WO2013094956A1 - 자동용접장치 - Google Patents

자동용접장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2013094956A1
WO2013094956A1 PCT/KR2012/011048 KR2012011048W WO2013094956A1 WO 2013094956 A1 WO2013094956 A1 WO 2013094956A1 KR 2012011048 W KR2012011048 W KR 2012011048W WO 2013094956 A1 WO2013094956 A1 WO 2013094956A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nozzle
flange
wire
torch
rail
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/011048
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박광수
변진귀
Original Assignee
두산중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020120147681A external-priority patent/KR101412595B1/ko
Application filed by 두산중공업 주식회사 filed Critical 두산중공업 주식회사
Priority to CN201280062813.2A priority Critical patent/CN104010761B/zh
Publication of WO2013094956A1 publication Critical patent/WO2013094956A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0211—Carriages for supporting the welding or cutting element travelling on a guide member, e.g. rail, track
    • B23K37/0217—Carriages for supporting the welding or cutting element travelling on a guide member, e.g. rail, track the guide member being fixed to the workpiece

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to an automatic welding device for welding a nozzle unit for connecting the pressurizer and the flange corresponding to the primary system of the nuclear power plant.
  • Representative main apparatus of a nuclear power plant includes a reactor vessel, a reactor head, and a steam generator.
  • these cyclers include dissimilar materials welded using Inconel 600 to weld low alloy and stainless steel. These dissimilar welds are the size of the nozzle, the size of the pipe or Depending on where the nozzles are installed, each one has different space constraints. Companies maintaining nuclear power plants under these space constraints have developed and applied a dedicated automatic welding device that can overcome each constraint.
  • One object of the present invention is to provide an automatic welding device that can operate more efficiently in a limited space.
  • the automatic welding device welds and repairs any one point of the reactor primary system including a flange, a pressurizer and a nozzle portion formed between the flange and the pressurizer.
  • a plurality of members are formed to be able to rotate or reciprocate about at least one axis of the plurality of axes intersecting each other so as to face the rail mounted on the flange and the outer circumference of the nozzle portion
  • a body that rotates along the rail, and is disposed at one end of the body, the torch portion formed to weld the outer circumference, and the rotation of the body to automatically weld the outer circumference, of the members.
  • a control unit for controlling movement or operation of the torch unit.
  • the rails may be formed as a pair of semi-circular rings to be coupled to each other by moving around the hinge axis.
  • the rail may further include a hook portion extending from the rail toward the flange so as to be suspended from the flange.
  • the torch unit may control a wire nozzle based on a camera monitoring the movement of the wire and a monitoring result to control the feeding of the wire toward the welding pool on the nozzle unit. It may include a control module for controlling.
  • the wire nozzle may be formed to be movable in at least two axes or more directions.
  • the torch part may further include a torch control motor which is formed to control an interval between the outer circumference of the nozzle part and the torch part during welding.
  • the body further includes a wire spool for supplying a wire to the wire nozzle, the wire spool and the body may be integrally rotated along the rail.
  • the automatic welding device configured as described above is formed to be mounted and welded on a flange, it is not only applicable to the flange type nozzle unit connecting the pressurizer and the flange to each other, but also to the coolant pipe. It can be applied to small and medium sized pipes branched from (Reactor Coolant Loop, RCL).
  • each member since the body rotates along the rail, and each member is formed to rotate or reciprocate about at least one of three different axes, it can be used for multi-purpose space-limited parts.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an automatic welding device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the welding portion is used automatic welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are plan and side views of a body according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a rail according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a torch unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of a wire feeder according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a state of use of the automatic welding device according to an embodiment of the present invention.
  • the automatic welding device is to maintain a heterogeneous welding part formed by a nozzle part connecting the pressurizer and the flange installed in the primary system cycle machine of the nuclear power plant by an overlay welding method.
  • the automatic welding device of the present invention is a multi-joint type automatic welding device is designed so that the cylindrical flange is formed on the upper portion, so that the work can be directly performed on the nozzle portion in which space constraint occurs.
  • overlay welding refers to a method of applying a weld metal having excellent wear resistance, corrosion resistance, and heat resistance to a base material having a thickness of about 1 mm or more, and thus, wear or corrosion resistant material is applied to the pressurizer, the nozzle contact portion, and the flange and nozzle contact portion. Can be worn.
  • the automatic welding device is driven remotely using a PC-based control device to work in a high radiation area, it is possible to accurately supply the filler material to the welding pool during welding work So that it includes a two-axis wire control device.
  • Temperbead welding can be applied as needed, and it can be effectively applied not only on the nuclear power plant site but also on the work site where space is constrained in the use of the plant.
  • the pressurizer one of the primary systems of a nuclear power plant, is equipped with several nozzles with heterogeneous welds welded from Inconel 600 to weld carbon and stainless steel.
  • the dissimilar welding part of these nozzles may cause defects due to PWSCC (Primary Water Stress Corrosion Cracking), etc., and maintenance should be performed because the defects seriously affect the safety of the power plant.
  • PWSCC Primary Water Stress Corrosion Cracking
  • Preventive maintenance of the pressurizer nozzle may use an overlay method as described above.
  • the overlay method is a method for additionally securing structural strength by welding the same thickness (designed on the assumption that a defect penetrates the existing thickness) by using a material such as Inconel 690 having high PWSCC resistance on the heterogeneous weld.
  • a material such as Inconel 690 having high PWSCC resistance on the heterogeneous weld.
  • manual welding by humans is not possible because the pressurizer nozzle is located in a high radiation zone.
  • the flange-type nozzle is installed in parallel with the pressurizer axis, which is not applicable to the existing automatic equipment due to the surrounding space constraint. That is, since the distance between the flange and the pressurizer body is about 200 mm apart, and the nozzle and the flange are installed at right angles, limitations occur in actual welding.
  • the nozzle material is a low alloy
  • post-weld heat treatment must be performed after welding.
  • Temperbead welding method is applied.
  • the automatic welding device should be designed to perform Temperbead process.
  • the torch portion is detachably formed on the body, so that the temperbead process may be performed as well as the overlay welding.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an automatic welding device according to an embodiment of the present invention.
  • the automatic welding device 100 includes a body 300, a rail unit 400, a torch unit 500, and a controller (not shown).
  • the body 300 may include a rotating unit (for example, a roller 350), a rotating motor 310 (see FIG. 3A) formed to rotate along the rail unit 400, and members that rotate or reciprocate about different axes ( 3A to 321 and 331 of FIG. 3A), and motors 320, 330 and 340 of FIG. 3B to drive the members.
  • the number of motors can be increased or decreased depending on the connection relationship between the motor and each member or the rotating unit.
  • the body 300 may be formed such that each member rotates about another axis based on three axes. That is, the first shaft member may rotate about the first shaft by the first shaft driving motor.
  • the first to third axes may be any one of an X axis, a Y axis, or a Z axis that intersect each other on a Cartesian coordinate system.
  • each of the members 321, 331, and 341 constituting the body 300 is rotated about an X axis or a Z axis, respectively, and is rotated in the Z axis direction. It can be formed to reciprocate.
  • the first member 321 is connected to the X-axis motor 320 is formed to rotate around the X-axis
  • the second member 331 is connected to the rotary motor 330 is formed to rotate around the Z-axis
  • the third member 341 may be formed to reciprocate in the Z-axis direction along the rotating rod 342 connected to the Z-axis motor 340.
  • the torch coupling part 501 to which the torch part 500 is coupled is formed in the second member 331 formed at one end of the body 300.
  • the torch unit 500 is detachably coupled to the torch coupling unit 501.
  • the torch unit 500 may be formed with a Tungsten Insert Gas (TIG) torch 540 which performs direct welding.
  • TOG Tungsten Insert Gas
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the welding portion is used automatic welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the flange 210 is at least partially formed of a cylindrical body.
  • a nozzle unit 230 formed to have a curvature of at least a portion of the flange 210 may be disposed.
  • the flange 210 may be made of stainless steel, and the nozzle unit 230 may be made of a low alloy material.
  • the portion 241 or 242 coupling the flange 210 and the nozzle 230 to each other is welded and connected to an Inconel 600 material.
  • the inner diameter A of the flange 210 may be 320 mm
  • the outer diameter B may be 500 mm
  • the height H may be 200 mm.
  • the nozzle unit 230 formed at the lower portion of the flange 210 has spatial constraints when performing maintenance or repair due to interference of the flange 210. That is, since the flange 210 having a larger diameter than the nozzle unit 230 is formed above the nozzle unit 230, the nozzle unit 230 formed at the lower portion of the flange 210 is difficult to maintain or repair. do.
  • the automatic welding device 100 must be designed to be driven in the space formed between the flange 210 and the pressurizer 270.
  • the cooling line 220 in preparation for the emergency situation is connected to the flange 210, due to the interference of the cooling line 220 during the actual welding may cause problems in the automatic welding device 100 installation and operation.
  • Cooling line 220 can be reinstalled after removal from the flange 210 in the field work, but such reinstallation complicates the work process. Therefore, the automatic welding device 100 according to the embodiment of the present invention is formed so that the body 300 is movable along the rail portion 400 so that welding is possible without removing the cooling line 220.
  • 3A and 3B are top and side views of a body 300 according to one embodiment of the invention.
  • the body 300 may move along the outer circumference of the flange 210 while rotating along the rail unit 400 by the rotary motor 310.
  • the first member 321 is driven by the first motor 320, and is transferred in any one direction through rotation rather than a linear drive. Since the first member 321 does not operate in a linear driving manner as described above, the torch 500 disposed at one end of the body 300 approaches the portion to be welded due to the movement of the first member 321. Failure to do so will cause an error between the position to be welded and the position where the actual torch unit 500 has moved.
  • the controller corrects the error by rotating or reciprocating the second member 331 or the third member 341 except for the first member 321. That is, in order to approach the portion to which the torch unit 500 is to be welded, the second member 331 or the third member after moving the first member 321 without calculating the movement of the torch unit 500 in advance.
  • the member 341 may sequentially control the linear movement or the rotational movement to approach the portion to which the torch unit 500 is to be welded.
  • the body 300 may be transported along the rail unit 400 by the rotary motor 310, and the protective cover 360 may be connected to the flange 210 to minimize the influence of the body 300 by foreign matter. It may be formed between the body (300).
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a rail unit 400 according to an embodiment of the present invention.
  • the rail unit 400 may be formed to surround the outer circumference of the flange 210.
  • the rail unit 400 includes a hook portion 450, and the hook portion 450 is coupled to the upper surface of the flange 210 so that the rail is suspended from the flange 210 as shown in FIG. 7. May be
  • a pair of rail members 410, 420 formed in a semi-circular ring shape may be formed to rotate through the hinge 430 to be coupled to each other. For this reason, the rail unit 400 may be easily attached to and detached from the flange 210.
  • the hinge 430 may be rotatably coupled to the left rail member 410 and the right rail member 420 by the hinge 430 so as to naturally rotate when the rail unit 400 is separated.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a torch unit 500 according to an embodiment of the present invention.
  • the torch unit 500 includes a wire nozzle 550 connected to an AC motor 510, a torch 540, a wire nozzle control module 520, a camera 530, and a wire spool 620.
  • the AC motor 510 which is a torch control motor, reciprocates the torch 540 or adjusts the inclination of the torch 540 to maintain a constant distance between the base material and the torch 540 during welding.
  • the wire nozzle 550 is formed to be rotatable or linearly movable in at least one or more axial directions. At this time, if the wire nozzle 550 is formed to be movable in two or more axial directions, it is possible to feed the wire toward the welding pool without moving the body 300.
  • the welding pool refers to a portion in which a base material is melted and melted by the torch 540.
  • the wire nozzle control module 520 is formed to be movable to the wire nozzle 550 in one or more axial directions, so that the wire nozzle control module 520 can supply the filler metal to the welding pool.
  • the monitoring camera 530 When controlling the filler metal can be controlled using the monitoring camera 530.
  • the monitoring camera 530 monitors the welding pool to observe the welding pool and supply the wire to the correct position and transmits the monitoring result as a signal to the wire nozzle control module 520. do.
  • the wire nozzle control module 520 controls the wire nozzle 550 based on the monitored result to move the wire nozzle 550 so that the wire is fed to the welding pool.
  • the wire nozzle 550 may serve as a guide so that the wire, which is the filler metal, is supplied to the welding pool.
  • the wire discharged from the wire nozzle 550 is preferably discharged in a straight line. This is because the wire nozzle 550 is easier to control when it is formed to be discharged in a straight line.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of a feeding apparatus 600 according to an embodiment of the present invention.
  • the feeding device 600 may include a feeding motor 610, a wire spool 620, and a wire spool cover 630.
  • the feeding motor 610 is formed to rotate the wire spool 620 to supply the filler wire from the wire spool 620 to the welding pool.
  • Wire constituting the wire spool 620 may be a filler material of Inconel 690 material.
  • the wire spool cover 630 may be formed to fix the wire spool 620 to the body 300.
  • FIG. 7 is a state diagram used in the automatic welding apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the rail unit 400 is fixed to the flange 210.
  • the rail unit 400 may be suspended and fixed to the flange 210 by the hook unit 450 of the rail unit 400.
  • the body 300 and the feeding device 600 are integrally rotated along the rail of the rail unit 400 by the rotary motor 310. Since the supply device 600 includes a wire spool 620, the body 300 and the wire spool 600 may move together.
  • the supply device 600 is installed in the lower portion of the cooling line 220 so as not to interfere with the rotation.
  • the torch 540 may be tiltable. Parts other than the portion where the flange 210 and the nozzle portion 230 meet are welded while the torch 540 moves in parallel with the nozzle portion 230.
  • reference numeral 710 denotes a work where the flange 210 and the nozzle portion 230 meet by fillet-shaped welding
  • reference numeral 720 denotes a portion where the flange 210 and the nozzle portion 230 meet. Parts other than this indicate that the torch 540 is welded while moving in parallel with the nozzle unit 230.
  • flange 220 cooling line
  • monitoring camera 540 TIG torch
  • feeding motor 620 wire spool
  • the automatic welding device may be applied to a welding device for welding and repairing any one point of a reactor primary system portion including a flange, a pressurizer, and a nozzle portion formed between the flange and the pressurizer.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치는 플랜지, 가압기 및 플랜지와 가압기 사이에 형성된 노즐부를 포함하는 원자로 1차 계통부의 어느 일 지점을 용접하여 보수하는 자동용접장치에 있어서, 상기 플랜지에 장착되는 레일과, 상기 노즐부의 외주와 대면할 수 있도록 서로 교차하는 복수의 축 중 적어도 어느 하나의 축을 중심으로 회전 또는 왕복 운동할 수 있게 형성되는 복수의 멤버를 포함하고, 상기 레일을 따라 회전하는 바디와, 상기 바디의 일단에 배치되어, 상기 외주를 용접할 수 있도록 형성되는 토치부 및 상기 외주를 자동으로 용접할 수 있도록 상기 바디의 회전, 상기 멤버들의 이동 또는 상기 토치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

자동용접장치
본 발명의 일실시예들은 원자력 발전소 1차 계통에 해당하는 가압기 및 플랜지를 서로 연결하는 노즐부를 용접하기 위한 자동용접장치에 관한 것이다.
원자력 발전소 주기기 내의 각종 장비들을 서로 결합시키는 용접부는 원자력 발전소의 운전 년수가 증가함에 따라 응력부식균열(Primary Water Stress Corrosion Cracking, PWSCC)에 의해 결함이 발생하게 되며, 결함이 발생하면 정비를 해주어야 한다. 원자력 발전소 1차 계통은 대부분이 고 방사선 구역이기 때문에 자동정비장치를 이용하여 정비를 수행하며, 각 형상 및 주변 공간 제약으로 인해 특화된 장비를 개발하여 정비 및 용접 보수를 수행하게 된다.
원자력 발전소의 대표적인 주기기(Main apparatus)로는 원자로 용기, 원자로 헤드 및 증기 발생기 등이 있다. 특히 이들 주기기에는 저 합금(Low Alloy)와 스테인리스 강을 용접하기 위해 인코넬(inconel) 600 재질을 사용하여 용접된 이종(Dissimilar materials) 용접부가 있는데, 이들 이종 용접부는 노즐의 크기, 배관의 크기 또는 노즐이 설치된 위치에 따라 정비를 할 때, 각각 상이한 공간 제약 조건을 갖게 된다. 이러한 공간 제약 조건들에 따라 원자력 발전소를 유지 보수하는 기업들은 각각의 제약 조건을 극복할 수 있는 전용 자동용접장치를 개발하여 적용하고 있다.
하지만 원자력 발전소의 가압기와 플랜지 사이에 배치되는 노즐을 대상으로 오버레이 방법으로 정비 및 보수하기 위한 자동용접장치와 관련된 기존 기술은 거의 찾아볼 수 없다. 또한, 플랜지가 적용되지 않는 노즐부를 용접하는 오버레이 용접 장치가 대부분이므로, 플랜지가 적용된 노즐 부분을 용접할 수 있는 자동용접장치가 고려될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 한정된 공간 내에서 보다 효율적으로 동작할 수 있는 자동용접장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치는 플랜지, 가압기 및 플랜지와 가압기 사이에 형성된 노즐부를 포함하는 원자로 1차 계통부의 어느 일 지점을 용접하여 보수하는 자동용접장치에 있어서, 상기 플랜지에 장착되는 레일과, 상기 노즐부의 외주와 대면할 수 있도록 서로 교차하는 복수의 축 중 적어도 어느 하나의 축을 중심으로 회전 또는 왕복 운동할 수 있게 형성되는 복수의 멤버를 포함하고, 상기 레일을 따라 회전하는 바디와, 상기 바디의 일단에 배치되어, 상기 외주를 용접할 수 있도록 형성되는 토치부 및 상기 외주를 자동으로 용접할 수 있도록 상기 바디의 회전, 상기 멤버들의 이동 또는 상기 토치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 레일은 힌지축을 중심으로 서로 이동하여 결합될 수 있도록 한쌍의 반원형 링으로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 레일은, 상기 플랜지에 현수될 수 있도록 상기 레일로부터 상기 플랜지를 향하여 연장되는 후크부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 토치부는, 상기 노즐부 상의 용접 풀(Pool)을 향하는 와이어의 송급을 제어할 수 있도록 상기 와이어의 이동을 모니터링하는 카메라와 모니터링된 결과를 근거로 와이어 노즐을 제어하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 와이어 노즐은 적어도 2개의 축 이상의 방향으로 이동가능하게 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 토치부는 용접시 상기 노즐부의 외주와 상기 토치부와의 간격을 제어할 수 있도록 형성되는 토치 제어 모터를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 바디는 상기 와이어 노즐에 와이어를 공급하는 와이어 스풀을 더 포함하고, 상기 와이어 스풀과 상기 바디는 상기 레일을 따라 일체로 회전할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 자동용접장치는 플랜지에 장착되어 용접할 수 있도록 형성되므로, 가압기와 플랜지를 서로 연결하는 플랜지 타입 노즐부에 적용이 가능할 뿐만 아니라, 냉각재 배관(Reactor Coolant Loop, RCL)에서 분기되는 중소형 배관 등에도 적용이 가능하다.
또한, 바디가 레일부를 따라 회전하며, 서로 다른 세 축 중 적어도 어느 한축에 대해 각 멤버들이 회전 또는 왕복 이동하게 형성되므로, 공간적으로 활동 제약이 있는 부분에 대해서도 다목적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치가 사용되는 용접부위의 단면도.
도 3a와 도 3b은 본 발명의 일 실시예에 따르는 바디의 평면도 및 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레일의 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 토치부의 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 송급장치(Wire Feeder)의 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치의 사용 상태도.
이하, 본 발명에 관련된 자동용접장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르는 자동 용접장치는 원자력 발전소 1차 계통 주기기에 설치된 가압기와 플랜지를 서로 연결하는 노즐부에 형성된 이종 용접부를 오버레이 용접(Overlay Welding)방법으로 정비하기 위한 것이다. 본 발명의 자동용접장치는 원통형 플랜지가 상부에 형성됨으로써, 공간적 제약이 발생하는 노즐부에 대하여 직접 작업이 가능하도록 다관절 타입의 자동 용접장치를 설계한 것이다.
여기서, 오버레이 용접이란, 모재에 약 1mm 이상의 두께로 내마모, 내식, 내열서이 우수한 용접금속을 입히는 방법을 말하는데, 이로 인해 가압기와 노즐부 접촉부분과 플랜지와 노즐부 접촉 부분에 내마모 또는 내식재료를 입힐 수 있다.
특히 본 발명에 따르는 자동용접장치는 고방사선 구역에서 작업이 가능하도록 PC기반(PC-based)의 제어 장치를 이용하여 원격으로 구동되며, 용접 작업시 용가재를 용접 풀(Pool)에 정확하게 송급할 수 있도록 2축 와이어 제어 장치를 포함한다. 또한 필요에 따라 Temperbead 용접을 적용할 수 있으며, 원자력 발전소 현장에서의 적용뿐만 아니라 공장에서의 사용시 공간 제약이 있는 작업 현장에도 효과적으로 적용이 가능하다.
원자력 발전소 1차 계통 기기 중 하나인 가압기에는 탄소강과 스테인리스강을 용접하기 위해 인코넬 600 재질로 용접된 이종 용접부를 가진 여러 노즐들이 설치되어 있다. 이러한 노즐들의 이종 용접부는 PWSCC(Primary Water Stress Corrosion Cracking) 등의 원인으로 결함이 발생하게 되며, 결함이 발생하면 발전소의 안전에 심각한 영향을 주기 때문에 정비를 해주어야 한다. 하지만 일단 결함이 발생한 후에 정비를 하게 되면 발전소 운전 정비 및 과다한 정비 비용으로 인해 많은 문제가 발생하게 되므로, 최근에는 결함이 발생하지 않도록 예방정비를 적용하고 있다. 가압기 노즐의 예방 정비는 앞서 설명한 바와 같이 오버레이 방법을 사용할 수 있다.
오버레이 방법은 이종 용접부 위에 PWSCC 저항성이 강한 인코넬 690과 같은 재질을 사용하여 설계된 두께(기존 두께를 관통하는 결함을 가정하여 설계)만큼 용접을 하여 구조적인 강도를 추가적으로 확보하기 위한 방법이다. 하지만 가압기 노즐이 설치되어 있는 곳이 고 방사선 구역이기 때문에 사람에 의한 수동 용접은 불가능하다. 또한 자동 용접의 경우 플랜지 타입의 노즐은 가압기 축과 평행하게 설치되어 있기 때문에 생기는 주변 공간 제약으로 인해 기존 자동 장비로는 적용이 불가능하다. 즉, 플랜지와 가압기 몸체와의 거리가 약 200mm 정도 떨어져 있고, 노즐과 플랜지가 직각으로 설치되어 있기 때문에 실제 용접시 제약이 발생하게 된다. 또한 노즐 재질이 저 합금이기 때문에 용접 후 후 열처리를 해주어야 하나, 발전소에 설치된 대형 구조물의 경우 정비 대상을 후 열처리하는 것을 매우 어렵다. 이를 해결하기 위해 Temperbead 용접 방법을 적용하게 되는데, 정비시 자동용접장치는 이를 대비하여 Temperbead 공정을 수행할 수 있도록 장비가 설계되어 있어야 한다.
본 발명의 실시예에 따르는 자동용접장치는 바디에 토치부가 탈착가능하게 형성되므로, 오버레이 용접 뿐만 아니라 Temperbead 공정을 수행할 수 있다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치를 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치의 개념도이다.
자동용접장치(100)는 바디(300), 레일부(400), 토치부(500) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
바디(300)는 레일부(400)을 따라 회전할 수 있도록 형성되는 회전 유닛(일 예로 롤러, 350), 회전 모터(310, 도 3a 참고), 서로 다른 축을 기준으로 회전하거나 왕복하는 멤버들(도 3a의 321, 331, 도 3b의 341 참고) 및 상기 멤버들을 구동시키는 모터들(320, 330, 도 3b의 340)을 포함할 수 있다. 모터는 모터와 각 멤버들 또는 회전 유닛과의 연결관계에 따라 그 수가 증감될 수 있다.
일 예로 바디(300)는 세 개의 축을 기준으로 각각의 멤버들이 서로 다른(other) 축을 기준으로 회전하게 형성될 수 있다. 즉, 제1축 멤버는 제1축 구동 모터에 의해 제1축을 중심으로 회전할 수 있다. 제2축 내지 제3축도 마찬가지다. 제1축 내지 제3축은 직교 좌표계상의 서로 교차하는 X축, Y축, 또는 Z축 중의 어느 하나일 수 있다.
다른 예로, 도 1과 도 3a 및 도 3b에서 도시한 바와 같이, 바디(300)를 구성하는 각 멤버들(321, 331, 341)을 각각 X축 또는 Z축을 중심으로 회전시키고, Z축 방향으로 왕복운동시키도록 형성될 수 있다. 이 때, 제1 멤버(321)는 X축 모터(320)에 연결되어 X축을 중심으로 회전하게 형성되고, 제2 멤버(331)는 회전 모터(330)에 연결되어 Z축을 중심으로 회전하도록 형성되며, 제3 멤버(341)는 Z축 모터(340)에 연결된 회전로드(342)를 따라 Z축 방향으로 왕복운동하도록 형성될 수 있다.
바디(300)의 일단에 형성되는 제2 멤버(331)에는 토치부(500)가 결합되는 토치 결합부(501)가 형성된다. 토치부(500)는 토치 결합부(501)에 탈착가능하게 결합된다.
토치부(500)는 직접 용접을 수행하는 TIG(Tungsten Insert Gas)토치(540)를 구비하여 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치가 사용되는 용접부위의 단면도이다.
플랜지(210)는 적어도 일부가 원통형 바디로 형성된다. 그리고 플랜지(210)의 하부에 적어도 일부가 곡률을 갖도록 형성되는 노즐부(230)가 배치될 수 있다. 플랜지(210)는 스테인리스 스틸 재질이며, 노즐부(230)는 저 합금 재질로 이루어질 수 있다. 플랜지(210)와 노즐(230)을 서로 결합시키는 부분(241 또는 242)은 인코넬 600 재질로 용접되어 연결되어 있다. 이 때, 플랜지(210)의 내경(A)은 320mm, 외경(B)은 500mm이며, 높이(H)는 200mm가 될 수 있다.
플랜지(210)의 하부에 형성되는 노즐부(230)는 플랜지(210)의 간섭으로 인해 정비 또는 보수를 할 때, 공간적인 제약을 갖게 된다. 즉, 노즐부(230)의 상부에 노즐부(230)보다 큰 직경을 갖는 플랜지(210)가 형성되기 때문에, 플랜지(210)의 하부에 형성된 노즐부(230)는 정비 또는 보수가 어려운 부분이 된다.
따라서, 플랜지(210)와 가압기(270) 사이에 형성되는 공간 내에서 자동용접장치(100)가 구동될 수 있도록 설계되어야 한다. 또한 비상 상황을 대비한 냉각라인(220)이 플랜지(210)에 연결되는데, 실제 용접시 냉각라인(220)의 간섭으로 인해 자동용접장치(100) 설치 및 구동에 문제가 발생할 수 있다. 냉각라인(220)은 현장 작업시 플랜지(210)로부터 제거 후 다시 설치할 수 있으나, 이러한 재설치는 작업 공정을 복잡하게 만든다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르는 자동용접장치(100)는 레일부(400)을 따라 바디(300)가 이동가능하게 형성되어 냉각라인(220)을 제거하지 않아도 용접이 가능도록 이루어진다.
도 3a와 도 3b은 본 발명의 일 실시예에 따르는 바디(300)의 평면도 및 측면도이다.
바디(300)는 회전 모터(310)에 의해 레일부(400)을 따라 회전하면서 플랜지(210)의 외주를 따라 이동할 수 있다. 이 때, 제1 멤버(321)는 제1 모터(320)에 의해 구동되며, 직선형 구동이 아니라 회전을 통해 어느 일방향으로 이송시켜 준다. 이와 같이 제1 멤버(321)가 직선형 구동 방식으로 동작하지 않기 때문에, 제1 멤버(321)의 이동으로 인해 바디(300)의 일단에 배치된 토치부(500)가 용접을 하고자하는 부위에 접근하지 못하여 용접을 하고자하는 부위와 실제 토치부(500)가 이동한 위치 사이에 오차가 발생하게 된다.
제어부는 제1 멤버(321)를 제외한 제2 멤버(331)나 제3 멤버(341)를 회전시키거나 왕복 운동시켜 오차를 수정하게 된다. 즉, 토치부(500)가 용접을 하고자하는 부위에 접근시키기 위하여, 토치부(500)의 이동을 미리 계산하지 않고도, 제1 멤버(321)를 이동시킨 후 제2 멤버(331)나 제3 멤버(341)가 직선 이동이나 회전 이동을 하도록 순차적으로 제어하여 토치부(500)를 용접하고자 하는 부위에 접근시킬 수 있다.
이로 인해, 플랜지(210)와 노즐부(230)가 서로 접촉하는 부분에서 수직에 가까운 플랜지(210)와 노즐부(230)의 두 면을 용접하는 필렛(fillet) 용접을 보다 용이하게 수행할 수 있다. 바디(300)는 회전 모터(310)에 의해 레일부(400)을 따라 이송될 수 있으며, 보호 덮개(360)는 이물질 등에 의해 바디(300)가 영향을 받는 것을 최소화하기 위해 플랜지(210)와 바디(300) 사이에 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레일부(400)의 개념도이다. 레일부(400)은 플랜지(210)의 외주를 감싸도록 형성될 수 있다. 이와 달리 레일부(400)는 후크부(450)를 구비하여, 후크부(450)가 플랜지(210)의 상면에 결합되어 도 7에 도시된 바와 같이, 레일이 플랜지(210)에 매달리도록 형성될 수도 있다.
플랜지(210)의 외주를 감싸도록 형성되는 경우, 반원형의 링 형상으로 이루진 한쌍의 레일 멤버들(410, 420)이 힌지(430)를 통해 회전하여 서로 결합되도록 형성될 수 있다. 이로 인해 플랜지(210)에 레일부(400)이 용이하게 착탈될 수 있다. 힌지(430)는 레일부(400)을 분리할 경우 자연스럽게 회전이 가능하도록 좌측 레일 멤버(410)와 우측 레일 멤버(420)가 힌지(430)에 의하여 회전가능하게 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 토치부(500)의 개념도이다.
토치부(500)는 AC 모터(510), 토치(540), 와이어 노즐 제어 모듈(520), 카메라(530), 와이어 스풀(Wire Spool, 620)에 연결되는 와이어 노즐(550)을 포함하여 형성될 수 있다. 토치 제어 모터인 AC 모터(510)는 용접시 모재와 토치(540) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 토치(540)를 왕복 이송시키거나 토치(540)의 기울기를 조절한다.
와이어 노즐(550)은 적어도 하나 이상의 축방향으로 회전 또는 직선 이동가능하게 형성된다. 이 때, 와이어 노즐(550)이 둘 이상의 축방향으로 이동가능하게 형성되면, 바디(300)를 이동시키지 않으면서도 용접 풀을 향하여 와이어를 송급시킬 수 있다. 여기서 용접 풀(Pool)은 토치(540)에 의해 모재 등이 녹아 용융된 부분을 말한다.
와이어 노즐 제어 모듈(520)은 하나 이상의 축방향으로 상기 와이어 노즐(550)을 이동가능하게 형성되어, 용가재인 와이어를 용접 풀에 송급할 수 있도록 제어한다.
용가재인 와이어를 제어할 경우 모니터링 카메라(530)를 이용하여 제어할 수 있다. 모니터링 카메라(530)는 용접시 토치(540)를 용접 위치에 위치시킬 경우, 용접 풀의 관찰 및 용가재인 와이어가 정확한 위치에 송급되도록 모니터링하고 모니터링 결과를 와이어 노즐 제어 모듈(520)로 신호로 전송한다. 와이어 노즐 제어 모듈(520)은 모니터링 된 결과를 토대로 와이어 노즐(550)을 제어하여 와이어가 용접 풀에 송급되도록 와이어 노즐(550)을 이동시킨다. 그리고, 와이어 노즐(550)은 용가재인 와이어가 용접 풀에 송급되도록 가이드 역할을 할 수 있다. 와이어 노즐(550)로부터 배출되는 와이어는 직선으로 배출되는 것이 바람직하다. 직선으로 배출되도록 형성하면, 와이어 노즐(550)의 제어가 보다 용이하기 때문이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 송급장치(600)의 개념도이다.
송급장치(600)는 피딩 모터(610), 와이어 스풀(620) 및 와이어 스풀 덮개(630)를 포함할 수 있다. 피딩 모터(610)는 와이어 스풀(620)을 회전시킴으로써, 용가재인 와이어를 와이어 스풀(620)로부터 용접 풀로 송급할 수 있도록 형성된다. 와이어 스풀(620)을 구성하는 와이어는 인코넬 690 재질의 용가재가 사용될 수 있다. 와이어 스풀 덮개(630)는 와이어 스풀(620)을 바디(300)에 고정할 수 있도록 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치(100)의 사용 상태도이다.
레일부(400)는 플랜지(210)에 고정된다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이 레일부(400)의 후크부(450)에 의해 플랜지(210)에 레일부(400)가 현수되어 고정될 수 있다. 용접시 바디(300)와 송급장치(600)는 회전 모터(310)에 의해 일체로 레일부(400)의 레일 따라 회전하게 된다. 송급장치(600)는 와이어 스풀(620)을 포함하므로, 바디(300)와 와이어 스풀(600)이 일체로 이동할 수 있다.
송급장치(600)는 회전에 방해되지 않도록 냉각라인(220)의 하부에 설치된다.
플랜지(210)와 노즐부(230)가 만나는 부분은 필렛 형태의 용접 방법이 필요하므로, 토치(540)는 틸팅가능하게 형성될 수 있다. 그리고, 플랜지(210)와 노즐부(230)가 만나는 부분 이외의 부분은 토치(540)가 노즐부(230)에 평행하게 이동하면서 용접한다.
도 7의 도면 부호 710은 플랜지(210)와 노즐부(230)가 만나는 부분을 필렛 형태의 용접으로 작업하는 것을 표시하고 있으며, 도면 부호 720은 플랜지(210)와 노즐부(230)가 만나는 부분 이외의 부분은 토치(540)가 노즐부(230)에 평행하게 이동하면서 용접하는 것을 표시하고 있다.
상기와 같이 설명된 자동용접장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
[부호의 설명]
100: 자동용접장치 200: 원자로 1차 계통부
210: 플랜지 220: 냉각라인
230: 노즐부 241, 242: 용접대상부위
300: 바디 310: 회전 모터
320: 제1 모터 330: 제2 모터
340: 제3 모터 350: 롤러
360: 보호 덮개 400: 레일부
410: 좌측 레일 420: 우측 레일
430: 힌지 440: 레일 조립기
450: 후크부
500: 토치부 510: AC 모터
520: 와이어 노즐 제어 모듈
530: 모니터링 카메라 540: TIG 토치
550: 와이어 노즐 600: 송급장치
610: 피딩 모터 620: 와이어 스풀
630: 와이어 스풀 덮개
710: 토치부의 제1 위치
720: 토치부의 제2 위치
본 발명의 일 실시예에 따르는 자동용접장치는 플랜지, 가압기 및 플랜지와 가압기 사이에 형성된 노즐부를 포함하는 원자로 1차 계통부의 어느 일 지점을 용접하여 보수하는 용접장치에 적용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 플랜지와 가압기 사이에 형성된 노즐부를 보수하는 자동용접장치에 있어서,
    상기 플랜지에 장착되는 레일;
    상기 노즐부의 외주와 대면할 수 있도록 서로 교차하는 복수의 축 중 적어도 어느 하나의 축을 중심으로 회전 또는 왕복 운동할 수 있게 형성되는 복수의 멤버를 포함하고, 상기 레일을 따라 회전하는 바디;
    상기 바디의 일단에 배치되어, 상기 외주를 용접할 수 있도록 형성되는 토치부; 및
    상기 외주를 자동으로 용접할 수 있도록 상기 바디의 회전, 상기 멤버들의 이동 또는 상기 토치부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 자동용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레일은 힌지축을 중심으로 서로 이동하여 결합될 수 있도록 한 쌍의 반원형 링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레일은,
    상기 플랜지에 현수될 수 있도록 상기 레일로부터 상기 플랜지를 향하여 연장되는 후크부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토치부는,
    상기 노즐부 상의 용접 풀(Pool)을 향하는 와이어의 송급을 제어할 수 있도록 상기 와이어의 이동을 모니터링하는 카메라와 모니터링된 결과를 근거로 와이어 노즐을 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 와이어 노즐은 적어도 2개의 축 이상의 방향으로 이동가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 토치부는 용접시 상기 노즐부의 외주와 상기 토치부와의 간격을 제어할 수 있도록 형성되는 토치 제어 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동용접장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 바디는 상기 와이어 노즐에 와이어를 공급하는 와이어 스풀을 더 포함하고,
    상기 와이어 스풀과 상기 바디는 상기 레일을 따라 일체로 회전하는 것을 특징으로 하는 자동 용접장치.
PCT/KR2012/011048 2011-12-20 2012-12-18 자동용접장치 WO2013094956A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201280062813.2A CN104010761B (zh) 2011-12-20 2012-12-18 自动焊接装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20110138532 2011-12-20
KR10-2011-0138532 2011-12-20
KR10-2012-0147681 2012-12-17
KR1020120147681A KR101412595B1 (ko) 2011-12-20 2012-12-17 자동용접장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013094956A1 true WO2013094956A1 (ko) 2013-06-27

Family

ID=48668783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2012/011048 WO2013094956A1 (ko) 2011-12-20 2012-12-18 자동용접장치

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013094956A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108655531A (zh) * 2016-04-28 2018-10-16 丽水市飞天人机械设计有限公司 一种吊顶式气焊枪头旋吊装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07100695A (ja) * 1993-10-01 1995-04-18 Tomoe Giken:Kk 溶接ロボット用走行レールの取付け方法及び装置
JP2005279720A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Toshiba Corp 水中溶接ヘッド、水中溶接装置、および水中溶接装置を用いた溶接工法
KR20060012809A (ko) * 2004-08-04 2006-02-09 학교법인 울산공업학원 하이브리드 용접 제어장치
KR100982486B1 (ko) * 2008-02-01 2010-09-16 목포대학교산학협력단 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치
KR20110062086A (ko) * 2009-12-02 2011-06-10 한국생산기술연구원 원형레일 및 이를 이용한 원통 외주면 용접을 위한 자동 용접장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07100695A (ja) * 1993-10-01 1995-04-18 Tomoe Giken:Kk 溶接ロボット用走行レールの取付け方法及び装置
JP2005279720A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Toshiba Corp 水中溶接ヘッド、水中溶接装置、および水中溶接装置を用いた溶接工法
KR20060012809A (ko) * 2004-08-04 2006-02-09 학교법인 울산공업학원 하이브리드 용접 제어장치
KR100982486B1 (ko) * 2008-02-01 2010-09-16 목포대학교산학협력단 파이프 내면 용접장치용 유닛 및 이를 이용한 파이프 내면 용접장치
KR20110062086A (ko) * 2009-12-02 2011-06-10 한국생산기술연구원 원형레일 및 이를 이용한 원통 외주면 용접을 위한 자동 용접장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108655531A (zh) * 2016-04-28 2018-10-16 丽水市飞天人机械设计有限公司 一种吊顶式气焊枪头旋吊装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101478480B1 (ko) 다관절 매니퓰레이터
TWI462118B (zh) 用於核子反應爐之檢查，保養，修理設備及方法
JPH08334591A (ja) 炉心シュラウドのガース溶着部を遠隔検査する装置と方法
JP6245665B2 (ja) 原子炉内のアクセスが制約された領域でセンサ位置を制御する装置および方法
KR101745802B1 (ko) 가압기 히터 슬리브 보수용 자동 용접장치와 그 설치방법
JP3597570B2 (ja) 原子炉解体方法およびその装置
WO2013094956A1 (ko) 자동용접장치
KR101412595B1 (ko) 자동용접장치
US5164151A (en) Manipulator system for an enclosure with a limited access point
US20120269311A1 (en) In-reactor piping work device and in-reactor piping work method
EP3323129B1 (en) Automated work platform assembly
KR20120003538A (ko) 원자력 발전소 1차 계통 관통 노즐 정비용 자동 용접장치
WO2021248646A1 (zh) 一种用于石油钻井设备钻头火焰喷焊硬面工艺的自动化工作站及其工作方法
RU2630327C1 (ru) Способ соединения и разъединения труб для добычи битуминозной нефти и устройство для лазерной сварки и резки при реализации способа
EP0652069B1 (en) Apparatus and method for sequentially registering tool modules for a welding operation of a tube
JP5028023B2 (ja) 原子炉内アニュラス部の予防保全方法及び予防保全装置
CN114101868B (zh) 核电用屏蔽主泵Canopy密封环的自动焊接设备及方法
KR20130003864A (ko) 원자로 증기발생기의 노즐댐 설치 및 제거용 로봇장치
EP2847768B1 (en) Tubesheet walker for heat exchanger inspections
EP2907140B1 (en) Apparatus and method to inspect, modify, or repair nuclear reactor core shrouds
JP2000061691A (ja) 配管溶接機
WO2013100470A1 (ko) 자동코팅장치
KR100301161B1 (ko) 원자력증기발생기1차습분분리기보수장치
JP2000206287A (ja) 原子炉内作業ロボット
JP5028446B2 (ja) 原子炉内におけるボルトの撤去方法およびその装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12859945

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: PUNO 1205A: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A SENT 22.10.14)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12859945

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1