KR920006416B1 - 파이프조인트의 한쪽 루트패스 용접속도 증가방법 - Google Patents

파이프조인트의 한쪽 루트패스 용접속도 증가방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

파이프조인트의 한쪽 루트패스 용접속도 증가방법
제1(a)도는 종래기술의 홈형상의 확대단면도.
제1(b)도는 종래기술의 홈의 적층용접 상태를 나타내는 약도.
제2도는 본 발명의 용접방법에 사용되는 자동용접기의 약도.
제3(a) 및 3(b)도는 본 발명의 홈 형상의 확대단면도.
제3(c)도는 본 발명의 홈에 대한 적층용접의 상태를 도시하는 약도.
제4(a) 및 (4b)도는 두 파이프판 사이의 루트 간격 및 전위의 상태를 도시하는 약도.
제5도는 본 발명의 용접전류의 펄스파형에 대한 다이어그램.
제6(a)-6(f)도는 본 발명의 펄스위치와 아크 회전위치 사이의 관계를 도시하는 다이어그램.
제7도는 본 발명의 제어방법에 사용되는 펄스동기 제어에 대한 회로도.
제8도는 제7도의 제어된 파형의 이동을 도시하는 타이밍챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 자동용접기 2 : 용접토치
10 : 파이프 12 : 가이드레일
14 : 환상홈 16 : 받침재
본 발명은 파이프 부설공사에 있어서의 파이프 조인트의 한쪽루트 패스용접(one-side root pass welding)방법에 관한 것이다.
파이프 조인트의 원주 버트 용접부에 있어서의 홈 형상은 통상적으로 제1(a)도에 도시된 바와 같이 형성된다. 파이프 조인트는 제1(b)도에 도시된 바와 같이 용접된다. 즉, 파이프 조인트의 루트패스용접(IO), 핫패스용접(H), 필러패스용접(F) 및 캡패스용접(C)순으로 수행된다. 첫째로, 루트패스용접(I)은 내부용접기를 사용하여 수행된다. 루트패스용접(I)의 용접속도는 약 75cm/min이고, 토치 위빙(torch weaving)은 수행되지 않는다. 그 다음에, 루트 패스용접(I)이 수행된 후, 핫패스용접(H), 필러패스용접(F) 및 캡패스용접(C)은 외부용접기를 사용하여 파이프 외부면으로부터 차례로 수행된다. 핫패스용접(H)의 용접속도는약 100m/min이고 토치위빙은 수행되지 않는다. 필러패스용접(F) 및 캡패스용접(C)의 용접속도는 약 30∼40cm/min이고, 파이프 조인트는 홈쪽에 상응하는 6∼7mm의 위빙이 수행되고 있는 동안에 용접된다.
어떠한 토치 위빙도 상술한 증래기술의 루트 패스용접 및 핫패스 용접에 의한 파이프 조인트의 용접시에 수행되지 않기 때문에, 용접의 시임 트래킹 제어는 아크센서를 사용하여 수행될 수 없다. 따라서, 용접기의 용접 토치를 파이프 조인트의 홈 중심에 맞추는데 시간과 노력을 요한다. 또한, 와이어의 벤드경향 및 위치를 가리킴에 있어서의 토치 에러와 같은 그러한 요인으로 인해 루트 및 핫패스의 비드에 결함이 생기기 쉽다. 용접전류는 종래기술의 루트 패스용접에서 약 200A로 제한된다. 왜나햐면 비드의 형상은 용접토치 위빙이 행해지지 않기 때문에 200A 보다 높은 전류를 이용할때에, 특히 상향으로 가리키는 토치의 위치에서 볼록하게 되기 때문이다. 따라서, 파이프 조인트의 용접은 고속도에서 불가능한 것으로 여겨져 왔다. 아크센서를 이용한 자동시임 트래킹제어는 다음과 같이 수행된다.
(a) 홈내에서 홈쪽의 방향으로 용접토치를 위이브하게 한다.
(b) 용접전류 및 아크 전압의 파형을 검출하여 용접토치의 전위를 검출한다.
(c) (b)의 사항을 기초로 하여 토치 위치를 수정하여 용접시임을 자동적으로 추적한다.
진동식 위빙 방식이 종래기술의 아크센서에 채택되고 있기 때문에, 진동, 백래시(backlash) 등과 같은 기계적 제약에 의해 위빙 주파수는 10Hz를 초과할 수 없다. 위빙 주파수의 제한으로 인해, 아크센서의 응답성 및 비드 형상의 면에서 적용할 수 있는 용접속도는 제한되어 있으며, 자동시임 트래킹 제어는 종래기술의 루트 패스용접에 있어서 75cm/min의 용접속도로 적용될 수 없다.
본 발명의 목적은 루트 패스용접의 용접속도를 향상시키고 파이프 조인트의 원주버트 용접시 고품질의 용접부 안정성을 확보하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은; 함께 용접된 두 파이프의 각각의 단면에 환상홈을 형성하되, 상기 환상홈은 상기 파이프의 각각에서 버트부를 형성하며, 상기 버트부는 용접을 위해 서로 접근한 위치에 있을때 V형 저부를 형성하도록 하는 단계 ; 상기 파이프 내면측의 파이프 버트부에 받침재를 부착시키는 단계 ; 상기 파이프의 원주방향으로 상기 파이프의 외면에 설치된 가이드레일을 따라 자동 용접기를 주행시키는 단계로 구성되는 각각 외면 및 내면을 갖는 두 파이프의 단면을 결합시키는 파이프 조인트의 한쪽루트패스 용접속도를 증가시키는 방법에 있어서, 상기 V형 저부를 따라 이동시키도록, 상기 자동용접기에 장치된 고속회전식 아크 용접수단의 용접토치를 제어하기 위한 아크감지수단을 제공하는 단계 ; 상기 아크의 회전직경을 1∼4mm범위로 하여, 선결된 용접전류를 상기 회전식 아크용접수단에 공급하고 상기 용접토치를 10∼150Hz범위로 회전시키므로써 상기 고속회전식 아크용접수단에 의해 상기 파이프의 외면으로부터 파이프를 함께 루트패스용접시키는 단계; 및 직경이 0.8mm∼1.6mm범위인 용접와이어를 상기 환상홈에 공급하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스용접속도증가방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 ; 함께 용접된 두 파이프(10)의 각각의 단면에 환상홈을 형성하되, 상기 환상홈은 상기 파이프의 각각에서 버트부를 형성하며, 상기 버트부는 용접을 위해 서로 접근한 위치에 있을때 V형 저부를 형성하도록 하는 단계 ; 상기 파이프 내면측의 파이프 버트부에 받침재를 부착시키는 단계 ; 상기 파이프의 원주방향으로 상기 파이프의 외면에 설치된 가이드레일을 따라 자동 용접기를 주행시키는 단계로 구성되는 각각 외면 및 내면을 갖는 두 파이프의 단면을 결합시키는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스 용접속도를 증가시키는 방법에 있어서, 상기 V형 저부를 따라 이동시키도록, 상기 자동용접기에 장치된 고속회전식 아크용접수단의 용접토치를 제어하기 위한 아크 감지 수단을 제공하는 단계 ; 아크회전직경을 1∼4mm범위로, 하여 200∼500A 범위의 펄스용접전류를 상기 회전식 아크용접수단에 공급하고 상기 용접토치를 10∼150Hz범위로 회전시키므로써 상기 고속회전식 안크 용접수단에 의해 상기 파이프의 외면으로부터 파이프를 함께 루트패스용접시키는 단계 ; 직경이 0.8mm∼1.6mm범위인 용접 와이어를 상기 환상홈에 공급하는 단계 ; 및 상기 파이프를 75∼300cm/min 범위의 용접속도로 용접시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스용접속도 증가방법을 제공한다.
본 발명의 상기 목적, 다른목적 및 장점을 첨부된 도면과 관련하여 하기의 상세한 설명에 의해서 명백해질 것이다. 이제부터, 양호한 실시예-1이 하기에 기술될 것이다. 본 방법에서, 아크의 회전위빙이 10∼150Hz/sec의 고속도로 수행되기 때문에, 아크센서를 이용한 자동시임 트래킹은 75∼300cm/min으로 고속도의 용접에 적용될 수 있다. 자동 시임 트래킹이 수행되기 때문에, 용접토치의 위치는 단시간에 대략적으로 결정된다. 토치 위치 전위로 인한 용접부의 결함은 생기지 않는다.
또한, 아크의 압력 및 입열이 아크의 고속회전에 의해 분산되기 때문에, 비드의 표면형상은 평활하게 된다. 그 결과, 양호한 비드 형상이 75∼300cm/min의 고 용접속도에 있어서도 얻어질 수 있다.
즉, 파이프 조인트의 원주버트 용접에 있어서, 아크의 회전수는 용이하게 증가될 수 있으며, 아크는 파이프의 단면에 형성되는 저부의 V형 환상홈을 자동적으로 추적할 수 있게 된다. 자동 용접기를 파이프의 외면에 가용접에 의해 설치된 원주가이드 레일을 따라 주행시키면서 10∼150Hz의 아크 회전수 및 1∼4mm아크 회전직경을 갖는 고속 회전식 아크 센서의 작용하에 파이프 조인트가 용접될때, 파이프 조인트의 원주 루트 패스용접이 전자세로 수행될 수 있다. 또한, 정상적인 백 비드는 200∼500A의 고용접 전류를 갖는 받침재를 이용한 파이프 조인트의 루트 패스 용접시에 형성되고, 75∼300cm/min의 고 용접속도가 실현될 수있다. 또한, 파이프 조인트는 루트 패스용접을 기준으로, 차례로 필러패스 및 캡패스 용접을 연속적으로 수행하여 용접될 수 있다.
상기 아크의 회전수는 30∼150Hz인 것이 바람직하다. 회전수가 30Hz 이상일때, 아크의 고 회전수의 효과가 현저하게 나타난다. 용접 전류는 250∼500A, 용접속도는 150∼300cm/min인 것이 바람직하다.
제2도는 본 발명의 방법에 사용되는 자동용접기에 대한 약도이다. 용접기(1)는 파이프(10)의 외면에 가용접에 의해 설치된 원주가이드레일(12)을 따라 주행한다. 용접기(1)에 고정된 용접토치(2)는 기어기구(4)에 의해 모터(3)로 회전된다. 용접토치(2)는 홈(14)의 폭방향(x축)으로 이동가능한 x축 슬라이드 블록(5)및 토치 높이방향(y축)으로 이동가능한 y축 슬라이드 블록(6)에 지지되어 있다. 토치(2)의 회전수(N)는 아크의 회전수이며, 아크의 회전속도 및 회전위치는 회전수 검출기(도시되지 않음)에 의해 검출된다. 저항용접팁은 토치(2)에 고정되며, 용접와이어(7)는 자동적으로 공급된다. 이렇게 하여, 회전 아크 용접은 고속도로 수행된다. 참고부호(16)는 용접부의 뒷면에서 용접부의 저부에 부착되는 동판등과 같은 받침재를 나타낸다. 0.8∼1.6mm의 직경을 갖는 용업와이어가 사용된다.
제3(a) 및 3(b)도는 본 발명의 방법을 실행하는데 사용된 홈형상에 대한 확대 단면도이다. 홈형상(14)은 홈의 저부(14a)가 V형을 갖고 홈의 측부(14b)가 일직선이 될 수 있도록 형성된다. 저부(14a)의 경사각도(θ)는 30∼60°이다. 치수("a")는 1∼2mm이고, 홈의 폭("b")은 8∼25mm의 벽두께(t)를 갖는 파이프에 있어서는 10mm 이하이다. 제3(b)도에 도시된 바와 같이 작은 홈(14c)은 홈(14)을 갖는 파이프의 내면에 형성될 수 있다. 홈(14)의 V홈 저부를 형성시키므로써 회전 아크센서의 작용하에서 제2도에 도시된 용접토치(2)에 의해서 이하가 실현된다. 첫째로, 용접토치는 아크의 한정길이로 저부(14a)의 중심을 정확하게 추적할 수 있다. 둘째로, 루트패스 용접(17)후에 행해지는 외면 핫패스용접(H)은 전자세로 원주상으로 수행될 수 있다. 세째로 백 비드(18)는 루트패스 용접(17)과 동시에 정상적으로 형성될 수 있다.
상술한 예는 구체적으로 설명될 것이다. 루트 패스용접(17)은 직경이 0.9mm인 솔리드 와이어를 사용하여 하기 조건하에서 수행되었으며 평활한 비드 형상이 얻어졌다.
아크의 회전수(N) : 50㎐
아크의 회전직경(D) : 2~3mm
용접전류(Ia) : 100A
용접속도(V) : 2.0cm/min
시일드 가스 : 100% CO2
다음에, 필러패스 용접(F) 및 캡 패스 용접(C)이 적층순서대로 루트 패스(17) 위에 수행될 경우에는, 파이프 조인트가 루트 패스(17)를 기준으로 회전식 아크센서의 작용하에서 용접될때, 파이프 조인트의 원주버트 용접은 고속도로 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 따라, 파이프 시공기간은 종래기술의 방법 및 장치에서 소요된 기간과 비교하여 약 1/4∼1/2로 감소시킬 수 있고 노동인원을 대폭 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따라, 양호한 실시예-2가 하기에 설명될 것이다. 제4(A) 및 4(B)도에 도시된 바와 같이, 파이프의 원주버트 조인트에 있어서, 두 파이프판 사이의 루트갭(G) 및 전위(J)발생은 현장에서의 용접에 있어서 불가피하다. 통상적으로 두 파이프판 사이의 루트캡을 최대로 1.0mm 전위를 최대로 1.6mm 허용하는 용접절차가 필요하다. 그러나, 용접전류 및 용접속도는 두 파이프판 사이의 이와 같은 루트캡 및 전위로 의해 제한된다. 양호한 실시예-2에서, 펄스 용접 전류 파형의 피크위치를 아크의 최적위치와 함께 동시시키는데 제어방법이 이용된다. 펄스 및 아크의 회전 동기위치는 제어된다. 아크의 동기위치는 피크용접 전류 및 펄스용접 전류 파형과 같은 펄스조건을 제어하므로써 결정된다.
제5도에 도시된 바와 같이, 펄스 용접 전류파형을 갖는 펄스 아크용접에 있어서, 회전식 아크 센서를 사용하여 시일 트래킹 제어를 정확히 수행하기 위해 아크 회전에 관하여 대칭적으로 펄스를 산출시킬 필요가 있다. 피크전류(Ip)의 펄스사이클을 결정하는 방법은 1디바이딩(dividing), 2디바이딩 및 4디바이딩으로 구성되어 있다.
제6(A) 및 6(B)도는 1디바이딩법을, 제6(C) 및 6(D)도는 2디바이딩법을, 제6(E) 및 6(F)도는 4디바이딩법을 도시한다. 펄스의 위치(Tp)는 아크 회전의 임의의 위치에 설정될 수 있다. 1디바이딩의 경우에는, 예를들면, 펄스는 용접방향(WD)의 전방위치(Cf) 또는 후방위치(Cr)에서 발생될 수 있다. 2디바이딩의 경우에는, 펄스는 Cf및 Cr위치 또는 L 및 R위치에서 발생될 수 있다. 4디바이딩의 경우에는, 펄스는 Cf위치, Cr위치, L 및 R 또는 이들 위치사이의 중간위치에서 발생될 수 있다.
제5도에 도시된 바와 같이, 평균용접전류(Ia), 피크용접전류(Ip), 베이스 용접전류(IB) 및 펄스 사이클(tB)의 값은 용접조건에 따라 자유로이 변화된다. 펄스의 위치가 1디바이딩에 상응하는 위치(Cf)로 설정되는 경우에는, 예를들면 피크전류(Ip)는 베이스 전류(IB)를 낮추므로써 상승한다. 피크전류(Ip)의 상승도는, 예를들면 Cf위치의 아크전압을 검출하므로써 결정된다. 백 비드의 형상은 이런식으로 펄스를 제어하므로써 정확하게 제어된다. 루트 패스의 비드 형상은 고속회전식 아크센서의 작용하에서 평활해지고 고 용접 전류사용으로 고속도 용접을 실현할 수 있다. 또한, 파이프 조인트가 이렇게 하여 용접된 루트패스를 기준으로 필터패스 용접 및 캡패스 용접을 차례로 수행하므로써 연속적으로 용접될 수 있기 때문에, 용접시간이 감소될 수 있다. 양호한 실시예-2에서 사용된 자동 용접 및 홈 형성은 양호한 실시예-1에 도시된 제2 및 3도와 동일하다.
제7도는 본 발명에 이용된 펄스제어회로도이며, 제8도는 펄스제어 회로에서의 제어파형의 동작원리를 나타내는 타이밍 챠트이다. 제7도 및 8도에서 펄스용접전원(1)의 펄스 용접전류(51)는 예를들면, 선결된 디바이딩 지령에 따라 디바이더(22)에 의해 2디바이딩으로 이루어지고, 디바이드된 파형(52)은 펄스동기 제어회로(23)에 입력된다. 용접토치(2)의 회전위치 신호(53) 및 회전수 신호(Cf)는 회전위치 신호 발생기(24) 및 암호기(25)에 의해 위상조정기(26)로 입력되고, 아크 회전위치신호(54)는 위상조정기(26)로부터 펄스동기 제어회로(23)로 입력된다. 용접전류 펄스(51)는 아크 회전펄스(54)와 함께 동기하지 않으며, 용접전류펄스를 아크 회전위치 신호와 동시시키기 위하여, 펄스용접 전류는 위상 및 회전수를 조정하여 얻은 파형(53' 및 54')으로 전환된다. 다음에, 피크전류 펄스위치는 지연회로에 의해 제어파형(53")을 시프트 시키므로써 Cf위치와 일치하게 된다. 회전 드라이버(28)는 이렇게 하여 동기된 신호(53")에 의해 제어된다. 그 다음에, 회전모터(3)는 회전드라이버(28)로부터의 신호에 의해 구동되며 용접토치의 회전수는 제어된다. 참고부호(29)는 모터의 회전 검출기를 나타내고 회전검출기의 신호는 회전 드라이버(28)로 다시 전송된다.
구체적인 예는 하기에서 설명될 것이다. 직경이 0.9mm인 솔리드 와이어가 사용되었으며, 루트 패스용접(17)이 하기의 조건하에서 수행되었을때, 양호한 형상의 백비드(18)가 얻어졌다. 물론, 루트패스의 평활한 비드 형상이 얻어졌다.
아크의 회전수(N) : 50㎐
아크의 회전직경(D) : 2~3mm
평균용접 전류 : 300A
피크전류 : 420A
베이스전류 : 180A
펄스사이클 : 10ms
용접속도 : 2.0m/min(2디바이딩)
시일드가스 : 100% CO2가스
필러패스용접(F) 및 캡패스 용접(C)이 루트 패스(17)를 기준으로 적층 순서대로 연속적으로 수행될 수 있기 때문에, 파이프 조인트의 원주버트 용접은 300cm/min 고속도로 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 양호한 실시예 2에 따라, 핫패스 용접은 회전식 아크 센서법을 이용하여 파이프 외면에서만 수행될 수 있으며, 또한 백비드가 핫패스 용접과 동시에 정상적으로 형성될 수가 있으므로, 파이프 조인의 원주버트 용접은 파이프 라인 부설공사에서 용이하게 신속하게 수행될 수 있다.

Claims (7)

  1. 함께 용접된 두 파이프(10)의 각각의 단면에 환상홈을 형성하되, 상기 환상홈은 상기 파이프의 각각에서 버트부를 형성하며, 상기 버트부는 용접을 위해 서로 접근한 위치에 있을때 V형 저부를 형성하도록 하는 단계 ; 상기 파이프 내면측의 파이프 버트부에 받침재(16)를 부착시키는 단계 ; 상기 파이프의 원주방향으로 상기 파이프의 외면에 설치된 가이드레일(12)을 따라 자동용접기(1)를 주행시키는 단계로 구성되는 각각 외면 및 내면을 갖는 두 파이프의 단면을 결합시키는 파이프 조인트의 한쪽루트 패스 용접속도를 증가시키는 방법에 있어서, 상기 V형 저부를 따라 이동시키도록, 상기 자동용접기에 장치된 고속회전식 아크 용접수단의 용접토치(2)를 제어하기 위한 아크감지수단을 제공하는 단계 ; 상기 아크의 회전직경을 1mm∼4mm범위로 하여, 선결된 용접전류를 상기 회전식 아크 용접수단에 공급하고 상기 용접토치를 10∼15Hz 범위로 회전시키므로써 상기 고속회전식 아크용접 수단에 의해 의해 상기 파이프의 외면으로부터 파이프를 함께 루트 패스용접시키는 단계 ; 및 직경이 0.8mm∼1.6mm범위인 용접와이어(7)를 상기 환상홈에 공급하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스용접속도 증가방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용접전류는 200∼500A이고 ; 상기 토치는 상기 파이프를 75∼300cm/min의 속도로 용접하는 것을 특징으로 하는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스용접속도 증가방법.
  3. 함께 용접된 두 파이프(10)의 각각의 단면에 환상홈을 형성하되, 상기 환상홈은 상기 파이프의 각각에서 버트부를 형성하며, 상기 버트부는 용접을 위해 서로 접근한 위치에 있을때 V형 저부를 형성하도록 하는 단계 ; 상기 파이프 내면측의 파이프 버트부에 받침재(16)를 부착시키는 단계 ; 상기 파이프의 원주방향으로 상기 파이프의 외면에 설치된 가이드레일(12)을 따라 자동용접기(1)를 주행시키는 단계로 구성되는 각각 외면 및 내면을 갖는 두 파이프의 단면을 결합시키는 파이프 조인트의 한쪽루트 패스 용접속도를 증가시키는 방법에 있어서, 상기 V형 저부를 따라 이동시키도록, 상기 자동용접기에 장치된 고속회전식 아크 용접수단의 용접토치(2)를 제어하기 위한 아크 감지수단을 제공하는 단계 ; 아크회전직경을 1∼4mm범위로하여, 200∼500A범위의 펄스용접전류를 상기 회전식 아크용접수단에 공급하고 상기 용접토치를 10∼150Hz범위로 회전시키므로써 상기 고속회전식 아크용접수단에 의해 상기 파이프의 외면으로부터 파이프를 함께 루트패스용접시키는 단계 ; 직경이 0.8mm∼1.6mm범인 용접와이어를 상기 환상홈에 공급하는 단계 ; 및 상기 파이프를 75∼300cm/min범위의 용접속도로 용접시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스용접속도 증가방법.
  4. 제5항에 있어서, 상기 펄스용접전류의 피크전류값을 아크 회전의 임의의 위치와 동기시키므로써 상기 루트패스 용접을 제어시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스용접속도 증가방법.
  5. 제8항에 있어서, 상기 용접전류의 피크값은 상기 용접전류의 피크값을 선결된 값으로 적어도 한번 디바이딩 시키므로써 회전 아크의 임의의 위치와 동기되는 것을 특징으로 하는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스용접속도 증가방법.
  6. 제9항에 있어서, 상기 동기화는 상기 용접전류의 피크값을 상기 선결된 값으로 두번 디바이딩하므로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스용접속도 증가방법.
  7. 제9항에 있어서, 상기 동기화는 상기 용접전류의 피크값을 네번 디바이딩 하므로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이프 조인트의 한쪽 루트패스용접속도 증가방법.
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