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WO2015065060A1 - 용접 장치 - Google Patents

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Info

Publication number
WO2015065060A1
WO2015065060A1 PCT/KR2014/010286 KR2014010286W WO2015065060A1 WO 2015065060 A1 WO2015065060 A1 WO 2015065060A1 KR 2014010286 W KR2014010286 W KR 2014010286W WO 2015065060 A1 WO2015065060 A1 WO 2015065060A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
welding
disk
support means
shaft hole
driving
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/010286
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최일주
Original Assignee
최일주
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
Application filed by 최일주 filed Critical 최일주
Publication of WO2015065060A1 publication Critical patent/WO2015065060A1/ko

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    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles

Definitions

  • the present invention relates to a joining welding device of a cylindrical member.
  • Cylindrical vessels and pipes mainly serve as storage containers and passages for various fluids, so that watertightness without leakage is required. Therefore, in the welding joining the cross section of the cylindrical welding base material, the cross section should be bonded correctly. Especially for members with thin sections, the precise alignment of the sections will ultimately determine the quality of the weld. However, it is not easy to accurately match the cross section, and in the case of a large member, there is a risk of crane work. Normally, the alignment of the cross section for the joint welding of the cylindrical member depends on the manual operation and requires a long time to align since the equipment undergoes fine adjustment work. There are a number of prior art techniques relating to automatic devices for joint aligning circular weld faces.
  • a device for rapid alignment and welding of welding surfaces to enable mass production is currently difficult to find.
  • the problem to be solved as a welding device for the welding of the cylindrical member is to avoid the manual work to automate the welding process, can be welded immediately without regard to the direction of the welding base material and the welding work space It can be classified into two main directions of driving the development of portable devices.
  • FIG. 1 is a diagram of a pipe automatic welding device of Republic of Korea Utility Model No. 20-0391479, and discloses a device for automatically welding various cylindrical pipes.
  • the ends of the two welding base materials are adjusted by adjusting the gap between the height adjusting tool and the rolling wheel, and then the welding is performed.
  • the welding is joined by the welding and the main welding is performed.
  • automating this process the welding speed is uniform compared to manual work to obtain a clean welding surface and a fast process is possible.However, it takes much time in the process of precisely aligning the end of the welded object and the welded object to perform welding. There is a problem.
  • FIG. 2 is a view of a steel pipe connection construction method including a portable type TIG automatic welding equipment of Republic of Korea Patent No. 10-0898720, portable type welding to enable the welding of steel pipes in a difficult working place, such as curved pipe construction Device.
  • a portable type TIG automatic welding equipment of Republic of Korea Patent No. 10-0898720 portable type welding to enable the welding of steel pipes in a difficult working place, such as curved pipe construction Device.
  • the steel pipes are aligned with each other by the orthopedic joint, then the welding position is tracked by the adjusting knob and the sensor, and the welding torch is welded.
  • the entire process of fitting and welding the welding surface as a method applied to butt welding of large steel pipes is conventionally used as a dangerous manual operation by mobilizing a crane, the patent is a technology that enables manual automation. Therefore, large steel pipes can be welded with uniform quality regardless of the work place.
  • it is not suitable for the welding of small and medium-sized products requiring mass production the equipment is too expensive, precise adjustment work is required to match
  • Japanese Patent Laid-Open Publication No. 5-131277 shown in Fig. 3 and a tube clamping apparatus disclose a technique for fitting a welding surface and holding a high frequency weld by holding a clamp on two steel pipes as welding base materials, respectively.
  • the automatic variable alignment apparatus does not require precise manipulation to align the welding surface so that alignment and welding can be performed in one process. There is no technology for this. Therefore, it is necessary to develop a welding apparatus capable of quick alignment that can be employed in mass production, but also capable of uniform high quality welding.
  • the present invention provides a welding method capable of quickly aligning and welding in a single process without bending a welding part while using the welding device.
  • a welding device for butt welding the cylindrical first welding material and the second welding material having the same diameter border, table; Fixed support means fixed to an upper part of the table to support the first welding material freely rotatable; A first driving part for rotationally driving the first welded parent material seated on the fixed support means; Movable support means capable of moving forward and backward facing the fixed support means on the table, and rotatably supporting the second weldable material such that the welded portion is aligned while the first welded material and the second welded material are in close contact with each other; A second driver for driving the movable support means back and forth; And a welding torch for welding the first welding material and the second welding material, wherein the movable support means includes: hollow first and second disks rotatably provided with each other on a coaxial axis; A plurality of locking rollers arranged on the first and second discs so as to be rotatable on the edge of the second weldable material, the rotating shaft
  • a first shaft hole is formed in the first disk
  • a second shaft hole is formed in the second disk
  • the third drive unit drives the second disk to rotate.
  • the rotation axis of the locking roller is variable according to the space formed by overlapping the first shaft hole and the second shaft hole during rotation.
  • the second shaft holes are arranged in a spiral shape that is rotationally symmetrical about the center of the second disk, the center of curvature of the second shaft holes is located on any virtual circumference concentric with the second disk,
  • the shaft hole is characterized in that the path in which the rotation axis of the locking roller is moved along the second shaft hole is projected on the radial component.
  • the third disk is further coupled to the exposed surface of the second disk, and a plurality of fastening members penetrating all of the third disk from the first disk are constructed.
  • the third shaft hole is provided in the third shaft hole, characterized in that formed in accordance with the rotation distance and the direction of the second disk.
  • a bearing for supporting the rotating shaft of the locking roller is provided on the exposed surface of the third disk, the bearing is preferably characterized in that the spherical bearing.
  • a control unit for adjusting the amount of rotation of the second disk may be provided in the third driving unit.
  • the first welding material is fixed to the fixed support means while the movable support means is retracted from the fixed support means.
  • a fourth step of moving the first driving part to perform welding welding to a plurality of closely contacted weld portions while rotating the first and second welding hair materials at a predetermined angle;
  • the third drive unit rotates the second disk in the opposite direction to the step of pressing and aligning the separator so that the locking roller is separated from the welding unit, and
  • a fifth step of welding After the main welding, the second disk is rotated back to the crimp alignment position by the third driving part to press the locking roller to the welding part, and then the first and the second pressing part is pressed against the movable supporting means and the locking roller by the second driving part.
  • the first, second, third drive unit and a separate welding torch drive unit is provided with a control device that can be controlled in conjunction so that all the steps of welding is performed automatically. Do it.
  • the welding and welding of the locking roller can be accelerated by the simple equipment to realize the welding process suitable for mass production. Will be.
  • 1 to 3 is a view for explaining the configuration of the prior art
  • FIGS. 4 and 5 are an overall perspective view and an enlarged perspective view of the welding apparatus according to the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of a welding apparatus according to the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing only the first and second welding hair materials, the first and second holders, and the welding torch portion;
  • 10 to 12 are front views of each of the first, second and third disks according to the present invention.
  • Figure 13 is a side view of the locking roller in the welding apparatus according to the present invention.
  • 15 and 16 is a front view showing the locking roller variable of the present invention in the first shaft hole, the second shaft hole and the third shaft hole, respectively,
  • 17 is a side view showing the operation of the locking roller according to the present invention.
  • FIG. 18 is a front view showing the rotation of the second disk according to the present invention.
  • 19 and 20 is a side view showing a state in which the fixed support means of the present invention forward, backward,
  • rigid frame 200 fixed support means 220,460: first and second holder
  • variable support portion 411 locking roller
  • fourth vertical fixing plate 440 bottom plate 451: driving auxiliary member
  • welding torch portion 610 torch support 611: lifting rail
  • FIG. 4 is an overall perspective view of a welding apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, showing a state in which the welding surfaces of the first welding member 10 and the second welding member 20 are bonded to each other.
  • the bottom of the welding device is a rigid frame 120 supported from the ground, a rectangular table 100 that supports the entire welding device is placed thereon.
  • Fixed support means 200 for supporting the first welding material 10 is located on one side of the table top, movable support means 400 for supporting the second welding material 20 facing the fixed support means 200 on the other side ) Is located.
  • the driving means is respectively connected to the opposite side of the fixed support means 200 and the movable support means 400 facing the surface, the first driving unit 300 is fixed to the opposite side of the fixed support means 200
  • the second driving part 500 is connected to the movable support means 400 on the opposite side of the movable support means 400, respectively.
  • the first driving part 300 serves to rotate the entire welding base material 10, 20, and the second driving part 500 allows the movable support means 400 to move forward or backward toward the fixed support means 200. Play a role.
  • the guide rails 110 are provided on the table 100 to guide the movable support means 400 when the movable support means 400 moves forward or backward toward the fixed support means 200.
  • FIG. 22 only the welding torch unit 600, the first welding material 10, and the second welding material 20 are illustrated separately.
  • FIG. 7 is a view illustrating the first welding member 10 and the second welding member 20, the first holder 220, the second holder 460, and the welding torch unit 600 supporting each of them.
  • 21 is an enlarged perspective view of the welding torch unit 600.
  • a torch support attached to the rigid frame 120 perpendicular to the ground on one side of the weld portion formed while the welding surfaces of the first welding member 10 and the second welding member 20 meet each other.
  • the torch support 610 is provided with an elevating rail 611 to raise or lower the elevating linkage 620 vertically along the torch support.
  • the elevating interlocking unit 620 has a horizontal bar 630 fixedly installed on the horizontal bar 630 so that the welding torch 650 can move the positioning bar 640 installed at a lower portion thereof in the horizontal direction.
  • a horizontal rail 631 for guiding the horizontal movement of the rail is installed.
  • FIG. 5 is an enlarged perspective view of FIG. 4 and FIG. 6 is a side view showing the welding apparatus according to the present invention from the side where the welding torch unit 600 is installed.
  • FIG. 6 is a side view showing the welding apparatus according to the present invention from the side where the welding torch unit 600 is installed. 5 and 6, the configuration of the fixed support means 200 will be described.
  • the first vertical fixing plate 210, the second vertical fixing plate 230, and the third vertical fixing plate 250 are erected side by side toward the movable support means 400 and are all fixed on the table 100.
  • the first vertical fixing plate 210 that directly faces the movable support means 400 is hollow so as to surround the first welding material 10 with a predetermined gap.
  • the first holder 220 is freely rotatable toward the first vertical fixing plate 210.
  • the first weld hair 10 is fixed to and supported by the first holder.
  • One side of the third vertical fixing plate 250 faces the second vertical fixing plate 230, and the first driving part 300 is positioned on the opposite side thereof.
  • a rotating shaft connected to the first driving unit 300 is connected to the first holder 220 by passing through the center of the third vertical fixing plate 250 and the second vertical fixing plate 230.
  • the first holder 220 is rotated.
  • the first holder 220 is installed to allow free rotation while holding the first weldable parent material 10.
  • the first pipe frame 240 is installed toward the second vertical fixing plate 230 along the edge of the first vertical fixing plate 210 and penetrates the second vertical fixing plate 230 to the third vertical fixing plate 250.
  • the bottom plate of the movable support means that can move along the guide rail 110 on the table 100 while supporting the entire movable support means 400 at the bottom ( 440, the first disk 412, the second disk 413, and the third disk 414 are stacked on top of each other, and the exposed surface of the first disk 412 is fixed to the support means 200.
  • the first vertical fixing plate 210 faces directly.
  • the first disk 412 and the third disk 414 are fixed to the bottom plate 440 of the movable support means, and the second disk is rotatable. Referring to FIG. 17, one side of the second disk is connected to the third driving part 450 by the driving auxiliary member 451.
  • the first, second, and third disks are all hollow and wrap around the outer circumference of the second welding harness 20 with a predetermined gap.
  • the fourth vertical fixing plate 430 facing the exposed surface of the third disk 414 is fixedly installed on the bottom plate 440 of the movable support means, and the fourth vertical fixing plate 430 faces the third disk.
  • a second holder 460 on which the second welding member 20 is seated is installed to be freely rotatable. Therefore, when the first holder 220 and the first weldable material 10 are rotated by the first driving part 300, the first holder 220 and the second welded base material 20 which are rotated together to be rotatable can be passively rotated.
  • the plurality of second pipe frames 420 connect the third disk 414 and the fourth vertical fixing plate 430 to each other to fix the third disk 414 and the fourth vertical fixing plate 430. It is coupled with the fastening member 416 penetrating all.
  • a second driving part 500 capable of moving the movable support means 400 forward or backward toward the fixed support means 200 is connected to an opposite surface of the second vertical fixing plate 430 in the direction of the third disk 414. do.
  • the second driving part 500 is shown as a hydraulic device, but any driving means capable of performing the same role may be replaced.
  • a plurality of locking rollers 411 are installed at an edge portion of a surface of the first disc 412 that faces the fixed support means 200.
  • the rotating shaft of the locking roller 411 passes through all of the first, second, and third disks, and the spherical bearing 415 supports the locking roller 411 in a radial direction on the exposed surface of the third disk 414. ) Is attached.
  • the locking rollers 411 are idle rollers, which are installed to be positioned on the outer circumferential surface of the welded joint when the two welding surfaces are joined by the second driving unit 500, and the welding surface is rotated by the first driving unit 300. When engaged with the welding surface it is possible to rotate passively.
  • the locking rollers 411 serve to squeeze and align the welded portion so that the welded surface can be accurately coupled.
  • the through hole formed when the rotation axis of the locking roller penetrates the front of the first and second disk in sequence It takes the shape of the shaft hole 61, 51 for guiding the locking roller rotation axis to be variable.
  • a through hole through which the rotating shaft of the locking roller penetrates through the first disk will be referred to as a second shaft hole 51 through a through hole through the first shaft hole 61 and the second disk 413.
  • the variable direction becomes a radial direction based on the centers of the first disk 412 and the second disk 413.
  • FIG. 10 shows a first shaft hole 61 formed in the first disk 412
  • FIG. 11 shows a second shaft hole 51 and a third shaft hole 52 formed in the second disk 413
  • 12 shows a spherical bearing for rotatably fixing the through hole 71 of the rotating shaft of the locking roller 411 formed in the third disk 414, the through hole 72 of the fastening member 416, and the rotating shaft of the locking roller.
  • the through-holes 73 of the holding member for the building up of the 415 are respectively shown.
  • the plurality of first shaft holes 61 are radially rotationally symmetrically arranged, and the second shaft holes 51 are helically rotationally symmetrically arranged.
  • the third driving unit 450 is connected to the second disk 413 to rotate the second disk 413 to change the locking roller 411.
  • the through holes of the fastening member 416 in the first disk 412 and the third disk 414 have the same shape and size as the cross section of the fastening member 416 (62, 72). The reason is that the first disk 412 and the third disk 414 are fixed and the fastening member 416 is also fixed, so that the fastening member 416 is the first disk 412 and the third disk 414.
  • the through hole through which the fastening member 416 penetrates the second disk 413 serves as a guide shaft hole.
  • This guide shaft hole will be referred to as a third shaft hole 52.
  • the shape of the third shaft hole 52 corresponds to the rotation distance and direction of the second disk 413, and the second disk 413 rotates without being disturbed by the fastening member 416 by the third shaft hole 52. This becomes possible.
  • each helical shape of the plurality of second shaft holes 51 is such that each of the spiral centers of curvature 54 can be located on any concentric circle that shares a center point with the circumferential circle of the second disc 413. do.
  • 15 to 18 illustrate the principle that the locking rollers 411 can be varied in the radial direction to closely align the welded portion by the first shaft hole 61 and the second shaft hole 51.
  • 15 shows the first shaft hole 61 of the fixed first disk 412.
  • the second shaft hole 51 and the second shaft hole of the second disk 413 rotated by the third driving part 450.
  • the triaxial hole 52 is shown.
  • the second disk 413 is rotated by an angle R in the clockwise direction (P direction in FIG. 18) by the third driving unit 450 and the driving auxiliary member 451 connected thereto.
  • the center of the cross section of the rotating shaft of the locking roller 411 assumes that the second disk 413 is stopped without rotating, it is to move from the position A on the second shaft hole 51 to the position B. Since the disk 413 rotates by the angle R, the center of the cross section of the rotating shaft of the locking roller 411 in the position A actually moves from the position A to the position C with reference to FIG. Therefore, the position B is to be overlapped with the position C by the rotation of the second disk 413, the actual movement of the locking rollers 411 from position A to position C along the first shaft hole 61 in FIG. It is to be moved by the length L2 in the radial path.
  • the third shaft hole 52 is provided so that the fastening member 416 penetrating the second disk 413 does not interfere with the rotation of the second disk 413.
  • the trajectory made by the end surface of the fixed fastening member 416 becomes the shape of the third shaft hole 52.
  • the locking roller rotary shaft cross-section center in the second shaft hole 51 moves from point A to point B
  • the cross section center of the fastening member 416 on the third shaft hole is moved from point F to point D.
  • the point F and the point D are the same point, and assuming that the second disk 413 is stationary, a fixed moving point actually appears to be variable due to the rotation of the second disk 413. It is shown.
  • the driving auxiliary member 451 is a member for converting the reciprocating motion by the third driving part 450 into the rotational motion of the second disk 413, and plays a role similar to that of the connecting rod of the engine cylinder.
  • FIG. 17 is a side view showing the movement of the locking rollers 411 when the second disk 413 rotates by the angle R.
  • FIG. Since the rotation axis of the locking rollers 411 should be able to move between the position A and the position C in FIG. 15 by the rotation of the second disk 413, the locking roller 411 coupled to the exposed surface of the third disk 414.
  • the spherical bearing 415 which can be supported even if a through-shaft receives a vertical stress shall be used for the support bearing of ().
  • the third disk 414 is included, but the present invention can be implemented without the third disk.
  • the position of the second disk 413 and the first disk 412 may be changed in the absence of the third disk.
  • the third driving unit 450 may be coupled to the second disk.
  • the spherical bearing 415 is installed on the opposite side to the first and second disks in the fourth vertical fixing plate 430, the second pipe frame 420 is the fourth vertical fixing plate 430 in the spherical bearing 415 Through it will be combined.
  • FIG. 19 and 20 show that the movable surfaces of the first welding member 10 and the second welding member 20 come into contact with each other by moving the movable support means 400 by the second driving part 500. It is a side view which showed the state which retracted the means 400.
  • FIG. 19 and 20 show that the movable surfaces of the first welding member 10 and the second welding member 20 come into contact with each other by moving the movable support means 400 by the second driving part 500. It is a side view which showed the state which retracted the means 400.
  • the first welding member 10 is provided on the fixed support means 200 in a state in which the movable support means 400 is retracted by the second driving part 500 so that the support means on both sides are separated from each other.
  • the second welding member 20 is seated on the holder 220, and the second welding material 20 is seated on the second holder 460 provided in the variable supporting means 400, and then the second disk 413 is mounted by the third driving unit 450.
  • Rotate in the direction P in Fig. 18 to vary the locking rollers 411 along the first and second shaft holes, thereby compressing the locking rollers 411 to the outer peripheral portion of the welding surface of the second welding material 20.
  • Stage 1 the second driving part 500 is operated to move the movable support means 400 in the direction of the fixed support means 200 to bring the welding surfaces of the first welding material 10 and the second welding material 20 into close contact with each other.
  • Step 2 the second driving part 500 is operated to move the movable support means 400 in the direction of the fixed support means 200 to bring the welding surfaces of the first welding
  • the first welding part 300 is welded to the welding part while rotating the first welding material 10 and the second welding material 20 by a predetermined angle.
  • Weld welding is preferably carried out at least three places at the weld (step 4).
  • the locking rollers 411 are still pressed against the weld and continue to align to form the circle until the weld is finished. do. Since the tack welding is spot welding, even if the locking roller 411 is squeezed, the bending phenomenon of the welded portion due to the tack welding does not occur.
  • the third driving unit 450 is operated to rotate the second disk 413 in the S direction of FIG. 18 to separate the locking rollers 411 from the welding unit, and the first driving unit 300 is operated to operate the whole welding base material ( 10) Perform main welding while rotating 20. (Fifth step)
  • the second disk 413 is rotated again in the P direction so that the locking rollers 411 are compressed to the welding part, and then the second driving part 500 is operated to reverse the movable support means 400.
  • the first and second weldable pressing materials pressed onto the locking roller 411 are retracted together with the movable support means 400.
  • the welded first and second weld heads are separated from the welding device (step 6). Thus, the whole process of welding is completed.
  • the locking rollers 411 may be varied to retract the movable support means 400 without compressing the welding base material, and then the first and second welding base materials 10 and 20 welded and coupled may be fixed support means. It remains at 200, and thus can separate the welding base material from the fixed support means (200).
  • 1) the first disc 412 and the second disc 413 are provided in one set to accommodate various lengths and directions of various welding base materials.
  • a disk set having a first shaft hole and a second shaft hole can be prepared.
  • the controller may be installed in the third driving part 450 to adjust the amount of rotation of the second disk 413 so that cylindrical welding base materials of different sizes may be welded.
  • a speed adjusting means (not shown) for controlling the rotational speed of the welding base material by the first driving part 300 during the main welding of the sixth step in the welding method is added. It may be provided as.

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Abstract

본 발명은 용접장치를 개시한다. 본 발명의 용접장치는 원통형 용접모재를 용접부의 굴곡이 없으면서도 용접면을 정확하게 정렬할 수 있고, 신속한 용접공정의 수행이 가능하게 된다.

Description

용접 장치
본 발명은 원통형 부재의 접합 용접장치에 관한 것이다.
원통형 용기나 파이프 등은 주로 각종 유체의 보관용기나 통로로서 역할을 하므로 누설 없는 수밀함이 요구된다. 따라서 원통형 용접모재의 단면을 접합하는 용접에서는 단면이 정확하게 접합되어야 한다. 특히 단면의 두께가 얇은 부재의 경우 단면의 정확한 정렬은 용접의 품질을 결정적으로 좌우하게 된다. 하지만 단면을 정확히 맞추는 작업은 용이하지 않으며, 대형 부재의 경우에는 크레인 작업에 따른 위험도 있다. 통상적으로 원통형 부재의 접합 용접을 위한 단면의 정렬은 육안에 의한 수작업에 의존하며 장비를 사용하더라도 정밀 조정 작업을 거치므로 정렬에 장시간이 요구된다. 원형의 용접면을 접합 정렬하기 위한 자동장치에 관한 종래 기술들은 상당수 존재한다. 하지만 대량생산을 가능하게 할 만한 신속한 용접면의 정렬과 용접을 위한 장치는 현재로서는 찾아보기 힘든 실정이다. 종래 기술을 살펴보면 원통형 부재의 용접을 위한 용접장치로서 해결하고자 하는 과제는 수작업을 탈피하여 용접공정을 자동화하도록 하는 방향, 용접모재의 형태 및 용접작업 공간에 구애받지 않으면서 즉석에서 용접을 할 수 있는 포터블 장치의 개발을 추진하는 방향의 두가지로 크게 분류될 수 있다.
도1은 대한민국 등록실용신안20-0391479호의 파이프 자동 용접 장치에 대한 도면으로, 각종 원통형 파이프를 자동으로 용접하는 장치를 개시하고 있다. 두 용접모재의 단부를 높이조절구와 구름바퀴의 간격을 조절하여 맞춘 후 가용접을 실시하고, 가용접으로 합쳐진 용접물을 회전시키며 본용접을 하게 된다. 이런과정을 자동화 함으로써 수작업에 비해 용접속도가 균일하여 깨끗한 용접면을 얻을 수 있음과 동시에 빠른 공정이 가능하지만, 가용접을 실시하기 위하여 용접물과 피용접물의 단부를 정밀하게 맞추는 공정에서 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
도2는 대한민국 등록특허 10-0898720호의 포터블 타입 티그 자동용접장비를 포함한 강관연결시공방법에 대한 도면으로, 협소한 작업 장소나 곡관 등 시공이 힘든 여건에서 강관의 용접을 가능하게 하는 포터블 타입의 용접장치이다. 먼저 정형이음장치에 의하여 강관을 서로 맞춘 다음 조절노브와 센서에 의하여 용접위치를 추적하며 용접토치가 용접을 하게 된다. 주로 대형 강관의 맞대기 용접에 적용되는 방식으로서 용접면을 맞추고 용접하는 전 과정을 종래에는 크레인을 동원하여 위험한 수작업으로 하였으나 상기 특허는 수작업의 자동화를 가능하게 한 기술이다. 따라서, 대형 강관이 작업장소에 구애받지 않고 균일한 품질로 용접이 가능하게 된다. 다만, 대량생산이 필요한 중소형 제품의 용접에 적합하지 않고 장비가 너무 고가이며, 용접면을 맞추는데 정밀한 조정작업이 필요하고, 조정작업과 용접과정이 분리되어 있어 용접에 장시간을 요하는 문제가 있다.
도3에 도시된 일본특허 특개평5-131277 관 접합 방법 및 관 클램핑 장치에서는 용접모재인 두 강관에 각각 클램프를 파지하여 용접면을 맞추고 고주파 용접하는 장치에 대한 기술을 개시하고 있다. 견고한 파지를 위하여 용접모재의 외주면에 볼트를 조여 균일한 하중을 가하게 함으로써 용접면을 맞추는 방법인데, 상기 두 번째 종래기술과 마찬가지로 용접면의 견고한 고정과 균일한 용접품질을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 용접면을 맞추기 위한 장비 조작에 장시간이 소요되며 따라서 용접면 정렬과 용접이 하나의 공정으로 이루어지기 힘든 문제가 있다.
위에서 살펴본 바와 같이 종래의 수작업에 의하던 원통형 부재의 용접을 자동화하는 다양한 기술이 개발되고 있으나, 용접면의 정렬과 용접이 하나의 공정으로 이뤄질 수 있도록 정렬에 정밀 조작이 필요없는 자동 가변 정렬장치에 대한 기술은 전무한 실정이다. 따라서 대량생산에 채용 가능한 신속한 정렬을 할 수 있으면서도 균일한 고품질의 용접접합이 가능한 용접장치의 개발이 요구된다.
원통형 부재의 맞대기 용접에 있어 정확한 용접면의 접합을 신속하게 수행할 수 있도록 하는 장치를 간단한 구조로 구현한 용접장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다. 또한 상기 용접장치를 이용하면서도 용접부의 굴곡 없이 하나의 공정으로 신속하게 정렬과 용접을 마칠 수 있는 용접방법을 제공하는 데에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접장치는, 동일 직경의 테두리를 갖는 원통형의 제1용접모재 및 제2용접모재를 서로 맞대기 용접하기 위한 용접장치로서, 테이블과; 테이블 상부에 고정되어 제1용접모재를 자유 회동 가능하게 지지하는 고정지지수단과; 고정지지수단에 안착된 제1용접모재를 회전 구동하기 위한 제1구동부와; 상기 테이블 상부에 상기 고정지지수단과 대향하여 전후 이동이 가능하되, 상기 제1용접모재와 제2용접모재가 밀착되면서 용접부가 정렬되도록 제2용접모재를 회동 가능하게 지지하는 가동지지수단과; 상기 가동지지수단을 전후 구동하기 위한 제2구동부와; 제1용접모재와, 제2용접모재를 용접하기 위한 용접토치;를 포함하며, 상기 가동지지수단은, 동축 상에서 서로 회동 가능하게 마련되는 중공형상의 제1 및 제2디스크와; 상기 제2용접모재의 테두리에 회동 가능하도록 상기 제1 및 제2디스크에 축설되되, 상기 제1 및 제2디스크의 회동량에 따라서 방사방향으로 회동축이 가변되는 다수의 록킹롤러와; 상기 제1,2디스크 중 어느 하나를 회전 구동하기 위한 제3구동부;를 포함한다.
그리고, 상기 록킹롤러를 가변시키기 위해서 제1디스크에는 제1축공이 형성되고, 제2디스크에는 제2축공이 형성되며 동시에 상기 제3구동부는 상기 제2디스크를를 회전 구동하도록 하여, 제2디스크의 회동시 제1축공과 제2축공이 겹쳐지며 형성하는 공간을 따라 상기 록킹롤러의 회전축이 가변될 수 있도록 된 것을 특징으로 한다. 상기 제2축공들은 제2디스크의 중심에 대해 회전 대칭되는 나선형상으로 배치되며, 제2축공들의 곡률중심은 제2디스크를 동심으로 하는 임의의 가상원주상에 위치하는 것을 특징으로 하며, 제1축공은 상기 록킹롤러의 회동축이 제2축공을 따라 이동한 경로가 방사방향 성분상에 투영된 모습으로 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 제2디스크의 노출면에 제3디스크가 추가로 결합되고, 제1디스크로부터 제3디스크를 모두 관통하는 복수의 체결부재가 축설되는 것을 특징으로 하며, 상기 체결부재를 위하여 제2디스크에 제3축공이 마련되고, 제3축공은, 제2디스크의 회동거리와 방향에 일치되게 형성된 것을 특징으로 하게 된다. 이때, 제3디스크의 노출면상에 상기 록킹롤러의 회동축을 지지하는 베어링이 마련되며 상기 베어링은 바람직하게는 구면 베어링인 것을 특징으로 한다. 그리고, 여러 가지 서로 다른 단면 직경을 가진 다양한 원통형 부재의 용접이 가능하게 하기 위하여, 제2디스크의 회동량을 조절하는 제어부가 제3구동부에 마련될 수 있게 한다.
이상으로, 위에서 설명한 용접장치에 의하여 용접면의 굴곡을 방지하고 신속한 용접을 가능하게 할 수 있는 용접방법은, 가동지지수단을 고정지지수단으로부터 후퇴시킨 상태에서 제1용접모재를 고정지지수단에, 제2용접모재를 가동지지수단에 각각 안착시키고, 제3구동부에 의하여 제2디스크를 회동시켜 제1, 제2 축공을 따라 상기 록킹롤러들을 가변함으로써 용접부에 압착시키는 제1단계; 제2구동부에 의해 가동지지수단을 전진시켜 제1, 제2용접모재의 각 용접면을 서로 밀착하는 제2단계; 제1구동부에 의해 제1, 제2 용접모재를 함께 회전시킬 때 상기 록킹롤러들이 용접면을 압착 정렬하는 제3단계; 제1구동부를 가동하여 제1, 제2용접모재를 일정각도씩 회전시키면서 밀착된 용접부의 복수개소에 가용접을 실시하는 제4단계; 가용접 후에 제3구동부에 의하여, 제2디스크를 상기 압착 정렬하는 단계와 반대방향으로 회동시켜 상기 록킹롤러를 상기 용접부에서 분리하고, 제1, 제2용접모재를 제1구동수단으로 회전시키면서 본용접 하는 제5단계; 본용접 후에 제3구동부에 의하여, 제2디스크를 다시 압착정렬 위치로 회동시켜 상기 록킹롤러를 상기 용접부에 압착시킨 후, 제2구동부에 의하여 가동지지수단과 상기 록킹롤러에 압착된 제1, 제2 용접모재를 함께 후진시켜 용접된 제1, 제2용접모재를 용접장치에서 분리하는 제6단계;를 포함하도록 한다. 이때, 제6단계에서 록킹롤러를 다시 용접부에 압착시키지 않고, 가동지지수단 만을 후진시켜, 용접된 제1, 제2용접모재를 고정지지수단의 제1홀더에 안착된 상태를 유지하여 용접모재를 용접장치에서 분리할 수도 있다. 그리고, 상기 용접방법에서 바람직하게는, 용접의 모든 단계가 자동으로 수행되도록, 제1, 제2, 제3 구동부 및 별도의 용접토치 구동부가 연동되어 제어될 수 있는 제어장치가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있도록 한다.
첫째, 본 발명에 따르면 회전하는 용접부에 록킹롤러를 압착하여 용접면을 정렬하면서 록킹롤러의 압착과 분리를 간단한 장비로 자동화함으로써 원통형 부재의 용접공정을 신속하게하여 대량생산에 적합한 용접 공정을 실현할 수 있게 된다.
둘째, 상기 용접장치를 이용한 용접방법에 따르면, 록킹롤러의 압착 정렬과정을 거치면서도 용접면의 굴곡 없이 균일한 고품질의 용접이 가능하게 된다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 용접장치의 전체 사시도 및 확대 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 용접장치의 측면도,
도 7은 제1 및 제2용접모재와 제1,2홀더 및 용접 토치부만을 나타낸 사시도,
도 8 및 도 9는 용접장치의 승강수단의 하강 및 상승 상태,
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 각 제1,2,3 디스크의 정면도,
도 13는 본 발명에 따른 용접장치에서 록킹롤러의 측면도,
도 14는 본 발명에 따른 제2디스크의 제2축공과 제3축공의 배치 개념도,
도 15 및 도 16은 본 발명의 록킹롤러 가변을 각각 제1축공 및 제2축공과 제3축공에서 나타낸 정면도,
도 17은 본 발명에 따른 록킹롤러의 동작을 나타낸 측면도,
도 18은 본 발명에 따른 제2디스크의 회동을 나타낸 정면도,
도 19 및 도 20은 본 발명 고정지지수단이 전,후진한 상태를 나타낸 측면도,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,20:제1,2용접모재 61,51,52:제1,2,3축공 54:제2축공 곡률중심들
65,55,75:제1,2,3디스크 중심 62 : 체결부재 관통공
71:록킹롤러 회전축의 관통공 72 : 체결부재 관통공 73:고정부재 관통공
210,230,250:제1,2,3수직고정판 100:테이블 110 : 가이드 레일
120 : 강성 프레임 200:고정지지수단 220,460 : 제1,2홀더
240,420:제1,2파이프 프레임 300,500,450:제1,2,3구동부
400 : 가동지지수단 410 : 가변지지부 411 : 록킹롤러
412,413,414 : 제1,2,3디스크 415 : 구면 베어링 416 : 체결부재
430 : 제4수직고정판 440 : 바닥판 451 : 구동보조부재
600 : 용접토치부 610 : 토치지지대 611 : 승강 레일
620 : 승강연동부 630 : 수평바 631 : 수평레일
640 : 위치조정대 650 : 용접토치 R:제2디스크 가변각도
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 예시 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도4는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 용접장치의 전체 사시도로서 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 마주보는 용접면을 서로 접합한 상태를 나타낸 도면이다. 도4를 참고하여 본 발명인 용접장치의 전체 구조를 살펴보면, 용접장치의 가장 하부에는 지면으로부터 지지되는 강성 프레임(120)이 있고, 그 위에 전체 용접장치를 받쳐주는 직사각형의 테이블(100)이 놓인다. 테이블 상부의 일측에는 제1용접모재(10)를 지지하는 고정지지수단(200)이 위치하고, 타측에는 고정지지수단(200)을 마주보며 제2용접모재(20)를 지지하는 가동지지수단(400)이 위치한다. 이때 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)는 용접면이 서로 마주보게 지지된다. 고정지지수단(200)과 가동지지수단(400)의 마주보는 면의 반대측에 각각 구동수단이 연결되어 위치하는데, 고정지지수단(200)의 반대측에는 제1구동부(300)가 고정지지수단(200)에 연결되며, 가동지지수단(400)의 반대측에는 제2구동부(500)가 가동지지수단(400)에 연결되어 각각 위치한다. 제1구동부(300)는 전체 용접모재(10)(20)를 회전시키는 역할을 하며, 제2구동부(500)는 가동지지수단(400)이 고정지지수단(200)을 향하여 전진 또는 후진하도록 하는 역할을 한다. 이를 위하여 테이블(100) 상부에는 가이드 레일(110)이 마련되어 가동지지수단(400)이 고정지지수단(200)을 향하여 전진 또는 후진할 때 안내하는 역할을 한다. 참고로, 도22에서는 용접토치부(600)와 제1용접모재(10) 및 제2용접모재(20)만 따로 도시되어 있다.
도7은 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20) 및 이들 각각을 지지하는 제1홀더(220)와 제2홀더(460), 그리고 용접토치부(600)를 따로 도시한 도면이며, 도21는 용접토치부(600)를 더욱 확대한 사시도이다. 도7과 도21를 참고하면, 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 용접면이 만나면서 이루어지는 용접부의 한쪽 측면에, 지면에 수직하게 강성프레임(120)에 부착된 토치 지지대(610)를 포함하는 용접토치부(600)가 있다. 토치 지지대(610)에는, 토치 지지대를 따라 수직으로 승강연동부(620)를 상승 또는 하강시킬 수 있게 승강레일(611)이 부설된다. 승강연동부(620)에는, 용접토치(650)가 하부에 설치된 위치조정대(640)를 수평방향으로 이동할 수 있도록 수평바(630)가 고정 설치되며, 수평바(630)에는 위치조정대(640)의 수평이동을 안내하는 수평레일(631)이 부설된다.
도5는 도4의 확대사시도이며 도6은 본 발명에 따른 용접장치를 용접토치부(600)가 설치된 측에서 나타낸 측면도 이다. 도5와 도6을 참고하여, 고정지지수단(200)의 구성을 살펴보기로 한다. 먼저, 제1수직고정판(210), 제2수직고정판(230), 제3수직고정판(250)이 가동지지수단(400)을 향하여 나란히 세워지며 모두 테이블(100)상에 고정된다. 가동지지수단(400)을 직접 대면하는 제1수직고정판(210)은 제1용접모재(10)를 소정의 틈을 두고 감싸도록 중공형태로 되어 있다. 제2수직고정판(230)의 중심에는 제1수직고정판(210)을 향하여 제1홀더(220)가 자유회동 가능하게 설치되어 있다. 제1용접모재(10)는 제1홀더에 안착되어 고정 지지된다. 제3수직고정판(250)은 한 면은 제2수직고정판(230)을 향하며 그 반대 면에는 제1구동부(300)가 위치한다. 제1구동부(300)의 회전운동은, 제1구동부(300)에 연결된 회전축이 제3수직고정판(250)과 제2수직고정판(230)의 중심을 관통하여 제1홀더(220)와 연결 되어 제1홀더(220)를 회전시키도록 된다. 제1홀더(220)는 제1용접모재(10)를 파지하면서 자유회동이 가능하도록 설치된다. 그리고, 제1수직고정판(210)의 테두리를 따라 제1파이프 프레임(240)이 제2수직고정판(230)을 향하여 설치되며 제2수직고정판(230)을 관통하여 제3수직고정판(250)까지 연결함으로써 상기 세 개의 수직고정판들(210)(230)(250)을 연결 및 고정한다.
다음으로 가동지지수단(400)의 구성을 살펴보면, 먼저, 하부에는 가동지지수단(400) 전체를 지지하면서 테이블(100)위의 가이드레일(110)을 따라 움직일 수 있는 가동지지수단의 바닥판(440)이 있고, 그 위에 제1디스크(412), 제2디스크(413), 제3디스크(414)가 차례로 겹쳐져 세워지며, 제1디스크(412)의 노출면이 고정지지수단(200)의 제1수직고정판(210)을 직접 대면하게 된다. 이 중 제1디스크(412)와 제3디스크(414)는 가동지지수단의 바닥판(440)에 고정되며 제2디스크는 회동 가능하도록 된다. 도17을 참고하면, 제2디스크의 일측은 구동보조부재(451)에 의하여 제3구동부(450)와 연결된다. 제1,제2,제3디스크는 모두 중공형으로서, 제2용접모재(20)의 외주부를 소정의 틈을 두고 감싸는 형태이다. 제3디스크(414)의 노출면을 대면하는 제4수직고정판(430)이 가동지지수단의 바닥판(440)에 고정되어 설치되며, 제4수직고정판(430)에서 제3디스크를 향하는 면의 중심에는 제2용접모재(20)가 안착되는 제2홀더(460)가 자유회동 가능하게 설치된다. 따라서, 제1구동부(300)에 의해 제1홀더(220)와 제1용접모재(10)가 회전할 때, 맞물려 함께 회전하는 제2 용접모재(20)를 지지하면서 피동적으로 회전 가능하도록 된다. 그리고, 제3디스크(414)와 제4수직고정판(430)을 복수개의 제2파이프 프레임(420)이 연결하여 서로 고정하며, 제2파이프 프레임(420)은 제1,제2,제3디스크를 모두 관통하는 체결부재(416)와 결합된다. 제4수직고정판(430)의 양면 중 제3디스크(414)방향의 반대 면에는 가동지지수단(400)을 고정지지수단(200)을 향하여 전진 또는 후진시킬 수 있는 제2구동부(500)가 연결된다. 도4와 도6에서는 제2구동부(500)가 유압장치인 것으로 도시되어 있으나, 같은 역할을 할 수 있는 구동수단이면 어떤 것이든 대체가능하다.
도6과 도13을 참고하면, 제1디스크(412)에서 고정지지수단(200)을 향하는 면의 테두리부에 복수개의 록킹롤러(411)들이 설치된다. 록킹롤러(411)의 회전축은 제1,제2,제3디스크를 모두 관통하며, 제3디스크(414)의 노출면에는 록킹롤러(411)를 방사 방향으로 가변 가능하도록 지지하는 구면 베어링(415)이 부착된다. 록킹롤러(411)들은 아이들롤러로서 제2구동부(500)에 의해 양측 용접면이 접합될 때, 접합된 용접부의 외주면상에 위치하도록 설치되고, 제1구동부(300)에 의하여 용접면이 회전할 때 용접면과 맞물려 피동적으로 회전 가능하도록 된다.
록킹롤러(411)들은 용접면이 정확하게 결합할 수 있도록 용접부를 압착 정렬하는 역할을 한다. 도10의 제1디스크(412)의 정면도와 도11의 제2디스크(413)의 정면도를 참고하면, 록킹롤러의 회전축이 제1 및 제2디스크의 정면을 차례로 관통할 때 형성되는 관통공은, 록킹롤러 회전축이 가변할 수 있도록 안내하는 축공(61)(51)의 형상을 띠게 된다. 록킹롤러의 회전축이 제1디스크를 관통하는 관통공을 제1축공(61), 제2디스크(413)를 관통하는 관통공을 제2축공(51)이라 하기로 한다. 이때, 가변 방향은 제1디스크(412)와 제2디스크(413)의 중심을 기준으로 한 방사방향이 된다. 도10에는 제1디스크(412)에 형성된 제1축공(61)이 도시되어 있고, 도11에는 제2디스크(413)에 형성된 제2축공(51)과 제3축공(52)이 도시되어 있으며 도12에는 제3디스크(414)에 형성된 록킹롤러(411)의 회전축의 관통공(71), 체결부재(416)의 관통공(72) 및 록킹롤러의 회전축을 회동가능하게 고정하는 구면 베어링(415)의 축설을 위한 고정부재의 관통공(73)이 각각 도시되어 있다.
복수개의 제1축공(61)은 방사상으로 회전대칭 되게 배열되며, 제2축공(51)은 나선형으로 회전대칭 되게 배열되어 있다. 도18을 참고하면, 록킹롤러(411)의 가변을 위하여 제3구동부(450)가 제2디스크(413)에 연결되어 제2디스크(413)를 회동시킴으로써 록킹롤러(411)를 가변시킨다. 제1디스크(412)와 제3디스크(414)에서의 체결부재(416)의 관통공은(62)(72) 체결부재(416)의 단면과 같은 형상과 크기로 된다. 그 이유는, 제1디스크(412)와 제3디스크(414)가 고정되어 있고 체결부재(416)도 고정되어 있으므로, 체결부재(416)가 제1디스크(412)와 제3디스크(414)에 관통되는 관통공(62)(72)이 안내 역할을 할 필요가 없기 때문이다. 그러나, 제2디스크(413)는 도18에서의 P 또는 S 방향으로 회동하므로, 체결부재(416)가 제2디스크(413)를 관통하는 관통공은 안내 축공의 역할을 하게 된다. 이 가이드 축공을 제3축공(52)이라 하기로 한다. 제3축공(52)의 형상은 제2디스크(413)의 회동거리와 방향에 일치하며, 제3축공(52)에 의하여 제2디스크(413)는 체결부재(416)의 방해를 받지 않고 회전이 가능하게 된다.
이하에서는 제1축공(61)과 제2축공(51)의 형상과 함께 록킹롤러(411)들의 가변원리를 설명하기로 한다. 도14에서는 도11에 나타낸 제2디스크(413)에 형성된 제2축공(51)의 형상과 배열을 좀 더 자세히 도시하였다. 복수의 제2축공(51)의 각각의 나선형의 형상은, 각각의 나선형의 곡률 중심들(54)이 모두 제2디스크(413)외주원과 중심점을 공유하는 임의의 동심원상에 위치될 수 있도록 된다.
도15내지 도18에서는 제1축공(61)과 제2축공(51)에 의하여 록킹롤러(411)들이 용접부를 밀착 정렬하도록 방사방향으로 가변할 수 있는 원리를 도시하였다. 도15는 고정된 제1디스크(412)의 제1축공(61)을 도시하였고, 도16에서는 제3구동부(450)에 의하여 회동하는 제2디스크(413)의 제2축공(51) 및 제3축공(52)을 도시하였다. 도16을 참고하면, 제2디스크(413)는 제3구동부(450)와 그에 연결된 구동보조부재(451)에 의하여 시계방향(도 18에서의 P방향)으로 각도 R만큼 회동하게 된다. 이때, 록킹롤러(411) 회전축의 단면 중심은, 제2디스크(413)가 회동하지 않고 정지한 상태라고 가정한다면, 제2축공(51)상의 위치A에서 위치B로 이동하는 것으로 되는데, 제2디스크(413)는 각도R만큼 회전하는 것이므로 위치A에 있던 록킹롤러(411)의 회전축의 단면 중심은 실제로는, 도15를 함께 참고하면, 위치A에서 위치C로 이동하는 것이다. 따라서 위치B는 제2디스크(413)의 회동에 의하여 위치C와 겹쳐지게 되는 것이며, 록킹롤러(411)들의 실제 이동은 도15에서 제1축공(61)을 따라 위치A에서 위치C 로, 즉 방사상의 경로로 길이 L2만큼 이동하도록 되는 것이다.
그리고, 도16에서, 제2디스크(413)를 관통하는 체결부재(416)가 제2디스크(413)의 회동을 방해하지 않게 하기 위하여 제3축공(52)이 마련된다. 제2디스크(413)가 제3구동부(450)에 의하여 각도R만큼 회동하는 동안, 고정된 체결부재(416)의 단면에 의해 만들어지는 궤적이 바로 제3축공(52)의 형상이 되는 것이다. 제2축공(51)에서 록킹롤러 회전축 단면 중심이 점A에서 점B로 이동하는 동안, 제3축공 상에서 체결부재(416) 단면 중심은 점F에서 점D로 옮겨지게 된다. 이때 실제로 옮겨지는 것은 체결부재(416)가 아니라 제2디스크(413)이므로 체결부재의 위치는 사실상 변함이 없다. 따라서, 점 F와 점 D는 같은 지점으로서, 제2디스크(413)가 정지한 것으로 가정할 때 실제로는 고정된 지점이 제2디스크(413)의 회동으로 인해 가변하는 것처럼 보이는 가상의 이동지점을 나타낸 것이다.
도18에서 구동보조부재(451)는 제3구동부(450)에 의한 왕복운동을 제2디스크(413)의 회전운동으로 변환시키기 위한 부재로서, 엔진 실린더의 커넥팅 로드와 유사한 역할을 하게 된다. 도17은 제2디스크(413)가 각도 R만큼 회전할 때 록킹롤러(411)들의 이동을 나타낸 측면도이다. 록킹롤러(411)들의 회전축은 제2디스크(413)의 회동에 의하여 도15에서의 위치A와 위치C 사이를 움직일 수 있어야 하므로, 제3디스크(414)의 노출면에 결합된 록킹롤러(411)의 지지 베어링은 관통축이 수직응력을 받아도 지지가 가능한 구면 베어링(415)을 사용하는 것으로 한다.
그리고, 바람직하게는 제3디스크(414)를 포함하도록 하나, 제3디스크 없이도 본 발명의 실시는 가능하다. 도시되진 않았지만, 제3디스크가 없는 상태에서는 제2디스크(413)와 제1디스크(412)의 위치는 바뀌어도 무방하며, 다만, 제3구동부(450)는 반드시 제2디스크에 결합되도록 한다. 이때 구면 베어링(415)은 제4수직고정판(430)에서 제1,제2 디스크에 대한 반대면에 설치되며, 구면 베어링(415)에는 제2파이프 프레임(420)이 제4수직고정판(430)을 관통하여 결합되게 된다.
도19와 도20은 제2구동부(500)에 의하여 가동지지수단(400)이 전진함으로써, 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 용접면이 서로 만나게 된 모습과 가동지지수단(400)을 후퇴시킨 모습을 나타낸 측면도이다.
이하에서는 도4에서 도20까지를 참고하여 본 발명에 의한 용접장치를 이용한 용접방법을 설명하기로 한다. 먼저, 제2구동부(500)에 의하여 가동지지수단(400)을 후퇴시켜 양측의 지지수단을 서로 거리를 두게 한 상태에서 제1용접모재(10)를 고정지지수단(200)에 구비된 제1홀더(220)에 안착시키고, 제2용접모재(20)는 가변지지수단(400)에 구비된 제2홀더(460)에 안착시킨 후, 제3구동부(450)에 의하여 제2디스크(413)를 도18의 P방향으로 회동시켜 제1, 제2 축공을 따라 상기 록킹롤러(411)들을 가변함으로써 록킹롤러(411)들을 제2용접모재(20)의 용접면의 외주부에 압착시킨다.(제1단계); 그리고, 제2구동부(500)를 작동하여 가동지지수단(400)을 고정지지수단(200) 방향으로 전진시켜 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 용접면을 밀착시킨다.(제2단계)
록킹롤러들이 용접부에 밀착된 상태에서, 제1구동부(300)를 가동하여 제1홀더(220)를 회전시키면, 이에 안착된 제1용접모재(10)와 제1용접모재에 밀착된 제2용접모재(20) 및 제2용접모재를 지지하는 제2홀더(460)를 모두 함께 회전시키게 된다. 이렇게 회전을 하는 동안 이 회전에 따라 피동적으로 회전되며, 용접부에 압착된 록킹롤러(411)들에 의하여 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)의 용접면이 정확하게 결합할 수 있도록 정렬시킨다.(제3단계)
용접면이 정확하게 결합한 상태에서 제1구동부(300)에 의하여 제1용접모재(10)와 제2용접모재(20)를 일정각도씩 회전시키면서 용접부에 가용접을 실시하게 된다. 가용접은 용접부에서 바람직하게는 최소한 세군데 이상 실시하는 것이 좋다.(제4단계) 이때, 아직 록킹롤러(411)들은 여전히 용접부를 압착하고 있는 상태이며 가용접이 끝날 때 까지 진원을 맞추기 위하여 정렬을 계속하게 된다. 가용접은 스폿 용접이므로 록킹롤러(411)의 압착이 있더라도 가용접에 의한 용접부의 굴곡현상은 발생하지 않는다. 그 다음 제3구동부(450)를 가동하여 제2디스크(413)를 도18의 S방향으로 회동시켜 록킹롤러(411)들을 용접부에서 분리시키고, 제1구동부(300)를 가동시켜 용접모재 전체(10)(20)를 회전시키면서 본용접을 실시한다.(제5단계)
본용접이 끝나면 다시 제2디스크(413)를 P방향으로 회동시켜 록킹롤러(411)들이 용접부에 압착하도록 한 후, 제2구동부(500)를 가동하여 가동지지수단(400)을 후진시키며 이때, 록킹롤러(411)에 압착된 제1, 제2용접모재는 가동지지수단(400)과 함께 후진하게 된다. 후진 후에 용접완료된 제1, 제2용접모재를 용접장치에서 분리시킨다.(제6단계) 이렇게 용접의 전 과정이 끝나게 된다.
이때, 제1,2,3구동부(300,500,450) 및 용접토치부(600)를 제어기기로 연동시켜서 위의 제1단계에서 제5단계까지의 과정을 모두 자동화 할 수 있다. 그리고, 제6단계에서 록킹롤러(411)들을 가변시켜 용접모재를 압착하지 않고 가동지지수단(400)을 후퇴시키면 용접되어 결합된 제1, 제2 용접모재(10)(20)는 고정지지수단(200)에 남게 되고, 따라서 고정지지수단(200)에서 용접모재를 분리시킬 수 있다. 또한, 용접모재의 사이즈가 다양할 수 있음을 고려하여, 1)제1디스크(412), 제2디스크(413)를 하나의 세트로 마련하여 여러 가지 용접모재의 사이즈에 대응하도록 다양한 길이와 방향의 제1축공 및 제2축공을 가지는 디스크 세트를 준비할 수 있다. 혹은 2)제3구동부(450)에 제어기기를 설치하여 제2디스크(413)의 회동량을 조절함으로써 서로 다른 규격의 원통형 용접모재를 용접할 수 있게 하도록 할 수도 있다. 그리고, 용접모재의 다양한 두께에 대응하여, 상기 용접방법에서 6단계의 본 용접시에 제1구동부(300)에 의해 용접모재의 회전속도를 조절 할 수 있도록 하는 속도조절수단(미도시)을 추가로 구비하도록 할 수도 있다.

Claims (10)

  1. 동일 직경의 테두리를 갖는 원통형의 제1용접모재 및 제2용접모재를 서로 맞대기 용접하기 위한 용접장치에 있어서,
    테이블과; 상기 테이블 상부에 고정되어 제1용접모재를 자유 회동 가능하게 지지하는 고정지지수단과; 상기 고정지지수단에 안착된 제1용접모재를 회전 구동하기 위한 제1구동부와; 상기 테이블 상부에 상기 고정지지수단과 대향하여 전후 이동이 가능하되, 상기 제1용접모재와 제2용접모재가 밀착되면서 용접부가 정렬되도록 제2용접모재를 회동 가능하게 지지하는 가동지지수단과; 상기 가동지지수단을 전후 구동하기 위한 제2구동부와; 제1용접모재와, 제2용접모재를 용접하기 위한 용접토치;를 포함하며,
    상기 가동지지수단은, 동축 상에서 서로 회동 가능하게 마련되는 중공형상의 제1 및 제2디스크와; 상기 제2용접모재의 테두리에 회동 가능하도록 상기 제1 및 제2디스크에 축설되되, 상기 제1 및 제2디스크의 회동량에 따라서 방사방향으로 회동축이 가변되는 다수의 록킹롤러와; 상기 제1,2디스크 중 어느 하나를 회전 구동하기 위한 제3구동부;를 포함하는 용접장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 록킹롤러의 가변을 위해 제1디스크에는 제1축공이 형성되고, 제2디스크에는 제2축공이 형성되며, 상기 제3구동부가 제2디스크를 회동시킬 때, 제1축공과 제2축공이 겹쳐지는 공간을 따라 상기 록킹롤러의 회전축이 가변될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 용접장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2축공들은, 제2디스크의 중심에 대해 회전 대칭되는 나선형상으로 배치되며, 제2축공들의 곡률중심은 제2디스크를 동심으로 하는 임의의 가상원주상에 위치하는 것을 특징으로 하는 용접장치.
  4. 제2항에 있어서, 제1축공은 상기 록킹롤러의 회동축이 제2축공을 따라 이동한 경로가 방사방향 성분상에 투영된 모습으로 형성된 것을 특징으로 한 용접장치.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 제2디스크의 노출면에 제3디스크가 추가로 결합되고, 제1디스크로부터 제3디스크를 모두 관통하는 복수의 체결부재가 축설되는 것을 특징으로 하는 용접장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 체결부재를 위해 제2디스크에 제3축공이 마련되고, 제3축공은 제2디스크의 회동거리와 방향에 일치되게 형성됨을 특징으로한 용접장치.
  7. 제5항에 있어서, 제3디스크의 노출면상에 상기 록킹롤러의 회동축을 지지하는 베어링이 마련되며 상기 베어링은 구면 베어링인 것을 특징으로 하는 용접장치.
  8. 제2항에 있어서, 서로 다른 단면 직경을 가진 다양한 원통형 부재의 용접에 대응되도록, 제2디스크의 회동량을 조절하는 제어부가 제3구동부에 마련되는 것을 특징으로 하는 용접장치.
  9. 제1항 내지 제4항 및 제8항 중 어느 한 항의 용접장치를 이용한 용접방법에 있어서, 가동지지수단을 고정지지수단으로부터 후퇴시킨 상태에서 제1용접모재를 고정지지수단에, 제2용접모재를 가동지지수단에 안착시키고, 제3구동부에 의하여 제2디스크를 회동시켜 제1, 제2 축공을 따라 상기 록킹롤러들을 가변함으로써 상기 록킹롤러들을 제2용접모재의 용접면의 외주부에 압착시키는 단계; 제2구동부에 의해 가동지지수단을 전진시켜 제1, 제2용접모재의 각 용접면을 서로 밀착하는 단계; 제1구동부에 의해 제1, 제2 용접모재를 함께 회전시킬 때 상기 록킹롤러들이 용접면을 압착 정렬하는 단계; 제1구동부를 가동하여 제1, 제2용접모재를 일정각도씩 회전시키면서 밀착된 용접부의 복수개소에 가용접을 실시하는 단계; 가용접 후에 제3구동부에 의하여, 제2디스크를 상기 압착 정렬하는 단계와 반대방향으로 회동시켜 상기 록킹롤러를 상기 용접부에서 분리하고, 제1, 제2용접모재를 제1구동수단으로 회전시키면서 본용접 하는 단계; 본용접 후에 제3구동부에 의하여, 제2디스크를 다시 압착정렬 위치로 회동시켜 상기 록킹롤러를 상기 용접부에 압착시킨 후, 제2구동부에 의하여 가동지지수단과 상기 록킹롤러에 압착된 제1, 제2 용접모재를 함께 후진시켜 용접된 제1, 제2용접모재를 용접장치에서 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접방법
  10. 제9항에 있어서, 용접의 모든 단계가 자동으로 수행되도록 제1,2,3 구동부 및 별도의 용접토치 구동부가 연동되어 제어될 수 있는 제어수단이 구비됨을 특징으로 하는 용접방법.
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