KR20200032929A

KR20200032929A - 이중 용접 장치

Info

Publication number: KR20200032929A
Application number: KR1020180112191A
Authority: KR
Inventors: 배창준
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-27

Abstract

본 발명은, 양측 금속판을 연결할 때, 양측 금속판 사이에 용접성이 양호한 용접밴드를 개재시키고, 이 용접밴드의 양측 접합부를 동시에 용접할 수 있는 이중 용접 장치에 관한 것으로, 이는 양측 금속판을 각각 고정하는 복수의 클램프; 상기 복수의 클램프 사이에 위치되어, 상기 양측 금속판의 단부들 사이에 개재되는 용접밴드를 고정하는 고정부; 및 상기 고정부에 고정된 상기 용접밴드의 양측 선단과 각 금속판의 단부 사이를 동시에 용접하는 이중 용접용 헤드를 포함한다.

Description

이중 용접 장치 {Dual welding apparatus}

본 발명은 양측 금속판을 연결할 때, 양측 금속판 사이에 개재되는 용접밴드를 사용하면서 용접밴드의 양측 접합부를 동시에 용접할 수 있도록 된 이중 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철소의 연속라인에 있어서, 선행코일강판의 후단부와 후행코일강판의 선단부를 연결하는 용접과정이 필수요소이다.

이러한 용접을 위해 선행코일강판의 후단부와 후행코일강판의 선단부를 절단기에 의해 절단하여 용접될 접합부를 일치시킨 후, 클램프에 의해 고정된 양측 강판은 예컨대 레이저 용접기와 같은 용접장치에 의해 접합된다.

통상, 연속라인을 위한 용접에서는 맞대기 용접과 같이 접합부를 오버랩하지 않고 양측 강판의 단부를 서로 마주 댄 상태에서 용접을 하게 되며, 간혹 접합시 용접품질의 향상을 위해 리드재라는 강판을 사용하여 선행코일강판의 후단부와 후행코일강판의 선단부 사이의 연결재로 사용하고 있다.

하지만, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이 리드재(3)는 최소 20미터 이상의 길이로 사용되며, 리드재의 양측에서 각각 선행코일강판(1)의 후단부 및 후행코일강판(2)의 선단부와의 연결을 위해 2회의 용접을 시행함으로써 생산 효율을 저하시킨다. 또한, 실제 제품으로 사용할 수 없는 리드재는 사용 후 스크랩 등으로 폐기 처리되고 있어 원가 상승의 원인이 되고 있다.

더구나, 용접한 접합부가 연속라인을 통과하는 과정에서 용접불량에 의해 끊어지는 사례가 빈번하게 발생하여 조업에 막대한 피해를 주고 있다.

(특허문헌 1) KR 497667 B1

이에 본 발명은, 양측 금속판을 연결할 때, 양측 금속판 사이에 용접성이 양호한 용접밴드를 개재시키고, 이 용접밴드의 양측 접합부를 동시에 용접할 수 있는 이중 용접 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 용접 장치는, 양측 금속판을 각각 고정하는 복수의 클램프; 상기 복수의 클램프 사이에 위치되어, 상기 양측 금속판의 단부들 사이에 개재되는 용접밴드를 고정하는 고정부; 및 상기 고정부에 고정된 상기 용접밴드의 양측 선단과 각 금속판의 단부 사이를 동시에 용접하는 이중 용접용 헤드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 양측 금속판 사이에 용접성이 양호하고 금속판들 사이의 간격을 대폭 줄일 수 있는 용접밴드를 개재시켜 보다 우수한 용접품질을 확보하면서 제조 원가를 절감할 수 있게 됨과 더불어, 용접밴드의 양측 접합부를 동시에 용접할 수 있어 생산 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 용접 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2의 (a)는 종래기술에 따른 용접 장치를 사용하여 연결된 양측 금속판을 개략적으로 도시한 도면이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 용접 장치를 사용하여 연결된 양측 금속판을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 용접 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 용접 장치는, 양측 금속판(10, 20)을 각각 고정하는 복수의 클램프(40); 이들 클램프 사이에 위치되어, 양측 금속판의 단부들 사이에 개재되는 용접밴드(30)를 고정하는 고정부(50); 및 이 고정부에 고정된 용접밴드의 양측 선단과 각 금속판의 단부 사이를 동시에 용접하는 이중 용접용 헤드(70)를 포함하고 있다.

클램프(40)는, 금속판(10, 20)의 단부를 아래에서 지지하는 지지부(41); 이 지지부에 대응되게 배치되어 금속판(10, 20)의 단부를 위에서 지지하는 조임부(42); 및 지지부 또는 조임부 중 적어도 어느 하나에 가압력을 인가하는 구동부(43)를 포함할 수 있다.

도 1에는 지지부(41) 및 조임부(42)가 판재 형상으로 도시되어 있지만, 지지부 및 조임부의 형상은 반드시 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 블록 형태로 형성되어도 무방하다.

또한, 지지부(41) 또는 조임부(42)는 금속판(10, 20)의 폭방향 길이보다 다소 긴 길이를 갖는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 용접하는 도중에 금속판의 움직임을 방지하고 안정적으로 보유지지할 수만 있다면 금속판의 폭방향 길이보다 다소 짧은 길이를 가져도 된다.

금속판(10, 20)의 단부에 가압력을 인가하는 구동부(43)는 용접하는 도중에 금속판의 움직임을 방지하고 안정적으로 지지하기 위해 지지부(41) 또는 조임부(42)의 길이방향 양측 단부에 인접하여 복수개로 구비되는 것이 좋다.

또, 도시를 용이하게 하기 위해 도 1에는 금속판(10, 20)의 단부를 위에서 지지하는 조임부(42) 상에 구동부(43)가 배치되는 것으로 나타나 있지만, 구동부의 위치는 반드시 이에 한정되지 않는다.

이러한 구동부(43)로는 작동로드(44)를 갖춘 예컨대 유체압 실린더 또는 전기식 액츄에이터 등과 같은 액츄에이터가 채용될 수 있다.

이러한 경우에, 구동부(43)가 지지부(41) 또는 조임부(42) 중 적어도 어느 하나에 가압력을 인가하게 됨으로써, 지지부와 조임부 사이에 금속판(10, 20)의 단부를 두고서 지지부와 조임부가 금속판 쪽으로 그리고 서로를 향해 밀착되어, 금속판의 단부를 조임 고정할 수 있게 된다.

양측 금속판(10, 20)의 단부들 사이에는 금속으로 되고서 용접성을 향상시킬 수 있는 성분을 함유한 용접밴드(30)가 개재될 수 있는데, 고정부(50)는 이와 같이 용접 전에 제공되는 용접밴드를 보유지지하고 있게 된다.

이러한 고정부(50)는 자력에 의해 용접밴드(30)를 보유지지할 수 있으며, 이를 위해 고정부는 영구자석 또는 전자석으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 고정부 상에 걸쳐 용접밴드가 완전히 위치된 후 자력을 발생시키도록, 즉 선택적으로 자력을 발생시키도록, 고정부로는 전자석이 채택되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 고정부(50)는 양측 금속판(10, 20)의 단부들을 연결하는 용접이 완료될 때까지 양측 금속판의 단부들 사이에 개재되어 함께 용접되는 용접밴드(30)를 보유지지할 수 있다.

추가로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 용접 장치는, 일정한 폭을 가진 용접밴드(30)를 고정부(50) 상에 공급하는 용접밴드 공급부(60)를 포함할 수 있다. 여기서, 용접밴드의 폭은 약 50 내지 80밀리미터의 범위 내에 있을 수 있다.

용접밴드(30)의 폭이 50밀리미터 미만인 경우에는 용접될 양측 선단이 너무 인접하게 되어, 형성되는 접합부의 열응력에 악영향을 끼치게 되므로 바람직하지 않다.

반대로, 용접밴드(30)의 폭이 80밀리미터를 초과하는 경우에 이를 반영하여 후술하는 용접밴드 공급부(60)나 이중 용접용 헤드(70)를 구성하는 구성요소들의 크기가 크게 되므로, 설비를 과도하게 대형화하고 많은 공간을 차지하는 문제가 있게 된다.

용접밴드 공급부(60)는, 용접밴드(30)가 권취된 공급롤(61), 이 공급롤의 일측에 위치하여 용접밴드를 눌러주는 적어도 하나의 지지롤(62), 공급롤로부터 이격되어 위치하고 권출되는 용접밴드의 형상을 교정하는 한 쌍의 수정롤(63), 및 고정부(50)에 인접하게 배치되어 이 고정부에 공급된 용접밴드를 절단하는 절단날(64)을 포함할 수 있다.

용접밴드(30)가 코일 형태로 권취된 공급롤(61)에는 예컨대 기어 등과 같은 전동기구를 매개로 하여 또는 직접적으로 공급롤의 롤축이 구동모터(65)에 연결되어 구동될 수 있다.

혹은, 구동모터(65)와 같은 구동수단에 의해 회전가능한 한 쌍의 구동롤(미도시)이 마련되며, 이들 구동롤 사이에 공급롤(61)이 위치하여 지지됨으로써, 구동롤이 구동수단에 의해 회전할 때 공급롤이 함께 회전하도록 구성되어도 된다.

적어도 하나의 지지롤(62)은 코일 형태로 권취된 용접밴드(30)의 외경부를 지지할 수 있도록 회전하게 된다. 이러한 지지롤은 일종의 아이들롤(idle roll)로서, 이 지지롤의 롤축은 예를 들어 링크부재(66)의 일측에 회전가능하게 지지될 수 있다.

링크부재(66)는, 도시되어 있지 않지만, 그 타측에 이 링크부재를 선회가능하게 지지하는 힌지와, 링크부재를 선회시키는 구동력을 제공하는 예컨대 유체압 실린더 등과 같은 구동수단이 연결될 수 있다.

이와 같이, 지지롤(62)은, 회전하는 공급롤(61)에 코일 형태로 권취된 용접밴드(30)의 외경부를 지지함으로써 용접밴드의 풀림을 원할하게 유지할 수 있다.

한 쌍의 수정롤(63) 중 적어도 어느 하나의 롤축에는 예컨대 유체압 실린더 등과 같은 가압수단(67)이 연결되어, 이 가압수단의 작동에 따라 해당 수정롤이 대응되는 다른 수정롤 쪽으로 이동할 수 있게 되어 있다.

이와 같이, 한 쌍의 수정롤(63) 중 적어도 어느 하나가 이동하여 수정롤들이 서로를 향해 압착되게 됨으로써, 공급롤(61)로부터 권출되는 용접밴드(30)의 만곡된 형상이 직선의 형상으로 교정되고, 이에 따라 용접밴드는 일정한 형상 및 평탄도를 유지한 채로 고정부(50)에 공급될 수 있게 되는 것이다.

한편으로, 후술하는 절단날(64)에 의해 권출되는 용접밴드(30)가 절단된 후에는 한 쌍의 수정롤(63)이 서로를 향해 압착되게 됨으로써, 절단된 용접밴드를 파지하고 있게 된다.

절단날(64)은 고정부(50)의 일측 단부에 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도시되지 않은 센서에 의해 용접밴드(30)의 자유단이 고정부의 타측 단부에 도달한 것이 감지될 때 또는 고정부의 전자석에 전원이 인가되어 자력이 발생할 때, 절단날이 작동되어 용접밴드를 소정의 길이(금속판의 폭방향 길이와 거의 동일한 길이)로 절단할 수 있다.

이와 같이 해서, 소정의 길이로 절단된 용접밴드(30)가 자력이 발생한 고정부(50) 상에 고정된 후, 이중 용접용 헤드(70)가 작동하여 용접밴드의 양측 선단과 각 금속판(10, 20)의 단부 사이를 동시에 용접할 수 있다.

이중 용접용 헤드(70)는 복수의, 예컨대 2개의 용접토치(71)를 구비할 수 있다.

바람직하기로 2개의 용접토치(71)는 2개의 레이저 발진기(72)에 의해 독립적으로 작동되어 각각의 레이저 빔(L)을 조사하는 2개의 레이저 용접토치로 구성될 수 있다.

혹은, 도시된 바와 같이 2개의 용접토치(71)는 단일 레이저 발진기(72)에 의해 발생된 레이저 빔을 레이저 빔 스플리터(73)에 의해 2개의 레이저 빔(L)으로 분할하여 각각 제공받는 2개의 레이저 용접토치로 구성될 수 있다.

2개의 용접토치(71)로부터 조사되는 2개의 레이저 빔(L)은 용접밴드(30)의 폭방향(즉, 금속판의 길이방향)을 따라 정렬될 수 있다. 다시 말해, 2개의 레이저 빔은 병렬로 배치되어 나란히 진행하면서, 서로 이격된 접합부(W)를 형성하도록 용접밴드의 양측 선단과 각 금속판(10, 20)의 단부 사이를 동시에 용접할 수 있다.

이러한 이중 용접용 헤드(70)는 레이저 발진기(72)를 고정한 채로 또는 레이저 발진기와 함께, 도시되지 않은 플랫폼을 따라 이동함으로써, 금속판(10, 20)의 폭방향 일측 선단에서 타측 선단까지 이동하면서 복수의 레이저 빔(L)을 동시에 조사하여 용접을 수행할 수 있다.

이중 용접용 헤드(70)의 이동 속도는 최적의 용접 조건을 촉진하도록 설정될 수 있으며, 설정된 이동 속도로 용접이 원활히 이루어질 수 있다면 이중 용접용 헤드를 위한 이동수단은 특별히 한정되지 않는다.

레이저 발진기(72)는 레이저 빔(L)을 출력으로 발생하는 레이저 에너지원으로서, 이러한 출력을 부여하기 위해 사용되는 레이저는 특별히 제한되지 않지만, 고체 레이저(예컨대 직접 다이오드 레이저, Nd:YAG 레이저), 반도체 레이저, 가스 레이저(예컨대 이산화탄소, 헬륨 네온, 아르곤 이온 등), 화학 레이저, 엑시머 레이저, 색소 레이저 및 자유전자 레이저 등을 비롯한 다양한 형태의 레이저가 채용될 수 있다.

레이저는 연속 또는 펄스 레이저 중 하나로서 동작하도록 구성할 수 있으며, 2개의 레이저 발진기(72)를 사용하는 실시예에서 각 레이저 빔(L)을 위한 전력 레벨은 동일한 것이 좋다.

레이저 빔 스플리터(73)가 사용될 때, 레이저 빔 스플리터는 실질적으로 평행한 방향으로 보낼 수 있도록 하나의 레이저 빔을 2개의 레이저 빔(L)으로 분할하도록 기능한다, 레이저 빔 스플리터는 임의의 광학부재 또는 이들 광학부재의 조합(예를 들면 프리즘 또는 반사경)으로 구성될 수 있다. 또한, 별도의 제어기가 레이저 빔 스플리터에 결합되어, 레이저 빔들 사이의 거리, 초점의 위치 등을 설정할 수 있다.

추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 용접 장치에는, 이중 용접용 헤드(70)의 각도를 조정하는 수단, 이중 용접용 헤드의 높이를 조정하는 수단, 또는 용접토치(71)들 사이의 간격을 조정하는 수단 등이 구비되어, 이중 용접용 헤드는 물론 용접토치들이 용접을 수행하기에 적절한 자세를 취하도록 구성될 수 있다.

이와 같이 구성된 이중 용접용 헤드(70)는 2개의 레이저 빔(L)을 조사하면서 이동하여 단일 용접 패스로 용접밴드(30)의 양측에 각각 2개의 접합부(W)를 동시에 형성할 수 있게 되는 것이다.

도 2의 (a)는 종래기술에 따른 용접 장치를 사용하여 연결된 양측 금속판을 개략적으로 도시한 도면이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 용접 장치를 사용하여 연결된 양측 금속판을 개략적으로 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래의 리드재(3)는 최소 20미터 이상의 길이로 사용되며, 리드재의 양측에서 각각 2회의 용접 패스로 용접을 시행함으로써 접합부가 형성되게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 용접 장치에서는 대략 50밀리미터의 폭방향 길이를 가진 용접밴드(30)를 사용하고서 단일 용접 패스로 용접밴드의 양측에 각각 접찹부(W)가 동시에 형성될 수 있음을 보여 주고 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

예를 들면, 본 명세서에서는 2개의 용접토치로서 레이저 용접토치가 적용된 실시예에 대해 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 가스 용접용 토치, 플라즈마 용접용 토치 등과 같은 용접토치가 적용될 수도 있다.

따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10, 20: 금속판 30: 용접밴드
40: 클램프 50: 고정부
60: 용접밴드 공급부 70: 이중 용접용 헤드
L: 레이저 빔 W: 접합부

Claims

양측 금속판을 각각 고정하는 복수의 클램프;
상기 복수의 클램프 사이에 위치되어, 상기 양측 금속판의 단부들 사이에 개재되는 용접밴드를 고정하는 고정부; 및
상기 고정부에 고정된 상기 용접밴드의 양측 선단과 각 금속판의 단부 사이를 동시에 용접하는 이중 용접용 헤드
를 포함하는 이중 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 이중 용접용 헤드는 복수의 용접토치를 구비한 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.
제2항에 있어서,
상기 용접토치는 레이저 빔을 조사하는 레이저 용접토치인 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.
제3항에 있어서,
2개의 레이저 용접토치는 2개의 레이저 발진기에 의해 독립적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.
제3항에 있어서,
2개의 레이저 용접토치는 단일 레이저 발진기에 의해 발생된 레이저 빔을 레이저 빔 스플리터에 의해 2개의 레이저 빔으로 분할하여 각각 제공받는 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,
2개의 레이저 빔은 상기 용접밴드의 폭방향(금속판의 길이방향)을 따라 정렬되는 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 클램프는,
금속판의 단부를 아래에서 지지하는 지지부;
상기 지지부에 대응되게 배치되어 상기 금속판의 단부를 위에서 지지하는 조임부; 및
상기 지지부 또는 상기 조임부 중 적어도 어느 하나에 가압력을 인가하는 구동부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정부는 자력에 의해 상기 용접밴드를 보유지지하도록, 영구자석 또는 전자석으로 형성된 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 용접밴드를 상기 고정부 상에 공급하는 용접밴드 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.
제9항에 있어서,
상기 용접밴드 공급부는,
상기 용접밴드가 권취된 공급롤;
상기 공급롤의 일측에 위치하여 상기 용접밴드를 눌러주는 적어도 하나의 지지롤;
상기 공급롤로부터 이격되어 위치하고, 권출되는 용접밴드의 형상을 교정하는 한 쌍의 수정롤; 및
상기 고정부에 인접하게 배치되어 상기 고정부에 공급된 용접밴드를 절단하는 절단날
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 용접밴드의 폭은 50 내지 80밀리미터의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 이중 용접 장치.