KR100427184B1 - 초전도 선재 소세징 측정 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 선재의 인발 가공 중에 주로 발생하는 소세징(sausaging)의 정확한 발생 시점 및 그 발생 크기를 정량적으로 측정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 시스템은 초전도 선재의 인발 가공시 선재에 걸리는 장력의 변화를 측정하는 측정장치와, 상기 초전도 선재의 장력 변화에 따른 초전도 선재 내부의 소세징 발생정도가 정량화된 소세징 데이터가 저장되어 있는 저장장치와, 상기 측정장치의 측정 데이터에 대응하는 저장장치의 소세징 정량화 데이터를 검색하고 그 검색 데이터와 상기 측정 데이터를 표시하는 표시장치를 포함하여 이루어진다. 이러한 본 발명에 의하면, 초전도 선재의 인발 가공시 외관으로는 구별되지 않는 선재 내부에 발생하는 소세징을 실시간으로 정확히 측정할 수 있다. 따라서, 초전도 선재 가공단계에서 소세징 발생원인을 제거할 수 있으므로 최종 초전도 선재의 임계전류 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

초전도 선재 소세징 측정 방법 및 시스템 {Method and system for measuring the sausaging of superconductor}

본 발명은 PIT(Powder In Tube)법을 이용한 초전도 선재 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초전도 선재를 인발 가공할 때 발생하는 불균일한 변형인 소세징(Sausaging)을 측정하기 위한 것으로서, 소세징(sausaging) 발생시 나타나는 인발장력 변화를 측정하여 정량적으로 소세징을 측정하는 초전도 선재 소세징 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.

고온초전도 선재를 제조하는 일반적인 방법인 PIT(Powder In Tube)법은 주요한 가공 공정으로서 인발 및 압연 가공이 있다. 인발 가공 공정 중에 초전도 세라믹과 은 또는 은합금과의 복합재료인 초전도 선재는 물리적 특성차로 인하여 초전도 선재 내부에 초전도체가 선재 길이 방향으로 불균일하게 분포하게 되는 불균일한 변형이 일어나는 소세징이 발생한다. 이러한 소세징은 초전도 특성을 저하시키므로 여러 가지 방법의 소세징 저감기술들이 연구되고 있다.

이러한 방법 중에는 초전도 선재 인발 가공 공정을 개선한다든지, 초기분말 충진법을 개선하는 등의 간접적인 방법이 행해지고 있다. 하지만 실제로 외관상으로는 차이가 없기 때문에 소세징이 발생한 단면을 잘라서 분석하기 이전에는 알 수 없었다. 결국 초전도 선재를 제조 공정 도중에 자를 수 없으므로 임계전류 특성 평가 제조공정 후에나 가능하다. 따라서 종래의 기술로는 정확한 소세징 발생시점 및 정량화가 불가능한 문제점이 있었다.

미국 특허 제6,247,224호에서는 초전도 선재를 가공하기 전에 초전도 전조분말의 상태를 소세징 발생이 저감되는 상태로 열처리를 한 후에 가공하는 방법이 제시되어 있다. 하지만 이 기술의 문제점 또한 가공 공정 중에 소세징 발생을 측정하는 기술이 아니기 때문에 소세징이 발생하여도 측정할 방법이 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 초전도 선재의 인발 중에 발생하는 소세징의 정확한 발생 시점 및 그 발생 크기를 정량적으로 계측하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또 본 발명은 초전도 선재의 인발 가공 가공 중에 발생하는 소세징을 정확한 발생 시점 및 그 발생 크기를 정량적으로 계측하는 시스템을 제공하고자 함에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초전도 선재 소세징 측정방법에서는, 초전도 선재의 인발 가공 중에 선재에 부과되는 장력을 실시간적으로 측정하고, 초전도 선재의 장력 변화에 따른 소세징 발생정도를 정량화한 소세징 정량화 테이블에서 상기 장력 측정값에 대응하는 소세징 정량화 데이터를 검색하여상기 초전도 선재의 소세징 정도를 측정한다.

또, 본 발명에 따른 초전도 선재 소세징 측정 방법은, 초전도 선재의 끝단을 포인팅하여 인발 다이스에 삽입하는 단계와, 장력측정 센서가 부착된 인발용 캐리지에 연결된 지그에 상기 포인팅한 초전도 선재를 장착하는 단계와, 상기 장력측정 센서에서 발생한 신호에 근거하여 상기 초전도 선재에 부과되는 장력을 측정하는 단계와, 기 저장된 소세징 정량화 테이블에서 상기 장력 측정값에 대응하는 소세징 정량화 데이터를 검색하여, 상기 장력 측정값과 상기 소세징 정량화 검색데이터를 표시부에 표시하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 선재 소세징 측정 시스템은, 초전도 선재의 인발 가공시 선재에 걸리는 장력의 변화를 측정하는 측정장치와, 상기 초전도 선재의 장력 변화에 따른 초전도 선재 내부의 소세징 발생정도가 정량화된 소세징 데이터가 저장되어 있는 저장장치와, 상기 측정장치의 측정 데이터에 대응하는 상기 저장장치의 소세징 정량화 데이터를 검색하고 그 검색 데이터와 상기 측정 데이터를 표시하는 표시장치를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의하면, 초전도 선재의 인발 가공시 외관으로는 구별되지 않는 선재 내부에 발생하는 소세징의 발생 시점 및 그 크기를 초전도 선재의 가공 중에 정량적으로 정확히 측정할 수 있으므로, 초전도 선재 가공단계에서 소세징 발생원인을 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 선재 소세징 측정 시스템의 일실시예를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 고온초전도 단심 선재의 인발 가공 중의 단면을 도시한 도면,

도 3은 고온초전도 다심 선재의 인발 가공 중의 단면을 도시한 도면,

도 4는 고온초전도 선재의 양호한 내부 횡단면을 도시한 도면,

도 5는 소세징이 발생한 고온초전도 선재의 내부 횡단면을 도시한 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 11, 23, 27, 32, 37 : 초전도 선재

12 : 인발 다이스

13 : 인발용 지그(Jig)

14 : 로드셀(Load cell)

15 : 데이터 표시 및 저장장치

16 : 인발용 캐리지(Carriage)

17 : 인발용 레일

18 : 베이스

22, 26, 30, 35 : 은(Ag) 또는 은 합금

21, 25, 31, 36 : 초전도체

이하, 본 발명의 실시예에 따른 초전도 선재 소세징 측정 방법 및 시스템에대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 선재 소세징 측정 시스템의 일실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 동 도면의 소세징 측정 시스템은 PIT(Powder in tube)법을 이용한 고온초전도 선재 제조기술에 사용될 수 있는 형태이다.

본 시스템은 베이스(18), 인발용 레일(17), 인발 다이스(12), 인발용 지그(Jig)(13), 로드셀(Load cell)(14), 데이터 표시 및 저장장치(15), 인발용 캐리지(Carriage)(16)를 포함하여 구성된다.

상기 베이스(18)는 본 시스템을 지지하는 것으로 그 한쪽 단부(도면에서 좌측)가 인발 다이스(12)의 하부에 접해 있다. 여기서, 인발 다이스(12)는 고온 초전도 선재(10)를 인발 가공하기 위한 것으로 소정 직경의 다이스 구멍이 형성되어 있으며, 그 다이스 구멍에 고온 초전도 선재(10)가 장착된다. 상기 베이스(18)의 상부에는 인발용 레일(17)이 설치되어 있고, 이 인발용 레일(17)을 따라서 상기 인발용 캐리지(16)가 이동하게 된다.

상기 인발용 캐리지(16)에는 지그(13)와 인발장력 측정용 로드셀(14)이 부착되어 있다. 상기 지그(13)는 인발 다이스(12)를 통과하여 나온 초전도 선재(11)의 앞부분을 물고 있으며, 상기 로드셀(14)은 고온 초전도 선재(11)의 인발시 상기 캐리지(16)가 레일(17)을 따라 이동함에 따라 초전도 선재(11)에 발생하는 인발 장력의 변화를 검출한다. 여기서, 상기 로드셀(14)은 인발 장력을 전압신호로 출력한다.

상기 로드셀(14)에 의하여 검출된 인발 장력 전압신호는 인발장력 데이터로변환되어 데이터 표시 및 저장장치(15)의 데이터 저장부에 저장된다.

상기 데이터 저장부에는 초전도 선재의 인발 장력에 따른 초전도 선재 내의 소세징의 발생크기를 실험적으로 측정하여 정량화한 데이터가 기 저장되어 있다. 즉, 이 소세징 정량화 데이터는 초전도 선재의 인발시 발생하는 장력의 크기를 측정하고 그 선재의 인발 가공후 선재의 단면을 절단하여 소세징의 발생여부와 발생 소세징의 크기를 비교·분석하여 실험적으로 측정하고, 동일한 초전도 선재에 대하여 인발장력의 크기 별로 수십회 시험을 하여 얻은 실험 측정치의 평균을 해당 인발장력에 대하여 정량화하여 예를 들면 테이블 형태로 가공한 것이다.

상기 데이터 표시 및 저장장치(15)는 상기 로드셀(14)에서 검출된 인발장력 데이터에 대응하는 소세징 정량화 데이터를 데이터 저장부의 소세징 정량화 테이블에서 검색하고, 상기 인발장력 검출 데이터와 상기 검색한 소세징 정량화 데이터를 데이터 표시부를 통하여 실시간적으로 표시한다.

여기서, 현재 검출된 상기 인발장력 검출 데이터에 대응하는 소세징 정량화 데이터의 내용중 소세징의 크기가 최종 초전도 선재의 임계전류 특성 악화를 초래하는 임계값에 대응하는 경우, 상기 데이터 표시 및 저장장치(15)는 소세징 발생 경보를 출력하고 또한 인발공정의 일시 정지를 위한 제어신호를 출력하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명 시스템의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 초전도 분말을 충진한 은 또는 은합금 튜브로 이루어진 고온초전도 단심(도 2) 또는 다심 선재(도 3)의 끝단을 포인팅하여 인발 다이스(12)에 삽입한다. 그후인발 장력 측정이 가능한 장력측정 센서, 즉 로드셀(14)을 부착한 인발용 캐리지(16)에 연결된 인발용 지그(13)에 상기 포인팅한 초전도 선재(11)를 장착한다. 이어서, 상기 로드셀(14)에서 발생한 전압 신호를 데이터 표시 및 저장장치(15)에 전송한다. 다음으로, 상기 데이터 표시 및 저장장치(15)는 상기 전압신호를 힘의 크기로 변환하여 인발 가공 중에 초전도 선재(11)에 부과되는 인발 장력을 측정하고, 데이터 저장부에 기 저장된 정량화 테이블에서 상기 인발 장력 측정값에 대응하는 소세징 정량화 데이터를 검색하여, 상기 인발 장력 측정값과 상기 소세징 정량화 검색데이터를 표시부에 표시한다.

한편, 본 발명은 상기한 특정 실시형태에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지로 수정 및 변형할 수 있는 것이다. 이러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 초전도 선재의 인발 가공시 외관으로는 구별되지 않는 선재 내부에 발생하는 소세징을 실시간으로 정확히 측정할 수 있어 가공 공정 중에 소세징 발생원인을 제거할 수 있으므로 최종 초전도 선재의 임계전류 특성향상의 효과를 얻을 수 있다.

또, 초전도 선재 가공 도중에 소세징 발생 유무를 측정할 수 있고 선재에 손상을 전혀 가하지 않고 소세징을 측정할 수 있으므로 고가의 고온초전도 선재 제조시의 소세징 분석을 위한 선재 손실이 전혀 없으므로 선재 제조단가 저감에 큰 효과가 있다. 또한, 소세징 선재의 소세징을 정량적으로 측정할 수 있어 최종 제작완료 후 선재의 특성을 예측할 수 있는 장점이 있다.

Claims (11)

1. 초전도 선재의 인발 가공시 선재에 걸리는 장력의 변화를 인발 캐리지와 인발용 지그 사이에 설치된 로드 셀에 의해 측정하는 측정장치와,

   상기 초전도 선재의 인발 장력 변화에 따른 초전도 선재 내부의 소세징 발생정도가 정량화된 소세징 데이터가 저장되어 있는 저장장치와,

   상기 측정장치의 측정 데이터에 대응하는 저장장치의 소세징 정량화 데이터를 검색하고 그 검색 데이터와 상기 측정 데이터를 표시하는 표시장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재 소세징 측정 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 초전도 선재의 끝단을 포인팅하여 인발 다이스에 삽입하는 단계와;

   장력측정 센서가 부착된 인발용 캐리지에 연결된 지그에 상기 포인팅한 초전도 선재를 장착하는 단계와;

   상기 장력측정 센서에서 발생한 신호에 근거하여 상기 초전도 선재에 부과되는 장력을 측정하는 단계와;

   기 저장된 소세징 정량화 테이블에서 상기 장력 측정값에 대응하는 소세징 정량화 데이터를 검색하여, 상기 장력 측정값과 상기 소세징 정량화 검색 데이터를 표시부에 표시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재 소세징 측정 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 초전도 선재는 초전도 분말을 충진한 은 튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재 소세징 측정 방법.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 초전도 선재는 초전도 분말을 충진한 은합금 튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재 소세징 측정 방법.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 초전도 선재는 단심인 것을 특징으로 하는 초전도 선재 소세징 측정 방법.
8. 제 4항에 있어서,

   상기 초전도 선재는 다심인 것을 특징으로 하는 초전도 선재 소세징 측정 방법.
9. 제 4항 내지 제 8항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 소세징 정량화 검색 데이터가 기 설정된 초전도 선재의 임계전류 특성 악화 임계값과 비교하는 단계와,

   상기 비교 단계에서의 비교결과가 상기 검색 데이터가 상기 임계값 보다 큰 것으로 판단된 경우 소세징 발생 경보를 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재 소세징 측정 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 비교 단계에서의 비교결과가 상기 검색 데이터가 상기 임계값 보다 큰 것으로 판단된 경우 인발 공정의 일시 정지를 위한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재 소세징 측정 방법.
11. 삭제