접 경로 RB를 따라 이동시켜, 원자로 용기 덮개(13)와 관대(31)의 용접을 행한다. 이때, 검출부(123)의 검출 결과에 기초하여 제3 지지 기구(56)를 작동 제어한다. 즉, 용접 토치(51)의 용접 전극(63)의 선단부와 용접 위치의 거리가 적정 위치로 유지되도록, 제3 지지 기구(56)에 의해 지지대(53)를 제3 지지축(O13)의 축 방향을 따라 이동시켜, 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 위치를 조정한다.
이와 같이 본 실시 형태의 용접 장치(50)는, 먼저 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)을 용접 경로 RA를 따라 반주 이동시켜 용접을 행한다. 다음으로, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)을 용접 경로 RB를 따라 반주 이동시켜 용접을 행한다. 그 결과, 원자로 용기 덮개(13)와 관대(31)는, 전둘레 용접이 실시된다.
[본 실시 형태의 작용 효과]
제1 양태에 관한 용접 장치는, 용접 토치(51)와, 와이어 노즐(52)과, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)을 소정 간격을 두고 지지하는 지지대(53)와, 지지대(53)를 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)의 배열 방향을 따른 제1 지지축(O11)을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 제1 지지 기구(54)를 구비한다.
제1 양태에 관한 용접 장치는, 제1 지지 기구(54)에 의해, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)이 지지된 지지대(53)를 제1 지지축(O11)을 중심으로 하여 회동시킬 수 있다. 예를 들어, 원자로 용기 덮개(13)에 대해 관대(31)를 고정하는 용접 작업을 실시할 때, 원자로 용기 덮개(13)와 관대(31)의 용접면에 대해, 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)이 관대(31)에 접촉하지 않도록 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 각도를 조정할 수 있다. 그 결과, 종래의 와이어 노즐 반전 기구를 사용하는 일 없이 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 이동 방향을 변경할 수 있어, 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 방향 변경의 동작에 있어서, 중심축(O2)을 따라, 와이어 노즐(52)의 상류로부터 공급하는 용접 와이어(W)의 루트의 움직임도 적어지게 되어, 용접 와이어(W)의 구부러지려는 경향에 기인하는 노즐부(72)로부터의 와이어 공급 위치의 변동을 억제하여, 안정 공급으로 이어진다.
제2 양태에 관한 용접 장치는, 제1 지지축(O11)을 용접 토치(51)의 축 방향에 직교하는 방향을 따라 배치한다. 이에 의해, 지지대(53)를 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)의 배열 방향을 따름과 함께 용접 토치(51)의 축 방향에 직교하는 방향을 따른 제1 지지축(O11)을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지함으로써, 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을 원하는 각도로 조정할 수 있다.
제3 양태에 관한 용접 장치는, 제1 지지축(O11)에 직교함과 함께 용접 토치(51)의 축 방향에 직교하는 방향을 따른 제2 지지축(O12)을 중심으로 하여 지지대(53)가 회동하도록 제1 지지 기구(54)를 회동 가능하게 지지하는 제2 지지 기구(55)를 마련한다. 이에 의해, 제2 지지 기구(55)에 의해 제1 지지 기구(54)를 제1 지지축(O11)에 직교하는 제2 지지축(O12)을 중심으로 하여 회동시킴으로써, 지지대(53)를 회동시킬 수 있어, 용접면이 변동되어도, 용접 토치(51)를 원하는 각도로 적정하게 조정할 수 있다.
제4 양태에 관한 용접 장치는, 지지대(53)를 용접 토치(51)의 축 방향을 따른 제3 지지축(O13)의 축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 제3 지지 기구(56)를 마련한다. 이에 의해, 제3 지지 기구(56)에 의해 지지대(53)를 용접 토치(51)의 축 방향을 따른 제3 지지축(O13)을 따라 이동시킬 수 있어, 용접면이 변동되어도, 용접 토치(51)를 원하는 위치로 적정하게 조정할 수 있다.
제5 양태에 관한 용접 장치는, 제3 지지 기구(56)를 제1 지지 기구(54)와 지지대(53)의 상단부 사이에 배치한다. 이에 의해, 제3 지지 기구(56)가 용접 대상부에 접촉하는 것이 억제되어, 안정된 용접 작업을 실시할 수 있다.
제6 양태에 관한 용접 장치는, 제3 지지 기구(56)로서, 용접 토치(51)의 축 방향을 따라 배치되는 제3 모터(95)와, 용접 토치(51)의 축 방향을 따름과 함께 제3 모터(95)에 인접하여 배치되는 나사축(96)과, 제3 모터(95)의 회전력을 나사축(96)에 전달하는 전달 기구(97)를 마련한다. 이에 의해, 제3 모터(95)와 나사축(96)을 평행하게 인접하여 배치함으로써 제3 지지 기구(56)를 콤팩트화할 수 있고, 제3 지지 기구(56)가 용접 대상부에 접촉하는 것이 억제되어 안정된 용접 작업을 실시할 수 있다. 또한, 이 제3 지지 기구(56)는, AVC(Arc Voltage Control)로 해도 된다. 그것에 의해 자동적으로 조정할 수 있다.
제7 양태에 관한 용접 장치는, 안내부(91)에, 지지대(53)를 용접 토치(51)의 축 방향을 따른 제4 지지축(O14)을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 제4 지지 기구(57)를 마련한다. 이에 의해, 제4 지지 기구(57)에 의해 지지대(53)를 제4 지지축(O14)을 중심으로 하여 회동시킬 수 있어, 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 방향을 적정하게 조정할 수 있다.
제8 양태에 관한 용접 장치는, 안내부(91)에, 지지대(53)를 적어도 직교하는 3축 방향으로 이동 가능한 제5 지지 기구(58)를 마련한다. 이에 의해, 제5 지지 기구(58)에 의해 지지대(53)를 제5 지지축(O15X, O15Y, O15Z)의 축 방향을 따라 이동시킬 수 있어, 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 위치를 적정하게 조정할 수 있다.
제9 양태에 관한 용접 장치는, 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)과 지지대(53)와 제1 지지 기구(54)를 제1 지지축(O11)의 축 방향 및 용접 토치(51)의 축 방향을 따른 면에 대해 면 대칭으로 한다. 이에 의해, 구조의 간소화를 도모할 수 있다.
제10 양태에 관한 용접 장치는, 제1 지지 기구(54)와 제2 지지 기구(55)를 독립적으로 제어하는 제어 장치(120)를 마련한다. 이에 의해, 제어 장치(120)가 제1 지지 기구(54)와 제2 지지 기구(55)를 독립적으로 제어함으로써, 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)을 최적 각도 및 최적 위치로 이동시킬 수 있어, 안정된 용접 작업을 실시할 수 있다.
제11 양태에 관한 용접 방법은, 지지대(53)를 용접 토치(51)와 와이어 노즐(52)의 배열 방향을 따른 제1 지지축(O11)을 중심으로 하여 기준 위치로부터 일방측으로 소정 각도만큼 회동시켜 용접을 행하는 공정과, 지지대(53)를 제1 지지축(O11)을 중심으로 하여 기준 위치로부터 타방측으로 소정 각도만큼 회동시켜 용접을 행하는 공정을 갖는다. 이에 의해, 예를 들어 원자로 용기 덮개(13)에 대해 관대(31)를 고정하는 용접 작업을 실시할 때, 원자로 용기 덮개(13)와 관대(31)의 용접면에 대해, 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)이 관대(31)에 접촉하지 않도록 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 각도를 조정할 수 있다. 그 결과, 종래의 와이어 노즐 반전 기구를 사용하는 일 없이 용접 토치(51) 및 와이어 노즐(52)의 이동 방향을 변경할 수 있어, 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 용접 와이어(W)의 구부러지려는 경향의 방지로도 이어진다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 연직 방향의 상방으로부터 제2 지지 기구(55), 제1 지지 기구(54), 제3 지지 기구(56)를 배치하였지만, 이 위치 관계에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 지지 기구(54)와 제2 지지 기구(55)를 반대로 하거나, 제3 지지 기구(56)를 최상위측에 배치하거나 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 용접 장치(50)에 의해 원자로 용기 덮개(13)에 관대(31)를 용접하는 것으로 하였지만, 이 작업에 한정되는 것은 아니며, 협애한 공간부에 사용하기에 적합하다.
또한, 상술한 실시 형태에서, 용접 토치(51)의 길이를 조정함으로써, 각 지지 기구(54, 55, 56)를 용접 대상물에 대해 간섭하지 않는 위치에 배치할 수 있어, 협애부에서의 용접을 적정하게 실시할 수 있다.
10: 가압수형 원자로
11: 원자로 용기
12: 원자로 용기 본체
13: 원자로 용기 덮개
25: 노심
26: 연료 집합체
27: 제어봉
29: 제어봉 구동 장치
30: 제어봉 클러스터 구동축
31: 관대
50: 용접 장치
51: 용접 토치
52: 와이어 노즐
53: 지지대
54: 제1 지지 기구
55: 제2 지지 기구
56: 제3 지지 기구
57: 제4 지지 기구
58: 제5 지지 기구
58X: X축 지지 기구
58Y: Y축 지지 기구
58Z: Z축 지지 기구
61: 용접 헤드
62: 용접 노즐
63: 용접 전극
64: 토치 회전용 모터
65: 구동 기어
66: 종동 기어
71: 와이어 송급관
72: 노즐부
73: 승강대
74: 와이어 노즐 회전용 모터
75: 구동 캠
76: 종동 캠
77: 와이어 노즐 이동용 모터
78: 나사축
79: 너트
81: 아크 감시 카메라
82: 미러
91: 안내부
92: 제2 지지 부재
93: 제1 지지 부재
94: 제1 모터
95: 제3 모터
96: 나사축
97: 전달 기구
101: 연결 부재
102: 슬라이더
103: 너트부
104: 연결부
105: 구동 기어
106: 종동 기어
107: 가이드 부재
108: 위치 검출부
109: 종동 기어
111: 지지 암
112: Z 방향 지지 부재
113: 제4 지지 부재
114: X 방향 지지 부재
115: Y 방향 지지 부재
120: 제어 장치
121: 입력부
122: 기록부
123: 검출부
O1, O2, O3: 중심축
O11: 제1 지지축
O12: 제2 지지축
O13a, O13b: 제3 지지축
O14: 제4 지지축
O15X, O15Y, O15Z: 제5 지지축

Claims (11)

  1. 용접 토치와,
    와이어 노즐과,
    상기 용접 토치와 상기 와이어 노즐을 소정 간격을 두고 지지하는 지지대와,
    상기 지지대를 상기 용접 토치와 상기 와이어 노즐의 배열 방향을 따른 제1 지지축을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 제1 지지 기구
    를 구비하는 용접 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지지축은, 상기 용접 토치의 축 방향에 직교하는 방향을 따라 배치되는 용접 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 지지축에 직교함과 함께 상기 용접 토치의 축 방향에 직교하는 방향을 따른 제2 지지축을 중심으로 하여 상기 지지대가 회동하도록 상기 제1 지지 기구를 회동 가능하게 지지하는 제2 지지 기구가 마련되는 용접 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지대를 상기 용접 토치의 축 방향을 따른 제3 지지축의 축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 제3 지지 기구가 마련되는 용접 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 지지 기구는, 상기 제1 지지 기구와 상기 지지대의 상단부 사이에 배치되는 용접 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 지지 기구는, 상기 용접 토치의 축 방향을 따라 배치되는 모터와, 상기 용접 토치의 축 방향을 따름과 함께 상기 모터에 인접하여 배치되는 나사축과, 상기 모터의 회전력을 상기 나사축에 전달하는 전달 기구를 갖는 용접 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    안내부에 상기 지지대를 상기 용접 토치의 축 방향을 따른 제4 지지축을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 제4 지지 기구가 마련되는 용접 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안내부는, 상기 지지대를 적어도 직교하는 3축 방향으로 이동 가능한 제5 지지 기구가 마련되는 용접 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 토치와 상기 와이어 노즐과 상기 지지대와 상기 제1 지지 기구는, 상기 제1 지지축의 축 방향 및 상기 용접 토치의 축 방향을 따른 면에 대해 면 대칭인 용접 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제1 지지 기구와 상기 제2 지지 기구를 독립적으로 제어하는 제어 장치가 마련되는 용접 장치.
  11. 용접 토치와,
    와이어 노즐과,
    상기 용접 토치와 상기 와이어 노즐을 지지하는 지지대
    를 구비하는 용접 장치에서,
    상기 지지대를 상기 용접 토치와 상기 와이어 노즐의 배열 방향을 따른 제1 지지축을 중심으로 하여 기준 위치로부터 일방측으로 소정 각도만큼 회동시켜 용접을 행하는 공정과,
    상기 지지대를 상기 제1 지지축을 중심으로 하여 기준 위치로부터 타방측으로 소정 각도만큼 회동시켜 용접을 행하는 공정
    을 갖는 용접 방법.
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