KR20020069528A - 워크롤 외면의 육성 용접장치 및 작업방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉연강판 제조에 사용되는 워크롤(W)의 육성용접이 가능하도록 잠호용접(SAW：Submerged Arc Welding) 방법을 이용하여 상기 워크롤의 저널부(100)를 자동으로 용접하는 장치 및 작업방법에 관한 것으로서, 상세히는 용융 풀 흘러내림 방지기능과 전진법 용접이 가능하도록 하는 기울이는 방식의 용접헤드(3a)를 장착한 용접장치(1)와; 워크롤을 회전시키고 회전중 밀림을 방지하기 위한 구동장치(2)와; Ø140 이상의 워크롤 저널부의 외면 원주부를 스파이럴(Spiral) 방식으로 용접하는 용접헤드(3a)를 이송시키는 이송장치(3)와; 100℃ 내외에서 예열 및 후열의 수행이 가능한 열처리 장치(4); 및 상기 장치들에 의해 용접결함의 발생을 방지하도록 이루어지는 작업방법에 관한 것이다.

이러한 육성 용접장치 및 작업방법은 워크롤(W) 저널부(100)의 육성용접이 결함없이 자동으로 가능하게 되어, 상기 워크롤을 제작할 때 발생되는 저널부의 가공결함 문제를 해결할 수 있게 되며, 또한 장기간 사용한 워크롤을 재생하는 재경화(Re-hardening) 육성, 로타(Rotor) 등의 단조강 보수에도 활용이 가능하다.

Description

워크롤 외면의 육성 용접장치 및 작업방법{The welding equipment and method for build up on the round surface of work roll}

본 발명은 냉연강판 제조에 사용되는 워크롤 표면의 육성 용접장치 및 작업방법에 관한 것으로서, 상세히는 상기 워크롤을 제작할 때 발생하는 저널부의 가공결함 또는 사용하고 난 후 마모된 표면을 보수하기 위해서, 기울이는 방식의 용접헤드와, 상기 용접헤드의 이송장치와, 워크롤의 밀림 방지를 위한 구동장치와, 예·후열을 수행하는 열처리 장치로 구성되는 육성 용접장치 및 상기 장치들에 의해 실시되는 육성용접 방법에 관한 것이다.

냉연강판 제조에 사용되는 원통 형상의 워크롤(W)은 도 1에 도시한 바와 같이, 저널부(100)인 양측부와 중간부인 배럴부(200)로 구성되며, 냉연강판을 제조하기 위해서 상기 저널부(100)를 축으로 하여 워크롤(W)을 회전시킴과 동시에 상기 배럴부(200)가 열강판을 압착하도록 되어 있다.

이러한 상기 워크롤은 일반적으로 3Cr, 5Cr, 3Cr-1Ni 합금과 함께 고탄소를 함유한 재질로 이루어져 고강도 및 고경도를 갖고 있으며, 용해로→인고트→가열로→단조작업(Forging)→풀림(Annealing)→황삭가공→담금질→정삭가공→연마→검사를 거쳐 출하하는 과정으로 제작된다.

그런데 특히, 상기 워크롤의 저널부는 베어링과 커플링(Coupling) 및 키-웨이(Key-Way) 등이 부착되는 부분으로 정밀한 치수가 요구되기 때문에, 제작과정에서 고정밀 가공이 요구되나, 가공형상이 복잡하여 거의 마지막 공정인 정삭가공 공정에서 종종 상기 저널부의 치수결함 및 가공결함이 발생하고 있다.

이와 같이, 워크롤 제작과정에서 발생되는 저널부의 치수결함 또는 표면 부위에 대한 가공결함은 보수가 불가능하여 처음의 공정 즉, 완제품을 용해로에 넣어 워크롤의 제작과정을 처음부터 다시 수행해야 하므로, 결론적으로 보면 치수결함 및 가공결함으로 인해 워크롤을 폐기해야 되는 심각한 문제를 야기하게 되는데, 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서 워크롤 저널부의 표면 부위에 일종의 덧씌우기인 육성용접을 실시하여 상기 저널부를 보수하는 방법이 있다.

그러나, 워크롤은 재질의 경화능이 매우 높고, 워크롤 표면이 Hs40∼50의 고경도를 가지며, 표면 경화온도가 140℃ 정도에서 이루어지기 때문에 워크롤의 열관리 조건이 매우 까다로워 용접결함이 쉽게 발생한다. 따라서, 이러한 용접결함으로 워크롤의 보수가 매우 어려워 상기한 바와 같이, 가공불량이 발생하면 워크롤을 전량 폐기하고 있다.

따라서, 개선된 육성용접을 수행하기 위한 관련 장치 및 작업방법의 발명은 워크롤을 제작할 때 발생되는 가공결함에 대한 보수 뿐만 아니라, 장기간 사용후 마모된 제품의 재경화 육성에도 활용이 가능하다.

워크롤 육성용접은 수동에 의한 SMAW, FCAW 방법이 가능하나, 이러한 용접법은 스패터(Spatter) 발생에 의해 용접부 주변의 정삭 가공부의 손상과 용접부에 결함을 자주 유발하며, 수동으로 작업이 수행됨에 따라 작업능률이 매우 떨어지는 문제로 인하여 실제 워크롤 육성용접의 적용에는 적합하지 않다.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 워크롤 육성용접의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 육성 용접장치는 잠호용접(SAW：Submerged Arc Welding) 방법의 DCRP가 전원으로 적용되며, 용융 풀이 흘러내리지 않도록 플럭스 관을 사용하고, 용입을 최소화하여 용접결함을 방지하도록 용접헤드를 10∼20°기울이도록 하며, 이송장치는 스파이럴(Spiral) 용접이 가능하도록 구동장치의 회전중에 용접 비드폭만큼 움직이도록 하고, 열처리 장치는 용접 전·후 100℃ 정도에서 60시간 이상 열처리가 가능하도록 한다.

작업방법으로는 워크롤 가공, 1차 예열, 2차 예열, 육성용접 그리고 열처리로에서 후열하는 방법으로 작업을 진행한다.

도 1은 일반적인 워크롤의 정면 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 워크롤의 육성 용접장치의 개략도,

도 3의 (a)는 본 발명에 따른 용접헤드 이송장치의 정면도이고, (b)는 그 측면도,

도 4는 본 발명에 따른 워크롤 열처리 장치의 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 워크롤 외면의 육성 용접방법의 구성도이다.

(도면 부호의 설명)

1...용접장치, 2....구동장치,

3...이송장치, 4...열처리 장치,

5...이동용 바퀴, 6...베이스 구조,

7,7'...지지대, 8...핸들,

9...볼 스크류, 10...헤드 가이드,

11...용접장치 부착판, 12...모터,

13...조(Jaw), W...워크롤.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 워크롤 외면의 육성 용접장치 및 작업방법에 대한 구성을 상세히 설명한다.

워크롤 외면의 육성용접을 수행하기 위하여, Ø140 이상인 워크롤 저널부의 외면 원주부를 스파이럴 방법으로 용접함으로써 용접부의 건전성 확보가 가능한 용접방법이 요구된다. 이러한 육성용접을 수행하기 위해서는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 개선된 용접장치(1), 구동장치(2), 이송장치(3), 열처리 장치(4) 및 작업방법이 선행되어야 한다.

즉, 용접장치(1)는 잠호용접(Submerged Arc Welding)을 수행하기 위한 DCRP 용접전원과 외경 육성용접이 가능한 용접헤드(3a)가 사용되고, 상기 용접헤드(3a)는 워크롤 외경 육성용접이 가능하도록 플럭스 관을 사용하여 용융 풀의 흘러내림을 방지하는 기능과, 전진법에 의한 용입 깊이를 최소화하여 용접결함을 방지하도록 용접헤드(3a)를 10∼20°기울이는 기능을 가지도록 한다.

구동장치(2)는 서로 마주보도록 배치되는 4개의 터닝롤러(2a)를 사용하여 이 터닝롤러(2a)의 사이에 워크롤(W)의 배럴부(200)의 외면 원주부가 밀착되어 상기 워크롤(W)을 회전시키게 되며, 상기 워크롤(W)의 일단에 설치된 스토퍼(2b)에 의해 회전중 워크롤(W)의 밀림을 방지하게 된다.

이송장치(3)는 용접헤드(3a)가 설치된 용접장치(1)를 용접장치 부착판(11)에 부착하여 좌우로 이송하는 역할을 수행하면서 스파이럴(Sprial) 용접이 가능하도록 구동장치(2)의 회전중에 상기 용접헤드(3a)를 용접 비드폭만큼 제어반으로 제어하여 움직이도록 하는 장치이다.

상기 이송장치(3)의 보다 상세한 구성은 도 3의 (a)와 (b)에 도시한 바와 같이, 이동용 바퀴(5)가 달린 베이스 구조(6) 위에 서로 마주보는 지지대(7)(7')를 세우되, 상기 각각의 지지대(7)(7')에는 조(Jaw)(13)에 의해 고정되는 볼 스크류(9)를 설치하고, 지지대(7)(7') 사이를 가로질러 상기 볼 스크류(9)에 연결된 헤드 가이드(10)를 설치하며, 상기 헤드 가이드(10)에는 상기한 용접장치 부착판(11)이 결합되고, 지지대(7)(7') 상단부에 설치되어 볼 스크류(9)에 연결된 핸들(8)의 작동에 의해 헤드 가이드(10)가 상기 볼 스크류(9)를 타고 오르내리게 되어 있다. 또한, 상기 이송장치의 일측에 설치된 모터(12)는 이송장치의 작동을 제어하는 제어반과 케이블 선으로 연결되어 있다.

이와 같이 구성되는 이송장치(3)는 용접장치(1)와 연결하여 워크롤 용접작업의 원점과 끝점 위치에서 센서기능에 의해 용접을 자동 정지하도록 하고, 구동장치의 회전중에 용접헤드를 분당 최소 3㎜ 속도로 이송시켜, 워크롤의 외면에 스파이럴 용접이 가능하게 하며, 프로그램에 의한 자동제어방법으로 위치 및 속도 설정기능을 갖고 있다.

또, 이송장치의 주변기능으로는 제품의 높이에 따라 용접헤드의 위치 셋팅이 용이하도록 좌·우측 볼 스크류에 핸들을 부착하여 상하로 움직이도록 하고, 상하로 이송할 때 좌·우측 위치 차이에 따른 움직임이 원활하도록 하며, 작업 전·후에 있어서 제품을 이동할 때 용접헤드와 간섭이 발생하지 않도록 바퀴가 설치되어 이동이 가능하도록 한다. 또, 작업중 플럭스 보충이 용이하도록 장치의 배면에 발판을 제작하는 방식으로 하며, 용접헤드 설치로 무게중심이 앞으로 쏠려 넘어지지 않도록 베이스 구조가 앞쪽으로 많이 나오게 한다.

열처리 장치(4)는 워크롤의 용접 전·후에 상기 워크롤의 예·후열을 수행하는 장치(도 4 참조)로서, 그 크기는 워크롤 전 제품의 장입이 가능하도록 6000×1000×1200㎜의 크기로 하며, 박스 내부에는 좌·우측에 10㎾ 용량의 히터를 2개 설치하고, 자동으로 온도조절이 되도록 열전대와 콘트롤러를 사용하며, 벽면에는 보온재를 충진하여 외부로 열발산을 최소화 하도록 한다.

본 발명의 작업방법을 설명하면 다음과 같다.

1) 워크롤 저널부의 육성용접을 하기 전에 상기 저널부가 일정한 깊이를 갖도록 가공한다.

이는 가공불량이 3㎜ 이하로 발생하는 경우에만 수행하는 작업절차이다. 즉, 워크롤 저널부의 육성용접을 하게 되면 용접비드의 높이가 초층의 연강 용접부위에서 2㎜, 2층의 경합금 용착부에서 2㎜ 쌓이므로, 경합금 용착부가 보수후 제품 표면에 나오도록 하기 위해서는 상기 워크롤 저널부의 가공깊이가 3㎜ 이상이 되도록 추가로 가공해야 한다.

2) 워크롤을 열처리 장치에 장입하여 100℃로 48시간 이상 1차 예열한다.

3) 워크롤을 열처리 장치에서 꺼내 예열토치를 이용하여 용접할 위치를 국부적으로 250∼300℃로 2차 예열한다.

4) 잠호용접(SAW) 방법으로 워크롤 저널부의 초층을 연강 용접재료로 밑깔기하며, 2층은 경합금(Hard Facing)으로 용접하되, 도 5에 도시한 바와 같이, Ø140 이상의 워크롤(W)에 적용하며, 진행방향은 저널부의 끝단부에서 중심부 측으로 진행하고, 용접헤드(3a)는 전진법이 되도록 기울여 용접한다.

5) 육성용접이 완료된 워크롤을 열처리 장치에 장입하여 100℃로 60시간 후열한다.

6) 열처리 후 육성용접된 저널부를 치수에 맞도록 정삭가공한다.

본 발명에 따른 워크롤 외면의 육성 용접장치 및 작업방법에 의하면, 워크롤을 제작할 때 발생되는 가공결함에 대한 보수가 가능하게 됨에 따라 제품 폐기를 방지할 수 있으며, 또한 장기간 사용한 제품을 재생하는 재경화(Re-hardening) 육성도 가능하다.

Claims (4)

1. 기울일 수 있는 용접헤드(3a)가 장착된 용접장치(1)와;

   워크롤(W)의 배럴부(200)의 외면 원주부에 밀착된 터닝롤러(2a)를 구동시키는 구동장치(2)와;

   상기 용접장치(1)의 용접헤드(3a)를 부착하며, 상기 구동장치(2)의 회전중에 상기 용접헤드(3a)를 이송시키는 이송장치(3)와;

   워크롤(W)의 용접 전·후에 상기 워크롤의 예열 및 후열을 수행하는 열처리 장치(4)와;

   로 구성된 것을 특징으로 하는 워크롤 외면의 육성 용접장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 이송장치(3)는 이동용 바퀴(5)가 달린 베이스 구조(6) 위에 서로 마주보는 지지대(7)(7')를 세우되, 상기 각각의 지지대(7)(7')에는 조(Jaw)(13)에 의해 고정되는 볼 스크류(9)를 설치하고, 지지대(7)(7') 사이를 가로질러 상기 볼 스크류(9)에 연결된 헤드 가이드(10)를 설치하며, 상기 헤드 가이드(10)에는 용접장치 부착판(11)이 결합되는 것을 특징으로 하는 워크롤 외면 육성 용접장치.
3. 워크롤 외면의 육성용접 방법에 있어서,

   워크롤 저널부의 가공불량이 3㎜ 이하로 발생하는 경우에, 육성용접을 하기전에 상기 저널부의 깊이가 3㎜ 이상이 되도록 추가로 가공하는 단계와;

   워크롤을 열처리 장치에서 100℃로 48시간 이상 1차 예열하는 단계와;

   워크롤을 열처리 장치에서 꺼내 예열토치를 이용하여 250∼300℃로 2차 예열하는 단계와;

   잠호용접(SAW) 방법으로 워크롤 저널부의 초층을 연강 용접재료로 밑깔기하며, 2층은 경합금(Hard Facing)으로 용접하는 단계와;

   육성용접이 완료된 워크롤을 열처리 장치에서 100℃로 60시간 후열하는 단계와;

   열처리 후 육성용접된 워크롤의 저널부를 치수에 맞도록 정삭가공하는 단계와;

   로 된 것을 특징으로 하는 워크롤 외면의 육성용접 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 워크롤의 용접은 저널부의 끝단부에서 중심부 측으로 진행하되, 용접헤드를 기울여 용접하는 것을 특징으로 하는 워크롤 외면의 육성용접 방법.