KR101281321B1

KR101281321B1 - 다층 파이프 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101281321B1
Application number: KR1020097008081A
Authority: KR
Inventors: 번드 버그
Original assignee: 버그로 게엠베하 씨겐
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2013-07-03
Also published as: JP2009220182A; DK1827727T3; CA2592003A1; DE502005004156D1; US20090293981A1; BRPI0519169A2; JP5166366B2; MY140142A; WO2006066814A1; EP1827727A1; CN101934303B; US20090288467A1; AU2009201144A1; ES2308586T3; EP1857194B1; JP4546543B2; CN101087665B; CA2658859A1; DK1857194T3; EP1827727B1

Abstract

본 발명에 따라 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프(5)를 제조하는 방법은, 다층 파이프(5)에 결합될 개개의 재료층(1, 2)이 서로의 위에 놓이고, 이렇게 형성된 다층 재료는 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프(5)로 성형되며, 벤딩 롤러 및/또는 이후에 사용되는 벤딩 머신에서 수행되는 파이프 성형의 최종 단계에서는, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층(1)이 외부 파이프의 역할을 하는 재료층(2)에 강압 맞춤식으로 접합되는 것을 특징으로 한다.

Description

다층 파이프 및 그 제조 방법{MULTI-LAYER PIPE AND METHOD FOR ITS PRODUCTION}

본 발명은 다층 파이프 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 다층 파이프는 부식 또는 마모 방지에 대한 요구가 큰 경우에 사용되는 것이 바람직하다.

내부식성 압력 용기 또는 압력 라인은 다층 파이프를 사용하면 동일 재료를 일체로 구성하는 것에 비해 보다 비용 효과적인 방식으로 만들어질 수 있다. 이는 얇은 내부식성 내층(예컨대, 내산성 스테인레스강)과 고강도의 내압성 외층(예컨대, 미세립 구조용강)에 부하가 분산됨으로써 이루어진다. 그 결과, 강의 소비를 상당히 줄일 수 있고, 나머지 강 소비 부분의 대부분도 보다 비용 효과적인 재료로 바뀔 수 있다.

단독으로는 파이프로 가공될 수 없거나 큰 수고를 들여야만 파이프로 가공될 수 있는 재료(예컨대, 큰 경도를 갖는 고강도강)는 내층으로서 사용될 수 있기 때문에, (예컨대 기계적 접합을 이용하여) 다층 파이프로서 제작하는 경우에만 소정 등급의 내마모성 파이프라인을 제조할 수 있다.

다른 재료를 다양하게 조합할 수 있지만, 이러한 정황에서 기본적으로 재료 의 조합 가능성은 각 경우에 적합한 가공 방법에 의해서만 제한된다.

파이프 피복을 형성하는 경우, 2가지 가능성이 존재한다.

- 전체 표면 상에 야금학적으로 접합하는 것(초기 반제품으로서 클래딩된 플레이트를 필요로 함), 그리고

- 내부 파이프와 외부 파이프 사이를 기계적으로만 접합(예컨대, 마찰 접합)하는 것(바람직하게는 내부 플레이트와 외부 플레이트를 플레이트 에지 상에 용접하는 것).

이러한 다층 파이프의 제조는 종래 기술에서 다음과 같이 실시된다.

층들 사이를 야금학적으로 접합한 다층 파이프(예컨대, 금속 플레이트, 바람직하게는 강철 플레이트로 구성된 다층 파이프)의 경우, 2가지 서로 다른 (강철) 재료로 만들어진 클래딩된 복합 플레이트가 초기 반제품으로서 사용된다. 그 후, 다층 파이프는 다음과 같이 제조된다.

- 우선, 복합 플레이트는 압연 접합 또는 폭발 클래딩에 의해 만들어진다.

- 그 후, 통상의 방법에 따라 예컨대 벤딩 롤러 또는 벤딩 프레스 등에 의해 파이프 성형이 실시된다.

- 이어서, 사용 재료에 의거한 통상의 파이프 용접에 따라 다층 파이프의 외벽의 용접을 실시하고, 마찬가지로 재료에 의거한 증착으로 내벽의 용접을 실시한다.

이러한 종래 기술에 따른 절차의 단점은, 한편으로는 초기 반제품의 비용이 높아서 최종 제품의 비용도 또한 높고, 다른 한편으로는 초기 반제품의 유용성이 불충분하다는 것인데, 이로 인해 종래 기술의 절차의 경우 그 생산 용량이 전세계적으로 크게 제한되어 있다. 따라서, 본원의 출원인 및 발명자가 알고 있는 범위 내에서, 압연 접합 다층 플레이트의 제조를 위한 설비는 예컨대 호주 및 일본에 극소수 존재하고, 예컨대 독일 연방 공화국에는 이러한 설비가 단 한대도 없다. 본원의 출원인 및 발명자가 알고 있는 범위 내에서, 폭발 클래딩을 위한 설비도 거의 없다. 소수의 폭발 클래딩 설비 중 하나가, 예컨대 독일 연방 공화국 부르바흐 소재의 다이나밋 노벨(Dynamit Nobel)에 있다. 이러한 설비에 사용되는 생산 공학도 또한 큰 문제점을 갖고 있어, 여하튼 매우 작은 생산 로트에만 이용할 수 있다는 것을 더 고려하면 비용이 많이 들고 복잡하다.

또한, 이러한 방식으로 처리될 수 있는 재료의 수는 제한된다. 따라서, 소정의 내마모성강이 그 높은 탄소 함량으로 인하여 거의 용접될 수 없거나 전혀 용접될 수 없다면, 이 내마모성강은 내층으로서 사용될 수 없다.

기계적 접합을 이용한 다층 파이프의 경우에, 복수 개, 바람직하게는 2개의 완성 파이프가 초기 반제품으로서 사용된다. 이 공정에 대해서는 2개의 파이프를 예로 들어 이하에서 설명한다(더 많은 층의 경우 이하의 설명은 그에 맞게 이해되어야 한다).

- 2개의 완성 파이프는 억지 끼워 맞춤관계로 제조되고, 서로를 향해 마찰 없이 이동되며, 외부 파이프는 내부 파이프보다 높은 항복점을 필요로 한다.

- 내부 파이프는 (파이프가 서로를 향해 배치된 상태에서, 예컨대 확장 다이를 사용하여 기계적으로, 또는 유압으로 외부 파이프를 포함하는 다이에 밀어 넣 는) 확장에 의해서 외부 파이프를 탄성 확장시킴으로써 외부 파이프에 밀어 넣어진다. 확장력이 없어진 이후에, 외부 파이프 자체는 높은 탄성으로 인하여 내부 파이프 둘레에 압력 끼워 맞춤식으로 설치된다.

- 끝으로 두 재료의 면을 용접한다.

이러한 종래 기술의 공정의 단점은, 외부 파이프의 항복점이 내부 파이브보다 높아야 한다는 것인데, 만약 외부 파이프의 항복점이 내부 파이프보다 높지 않다면 내부 파이프와의 압력 끼워 맞춤식 연결을 초래하므로 필요한 것인 외부 파이프의 탄성이 없어지기 때문이다. 이는 매우 불리한 것인데, 그 이유는 파이프 내부의 내마모성 파이프라인으로서 매우 유익하고 바람직한 고강도 재료, 예컨대 특히 고강도강이, 높거나 심지어 매우 높은 항복점을 갖고, 그에 따라 상기 제조 공정에 부적합하기 때문이다.

따라서, 본 발명은 최신 기술에 기초하여, 한편으로는 전술한 단점을 해결하고 회피하여 반제품의 압연 접합 및/또는 폭발 클래딩을 필요로 하지 않지만, 다른 한편으로는 마찰을 이용하여 층을 서로간에 기계적으로 접합하는 최신 기술에 따른 다층 파이프의 제조에 있어서 수반되는 제한을 받지 않는, 다층 파이프 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

먼저, 이러한 목적은 본 발명에 따라 벤딩 롤러를 이용한 다층 파이프의 제 조 방법에 의해 충족되는데, 이 방법에서는

- 다층 파이프에 결합될 개개의 재료층은 서로의 위에 놓이고,

- 이렇게 형성된 다층 재료는 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프로 성형되며, 벤딩 롤러 및/또는 이후에 사용되는 벤딩 머신에서 수행되는 파이프 성형의 최종 단계에서는, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층[전체적으로 형성될 필요는 없고, 예컨대 다층 파이프의 베이스에 있는 채널 등에서는 분도원(graduated circle) 단면을 구성할 수 있음]이 외부 파이프의 역할을 하는 재료층에 강압 맞춤식으로 접합될 뿐만 아니라,

또한,

- 본 발명에 따른 방법에 의하면 다층 파이프가 제조될 수 있다.

이러한 방법에서는, 통상적으로 최종 성형을 하는데 필요한 벤딩 롤러 및/또는 벤딩 머신에서 파이프를 형성하는 동안에, 이미 내부 파이프의 역할을 하는 각 재료층을 외부 파이프의 역할을 하는 재료층에 강압 맞춤식으로 접합시켜, 전술한 단점으로 이어지는 다층 파이프의 확장을 필요로 하지 않고도 내부 파이프가 각 외부 파이프 내에서 마찰식으로 유지됨으로써, 압연-접합 및/또는 폭발 클래딩된 반제품의 이용이 회피될 수 있다. 그러나, 일부 경우에서는, 예컨대 파이프의 단부 형성 기능을 포함할 수 있는 짧은 벤딩 롤러의 경우에서는, 벤딩 롤러만으로도 최종 형성 또는 성형이 이미 가능하다는 지적이 있다. 이러한 경우에, 벤딩 머신은 본 발명에 따른 방법에 포함되지 않는다.

본 발명에 따른 다층 파이프 제조 절차의 바람직한 실시예에서,

- 이후에 재료층들을, 바람직하게는 대략 다른 층 위에 놓인 재료층의 종방향 에지나 횡방향 에지를 따라서, 또는 대략 이러한 에지에 평행한 라인(바람직하게는 단지 가상의 라인)을 따라서 서로 연결함으로써, 재료층들 사이에 제1 연결이 형성되며,

- 이렇게 형성된 다층 재료는 벤딩 롤러에 의해 파이프로 성형되고, 위로부터 그리고 아래로부터 가해지는 롤러의 압력으로 인하여 재료층들 사이에 일정한 마찰 밀폐식 연결이 형성되며, 성형 동안에 재료층 중 일부분은 서로에 대해 자유롭게 이동할 수 있고, 내부 파이프와 외부 파이프의 굽힘 반경의 차이로 인하여 성형이 진행됨에 따라 서로 자유롭게 이동하며,

- 소정의 성형 공정 이후에, 다른 층 위에 놓인 재료층을 하나 이상의 다른 위치에서, 바람직하게는 대략 다른 층 위에 놓인 재료층의 제2 종방향 에지 또는 제2 횡방향 에지를 따라서, 또는 바람직하게는 대략 상기 에지에 평행한 라인(바람직하게는 단지 가상의 라인)을 따라서 서로 연결함으로써, 재료층들 사이에 하나 이상의 다른 연결이 형성될 것이고, 그리고

- 그 후, 다층 파이프는 벤딩 롤러 및/또는 벤딩 머신에 의해 마무리 성형되며, 이러한 마무리 성형 동안에 재료층들은 서로에 대해 더 이상 이동하지 않고, 그 결과 내부 파이프의 역할을 하는 재료층이 외부 파이프의 역할을 하는 재료층에 강압 맞춤식으로 접합된다.

본원에서 에지 또는 (바람직하게는 단지 가상의) 라인을 따른 연결이 언급되는 경우에는, 상기 연결이 전체 에지 또는 라인을 따라 존재하거나, 에지 또는 라인을 따라서 일부 섹션에만 혹은 (예컨대 스폿 용접의 경우와 같이) 수 개의 개별적인 지점, 예컨대 2지점 - 바람직하게는 에지 또는 라인의 단부 지점 - 에만 존재하거나, 혹은 심지어 에지 또는 라인 상의 개별적인 한 지점에만 존재하는 것과는 무관하게, 에지 또는 선을 따라 임의의 타입의 연결이 이루어짐을 의미한다.

본 발명에 따라 벤딩 롤러를 사용하여 다층 파이프를 제조하는 방법의 다른 바람직한 실시예에서,

- 재료층 사이의 제1 연결은, 다른 재료층 위에 놓인 재료층의 종방향 에지 또는 횡방향 에지 중 어느 하나를 따라서 이들 재료층을 연결하는 것에 의해 형성되고,

- 소정의 성형 공정 이후에, 재료층 사이에는 다른 재료층 위에 놓인 재료층의 제2 종방향 에지 또는 제2 횡방향 에지를 따라서 하나 이상의 다른 연결이 형성된다.

재료층 사이에 형성되는 하나 이상의 다른 연결은, 예컨대 성형 공정을 50% 이상 100% 미만 진행한 후에 형성될 수 있다.

본 발명에 따라 벤딩 롤러를 이용하여 외부 파이프 및 내부 파이프를 구비하는 2층 파이프를 다층 파이프로서 제조하는 방법의 특히 바람직한 다른 실시예에서는, 성형 공정을 실시한 이후에 재료층 사이에 하나 이상의 다른 연결이 형성되며, (이러한 성형 공정을 여기서는 F _for 라 하고 백분율로 나타내고) 바람직하게는 대략 다음식과 같다.

여기서 DA 외부 파이프의 외경(mm),

SA 외부 파이프의 벽 두께(mm),

SI 내부 파이프의 벽 두께(mm),

σ_I 내부 파이프의 항복점(N/㎟),

Z_S 업세팅 공차(백분율), 그리고

E 영의 계수(N/㎟).

전술한 식은 후술하는 관계로부터 나온 것이다:

외부 파이프의 중립 섬유의 길이(여기서는 L_nfa 라 함)는 다음과 같다:

내부 파이프의 중립 섬유의 길이(여기서는 L_nfi 라 함)는 다음과 같다:

이어서, 파이프 성형의 100% 진행시 자유 플레이트 에지의 이동(여기서는 L _fv 라 함)은 다음과 같다:

업세팅 한계에 도달하기 위한 내부 파이프의 업세팅 정도(여기서는 ε_St라 함)는 다음과 같이 얻어진다:

그리고, 업세팅 한계에 도달하기 위한 업세팅 길이는 다음과 같이 얻어진다:

이어서, 재료층 사이의 추가 연결이 일어나는 성형 공정(여기서는 F _for 라 함)은 대략 (0 내지 1의 값으로 나타내어지며) 다음과 같다:

그리고, 백분율로는 다음과 같이 나타내어진다:

이 식을 다음 변수로 분해하면:

DA 외부 파이프의 외경(mm),

SA 외부 파이프의 벽 두께(mm),

SI 내부 파이프의 벽 두께(mm),

σ_I 내부 파이프의 항복점(N/㎟),

Z_S 업세팅 공차(백분율), 그리고

E 영의 계수(N/㎟).

앞에서 이미 특정한 재료들 사이의 추가 연결이 일어나는 성형 공정(여기서는 F _for 라 함)에 대한 식(백분율로 나타내어짐)이 얻어진다. 업세팅 공차는 하나 이상의 다른 재료층 연결의 위치 설정에 있어서 제조의 부정확성을 고려한 것이며, 적어도 의도한 외부 파이프에 대한 내부 파이프의 가압력이 얻어지도록 상기 제조의 부정확성을 보상하는 것이다.

이하의 몇 가지 예는, 재료층 사이에 하나 이상의 다른 연결이 일어나는 성형의 진행율과 관련하여 최소의 경우와 최대의 경우뿐만 아니라, 대표적인 예를 예시하도록 의도된 것이다.

재료층에 다른 연결을 형성하는 성형 공정의 결정에 관한 예
제공값		최소의 경우	대표적인 예	최대의 경우
	단위	예1	예2	예3
DA (외부 파이프의 외경)	mm	406	762	2500
SA (외부 파이프의 벽 두께)	mm	25	20	12
SI (내부 파이프의 벽 두께)	mm	10	3	1
σ_I (내부 파이프의 항복점)	N/㎟	100	350	480
Z_S (업세팅 공차)	(%)	0%	50%	15%
E (영의 계수)	N/㎟	210,000	210,000	210,000

이어서, 구하는 물리량은 다음과 같다:

표 1의 재료층에 다른 연결을 형성하는 성형 공정의 결정에 관한 예에서 구한 물리량
표 1에 주어진 예의 경우, 구하는 물리량에 관하여 다음과 같은 결과가 얻어진다:		최소의 경우	대표적인 예	최대의 경우
	단위	예1	예2	예3
외부 파이프의 중립 섬유의 길이:	mm	1,196.9	2,331.1	7,816.3
내부 파이프의 중립 섬유의 길이:	mm	1,087.0	2,258.8	7,775.4
파이프 성형의 100% 진행시 자유 플레이트 에지의 이동:	mm	110.0	72.3	40.8
업세팅 한계에 도달하기 위한 내부 파이프의 업세팅 정도:	(%)	0.05%	0.17%	0.23%
업세팅 한계에 도달하기 위한 업세팅 길이:	mm	0.52	5.65	20.44
예컨대 제2 플레이트 에지의 위치 설정을 위해, 하나 이상의 다른 연결을 형성하는데 필요한 성형의 진행 정도:	(%)	99.5%	92.2%	50.0%

본 발명에 따라 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프를 제조하는 방법의 다른 바람직한 실시예는, 하나 이상의 재료층의 위에 하나 이상의 요소, 바람직하게는 하나 이상의 플레이트가 배치되는 것을 특징으로 한다. 위에 배치되는 요소는 그 종방향 에지를 아래의 재료층에 평행하게 한 상태로 배치될 수 있지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 따라서, 위에 배치되는 요소는 그 종방향 에지를 아래의 재료층에 교차하게 한 상태로 배치될 수도 있다.

상기 요소가 그 종방향 에지를 아래의 재료층의 종방향 에지에 평행하게, 바람직하게는 거의 평행하게 한 상태로 있는 경우, 재료층 사이의 제1 연결은, 상기 요소를 그 접합 위치를 따라 위에 배치한 이후에 상기 요소, 바람직하게는 플레이트에 의해 형성되는 것이 바람직한데, 상기 접합 위치는 아래의 재료층, 바람직하게는 아래의 플레이트와 연결되어 있는 위에 놓인 재료층의 요소, 바람직하게는 플레이트의 각 종방향 에지도 동시에 구성한다.

이 방법은 본 발명에 따라 큰 직경을 갖는, 바람직하게는 610 mm (24")를 넘는 직경을 갖는 다층 파이프를 제조하기에 특히 적합한데, 이 경우 대개 이용 가능한 내층 재료 스트립, 바람직하게는 강철 스트립(강철 플레이트)의 폭은 상기 큰 직경의 파이프에 대한 전체 내층을 형성하기에 충분하지 않다. 심지어 2개의 스트립도 충분하지 않는 경우, 원한다면 절차를 계속 진행할 수 있고, 이 경우, 3개 이상의 요소, 바람직하게는 플레이트가 배치된다.

본 발명에 따라 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프를 제조하는 방법에 있어서, 다층 파이프는 외부 파이프를 파이프 이음매를 따라 용접하고 내부 파이프를 증착 용접하여 다층 파이프의 몸체를 형성함으로써 폐쇄되는 것이 바람직하다.

또한, 재료층은 파이프의 면 상에서 접합되어, 예컨대 금속 야금학적으로 전체 표면에 걸쳐서 연결되어 있지 않은 재료층 사이에 습기가 침투하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 용례로는 본 발명에 따른 2층 파이프의 제조가 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 종래 기술에서는 생산하기가 훨씬 더 어렵거나 심지어 불가능한 3층 파이프, 4층 파이프 및 그 이상의 층을 갖는 파이프는 대개 본 발명에 따라 생산될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 다른 실시예에서, 플레이트, 바람직하게는 금속 플레이트, 더 바람직하게는 강철 플레이트는 재료층으로서 또는 재료층의 요소로서 사용된다.

또한, 본 발명에 따라 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프를 제조하는 방법에 있어서, 바람직하게는 재료층의 하나 이상의 연결이 용접으로서 형성되는데, 이러한 연결 방법은 전술한 금속 플레이트, 바람직하게는 강철 플레이트의 경우에 특히 적합하다.

본 발명에 따라 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프를 제조하는 방법의 다른 바람직한 실시예는,

- 다층 파이프에 결합될 개개의 재료층은 서로의 위에 놓이고, 외부 파이프의 역할을 하며 베이스 플레이트를 구성하는 재료층은 바람직하게는 용접되는 정지 에지(stop edge)를 2개의 종방향 에지를 따라 또는 종방향 에지에 거의 평행하게 구비하고, 위에 놓이는 재료층은 상기 정지 에지 사이에 헐겁게 배치되며, 그리고

- 이렇게 구성된 다층 재료는, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층이 상기 정지 에지 사이에 클램핑되어 있는 상태에서, 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프로 성형되며, 그 결과 이후에 사용되는 벤딩 롤러 및/또는 벤딩 머신에서 수행되는 파이프 성형의 최종 단계에서, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층은 외부 파이프의 역할을 하는 재료층에 강압 맞춤식으로 접합된다.

따라서, 전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 용접될 수 없거나 또는 큰 수고를 들여야만 용접될 수 있었던 전술한 재료, 예컨대 강도가 매우 높은 강철이 각 내층으로서 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 원리는 이 실시예에서도 동일하게 유지된다. 이미 벤딩 롤러에서 수행되는 파이프 성형 동안에 내부 파이프의 역할을 하는 재료층은 외부 파이프의 역할을 하는 재료층에 강압 맞춤식으로 접합되고, 그에 따라 각각의 외부 파이프에 마찰식으로 유지된다.

정지 에지와 상부에 배치되는 재료층의 에지 사이에는 간극이 남겨지는 것이 바람직하며, 이 간극은 파이프 성형 공정 동안에만 폐쇄된다.

파이프 몸체의 형성 이후에, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층은 충격력으로 인하여 외부 파이프의 역할을 하는 재료층 안으로 이동될 수 있고, 그 결과 현장에서의 파이프 조립이 매우 간단해지도록 파이프가 서로의 안에 플러그-인되는 것을 허용하는 플러그-인 슬리브가 형성된다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 방법의 실시예에서는 파이프의 완성을 위해 외부 파이프의 용접을 파이프 이음매를 따라 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다층 파이프, 특히 본 발명의 방법에 따라 얻어지는 다층 파이프는, 특히 내부에 위치하는 재료층이 외부 재료층에 비해 항복점 또는 내력이 더 크고(이하의 내용 참조), 하나 이상의 재료층이 바람직하게는 금속 플레이트, 더 바람직하게는 강철 플레이트를 포함하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 다층 파이프의 특히 바람직한 실시예는, 다층 파이프가 2개의 강철 플레이트 재료층을 갖는 2층 파이프로서 형성되고, 내부 파이프의 역할을 하는 강철 플레이트는 탄소 함량이 매우 높아서, 적어도 용접성은 더 이상 필요치 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방식으로 얻어진 다층 파이프는 종래의 다층 파이프와 여러 면에서 다르지만, 적절히 식별될 수 있는 본 발명에 따른 어느 하나의 다층 파이프에서는 이러한 차이점이 모두 명백히 동시에 드러날 필요는 없다. 오히려, 이러한 차이점들은 서로 간의 상이한 조합으로 나타날 수 있지만, 반드시 그러할 필요는 없다.

따라서, 본 발명에 따르면 다층 파이프는 한편으로는 (운반 시간이 길고 이용 가능성이 제한될 뿐만 아니라 가격이 높다고 하는 앞서 이미 설명한 단점을 갖는) 클래딩된 플레이트를 사용할 필요가 없고, 다른 한편으로는 그럼에도 불구하도 각 내부 파이프의 재료의 항복점이 높은 동시에 각 외부 파이프의 재료의 항복점이 낮은 다층 파이프(특히 강철 플레이트 재료층으로 이루어진 2층 파이프) 가 제조될 수 있으며, 이러한 다층 파이프는 예컨대 내부 파이프의 내마모성이 가능한 한 높은 것을 필요로 하는 다층 파이프의 용례에서 필요로 하는데, 이는 높은 내마모성은 대개 높은 경도에 부합하는 것이고 나아가 높은 항복점에도 부합하는 것이기 때문이다. 항복점이 각 외부 파이프보다 높거나 같은 재료로 이루어진 내부 파이프를 구비하지만 그럼에도 불구하고 전체 표면에 걸쳐서 인접하는 층이 금속 야금학적으로 결합되지 않은 본 발명의 다층 파이프는 종래 기술에 따르면 제조될 수 없다. 이러한 다층 파이프는 지금까지 존재하지 않았다. 그러나, 본 발명으로 인하여 존재할 수 있게 되었다. 항복점의 차이가 매우 뚜렷하지는 않다면, 예컨대 소성 변형이 큰 경우에만, 내력이 소정의 충격력 하에서 영구적인 소성 확장을 일으키는 응력의 양으로서 항복점을 대신할 것이라는 것을 유의하여야 한다.

전술한 것과는 별개로, 본 발명에 따른 방법은 또한 본 발명의 다층 파이프와 관련하여 훨씬 더 많은 복수의 재료 조합을 가능하게 한다. 예컨대, 종래 기술에서는 특정 내마모성강이 내층으로서 사용될 수 없는데, 그 이유는 이러한 내마모성강이 높은 내마모성에 대개 부합하는 높은 항복점을 갖기 때문에 파이프 성형 공정에서 단독으로(예컨대, 단일층 파이프로서) 사용되기에 적합하지 않을 뿐만 아니라, 높은 탄소 함량을 갖기 때문에 내부 파이프 형성을 위해 용접하기가 겨우 가능하거나 이러한 용접을 하기에 전혀 적합하지 않으며, 즉 용접이 불가능할 수도 있다(전술한 내용 참조). 따라서, 마찬가지로 지금까지 상응하는 파이프도 존재하지 않았다. 그러나, 본 발명에 따른 방법은, 바람직한 실시예에서 제조 공정 동안에 각 내부 파이프를 각 외부 파이프에 강압 맞춤식으로 접합되는 것을 이용함으로써, 용접이 불가능하거나 혹은 용접이 불가능할 수도 있는 재료, 예컨대 탄소 함량이 높은, 바람직하게는 매우 높은 강철을 내층으로서 사용하는 전술한 다층 파이프도 제조할 수 있게 된다. 따라서, 전혀 용접이 불가능한 재료, 예컨대 바람직한 내부 파이프층 특성을 갖는 최근의 플라스틱 등을 사용하는 것도 조금이나마 가능해진다. 이러한 내층을 갖는 파이프도 마찬가지로 지금까지 존재하지 않았다.

또한, 전술한 것과는 별개로, 본 발명에 따른 방법을 이용하면 다층 파이프는 고가이면서 이용하기 까다로운 (전체 표면에 걸쳐 기계적으로 연결된) 클래딩된 플레이트를 사용하지 않고도, 종래 기술에 따르면 불가능하였던 임의의 대부분의 대직경으로 제조될 수 있는데, 이는 종래 기술에서는 필요한 확장이 사용되는 확장 다이의 치수에 의해 제한을 받거나, 혹은 확장을 위해 유압 충격력을 이용하는 경우에 균일한 성형을 하는데 필요하며 제조될 다층 파이프를 둘러싸는 다이에 의해 제한을 받기 때문이다. 종래 기술과는 달리, 본 발명의 롤링 벤딩 공정에 의하면 다층 파이프가 상기 소정의 제한을 받지 않을 수 있게 되는데, 이는 항상 소정 곡률 반경의 파이프의 한 위치에서만 성형을 목적으로 편입 사용되는 벤딩 롤러가 본 발명에 따른 다층 파이프의 직경을 제한하지 않기 때문이다. 따라서, 종래 기술에 있어서의 약 610 mm (24")의 직경 한계를 넘어서는, 바람직하게는 상기 한계를 훨씬 넘어선 다층 파이프가 클래딩된 플레이트 없이도 제조될 수 있다.

본 발명은 내층을 조금이나마 부분적으로 갖는 다층 파이프, 즉 내부 파이프의 단면이 분도원으로 형성되고, 예컨대 내부 파이프가 파이프 베이스에 있어서 채널 인서트 형태로 형성되는 다층 파이프의 제조를 가능하게 하는데, 이러한 다층 파이프 역시도 종래 기술로는 지금까지 제조할 수 없는 것이었다.

이러한 맥락에서, 본 발명의 방법에 따르면 물론 매우 소량의 파이프, 특히 개개의 파이프도 경제적으로 제조될 수 있다는 것을 주목하여야 하는데, 종래 기술에서 소량의 파이프 제조는 한편으로는 복잡한 클래딩과 이러한 제조에 필요한 최소의 생산 로트로 인하여 곤란하고, 다른 한편으로는 확장을 위해 필요한 툴 및 기구의 특별 셋업으로 인하여 곤란하다.

이하에서는, 도면을 이용하여 비제한적인 실시예를 설명한다.

본 발명의 방법에 따르면 물론 매우 소량의 파이프, 특히 개개의 파이프도 경제적으로 제조될 수 있다는 것을 주목하여야 하는데, 종래 기술에서 소량의 파이프 제조는 한편으로는 복잡한 클래딩과 이러한 제조에 필요한 최소의 생산 로트로 인하여 곤란하고, 다른 한편으로는 확장을 위해 필요한 툴 및 기구의 특별 셋업으 로 인하여 곤란하다.

도 1은 하나 위에 다른 하나가 놓이며 다층 파이프로 접합되는 2개의 재료층(1, 2)의 투시 평면도이다.

도 2는 하나 위에 다른 하나가 놓이며 다층 파이프로 접합되는 2개의 재료층으로서, 그 재료층(1, 2) 사이의 제1 연결(3a 및 3b), 바람직하게는 [즉 지점(3a 및 3b)에서의] 용접이 대략 위에 놓이는 재료층(1)의 종방향 에지(4)에 평행한 (가상의) 라인을 따라 이루어지는 것인 재료층의 투시 평면도이다.

도 3은 하나 위에 다른 하나가 놓이며 다층 파이프로 접합되는 2개의 재료층(1a, 1b, 2)으로서, 그 재료층 중 어느 하나가, 즉 여기서는 위에 놓이는 재료층이 파이프의 길이 방향으로 배치된 2개의 요소(1a, 1b), 바람직하게는 플레이트를 포함하는 것인 재료층의 투시 평면도이다.

도 3a는 하나 위에 다른 하나가 놓여 다층 파이프로 접합되는 2개의 재료층(1a, 1b, …, 1n, 2)으로서, 재료층 중 어느 하나, 즉 위에 놓이는 재료층이 파이프의 원주 방향으로 배치된 복수 개의, 즉 유한한 수의(여기서는 n이라 함) 요소(1a, 1b, …, 1n, 2), 바람직하게는 플레이트로 구성되는 것인 재료층의 다른 투시 평면도이다. 위에 놓이는 요소(1a, 1b, …, 1n)가 임의의 수(n)를 취할 수 있다는 사실이 도면에 점선(11)으로 나타내어져 있다.

여기서 위에 놓이는 요소(1a, 1b, …, 1n)는 그 종방향 에지(4)가 아래에 놓이는 재료층(2)의 종방향 에지에 교차하는 상태로 배치되는 반면에, 각각의 횡방향 에지(4a)는 아래에 놓이는 재료층(2)의 종방향에 평행하게 배치된다. 또한, 이와 같이 재료층(2) 위에 설치된 전술한 구성의 요소(1a, 1b, …, 1n)에는 제1 연결(3a₁, 3a₂, 3b₁, 3b₂, 3n₁, 3n₂)이 각각 마련된다는 것을 도 3a에서 확인할 수 있다.

도 4는 하나 위에 다른 하나가 놓여 다층 파이프로 접합되는 2개의 재료층(1a, 1b, 2)으로서, 재료층 중 어느 하나는 위에 배치되는 하나 이상의, 즉 여기서는 2개의 요소(1a, 1b), 바람직하게는 플레이트를 포함하고, 여기서 재료층 사이의 제1 연결(3)은 그 접합 위치를 따라 재료층을 배치한 이후에 상기 요소(1a, 1b)와 아래의 재료층(2)을 연결, 바람직하게는 용접함으로써 형성되며, 상기 접합 위치는 위에 놓이는 재료층의 요소(1a, 1b)의 각 종방향 에지로 구성되는 것인 재료층의 투시 평면도이다. 여기서, 제1 연결(3)은 접합 위치를 따라 그리고 이와 동시에 종방향 에지를 따라서 폐쇄 연결(3)에 의해서, 바람직하게는 용접에 의해서 실시되며, 이 연결은 접합 위치의 전체 길이에 걸쳐서 그리고 이와 동시에 종방향 에지에 걸쳐서 연장된다. 특히, 일부 섹션을 연결, 바람직하게는 용접하는 것도 가능하다.

도 5는 이렇게 형성된 다층 재료가 벤딩 롤러(도시 생략)에 의해 파이프(5)로 성형되고, 위로부터 그리고 아래로부터 가해지는 롤러의 압력으로 인하여 재료층들(1, 2) 간에 일정한 마찰 밀폐식 연결이 형성되며, 성형 동안에 재료층 중 일부분(2a에 대하는 1c와 2b에 대하는 1d)은 여전히 서로에 대해 자유롭게 이동할 수 있고, 내부 파이프(1)와 외부 파이프(2)의 굽힘 반경의 차이로 인하여 성형이 진행됨에 따라 서로 자유롭게 이동하는 것인 본 발명의 제조 공정 동안에, 즉 공정 단계에 있어서 본 발명에 따른 다층 파이프(5)를 정면에서 보여주는 사시도이다. 여기서, 2개의 재료층(1, 2) 사이에 있어서의 제1 연결(3a, 3b)은 내부 파이프(1)의 종방향 에지에 평행한 (가상의) 선을 따라 위치하는 2개의 지점(3a, 3b)(즉, 가상선의 단부 지점에 형성되는 지점)에서 이미 실시되어 있다. 그러나, 재료층을 서로 연결(3a 및 3b)함으로써 재료층(1, 2)은 그 제1 연결(3a 및 3b) 영역에서는 더 이상 서로에 대해 이동할 수 없고 서로에 대해 고정되거나 혹은 서로에 대해 제 위치에 유지된다.

도 6은 소정의 성형 공정 이후에, 위에 배치되는 재료층(1)을 하나 이상의 다른 위치(여기서는 2개의 다른 위치)에서 서로 연결함으로써 재료층(1, 2) 사이에 하나 이상의 다른 연결(여기서는 2개의 다른 연결(6a 및 6b)이며, 연속적인 또는 부분적인 용접 이음매로서 형성됨)을 형성하는 본 발명의 제조 공정 동안에, 즉 공정 단계에 있어서 본 발명에 따른 다층 파이프(5)를 정면에서 보여주는 사시도이다. 그 후, 다층 파이프(5)는 벤딩 롤러 및/또는 벤딩 머신에 의해 마무리 성형(도시 생략)되며, 이러한 마무리 성형 동안에 재료층들은 상기 다른 연결(6a 및 6b)로 인하여 서로에 대해 더 이상 이동하지 않고, 그 결과 내부 파이프의 역할을 하는 재료층(1, 1c, 1d)이 외부 파이프의 역할을 하는 재료층(2, 2a, 2b)에 강압 맞춤식으로 접합된다.

도 7은 내층(또한 내부 파이프, 내부 파이프라인, 내부 플레이트 등이라고도 함)(1)과 외층(또한 외부 파이프, 외부 파이프라인, 베이스플레이트 등이라고도 함)(2)을 구비하는 완성된 다층 파이프(5)의 투시 단면도로서, 다층 파이프(5)는 파이프 이음매(8)를 따라 외부 파이프(2)를 용접(7)하고 내부 파이프(1)를 증착 용접(9)함으로써 폐쇄된다.

도 8은 도 7에 따른 다층 파이프로의 투시 단면도로서, 2개의 용접 이음매(7, 9) 영역에 있는 내층(1)과 외층(2)을 상세히 보여주는 도면이다.

도 9는 이후에 외부 파이프를 구성하며 정지 에지(stop edge : 10a, 10b)를 구비하는 베이스 플레이트(2)와, 이후에 내부 파이프를 구성하는 내부 플레이트(1)가 아직 가공되지 않은 편평한 상태를 보여주는 투시도이다. 이렇게 형성된 다층 재료는, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층(1)이 상기 정지 에지(10a, 10b) 사이에 클램핑되어 있는 상태에서, 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프로 성형되며, 그 결과 상기 내부 파이프의 역할을 하는 재료층은 외부 파이프의 역할을 하는 재료층(2)에 강압 맞춤식으로 접합된다. 또한, 위에 놓이는 재료층의 에지와 정지 에지(10a, 10b) 사이에는 파이프의 성형 공정 동안에만 폐쇄되는 간극이 남겨져 있다는 것을 도 9에서 확인할 수 있다.

도 10은 정지 에지(10a, 10b)를 갖는 외부 플레이트(2)인 베이스 플레이트와, 상기 정지 에지(10a, 10b) 안에 그리고 그 사이에 클램핑되는 내부 파이프를 구성하는 내부 플레이트(1)를 구비하는 본 발명에 따른 다층 파이프를 관련 성형 이후에 보여주는 투시 단면도로서, 이러한 벤딩 공정의 결과로서 내부 파이프는 외부 파이프(2)에 강압 맞춤식으로 접합된다. 위에 놓이는 재료층의 에지와 정지 에지(10a, 10b) 사이의 간극은 이미 이전에 폐쇄되어 있다.

도 1은 하나 위에 다른 하나가 놓이며 다층 파이프에 결합되는 2개의 재료층의 투시 평면도.

도 2는 하나 위에 다른 하나가 놓이며 다층 파이프에 결합되는 2개의 재료층으로서, 재료층 사이의 제1 연결, 바람직하게는 용접이 대략 위에 놓이는 재료층의 종방향 에지 중 하나에 평행한 (가상의) 라인을 따라 이루어지는 것인 재료층의 투시 평면도.

도 3은 하나 위에 다른 하나가 놓이며 다층 파이프에 결합되는 2개의 재료층으로서, 재료층 중 어느 하나가 파이프의 길이 방향으로 배치된 2개의 요소, 바람직하게는 플레이트를 포함하는 것인 재료층의 투시 평면도.

도 3a는 하나 위에 다른 하나가 놓이며 다층 파이프에 결합되는 2개의 재료층으로서, 재료층 중 어느 하나, 즉 위에 놓이는 재료층이 파이프의 원주 방향으로 배치된 복수 개의 요소, 바람직하게는 플레이트로 구성되는 것인 재료층의 다른 투시 평면도.

도 4는 하나 위에 다른 하나가 놓이며 다층 파이프에 결합되는 2개의 재료층으로서, 재료층 중 어느 하나는 위에 배치되는 하나 이상의, 즉 여기서는 2개의 요소, 바람직하게는 플레이트를 포함하고, 여기서 재료층 사이의 제1 연결은 그 접합 위치를 따라 재료층을 배치한 이후에 상기 요소와 아래의 재료층을 연결, 바람직하게는 용접함으로써 형성되며, 상기 접합 위치는 위에 놓이는 재료층의 요소의 각 종방향 에지로 구성되는 것인 재료층의 투시 평면도.

도 5는 이렇게 형성된 다층 재료가 벤딩 롤러(도시 생략)에 의해 파이프로 성형되고, 위로부터 그리고 아래로부터 가해지는 롤러의 압력으로 인하여 재료층들 사이에 일정한 마찰 밀폐식 연결이 형성되며, 성형 동안에 재료층 중 일부분은 여전히 서로에 대해 자유롭게 이동할 수 있고, 내부 파이프와 외부 파이프의 굽힘 반경의 차이로 인하여 성형이 진행됨에 따라 서로 자유롭게 이동하는 것인 본 발명의 제조 공정 동안에, 즉 공정 단계에 있어서 본 발명에 따른 다층 파이프를 정면에서 보여주는 사시도.

도 6은 소정의 성형 공정 이후에, 위에 배치되는 재료층을 하나 이상의 다른 위치에서 서로 연결함으로써 재료층 사이에 하나 이상의 다른 연결을 형성하는 본 발명의 제조 공정 동안에, 즉 공정 단계에 있어서 본 발명에 따른 다층 파이프를 정면에서 보여주는 사시도.

도 7은 내층과 외층을 갖는 본 발명에 따른 완성된 다층 파이프의 투시 단면도.

도 8은 내층과 외층을 갖는 다층 파이프를 용접 이음매의 영역에 있어서 상세히 보여주는 투시 단면도.

도 9는 이후에 외부 파이프를 구성하며 정지 에지를 구비하는 베이스 플레이트와, 이후에 내부 파이프를 구성하는 내부 플레이트를 가공되지 않은 아직 편평한 상태로서 보여주는 투시도.

도 10은 정지 에지를 갖는 외부 플레이트인 베이스 플레이트와, 상기 정지 에지 안에 그리고 그 사이에 클램핑되는 내부 파이프를 구성하는 내부 플레이트를 구비하는 본 발명에 따른 다층 파이프를 관련 성형 이후에 보여주는 투시 단면도.

Claims

벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프(5)를 제조하는 방법으로서,

다층 파이프(5)로 접합될 개개의 재료층(1, 2)은 서로의 위에 놓이고, 외부 파이프의 역할을 하며 베이스 플레이트를 구성하는 재료층(2)은 정지 에지(stop edge)(10a, 10b)를 2개의 종방향 에지를 따라 또는 종방향 에지에 평행하게 구비하고, 위에 놓이는 재료층(1)은 정지 에지(10a, 10b) 사이에 헐겁게 배치되며,

이렇게 구성된 다층 재료는, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층(1)이 정지 에지(10a, 10b) 사이에 클램핑되어 있는 상태에서, 벤딩 롤러를 이용하여 다층 파이프로 성형되며, 그 결과 이후에 사용되는 벤딩 롤러 또는 벤딩 머신에서 수행되는 파이프 성형의 최종 단계에서, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층(1)은 외부 파이프의 역할을 하는 재료층(2)에 강압 맞춤식으로 접합되는 것을 특징으로 하는 다층 파이프 제조 방법.
제1항에 있어서, 완성된 다층 파이프(5)에서 내부 파이프의 역할을 하는 재료층(1)은 단면이 분도원(a graduated circle)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다층 파이프 제조 방법.
제1항에 있어서,

다층 파이프(5)로 접합된 개개의 재료층(1, 2)은 서로의 위에 놓이고, 위에 놓이는 재료층(1)의 에지와 상기 정지 에지(10a, 10b) 사이에 유지되는 간극은 파이프 성형 공정 동안에만 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 다층 파이프 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

파이프 몸체의 형성 이후에, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층(1)은 힘의 작용에 의해 외부 파이프의 역할을 하는 재료층(2)의 내측으로 이동할 수 있고, 그 결과 파이프(5)들이 상호 플러그-인 되는 것이 허용되는 플러그-인 슬리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 파이프 제조 방법.
제4항에 있어서,

다층 파이프(5)는 파이프 이음매(8)를 따라 외부 파이프(2)를 용접(7)함으로써 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 다층 파이프 제조 방법.
내부에 배치되는 재료층(1)과 외부에 배치되는 재료층(2)을 지니는 다층 파이프(5)에 있어서, 인접하는 각각의 재료층(1,2)은 상호간 전체적으로 금속학적 접합이 존재하지 않고, 상기 내부의 재료층(1)은 상기 외부의 재료층(2)보다 높은 항복점 또는 내력을 지니며, 내측 파이프 역할의 재료층(1)이 외측 파이프 역할의 재료층(2) 내로 강압 맞춤식으로 접합되고, 파이프 이음매(8)를 따른 외부 파이프(2)의 용접(7)에 의해 폐쇄되어 있는 다층 파이프(5).
제6항에 있어서, 상기 재료층(1, 2)들 중 적어도 하나의 재료층은 금속 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 다층 파이프.
제7항에 있어서, 상기 재료층(1, 2)들 중 적어도 하나의 재료층은 강 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 다층 파이프.
제8항에 있어서, 상기 다층 파이프는 2개의 강철 플레이트 재료층(1, 2)을 갖는 2층 파이프(5)로 형성되고, 내부 파이프의 역할을 하는 강철 플레이트(1)는 외부 파이프의 역할을 하는 강철 플레이트(2)보다 탄소 함량이 높은 것을 특징으로 하는 다층 파이프.
외부 파이프에 대한 내부 파이프의 가압력은 최소한 내부 파이프의 업세팅 한계에 도달하는 데에 필요한 내부 파이프의 업세팅 정도로부터 나타나는 가압력 만큼 되도록 하여, 내부 파이프의 역할을 하는 재료층이 외부 파이프의 역할을 하는 재료층에 가압 삽입되는 것을 특징으로 하는, 내부 파이프(1) 및 외부 파이프(2)를 갖는 2층 파이프.