KR101295315B1

KR101295315B1 - 이중관형 엘보의 성형방법

Info

Publication number: KR101295315B1
Application number: KR1020130043614A
Authority: KR
Inventors: 송인도
Original assignee: 송인도
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-08-09

Abstract

본 발명은 이중관 형태의 강재를 굽힘처리하여 엘보로 성형하는 방법에 관한 것으로서, 외관의 내부면에 외관과 다른 재질을 갖는 금속재를 용접성형하여 내관을 형성시켜 이중관을 만드는 이중관 성형공정과, 상기 이중관을 내관 재질에 맞는 용접 후 열처리를 수행하여 내관 물성의 안정성을 확보하는 제1 열처리공정과, 상기 제1 열처리공정처리된 이중관을 굽혀 엘보를 만드는 엘보 성형공정과, 상기 엘보 성형공정처리된 엘보를 다시 열처리하여 외관과 외관 물성의 안정성을 확보하는 제2 열처리공정 및, 제2 열처리공정처리된 엘보를 식히는 냉간공정을 순차적으로 수행하는 이중관형 엘보의 성형방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 길이방향으로 직선 형태를 하는 외관의 내부면에 외관과 다른 금속재를 용접하여 내관을 형성시켜 이중관을 만들어, 외관의 내부에 용이하게 내관을 용접할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있고; 내관이 외관의 내부에 용접되어 형성된 이중관을 내관을 형성하는 금속재의 물성을 안정화시킬 수 있는 조건인 용접 후 열처리 조건으로 처리하여 내관의 금속재를 안정화시킨 후, 금형을 이용하여 가압방식으로 굽은 형태의 엘보로 성형함으로써, 굽은 형태의 엘보 성형시에 내관에 가해지는 물리적인 가압력으로 인한 내관의 부분적인 변성 또는 크랙발생으로 인한 손상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

이중관형 엘보의 성형방법{Formation method of elbow of double pipe type}

본 발명은 서로 다른 재질을 갖는 이중관 형태의 강재를 굽힘처리하여 엘보로 성형하는 방법에 관한 것으로서, 외관의 내부면에 외관과 다른 재질을 갖는 금속재를 용접성형하는 방법으로 내관을 형성시켜 이중관을 만드는 이중관 성형공정과, 상기 이중관을 내관 재질에 적용되는 용접 후 열처리를 수행하여 내관 물성의 안정성을 확보하는 제1 열처리공정과, 상기 제1 열처리공정처리된 이중관을 굽혀 엘보를 만드는 엘보 성형공정과, 상기 엘보 성형공정처리된 엘보를 다시 열처리하여 외관과 외관 물성의 안정성을 확보하는 제2 열처리공정 및, 제2 열처리공정처리된 엘보를 식히는 냉간공정을 순차적으로 수행하는 이중관형 엘보의 성형방법에 관한 분야이다.

일반적인 엘보 성형방법은 엘보의 형태에 따라 달라지나, 우선 단일 강재로 만들어지는 엘보는 직선 형태의 관을 일정의 길이로 절단한 후, 직선관을 구부려서 굽혀진 형태의 엘보로 만들어졌고, 엘보의 내부로 이송되는 유체에 대한 내식성, 내마모성 또는 내화학성 등의 특성을 향상시키기 위하여 단일강재의 내부면에 또 다른 재질의 내관을 형성시켜 만들어지는 이중관형의 엘보는 상기 방법으로 단순하게 굽혀져 만들어진 단일강재의 내부에 내관을 구성하는 금속재를 용접하여 형성시킴으로써 만들어졌다.

다음은 엘보 성형에 관한 대표적인 종래기술이다.

즉, 국내공개특허 제10-2001-0016787호는 연속적으로 용접용 엘보('엘보'과 동일한 개념임.)를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 외부로부터 제1 파이프부재가 차례로 안내되는 안내공정과, 상기 제1 파이프부재의 외측면에 고주파로 가열하는 고주파가열공정과, 상기 가이드 일단부의 주변에 있는 외력작용부재가 상기 제1 파이프부재를 좌측으로 이동시켜 직경이 증가되도록 힘을 작용하는 외력작용공정과, 상기 제1 가이드 증가부의 외측에 있는 제2 파이프부재에서 상기 제1 파이프부재의 직경을 점진적으로 증가시키는 제1 직경증가공정과, 상기 제2 가이드 증가부의 외측면을 따라 이동되면서 상기 제2 가이드 증가부의 직경이 점진적으로 증가되는 제2직경증가공정과, 롤러부재의 제3 파이프안내부에 상기 제3 파이프부재가 가이드되면서 원형의 형상으로 엘보를 제작하는 롤러가공공정으로 이루어졌다.

또한 상기 종래기술은 별도의 프레스공정을 거치지 않고도 고주파가열코일부에 의해 충분히 가열된 제1 파이프부재의 직경이 점차 증가하는 제1 가이드 증가부 및 제2 가이드 증가부에 가이드되며, 이때 상기 제2 가이드 증가부의 외측에 배설되어 상기 제2 가이드증가부의 외측에 있는 제3 파이프부재를 가이드함으로써 자연스럽게 원형을 유지하게 되고, 별도의 프레스 공정을 필요로 하지 않으므로써 제작공정을 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘하였다.

하지만, 상기 종래기술을 서로 다른 재질을 갖는 이형강재의 엘보의 성형시에 적용하면, 이형강재의 내측에 해당하는 내관이 제1, 제2 직경증가공정 또는 롤러가공공정 시에 손상되어 크랙이 발생될 수 있는 문제가 있어, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구된다.

본 발명은 이중관형 엘보의 성형방법의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 엘보의 성형방법은 단일 재질을 갖는 직선관을 구부린 상태로 만든 엘보의 내부에, 인력으로 또 다른 금속재를 용접함으로써 내부관을 형성시키도록 구성되기 때문에, 엘보의 생산성이 떨어지는 문제가 발생하였고;

엘보의 구부러짐이 클수록 작업자에 의한 용접이 어려워지고, 그로 인하여 인력에 의한 용접의 정확도가 떨어져, 용접에 의하여 형성된 내관의 두께가 일정하지 못한 문제 또는 물리적인 균일도가 떨어지는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

길이방향으로 직선 형태를 하고 중공을 갖는 금속재질 외관의 내부면에 외관과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관을 형성시켜 이중관을 만드는 이중관 성형공정과; 상기 이중관 성형공정처리된 이중관을 내관 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제1 열처리공정과; 상기 제1 열처리공정처리된 이중관이 인입가능한 엘보 형태의 인입홀을 구비하는 금형의 인입홀에 이중관을 가압하여 인입시켜, 이중관을 굽은 형태의 엘보로 만드는 엘보 성형공정과; 상기 엘보 성형공정처리된 엘보를 금형에서 탈형시킨 후, 엘보를 내관 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 다시 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제2 열처리공정과; 상기 제2 열처리공정 처리된 엘보를 냉간시키는 냉간공정;을 포함하여 구성되는 이중관형 엘보의 성형방법을 제시한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 이중관형 엘보의 성형방법은 길이방향으로 직선 형태를 하는 외관의 내부면에 유체에 대한 내식성, 내마모성 또는 내화학성 등의 특성을 향상시키는 또 다른 금속재를 용접하여 내관을 형성시켜 이중관을 만들어, 외관의 내부에 용이하게 내관을 용접할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있고;

내관이 외관의 내부에 용접되어 형성된 이중관을 내관을 형성하는 금속재의 물성을 안정화시킬 수 있는 조건인 용접 후 열처리 조건으로 처리하여 내관의 금속재를 안정화시킨 후, 금형을 이용하여 가압방식으로 굽은 형태의 엘보로 성형함으로써, 굽은 형태의 엘보 성형시에 내관에 가해지는 물리적인 가압력으로 인한 내관의 부분적인 변성 또는 크랙발생으로 인한 손상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있으며;

이형강재의 엘보의 생산성을 향상시키고, 외관의 내부에 용접에 의하여 형성된 내관의 두께 및 물리적인 균인도를 일정하게 확보할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이중관형 엘보의 성형방법의 공정순서를 나타내는 공정블럭도.
도 2는 본 발명의 이중관형 엘보의 성형방법에 의하여 제조된 엘보를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 이중관형 엘보의 성형방법에 의하여 제조되는 엘보를 나타내는 부분 단면도.
도 4 내지 5는 본 발명에 의한 이중관형 엘보의 성형방법의 엘보 성형공정을 나타내는 공정 부분 사시도.

본 발명은 서로 다른 재질을 갖는 이중관 형태의 강재를 굽힘처리하여 엘보로 성형하는 방법에 관한 것으로서, 길이방향으로 직선 형태를 하고 중공을 갖는 금속재질 외관(11)의 내부면에 외관(11)과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관(12)을 형성시켜 이중관(10a)을 만드는 이중관 성형공정(S100)과; 상기 이중관 성형공정(S100)처리된 이중관(10a)을 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제1 열처리공정(S200)과; 상기 제1 열처리공정(S200)처리된 이중관(10a)이 인입가능한 엘보(10b) 형태의 인입홀(21)을 구비하는 금형(20)의 인입홀(21)에 이중관(10a)을 가압하여 인입시켜, 이중관(10a)을 굽은 형태의 엘보(10b)로 만드는 엘보 성형공정(S300)과; 상기 엘보 성형공정(S300)처리된 엘보(10b)를 금형(20)에서 탈형시킨 후, 엘보(10b)를 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 다시 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제2 열처리공정(S400)과; 상기 제2 열처리공정(S400) 처리된 엘보(10b)를 냉간시키는 냉간공정(S500);을 포함하여 구성되는 이중관형 엘보의 성형방법에 관한 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 5를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

구체적으로, 상기 이중관 성형공정(S100)은 길이방향으로 직선 형태를 하고 중공을 갖는 금속재질 외관(11)의 내부면에 외관(11)과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관(12)을 형성시켜 이중관(10a)을 만드는 과정으로서, 직선 형태의 외관(11)에 내관(12)을 용접방식으로 형성시켜 이중관(10a)을 만드는 공정이다.

즉, 상기 외관(11)은 엘보(10b)의 내부로 이송되는 유체의 압력에 대한 저항력을 제공하는 구성으로서, 일반적인 금속재질로 만들어진 압연강관 또는 단조강관 중 어느 하나를 이용가능하고, 담수시설, 석유화학시설, 발전시설, 가스시설 또는 재활용시설 등과 같은 엘보(10b)가 이용되는 목적에 따라 다양한 종류의 것을 이용할 수 있다.

또한 외관(11)의 직경, 길이 또는 두께 등과 같은 외관(11)의 크기 또는 형태 역시 엘보(10b)가 이용되는 목적에 따라 다양한 종류의 것이 이용될 수 있음은 자명할 것이다.

아울러 내관(12)을 형성하는 금속의 재질은 스테인레스계, 니켈합금계, 하스텔로이계 또는 알루미늄합금계 등과 같은 유체에 대한 내식성, 내마모성 또는 내화학성 등의 특성을 제공할 수 있는 종류의 것을 이용가능하다. 즉, 엘보(10b) 전체가 스테인레스계, 니켈합금계, 하스텔로이계 또는 알루미늄합금계 등의 특수재질로 만들어지면, 엘보(10b) 자체가 유체에 대한 내식성, 내마모성 또는 내화학성 등의 특성을 가질 수 있으나, 엘보(10b) 전체를 상기 특수재질로 만들면 고가의 특수재로 인한 경제성이 떨어지기 때문에 외관(11)의 내부에 내관(12)을 형성시키는 것이다.

이때, 용접방식은 당업자의 판단에 따라 다양한 용접방식을 이용하여 내관(12)을 형성하는 금속 재질을 외관(11)의 내부면에 용접시킬 수 있으나, 아크용접, 가스용접 또는 특수 용접으로 구분되는 융접 방식으로 전기 또는 불꽃에 의한 열에너지에 의하여 내관(12)을 형성하는 금속이 용융되어 외관(11)의 내부면에 용접되는 것이 바람직하다.

즉, 내관(12)을 형성하는 금속은 피용접물(예, 용접봉(13))로 제작되고, 피용접물은 외관(11)의 중공에 인입되어 내부면에 상접된 상태에서 열에너지가 가해져 용융되고, 용융된 피용접물은 외관(11)의 내부면에 접합되어 용접됨으로써, 내관(12)을 형성하게 된다.

또한 내관(12)을 형성하는 금속의 용융온도는 이용되는 금속의 재질에 따라 달라질 수 있음은 자명할 것이고, 내관(12)의 형성 두께는 제조완료된 본 발명에 의한 엘보(10b)의 이용용도에 따라 달라질 수 있으나, 2~7mm의 두께를 갖아 내관(12)에 상접되어 흐르는 유체에 대한 내구성을 확보하는 동시에 하기 엘보 성형공정(S300) 시에 가해지는 굽힘력에 의한 직선 이중관(10a)의 굽힘에 의하여 연신되는 내관(12)의 일정부분이, 연신에 의하여 얇아지더라도 일정의 두께를 유지할 수 있도록 하는 효과를 실현한다.

또한 이중관 성형공정(S100)은 외관(11)의 내부면에 내관(12)을 용접하여 형성시킬 수 있으면, 어떠한 방식을 이용하여도 무방하나, 내관(12)을 형성하는 금속은 용접봉(13) 형태로 제작되어, 용접봉(13)의 일측은 고정된 상태를 유지하고, 타측은 외관(11)의 중공에 인입된 상태로 외관(11)의 내부면에 위치되며, 고정된 용접봉(13)을 중심으로 외관(11)이 회전하며 내부면에 용접봉(13)이 용접되어 내관(12)이 형성되도록 구성할 수 있다.

즉, 종래 이형강재의 엘보는 일정의 굽힘각으로 구부러진 외관(11)의 내부면에 내관(12)을 형성하는 금속을 용접하여 내관(12)을 형성시키는 방식으로 구성되었기 때문에, 인력으로 용접공정을 수행하였고, 엘보(10b)의 굽힘각이 크거나 엘보(10b)의 중공 직경이 작은 경우에는 용접으로 형성된 내관(12)의 두께 또는 균일도가 떨어지는 문제가 발생하였다.

하지만 상기 구성의 이중관 성형공정(S100)은 직선의 상태를 갖는 외관(11)의 중공에 내관(12)을 형성시키는 용접봉(13)의 타측을 인입시킨 후, 외관(11)의 일측 내부면부터 타측 내부면까지 외관(11)을 회전시키며 고르게 용접시킬 수 있는 효과를 발휘한다.

이때, 외관(11)의 회전 또는 용접은 인력을 이용하여 처리할 수도 있으나, 외관(11)을 파지한 상태에서 외관(11) 중공의 중심점을 중심으로 외관(11)을 회전시킬 수 있는 회전장치를 이용하여 외관(11)을 회전시키고, 전원공급장치 또는 가스공급장치가 구비되어 열에너지를 용접봉(13)의 타측에 제공할 수 있는 베이스에 용접봉(13)의 일측을 고정시킨 상태에서 외관(11)의 내부면에 내관(12)을 형성시킬 수도 있다.

또한 본 발명은 이중관 성형공정(S100) 중에 발생되는 용접열로 인하여 외관(11)이 지나치게 가열되는 것을 방지하기 위하여, 외관(11)의 외측에는 냉각장치가 더 포함되어 구성될 수도 있고, 냉각장치에 관한 구체적인 구성은 물, 합성냉매 또는 공기 등과 같은 냉매를 이용한 일반적인 구성이 가능하다.

아울러 제1 열처리공정(S200)은 상기 이중관 성형공정(S100)처리된 이중관(10a)을 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 과정으로서, 용접 방식으로 외관(11)의 내부에 형성된 내관(12)을 안정화시키고, 용접시에 가해진 열에너지에 의하여 가열된 외관(11)을 안정화시키며, 특히 하기 엘보 성형공정(S300)에서 내관(12)에 크랙이 발생하지 않도록 하기 위한 공정이다.

구체적으로, 상기 이중관 성형공정(S100)으로 외관(11)의 내부면 전체에 용접되어 형성된 내관(12)은 이중관 성형공정(S100) 이후에도 용접열로 인하여 일정으로 가열된 상태를 유지하기 때문에 급격하게 냉간되면, 내관(12)의 물성이 손상되거나 크랙이 발생되어 내관(12)의 내부로 흐르는 유체가 크랙 사이로 스며들어 외관(11)을 손상시킬 수 있는 문제가 발생할 수 있고, 용접열로 인하여 구조적으로 약해진 외관(11)의 부분(HAZ, heat affected zone) 역시 물성이 손상될 수 있는데, 본 발명의 제1 열처리공정(S200)은 상기와 같은 문제를 해결하는 효과를 실현한다.

특히, 제1 열처리공정(S200)은 제1 열치리공정에서 가해지는 열처리에 의하여 내관(12)이 용이하게 연신할 수 있도록 하여, 하기 엘보 성형공정(S300)에서 이중관(10a)이 굽힘처리될 때, 내관(12)이 굽혀지면서 크랙이 발생되지 않도록 하는 효과를 실현한다.

이때, 용접 후 열처리(PWHT)는 내관(12)의 재질에 따라 가열온도를 결정하는데, 용접 후 열처리에 관한 가열온도는 미국 기계학회(ASME, American Society of Mechanical Engneers)의 용접 후 열처리에 관한 규정을 적용하는 것이 바람직하다.

즉, 미국 기계학회의 용접 후 열처리에 관한 규정은 용접시에 발생된 용접열에 의하여 구조적으로 약해진 용접된 자리 주변을 안정화시키기 위한 가열 또는 냉각조건, 유지온도 및 유지시간을 규정한 것으로서, 본 발명의 제1 열처리공정(S200)은 내관(12)의 재질 종류에 따라 상기와 같은 미국 기계학회의 용접 후 열처리에 관한 규정을 적용하여 내관(12)이 용접된 외관(11)의 잔류응력 제거, 응력집중 완화 또는 조직안정화 등의 물성안정을 실현할 수 있고, 일정의 온도로 가열된 이중관(10a)을 엘보 성형공정(S300) 처리하여 내관(12)에 크랙이 발생되지 않도록 할 수 있다.

아울러 제1 열처리공정(S200)은 용접 후 열처리를 이중관(10a)의 내관(12)에만 적용시켜 수행가능하나, 공정의 원활한 수행을 위하여 용접 후 열처리의 가열온도를 유지할 수 있는 가열로에 이중관(10a)을 수용시켜 열처리하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 외관(11)이 압연강관 또는 단조강관 중 어느 하나로 구성되고, 내관(12)이 스테인레스계, 니켈합금계, 하스텔로이계 또는 알루미늄합금계 중 어느 하나 이상이 금속재질의 것으로 구성되는 경우에는, 제1 열처리공정(S200)을 250~800℃의 가열온도에 의하여 처리하고, 상기 가열온도의 유지시간을 이중관(10a) 전체의 1인치(inch) 두께당 25~35분으로 구성하여, 제1 열처리공정(S200)을 수행가능하다.

이때, 가열온도가 250℃ 미만이면 가열온도가 미약하여 내관(12)의 연신율을 향상시키기 미흡한 문제가 발생하고, 800℃를 초과하면 가열온도가 높아 내관(12)이 지나치게 물러지는 문제가 발생하므로 상기 범위 내의 가열온도를 유지하는 것이 바람직하고, 가열온도 유지시간이 이중관(10a) 1인치 두께당 25분 미만이면 유지시간이 짧아 이중관(10a)이 충분히 가열되지 못하는 문제가 발생하고, 35분을 초과하면 경제성이 떨어지는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내의 가열온도 유지시간을 갖는 것이 바람직하다.

아울러 엘보 성형공정(S300)은 상기 제1 열처리공정(S200)처리된 이중관(10a)이 인입가능한 엘보(10b) 형태의 인입홀(21)을 구비하는 금형(20)의 인입홀(21)에 이중관(10a)을 가압하여 인입시켜, 이중관(10a)을 굽은 형태의 엘보(10b)로 만드는 과정으로서, 제1 열처리공정(S200)처리되어 일정의 온도로 가열된 이중관(10a)을 금형(20)의 인입홀(21)에 강제 인입시켜 이중관(10a)을 일정의 각도로 굽히는 공정이다.

구체적으로, 금형(20)은 내부에 이중관(10a)이 상접되며 인입될 수 있는 인입홀(21)을 구비하는데, 상기 인입홀(21)은 엘보(10b)의 굽힘각과 대응하는 굽힘각을 갖는 형태로 구성된다. 또한 금형(20)은 인입홀(21)의 길이방향 중심을 기준하여 절반씩 나눠지는 형태로 분리 또는 결합가능하도록 구성되어, 이중관(10a)의 인입시에는 양쪽의 금형(20)이 결합되어 일체화된 인입홀(21)로 이중관(10a)을 인입받을 수 있고, 이중관(10a)이 인입홀(21)에 인입되며 굽혀짐으로써 만들어진 엘보(10b)를 금형(20)에서 빼낼 때에는 양쪽의 금형(20)을 분리하여 인입홀(21)이 열린 상태를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

아울러 금형(20)은 인입홀(21)에 인입되는 제1 열처리공정(S200)처리된 이중관(10a)이 금형(20)과 접촉될 때, 이중관(10a)이 쉽게 냉각되는 것을 방지하고, 굽혀지는 이중관(10a)의 외관(11)의 물성이 냉각에 의하여 약해지는 것을 방지하기 위하여, 제1 열처리공정(S200)처리된 이중관(10a)과 비슷한 온도범위 내로 예열될 수 있도록 구성될 수 있다.

또한 이중관(10a)을 금형(20)의 인입홀(21)에 가압하여 인입시키는 방법 및 가압력은 당업자의 판단에 따라서 다양한 방법으로 구성가능하나, 인입홀(21)의 입구에 끼워진 이중관(10a)을 프레스(30)로 가압하여 이중관(10a)을 인입홀(21) 내부로 강제 인입시킬 수 있다. 이때, 이중관(10a)에 가해지는 프레스(30)의 가압력은 이중관(10a)의 재질에 따른 물리적인 강도를 고려하여 다양하게 조절가능하고, 특히, 엘보(10b)의 주된 물리적인 강성(유체에 대한 저항력)을 유지시키는 외관(11)의 재질에 따라 고려하는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 연관하여, 엘보 성형공정(S300)에서 이중관(10a)이 굽혀짐으로써 만들어지는 엘보(10b)의 내관(12)은 제1 열처리공정(S200)을 통하여 용접 후 열처리된 상태이기 때문에, 용융되지는 않았지만 일정의 연성을 가질 수 있는 상태이고, 그 결과 엘보 성형공정(S300)에서 일정의 각도를 가지며 굽혀질 때 굽힘으로 인한 압축 부분(굽힘부분의 안쪽에 해당하는 부분) 또는 신장 부분(굽힘부분의 바깥쪽에 해당하는 부분)에 해당하는 내관(12) 일정부분이 손상되어 크랙이 발생하거나, 물성이 약해지는 문제를 해결할 수 있다.

아울러 제2 열처리공정(S400)은 상기 엘보 성형공정(S300)처리된 엘보(10b)를 금형(20)에서 탈형시킨 후, 엘보(10b)를 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 다시 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 과정으로서, 엘보 성형공정(S300)에서 굽혀짐으로써 만들어진 엘보(10b)의 외관(11)과 내관(12)을 구성하는 금속을 안정화시키는 공정이다.

구체적으로, 엘보 성형공정(S300)처리된 엘보(10b)는 금형(20)의 인입홀(21)에 강제 인입되면서 굽혀져 만들어지기 때문에 분자결합 상의 스트레스를 받은 상태(비열처리된 이중관(10a)을 강제 굽히는 것보다는 작음)이므로, 급격하게 냉간되면 물성이 손상될 수 있고, 특히 내관(12)에는 크랙이 발생될 수 있는데, 제2 열처리공정(S400)은 상기 제1 열처리공정(S200)과 유사하게 엘보(10b)가 일정의 가열상태를 유지할 수 있도록 하여 금속이 받은 스트레스를 완화시켜 줄 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

보다 상세하면, 제2 열처리공정(S400)은 엘보(10b)를 구성하는 외관(11)을 구성하는 금속의 안정화도 실현하지만, 내관(12)을 구성하는 금속의 안정화를 더욱 실현하여 외관(11)의 내부면에 용접되어 일정의 굽힘각을 가지며 굽혀진 내관(12)에 크랙이 발생되거나, 외관(11)의 내부면에서 박리되지 않도록 하는 과정이다.

즉, 엘보 성형공정(S300)처리된 엘보(10b)를 바로 냉간시키면, 외관(11) 또는 내관(12) 자체의 경도는 강화시킬 수 있으나, 연성이 떨어져 엘보(10b) 내부로 이송되는 유체가 고온 또는 저온의 상태인 경우에는 엘보(10b)가 쉽게 깨질 수 있는 문제가 발생하고, 서로 다른 재질을 하는 외관(11)과 내관(12)의 열전도율 차이로 인하여 내관(12)이 외관(11)의 내부면에서 박리되는 우려를 해결하는 효과를 실현한다.

이때, 제2 열처리공정(S400)의 처리조건은 상기 제1 열처리공정(S200)의 처리조건과 동일하게 구성하여, 외관(11)은 잔류응력 제거, 응력집중 완화 또는 조직안정화 등의 물성안정을 실현할 수 있고, 내관(12)은 크랙 발생 문제와 박리 우려를 해결하는 효과를 실현할 수 있다. 이하 제2 열처리공정(S400)에 관한 구체적인 설명은 상기 제1 열처리공정(S200)에 관한 구체적인 설명으로 대신하겠다.

아울러 냉간공정(S500)은 상기 제2 열처리공정(S400) 처리된 엘보(10b)를 냉간시키는 과정으로서, 제조완료된 엘보(10b)의 사용용도에 따라 냉간 온도 또는 냉간 시간을 조절하여 엘보(10b)의 물성을 조절하기 위한 공정이다.

구체적으로, 금속의 일반적인 냉간은 금속을 금속의 재결정 온도보다 낮은 상태에 놓이도록 하여 금속 입자 간의 밀도를 조절하고, 그 결과 제조완료된 금속의 물성을 조절하기 위한 처리방법으로서, 본 발명에 있어서는 제2 열처리공정(S400)처리된 엘보(10b)를 일반적인 냉간조건으로 냉간시켜 제조완료된 엘보(10b)의 물성(특히, 인장강도)을 엘보(10b)의 사용용도에 따라 적절하게 조절하며 만들 수 있도록 한다.

즉, 냉간조건 중, 냉간 시간이 짧거나 냉간 온도가 낮은 상태에서 엘보(10b)를 처리하면 엘보(10b)의 인장강도는 냉간 시간이 길거나 냉간 온도가 높은 상태보다 강하나, 연성이 떨어지는 상태를 갖고, 상기와 반대의 경우에는 인장강도는 약하나, 연성은 떨어지는 상태를 가지므로, 당업자는 엘보(10b)의 사용용도에 따라 적절하게 냉간공정(S500)을 수행가능하다.

아울러 상기와 같이 냉간공정(S500)이 완료된 엘보(10b)는 직선관과의 연결을 용이하게 하기 위하여, 엘보(10b) 양쪽의 내주 또는 외주에 일정의 나사산을 형성하는 공정을 더 처리하여 직선관과 볼트ㆍ너트 체결될 수도 있고, 엘보(10b) 양쪽의 외주에 테이퍼 형상의 경사면을 만드는 공정을 더 처리하여 직선관과 용접체결될 수도 있다.

다음은 본 발명의 이중관형 엘보의 성형방법에 의하여 엘보를 제작하는 바람직한 실시예이다.

1. 이중관 성형공정

길이 24cm, 내경 42cm, 외경 90cm인 A-105 파이프를 거치대에 고정시킨 후, SUS316 재질의 용접봉을 상기 파이프의 내부에 인입시키고, 가스 토치를 이용하여 용접봉을 가열하며 파이프의 내부에 SUS316 재질의 내부관을 4mm 두께로 용접형성시켜 이중관을 만든다. 이때, 거치대를 파이프의 길이방향으로 회전시켜 파이프의 내부면에 용접이 고르게 될 수 있도록 한다.

2. 제1 열처리공정

상기 이중관 성형공정에서 만들어진 이중관을 300℃로 가열되는 가열로에 인입시키고, 30분을 유지시킨다.

3. 엘보 성형공정

상기 제1 열처리공정에서 만들어진 이중관의 일측을 금형의 인입홀에 끼운 후, 금형의 상부에 위치된 프레스를 가동시켜 인입홀의 내측으로 이중관이 굽혀지며 인입되어 엘보로 만들어지도록 한다. 이때, 금형은 50℃로 예열된 상태이고, 인입홀은 45°의 굽힙각을 갖는다.

4. 제2 열처리공정

금형에 구비된 체결구를 해제하여 금형을 반으로 분리한 후, 상기 엘보 성형공정에서 만들어진 엘보를 금형에서 탈형시킨다. 이후, 엘보를 600℃로 가열되는 가열로에 인입시키고, 30분을 유지시킨다.

5. 냉간공정

상기 제2 열처리공정처리된 엘보를 1시간당 56℃씩 냉각되도록 냉각시켜, 45°의 굽힙각을 갖는 엘보 제조를 완료한다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

10a : 이중관 10b : 엘보
11 : 외관 12 : 내관
13 : 용접봉 20 : 금형
21 : 인입홀 30 : 프레스
S100 : 이중관 성형공정 S200 : 제1 열처리공정
S300 : 엘보 성형공정 S400 : 제2 열처리공정
S500 : 냉간공정

Claims

길이방향으로 직선 형태를 하고 중공을 갖는 금속재질 외관(11)의 내부면에 외관(11)과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관(12)을 형성시켜 이중관(10a)을 만드는 이중관 성형공정(S100)과;
상기 이중관 성형공정(S100)처리된 이중관(10a)을 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제1 열처리공정(S200)과;
상기 제1 열처리공정(S200)처리된 이중관(10a)이 인입가능한 엘보(10b) 형태의 인입홀(21)을 구비하는 금형(20)의 인입홀(21)에 이중관(10a)을 가압하여 인입시켜, 이중관(10a)을 굽은 형태의 엘보(10b)으로 만드는 엘보 성형공정(S300)과;
상기 엘보 성형공정(S300)처리된 엘보(10b)를 금형(20)에서 탈형시킨 후, 엘보(10b)를 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 다시 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제2 열처리공정(S400)과;
상기 제2 열처리공정(S400) 처리된 엘보(10b)를 냉간시키는 냉간공정(S500);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중관형 엘보의 성형방법.
제1항에 있어서,
상기 이중관 성형공정(S100)은,
내관(12)을 형성하는 금속은 용접봉(13) 형태로 제작되어, 용접봉(13)의 일측은 고정된 상태를 유지하고, 타측은 외관(11)의 중공에 인입된 상태로 외관(11)의 내부면에 위치되며,
고정된 용접봉(13)을 중심으로 외관(11)이 회전하며 내부면에 용접봉(13)이 용접되어 내관(12)이 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이중관형 엘보의 성형방법.
제1항에 있어서,
상기 외관(11)은,
압연강관 또는 단조강관 중 어느 하나로 구성되고,
상기 내관(12)은,
스테인레스계, 니켈합금계, 하스텔로이계 또는 알루미늄합금계 중 어느 하나 이상이 금속재질의 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중관형 엘보의 성형방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 열처리공정(S200)은,
250~800℃의 가열온도에 의하여, 이중관(10a) 전체의 1인치(inch) 두께당 25~35분의 온도 유지시간을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이중관형 엘보의 성형방법.