KR101335651B1

KR101335651B1 - 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법

Info

Publication number: KR101335651B1
Application number: KR1020130038773A
Authority: KR
Inventors: 이필헌
Original assignee: 정준호
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-12-03

Abstract

본 발명은 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웰딩 넥 플랜지 특히 상대적으로 대형인 약 16~40inch(40~101cm)의 내경을 가지는 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법은, 원소재를 가열로에서 1차 가열한 후 원판 형상으로 1차 프레스 가공하는 단계; 상기 1차 프레스 가공된 원판 형상의 소재를 상하 금형 사이에 넣어, 넥부의 중앙에 구멍이 형성되고 넥부 주위에 플랜지부가 형성된 1차 가공품의 형태로 2차 프레스 가공하는 단계; 상기 1차 가공품의 구멍을 펀칭하여 통공을 형성하는 단계; 상기 통공이 형성된 1차 가공품을 가열로에서 2차 가열하는 단계; 상기 2차 가열된 1차 가공품을 롤링 밀 머신(rolling mill M/C)을 이용하여 맨드렐(54)의 회전에 의해 상기 1차 가공품의 내경을 확장하고, 상하의 축롤(52)에 의해 높이를 축소함과 동시에, 메인롤(56))에 의해 외면을 미리 정해진 크기로 성형하는 2차 가공품의 형태로 성형하는 롤링 밀 성형 단계; 및 상기 2차 가공품의 경도 강화를 위해서 열처리하는 단계를 포함한다.

Description

대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법{Method for making the large size welding neck flange}

본 발명은 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웰딩 넥 플랜지 특히 상대적으로 대형인 약 16~40inch(40~101cm)의 내경을 가지는 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법에 관한 것이다.

유체의 송수를 위해서 일반적으로 관이 사용되는데, 이러한 송수관의 경우 그 길이의 제한으로 인하여 또는 방향의 변경 등을 위하여 계속적인 관의 연결을 필요로 한다.

플랜지(flange)란 통상적으로 관체(파이프)를 연결하는 이음매의 테두리 부분을 말하는 것으로서, 서로 연결하고자 하는 관체의 일측 단부에 결합하여 대응하는 부분의 플랜지와 서로 맞대어 결합하도록 된 것이다.

특히, 웰딩 넥 플랜지(welding neck flange)는 플랜지부에 기다란 중공관 형태의 연결부(넥(neck)부)가 일체로 결합된 플랜지로서, 발전소, 조선소, 화학 플랜트 등의 관이음에 널리 사용되는 플랜지이다. '웰딩 넥 플랜지'라고 불리는 이유는 연결부분이 송수관(파이프)과 (수동)용접에 의해 연결된다는 의미에서, '웰딩 넥 플랜지'로 통칭된다.

도 1은 일반적인 웰딩 넥 플랜지의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 웰딩 넥 플랜지(10)는 다수개의 구멍이 일정한 간격으로 형성된 플랜지부(14)의 중앙 부분에 관 형상의 넥(neck)부(12)가 형성되어 있다.

이러한 웰딩 넥 플랜지(10)는 내경(D)의 크기에 따라 소형과 대형으로 구분되며, 제조방법 또한 소형 플랜지와 대형 플랜지는 차이가 있다. 즉, 5인치 이하의 소형 웰딩 넥 플랜지의 경우에는 환봉을 단조에 의해서 플랜지부를 만든 후, 이를 선반 가공에 의해서 제조할 수 있다. 그러나, 대형 특히 내경이 약 16~40inch(40~101cm)의 대형 플랜지의 경우에 단조품을 생산하기 위해서는 8,000ton ~ 20,000ton의 프레스(press) 설비와, 개당 1,000kg~3,000kg의 금형과, 한번 금형의 장착으로 필요한 수백~수천개의 작업량이 확보되어야 함으로, 엄청난 설비비가 소모되며, 금형과 작업량 확보 수량이 매우 어려운 것이 사실이다.

따라서, 현재 일반적으로 행해지고 있는 대형 웰딩 넥 플랜지를 제조하는 과정은 넥부의 높이에 대응하는 두께를 지니는 대형 원판을 준비한 후 선반(lathe)을 이용하여 불필요한 부분을 절삭 가공하여 대형 웰딩 넥 플랜지를 제조하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 재료비가 과다하게 소모된다는 치명적인 단점을 지니고 있다.

한국특허공보 등록번호 제0688066호(2007.03.02 공고)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 비교적 작은 설비를 사용하고 적은 수량의 처리도 가능할 뿐만아니라, 원재료비를 획기적으로 절감하고, 가공시간과 에너지를 절감할 수 있음으로, 제조단가를 획기적으로 줄일 수 아주 경제적인, 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 프레스 가공가과정에서 가공품의 치수의 안전성을 도모하고, 취출을 용이하게 하는 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법은, 원소재를 가열로에서 1차 가열한 후 원판 형상으로 1차 프레스 가공하는 단계; 상기 1차 프레스 가공된 원판 형상의 소재를 상하 금형 사이에 넣어, 넥부의 중앙에 구멍이 형성되고 넥부 주위에 플랜지부가 형성된 1차 가공품의 형태로 2차 프레스 가공하는 단계; 상기 1차 가공품의 구멍을 펀칭하여 통공을 형성하는 단계; 상기 통공이 형성된 1차 가공품을 가열로에서 2차 가열하는 단계; 상기 2차 가열된 1차 가공품을 롤링 밀 머신(rolling mill M/C)을 이용하여 맨드렐(54)의 회전에 의해 상기 1차 가공품의 통공을 확장하고, 상하의 축롤(52)에 의해 높이를 축소함과 동시에, 메인롤(56)에 의해 상기 1차 가공품의 외면을 미리 정해진 크기로 성형하는 2차 가공품의 형태로 성형하는 롤링 밀 성형 단계; 및 상기 2차 가공품의 조직개선 및 적정 강도와 경도 강화를 위해서 열처리하는 단계를 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 2차 프레스 가공하는 단계에서, 상부 금형은 상기 1차 가공품에 구멍을 형성하기 위한 돌출부가 형성되며, 하부 금형은 내부 다이와, 이를 감싸는 외부 다이의 2부분으로 분리되어 구분되며, 상기 내부 다이는 1차 가공품의 넥부(22)의 형상을 형성시키고, 상기 외부 다이는 1차 가공품의 플랜지부(24)의 형상을 형성시킨다.

상기 롤링 밀 성형 단계에서, 상기 메인롤의 외면에는 2차 가공품의 플랜지부에 대응하는 오목홈(57)이 형성된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 대형 웰딩 넥 플랜지 제조방법은 3차에 걸친 프레스 가공과 롤링밀 머신을 이용하여 가공함으로써, 비교적 작은 설비를 사용하여 플랜지를 제작할 수 있으며, 적은 수량의 처리도 가능하다. 또한, 버려지는 원자재를 줄일 수 있음으로 원재료비를 획기적으로 절감하고, 가공시간과 에너지를 절감할 수 있어, 제조단가를 획기적으로 줄일 수 있다는 장점이 있다.

아울러, 프레스 가공가과정에서 하부금형을 내부 다이와 외부 다이의 2부분으로 구분되어져 있음으로, 가공품의 치수의 안전성을 도모하고, 가공품의 취출을 용이하게 하여 불량율을 극소화 및 작업효율을 개선할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 웰딩 넥 플랜지의 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법을 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법 중 롤링 밀 머신(Rolling mill M/C)을 이용한 성형과정을 설명하기 위한 평면도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 웰딩 넥 플랜지의 제조방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법을 나타내는 개략도이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 본 발명의 슬래브(slab) 또는 라운드 바(round bar) 형태의 원소재를 소정의 길이로 절단한다. 원소재는 카본 스틸 저합금강, 비철금속 또는 또는 스테인레스 스틸 등이 사용될 것이며, 구매자의 요구에 따라 다양한 소재의 스틸이 사용될 수도 있음은 물론이다.

절단은 가스 절단이나 밴드쇼(band saw)를 이용하여 이루어진다. 소정의 길이로 절단된 원소재를 가열로(furnace)에서 1차 가열한다. 가열로의 온도는 대략 1200~1250℃가 바람직하며, 가열시간은 원소재의 두께 인치당 약 30분간의 가열시간을 가진다. 가열로에서 원소재를 가열하는 이유는 다음으로 진행되는 1차 프레스 가공에서 원소재를 원판 형상으로 프레스 가공하는 데 용이하도록 하기 위해서이다.

가열로에서 일정한 시간 동안 가열된 원소재를 원판 형상으로 1차 프레스 가공한다. 1차 프레스 가공은 1차 가공품을 제조하기 전에 원판의 형상으로 미리 성형하는 것을 뜻한다.

다음으로, 도시된 바와 같은 1차 가공품의 형상으로 2차 프레스 가공한다. 2차 프레스 가공은 웰딩 넥 플랜지의 대략적인 형상으로 성형하기 위한 것이다. 2차 프레스 가공에 의해 제조되는 1차 가공품(20)은 중앙에는 구멍(홈)이 형성되고, 상기 1차 가공품(20)의 넥부(22)를 중심으로 주위에 플랜지부(24)가 형성된다. 22, 24는 1차 가공품(20)의 넥부(22)와 플랜지부(24)를 의미한다.

상기 2차 프레스 가공은 상부금형(40)과 하부금형(42)에 의해서 이루어지는 데, 상부금형(40)에는 가공품에 구멍을 형성하기 위한 돌출부(41)가 형성되며, 하부 금형(42)은 내부 다이(inner die, 43)와, 이를 감싸는 외부 다이(outer die, 44)의 2부분으로 구분된다. 즉, 도시된 바와 같이 내부 다이(43)는 1차 가공품(20)의 넥부(22)의 형상을 형성시키기 위한 부분이며, 외부 다이(44)는 1차 가공품(20)의 플랜지부(24)의 형상을 형성시키기 위한 부분이다. 이와 같이, 본 발명에 있어서, 하부 금형(42)을 내부 다이(43)와, 이를 감싸는 외부 다이(44)의 2부분으로 구분하여 형성한 이유는 가공품의 치수제어가 용이하도록 함과 동시에 취출시에 가공품을 금형에서 손쉽게 취출할 수 있도록 하기 위해서이다. 2차 프레스 가공이 끝나면, 하부금형에서 1차 가공품을 취출하여야 하는 데, 이 때 외부 다이(44)는 그대로 위치한 상태에서 내부 다이(43)만을 상부로 밀어 올리게 되면 수월하게 가공품(20)을 취출할 수 있다.

다음으로 상기 1차 가공품의 구멍(홈)을 펀칭하여 통공(23)을 형성한다. 이로서, 웰딩 넥 플랜지의 대략적인 형상이 완성된다.

다음으로, 다시 통공이 형성된 1차 가공품을 가열로에서 2차 가열한다. 2차 가열 또한 1차 가열과 동일하게 가열로(furnace)에서 이루어지며, 가열로의 온도는 대략 1200~1250℃가 바람직하다. 가열로에서 2차 가열하는 이유는 다음의 롤링 밀 성형 공정에서 2차 가공품으로 성형하는 데 용이하도록 하기 위해서이다.

다음으로, 2차 가열된 1차 가공품을 롤링 밀 머신(rolling mill M/C)을 이용하여 2차 가공품의 형태로 성형하는 롤링 밀 성형을 거친다. 롤링 밀 성형 공정은 아직 완전하지 않은 1차 가공품의 외형을 보다 완전한 2차 가공품(30)의 형태로 성형한다. 도면 부호 32, 34는 2차 가공품(30)의 넥부(32)와 플랜지부(34)를 의미한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 롤링 밀 머신(rolling mill M/C)은 상하부의 축롤(52), 맨드렐(54), 메인롤(56)로 구성되되, 상부 축롤(axial roll, 52)과 하부 축롤(axial roll, 52)에 의해 상하부에서 가압하면서 회전하여 1차 가공품의 높이를 축소시킴(미리정해진 높이로 맞춤)과 동시에, 1차 가공품의 통공(23)에 맨드렐(mandrel, 54)를 삽입하여 맨드렐이 회전하면서 상기 1차 가공품의 내경(통공(23))을 확장하게 된다. 메인롤(56)은 가공품의 외면(넥부와 플랜지부의 외면)을 확장시켜 미리 정해진 크기로 성형하게 된다. 메인롤(56)에는 도시된 바와 같이 오목홈(57)이 형성되는 데, 이는 2차 가공품(30)의 플랜지부(34)의 외면 형상을 미리 정해진 크기로 성형하기 위해서이다. 통상의 롤링 밀 머신과 비교하여 메인롤(56)에 2차 가공품(30)의 플랜지부(34) 외면 성형을 위해 오목홈(57)이 형성됨은 웰딩 넥 플랜지 제조의 기술적 특징이라 할 것이다.

다음으로, 조직개선 및 적정 경도 및 강도를 위해서 열처리를 실시한다. 열처리 또한 가열로에서 이루어지며, 통상 900~950℃의 온도에서 열처리가 이루어진다. 열처리가 이루어진 2차 가공품은 검사후 출하되게 된다.

이후의 과정은, 외면에 대해서 기계적인 절삭가공과 플랜지부에 다수개의 체결공을 형성하며, 이러한 절삭가공과 체결공의 형성은 현재 널리 알려진 가공방법임으로 이에 대한 설명은 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 웰딩 넥 플랜지
12: 넥(neck)부 14: 플랜지부
20: 1차 가공품
22: 넥부 23: 통공
24: 플랜지부
30: 2차 가공품
32: 넥부 34: 플랜지부
40: 상부 금형 41: 돌출부
42: 하부 금형 43: 내부 다이(inner die)
44: 외부 다이(outer die)
52: 축롤(axial roll) 54: 맨드렐(mandrel)
56: 메인롤(main roll) 57: 오목홈

Claims

대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법에 있어서,
원소재를 가열로에서 1차 가열한 후 원판 형상으로 1차 프레스 가공하는 단계;
상기 1차 프레스 가공된 원판 형상의 소재를 상하 금형 사이에 넣어, 넥부의 중앙에 구멍이 형성되고 넥부 주위에 플랜지부가 형성된 1차 가공품의 형태로 2차 프레스 가공하는 단계;
상기 1차 가공품의 구멍을 펀칭하여 통공을 형성하는 단계;
상기 통공이 형성된 1차 가공품을 가열로에서 2차 가열하는 단계;
상기 2차 가열된 1차 가공품을 롤링 밀 머신(rolling mill M/C)을 이용하여, 맨드렐(54)의 회전에 의해 상기 1차 가공품의 통공을 확장하고, 상하의 축롤(52)에 의해 상기 1차 가공품의 높이를 축소함과 동시에, 메인롤(56)에 의해 상기 1차 가공품의 외면을 미리 정해진 크기로 성형하는 2차 가공품의 형태로 성형하는 롤링 밀 성형 단계;
상기 2차 가공품의 조직개선을 위하여 열처리하는 단계;를 포함하되,
상기 2차 프레스 가공하는 단계는 상부 금형(40)과 하부 금형(42)에 의해서 이루어지며,
상기 상부 금형(40)의 중앙에는 돌출부(41)가 형성되고,
상기 하부 금형(42)은 내부 다이(43)와, 이를 감싸는 외부 다이(44)의 분리가능한 2부분으로 구분되되, 상기 내부 다이(43)는 상기 1차 가공품의 넥부(22)의 형상을 형성시키고, 상기 외부 다이(44)는 1차 가공품의 플랜지부(24)의 형상을 형성시키는 것을 특징으로 하는 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법.
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삭제
제 1항에 있어서,
상기 롤링 밀 성형 단계에서,
상기 메인롤의 외면에는 2차 가공품의 플랜지부에 대응하는 오목홈(57)이 형성된 것을 특징으로 하는 대형 웰딩 넥 플랜지의 제조방법,