KR950004911Y1 - 횡구조판의 스티프너 용접장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

횡구조판의 스티프너 용접장치

제 1 도는 본 고안 장치에 의해 제조될 철구조물의 일례로서, 박스 거어더의 구조를 보이는 절개사시도.

제 2 도는 종래의 스티프너 용접 방법을 설명하는 부분 사시도.

제 3 도는 본 고안에 의한 용접장치를 도시한 사시도.

제 4 도는 제 3 도의 용접헤드 부분의 확대 정면도.

제 5 도는 제 4 도의 용접헤드의 작동을 보이는 순차도들이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 대차(臺車) 2 : 지지아암(support arm)

3 : 용접 캐리지(welding carriage) 4 : 용접 헤드(welding head)

6 : 토오치 헤드(torch head) 8 : 종단센서(end sensor)

본 고안은 철구조물의 제조에 관한 것으로, 특히 횡구조(transverse structure)의 보강판(補强板)에 스티프너(stiffener)를 용접하는 장치에 관한 것이다.

선박이나 철구물(鐵構物)등은 주로 보강판을 접합하여 구성된 패널(panel) 조립체인데, 특히 박스(box)형 철구물은 세장형(細長形)의 육면체로 된 조립체로서 교량이나 대형기중기 또는 해상구조물의 빔(beam) 또는 거어더(girder)나 컬럼(column) 등으로 사용된다. 이러한 철구물들은 그 기본 칫수가 수내지 수십 m에 이르는 고중량의 대형 구조물이므로 그 제조 및 이송과정은 건설공사에 준하여 대규모의 작업이 된다.

제 1 도에 상술한 박스형 철구물의 일례로서 교량의 거어더를 구성하는 박스 거어더(box girder)를 도시하였다. 이 박스 거어더는 각각 스티프너(stiffner; St, Sb, Sw)로 보강된 상면판(top plate : T) 및 하면판(bottom plate : B)과 두 웨브파(web plate : W)으로 구성된 사각형 단면의 박스형태로 형성되어 있으며 각 판(T, B, W)을 고정하며 박스 거어더의 전단(shearing) 및 비틀림(twisting)에 저항하도록 박스 거어더의 길이방향으로 소정간격 이격되어 다이어프램(diaphram : D)이 배치되어 있다.

또한 상, 하면판(T, B)의 스티프너(St, Sb)들은 다이아프램(D)간에 소정간격으로 배열된 리브(rib; Rt, Rb)에 의해 보강되어 국부변형(局部變形)이나 버클링(buckling)등에 저항하게 된다. 한편 웨브판(W)의 스티프너(Sw)도 리브(Rw)와 경합되는데 웨브판(W)에서는 박스 거어더의 수직 방향 전단저항의 증가를 위해 리브(Rw)가 주보강재, 즉 연속재로 구성되고 스티프너(Sw)는 단속재(斷續材)로 구성되어 리브(Rw)에 용접됨으로써 매트릭스(matrix)구조를 형성하게 된다. 다이어프램(D)에는 작업자의 출입을 위한 맨홀(manhole; M)이 형성되는데, 맨홀(M)의 주위에는 이의 보강을 위한 플랜지(flange; F)가 브라켓(bracket; K)과 함께 설치되어 있다.

박스 거어더는 필요에 따라 다른 박스 거어더등과 결합되어 교량등 구조물을 형성하게 되는데, 이를 위해 박스 거어더의 단부(端部)에는 볼트(bolt) 도는 리벳(rivet)등의 체결을 위한 다수의 결합구멍(H)이 형성된다.

상술한 박스 거어더는 주로 휨(bending)에 저항하는 구조물인바, 박스형 철구물 중 축방향 압력을 주로 받게 되는 컬럼 또는 빔-컬럼등의 경우에는 다이어프램이 좀 더 조밀하게 배치되든가, 스티프너등 종(縱)방향 보강재없이 다이어프램등만이 배치된 구성을 가지게 된다.

박스형 철구물은 위에 살펴본 바와같이 수백 피이스(piece)에 이르는 다수의 부품들로 이루어진 복잡한 조립품이다. 여기서 부품이라 지칭하더라도 한 부품은 수십 mm두께 및 수m 크기의 장대(長大)한 철판이므로 가장 작은 부품이라 하더라도 그 중량은 상당한데, 예를들어 두께 20mm의 높이 500mm 길이 10m 정도의 스티프너 한개의 무게는 거의 1t에 이르게 된다. 따라서 박스형 철구물의 제조는 수백 kg에서 수십t에 이르는 부품들의 조립과정이므로 크레인(crane)등 중량물 현가(懸架)장치의 사용이 필수적이다.

상술한 구성에 있어서, 상, 하면판(T, B)은 완성된 거어더에 있어서 강도상 플랜지로서 기능하여 주로 거어더의 휨에 저항하게 되므로 스티프너(St, Sb)를 연속재로하는 소위 "종구조(longitudinal structure)"로 구성하게 된다. 이에비해 웨브판(W)은 거어더의 웨브가 되어 주로 전단력(剪斷力)에 저항하게 되므로, 리브(Rw)를 연속재, 즉 주보강재로 하는 "횡구조"로 구성하게 되고, 이에따라 스티프너(Sw)는 각 리브(Rw)간을 연결하여 그 국부적 변형 또는 버클링(buckling)등을 방지하는 보조 보강재 구실을 하게된다.

이에따라 웨브판(W)등 횡구조판의 스티프너(Sw)는 제 2 도에 도시된 바와같이 리브(도시안됨)간격마다 절단된 단속재(斷續材)로 웨브판(W)에 부착된다. 이와같이 단속되는 스티프너(Sw)의 용접은 종구조판에서의 연속 종통재인 스티프너(St, Sb)의 용접보다 훨씬 번잡한 작업이 되는바, 종래에는 다음과 같은 방법으로 용접을 수행하였다. 즉 도시된 바와같이 용접선을 1회의 수동용접 또는 그래비티(gravity) 용접으로 용접가능한 범위만큼 구간(1, 2, 3)을 나누어, 작업자가 이동하거나 그래비티 용접기를 이동시켜가며 각구간의 용접을 행하였다.

그러나 이러한 종래의 용접방법은 다음과 같은 여러가지 문제점을 가지고 있다. 즉 스티프너(Sw)의 일면만에 용접을 시행하면 용접수축에 이해 스티프너(Sw)가 용접측으로 경사되므로 양면에 동시에 용접을 수행하지 않으면 안된다. 이에따라 스티프너(Sw)의 양측에서 동시에 두 작업자가 용접을 진행하든가, 두 그래비티 용접기를 동시에 진행시키지 않으면 안되며, 결과적으로 많은 작업공수의 투입과 고난도의 작업 숙련도를 요구하게 된다. 또한 상호 작업기량이 유사한 고기능의 작업자가 동시 투입되지 않으면 균일한 용접품질을 얻을 수 없어서 웨브판(W)에 변형이 야기된다. 또한 무거운 용접설비를 작업자가 적어도 수차례 이동시켜 가며 용접작업을 수행해야 하므로 작업강도가 높을 뿐 아니라 안전사고를 자주 야기하는 문제도 있었다. 이와같은 문제는 연속재인 스티프너(St, Sb)를 용접하는 경우에는 발생하는 문제이나, 특히 단속재인 스티프너(Sw)의 경우에는 그 작업성이 나빠 용접생산성이 더욱 열화(劣化)되었다.

본 고안은 상술한 종래의 문제점을 감안하여, 단속재로 된 횡구조판의 스티프너를 자동으로 연속용접할 수 있는 용접장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 고안에 의한 용접장치는 각각 단속된 복수의 스티프너가 취부된 웨브판의 길이방향을 따라 그 측방을 주행하는 대차와, 대차에 지지되어 웨브판 상부의 횡방향으로 연장되는 지지아암과, 스티프너의 양면을 동시에 용접하는 용접헤드를 구비하며, 지지아암에 지지되어 이를 따라 이동가능한 용접 캐리지를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안의 한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제 3 도에서, 웨브판(W)이 거치되는 정반(定盤) 또는 롤러 컨베이어(roller conveyor)등의 컨베이어(10) 일측에는 이에 평행하게 주행 레일(11)이 설치되어, 이 주행레일(11)상을 본 고안 용접장치의 대차(臺車; 1)가 주행하게 된다. 대차(1)의 하부에는 도면에 보이지는 않으나 구동모터(drive motor)가 설치되어 주행레일(11)에 대해 대차(1)를 주행시킨다.

대차(1)상에는 포스트(post; 9)가 상방으로 연장되어, 이 포스트(9) 선단에 웨브판(W)의 횡단 방향으로 지지아암(support arm; 2)이 연장되고, 이 지지아암(2)에는 용접 캐리지(welding carriage; 3)가 지지되어 지지아암(2)을 따라 이동되도록 되어 있다. 도시된 실시예에서는 대차(1)가 컨베이어(10)의 일측에만 설치되어 지지아암(2)이 포스트(9)에 대해 컨틸레버(cantilever)형으로 지지되어 있으나, 컨베이어(10)의 양측에 대차(1)를 설치하여 양 대차(1)의 포스트(9)간에 지지아암(2)을 지지하는 캔트리(gantry)형의 구성도 가능하다. 여기서는 캔틸레버형의 구성으로도 충분히 용접캐리지(3)의 하중을 지지할 수 있으므로 도시된 바와같은 구성을 채택한 것이다.

용접캐리지(3)를 지지아암(2)에 대해 이동할 수 있도록 하기 위해 지지아암(2)에는 안내수단으로서 두 안내 로드(guide rod; 12)가 설치되어 용접캐리지(3)는 이에 미끄럼 이동 가능하게 결합되어 있다. 이러한 구성에서 용접 캐리지(3)는 한번에 한스티프너(Sw) 열(列)만을 용접하게 되므로 지지아암(2)에 대한 용접 캐리지(3)의 이동은 인력으로 행할수도 있으나, 공정의 완전 자동화를 위해서는 적절한 구동수단을 구비하는 것이 바람직하다.

이 구동수단으로는 용접 캐리지(3)에 나사물림되는 볼스크류(ball screw; 13)와 이를 회전구동시키는 구동모터(14)가 구비될 수 있다.

한편 이와는 달리 상호 상대위치를 조절할 수 있는 복수의 용접캐리지(3)를 지지아암(2)상에 설치하여 각 용접캐리지(3)가 각각 한 스티프너(Sw)열을 담당하도록 하는 구성도 가능한바, 이 경우 본 고안 장치의 구성은 전술한 캔트리형으로 하는 것이 바람직하다.

용접캐리지(3)에는 용접헤드(4)가 승강(乘降)가능하게 설치되는데, 도면에서 15는 이 승강수단인 액튜에이터(actuator)이며 16은 용접헤드(4)의 직선승강 온동을 보장하는 두 안내간(guide rod)이다.

용접헤드(4)의 구성은 특히 제 4 도에 도시되어 있는데, 각각한 토오치헤드(torch head; 6)가 구비된 토오치아암(5)은 용접헤드(4)의 브라켓(bracket; 17)에 설치된 개폐 실린더(7)에 의해 스티프너(Sw)에 대해 개폐될 수 있도록 되어 있다. 양 토오치 헤드(6)에는 각각 한 토오치(18)가 구비되어 스티프너(Sw) 하부와 웨브판(W)간의 용접부위를 필렛(fillet) 용접하게 되어있는데, 대차(1)상의 부호 19는 이들 두 토오치(18)에 각각 용접전류를 공급하는 용접기이며 와이어 급송기(wire feeder)는 도면상 도시를 생략하였다.

한편 부호 8은 스티프너(Sw)의 종단(終端)을 검출하기 위한 종단센서(end sensor)로서, 바람직하기로는 자기(磁氣) 또는 와전류(渦電流)센서이거나 반사형 센서등의 근접(近接)센서로 구성된다. 나머지 부호 20은 용접헤드(4)의 스티프너(Sw)에 대한 원활한 이동을 보장하기 위한 안내롤러(guide roller)이다.

한편 별도로 도시하지는 않았으나 이상의 각 구성부를 제어할 적절한 제어부가 구비되는데, 제어부는 PLC(Programmable Logic Controller) 또는 마이크로 프로세서(micro processor)등으로 구성되어 다음과 같은 작동을 제어하게 된다.

전공정에서 스티프너(Sw)를 정합 및 가용접하여 취부한 웨브판(W)이 컨베이어(10)에 의해 본 고안 장치로 이송되어 오며, 작업자는 이 웨브판(W)상의 한 스티프너(Sw)에 본 고안 장치를 세팅(setting)시키게 된다. 이 세팅 과정은 먼저 주행레일(11)상에 대차(1)를 이동시켜 스티프너(Sw)와 대차(1)의 주행 개시위치를 맞춘 뒤, 용접 캐리지(3)를 이동시켜 한 스티프너(Sw)의 양측 용접부위에 두 토오치 헤드(6)를 접촉시키고 용접전류와 대차(1)의 주행 속도를 설정하는 과정으로 이루어진다.

그러면 대차(1)의 주행개시와 동시에 토오치 헤드(6)에 용접전류가 공급되어 제 5 도 (가)와 같은 상태로 스티프너(Sw)의 양면에 필렛용접이 이루어지게 된다. 대차(1)가 한 스티프너(Sw)에 대해 용접을 진행하다가 종단센서(8)가 스티프너(Sw)의 단절을 감지하면 이 감지신호는 제어부로 전승된다. 그러면 제어부는 기억되어있는 종단 센서(8)로 부터 토오치 헤드(6)까지의 거리를 호출하여 이 거리만큼 용접을 진행시킨뒤, 제 5 도(나)와 같이 개폐 실린더(7)를 제어하여 토오치 아암(5)을 개방함으로써 용접을 일시 중단한다.

이상태에서 대차(1)는 주행을 계속하는데, 제어부는 종단센서(8)의 다음 스티프너(Sw) 감지에 의해서 또는 기억된 스티프너(Sw)간의 단절거리를 호출하여 다음 스티프너(Sw)의 개시 위치에서 다시 제 5(a) 도와 같이 토오치(6)를 접촉시켜 용접을 속행한다.

이와같은 과정으로 한 스티프너(Sw)열의 용접이 완료되면, 대차(1)는 초기위치로 복귀하고 작업자는 수동 또는 구동모터(14)의 조작에 의해 용접캐리지(3)를 다음 스티프너(Sw)열로 이동시켜 다음열의 스티프너(Sw)를 용접하게 된다.

이상과 같이 본 고안에 의하면 단속적으로 배열된 스티프너라 하더라도 연속적인 자동용접이 가능하게 되므로 용접생산성이 현저히 향상될 수 있다. 또한 용접작업도 종래와 같이 숙련된 복수의 용접작업자를 요하는 것이 아니라 한명의 장치 조작자만 있으면 되므로 공수 및 인력 절감도 가능하며 균일한 용접품질을 얻을 수 있게 된다. 이에따라 본 고안은 철구물 제조의 생산성과 품질 향상에 큰 효과가 있다.

Claims (3)

1. 각각 단속된 복수의 스티프너(Sw)가 취부된 웨브판(W)의 길이방향을 따라 그 측방을 주행하는 대차(1)와, 상기 대차(1)에 지지되어 상기 웨브판(W) 상부의 횡방향으로 연장되는 지지아암(2)과, 상기 스티프너(Sw)의 양면을 동시에 용접하는 용접헤드(4)를 구비하며, 상기 지지아암(2)에 지지되어 이를 따라 이동가능한 용접캐리지(3)를 구비하는 스티프너 용접장치에 있어서, 상기 용접헤드(4)가 상기 스티프너(Sw)의 단속된 종단을 감지하는 종단센서(8)를 구비하며, 상기 용접헤드(4)가 스티프너(Sw)를 용접하는 도중 상기 종단센서(8)가 상기 스티프너(Sw)의 종단을 감지하면, 상기 용접헤드(4)가 용접을 일시 중단하였다가 다음 스티프너(Sw)의 개시위치로 부터 용접을 개시하는 것을 특징으로 하는 횡구조판의 스티프너 용접장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용접헤드(4)가, 각각 토오치 헤드(6)를 구비하는 한쌍의 토오치 아암(5)과, 상기 두 토오치아암(5)을 개폐하는 개폐실린더(7)를 구비하는 것을 특징으로 하는 횡구조판의 스티프너 용접장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 용접 캐리지(3)가 상기 지지아암(2)에 대해 각각 상대위치 조정가능한 복수로 구비되는 것을 특징으로 하는 횡구조판의 스티프너 용접장치.