KR960000343Y1 - 다두형 연속용접장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

다두형 연속용접장치
제 1 도는 본 고안 연속용접장치에 의해 제조되는 구조물의 일례로서 박스 거어더의 구조를 도시한 절개사시도
제 2 도는 종래의 스티프너 취부 방법을 도시한 부분사시도
제 3 도는 본 고안 연속용접장치를 도시한 사시도
제 4 도는 제 3 도에서 용접카아트의 일례를 도시한 부분 확대 사시도
제 5 도는 본 고안 연속용접장치의 작동을 보이는 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용접캐리지(welding carriage) 2 : 용접카아트(welding cart)
3 : 토오치헤드(torch head) 5 : 지지로드(support rod)
P : 보강판(補强板) S : 스티프너(stiffener)
본 고안은 철구조물(鐵構造物)의 제조에 관한 것으로, 더 상세히는 철구조물이 패널(panel)을 구성하는 보강판(補强板)에 스티프너(stiffener)를 용접하는 다두형(multi-head type)연속용접 장치에 관한 것이다.
선박이나 교량등의 철구조물은 일반적으로 강판(鋼板)을 스티프너등으로 보강한 보강판을 구성패널(component panel)로 하는 패널구조로 제작된다. 특히 박스(box)형 철구물은 세장형(細長形)의 육면체형으로 된 패널조립체로서 교량이나 대형기중기 또는 해상 구조물의 빔(beam) 또는 거어더(girder). 컬럼(column)등으로 사용된다. 선박이나 박스형 철구물을 포함한 철구조물은 그 기본칫수가 수m내지 수십m에이르는 고중량의 대형구조물이므로 그 제조 및 이송과정은 건설공사에 준하는 대규모의 작업이 된다.
제 1 도에는 이러한 철구조물의 일례로서 박스형 철구물을 도시하였는데, 이것은 예를 들어 교량의 거어더등을 구성하는 구조물이다. 이 박스 거어더는 각각 스티프너(stiffner : St.Sb.Sw)로 보강된 상면판(top plate: T) 및 하면판(bottom plate: B)과 두 웨보판 (web plate:UW)으로 구성된 사각형 단면의 박스형태로 형성되어있으며, 각 판(T,B,W)을 고정하며 박스 거어더의 전단(shearing) 및 비틀림(twisting)에 저항하도록 다이 어프램(diaphram: D)이 박스 거어더의 길이방향으로 소정간격 이격되어 배치되어 있다. 또한 상, 하면판(T.B)의 스티프너(St.Sb)들은 다이아프램(D)간에 소정간격으로 배열된 리보(rib: Rt, Rb)에 의해 보강되어 국부변형(局部變'形)이나 버클링(buckling)등에 저항하게 된다. 한편 웨보판(W)의 스티프너(Sw)도 리보(Rw)와 결합되는데 웨보판(W)에서는 박스 거어더의 수직 방향 전단저항의 증가를 위해 리보(Rw)가 주보강재, 즉 연속재로 구성되고 스티프너(Sw)는 단속재(斷續材)로 구성되어 리보(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(Fange : F)가 보라켓(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) 또는 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 받게되는 컬럼 또는 빔-컬럼의 경우에는 다이어프램이 좀 더 조밀하게 배치되든가, 스티프너를 종(縱)방향 보강재 없이 다이어프램등만이 배치된 구성을 가지게 된다.
박스형 철구물은 위에 살펴본 바와 같이 수백 피이스(piece)에 이르는 다수의 부품들로 이루어진 복잡한 조립품이다. 여기서 부품이라 지칭하더라도 한 부품은 수십mm 두께 및 수m 크기의 장대(長大)한 철판이므로 가장 작은 부품이라 하더라도 그 중량은 상당한데, 예를 들어 두께 20mm의 높이 500mm 길이 10m정도의 스티프너 한개의 무게는 거의 1t에 이르게 된다. 따라서 박스형 철구물의 제조는 수백kg에서 수십t에 이르는 부품들의 조립과정이므로 크레인(crane)등 중량물 현가(縣架)장치의 사용이 필수적이다.
본 원인은 이러한 박스형 철구물을 제조하는 신규한 방법을 "박스형 철구물의 제조방법"(출원번호 추후보정)으로 출원하고 있다. 그러나 종래의 스티프너 용접방법은 다음과 같이 많은 문제점을 가지고 있어서 전술한 방법의 구현에는 적합하지 못하다,
종래의 방법은 제 2 도에 도시된 바와 같이, 작업자가 수동용접 또는 그래비티(gravity) 용접등에 의해 1회용접 가능한 용접장(鎔接長)을 한구간으로 하여 1, 2, 3의 구간을 순차적으로 용접하게 된다. 수동용접에 의해 한번에 용접할 수 있는 구간은 대략 1m내외이고 그래비티 용접의 경우는 60cm정도이므로, 수 내지 십수m에 이르는 스티프너(S)를 보강판(P)에 용접하기 위해서는 작업자는 무거운 용접장치와 케이블 그리고 가우징(gouging)설비등을 적어도 수차례이상 이동시키며 작업을 행해야 한다. 뿐만 아니라 스티프너(S)는 보강판(P)에 대해 양면(兩面) 필렛(fillet)용접으로 접합되어야 하므로, 일면만의 용접을 행하게 되면 용접수축에 의해 스티프너(S)가 용접측으로 회전변형하게 된다. 이에따라 한 스티프너(S)의 용접에는 그 양측에서 두 작업자가 동시에 용접을 진행해야 하게 되므로, 예를 들어 5개의 스티프너(S) 용접에는 10명의 작업자가 동시에 투입되지 않으면 안된다. 이러한 문제는 단순히 작업공수상의 문제만이 아니라 인력수급상의 난점을 초래하여 큰 공정장애 요소가 된다. 뿐만 아니라 서로 작업기량이 다른 다수의 작업자가 한 보강판(P)상에서 작업을 행하게 되므로 용접품질과 진척도가 서로달라 보강판(P)의 변형을 초래하고 품질의 균일화를 기대하기 곤란하였다.
이와같은 종래의 문제점을 감안하여 본 고안의 목적은 보강판상에 복수의 스티프너를 동시에 용접할 수 있는 다두형 연속용접장치, 특히 "박스형 철구물의 제조방법"을 구현하기에 적합한 용접장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 고안에 의한 다두형 연속용접 장치는 복수의 스티프너가 취부된 보강판상부로 주행하는 용접캐리지와, 용접 캐리지에 설치되어 보강판상의 각 스티프너의 양측을 용접하는 한쌍의 토오치를 각각 구비하는 복수의 토오치헤드와 용접캐리지상에 지지되어 각각 토오치헤드에 용접전류와 와이어를 공급하는 각각 구비하는 복수의 토오치헤드와, 용접캐리지상에 지지되어 각각 토오치헤드에 용접전류와 와이어를 공급하는 복수의 용접기 및 와이어 급송기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
제 3 도에서, 롤러 컨베이어(roller conveyor)등의 컨베이어상(16)에는 스티프너(S)가 가용접된 보강판(P)이동되고 이 컨베이어(16) 양측에는 이에 평행하게 소정길이의 주행레일(10)이 설치되어 양 주행레일(10)상에 본 고안에 의한 갠트리형(gantry)형의 용접 캐리지(welding carriage:1)가 주행하도록 되어있다. 여기서 컨베이어(16)는 본 고안의 필수 구성요소는 아니므로 보강판(P)이 거치되어 용접등의 작업이 이루어지는 정반(定盤)으로 대치될 수 있으나, 전술한 "박스형 철구물의 제조방법"에서 제안된 "페널공법"의 실시를 위해서는 보강판(P)이 컨베이어상(16)을 이동하여 본 고안 장치로 반입 및 반출되는 것이 바람직하다.
용접캐리지(1)는 주행레일(10)상에 얹혀 구동모터(12)에 의해 주행되는 한쌍의 새들(saddle:1)과, 양새들(11)의 양단에서 상방으로 연장되는 각각 두 지지포스트(support post: 12)와, 바람직하기로 양 새들(11)의 지지포스트(12)들간에 연장되는 제 1 및 제2플랫폼(platform: 13, 14)을 구비한다. 스티프너(S)와 보강판(P)의 용접은 필렛용접이므로 그 용접방법은 용입량(溶入量)의 제어가 용이한 CO2용접인 것이 바람직한바, 이하의 설명에서는 이 CO2용접을 전제로 하여 설명하기로 한다.
하측의 제 2 플랫폼(l4)에는 복수의 용접 카아트(welding cart:2)가 각각 지지로드(support rod: 5)로 힌지(hinge) 결합되어 있는데, 예를 들어 보강판(P)에 5개의 스티프너(S)를 동시 용접할 수 있도록 구성하는 경우 이 용접 카아트(2)는 5개가 된다.
각 용접 카아트(2)는 후술할 바와같이 각각 2개의 토오치(tourch)를 구비하므로 각각의 토오치는 별도의용접기와 별도의 와이어 급송기(wire feeder)를 구비해야 한다. 이에따라 제 2 플랫폼(14)상에는 한 용접카아트(2)당 2대씩의 와이어급송기(8)가 설치되고, 제 1 플랫폼(13)상에는 역시 한 용접카아트(2)당 2대씩의 용접기(7)가 설치된다.
용접카아트(2)는 예를 들어 제 4 도에 도시된 구성을 가진다. "용접카아트"라는 명칭의 의미는 자체적으로 주행하며 용접을 수행할 수 있고 반자동 용접장치를 의미하는 것으로, 한 용접선상에 소정의 주행속도로 세팅(settng)해 놓으면 이 용접선을 따라 주행하며 용접을 행하도록 되어 있다. 본 고안 용접장치에서는 전술한 바와 같이 복수의 용접카아트(2)가 용접캐리지(1)의 제 2 플랫폼(14)에 힌지 결합된 지지로드(5)에 의해 지지되어 있다.
이와같이 용접캐리지(l)에 토오치헤드(torch head)를 직접 설치하지 않고 주행가능한 용접 카아트(2)상에 토오치 헤드를 설치하는 이유는 다음과 같다. 용접 캐리지(1)에 복수의 토오치헤드를 직접 설치하는 경우는 각 토오치헤드마다 용접의 진행정도가 차이나게 되므로, 그 차이가 심한 경우에는 용접캐리지(1)를 정지시킨후 각 토오치헤드를 재조정시켜야 하며 이에따라 장치의 잦은 작동중단이 야기되는 문제가 있다.
이에따라 본 고안에서는 토오치헤드를 용접캐리지(1)와 결합된 상태로 별도주행되는 각 용접 카아트(2)상에 설치함으로써 용접속도의 차이를 보상하도록 하고 있다. 이를 위해 각용접카아트(2)의 일측으로 아암(arm: 9)이 연장되어 이 아암(9)에 토오치헤드(3)가 설치되고, 토오치 헤드(3)에는 두 토오치(4)가 구비된다. 각 토오치헤드(3)의 두 토오치(4)는 각각 별도의 용접기(7)에 의해 구동되고 별도의 와이어 급송기(8)로부터 와이어(6)가 공급된다.
이상에서 설명되지 않은 제 3 도의 부호 15는 본 고안 용접장치의 각 구성부를 제어하는 컨트롤 박스(control box)이며 전원 공급선과 CO2공급라인 및 와이어(6)의 공급경로등은 도시의 편의상 생략하였다.
상술한 본 고안 용접장치의 구체적인 상호관계는 이상의 도면과 제 5 도를 참조로 한 이하의 작동 설명에서 보다 명확해질 것이다.
전공정 예를 들어 스티프너 취부공정에서 스티프너(S)가 가용접되어 취부된 보강판(P)은, 컨베이어(16)에 의해 이동되어 본고안 용접장치의 용접 캐리지(1) 하부로 반입된다. 그러면 작업자는 각 용접카아트(2)의 토오치헤드(3)의 양 토오치(4)가 스티프너(S)양측 하부의 필렛 용접 부위에 접촉하도록 조절하고, 컨트롤 박스를 제어하여 용접전류등을 설정한뒤 용접카아트(2)의 주행속도와 용접 캐리지(1)의 주행속도를 동일하게 세팅한다.
이때 보강판(P)상에 용접될 스티프너(S)의 수효가 본 고안 장치에 구비된 용접카아트(2) 수보다 적은 경우에는 여분의 용접카아트(2)는 지지로드(5)의 힌지 결합부를 중심으로 상방으로 회전시켜 제 2 플랫폼(14)상 에적재함으로써 아이들(idle)시킨다.
용접준비 상태가 완료되면 컨트롤 박스(15)릍 제어하여 용접캐리지(1)와 복수의 용접카아트(2)를 동시에 주행 개시시킨다. 각 용접 카아트(2)는 제 5 도와 같이 용접캐리지(1)와 합께 주행하며 해당 스티프너(S)의 양측 필렛 용접부위를 두 토오치(4)로 동시에 용접하게 된다.
이러한 자동연속용접의 수행중 각 용접 카아트(2)의 주행속도와 용접전류등은 컨트롤 박스(15)릍 통해 개별적으로 조정될 수 있다. 예를 들어 제 5 도의 좌측에서 두번째 용접카아트(2)에 의해 이루어지는 용접의 용입량(溶入量)이 과다한 것으로 판단되면 컨트롤 박스를 통해 그 주행속도를 증가시키고 용접전류를 감소시킴으로써 여타 용접 카아트(2)와 균일한 용접을 시행할 수 있다.
한편 우측으로부터 두번째 용접카아트(2)의 용입량이 과소한 경우에는 그 주행속도를 감소시키고 용접전류를 증가시킴으로서 용접의 균일화를 기할 수 있게된다. 이외에도 각 토오치(4)의 와이어(6) 송급량의 조절에 의해서도 용접속도의 보상이 가능하며, 토오치(4)전방으로 돌출되는 와이어(6)의 탄성에 의해서도 약간의 용접정도보상이 이루어질 수 있게 된다.
이와 같이 함으로써 복수의 스티프너(S)를 동시에 자동적으로 연속용접하게 뒨다. 그런데 용접 종단부(終端部)에 근접하게 되면 전열(傳熱)조건의 변화와 용융된 와이어(6)의 표면 장력등에 의해 용접각장(脚長)이 부족해지는 문제가 있으므로, 용접 종단부로 근접할수록 점차 주행속도를 감소시키고 용접전류를 증가시킴으로써 용입량을 증가시키는 소위 "크레이터(crater)"용접을 행하는 것이 바람직하다. 이를 위해서 각 토오치헤드(3)에는 스티프너(S) 또는 보강판(P)의 종단을 감지하는 접촉센서(touch sensor : 17)가 소정거리만큼 선행(先行)하도록 설치되어 이 접촉센서(17)가 종단을 감지하면 자동적으로 크레이터 용접을 수행하도록 구성하는 것이 바람직하다.
크레이터 용접이 완료되면 해당 용접 카아트(2)는 그 자리에 정지하고, 각 용접 카아트(2)가 모두 정지하면 용접 캐리지(1)도 정지하게 된다. 그러면 작업자는 각 용접 카아트(2)를 용접캐리지(1)의 제 2 플랫폼(14)상에 적재한 뒤, 스티프너(S)가 용접된 보강판(P)을 컨베이어(16)를 통해 본 고안 용접장치로부터 반출함으로써 한 사이클의 작동이 완료된다.
이상과 같이 본 고안에 의하면 복수의 스티프너를 1주행(one-pass)에 한꺼번에 자동용접할 수 있으므로 생산성이 현저히 증가될 뿐 아니라, 필요에 따라 각 스티프너의 용접선에 대해 각각 별도의 용접조건을 부여 할 수있으므로 최적의 용접상태를 얻을 수 있게 된다. 또한 종래와 같이 다수의 작업자를 동시에 집중투여할 필요가 없으므로 작업공수와 인력계획에도 현저한 이점이 있다.
이에따라 본 고안은 철구물제조의 생산성과 품질향상에 큰 효과가 있다.

Claims (6)

  1. (2차정정) 복수의 스티프너(S)가 취부된 보강판(P)상부로 주행하는 용접캐리지(1)와,
    상기 용접캐리지(1)에 힌지결합된 지지로드(5)에 결합되어 자체적으로 주행가능한 복수의 용접카아트(2)상에 각각 설치되어 상기 보강판(P)상의 각 스티프너(S)의 양측을 용접하는 한쌍의 토오치(4)를 각각 구비하는 복수의 토오치헤드(3)와,
    상기 용접캐리지(1)상에 지지되어 각각 상기 토오치헤드(3)에 용접전류와 와이어(6)를 공급하는 복수의 용접기(7) 및 와이어 급송기(8)를 구비하고,
    상기 용접캐리지(1)와 상기 복수의 용접 카아트(2)가 동일한 주행속도로 주행을 개시하여 상기 복수의 스티프너(S)의 용접을 수행하다가,
    상기 복수의 용접 카아트(2)중 임의의 용접 카아트(2)의 주행속도를 변경시킬수 있는 것을 특징으로 하는 다두형 연속용접 장치.
  2. (삭제 )
  3. (삭제)
  4. (삭제)
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강판(P)이 컨베이어(16)에 의해 상기 용접 캐리지(1)하부로 반입되는 것을 특징으로 하는 다두형 연속용접 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 용접 카아트(2)에 상기 스티프너(S)의 종단을 감지하는 접촉센서(17)가 구비되어,
    상기 접촉센서(17)가 상기 스티프너(S)의 종단을 감지하면 상기 용접카아트(2)의 상기 토오치헤드(3)가 크레이터 용접을 수행하는 것을 특징으로 하는 다두형 연속용접 장치.
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