초대형 유류 저장탱크의 후판 용접은 작업자가 직접 손용접을 수행하는데 이로 인해 제품의 품질이 저하되고 재용접율 증가로 인하여 품질 불균일이 발생하며 작업 외부환경 등에 따른 용접 제약성도 많이 따른다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하고 용접의 신뢰도를 높이며 공사기간 단축 및 원가절감으로 생산성을 향상시키고자 자동으로 수직 용접이 가능한 용접 캐리지 시스템을 개발하였다. 수직 용접 캐리지 시스템은 용접 플랫폼 시스템, 용접 캐리지 구동장치 및 제어장치 등으로 구성되고 도출된 설계 사양이 만족되도록 개념설계가 이루어졌으며 각각의 서브시스템은 모듈로서 설계되어지고 제작, 조립되었다. 개발된 시스템에 대해 구조적 안정성 평가와 사전 문제점을 파악하고자 구조강도 해석을 수행하여 구조적 안정성을 확인하였고 그 결과를 설계에 반영하고자 하였다. 또한 개발된 시제품의 성능평가를 위해 수직 용접된 후판에 대한 인장시험, 굽힘시험, 충격시험 및 용접시간 등을 요구조건 및 수동용접과 비교 평가를 수행하였고 만족스러운 결과를 획득할 수 있었다. 특히, 수직 용접시간은 수동용접과 비교한 결과 87%이상 향상되었음을 확인할 수 있었다.
초대형 유류 저장탱크의 후판 용접은 작업자가 직접 손용접을 수행하는데 이로 인해 제품의 품질이 저하되고 재용접율 증가로 인하여 품질 불균일이 발생하며 작업 외부환경 등에 따른 용접 제약성도 많이 따른다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하고 용접의 신뢰도를 높이며 공사기간 단축 및 원가절감으로 생산성을 향상시키고자 자동으로 수직 용접이 가능한 용접 캐리지 시스템을 개발하였다. 수직 용접 캐리지 시스템은 용접 플랫폼 시스템, 용접 캐리지 구동장치 및 제어장치 등으로 구성되고 도출된 설계 사양이 만족되도록 개념설계가 이루어졌으며 각각의 서브시스템은 모듈로서 설계되어지고 제작, 조립되었다. 개발된 시스템에 대해 구조적 안정성 평가와 사전 문제점을 파악하고자 구조강도 해석을 수행하여 구조적 안정성을 확인하였고 그 결과를 설계에 반영하고자 하였다. 또한 개발된 시제품의 성능평가를 위해 수직 용접된 후판에 대한 인장시험, 굽힘시험, 충격시험 및 용접시간 등을 요구조건 및 수동용접과 비교 평가를 수행하였고 만족스러운 결과를 획득할 수 있었다. 특히, 수직 용접시간은 수동용접과 비교한 결과 87%이상 향상되었음을 확인할 수 있었다.
Thick-shell welding for super-sized oil storage tanks is currently done manually, which causes deterioration in quality and a lack of uniformity due to frequent rewelding. The limitations of the external environment must also be considered for manual welding. This paper describes the development of ...
Thick-shell welding for super-sized oil storage tanks is currently done manually, which causes deterioration in quality and a lack of uniformity due to frequent rewelding. The limitations of the external environment must also be considered for manual welding. This paper describes the development of a carriage system for automatic vertical welding to increase reliability, reduce cost, and enhance productivity. The system consists of a welding platform, carriage device, and control unit, which were conceptually designed according to design specifications and manufactured with modular parts. In addition, the structure was analyzed for safety and to predict design problems in advance, and the results are reflected in reviewing the design. To evaluate the performance of the system, a tensile test, bending test, and weld time test were carried out, and the results were satisfactory. The time required for automatic weld was greatly improved by more than 87%, compared to the manual welding time.
Thick-shell welding for super-sized oil storage tanks is currently done manually, which causes deterioration in quality and a lack of uniformity due to frequent rewelding. The limitations of the external environment must also be considered for manual welding. This paper describes the development of a carriage system for automatic vertical welding to increase reliability, reduce cost, and enhance productivity. The system consists of a welding platform, carriage device, and control unit, which were conceptually designed according to design specifications and manufactured with modular parts. In addition, the structure was analyzed for safety and to predict design problems in advance, and the results are reflected in reviewing the design. To evaluate the performance of the system, a tensile test, bending test, and weld time test were carried out, and the results were satisfactory. The time required for automatic weld was greatly improved by more than 87%, compared to the manual welding time.
따라서, 본 연구에서는 용접의 기술경쟁력 확보를 위해 현재까지 손용접 작업으로 이루어지는 직경이 100미터 내외의 초대형 유류 저장탱크의 용접자동화를 위해 수직으로 자동 용접작업이 가능한 수직 용접 캐리지 시스템을 개발하고자 한다. 국내 독자적 기술개발을 통해 현재 사용되고 있는 수동 용접 캐리지의 작업환경, 작업조건 등에 따른 제약성 및 안정성 한계성을 쉽게 극복할 수 있을 것이며, 초대형 유류 저장탱크의 건설비용을 최소한 감소시킬 수 있을 것으로 기대한다.
제안 방법
초대형의 유류 저장탱크용 수직 용접 캐리지 시스템 개발을 위해 관련된 국내외 연구 자료와 가스 용접 전문가의 경험, 적용 대상물, 용접 방법 등을 고려하여 개념 설계가 진행된다. 이를 위해 주요 설계 규칙을 제안하였으며 그 내용은 아래와 같다.
대상 데이터
이는 보일러용 압력용기에 사용되는 재질로써 압력용기, LPG 탱크, 원유 및 각종 액화물 저장탱크, 원유정제 및 화력발전 보일러 등에 주로 사용된다. 따라서 개발된 시제품의 대형 후판 수직 용접에 대한 시험평가는 A516-60에 대해서 실시하였고 후판 쉘의 두께는 15mm이다. 용접 방식은 EGW(Electro-gas welding) 용접을 실시하였으며 용접은 전압 38～40V, 전류 480～510A로 하였고, 1 패스 용접 실시 후 용접의 품질을 검사하였다.
데이터처리
용접결과물은 용접비드 외관에 대한 육안검사 및 인장시험, 굽힘시험, 충격시험 등을 실시하였으며, 또한 용접시간을 최소요구조건인 수동용접의 결과와 비교분석 하였다. 시험결과는 Table 2에 나타내었다.
이론/모형
따라서 개발된 시제품의 대형 후판 수직 용접에 대한 시험평가는 A516-60에 대해서 실시하였고 후판 쉘의 두께는 15mm이다. 용접 방식은 EGW(Electro-gas welding) 용접을 실시하였으며 용접은 전압 38～40V, 전류 480～510A로 하였고, 1 패스 용접 실시 후 용접의 품질을 검사하였다. Fig.
성능/효과
2) 개발 시제품으로 후판 용접을 실시하고 그 결과물에 대해 육안검사, 인장시험, 굽힘시험, 충격시험 및 용접시간 테스트 등을 수행한 결과 모두 만족스러운 결과를 얻을 수 있었고, 시스템의 구조해석결과 또한 최대유효응력이 101.52 MPa(안전계수 2.46)로 구조적 안정성에도 문제가 없음을 확인하였다.
3) 수직 용접 캐리지 시스템 기술로 손용접에 발생하는 용접 결함을 최소화하고 2 패스 용접을 1 패스 용접으로 전환함으로써 용접시간을 대폭적으로 감소할 수 있었다.
해석결과로 용접 시스템의 안전계수는 2.46으로 안전을 허용할 수 있지만 후판 용접 작업시 캐리지의 상하이동과 시스템 좌우 주행 등을 고려하여 안전계수를 3이상 되도록 하는 것이 더 안전하다고 할 수 있겠다.
후속연구
본 개발품이 현업의 현장 적용시 수직 용접의 불균형을 개선하고 용접품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 공사기간을 단축하여 제조원가를 절감시킬 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수직 용접 캐리지 시스템은 무엇인가?
수직 용접 캐리지 시스템은 초대형 유류 저장탱크를 제작하기 위한 자동으로 용접하는 시스템으로 현재 손으로 하는 수동 용접작업을 대신하기 위해서 개발된다. 용접시스템의 운영 개념은 Fig.
용접 품질에 크게 미치는 변수는 무엇인가?
용접전류, 용접전압, 용접속도 등 용접 품질에 크게 미치는 변수는 외부 온도, 습도 등 환경을 고려한 수년간 데이터베이스화된 자료를 용접작업 전에 제어부에 입력된다. 이로부터 부적합한 용접조건의 빈번한 변경으로 용접불량을 사전에 방지하고 용접 비숙련자도 시스템을 쉽게 운영할 있다.
초대형의 유류 저장탱크용 수직 용접 캐리지 시스템 개발을 위해 제안된 설계 규칙은 무엇인가?
(규칙 1) 용접 캐리지 시스템의 높이는 유류 저장 탱크의 쉘의 크기보다 커야 한다.
(규칙 2) 용접 캐리지 시스템의 무게 중심은 쉘에 가까이 있어야 한다.
(규칙 3) 용접 캐리지는 수직으로 상하이동이 가능하여야 한다.
(규칙 4) 용접 캐리지 시스템은 좌우 이동이 가능해야 한다.
(규칙 5) 수직 용접시 용접 캐리지 시스템은 흔들림이 없어야 한다.
(규칙 6) 시스템은 구조적으로 안전성을 가져야 한다.
(규칙 7) 작업자가 탑승하여 작업이 수행가능 하여야 한다.
(규칙 8) 용접 속도는 손용접 대비 50% 이상 향상되어야 한다.
(규칙 9) 용접비드의 흘러내림 방지를 위해 냉각 장치가 설치되어야 한다.
(규칙 10) 용접 캐리지 장치는 위치 미세 조정 기능을 가져야 한다.
참고문헌 (7)
Y. Z. Kim, B. H. Kim, Amit, S. B. Lee, W. G. Lee, J. Y. Kim, M. J. Huh, "The Development and Application of Intelligent Welding Carriage with High Deposition Rate by 3-D Weaving", Journal of Korean Welding and Joining Society, Vol.28, No.2, pp. 152-158, 2010.
C. E. Park, "A Development of Automation of Arc Welding Processes", Journal of Advanced Engineering and Technology, Vol.1, No.2, pp. 315-320, 2008.
S. Y. Baek, I. S. Sohn, "A Study on GMA Welding Automation of STS301L Joint using Design of Experiment", Journal of KWJS, Vol.28, No.4, pp.403-408, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.5781/kwjs.2010.28.4.049
H. H. Kim, I. S. Kim, "A Study on Development of the Automated System for In-Pipe Welding", Journal of KWJS, Vol.26, No.5, pp.448-453, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.5781/kwjs.2008.26.5.016
J. H. Shin, Y. S. Lee, S. H. Ryu, H. J. Sung, "Development of the Hybrid Laser Welding Carriage for Shipbuilding", Journal of Korean Society of Laser Processing, Vol.11, No.3, pp. 21-24, 2008.
M. S. Oh, S. H. Nam, B. G. Lee, "Structure Analysis for Damper stopper of Lock-up Clutch", Journal of the Korea Academic-Industrial cooperation Society, Vol.15, No.4, pp. 1865-1870, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2014.15.4.1865
J. S. Lee, "Structure Analysis of High Pressure Cleaning Machine", Journal of the Korea Academic-Industrial cooperation Society, Vol.14, No.10, pp. 4694-4699, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.10.4694
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