KR100287965B1 - 고주파 유도 가열원을 이용한 합금 튜브 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 유도 가열원을 이용한 합금 튜브 제조방법에 관한 것으로, 합금튜브 또는 그 내면에 내마모성이나 내식성이 우수한 이종(異種)재질이 육성된 2종 합금 튜브를 제조함에 있어서, 회전하는 원통상의 주형(1)내부에 소재분말(4)를 공급해서 원심력에 의해 주형 내주면을 따라 충진된 소재분말을 코일 중심의 한쪽 방향으로 편심된 자기장을 형성하는 고주파 유도 코일(3)에 의해 유도된 전류를 이용하여 가열 용해 시키면서 합금튜브를 제조하여서 된 것이다.

Description

고주파 유도 가열원을 이용한 합금 튜브 제조방법

본 발명은 고주파 유도 가열원을 이용한 합금튜브 제조방법에 관한 것으로, 특히 회전하는 원통상 주형의 내주면에 소재분말층을 형성시킨 후 고주파 유도 가 열원을 이용하여 소재분말층을 용해시켜 합금튜브를 제조하는 고주파 유도 가열원 을 이용한 합금튜브 제조방법에 관한 것이다.

종래의 합금튜브 제조방법은 강관용접법, 봉재압출법, 원심력주조법을 이용하고 있으며, 합금튜브 내면에 내마모성이나 내식성이 우수한 재료가 육성된 2중 재질의 튜브를 제조하는 경우에는 용접 육성법 또는 용사 코팅법을 사용하고 있다.

따라서, 상기와 같은 용접법을 이용하여 합금 튜브를 제조하는 경우에는 소 재로써 용접성이 우수할 뿐만아니라 원통형상을 부여할 수 있도록 소성가공성이 겸 비된 강판을 필요로 하기 때문에 용접성과 소성가공성이 부족한 초합금, 금속기지 복합재료와 같은 재료에 대해서는 적용할 수 없는 문제점을 가지고 있다. 압출법의 경우에도 고온 또는 상온에서 소성가공성이 풍부한 소재에 대해서만 적용할 수 있 는 한계성을 가지고 있다. 원심력 주조법의 경우에는 금속용탕을 회전하는 주형에 직접 주입하기 때문에 난용성 합금으로 된 튜브를 제조하는데 한계가 있으며, 용탕 의 비산이나 교란에 의해 혼입된 기공과 냉각과정에 의해 발생되는 균열과 같은 결 함을 갖는 불량 주조층이 형성되기 쉽다.

그리고, 원심력 주조법을 이용하여 탄화물, 세라믹과 같은 강화재와 금속기 지의 복합체로 이루어진 튜브를 제조하는 경우, 비중이 작은 탄화물이나 세라믹과 같은 강화재가 원심력에 의해 용탕의 표면으로 부상분리되기 때문에 이들과 금속기 지로 이루어진 복합체를 제조하는데에는 한계가 있다.

마지막으로 종래의 용접 육성법을 이용하여 기지금속 튜브의 내면에 내마모 성이나 내식성이 우수한 재료가 육성된 이종 금속튜브를 제조하는 경우에는 기지금 속과 육성재료간에 발생되는 합금화로 인해 육성재료 고유의 특성이 열화되는 문제 점이 있다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 합금튜브 제조방법이 갖는 각종 결 점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 요구되는 소재의 제한을 극복하고,균열이나 기공과 같은 결함이 없는 건전한 재질로 이루어진 튜브를 제조하거나 육 성재료 고유의 특성이 유지된 2중 금속튜브를 제조하는 고주파 유도 가열원을 이용 한 합금튜브 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

제1(a)도, 제1(b)도, 제1(c)도는 본 발명 고주파 유도 가열원을 이용한 합금튜브 제조방법의 공정순서를 나타낸 상태도.

제2도는 본 발명에 따른 고주파 유도전류에 의해 형성된 합금용융체 영역을 나타낸 상태도.

제3(a)도, 제3(b)도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 상태도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 주형 20 : 환상부재

30 : 고주파 유도 코일 40 : 소재분말

40a : 합금용융체 40b : 합금튜브

40c : 주형과 소재분말의 합금 영역 50 : 세라믹 코팅

60 : 고주파 유도 자기장

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 고주파 유도 가열원을 갖는 합금튜브제조방법은 합금튜브 또는 그 내면에 내마모성이나 내식성이 우수한 이중재질이 육 성된 이종 합금 튜브를 제조하는 방법에 있어서, 회전하는 원통상의 주형(10) 내부 에 소재분말(40)을 공급해서 원심력에 의해 주형(10) 내주면을 따라 충진된 소재분 말(40)을 코일 중심의 한쪽 방향으로 편심된 자기장을 형성하는 고주파 유도 코일 (30)에 의해 유도된 전류를 이용하여 가열 용해 시키면서 합금튜브를 제조하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 고주파 유도 가열원을 갖는 합금튜브 제 조방법을 상세하게 설명한다.

제1(a)도와 같이 회전하는 금속재 주형(10), 소재 분말 또는 강화재로 사용 되는 탄화물이나 세라믹 분말 그리고, 이들의 용융체가 주형(10) 밖으로 유출되는것을 방지하기 위해 주형(10)의 양단 개구부에 설치된 환상부재(20), 그리고 고주 파 유도 자기장이 코일의 중심선을 기준으로 볼 때 한쪽방향으로 편심되도록 설계 된 고주파 유도코일(30)로 구성되어 있다.

한편, 이상에서 설명된 본 발명의 구성요소 중에서 환상부재(20)는 고주파 유도가열에 의해 용해되지 않는 세라믹이나 그라파이트(graphite) 등으로 이루어진 재료를 사용할 수 있다. 그리고, 튜브제조를 단시간에 완료하고자 하는 경우, 고주 파 유도코일(30)의 주형(10) 양단 개구부에 동시에 설치할 수 있다. 또한, 튜브 제 조시 산화방지를 위해 튜브내부의 불활성 분위기를 필요로 하는 경우에는 양단 개 구부에서 불환성 가스를 공급하거나, 기밀 유지용 부재를 설치할 수 있다.

본 발명을 이용하여 합금튜브를 제조하는 경우, 제1(a)도에 도시한 바와 같 이 회전하는 주형(10)의 내부에 공급된 소재분말(40)은 원심력을 받아 주형(10) 내 주면에 일정한 두께로 충진된 층을 이루게 된다.

그리고, 양단 개구부에 설치된 환상부재(20)는 충진된 소재분말(40)이 주형 (10) 밖으로 유출되는 것을 방지해 준다.

고주파 유도 자기장이 소경의 환상코일 쪽으로 편심되도록 제작된 고주파 유도코일(30)은 제1(b)도와 같이 주형(10)의 중심방향을 따라 이동 할 수 있도록 설 치되어 소재분말(40) 측으로 집속되는 고주파 유도 자기장(60)을 발생시키게 된다.

상기 고주파 유도 자기장(60)은 소재분말(40) 층에 유도전류를 발생시키면서소재분말(40)을 가열시키고, 그에 따라 합금용융체(40a)를 형성시키게 된다. 이와 같이 형성된 합금용융체(40a)는 고주파 유도코일(30)이 진행됨에 따라 냉각되면서 합금튜브(40b)를 형성시킨다. 그리고, 주형(10) 내면에 도포된 세라믹 코팅층 주형 (10)과 합금용융체(40a)가 서로 합금화 되는 것을 방지해 준다.

위와 같은 용해 공정을 일으키면서 고주파 유도코일(30)이 주형(10)의 내주면을 완전히 통과한 후에는 제1(c)도와 같이 완성된 합금튜브(40b)가 얻어지게 된 다.

한편, 고주파 유도전류에 의해 형성된 합금용융체(40a) 영역이 제2도와 같이양단개구부에 설치된 환상부재(20)와 접촉되는 금속튜브(40b)의 양단으로 이동되는 경우에는 소재분말(40) 중에 포함되어 있거나 산화반응에 의해 형성된 불순물이나 개재물이 합금용융체(40a)를 따라 이동되면서 금속튜브(40b)의 양단에 농축되면서 정련작용을 일으키게 된다.

이와 같은 정련과정을 반복해서 실시한 후 불순물이나 개재물이 농축된 부분을 절단하여 제거하게 되면 최종적으로는 건전한 재질로 이루어진 육성층을 얻게 된다.

다음으로 내마모성이나 내식성이 우수한 재료가 기지금속 튜브 내면에 육성 된 2중 튜브를 제조하는 경우에는 세라믹 코팅(50)을 실시하지 않고 금속튜브를 제 조함으로써 기지금속과 육성재료간에 합금화가 일어나도록 해준다.

이때 기지금속과 육성재료간의 합금화 두께는 고주파 유도 자기장의 세기와 투과깊이 그리고 유도코일의 진행속도를 변화시키면서 제어할 수 있기 때문에 결국 합금화에 의해 육성재료의 고유특성이 열하되는 것을 최소한으로 억제할 수 있다.

[실시예]

이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

제1도는 본 발명 고주파 유도 가열원을 이용한 합금튜브 제조방법의 제조순서를 나타내고 있다. 제1도에 있어서 금속 또는 합금으로 된 주형(10)은 양단 개구부에 금속 또는 세라믹으로 된 환상부재(20)를 장착한 후 내부에 실리카, 알루미나, 벤토나이트 등으로 된 세라믹코팅(50)한 것이다. 이와 같이 준비된 주형(10)은 구동장치(도면에 표시안됨)에 의해 회전하도록 되어 있다.

다음으로 회전하는 주형(10)의 내부에 소재분말(40)이 공급되면 원심력에 의 해 일정한 두께로 주형(10)의 내주면에 충진층을 형성하게 된다. 이때, 공급되는 소재분말은 앞에서 설명했듯이 금속분말 또는 탄화물이나 세라믹이 혼합된 분말이 이용된다.

이와 같이 회전하는 주형(10) 내면에 소정의 두께로 소재분말(40)로 된 충진층이 형성되면(제1(a)도 참고). 고주파 유도 제어기(도면에 표시안됨)에 연결된 고 주파 유도코일(30)을 소재분말(40)층이 시작되는 지점 즉, 주형(10)의 한쪽 개구부 로 이동시킨후, 고주파 유도코일(30)에 전력을 인가하여 고주파 유도자기장(60)을 발생시켜 소재분말(40)층이 유도전류에 의해 용해되도록 하면서 고주파 유도 코일 (30)을 이동시킨다.

이때, 고주파 유도자기장(60)의 세기와 투과깊이 그리고 고주파 유도 코일 (30)의 이동속도는 소재분말(40)이 충분히 용해되어 안정된 합금용융체(40a)를 형성시키도록 조절되며, 고주파 유도코일(30)의 후단에는 합금용융체(40a)가 냉각되면서 합금튜브(40b)가 형성된다. (제1(b)도 참고).

이상과 같은 공정이 반대쪽 개구부까지 1회 이상 진행되면서 제1(c)도와 같 이 합금튜브(40b)가 형성된다. 환상부재(20)를 제거하고 합금튜브(40b)를 주형(10)으로 부터 인발기를 이용하여 분리한 후 양단 개구부에 형성된 불량 재질부분을 절단하면 금속튜브(40b)의 제조가 완성된다.

한편, 이와 같은 금속튜브 제조공정을 2회 이상 반복해서 실시하면, 양단 개 구부로 불순물이나 게재물을 이동시킨(제2도 참고) 건전한 재질과 기공이 제거된 치밀한 재질로 된 금속튜브(40b)를 얻게된다.

마지막으로 별도의 실시예를 제3도를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

금속튜브 내면에 내마모성이나 내식성이 우수한 재료를 육성하는 경우에는 제3(a)도와 같이 세라믹이 코팅되지 않은 상태로 내부에 소재분말(40)이 충진된 주 형(10)을 회전시키면서 고주파 유도코일(30)을 이용하여 소재분말(40)을 용해시킨 다.

이때 고주파 유도자기장(60)의 세기를 적절히 제어해서 금속용융체(40a)를 형성시키면서 고주파 유도코일(30)을 이동시키면, 금속용융체(40a)가 응고되어 금 속튜브(40b)를 형성하고, 금속튜브(40b)와 주형(10) 사이에는 주형의 기지금속과 소재분말의 합금영역(40c)이 형성된 2중 재질의 합금튜브가 얻어진다.

이와 같은 제조공정이 반대쪽 개구부까지 1회 이상 반복된 후 제3(b)도와 같이 주형(10) 소재분말(40)이 용해되어 형성된 합금튜브(40b)가 일체로 된 2중 금속 튜브가 얻어진다. 마지막으로 양단 개구부에 형성된 불건전한 부분과 환상부재(20)를 절단하면, 모든 제조공정이 완료된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 고주파 유도 가열원을 이용한 합금튜브 제조방법은 합금튜브 제조시 고주파 유도 가열원과 회전하는 주형만을 이용하기 때문에 제조공정이 간단하고, 원료로서 합금분말 또는 합금분말에 탄화물이나 세라믹 분말 이 혼합된 것을 사용하기 때문에 합금원소 첨가시 성분의 종류와 범위에 제한이 없 을 뿐만 아니라 강화재로서 사용되는 탄화물이나 세라믹 입자가 복합된 다양한 재 질의 합금튜브를 제조할 수 있고, 용접이나 소성가공 공정을 거치지 않기 때문에 용접성 또는 가공성이 나쁜 재질로 된 튜브를 제조할 수 있다. 또한 금속튜브 내면 에 내마모성 또는 내식성이 우수한 이종 재질을 육성하는 경우, 종래의 육성용접법 에 비교해서 모재와 육성재료의 희석율이 낮은 내마모 튜브나 내식튜브를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 합금튜브 또는 그 내면에 내마모성이나 내식성이 우수한 이중재질이 육성된 이종 합금 튜브를 제조하는 방법에 있어서, 회전하는 원통상의 주형(10) 내부에 소재분말(40)을 공급해서 원심력에 의해 주형(10) 내주면을 따라 충진된 소재분말 (40)을 코일 중심의 한쪽 방향으로 편심된 자기장을 형성하는 고주파 유도코일(30)에 의해 유도된 전류를 이용하여 가열 용해 시키면서 합금튜브를 제조하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도 가열원을 이용한 합금튜브 제조방법.