KR810000512B1 - 용 접 방 법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용접방법

제1도는 본 발명에 따라서 사용될 수 있는 전형적인 용접 위치의 개략도.

제2a도는 제위치에 있는 원자로심 동체와 함께 본 발명의 한 실시예를 수행하는데 사용될 수 있는 용접설비의 상부측 투시도.

제2b도는 제2a도의 용접설비의 하부측 투시도.

제3도는 제2a도의 중심지주 오퍼레이터 제어실의 평면도.

제4도는 제2a도의 중심지주 오퍼레이터 제어실의 측면도.

제5도는 제2a도의 용접헤드 추적 제어장치의 측면도.

제6도는 제2a도의 용접헤드 추적 제어장치의 평면도.

제7도는 제2a도의 용접헤드 추적 제어장치의 부분적인 정면도.

제8도는 제2a도의 용접 왕복대 가이드(Carriage Guide)의 부분적인 평면도.

제9도는 제2a도에 도시된 하나의 용접 제어장치의 정면도.

제10도는 본 발명의 용접헤드의 대략적인 수평과 수직 위치를 정하기 위해 사용된 제어 회로망의 개략도.

제11도는 용접 홈에 각 용접 토오취의 정렬을 유지하기 위해 사용된 추적 제어 회로망의 개략도.

제12도는 본 발명의 시작 매개 변수들의 프로그램된 순서의 블록 논리도.

제13도는 본 발명에 의해 만들어진 유용한 용접퍼들 모양(puddle geometry)의 개략도.

제14도는 본 발명의 프로그램된 통로들의 순서를 설명하는 용접홈의 단면도.

제15도는 본 발명의 프로그램된 매개변수를 조절하기 위한 폐쇄 루우프의 시스템의 블록도.

제16도는 본 발명에 따른 다수의 토오취 작동에서 토오취 사이의 주종관계를 설명하는 블록도.

제17도는 본 발명에 의해 프로그램된 용가재 예열 능력의 변화에 대한 공급 속도변화의 그래프.

제18도는 본 발명에 따라 프로그램된 회전 속도 변화에 대한 공급 속도변화의 그래프.

제19도는 본 발명에 따라 프로그램된 회전 속도변화에 대한 직류 용접 전력변화의 그래프.

본 발명은 일반적으로 예열된 용가재(여기서는 용접봉)로 큰 동체형 기계의 용접부분을 위한 용접방법에 관한 것이다.

원자로심 등체 조립체들은 그들의 각기 독특한 크기와 무게 때문에 그들의 구조에서 모든 제조동작에서 보통 일어나지 않는 독특한 용접문제를 발생한다. 가압수형 원자로에서, 노심 동체 조립체들은 원자로 내부와 노심부품을 지지하며, 차례로 원자로 압력용기의 최상부 부분에서 내부레지(ledge) 위의 상부 플랜지에 의해 지지된다. 일반적으로, 그런 원자로심 동체 조립체들은 4개의 분리된 부품 즉 함께 용접된 상부의 고리모양의 원형 플랜지, 상부의 원주형의 관모양의 동체, 하부원주형의 관모양의 동체, 하루 로심지지판들에 의해 제작된다. 상부플랜지, 상부 로심동체부분, 하부로심 동체부분의 조립체는 일반적으로 관모양의 부재로 정의되고 그것의 한끝은 실제적으로 하부 노심 지지판에 의해 폐쇄된다. 전체 대표적 조립체의 내부 직경은 3.7m 이고 대략의 높이는 약 9.3m이다. 상부와 하부 동체 부분의 일반적인 두께는 5.08cm를 약간 넘는다. 하부 노심 지지판이 단지 노심 동체 조립체의 총 높이의 약 50.8cm를 약간 넘게 점유하는 반면, 그것은 약 72.6미터톤의전 조립품 무게중 약 27.3미터톤을 차지하는 전체 무게의 실제적인 양을 설명한다.

노심 지지판을 하부동체부분에, 하부 동체 부분을 상부 동체에 연결시키는 하부 2개의 원주위 용접 이음은 아주 중요해서 그들이 용접될 때 동체 실린더의 정확한 위치 제어를 유지하기 위해 고도의 기술적인 용접이 행해져야 한다. 예를 들면 최종 설계는 어떤 2개의 동체 실린더들 또는 비슷한 조각들 사이의 새로 수축은 0.102cm 공차 영역안에서 제어되고, 노심지지대에 대한 상부 플랜지의 평행은 세로 수축기간동안 0.05cm 공차내에 유지되고, 직경방향의 수축은 각각의 용접층이 회전 비틀림을 최소로 하고 상부 플랜지와 노심 지지대 사이의 X-Y축의 일치를 0.05cm 이내로 유지하기 위해 360˚용접을 통해 일정하도록 요구한다.

규정된 설계관리를 엄격하게 하기 때문에 노심동체의 용접들은 수직위치에서 동체실린더와 함께, 수평 평면에서 이룩된 용접과 함께 이룩된다. 종래의 용접 공차와 여러 성분들 사이의 더 좋은 무게 분배는 용접 토오취 아래 있는 실린더를 수평으로 돌림으로서 더 좋은 표준 용접을 행하게 한다. 그러나(비록 디멘죤(dimensions)을 고려할 때 특별한 원자로의 크기에 따라 변한다 하더라도) 그러한 종래의 기술들이 용접이 완료된 후 여러 성분의 배열에 있어서 심한 왜곡을 일으키는 가장 주된 결과라는 것은 위에 주어진 대표적인 디멘죤에서 인식될 수 있다. 그런 왜곡들은 원자로의 독특한 구조에서는 견딜 수 없다.

종전 기술에 따라 전술한대로 표준을 이루기 위해서, 한 동체를 다른 동체에, 그들 축을 수직으로 동체 부분을 위치시켜서 용접이 이루어진다. 수동 용접 기술들은 아직도 용접 수축과 왜곡을 제어하며, X선질 용접발생의 목적을 가지고 용접 접합선 주위의 여러 위치에 사용된다. 그러나 각각의 용접 위치 주위에 동시에 균일하게 열을 발산시켜야 하는 난점 때문에 품질과 크기상의 양표준에서 일어나는 용접을 하는 데에서 난관이 일반적으로 일어난다. 많은 수선이 정상적으로 필요하며 그리고 소비되는 시간과 경비는 광대하다. 결함이 있는 용접부의 국부수선을 더 허용할 수 없는 왜곡이 야기된다.

용접 기술 분야에서 최근의 기술혁신은 분리된 용접 토오취에 의해 용가재가 시료와 함께 용해되는 용접 구역에 고착되기 전에 용가재를 예열하기 위해 제공된다. 그러나 이런 혁신 기술에서 제공된 용접의 질은 많은 용접변수의 함수, 즉 용가재를 예열하기 위해 부여된 열의양과 용착금속의 속도로서 광범위하게 변화하는 것이 발견되었다. 이 공정으로써 얻어진 좋은 질의 용접의 재생산 가능성은 반드시 동시에 제어되어야 하는 많은 변수 때문에 어려움이 있는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 주요목적은 큰 동체 실린더와 다른 요소에서 대단히 정확하게, 계획 조절시키는 방법으로 높은 품질의 용접을 하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.

이 목적과 함께 본 발명은 주어진 용착(deposition) 속도로 용가재를 용접구역에 공급하고 용접 구역안에 용착하기 전에 용융 온도에 가까운 온도로 용가재를 예열하고 전체의 용접을 형성하기에 충분한 비율로 용가재와 용접구역을 동시에 가열하는 단계 등을 포함하는 연장된 용접 접합선을 따라 공작물을 용접하는 방법에 있으며, 사용하기에 편리한 용가재 공급 속도범위를 통하여 용가재 공급속도의 연속적인 비선형 함수로서 그것의 작동 레벨에서 용가재를 예열하게끔 자동적으로 전력을 제어하는 특징이 있다.

바람직하게 용접구역이 접합선을 따라 이동된 용접 접합선을 용접하는 것을 적용하는데 있어서, 용접이음을 융합시키는데 부여된 전력은 접합선을 따라 용접구역의 운동속도의 함수로서 자동적으로 제어된다.

선정된 원주상의 용접접합선을 따라 원주의 부재를 용접하는 출원서의 다른 실시예에서, 본 발명에 따라 실제적으로 동일한 용접들은 부재의 회전축을 이등분하는 축주 위에 대칭적으로 위치된 용접 접합선을 따라 다수의 격리된 용접구역에서 발생된다. 계획적으로 제때에 어떤 주어진 점에서 각 용접구역에서 용접 접합선을 따라 놓여진 금속의 용적 대열입력의 동일한 비율로 자동적으로 제어하고 설정해서 실제적으로 동일한 용접이 이루어진다. 이 비율을 설정하기 위해, 용접이음을 융합시키도록 부여된 전력은 각 용접 패스와 속도의 함수로서 그리고 접합선을 따라 각 용접구역의 상대적 위치로서 계획적으로 제어된다. 그리고 각 용접구역에 부여되는 전력은 접합선을 따라 남아있는 구역에 부여된 전력과 비교되고, 각 용접위치에서 열 입력을 확실하게 하는 자동적으로 조절된 어떠한 차이도 똑같다. 동시에 각 용적 위치에서 용가재 용착속도는 각 용접 통로의 함수로서, 용접구역의 운동의 속도와 접합선을 따라 남아있는 구역에서 용착속도로서, 자동적으로, 계획적으로 제어되며, 예열시키는 동력은 거기에 따르는 용가재 공급속도의 함수로서 조절된다. 따라서, 이 방법에서, 용접동력과 용가재 공급속도와 용가재로 부여된 열은 계획적으로, 변화적으로 자동적으로 많은 통로에 걸쳐 제어되며, 그래서 각 용접의 동일한 선 질과 재생기능을 확실하게 하기 위해 제때에 어떤 주어진 점에서 각 용접 위치에 용착된 금속의 용적에 대한 열 입력의 동일한 비율을 이루도록 해야 한다.

본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 부수도면을 참고하고 본 발명의 양호한 실시예를 참고하였다.

원자로 노심동체와 그런 정확한 표준을 요구하는 다른 부품들에 대해 요구되는 정확한 설계기준과 용접 공차와 맞추기 위해, 설비와 단계를 갖고 계획되고 자동 폐쇄 루우프 시스템으로 완전히 통합된 방법을 제공하여 동시에 각 용접위치에서 용착된 금속의 용적 대 열입력의 동일한 비율을 이루게 용접헤드의 어떤 수의 용접제어를 시종 일관 정확하게 유지한다. 부가적으로 이 방법에서 각 용접 헤드들에 의해 제공된 용접들은 시종일관 재생될 수 있다. 이런 방법으로 시료의 수축과 왜곡이 제어될 수 있다. 용착된 금속의 용적 대 열입력의 비율은 프로그램되고 제어된 방법으로 임계치의 용접변수를 이룩하고 통합하는 폐쇄루우프 전자 귀환 제어에 의해 용접 위치에서 동일하게 확고히 제어되고 유지된다.

용접 원자로심 동체 조립체들의 적용에서 본 발명의 용접시스템의 방법을 수행하기에 특히 적합한 훌륭한 용접설비는 제2a도와 제2b도에 충분히 도시되었다. 본 발명에 따라 수축과 왜곡을 제어하기 위해 다수의 용접헤드가 용접될 원통형 공작물의 회전축을 이등분하는축 주위에 대칭적으로 격리된 부합되는 점에서 용접 접합선 주위에 각각 위치한다. 예를 들면 제1도에 도시된 것 같이, 용접부분 10은 노심동체 16의 축 14를 이등분하는 축 12주위에 대칭적으로 격리된 곳에 위치한다. 용착된 금속의 용적 대 열입력의 비는 아크전압, 용가재, 용가재 예열전류, 용접전류 그리고 회전하는 턴 테이블 속도와 같은 용접변수들을 통합하고 성취하는 전자 귀환 제어에 의해 용접위치에서 동일하게 유지된다. 부가적으로, 용접접합선 추적과 자동 용접헤드 위치는 용접헤드가 주위의 용접 접합선과 상대적인 일렬 정돈을 유지하는 것을 보장한다.

바람직하게는, 제2a도와 제2b도에 도시된 것 같이, 원자로심 조립체의 중심선에서 주축은 턴테이블 또는 베이스 부재의 면에 수직으로 위치된다. 본 예에서, 두 외부 현 외부재(outrigger)와 하나의 제거 가능한 내부 중심 지주 지지대는 동체의 내부 또는 외부 중 하나 또는 양쪽에서 용접위치를 180˚떨어져서 위치하도록 사용된다. 제2a도와 제2b도는 각각 본 발명을 실행하기 위한 훌륭한 설비의 상부와 하부부분을 도시하며, 그 설비는 테이블의 회전축과 같은 중심에 위치된 노심동체 16과 함께 적소에 턴테이블이나 혹은 베이스부재 18을 포함한다.

구멍이나 소켓트 20은 테이블 중심 아래를 통하여 연장되어서, 중심지주 24의 위치지정핀 22가 위치되고 지지되게 한다. 그러한 적용을 위한 턴 테이블은 약 181.6미터톤의 동심하중과, 정적인 상태에서 약 181.6미터톤의 점 하중과, 181.6미터톤의 다이나믹 하중을 등심으로 지지하게 설계되었다. 본 실시예에서 턴테이블 직경은 약 5.08미터이다.

턴 테이블의 상부표면은 기계로 만들어졌고 제2b도에 도시된 보링 밀(boring mill) 형태의 죠오척(chuck jaws), 또는 기둥 26의 부착을 위한 많은 구멍을 포함하여, 턴 테이블과 동심으로 노심동체를 위치시킨다.

테이블 18의 하부표면은 자동 조심 트라스트 베어링 28을 놓게끔 기계로 만들어졌다. 하부표면의 주변에서 원형구역은 전기 접지 슈우 34를 위한 레이스 홈으로서 동작하는 외부 베어링 30과 마멸판(wear Plate)32를 수용하도록 기계로 만들어졌다. 하부 베어링 지지대는 테이블의 중앙에 위치지정핀 22를 배치하기 위해 테이퍼 된 소켓트 20과 결합되었다. 소켓트 하우징의 일부는 지주의 안정성을 위해 충분한 깊이를 제공할만큼 충분한 거리로 바닥 위치의 아래로 연장된다. 중심지주의 제거를 용이하게 하기 위해 90미터톤 유압 잭 36이 소켓트의 베이스에 위치되었다. 유압잭은 중심지주의 제거가 요구될 때, 그것의 테이퍼 록크 피트로부터 지주를 탈락시키기 위하여 테이블 구역 밖의 수단에 의해 작동된다.

바람직하게는 두개의 2000amp 용량의, 스프링-부하된 접지 슈우 조림체 34는 전기용접 접지회로를 완성하고, 용접 전류로부터 테이블을 보호하기 위해 놓여진다.

턴 테이블의 회전구동은 정밀한 스퍼어 기어 38을 통해 제공되는데, 정밀한 스퍼어 기어 38은 테이블의 주변부 주위로 연장하여, 테이블 주위에 인접한 동력 구동모터 40에 의해 제어된, 예를 들어 0.0053-0.058rpm±2%의 범위로 연속적으로 조절가능한 평활한 회전속도를 전달한다. 동력은 제2b도에 도시한 기어상자 42에 의해 모터에서 테이블 기어로 전달된다.

중심지주 24는 노심동체 조립체 16의 내부에 위치하고 위치지정핀 22와 함께 하단에 위치된 조립된 조종수 마스트이다. 중심지주의 상단은 턴 테이블의 주위에서 지지되는 보조 플래트 폼 44에 의해 안정된다. 중심지주의 상단은 테이퍼된 플러그와 슬리이브 46으로 설비되어 보조안정기의 록킹 링(locking ring)과 일직선 배열을 한다.

중심지주 24는 두개의 용접 아암(arm) 혹은 램 50과 동작 지지대 플래트 폼 52에 적합하게 된 수직이동 동력장치의 조종수 받침대 48을 갖는다.

양쪽 램의 설계는 동일하고, 각 램 50의 수평연장부에 지지된 용접 토오치 54를 아우트리거 지주토오치 56과 180˚격리시켜 공동 중심선에 배열하기 위해 적절한 오프셋으로 구성되었다.

플래트폼이나 받침대의 조립체, 즉 왕복대 58의 승강은 감소기에 연결된 교류 제동모터의 사용에 의해 이룩되며, 그 모터의 2개의 이 중 스프로킷 조립체 60은 구동체인 62와 함께 교환되게 배열된다. 구동체인 62은 한쪽 끝을 왕복대 58에 그리고 다른쪽 끝을 지주를 따라 지지된 관형하우징 66 안에 둘러싸인 평형주 64에 부착되었다.

왕복대 58은 비틀림을 최소로 하기 위하여 설계된 조립된 상자 구조이다. 정확한 로울러 클러스터 조립체 68(제8도에 도시된)은 중심지주의 왕복대와 파지기 통로(grip machine ways) 70 위에 배치되어 왕복대와 램의 적당한 배열을 확인한다.

각각의 램 50은 램의 측면에 고정된 기어 렉에 의해 구동된 조립된 상자부분 72(제3도)를 포함한다. 본 실시예에서 램 이동은 약 90cm이다. 램의 기어 렉은 교류 제동 모우터에 의해 구동된 피니언이다. 구동 모우터는 기어 감속기와 피니언에 결합되어 램 렉을 구동한다. 충분한 변형을 위해 구동기구는 전환할 수 있게 결합되었다. 적당한 위치 록킹을 확보하기 위해, 랙 록크는 램의 랙과 함께 랙 메이팅(rack mating)의 부분으로부터 형성된 것을 포함한다.

(제4도에 제공된 왕복대의 측면도에 더 자세히 도시된) 제2a도와 제2b도의 훌륭한 설비의 중심지주에 약 매 10cm마다 설치된 일련의 수직으로 격리된 구멍 74는 정적인 상태에서 체인 또는 구동기구 실패에 기인한 왕복대의 낙하에 대해 양의 기계적 록크를 제공하는 제8도에 도시한 솔레노이드 동작핀 76에 의해 사용된다. 작동 회로장치는 왕복대 구동이 핀 구멍 74가 사용될 때까지 동작을 계속하게 배열된다. 후술되는 부가의 전기 인터록크(interlock)는 핀이 확실하게 제위치로 올 때까지 용접장치의 동작을 금지한다.

전력과 제어용 케이블 84(제2a도 및 제2b도에 도시)는 중심지주의 상부 정점에 부착되고, 왕복대를 르우프 다운한다. 정상 제어 케이블과 용접 리드에 부가하여, 가스 도관들은 원천(source)에서 용접 토오치 위치로 불활성 기체를 운반하기 위해 각각의 왕복대 위에 배치된다.

지주 현외부재에 설치된 지주 38은 턴 테이블의 양쪽에 배치되며, 단일 램의 사용을 제외한 모든 점에서, 구조설계에서 중심지주 24의 경우와 본질적으로 동일하다. 램들은 중심지주 장소의 용접 토오치와 같이 똑같은 중앙선에 서로 정반대로 배치된다.

용접헤드 조립체 102는 램들 사이에서 동일하고 교환할 수 있는 각 조립체와 함께 어댑터에 의해 각각의 램 50의 끝에 부착되었다. 15.24cm 이동한 수직 슬라이드 104(제2도와 제4도에 도시)는 기편 107을 통하여 어댑터 106에 부착되고, 헤드 조립체의 미세한 수직제어를 제공한다. 슬라이드의 이동은 워엄 기어나 모터 조립체 108을 통하여 이룩된다. 추적 시스템 제어장치가 ＂자동＂ 위치에 놓이게 되면, 용접접합선 92와 함께 일직선을 유지하게 각각의 용접 토오치 54와 56의 수직조정은 수직 슬라이드를 통하여 이룩되며, 이것은 다음의 추적 시스템의 설명에서 기술할 것이다.

용접 접합선 92(제2a도, 제3도, 제4도, 제5도, 제6도, 제7도에 도시)와 함께 용접 토오치 54와 56의 수직 일직선을 유지하는 추적 시스템은 기판 107에서부터 용접 접합선 92와 함께 접점으로 옆으로 연장된 스프링 부하 아암 110을 포함한다. 볼과 소켓트 112는 용접 접합선 92 안에 직접 걸터있는 추적 아암 110의 연장된 끝에 있게 된다. 기판 107에 의한 추적 아암 110의 지지대는 소켓트 114를 통하여 제공되며, 소켓트는 턴테이블의 회전과 함께 용접홈의 이동과 같이 용접홈에서 변위와 함께 추적아암의 수직 운동을 허락한다. 추적아암의 수직변위는 수직운동을 변위의 방향을 대표하는 전기출력으로 변환하는 그것의 어느 부분 위에 있는 마이크로 스위치 116에 의해 감지된다. 이 출력은 용접 접합선과 후면에 일직선으로 용접헤드를 위치하게 모터나 워엄기어 조립체 108을 제어하는데 사용된다. 바람직하게는 추적 아암 110의 볼과 소켓트 112는 용접에 대한 동작자의 시야 접근을 방해함이 없이 용접헤드에 가능한 가깝게 배치된다. 용접토오치와 추적아암의 볼과 소켓트 사이의 거리를 이동하는 용접 접합선을 위해 요구되는 시간과 똑같은 시간지연을 제공하는 작은 시간 지연회로는 모터나 워엄기어 조립체 108이 용접헤드를 다시 일직 선화되게 구동하기 전에 이 지연시간을 중재하면서 사용될 수 있다. 턴 테이블 속도의 변화가 요구될 때, 추적자 시간 지연과 턴 테이블 속도 사이의 폐쇄 루우프 결합(tie)은 용접되는 부재의 회전속도 변화에 따라 지연의 변화를 요구할 것이다. 그러므로 폐쇄된 루우프 제어회로는 접합선에 용접헤드의 배열을 계속 제어하게 한다.

수직 슬라이드 104에 부착된 것은 용접헤드 발진기 118로서 오하이오주 클래버랜드에 있는 자동 아크-용접 제작회사에 의해 만들어진 자동 아크모델 4610C와 같은 것이다. 이 실시예에서, 제4도에 잘 도시된 용접헤드 발진기 118은 시간의 프로그램된 기간을 위한 진동의 극단에서 토오취를 멈추게 하는 어느 한편 끝에서 조절 가능한 드웰(dwell)과 함께 제어된 왕복운동의 7.6cm 이상을 제공한다. 진동의 중심선 뿐만 아니라 넓이도 맡겨진 용접통로의 함수로서 변화하게 배열되었다.

본 실시예에서 용접헤드 발진기 118에 부착된 것은 아크 전압 조절헤드 120으로 뉴욕시의 유니온 카바이드 코오포레이더의 린드디비존에 의해 만들어진 린드 모델 제 HWH-3과 같다.

본 헤드는 제한된 작업공간을 제공하는 모양의 자동 용접을 위해 설계된다. 아크 전압 조절헤드 120은 역전할 수 있는 스테핑 모터, 볼 나사 축 조립체, 재순환 볼나사 크램프 조립체, 그리고 정확한 슬라이드 조립체로 구성된다. 스테핑 모터는 볼 나사축 조립체의 축을 회전시키고 그것을 차례로 재순환 볼나사 조립체를 올리고 낮춘다. 슬라이드 조립체의 운동부분은 재순환 볼 나사조립체에 직접 있게 되고, 그래서 용접 토오치를 지지하는 클램프 조립체에 의해 올리워지고 낮추어진다. 토오치 장치 어답터(adapter)는 슬라이드 운동부분에 직접 볼트로 조정된다. 이크 전압 조절헤드 120과 관련된 차동 증폭기는 토오취와 공작물 사이의 전압을 감지하고, 그리고 토오취와 공작물 접합선 사이의 바람직한 아크 거리를 나타내도록 미리 선택된 전압과 이 전압을 비교한다. 다수의 용접 헤드의 폐쇄된 루우프 동작을 위해, 각각의 아크 전압 제어장치의 미리 선택된 전압은 후술되는 것과 같이 각 용접 위치에서 각각 계획된 것보다 오히려 단일 원천에서 발생된다. 만약 공작물과 토오취 사이의 실제전압이 미리 선택된 전압과 다르게 되면, 스테핑 모터가 용접부로부터 적당한 거리에 토오취를 재위치시키게 두동된다. 따라서, 일정하고 실제적으로 동일한 아크전압이 용접 작동할 동안 각각의 용접 위치에서 유지된다.

용접 토오취는 각각의 용접 조립체의 전체 부분으로 제공된다. 토오취 몸체는 예를 들어 용접 범위에서 좋은 가시도를 제공하게 위로 2.54cm의 컵 승감과 함께 보호가스의 안정한 흐름을 제공하는 전체가스렌즈를 포함한다. 토우취와 동력 케이블은 중심지주 24의 보조플래트 제 44로부터 전달된 전수로를 통해 수냉된다.

(제3도와 제4도에 잘 도시된) 얼선 공급기 조립체 122는 스푸울 124에서 용접 접합선으로 예열된 용가재의 원천을 제공하게 용접 토오취에 인접하여 연결된다. 근본적으로 열선 공급기는 충전 물질의 스푸울 24를 포함하며, 스푸울은 관형부재의 이동방향에 대해 토오취에 가깝게 등뒤의 위치에서 고속열 선 로울러 드라이브 126에 의해 접점관 128을 통하여 공작물의 용접 접합선으로 구동된다. 교류 전력 공급은 공작물 16과 접점 관 128 사이에 연결되어 교류 전류를 충전선 130을 통하여 전달하여, 용접 접합선에 용착되기 전에 선을 전기적으로 저항 가열한다. 그런 시스템의 예는 1964년 2월 25일 공고된 에이. 에프. 만즈씨의 특허 제3,122,629호에 기술되었다.

후기에 인식되는 것 같이 표준적인 열선공급은 공작물과 진행하는 용접 과정의 속도함수와 같은 계획된 방법으로 자동적으로 다양하게 본 발명에 의해 용접 접합선에 용착된 공급물질의 양을 조절하도록 변경된다. 부가하여 충전선을 가열하게 전달된 교류전류의 양은 충전선의 용접 접합선 안에 용착되는 속도의 함수로서 자동적으로 제어된다.

동작 용접변수들을 직접 제어할 수 있도록 하기 위해, 기술되겠지만, 본 발명의 작동에 대한 자동방법의 중재는 좋다는 것이 증명된다. 각 조종수 램 50은 오퍼레이터 제어판넬 132와 동일하게 제공되며, 다른 용접 조립체와 결합된 다른 제어 판넬들과 교환할 수 있게 제공된다. 각 판넬은 제9도에 도시한 것같이 용접하는 동안 작동의 편리를 위해 최적 제어배치를 제공하도록 설게된다. 각 오퍼레이터 위치와 관련된 제2의 고정된 제어 큰소울(console) 134는 실제 용접 작동동안 정상적으로 필요하지 않는 그런 기능을 위해 제공된다.

교환할 수 있는 오퍼레이터 제어판넬 132는 램을 안쪽(136)과 바깥쪽(138)으로 움직이고 새들을(140)위로, (142) 아래로 움직이고, 용접헤드(144)의 높이를 조절하여 아크거리(gab)(146)을 맞추기 위한 것, 용가재를 가열하기 위한 거친 그리고 미세전류제어(148), 직류용접 전류세팅(150)을 조절 발진기작용(152)의 수행 용가재 공급(154)을 위해 슬로트를 공급하며, 가스소제(156), 헤드의 자동전압 조절(158), 자동선 공급(160), 용접헤드(162)에 전류의 경사(slope) 베이스 부재(164)의 회전 용접의 시작과 끝(166), 설비를 닫기 위한 비상스위치(168)의 제어장치를 포함한다. 다수의 이런 제어장치들은 기술된 이 실시예의 자동 폐쇄 루우프 시스템이 사용될 때는 필요하지 않으나, 개개의 용접구역의 손질이나 오우버라이드하기 위해서는 요구가 된다. 부가하여 쌍 조절스위치 170은 중심 지주 오퍼레이터 장소의 운동을 방지하게 제공되며 그렇지 않게 되면 명령이 양쪽 중심 지주 오퍼레이터 장소에서 나오게 된다. 키이 스위치 172는 쌍 논리 제어를 졀연하여 단지 한 작동에 의해 스테이션의 운동을 가능하게 한다. 부가하여, 제어 판넬 132에서 제공된 제어는 제9도에 설명한 것 같이 직류 디지탈 메터 리드아웃(digital meter read out)에 의해 아크 전압(176), 선 공급속도(178), 용접전류(180)로 제공된다. 고정된 제어 콘소울 134에서 제공된 제어는 발진기 프로그램된 작용세팅 프로그램된 선공급속도 세팅 아크 전압 강도조절 조업중지후의 가스흐름을 위한 포우스트흐름 펌프물 조절 그리고 베이스 부재의 회전방향과 속도의 조절을 포함한다.

특별한 노심동체의 용접을 실시하기 전에, 위에 설치된 플래트폼 44는 턴 테이블 18과 중심지주 74 밖으로 움직여져야 하고, 유압잭 36을 지나 그것을 고정시키는 소켓트 22로부터 빠져나와서, 기둥 26 위에 지지되어 있는 노심동체 부분을 적당한 위치에 놓을 수 있게끔 밖에 놓아야만 한다. 노심동체가 턴 테이블 18의 중심선의 중앙에 위치되어 있으면 중심 지주 74는 다시 제자리에 오게 되고 위에 설치된 플래트폼은 중심 지주를 위해 지지대를 제공하기 위한 위치로 이동되며 오퍼레이터가 중심 용접 플래트폼 가까이에 있을 수 있게 한다. 오퍼레이터가 제위치에 있으면, 상호 교환할 수 있는 제어장치판(interchanyeable control panel)의 위에 있는 up doum 버튼 140과 142에 의해 용접접합선과 용접토오취를 갖은 선상에 정렬할 수 있도록 왕복대의 수직운동이 시작된다. 두 오퍼레이터와 함께 다른 한편에서 지지되고 있는 키스위치 172로 중심 지주상에서의 왕복대를 이동하려 할 때, 한 오퍼레이터는 반드시 이동이 시작하기 전에 이동방향을 다른 오퍼레이터가 선택하는 동안 오퍼레이터의 제어판상의 키 스위치 옆에 있는 버튼 170을 눌러야 한다. 중심 지주상에 한 오퍼레이터만이 있을 때 제어에 참가하고 있지 않은 키 스위치 172를 작동한 키는 꺼야 한다. 한 방향으로 이동이 시작되면, 오퍼레이터는 이동을 멈추려 할 때까지 이동버튼을 계속 누르고 있는다. 작동자가 이동버튼을 누르는 것을 정지할 때, 스프링 하중 핀 76(제8도)이 중심 지주상에 있는 그 다음의 록크 구멍 74로 들어갈 때까지 이동이 계속된다. 용접홈에 토오취를 위치시킬 수 있도록 수직 슬라이드 104(제4도)의 미세한 조절이 그때 이용된다.

현외부재 지주 위에서의 수직 운동은 단순히 그 작동에 필요한 버튼을 누름으로써 이루어진다. 각각의 현외부재 지주들은 서로 독립적으로 움직이므로 다른 오퍼레이터 작동을 하도록 해주는 버튼 등은 필요하지 않다. 그러나, 현외부재 지주의 수직운동은 각각 수직 지주가 같은 높이가 되도록 하기 위해 중심 지주에 대해 설명된 동일한 방법으로 조정되어야 한다.

제10도에 수직, 수평 램 운동을 제어할 수 있는 회로가 예시되어 있다. 다음의 회로설명을 명확히 하기 위해 중심 지주상에 위치한 한 오퍼레이터 제어실 ＂A＂를 주요 오퍼레이터이고, 다른 곳에 위치한 오퍼레이터실 ＂B＂를 동료라 가정하자, 전술했듯이, 각 위치에서의 전기회로망은 같고, 수직운동을 하기 전에, 중심 지주 위에 있는 두 오퍼레이터실에서 동시 명령을 해야 한다. 그러나 4개의 위치 중 어느 것이라도 주요 오퍼레이터가 될 수가 있고, 다른 편은 동료가 될 수 있다.

115볼트 교류 전원은 지주상에서의 수직, 수평 램 운동을 제어하는데 필요한 스위치 작동을 하기 위해 들어간다. 버튼 170에 에너지가 들어가면, 115볼트 전원은 단자 252에 들어가서 오퍼레이터 제어실 ＂A＂에 있는 단자 254로 거꾸로 나간다. 이 단자는 모든 수평이나 수직운동 스위치 블록 256의 한쪽 방향으로 들어간다. 본 예에서, 단자 258,260에 115볼트가 작용되도록 ＂up＂을 선택한다고 가정하자.

단자 260은 핀을 추출하는 솔레노이드 78의 한쪽에 연결되었다. 핀 추출 솔레노이드 78은 수직 위치에 있는 램을 고정하도록 하기위해 중심 지주에 있는 수직으로 맞대고 있는 록크구멍 74에 맞추어져 있는 록크핀을 풀어주도록 한다. 핀 솔레노이드의 다른편은 램 고정, 제한 스위치(어떤 위치에서 램을 고정시키는 작용을 한다)의 상폐회로 262를 지나고 릴레이 264와 115볼트 교류의 다른 한편과 아주 가까이 접촉시켰다. 이렇기 때문에 핀 솔레노이드 78은 작동해서 록크핀 76을 록크구멍 74에서 뽑아서 순서적으로 핀 록크 제한 스위치를 쳐서 접촉 부분으로 보낸다.

단자 258은 수직 승강모터 접촉기(중심 지주 수직승강)에 up과 down 접점에 연결되어 있다. up접점은 115볼트 전원에 디시 연결되는 up 코일에 있는 상개 접점이다. Down 접점은 up 접촉 코일의 한편에 붙어 있는 접촉부들이 상폐 접점이다. up 코일의 다른편은 상폐 ＂up＂ 제한 스위치 268, 상개 ＂록크핀＂ 제한 스위치 270(핀이 빠져 있으므로 폐쇄된 것 아니다)을 통해 단자 266에 선으로 이어져 있으며, 115볼트 전원의 다른 한편에 이어져 있다. 본 회로는 up 이동을 시키는 중심 수직모터 구동체에 440볼트 심상교류를 공급하는 수직승강 모터에 있는 up 코일에 에너지를 공급한다. 이점에서, 수직 모터 구동체의 up 코일의 115볼트쪽은 상개접점을 통해 고착되어서, 만일 제어 스위치 및 up 스위치의 둘다 또는 어느 하나가 열려 있다면, up 코일의 다른측이 개방회로로 될 때까지 이동이 계속할 것이라는 것을 주의해야 한다. 록크핀을 다음 구멍에 집어넣음으로써 이러한 작동은 이루어지거나 이동이 끝나게 되고, up 제한 스위치가 커지게 된다.

중심 지주 램의 수평이동은 수직운동과 같은 방식으로 이루어지나, 단지 내부 및 외부 위치 버튼 136, 138(제9도에 도시되어 있다)가 작동된다는 예외가 있다. 외부지주의 수평운동도 같은 방법으로 된다.

작동제어 장소가 수직으로 움직이고, 램의 위치가 수평으로 움직여져서, 용접 접합선 92의 근처에 용접헤드 조립체 102를 놓이게 한 후에 용접 접합선과 용접 헤드 조립체를 수직으로 잘 맞추기 위해 웜기어 구동장치를 이용하여 수직 슬라이드 104를 작동시킨다. Linde Division of union Carbide Corporation 제품인 텃취-스타트 릴레이로 알려진 상업적으로 유용한 기구를 사용하여 각각의 용접 토오취와 용적홈을 수평으로 잘 조정할 수 있다. 텃취-스타트 릴레이 스위치의 작동으로써 용접 접합선을 향하고 있는 텅스텐 용접 토오취의 끝을 움직이게 하는 전압제어 헤드를 작동시킨다. 접촉이 이루어질 때까지 토오취의 이동이 계속되며, 접촉시, 아크 전압 제어 헤드가 용접 접합선으로부터미리 선정된 거리로 토오취를 물러나게 한다. 용접을 시행하기 위한 준비로서, 여러 용접 토오취를 사용하는 경우에 있어서, 각 열선 토오취에서 용가재의 도선끝이 미리 정해놓은 적당한 위치에 놓여서, 각 용접 끝부분, 텅스텐 전극과 심선 끝(wire feed tip) 등이 시료와 같은 거리에서 용접이 시작될 수 있도록 한다.

본 발명의 자동 조작 형태에 있어서, 용접 접합선으로부터 텅스텐 전극이 텃취-스타트 릴레이의 제어하의 전압 제어 헤드에 의해 시료로부터 미리 선정한 위치로 철거해서 미리 택한 속도로 베이스부재의 회전이 시작된다.

본 발명에서 개선된 점은, 단일 용접 패스-단일 용접 헤드작동은 다중 용접 패스-다중 용접 헤드 작동을 비교함으로써 잘 이해할 수 있다. 결국 다중 용접 패스-다중 용접 헤드 작동은 본 발명에 의해서 자동적으로 시행된 용접변수(weld parameter)의 계획된 상호작용으로서 완전히 상세하게 이해할 수 있을 것이다.

용접에 필요한 예비단계가 적절히 순서적으로 이루어지도록 보장하기 위해서, 이런 시스템은 용접이 시작될 수 있도록 직류아크가 발생하고, 용가재가 용접홈 안으로 들어가기 전의 적당한 시간과 과정이 이루어지는 특별한 작동을 성취할 수 있는 논리회로를 포함한다. 주요 시스템의 논리회로가 순서적으로 제12도에 도시되어 있다. 각개의 논리 게이트의 입력은 거기에 대응되는 출력이 나타나기 전에 동시에 들어가야 한다. 논리 게이트 출력은 거기에 따르는 용접 기능을 성취하도록 접촉을 일으켜 준다. 도시된 것 같이 계속 자동적으로 성취하는 논리단계는 용접 시행전에 다음의 과정에 의해 질서있게 수행되어야 한다.

1. 주전력을 on으로 한다.

2. 주지주에 있는 램을 놓게하는 왕복대 록크핀이 적당한 제 위치에 있다는 확인이 전기 접점을 통해 검사된다.

3. 텃취-스타트 릴레이는 용접 접합선으로부터 적당히 토오취를 놓도록 해야 한다.

4. 아-크가 발생할 때 용접 부분 주위의 공기를 몰아내고, 이온화된 분위기를 만드는 가스가 나오도록 한다.

5. 베이스부재의 회전은 미리 정해진 속도로 에너지를 공급받는다.

6. 고주파 공급 스위치의 에너지 공급이 이루어져야 한다.

4,5,6의 과정은 용접 헤드가 적당히 놓여졌을 때 텃취-스타트 릴레이에 의해 작동되는 접점의 적당한 폐쇄에 의해 동시에 수행된다. 이 과정에서 시스템은 준비된 상태로 되며, 시스템 전구 182(제9도)가 켜진다. 본 시스템은 단일 토오취 작동이나 다수 토오취 작동이든간에 ＂단일 토오취＂로서 용접 준비가 된다. 일단 고주파가 확립되고 직류 전력 공급 접촉기를 들어오게 하는 교류 감지기에 의해 감지되면, 용접시작 스위치 166(제9도)은 자동적으로 작동하고, 용접 토오취와 용접홈에 있는 텅스텐 전극 사이의 아크가 발생하기 시작한다. 직류 아크의 확립은 고주파 회로를 열고 다른 여러 제어 기능을 수행하는 연속 감지기의 출력에 의해 나타난다.

적당한 순서로 먼저번 과정이 성취되면 다음에 따라 선정된 용접 변수 순서가 자동적으로 시작된다.

1. 용접심선 공급의 지연동작이 시작된다.

2. 자동 전압 제어 헤드 지연이 시작된다.

3. 직류 전류의 엎-슬로우프가 시작된다.

4. 용접심선 공급이 시작되고

5. 진동이 일어나며

6. 아-크 전압 제어가 시작된다.

앞에서 언급했듯이, 용가재는 용가재를 경유하여 용접홈과 접촉하는 접점에 있는 시료로 흐르는 교류전원에 의해 생기는 저항열로 가열된다. 그러나, 용접홈과 용가재의 접촉에 의해 교류회로가 닫혀져야만 비로서 용가재가 예열된다. 이것은 역시 연속 감지기의 사용을 통해서 결정된다. 따라서, 용접홈과 용가재의 접촉은 용접의 시작을 지시하며, 이것은 연속 감지기의 출력을 통해서 순서적으로 회전하는 베이스부재를 위해 구동체에 의해 구동된 회전각 계수기의 작동을 개시한다. 회전각 계수기와 연속 감지기의 출력으로써 자동적으로 용접 단계 시작과 끝을 제어한다.

직류 아크가 발생하자 마자 직류 용접 전류 출력을 공급해 주는 브리지 회로와 파이어링(firing)을 제어하도록 계획되어 연결된 적분회로에 의해 직류 용접전류가 주어진 비율로 엎-슬로우프를 나타내게 되는데, 직류 용접전류는 용접 패스 초기에는 거의 기울기를 무시할 수 있으나 계획된 용접 전류 값가지 올라간다. 계획된 작동 가능치까지 직류전류가 도달하면, 텅스텐 전극과 용접홈 사이 거리를 조절해 주는 자동 전압 제어가 작동을 해서 전극과 홈 사이의 간격을 넘어서 미리 설정된 아크 전압을 유지시킨다.

직류 전류 엎-슬로우프와 동시에, 아크 On 조건 상태에 도달한 순간에 시작된 약간의 지연 후, 용가재 공급은 시료로 향해 인칭(inching)을 시작하고, 접촉시에, 교류연속 감지기에 의해 지시된 것 같이, 계획된 공급속도가 도달할 때까지 엎-슬로우프가 일어난다. 예열전류는 공급속도의 엎-슬로우프와 동시에, 시료와 함께 접촉이 이루어지는 시간에 엎-슬로우프되며, 미리 선택되어 계획된 열선이 작동하는 전력레벨이 달성된다. 슬로우프 회로의 각개는 상기에 설명된 직류용접 전류제어와 비슷하게 형성된다. 전동기 작동은 열선공급과 예열전류가 용착을 너무 얇게 하는 것을 피하기 위해 각개의 작동수준에 도달할 때까지 지연된다. 제14도에 도시된 일실시예의 용접홈으로부터 알 수 있듯이, 용접 심선이 시료와 접촉하도록 하는 점에서 용접이 시작될 때, 용접헤드는 용접홈의 중심 500에 정열되고, 용접 심선공급과 직류 용접전류와 심선예 열전류가 계획된 수치에 도달할 때까지 그 위치에 유지된다. 작동변수가 적정수준에 도달될 순간, 용접홈의 폭 전체에 용접이 되게끔 중심 500 주위로 고정된 폭의 진동이 일어나도록 진동기가 용접헤드를 움직여준다. 단일 토오취 작동에서, 엎-슬로우프를 나타내는 용접 시작점에서는 베이스부재가 360˚이상 회전하도록 진동이 계속된다. 이런 점에서 진동이 멈추어지고, 용접 헤드는 재집중되며 작동변수가 슬로우프-다운된다.

상기 설명은 단일 통로 작동을 설명한다. 교대로 많은 패스를 통해서 용접홈의 전체 폭을 덮을 수 있는 진동폭이 이루어지면, 그곳에서 작동변수들은 각각의 패스마다 유지된다. 연속적인 패스를 하기 위해 용접이 시작된 곳과 일치하는용접홈에서 마지막 패스가 막 끝난 후에야 겨우 슬로우프-다운이 영향을 받는다. 제14도에 도시된 용접홈에 대해, 예를들면 4개의 패스 ＂a＂, ＂b＂, ＂c＂,＂d＂는 진동이 멈춰지지 않고 슬로우프-다운이 시작되기 전에 완성될 수 있다.

진동의 시작은 작동변수가 각각 계획된 값에 도달함으로써 이루어진다. 회전감지기에 나타나듯이, 용접 접합선 주위로 계획된 정도가 지나친 후에 진동에 중지된다. 그래서 본 발명에 따라 각각의 변수는 용접작동을 감시해 주는 다양한 감지기의 일치된 부호로된 출력에 의해 조장된 적절한 접착에 의해 여러번 패스 작동에서 자동적으로 이루어진다.

한편 패스로서 진동폭이 용접홈의 폭을 덮지 못할 정도까지 용접홈이 커지면, 예를들면 ＂d＂를 통과하므로써 슬로우프-다운이 시작된 후 ＂e＂와 같은 패스에 이르면, 회전감지기의 일부분을 형성하는 적절히 계획된 통과 회전 계측기의 출력에 의해 실시되는 진동기 구동 나사를 수직으로 정확히 조절하므로써 용접헤드와 진동의 중심을 미리 설정된 거리에 마추워 놓는다. 용접패스 ＂e＂는 테이퍼-다운을 통해 엎-슬로우프에서 시작한다. 그때, 회전감지기에 나타나듯이, 용접 헤드는 패스 ＂f＂의 계획된 중앙에 배치되며 다시 용접 과정이 진행된다. 각각 이러한 단계를 거쳐서, 용접부위와 텅스턴 전극 사이의 거리는 아크 전압 제어와 텃취-스타트 릴레이 제어에 의해 계획한 정도를 유지하며 이는 제1용접 패스에 대해 상기에 설명된 것과 같은 방법으로 적합한 때에 자동으로 충족된다. 용접폭 즉, 패스 ＂i＂,＂j＂ 및 ＂k＂에 대해 용접 깊이를 실질적으로 균일하게 증가시키기 위해 용접 깊이당 많은 패스를 부가해야 한다.

각각의 패스 후 테이퍼-다운이 시작되고 용접 헤드가 계획된 방식대로 움직여진다. 패스의 증가와 함께 이런 결과를 수행하기 위해서 회전감지기(그것은 계수기나 자동부호 해독기 등이 정렬되어 있다)가 각각의 패스 경우에서 각 패스에 따르는 부호로된 출력을 나타냄으로써 전체 패스 뿐 아니라 각 회전의 각도를 조절한다. 회전감지기의 출력은 각 패스를 연속적으로 각각 분리하여 계획할 수 있다. 이런 식의 계획된 정렬은 단일용접 작동에서는 실제적인 것이 못된다는 것을 알아두어야겠지만, 원자로 노심동체의 제조 등에서와 같이 균일한 용접홈을 가진 것을 재 생산할 때나, 확실하게 생산할 때는 지극히 유용하다. 계획된 용접변수를 설정하거나 거기에 따르는 제어를 하기 위해 본 발명에 대한 계통도가 제15도에 도시되었다.

이상적으로, 주어진 많은 패스와 헤드위치는 용접홈을 완전히 채우고 충분히 균일하게 피복할 수 있게끔 계획되어야 한다. 즉 k,l,m,n,o 등의 패스가 필요하다. 용접홈 피복은 외관상 목적을 위해 기계가공도 할 수 있다. 그러나, 대부분 경우에 용접홈은 약간은 둥글지 않을 때가 있다. 따라서 균일한 깊이를 얻을 수 있지만 겹치지는 곳의 마지막 깊이는 균일한 것을 얻기 어렵다. 그러므로 직접 작동자가 중개해서 감독되는 중복 부분을 가진 용접홈의 상단에 실질적으로 도달하도록 요구된 수와 동일한 많은 패스를 계획하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에도 수동으로 시작하지만 각각의 패스는 자동적인 방법으로 상기 방법과 장치를 이용할 수 있다.

직류 아크전류, 용접심선 공급속도, 교류예열전류, 시료속도와 진동의 폭, 진동의 감시지체, 중심선에 위치되는 것 등과 같은 여러가지 용접변수를 적당히 조합하여 용접을 시행했을 경우의 이상적인 용접용융 부위의 용접부분이 제13도에 나와 있다. 텅스텐 전극 아크구역 504에서 용접부위와 바로 뒷구역 506에서 열선 토오취에서 공급되는 용가재와 만나게 된다. 부호 508은 회전방향을 나타내 주고 있다.

각각의 계획된 변수는 얻어질 수 있는 용접의 형태와 질에 직접적인 영향을 준다. 예를들면, 직류아크는 시료를 가열하고, 그 표면을 어느 정도의 용입(penetration) 상태가 일어날 때까지 녹이는데 그 용입의 정도는 공작물과 용착물 사이의 균일한 접합부를 형성하기 위해서 용접 패스에 의존한다. 예를들면, 첫번째 통과시 모재(base metal)를 시료로 가능한한 깊이 녹아들어 가도록 하고 제14도에 도시되었듯이 중심선 502를 지나는 점까지 녹아들어 가도록 하기 위해 충분한 직류전류가 사용된다. 제14도는 단지 노심 동체의 상측 용접접합부의 대칭된 반쪽면만을 도시하고 있으므로, 똑같긴 하나 반대방향의 용접홈이 모재와 점 510에서 만나는 중심선 502의 반대편에 있게 된다. 따라서 동체의 안쪽면으로부터 바깥쪽면에까지 홈의 전길이를 통하여 균질한 접합부가 형성되도록 모재의 충분한 용입이 요구된다. 그러나, 그후의 패스에서는 모재와 이전의 패스 사이의 접합부의 균질성을 해치지 않고 패스를 사이에 연속성을 얻을 수 있도록 그전의 패스에 공급되어진 용접물의 표면층만을 녹이는 것이 요구된다. 그래서, 패스의 부분을 테이퍼링할 때 외에는, 해당된 패스에 대해서는 직류전류를 일정히 유기해도 충분하다. 단, 직류전류에 영향을 주는 다른 변수들의 근본적인 변화가 없다는 가정하에서 그렇다는 것이다.

비슷한 방법으로, 용가재 공급속도를 어느정도 직류전류, 용가재에 필요한 열, 용착속도, 진동의 속도와 폭, 시료의 속도에 따라서 패스와 패스 사이에서 다르게 변화시킬 수 있는 하나의 변수로 할 수 있다. 회전방향의 반대방향에 지나치게 용융부위를 만들지 않고 용융홈 내에서 용가재를 얼마나 더 녹일 수 있는가 하는 것이 가장 중요한 관심이다.

물론, 효율적으로 용착의 최대속도는 균일한 용접을 유지할 수 있게끔 하는 것이 바람직하다.

용가재에 주어지는 교류예열전류의 양은 용가재의 공급속도에 관계된다. 용가재의 용착속도가 빠를수록 용가재가 녹아서 새료에 달라붙도록 하기 위해 용융점 직하까지 용가재의 온도를 울려주는 저항열을 공급하는 전류의 양도 더 많이 필요해진다.

주어진 용가재의 용착속도, 직류 용접전력에 대해 시료의 회전속도가 빠르면 빠를수록, 시료의 단위 면적당 용착부분이 얇아지고, 가열속도도 작아지므로 시료의 속도도 또한 중요한 변수라 할 수 있겠다. 그래서, 각각의 변수들이 시료의 속도에 의존하게 될 것이다. 이론적으로, 시료의 회전속도와 함께 각각의 변수들로서 하나의 완전한 폐쇄 루프 시스템에서, 일단 용적이 시작되면 회전속도를 빨리함으로써 효율적인 최대속도로 전 용접과정이 가속화될 것이다. 물론 실제적으로 최대속도를 얻는 것은 제한되어 있다. 그러나 용접 작동이 얼마나 빨리 될 수 있는가 하는 실제적인 제한은 폐쇄루프 시스템 없이 행하였은 때 보다 훨씬 적다.

마찬가지로 진동의 속도와 진동의 단부에서 잠시 지체되는 것은 상기에 계획된 변수의 각각에도 영향을 미친다. 진동이 일어나거나 그속도가 빨라지면 용가재의 용착이 적어지고, 시료의 단위 면적당 가열속도가 감소된다는 점에서 시료의 회전속도가 증가하는 것과 똑같은 효과가 일어난다. 즉, 용가재 공급과 교류 예열전류와 마찬가지로 용접전류를 계획하는데 있어서 진동 사용문제를 고려해야 한다. 전술했듯이 진동이 일어나는 동안 진동폭과 헤드 중심선의 위치를 용접 접합부의 균일성에는 전혀 영향을 미치지 않고 용접홈에 균일한 깊이로 지나갈 수 있게끔 패스 각개에 대해 계획해야 한다.

다시 제12도를 보면, 직류 연속감지기에서 나타났듯이 직류아크가 발생된 후 첫번째 패스가 시작될 때 직류전류는 첫번째 패스에 대한 계획된 용접치까지 엎-슬로우프를 보인다. 직류 연속감지기라는 것은 텅스텐 전극과 시료 사이에 직류전류의 흐름이 완전할 때를 나타내 주는 아트회로(art-circuit) 장치의 상태를 말한다. 엎-슬로우프 회로에는 전파 SCR 브리지를 게이트하기 위해 사용된 SCR 파이어링 회로의 상태를 바이어스하는 적분회로가 포함한다. 브리기의 출력으로 용접토오취에 에너지를 공급한다. 미합중국 특허 제3796890에 본 발명의 계획된 직류값을 제공하기 위한 실시예가 나와 있다. 엎-슬로우프 회로의 적분속도는 바이어스회로 내의 적분 증폭기의 피이드 백 루우프(feed back loop)를 조정함으로써 계획한다. 다운-슬로우프((down slope) 뿐 아니라 바람직한 엎-슬로우프의 비율도 회전속도에 의존되면, 분리회전속도 감지기에 나타난다. 마찬가지로, 주어진 패스에 대해 계획된 직류 전류치는 어느정도 시료의 표면 회전 속도에 의존하며 또한 회전속도 감지지에 나타내진다. 많은 다른 변수들과 같이 직류전류를 계획적으로 변화시키는 회전속도는 턴 테이블 구동장치와 기계적으로 연결되어 있고 시료의 특정한 직경으로 공정된 회전 속도계로서 구동될 것이다.

첫번째 패스에 따라 특정한 속도를 나타내는 실제 직류 전류치는 시료의 중심선 502까지 용입이 일어날 수 있게끔 하는 전변량으로써 결정될 수 있다. 이왕이면, 가능한한 반대표면의 연속성을 깨뜨리지 않고 반대편의 용접홈에 깊숙이 들어가게 하는 것이 좋다. 회전속도의 증가에 따른 엎-슬로우프 변화율도 실험적으로 결정할 수 있으나, 이론적으로는 선형적인 관계를 가질 것이다. 그러나, 시료표면의 회전속도의 변화와 직류 용접전류치 사이의 관계식은 선형적인 필요는 없고 또 제19도에서 보는 바와 같이 계단식으로 변한다. 그래서, 직류전류치는 회전속도의 어떤 범위에 걸쳐서 주어진 패스에 대해 일정하게 유지될 수 있다.

용가재가 접촉하자마자 녹을 수 있도록 충분히 시료를 가열할 수 있는 시간, 즉 직류전류 엎-슬로우프가 시작되기까지 미리 선정해 놓은 지체시간 이후에 이 심선이 시작점에서 차차 조금씩 시료를 향해서 전진한다. 교류 연속감지기에 나타나듯이, 용가재가 시료에 닿는 순간부터, 공급속도는 엎-슬로우프되어 계획된 용착속도로 된다. 마찬가지로, 용가재가 시료에 닿자마자 교류 예열전류 회로는 완전히 작동하여 공급속도 기울기에 비례적으로 엎-슬로우프의 양상을 나타낸다. 상기 변수들의 각각의 상대적인 수치는 시료의 배치 상태와 사용한 금속의 종류에 따라 어느정도 변할 수 있다. 그러므로 각각의 변수와 최대 용착속도로 좋은 융점이 이루어지게끔 하는 그 변수들의 내부 관계식을 우선적으로 정하는 것이 바람직하다.

제17,18,19도에서 어떻게 용접변수들이 변하는가를 알 수 있다.

그러나 용가재 공급속도와 직류 용접 전류는 시료 표면의 회전 속도에 관계되는 종속변수라 생각할 수 있다. 시료의 회전 속도 변화에 따르는 용가재 공급속도의 변화율은 제18도에서 보듯이 사실상 직선적이다. 반면에 예열전류량은 직접 용가재 공급율에 의존하여 제17도에서 보듯이 유용하게 사용되는 용가재 공급속도 전체에 걸쳐 지수함수적으로 변화할 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 용가재 예열전력과 용착속도는 일정하게 고정되고, 예열전력은 유용한 범위에 있는 공급 속도의 연속적인 비선형적 함수인 계획된 값(제17도)에 비교된다. 계획된 값과 차이가 생기면 자동적으로 수평된다. 계획된 값은 교류공급으로 제어된 고체상태를 바이어스하기 위해 사용된 차이를 가진 아날로그 회로의 상태에 의해 설정된다. 다른 폐쇄 루우프 변수들은 같은 방법으로 조정된다.

회전속도와 매스에 따르는 처음에 계획한 수치는 제13도에 도시된 최적의 용접 용융부위를 설명한대로 실험적으로 결정된다. 공작물을 표면 회전이 증가되면, 자동적으로 제어회로망에 있는 폐쇄 루우프 결합을 통하여 다른 변수들의 변화로 보상될 것이다.

열심선 공급과 열심선 가열전류의 슬로우프 회로(up-slope 또는 down-slope)는 전술한 것 같이 직류 전류 엎-슬로우프와 유사하다. 계획된 시료의 속도와 용가제 용착율에 대한 슬로우프의 비율은 다른 용접변수를 정한 것과 같은 방법으로 실험적으로 결정된다. 열심선 공급속도와 가열전류가 계획된 수치에 도달하자마자, 진동기가 커져서 용접홈의 바깥쪽과 잘 접촉할 수 있도록 미리 계획된 시간만큼 약간 지체하여 조절하고 난 다음 대응되는 패스의 폭을 덮을 수 있는 정도로 미리 계획된 폭을 통해 진동한다(예를들면, 제14도의 패스 ＂a＂).

즉, 열심선이 용접홈에 닿자마자, 교류 연속 감지기에 나타나듯이 용접이 시작된다. 교류 연속감지기의 출력으로 회전 감지 정도를 나타내는 계수기를 원점으로 다시 돌리고, 다수의 패스 작동에서 다음 패스 동안에 일어나는 많은 계획된 사건의 수행을 위한 기준을 형성한다. 다 행해진 패스의 횟수와 전(全) 용접작동이 계획대로 수행될 때까지 작동중인 패스에서 진행된 정도를 각각 나타냄으로서 용접 시작 이후 진행된 회전정도의 수치를 회전감지기에 똑같이 나타난다. 그러므로, 회전계수가가 각각의 패스를다시 조정하는 동안, 계획된 패스수가 진행되기 전까지는 패스 계수기가 수동을 제외하고는 다시 조정되지 않는다.

첫번째 용접 패스가 시작하고 직류 용접전류, 열심선 공급속도, 열심선 예열전류 등의 변수가 용접 작동 수치에 도달하여 계획된 변수의 엎-슬로우프가 나타난 후에, 처음의 엎-테이퍼 점에 대응한 360˚진행이 일어날때까지 용접이 정상적으로 진행된다. 시간적으로 이점에서, 두가지의 계획된 선택이 필요하다.

전체 원주 주위의 용접홈을 따라 균일한 용접 깊이를 만들 수 있게끔 열심선 공급, 교류예열전류, 직류전류 등의 테이퍼-다운을 실행할 수 있도록 적합한 자동 해독장치에 나타난것만큼 회전감지기의 출력이 이용된다. 교대로, 제14도에서 보듯이 여러 패스 작동에 있어서, 진동기가 여러번 패스를 통하여 용접홈의 폭을 덮을 수 있으며 4번의 완전한 패스가 될때까지는 테이퍼링 없이 첫번째 패스를 지나 용접이 진행된다. 그러나, 360˚표시가 지날때마다, 용접홈의 증가된 폭을 수정할 수 있게끔 진동폭을 약간씩 크게하도록 되어 있다. 그러한 일을 수행할 수 있게끔 사용된 회로에 자동 해독장치에 의해 일치된 그 양만큼 나타나도록 한 회전감지기의 출력에 의해 일이 수행된다. 그와 같은 일련의 작업이 4번째 패스가 일어날때까지 2번째, 3번째에도 일어난다. 그러나 4번째 이후에는 진동폭을 조정할 수 없다. 이때, 회전감지기의 누적 기록기에 의해 나타나듯이 용접접합선의 원주주위에 균일한 깊이의 용접이 이루어질때까지 처음의 테이퍼-엎이 시작되었던 것 같이 용접홈을 따라 같은 위치에서 테이퍼-다운이 시작된다. 마찬가지로, 진동의 끝부분에서 잠시 지체하는 것도 변하는데, 진동폭을 용접홈의 벽들과 축전된 접합부분을 이룰 수 있게끔 자동적인 변화가 가능하도록 계획할 수 있다.

4번째 패스가 지나가고 다섯번째 패스 ＂e＂를 시작하기 이전에, 전과 같이 계획한 수치의 엎-테이퍼를 하기에 앞서 진동기의 구동장치를 따라 고정된 위치에 용접 헤드를 위치시킨다. 그 다음의 각각의 패스는 적용된 적합한 계획치를 가지고 같은 방법으로 실시한다. 위에 언급했듯이 패스마다 변하도록 용접변수를 계획하는 것이 아주 중요하다. 용접한 것이 용착되고 있지 않는 동안 주어진 패스 사이에서의 여러 용접 실시 횟수를 계획해 놓은 관계로, 회전감지기의 각도는 연속 감지기가 용착이 시작되고 있다고 지시해주는 동안에만 에너지를 받기 위해 정돈된다. 예를 들면 진동이 새로운 중심선을 찾아서 다시 패스의 처음 상태로 용접 헤드가 돌아오는 동안에 회전각도는 전혀 기독되지 않는다. 단일 패스에서 엎-테이퍼와 다운-테이퍼가 일어나는 곳에서는, 균일한 깊이의 용접을 위해 겁쳐지는 부분을 조정하기 위해서는 360˚이상의 패스가 요구된다는 것을 염두에 두어야 한다. 엎-테이퍼나 다운-테이퍼를 하지 않는 곳은 360˚만이 요구된다. 그러므로, 적당한 시간에 계획된 동작이 실시되었다는 것을 확실히 하기 위해 회전감지기의 출력은 반드시 신호를 나타내야 한다. 패스 당 각도의 변화때문에 혹시 잘못 읽은 경우가 있는데 이를 피하기 위하여 직류 아크를 끈 후에 각각 패스 계수기가 작동을 시작하도록 한다.

이러한 방법에서, 각 패스에 대한 용접헤드의 수직 위치와 많은 다른 용접의 실시 등이 미리 계획되고, 재위치시키는 모터는 장치된 회전감지기와 자동 해독 장치회로를 누적 방식으로 시간에 맞게 정확한 점에서 읽도록 되어 있다. 적당한 시간에 텃취-스타트 릴레이와 아크전압 제어를 시작하는 회전감지기의 적당한 출력으로 시행되는 계획된 시작단계로서 첫번째 패스와 같은 방법으로 용접홈과 토오취의 수평적인 배치가 이루어진다. 완전히 둥그런 원통 모양의 동체에 있어서 완전히 겹쳐질때까지 패스 0을 지나 계획한 시스템 제어가 계속된다. 그리하여 쉽게 일관된 용접접합부의 질과 재생산이 이루어질 수 있다.

여기까지는 단일 토오취 작동에 대해서만 고려를 했다. 시료의 원주 주위에 같은 거리로 배치되어 있는 다수의 토오취 작동에 있어서는 같은 설명을 할 수 있겠다. 그러한 경우에, 한 패스를 지나는데 필요한 거리는 토오취 사이의 거리라는 것 외에는 단일 토오취 작동에서와 같은 방법으로 용접이 계획, 실시된다.

부가적으로, 각 용접 부위에서 용접접합선을 따라 용착된 금속의 부피와 열 입력의 비는 전술한 바와 같이 확실히 하기 위해서 토오취 사이에 폐쇄 루우프 작동 설치가 바람직하다. 이것을 수행하기 위해 제16도에 나타냈듯이 직류 용접전류와 용가재 공급속도의 함수로서 토오취들 사이의 주종 관계를 형성한다. 마찬가지로 각각의 용접 헤드를 조절하기 위해 단일 근원으로부터 아크 전압 제어장치의 기준전압이 형성된다. 용접홈의 원주 주위에 용접 헤드가 같은 거리로 놓여있지 않는 곳에서는 각각의 헤드들은 그 위치와 그것을 곧 바로 전진시키는 위치 사이의 거리 정도에 따라 조정 계획된다.

오퍼레이터의 재량에 따라서 용접단계가 용접 시작/정지 스위치 166(제9도)에 의해 결정되며 ＂정지＂ 위치에 놓여있을 경우는 용접단계가 정지되고 다음과 같은 것이 자동적으로 이루어진다.

1. 직류 전류의 다운-슬로우프가 시작

2. 열선전압의 다운-슬로우프가 시작

3. 심선공급 정지지체가 시작

4. 교류 전력 공급이 꺼지고

5. 진동기가 꺼진다.

아크가 꺼지고, 회전이 중지되고, 가스가 안나오고, 아직도 가동중인 곳의 에너지 공급을 막기 위해서 확실하게 긴급 정지버튼 168을 오퍼레이터가 누를 수 있다. 물론, 본 발명의 자동적인 작동 형식에 있어서 시작도 같은 방법으로 회전감지기에 의해 먼저번 패스의 끝에서 다시 시작이 된다.

1쌍의 토오취 작동으로 처음에 용접이 시작되며, 즉 두 토오취가 동시에 작동을 하면, 자물핀 등이 점검되었고, 가스가 들어오고, 회전하게끔 에너지가 공급되고, 고주파 에너지가 양쪽 용접위치에 공급되고 있다는 것을 말한다. 이 모든 일이 양 위치에서 동시에 일어날 때만 용접 시작 단계가 자동적으로 이루어지는 것이다. 3개 이상의 많은 토오취 작동에 있어서도 같다.

서술한 능력 이외에도 용접홈과 나란히 정렬되어 있고, 각 용접 토오취 끝에 위치되어 있는 심선 브러쉬가 있어서 다음의 패스에 대비하여 용접 표면을 깨끗이 해주도록 되어 있다. 더구나 제3도에서 보듯이 추적암(tracking arm) 110의 위치를 조절하는 추적암 제어회로도 있다. 추적 암은 용접 토오취앞에 있는 용접접합선 위를 따라 움직인다. 용접접합선과 용접 헤드를 교정하고 정렬하도록 하는 추적 암 제어회로는 직류 제어회로망의 일부분을 이룬다. 그 주요 요소는 제11도에 나와 있고 240에 보듯이 4개의 전력 다이오드가 있고, 릴레이 242,244가 있다. 4개의 다이오드는 용접헤드의 배열을 보정하기 위해 사용된 모터에 대해 115 교류선전압 246을 직류로 정류시키는 전파정류기이다 접극자(armature) 전압 243이 가역릴레이 회로 250에 있는 저항 248을 감소시키면서 10오옴, 10왓트의 파동을 통해 공급되는 동안 모터 필드전압 241은 계속적으로 직접 공급받는다.

추적암 110의 수직변위에 의해 작동되는 마이크로 스위치 116(제5,6,7도)에 의해 이동방향이 정해지면, 거기에 따라 릴레이(상승은 242, 하강은 244)가 그러한 방향으로 이동하기 위한 적당한 접극자의 극성을 나타냄으로써 에너지를 공급받게 된다. 이동이 멈추면, 코스팅(coasting)을 감소시키는 브레이크로서 저항기 248이 접극자의 건너편에 놓인다. 따라서, 본 배치는 오차를 최소로 하기 위해 적절한 방향의 모터에 에너지를 공급할 오차신호를 야기시킬 것이며 따라서, 용접헤드의 위치를 수정시킨다. 각각의 용접헤드들은 용접홈에 따라 적당한 높이를 유지시키고, 이미 계획된 진동중심선에 영향을 미치지 않게하는 추적암을 필요로 한다.

추적장치로써 용접접합선을 정렬하는데 어떤 결함이 있어도 완전 자동 작동이 가능하게 할 수 있다. 그러나 전술했듯이, 추적암으로 인해 나타날 수 있는 잘못 정렬의 지시와 배열을 올바르게 하도록하는 조정사이에 지체시간이 있는 것이 바람직하다. 이 지체시간을 추적암과 용접헤드 사이의 거리를 움직이는데 필요한 시간과 같게 하여, 이 시간동안에 용접접합선위의 적당한 곳에서 조정을 할 수 있게 한다. 이런점에서, 지체시간을 시료표면의 회전속도가 엎-슬로우프를 나타내는 것과 같은 양상을 띄게하여 자동적으로 회전속도가 변하도록 한다.

본 발명의 장점은 ＂통상 좁은간격(narrow gap)＂으로 언급된 용접의 최근 혁신에 적용할 때 가장 잘 나타난다. 좁은 간격 용접 공정으로 40˚정도의 경사를 가진 종래의 용접홈과 비교하여, 6˚정도의 경사를 가진 용접홈을 사용한다. 구조적으로 완벽한 접합부를 유지시키러 할때, 종래 방법보다, 용접시간과 재료를 한층 줄여주는 것이 또한 이 공정의 장점이라 할 수 있다. MIG와 한파(cold wave) TIG용접으로 지금까지는 좁은 구멍의 용접이 성공적으로 수행된 경우는 극히 드물다. 열선 TIG 용접으로서도 좁은 간격홈의 용접에 있어서는 양호한 품질과 일관성을 얻기 어려웠다. 그러나, 열선 TIG를 사용하는 동안, 용접홈 안에 토오취를 배치하게끔 각 용접변수들을 제어하고, 품질적으로나 양적으로 좋은 용접이 이루어지게끔 되었다는 것을 실험적으로 알 수 있게 되었다. 그러나 본 발명 외에 다른 것으로 할 수 있다 하더라도, 구멍이 매우 작으므로 그러한 제어들이 어렵다.

그래서 본 발명으로써 좋은 품질의 용접이 대량생산 형태로 확실하게 시행될 수 있게끔, 다중패스, 다중토오치 방법으로 완전 자동작동이 가능하다. 이런 방법으로, 품질의 개선과 함께 용접과정의 속도와 효율이 증대된다. 한번 계획되면, 용접의 품질을 전혀 떨어뜨리지 않고 용접공정을 가속화시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 주어진 용착 속도로 각 용접장소에 인접한 용접접합부를 따라 용접부에 심선을 공급하며, 용접부내에 용착하기에 앞서서 용융온도에 가까운 온도로 각 용접장소의 심선을 예열하며, 안정한 용접물을 형성하기에 충분한 속도로 각 용접장소에 인접한 용착된 심선과 용접부를 동시에 가열하는 단계를 포함하는 원주상의 용접 접합부를 따라 일반적으로 원형단면의 용접관부재를 용접하는 방법에 있어서, 심선 공급속도의 지정된 함수로서 각 용접장소에 작동치로 심선을 예열시키기 위해 사용된 전력을 자동으로 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.

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