KR20230026960A - 자동용접용 피팅관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동용접용 피팅관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피연결관의 각 단부와 서로 맞대기되어 용접되는 부위를 모따기면의 기계가공의 필요없이 자동용접기로서 용접할 수 있도록 피연결관과 용접되는 단부의 수직도를 엄격하게 관리하여 제조되는 자동용접용 피팅관에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명에 따른 자동용접용 피팅관은, 피연결관의 개방된 단부와 대응하는 양단에 개방된 개구부를 구비하는 피팅본체를 포함하고, 상기 개구부의 단부는 상기 피연결관의 개방된 단부와 접하여 수직하거나 수평한 접합면을 형성하도록 평면상으로 형성되고, 상기 수직하거나 수평한 접합면을 따라 자동용접기에 의해서 용접비드를 형성하여 상기 피연결관과 용접연결될 수 있다.

Description

자동용접용 피팅관{Fitting Pipe for Auto Welding}

본 발명은 자동용접에 적용되는 피팅관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피연결관의 각 단부와 서로 맞대기되어 용접되는 부위를 모따기면과 같은 기계가공의 필요없이 자동용접기로서 용접할 수 있도록 피연결관과 용접되는 단부의 수직도와 진원도를 엄격하게 관리하여 제조되는 자동용접용 피팅관에 관한 것이다.

일반적으로 곡관(pipe bends)인 엘보우 또는 티관과 같은 피팅관은 관 내부를 흐르는 액체 또는 기체와 같은 유체의 흐름방향을 변경시키는 위치에 접속되어 사용되는 관이음 연결관으로서, 다양한 각도의 형상으로 성형하기 위하여 금속관 소재를 절곡시켜 제조된다.

이러한 피팅관 중 곡관은 사전적 의미로 '팔꿈치 모양으로 굽은 관'이라는 뜻으로, 소위 엘보우(elbow)라고 불리는데, 이는 사용처 및 용접방식에 따라서 다른 직선관이나 곡선관과 피팅연결되는 양단부가 다양한 형태로 제조될 수 있다.

공지의 피팅관인 엘보우를 제조하는 공정은 직선 형태의 금속관을 굽히는 절곡공정과, 절곡된 금속관을 1차 확관기에 넣어 확관하는 1차 확관 공정과, 1차 확관된 금속관을 2차 확관기에 넣어 확관하는 2차 확관 공정으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 제조된 엘보우는 금속관용 관이음쇠로 사용될 수 있다.

종래 엘보우의 단부와 피연결관의 단부를 서로 맞대기하여 접합연결하는 용접은 도 1에 도시한 바와 같이, 엘보우(1)의 단부와 피연결관(2)의 단부의 각 단면에 별도의 기계가공에 의해서 일정각도로 경사진 모따기면(1a,2a)을 각각 가공한 다음, 상기 모따기면(1a,2a)이 서로 접해지는 맞대기부위의 둘레를 따라 용접비드(B)를 형성함으로써 엘보우와 같은 피팅관과 피연결관을 서로 용접하여 연결하는 작업을 수작업으로 수행하였다.

그러나 이러한 엘보우와 피연결관을 서로 맞대기하여 용접하는 버트용접이 수작업으로 이루어지는 경우, 모따기면을 각 단부에 형성하기 위한 기계가공이 필수적으로 수행되어야만 하기 때문에 용접공정 전에 필수적으로 이루어지는 기계가공에 따른 전체적인 제조비용을 증가시키는 요인으로 작용하였다.

또한, 엘보우와 피연결관의 단부를 맞대기하여 용접하는 버트용접을 미도시된 자동용접기를 이용하여 수행하는 경우, 서로 접해지면서 폭이 커진 용접부위를 따라 자동용접을 수행해야만 하기 때문에 용접조건을 일정하게 유지하지 못하고, 용접 조건의 설정이 번잡하고, 이로 인하여 자동용접을 적용하기 곤란한 문제점이 발생하였다.

(특허문헌 1) KR10-1640538 B1

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 피연결관의 단부와 서로 맞대기되어 용접되는 부위를 모따기면과 같은 기계가공의 필요없이 자동용접기로서 용접할 수 있도록 피연결관과 용접되는 단부의 수직도와 진원도를 엄격하게 관리하여 제조되는 자동용접용 피팅관을 제공하고자 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자동용접용 피팅관은, 피연결관의 개방된 단부와 대응하는 단부에 개방된 개구부를 구비하는 피팅본체를 포함하고, 상기 개구부의 단부는 상기 피연결관의 개방된 단부와 접하여 수직하거나 수평한 접합면을 형성하도록 평면상으로 형성되고, 상기 수직하거나 수평한 접합면을 따라 자동용접기에 의해서 용접비드를 형성하여 상기 피연결관과 용접연결될 수 있다.

이때, 상기 피팅본체의 개구부의 단부와 접해지는 접선과 상기 피팅본체의 중심선과 직각으로 교차하는 수직선과의 사이에 형성되는 제1오프거리는 1.0 mm 이하로 설정될 수 있다.

이때, 상기 피팅본체의 몸체중심을 통과하는 수직선과 상기 피팅본체의 개구부의 중심을 통과하는 수직축과의 사이에 형성되는 제2오프거리는 1.0 mm 이하로 설정될 수 있다.

이때, 상기 피팅본체는 두께가 2mm 이상인 금속재질의 원소재를 가공해서 성형 제작될 수 있다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 자동용접용 피팅관은 피연결관의 각 단부와 서로 맞대기되는 피팅본체의 개구부 단부를 수직한 평면상으로 형성함으로써, 모따기면을 형성하기 위한 선행공정인 기계가공을 근본적으로 배제하여 제조원가를 절감하고, 자동용접기에 의하여 피팅본체와 피연결관를 서로 용접연결하는 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.

도 1은 일반적인 엘보우 피팅관과 피연결관의 맞대기용접을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동용접용 피팅관과 피연결관의 맞대기용접을 도시한 구성도이다.
도 3a 와 도 3b 는 본 발명의 실시 예에 따른 자동용접용 피팅관의 허용공차를 도시한 정면도와 측면도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4c 는 본 발명의 실시 예에 따른 자동용접용 피팅관을 성형장치에서 엘보우관으로 제조하는 공정을 도시한 개략도이다.
도 5a 와 도 5b 는 본 발명의 실시 예에 따른 자동용접용 피팅관을 다른 성형장치에서 티관으로 제조하는 공정을 도시한 개략도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 자동용접용 피팅관과 피연결관의 맞대기용접을 도시한 구성도이며, 도 3a 와 도 3b 는 본 발명의 실시 예에 따른 자동용접용 피팅관의 허용공차를 도시한 정면도와 측면도이다.

이하에서는 도 2 와 도 3a, 도 3b 에 도시된 구성을 참조하여 설명하도록 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 자동용접용 피팅관(E)은 피연결관(20)의 개방된 단부와 대응하는 일단에 개방된 대략 원형의 개구부(10a)를 구비하는 피팅본체(10)를 포함할 수 있다.

상기 피팅본체(10)는 몸체가 대략 90°로 절곡되어 굽혀진 금속소재의 중공관체로 이루어지거나 몸체가 대략 T자형으로 형성된 금속소재의 중공관체로 이루어질 수 있으며, 이러한 피팅본체는 절곡된 부분을 중심으로 개구부는 동일한 내경 및 외경을 갖도록 후술하는 엘보우 성형장치 또는 티관 성형장치에 의해서 성형되어 가공제조될 수 있다.

이러한 개구부(10a)의 단부는 미도시된 자동용접기에 의해서 자동용접시 서로 마주하는 상기 피연결관(20)의 개방된 단부와 접하여 대략 수직하거나 대략 수평한 접합면을 형성하도록 모따기면과 같은 경사면이 형성되지 않은 평면상으로 형성될 수 있다.

즉 상기 피팅본체(10)의 개방된 개구부(10a)의 단부는 개구부의 중심으로부터 연장되는 중심선과 직각으로 교차하는 수직면이나 수평면으로 형성될 수 있다.

이러한 경우, 자동용접기에 의하여 상기 피팅본체(10)의 개방된 개구부(10a)의 단부와 상기 피연결관(20)의 개방된 단부와 접해지는 단부는 모따기면과 같은 경사면의 형성없이 수직하거나 수평한 접합면을 형성할 수 있다.

이에 따라 자동용접기를 이용하여 상기 수직하거나 수평한 접합면의 둘레를 따라 자동용접을 수행하면서 용접비드(B)를 형성함으로써 상기 피팅본체(10)의 단부와 피연결관(20)의 단부를 서로 용접연결할 수 있다.

이때, 상기 용접비드(B)는 상기 피팅본체((10)의 수직하거나 수평한 단부와 상기 피연결관(20)의 단부간의 접합면을 일체화하면서 상기 피팅본체의 개방된 단부와 상기 피연결관(20)의 개방된 단부를 서로 용접연결하도록 상기 피팅본체의 외면과 피연결관의 외면에 둘레를 따라 용융접합되는 용접금속이다.

그리고 상기 피팅본체(10)의 개구부(10a)의 단부와 상기 피연결관(20)의 단부간의 접합면을 자동용접기로서 자동용접하는 공정시 용접불량을 방지하기 위해서, 도 3a 에 도시한 바와 같이, 상기 피팅본체(10)의 개구부(10a)의 단부와 접해지는 접선(X1)과 상기 피팅본체(10)의 중심선과 직각으로 교차하는 수직선(X2)과의 사이에 형성되는 제1오프거리(X)는 대략 1.0mm 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 피팅본체(10)의 개구부(10a)의 단부와 상기 피연결관(20)의 단부간의 접합면을 자동용접기로서 자동용접하는 공정시 용접불량을 방지하기 위해서, 도 3b 에 도시한 바와 같이, 상기 피팅본체(10)의 몸체중심을 통과하는 수직선(Y1)과 상기 피팅본체(10)의 개구부의 중심(O)을 통과하는 수직축(Y2)과의 사이에 형성되는 제2오프거리(Y)는 대략 1.0mm 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 제1오프거리(X)와 제2오프거리(Y)가 1.0mm 초과되면, 상기 피팅본체(10)의 개구부 단부와 상기 피연결관(20)의 개방된 단부와의 접합면에 과도하게 발생되는 틈새에 의해서 자동용접시 용접불량을 초래할 수 있기 때문에 제1,2오프거리(X,Y)는 상기 피팅본체(10)의 개구부 단부가 상기 수직선(X2)이나 수직축(Y2)과 일치하는 0 내지 상기 수직선이나 수직축으로부터 벗어나는 거리인 1.0mm이하로 치수관리하는 것이 바람직하다.

도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d 는 본 발명의 실시 예에 따른 자동용접용 피팅관을 성형장치에서 엘보우관으로 제조하는 공정을 도시한 개략도이다.

상기한 구성을 갖는 자동용접용 피팅관(E)은 도 4a, 4b, 도 4c 및 도 4d 에 도시한 바와 같이, 상,하부 금형(100,200), 맨드릴(300) 및 푸셔(400)를 포함하는 엘보우 성형장치에 의해서 엘보우 형태로 제조되거나 도 5a 와 도 5b 에 도시한 바와 같이, 상,하부 금형(100a,200b), 좌우한쌍의 푸셔(400a) 및 상부푸셔(400c)를 포함하는 티관 성형장치에 의해서 티관 형태로 제조될 수 있다.

엘보우 형태의 피팅관을 제조하는 공정은, 도 4a 에 도시한 바와 같이, 일정길이를 갖는 중공파이프의 양단을 레이저 커팅기와 같은 절단기를 이용하여 사전에 설정된 설계값으로 정밀하게 절단선(C)을 따라 경사지게 절단함으로써 양측 개구단이 일정각도 경사지게 절단된 파이프형 원소재(P)를 준비한다.

이때, 상기 절단선(C)을 따라 절단되는 중공파이프의 길이는 상기 엘보우 성형장치에 의한 파이프형 원소재(P)의 성형가공시 탄성변형 및 수축변형되는 것을 고려하여 대략 2 내지 3mm 정도 여유공차를 갖도록 크게 설정되는 것이 바람직하다.

도 4b 와 도 4c 에 도시한 바와 같이 하부금형(100)에 대하여 상부금형(200)이 일정높이 상승이동되고, 맨드릴(300)은 하부금형(100)의 만곡로에 배치된 상태에서 양측단이 일정각도 경사지게 절단되어 대략 사다리꼴의 단면상을 갖는 파이프형 원소재(P)는 상기 푸셔와 대응하는 하부금형(100)의 입구에 놓여져 배치된다.

위치고정된 고정금형인 하부금형(100)에 대하여 가동금형인 상부금형(200)이 하강되어 상하합형되면, 상기 파이프형 원소재(P)를 상기 푸셔(400)의 전진작동에 의해서 상하합형된 상,하부금형의 내부에서 상기 맨드릴 측으로 진입이동시킬 수 있는 중공형 캐비티를 형성하게 된다.

이어서, 상기 푸셔(400)를 전진작동시키면, 상기 파이프형 원소재(P)가 상,하부금형(100,200)의 내부면과 상기 맨드릴(300)의 외부면사이에 형성되는 틈새인 간격으로 강제 진입되면서 상기 맨드릴의 외면과 동일한 곡선형으로 변형되어 피팅본체(10)를 성형하게 된다.

이때, 상기 파이프형 원소재(P)는 두께가 2mm 이상인 금속 재질일 수 있으며, 피팅본체(10)를 이러한 파이프형 원소재(P)를 가공해서 성형 제작하게 되는 것이다.

그리고 상기 푸셔(400)의 전진작동에 의해서 피팅본체의 성형이 완료되면, 상기 피팅본체(10)가 외부면에 삽입된 맨드릴(300)과 더불어 상부금형(200)을 상승복귀시킨 다음, 상기 피팅본체를 맨드릴의 외면으로부터 분리함으로써 양측 개구부(10a)의 단부가 개구부의 중심선과 대략 직각으로 교차하는 가상의 교차선과 일치하는 수직하거나 수평한 평면상으로 이루어지는 엘보우 형태의 피팅관(E)을 제조완성하게 된다.

또한, 상기 엘보우 성형장치에 의해서 성형된 피팅관(E)은 도 4d 에 도시한 바와 같이, 교정블럭(500) 또는 상,하부 교정금형(600)에 의해서 외부로 출고하기 이전에 상기 피팅관에 절곡형성되는 밴딩부의 곡률과 상기 피팅관의 개구된 양단부의 내경을 사전에 설정된 설계값과 일치되도록 교정하는 공정을 수행할 수 있다.

즉, 상기 피팅관(E)의 밴딩부와 대응하는 상부면에 상기 밴딩부가 삽입배치되는 곡선형 만곡홈(505)을 함몰형성한 교정블럭(500)을 준비한다.

상기 피팅관(E)의 길이중간에 해당하는 밴딩부를 상기 교정블럭의 만곡홈에 삽입배치한 상태에서 상기 피팅관(E)의 양측 개구단과 마주하여 배치되는 한쌍의 내경교정 지그(501)의 단부를 미도시된 유압설비의 가압력에 의해서 상기 피팅관(E)의 양측 개구단의 내부로 강제진입시킴으로써 상기 피팅관(E)의 양측 개구단의 내면은 사전에 설정된 피팅관의 개구단 내경크기와 일치되도록 제작된 내경교정 지그(501)의 단부 외면과 접하여 피팅관의 내경 설계값과 대응하는 내경크기로 교정될 수 있다.

상기 교정블럭(500)의 곡선형 만곡홈에 배치된 피팅관(E)의 밴딩부와 마주하여 배치되는 곡률교정 지그(502)의 만곡진 단부를 미도시된 유압설비의 가압력에 의해서 상기 피팅관(E)의 밴딩부에 접촉시켜 가압함으로써 상기 피팅관의 내측 밴딩부는 사전에 설정된 피팅관의 밴딩부 곡률크기와 일치되도록 제작된 곡률교정 지그(502)의 외측으로 만곡진 단부와 접하여 상기 피팅관의 곡률 설계값과 대응하는곡률로 교정되고, 상기 피팅관의 외측 밴딩부는 사전에 설정된 피팅관의 밴딩부 곡률크기와 일치되도록 제작된 곡선형 만곡홈의 내면과 접하여 상기 피팅관의 곡률 설계값과 대응하는 곡률로 교정될 수 있다.

또한, 상기 피팅관(E)의 밴딩부와 대응하는 상부면과 하부면에 상기 밴딩부가 삽입배치되는 상,하부 곡선홈(601,701)을 각각 함몰형성한 상,하부 교정금형(600,700)을 준비한다.

상기 피팅관(E)의 몸체 일부를 하부 교정금형(600)의 하부 곡선홈(601)에 삽입배치한 상태에서 상기 피팅관의 몸체 나머지가 상부 교정금형의 상부 곡선홈(701)에 삽입배치되도록 하부 교정금형과 상부 교정금형을 상하합형함으로써 상기 피팅관(E)의 밴딩부는 사전에 설정된 피팅관의 밴딩부 곡률크기와 일치하도록 제작된 상,하부 교정금형(600,700)의 상,하부 곡선홈(601,701)의 내면과 외면이 접하여 가압되면서 피팅관의 곡률 설계값과 대응하는 곡률로 교정될 수 있다.

도 5a 와 도 5b 는 본 발명의 실시 예에 따른 자동용접용 피팅관을 다른 성형장치에서 티관으로 제조하는 공정을 도시한 개략도이다.

한편, 티관 형태의 피팅관을 제조하는 공정은, 도 5a 와 도 5b 에 도시한 바와 같이, 먼저 하부금형(100a)에 대하여 상부금형(200a)이 일정높이 상승이동되고, 하부금형(100a)의 상부에 티자 형상으로 형성된 파이프형 원소재(P1)의 양측 개구부가 좌우한쌍의 푸셔(400a)와 마주하도록 안착하여 준비한다.

상기 상부푸셔(400c)의 하강작동에 의해서 하부금형(100a)에 대하여 상부금형(200a)이 하강되어 상하합형되면, 좌우한쌍의 푸셔(400a)와 개구된 양단이 서로 마주하는 원소재가 내부배치되는 캐비티를 상,하부금형과의 사이에 형성하게 된다.

이어서, 상기 좌우한쌍의 푸셔(400a)를 전진작동시키면, 상기 원소재(P1)의 개방된 양측 개구단과 상기 푸셔의 각 선단이 접해지면서 상기 상,하부금형사이에 개재되어 고정된 원소재를 티형의 피팅본체(10)로 성형하게 된다.

이때, 원소재(P1)는 두께가 2mm 이상인 금속 재질일 수 있으며, 피팅본체(10)를 이러한 원소재(P1)를 가공해서 성형 제작하게 되는 것이다.

최종적으로 상기 상부푸셔(400c)의 하강작동 및 상기 푸셔(400a)의 전진작동에 의해서 피팅본체의 성형이 완료되면, 상기 상부푸셔의 상승복귀 및 푸셔의 후진복귀작동에 의해서 성형된 피팅본체를 노출시켜 하부금형으로부터 분리함으로써 양측 개구부(10a)의 단부가 개구부의 중심선과 직각으로 교차하는 가상의 교차선과 일치하는 수직하거나 수평한 평면상으로 이루어지는 티형의 피팅관을 제조완성하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 피팅본체
10a : 개구부
E : 피팅관
P : 원소재
100 : 하부금형
200 : 상부금형
300 : 맨드릴
400 : 푸셔

Claims (4)

1. 피연결관의 개방된 단부와 대응하는 양단에 개방된 개구부를 구비하는 피팅본체를 포함하고,
   상기 개구부의 단부는 상기 피연결관의 개방된 단부와 접하여 수직하거나 수평한 접합면을 형성하도록 평면상으로 형성되고, 상기 수직하거나 수평한 접합면을따라 자동용접기에 의해서 용접비드를 형성하여 상기 피연결관과 용접연결되는, 자동용접용 피팅관.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 피팅본체의 개구부의 단부와 접해지는 접선과 상기 피팅본체의 중심선과 직각으로 교차하는 수직선과의 사이에 형성되는 제1오프거리는 1.0mm 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 자동용접용 피팅관.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 피팅본체의 몸체중심을 통과하는 수직선과 상기 피팅본체의 개구부의 중심을 통과하는 수직축과의 사이에 형성되는 제2오프거리는 1.0mm 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 자동용접용 피팅관.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 피팅본체는 두께가 2mm 이상인 금속 재질의 원소재를 가공해서 성형 제작되는 것을 특징으로 하는 자동용접용 피팅관.

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