KR101291881B1 - 인장 시험용 지그 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 인장 시험용 지그에 의하면, 지그몸체(40)의 레그(42)에 형성된 체결홀(46)에 체결핀(60)의 하중을 분산시키기 위한 보강부재(50)를 체결한다. 그리고 곡면형 시험편(30)의 내측곡면(31b)이 상기 체결홀(46)을 마주하도록 곡면형 시험편(30)을 한 쌍의 레그(42) 사이에 위치시킨 상태에서, 체결핀(60)을 보강부재(50)의 삽입공(53), 곡면형 시험편(30)의 핀홀(35), 레그(42)의 핀체결홀(44)에 삽입하여 곡면형 시험편(30)을 지그몸체(40)에 고정시킨다. 본 발명에 의하면, 보강부재로 체결핀의 하중을 분산시킴으로써 곡면형 시험편의 곡률에 따른 분포하중을 고르게 작용시킬 수 있다.

Description

인장 시험용 지그{JIG FOR TENSILE TEST}
본 발명은 인장 시험용 지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배관의 파괴 저항 측정을 위한 인장 시험에 있어서 배관에서 채취한 곡면형 시험편의 균열의 직진성을 확보하기 위한 인장 시험용 지그에 관한 것이다.
최근 원자력 발전소의 주요기기의 건전성 유지 및 평가는 원자력발전소의 안전성과 관련하여 매우 중요한 문제로 인식되고 있다. 원자력 발전소에 사용되는 설비 중에 특히 배관은 열 수송 계통의 핵심기기로서 그 사용길이의 총합이 발전소 1호기 당 약80km에 달하며, 기계 설비의 약 40%를 차지한다. 이러한 배관의 파손시에 원자력 발전소의 안전에 직접적으로 영향을 주기 때문에 전 수명기간 동안에 배관의 강도 및 안전성이 보장되어야 한다.
이러한 배관의 손상 및 파손을 방지하기 위해서, 다양한 인장시험과 비파괴검사를 통하여 건전성을 평가하고, 시험에서 발견된 결함을 예측 및 분석하는 노력도 계속되고 있다.
배관의 파괴 인성치를 획득하기 위한 안전성 시험 방법에는 도 1과 같은 실배관 파괴인성 시험과, 도 2와 같은 곡면형 소형인장 시험편을 사용하는 파괴인성 시험이 있다.
먼저, 도 1과 같이, 실배관 파괴인성 시험은 실제 배관의 일부를 그대로 시험편(10)으로 삼아 지그(11)에 결합시켜 3점 이나 4점 굽힘 시험을 수행하는 것으로, 배관의 곡률에 따른 지그의 가공이 어렵고, 실배관 시험편의 길이가 보통 3~6m에 달하여 배관의 낭비가 많고 작업용이성이 떨어지는 단점이 있다.
따라서 표준 시험편 시험을 통해 재료의 파괴 인성치를 구하고, 배관 구조물의 구조해석을 수행하여 파괴 인성을 평가하는 방법이 제시된다.
예컨대, 도 2와 같이 실제 배관(20)의 일부에서 곡면형 소형인장 시험편(21)을 채취하고, 인장시험기의 지그(미도시)에 장착 후 하중을 가하여 파괴 인성을 평가하는 것이다.
하지만, 상기 곡면형 시험편(21)의 경우, 휘어진 형상을 가짐에 따라 추가적인 모멘트가 발생하고, 지그와의 연결을 위한 체결핀에 응력이 집중되어 핀이 휘어지는 현상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 파괴 인성을 평가하는데 있어서 신뢰성이 부족해지는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 곡면형 시험편을 이용하여 배관의 파괴저항 시험을 수행할 때 체결핀에 작용하는 응력을 분산시켜 시험편의 곡률에 따른 분포 하중을 고르게 작용시키는 것이 가능한 인장 시험용 지그를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 인장 시험기에 장착되어 하중을 전달받는 하중 전달부와 상기 하중 전달부의 양쪽으로 연장되는 레그를 포함하는 지그몸체, 상기 레그와 곡면형 시험편을 관통하여 상기 곡면형 시험편을 상기 지그몸체에 결합시키는 체결핀, 그리고 상기 체결핀이 삽입되는 삽입공이 관통되고, 상기 곡면형 시험편의 내측곡면으로부터 돌출되는 상기 체결핀의 일단부를 둘러감싸며, 상기 곡면형 시험편의 내측곡면과 마주하는 상기 레그와 나사체결되는 보강부재를 포함한다.
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그리고 상기 보강부재의 선단에는 상기 시험편의 내측곡면 곡률에 대응하는 테이퍼가 형성됨을 특징으로 한다.
아울러, 상기 보강부재의 길이는 상기 레그의 두께 보다 큰 값을 가지고, 상기 보강부재의 외경은 상기 체결핀의 외경의 2배의 값을 가짐을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 보강부재로 체결핀의 하중을 분산시킴으로써 곡면형 시험편의 곡률에 따른 분포하중을 고르게 작용시킬 수 있어, 인장 시험시에 발생되는 측정값의 오차 범위가 줄어들고 배관의 파괴저항 시험의 정확성이 높아지는 효과가 있다.
또한, 인장 시험시에 체결핀이 횡방향으로 휘어지는 것을 방지함으로써, 시험편의 전면(全面)에 균일한 형태의 분포하중을 가할 수 있으므로 전체적인 시험의 신뢰도가 향상될 수 있다.
또한, 인장 시험시에 발생되는 균열이 어느 방향으로 편향되지 않고 직진성을 가지고 진전되도록 함으로써 파괴 인성 시험의 신뢰도가 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 실배관 파괴 인성 시험장치의 일례를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 종래의 곡면형 시험편의 개략적인 사시도이고,
도 3은 본 발명에 사용되는 시험편을 보인 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 인장 시험용 지그에 시험편이 결합된 상태를 보인 사시도이고,
도 5는 도 4의 구성을 상세하게 보인 분해사시도이고,
도 6은 도 4를 A - A'의 절단면을 따라 절단한 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 인장 시험용 지그의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 사용되는 시험편을 보인 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 인장 시험용 지그에 시험편이 결합된 상태를 보인 사시도이고, 도 5는 도 4의 구성을 상세하게 보인 분해사시도이고, 도 6은 도 4를 A - A'의 절단면을 따라 절단한 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 3과 같이 본 발명에 의한 인장 시험용 지그에 결합되는 곡면형 시험편(30)은 배관의 곡률이 포함될 수 있도록 배관의 일부를 채취함으로써 만들어진다. 곡면형 시험편(30)에는 선단(32)을 갖는 절개부(34)가 소정길이 형성된다. 그리고 상기 절개부(34)를 중심으로 양쪽에는 인장 시험기용 지그와 결합을 위한 체결핀(60)이 삽입되는 핀홀(35)이 형성된다.
도 4와 5에 따르면, 본 발명 인장 시험용 지그는 인장 시험기(미도시)에 장착되어 하중을 전달받는 지그몸체(40), 상기 지그몸체(40)와 곡면형 시험편(30)을 관통하여 시험편을 지그몸체(40)에 결합시키는 체결핀(60), 그리고 상기 시험편의 내측곡면(31b)으로부터 돌출되는 체결핀(60)의 일단부를 둘러감싸고 상기 지그몸체(40)에 체결되는 보강부재(50)를 포함한다.
먼저, 지그몸체(40)는 시험편(30)의 상부 및 하부에 하중을 가할 수 있도록 한 쌍이 구비된다.
상기 지그몸체(40)는 인장 시험기에 장착되어 시험기로부터 하중을 전달받는 하중전달부(41)와 상기 하중전달부(41)의 단부에서 양쪽으로 연장되어 시험편(30)의 단부를 고정시켜주는 한 쌍의 레그(42)로 구성된다.
상기 레그(42) 중 상기 곡면형 시험편(30)의 외측곡면(31a)과 마주하는 부분에는 상기 체결핀(60)의 단부가 삽입되는 핀삽입홀(35)이 형성되고, 상기 곡면형 시험편(30)의 내측곡면(31b)과 마주하는 부분에는 체결홀(46)이 형성된다. 본 발명 실시예에서는 상기 체결홀(46)의 지름이 상기 핀삽입홀(35)의 지름 보다 크게 형성된다.
상기 체결홀(46)에는 보강부재(50)가 나사결합방식으로 체결된다. 본 실시예에서는 상기 체결홀(46)에는 암나사산이 형성된다.
보강부재(50)는 상기 곡면형 시험편(30)의 내측곡면(31b)과 마주하는 레그(42)에 체결된다. 레그(42)와 체결을 위해 상기 보강부재(50)의 외면에는 수나사산이 형성된다.
상기 보강부재(50)는 중공형으로서 중앙을 관통하여 삽입공(53)이 형성된다. 상기 보강부재(50)는 상기 시험편(30)의 내측곡면(31b)에서 돌출되는 체결핀(60)의 일단부를 둘러 감싸줌으로써 체결핀(60)의 응력을 분산시켜 상기 체결핀(60)의 변형을 방지하는 역할을 한다. 이로 인해 상기 체결핀(60)을 통해 곡면형 시험편(30)에 전달되는 하중이 고르게 분포하게 된다. 본 발명의 실시예에서 상기 보강부재(50)의 외경은 체결핀(60)의 외경의 2배가 되도록 설계하였다.
또한, 상기 보강부재(50)의 선단에는 곡면형 시험편(30)의 내측곡면(31b)의 곡률에 대응하고, 내측곡면(31b)과의 간섭을 최소화하기 위해 테이퍼(55)를 형성하였다. 상기 테이퍼(55)는 상기 보강부재(50)의 선단으로 갈수록 횡단면적이 줄어들 수 있도록 경사지게 형성되는 것이다. 다른 실시예로 상기 테이퍼(55)의 일부가 곡면형 시험편(30)의 핀홀(35)에 삽입될 수도 있다.
다음으로, 체결핀(60)은 곡면형 시험편(30)을 레그(42)에 결합시키는 구성으로서, 곡면형 시험편(30)의 핀홀(35)과 레그(42)의 핀삽입홀(35), 그리고 보강부재(50)의 삽입공(53)에 삽입된다.
이하, 도 4와 5를 참조하여 본 발명 인장 시험용 지그의 결합순서를 설명한다.
먼저, 도 4의 레그(42)의 체결홀(46)에 보강부재(50)를 나사결합시킨다. 그리고 상기 레그(42)들 사이에 곡면형 시험편(30)을 위치시키는데, 이때 곡면형 시험편(30)의 내측곡면(31b)이 상기 체결홀(46)을 향하도록 한다.
다음으로, 레그(42)에 체결된 보강부재(50)의 삽입공(53)과 상기 곡면형 시험편(30)의 핀홀(35), 그리고 상기 곡면형 시험편(30)의 외측곡면과 마주하는 레그(42)의 핀삽입홀(35)에 체결핀(60)을 삽입하여, 곡면형 시험편(30)의 양단부가 각각의 지그몸체(40)에 고정되도록 한다. 이때, 보강부재(50)와 체결홀(46)의 나사결합 정도에 따라 보강부재(50)와 시험편(30)의 내측곡면(31b)까지의 거리를 조절할 수도 있고, 시험편(30)의 위치도 조절할 수 있다.
본 발명 지그에 시험편을 조립한 상태가 도 4에 도시되어 있는데, 이러한 조립상태의 지그를 인장시험기에 장착하게 된다. 그러면, 인장 시험기에서는 양쪽의 지그몸체(40)가 서로 반대방향으로 이동되도록 상기 지그몸체(40)의 하중전달부(41)에 하중을 가하게 되고, 인장 하중에 따른 곡면형 시험편(30)의 파괴 인성을 분석하게 된다.
특히, 반복적인 인장력을 통하여 시험편(30)에는 절개부(34)의 선단(32)으로부터 균열이 발달하게 되고, 발생하는 균열을 이용하여 파괴 인성을 검사한다. 이때, 본 실시예에 의하면, 시험편(30)에 균일한 인장력이 가해지도록 함으로써 균열이 어느 한 방향으로 치우치지 않고 직진성을 유지한 상태에서 발달하게 되므로 파괴 인성 시험의 신뢰도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 보강부재(50)가 체결핀(60)의 일단부를 둘러 감싸고, 상기 체결핀(60)과 레그(42) 사이를 보강하기 때문에, 체결핀(60)에 작용하는 응력이 분산되어 체결핀(60)의 일부가 휘어지는 현상이 방지될 수 있다. 참고로, 도 6에는 보강부재(50)에 의해 보정되는 구간(100)이 표시되어 있다.
이와 같이 보강부재(50)에 의해 체결핀(60)의 변형을 방지함으로써, 체결핀(60)과 시험편(30) 내측곡면(31b)의 접촉면이 일정하게 유지되어 시험편(30)의 두께방향으로 하중이 고르게 분포될 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
30: 곡면형 시험편 34: 절개부
35: 핀홀 40: 지그몸체
41: 하중전달부 42: 레그
44: 핀체결홀 46: 체결홀
50: 보강부재 53: 삽입공
55: 테이퍼 60: 체결핀

Claims (4)

  1. 인장 시험기에 장착되어 하중을 전달받는 하중 전달부와 상기 하중 전달부의 양쪽으로 연장되는 레그를 포함하는 한 쌍의 지그몸체;
    상기 레그와 곡면형 시험편을 관통하여 상기 곡면형 시험편을 상기 지그몸체에 결합시키는 체결핀;
    상기 체결핀이 삽입되는 삽입공이 관통되고, 상기 곡면형 시험편의 내측곡면으로부터 돌출되는 상기 체결핀의 일단부를 둘러감싸며, 상기 곡면형 시험편의 내측곡면과 마주하는 상기 레그와 나사체결되는 보강부재;를 포함하는 인장 시험용 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강부재의 선단에는 상기 시험편의 내측곡면 곡률에 대응하는 테이퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 인장 시험용 지그.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보강부재의 길이는 상기 레그의 두께 보다 큰 값을 가지고, 상기 보강부재의 외경은 상기 체결핀의 외경의 2배의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 인장 시험용 지그.
  4. 삭제
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