KR101424207B1 - Apparatus and method for removing residual stress, and method for manufacturing pipe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 잔류 응력 제거 장치 및 방법, 그리고 파이프 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for removing residual stress, and a pipe manufacturing method.
일반적으로 플라스틱 파이프(plastic pipe)와 같은 플라스틱 제품을 제작할 때, 폴리머(polymer)가 압출기에서 약 200℃의 고온에서 용융된 후 유로를 통해 흐르는 압출 공정 시 폴리머의 분자 배향이 정상 상태보다 늘어나 폴리머의 분자 배향 상태가 불안전한 상태가 된다.Generally, when a plastic product such as a plastic pipe is manufactured, the molecular orientation of the polymer is increased from the normal state during the extrusion process in which the polymer is melted at a high temperature of about 200 ° C. in the extruder and then flows through the channel, The molecular alignment state becomes unstable.
이처럼, 폴리머의 분자 배향이 불안정한 파이프 상태일 때, 냉각수 등을 이용해 고온 상태의 파이프를 급속 냉각시켜 고형화할 때, 파이프의 내부와 외부 간의 온도 차이로 인해 폴리머의 결정화도가 위치에 따라 달라 제작된 플라스틱 제품인 파이프의 분자 배열이 위치에 따라 상이하여 잔류 응력인 스트레스가 생성된다.In this way, when the molecular orientation of the polymer is in an unstable pipe state, and when the pipe is rapidly solidified by cooling the pipe at a high temperature by using cooling water or the like, the degree of crystallization of the polymer depends on the position due to the temperature difference between the inside and the outside of the pipe. The molecular arrangement of the pipe, which is a product, differs depending on the position and generates stress, which is a residual stress.
이처럼, 완성된 제품인 파이프 속에 잔류 응력이 생성될 경우, 파이프의 내부나 외부로부터의 충격에 의해 균열이 발생하여 파이프의 물리적 화학적 특성이 저하되고, 외기 온도 변화에 따라 플라스틱 파이프의 외주나 길이와 같이 제품의 치수가 변형되고, 선팽창 계수가 증가하는 문제가 있다.When the residual stress is generated in the finished product pipe, cracks are generated due to the impact from the inside or outside of the pipe, so that the physical and chemical properties of the pipe deteriorate. As the outside temperature changes, The dimensions of the product are deformed and the linear expansion coefficient increases.
또한, 완성 제품을 추가로 가공하거나 시공 시와 같이 절개, 절단, 융착 또는 용접과 같은 외부적인 영향이 완성 제품에 추가로 가해질 때, 전류 응력에 의해 완성 제품이 수축되어 완성 제품의 변형을 초래하는 문제를 야기시킨다.Further, when the finished product is further processed or an external influence such as cutting, cutting, welding or welding is applied to the finished product as in the case of construction, the finished product shrinks due to the current stress, Causing problems.
하지만, 제조된 플라스틱 파이프 내에 존재하는 잔류 응력을 제거하는 별도의 공정이 행해지지 않으므로, 파이프를 길이 방향이나 직경 방향으로 자를 경우, 단부가 서로 중첩되는 겹침(overlap) 현상이나 단부가 파이프 내부 쪽으로 수축되는 토인(toe-in) 현상이 발생하여, 원하는 작업을 용이하게 할 수 없는 문제가 발생한다.However, since a separate process for removing the residual stress existing in the manufactured plastic pipe is not performed, when the pipe is cut in the longitudinal direction or the radial direction, an overlap phenomenon in which the ends overlap each other, A toe-in phenomenon occurs, which causes a problem that a desired operation can not be easily performed.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제품의 잔류 응력을 제거하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제품의 잔류 응력을 용이하게 제거하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to easily remove the residual stress of the product.
본 발명의 한 특징에 따른 잔류 응력 제거 장치는 파이프 연속체가 유입되는 유입구와 상기 파이프 연속체가 배출되는 배출구를 구비한 적어도 하나의 챔버, 상기 챔버 내에 설치되어 상기 챔버의 내부 온도를 증가시키는 적어도 하나의 히터, 상기 적어도 하나의 챔버의 온도 상태를 감지하여 해당 상태의 온도 감지 신호를 출력하는 적어도 하나의 온도 감지부, 그리고 상기 온도 감지부와 연결되어 있고, 상기 온도 감지부에서 출력되는 상기 온도 감지 신호를 판독하여 감지된 온도를 판정하고 판정된 온도를 설정 온도 범위와 비교하여, 상기 적어도 하나의 히터의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a residual stress relieving apparatus comprising at least one chamber having an inlet through which a pipe continuum is introduced and an outlet through which the pipe continuum is discharged, at least one chamber provided in the chamber for increasing the internal temperature of the chamber, At least one temperature sensor for detecting a temperature state of the at least one chamber and outputting a temperature sensing signal in a corresponding state, and a temperature sensor connected to the temperature sensor, To determine the sensed temperature, and to compare the determined temperature with the set temperature range, and to control the operation of the at least one heater.
상기 적어도 하나의 온도 감지부는 상기 적어도 하나의 챔버에서 배출되는 상기 파이프 연속체의 표면 온도를 감지할 수 있다.The at least one temperature sensing unit may sense a surface temperature of the pipe continuum discharged from the at least one chamber.
상기 온도 감지부는 적외선 온도 감지기일 수 있다.The temperature sensing unit may be an infrared temperature sensor.
상기 설정 온도 범위는 110℃ 내지 130℃일 수 있다.The set temperature range may be 110 ° C to 130 ° C.
상기 적어도 하나의 온도 감지부는 상기 적어도 하나의 챔버 내부의 온도를 감지할 수 있다.The at least one temperature sensing unit may sense a temperature inside the at least one chamber.
상기 특징에 따른 잔류 응력 제거 장치는 상기 적어도 하나의 챔버에서 배출되는 상기 파이프 연속체의 표면 온도를 감지하는 적어도 하나의 온도 감지부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 표면 온도를 감지하는 상기 적어도 하나의 온도 감지부에 의해 감지된 상기 파이프 연속체의 표면 온도가 설정 온도 범위를 벗어날 경우, 경고 신호를 출력할 수 있다.The residual stress relieving apparatus according to the above feature may further include at least one temperature sensing unit for sensing a surface temperature of the pipe continuum discharged from the at least one chamber, A warning signal can be output when the surface temperature of the pipe continuum detected by the temperature sensing unit is out of the set temperature range.
상기 특징에 따른 잔류 응력 제거 장치는 상기 적어도 하나의 챔버에 장착되어 있고, 상기 제어부에 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하여 상기 챔버의 내부 공기를 순환시키는 적어도 하나의 공기 순환기를 더 포함할 수 있다.The residual stress relieving apparatus according to the above feature may further include at least one air circulator mounted in the at least one chamber and connected to the control unit to operate according to the control of the control unit to circulate the air in the chamber have.
상기 특징에 따른 잔류 응력 제거 장치는 상기 유입구와 상기 배출구에 각각 장착되어, 상기 챔버로 유입되고 유출되는 파이프 연속체의 외부 직경에 따라 개방구의 지름이 변화되는 가림막을 더 포함할 수 있다.The apparatus for removing residual stress according to the above feature may further include a shielding film mounted on the inlet and the outlet, respectively, wherein the diameter of the opening is changed according to the outer diameter of the pipe continuum flowing into and out of the chamber.
상기 특징에 따른 잔류 응력 제거 장치는 상기 챔버의 내부, 상기 유입구의 앞 및 상기 배출구의 뒤 중 적어도 한 곳에 서로 마주보고 위치하고 높이가 다른 복수의 단을 구비한 위치 조절판, 그리고 위치 조절판의 복수의 단 중 하나에 걸쳐지고 상기 파이프 연속체를 지지하는 롤러 가이드를 더 포함할 수 있다.A residual stress relieving apparatus according to the present invention is characterized in that the residual stress relieving apparatus includes a position adjusting plate having a plurality of stages which are positioned facing each other at least in at least one of the interior of the chamber, the front of the inlet and the rear of the outlet, And a roller guide for supporting the pipe continuum.
상기 적어도 하나의 히터는 상기 챔버의 내부면에 설치되어 있는 전열선일 수 있다.The at least one heater may be a heating wire installed on the inner surface of the chamber.
본 발명의 다른 특징에 따른 잔류 응력 제거 방법은 히터를 동작시켜 챔버 내에 위치하는 파이프 연속체를 정해진 시간 동안 열처리하는 단계, 상기 챔버의 온도 상태를 감지하는 온도 감지부에서 출력되는 신호를 판독하여 상기 챔버의 온도 상태를 판정하는 단계, 그리고 판정된 상기 챔버의 온도 상태에 해당하는 온도를 설정 온도 범위와 비교하여 상기 히터의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for removing residual stress, comprising the steps of: operating a heater to heat a pipe continuum positioned in a chamber for a predetermined period of time; reading a signal output from a temperature sensing unit for sensing a temperature state of the chamber; And controlling the operation of the heater by comparing a temperature corresponding to the determined temperature state of the chamber with a set temperature range.
상기 온도 감지부는 상기 챔버의 내부 온도 또는 상기 챔버에서 출력된 파이프 연속체의 표면 온도를 감지할 수 있다.The temperature sensing unit may sense the internal temperature of the chamber or the surface temperature of the pipe continuity output from the chamber.
상기 온도 감지부가 상기 파이프 연속체의 표면 온도를 감지할 때, 상기 설정 온도 범위는 110℃ 내지 130℃일 수 있다.When the temperature sensing unit senses the surface temperature of the pipe continuum, the set temperature range may be 110 ° C to 130 ° C.
상기 정해진 시간은 상기 파이프 연속체의 직경이 증가할수록 늘어나는 것이 좋다.It is preferable that the predetermined time is increased as the diameter of the pipe continuum increases.
상기 특징에 따른 잔류 응력 제거 방법은 상기 챔버에 장착된 공기 순환기를 구동하여 상기 챔버의 내부 공기를 순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The residual stress removing method may further include circulating the air in the chamber by driving the air circulator mounted in the chamber.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 파이프 제조 방법은 원료를 녹여서 압출하는 단계, 압출되는 원료를 성형하는 원하는 형태의 파이프 연속체를 만드는 성형 단계, 상기 성형 단계에서 형성된 상기 파이프 연속체를 냉각시키는 단계, 그리고 상기 냉각 단계를 거친 상기 파이프 연속체에 정해진 시간 동안 열처리하여 상기 파이프 연속체의 온도가 설정 온도 범위에 속하도록 하여 상기 파이프 연속체 내의 잔류 응력을 제거하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a pipe, comprising melting a raw material and extruding the raw material, forming a pipe continuum of a desired shape for molding the raw material to be extruded, cooling the pipe continuum formed in the molding step, Treating the pipe continuum subjected to the cooling step for a predetermined time to remove the residual stress in the pipe continuum by making the temperature of the pipe continuum fall within a set temperature range.
상기 설정 온도 범위는 110℃ 내지 130℃일 수 있다.The set temperature range may be 110 ° C to 130 ° C.
정해진 시간은 상기 파이프 연속체의 직경이 증가할수록 길어지는 것이 좋다.It is preferable that the predetermined time is elongated as the diameter of the pipe continuum increases.
이러한 특징에 따르면, 제작된 파이프를 열처리하여 파이프에 남아있는 잔류 응력을 제거하므로, 겹침 현상이나 토인 형상과 같이 잔류 응력으로 인해 발생하는 문제점이 크게 감소하며, 원재료의 고유 물성이 유지되어 제품의 품질이 개선된다. According to this feature, since the residual stress remaining in the pipe is removed by heat treatment of the produced pipe, the problems caused by the residual stress such as the overlapping phenomenon and the toe shape are greatly reduced, and the inherent properties of the raw material are maintained, .
또한, 파이프를 제작하는 공정 중에 잔류 응력 제거 공정이 행해지므로, 파이프의 잔류 응력 제거 동작이 용이하게 행해진다.In addition, since the residual stress removing process is performed during the process of manufacturing the pipe, the residual stress removal operation of the pipe is easily performed.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 플라스틱 파이프의 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 잔류 응력 제거 장치의 개략적인 구조도이다.
도 3은 도 2의 잔류 응력 제거 장치에 설치된 가림막의 구조를 도시한 도면이다.
도 4은 본 발명의 한 실시예에 따른 잔류 응력 제거 장치를 제어하는 제어유닛의 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 잔류 응력 제거 방법의 동작 순서도이다.
도 6은 도 5의 제1 및 제2 챔버의 내부 온도 제어 단계에 대한 동작 순서도이다.FIG. 1 is a view sequentially illustrating a method of manufacturing a plastic pipe according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic structural view of a residual stress relieving apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a view showing a structure of a curtain film provided in the residual stress relieving apparatus of Fig. 2; Fig.
4 is a block diagram of a control unit for controlling a residual stress relieving apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is an operational flowchart of a residual stress removal method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating operation steps of the internal temperature control steps of the first and second chambers of FIG. 5;
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 잔류 응력 제거 장치 및 방법, 그리고 파이프 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an apparatus and method for removing residual stress according to an embodiment of the present invention, and a method for manufacturing a pipe will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따라 플라스틱 파이프를 제조하는 방법을 살펴본다.First, a method of manufacturing a plastic pipe according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
먼저, 플라스틱 파이프(P1)를 제조하기 위한 공정은 원료(1)가 입력된 후 용융되어 압출되는 압출 공정(10), 압출 공정(10)에 의해 유입된 원료(1)를 성형틀을 이용해 성형하여 절단되지 않은 파이프(P1)의 연속체인 파이프 연속체(PC1)를 형성하는 성형 공정(20), 성형 공정(20)을 거쳐 모양이 갖춰진 파이프 연속체(PC1)를 냉각시키는 냉각 공정(30), 냉각 공정(30)을 통해 냉각된 파이프 연속체(PC1)에 내재되어 있는 응력을 제거하는 잔류 응력 제거 공정(40), 그리고 응력이 제거된 파이프 연속체(PC1)를 절단기(50)를 이용해 표준화된 길이로 절단하여 파이프(P1)를 최종적으로 완성하는 절단 공정을 구비한다.First, the process for manufacturing the plastic pipe P1 includes an
본 예에서, 원료(1)는 HDPE(high density polyethylene)와 같은 폴리에틸렌(polyethylene)이나 폴리프로필렌(polypropylene)과 같은 폴리머이다.In this example, the raw material 1 is a polymer such as polyethylene or polypropylene such as HDPE (high density polyethylene).
이러한 원료(1)가 압출 공정(10)을 위해 공정실(예, 가열 실린더)로 유입되면, 입상(粒狀) 또는 분말상(粉末狀)의 원료(1)는 공정실인 압출기 속에서 가열되고 연화(軟化) 및 융융되어 스크루(screw)(11)의 회전에 의해 혼련(混鍊)과 압출을 하여 성형 공정(20)으로 유입된다. When such a raw material 1 flows into a process chamber (e.g., a heating cylinder) for the
성형 공정(20)은 진공 상태에서 진행되며, 압출 공정(10)을 거친 원료(1)는 성형틀을 통과하여 원하는 형상으로 성형되어 파이프(P1)의 형상을 갖는 연속체인 파이프 연속체(PC1)로 성형된다. 이때, 냉각수를 이용한 1차적인 냉각 공정도 함께 행해져 형성된 파이프 연속체(PC1)의 형상이 변형되는 것을 방지한다.The
성형 공정(20)에 의해 원하는 형상을 갖는 파이프 연속체(PC1)가 만들어지면 냉각 공정(30)을 통해 1차적으로 냉각된 파이프 연속체(PC1)를 2차적으로 냉각한다.When the pipe continuity PC1 having the desired shape is produced by the
이때, 1차 및 2차적인 냉각은 냉각수를 이용하여 행해지고, 냉각수의 온도는 모두 동일하게 10℃ 내지 20℃일 수 있다.At this time, the primary and secondary cooling are performed using cooling water, and the temperature of the cooling water may all be the same 10 ° C to 20 ° C.
이처럼 냉각 공정(30)에 거쳐 제작된 파이프 연속체(PC1)는 다시 잔류 응력 제거 공정(40)을 통해 파이프 연속체(PC1) 속에 남아있는 잔류 응력이 제거된다. The pipe continuum PC1 manufactured through the
이때, 잔류 응력 제거 공정(40)은 제작된 파이프 연속체(PC1)를 설정 시간 동안 열처리하여 파이프 연속체(PC1)의 온도를 최적화시켜, 파이프 연속체(PC1)의 분자 배열을 정상 상태로 재정렬시켜 응력이 제거되도록 한다.At this time, the residual
이때, 잔류 응력 제거는 가능하면 높은 온도에서 행해지는 것이 좋지만 열에 약한 플라스틱으로 이루어진 파이프 연속체(PC1)가 녹거나 변형되면 안되므로, 열처리 온도는 파이프 연속체(PC1), 즉, 파이프(P1)의 연화점보다 낮거나 동일할 수 있다.At this time, it is preferable to carry out the residual stress relief at a high temperature as much as possible. However, since the pipe continuity (PC1) made of thermoplastic is not melted or deformed, the heat treatment temperature is lower than the softening point of the pipe continuum (PC1) It can be lower or equal.
또한, 잔류 응력 제거를 위한 파이프 연속체(PC1)의 열처리 시간은 파이프 연속체(PC1), 즉, 파이프(P1)의 직경(예, 파이프의 외경)(Ø)에 따라 달라진다. 일반적으로 파이프 연속체(PC1)의 외경이 크고 두께가 증가할수록 공정 시간이 증가하므로, 열처리 시간 동안 파이프 연속체(PC1) 내에 내재되어 있는 잔류 응력의 크기(또는 양) 또한 커지게 된다.The heat treatment time of the pipe continuum PC1 for removing residual stress depends on the diameter of the pipe continuum PC1, that is, the diameter of the pipe P1 (e.g., the outer diameter of the pipe)?. Generally, as the outer diameter of the pipe continuum PC1 increases and the process time increases as the thickness increases, the magnitude (or amount) of the residual stress inherent in the pipe continuum PC1 during the heat treatment time also increases.
따라서, 잔류 응력의 크기가 증가할수록 잔류 응력 제거를 위한 열처리 시간 역시 증가한다.Therefore, as the magnitude of the residual stress increases, the heat treatment time for removing the residual stress also increases.
잔류 응력 제거 공정(40)을 위한 응력 제거 장치는 도 2 및 도 3에 도시한 것처럼 냉각 공정(30)을 마친 파이프 연속체(PC1)가 유입구인 개방구(81)를 통해 유입되는 제1 챔버(41), 제1 챔버(41)와 연결되어 있고 제1 챔버(41)의 배출구(82)를 통해 배출되는 파이프 연속체(PC1)가 유입구(83)를 통해 유입되는 제2 챔버(42), 제1 챔버(41)에 장착되어 있는 제1 공기 순환기(43), 제2 챔버(42)에 장착되어 있는 제2 공기 순환기(44), 제1 챔버(41)의 내부 영역에 장착되어 제1 챔버(41)의 내부 온도를 증가시키고 제1 내지 제4 히터(H11-H14)를 구비한 제1 가열부(H1), 제2 챔버(42) 내부 영역에 장착되어 제2 챔버(42)의 온도를 증가시키고 제1 내지 제4 히터(H21-H24)를 구비한 제2 가열부(H2), 제1 챔버(41)의 배출구(82)의 이후, 즉, 제1 챔버(41)의 배출구(82)와 제2 챔버(42)의 유입구(83) 사이에서 제1 및 제2 챔버(41, 42)를 서로 도통시키는 연결관(91)에 위치하여 제1 챔버(41)의 배출구(82)에서 배출된 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도를 감지해 해당 상태의 온도 감지 신호를 출력하는 제1 온도 감지부(T11), 그리고 제2 챔버(42)의 배출구(84) 이후에 위치하여 배출구(84)를 통해 배출되는 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도를 감지하여 해당 상태의 온도 감지 신호를 출력하는 제2 온도 감지부(T12)를 구비한다.2 and 3, the stress relieving apparatus for the residual
제1 및 제2 챔버(41, 42) 각각은 내부로 유입된 파이프 연속체(PC1)로 균일하게 열량(heat quantity)을 가하기 위해 외부와 차단되어 일정한 내부 온도를 유지한다.Each of the first and
따라서, 도 3에 도시한 것처럼, 제1 챔버(41)의 유입구(81)와 제2 챔버(42)의 배출구(84)에는 파이프 연속체(PC1)의 외부 직경의 크기에 따라 유입구(81)와 배출구(84)의 지름을 각각 변화시키는 조리개 형태의 가림막(C1, C2)이 각각 위치한다. 이러한 가림막(C1, C2)은 자동 또는 수동으로 제어되어 해당 유입구(81)나 배출구(84)의 지름의 크기를 변경하고, 이때 조리개 동작 원리에 따라 원 형태로 배열되는 복수개의 조각편의 겹침 정도를 가변시켜 가림막(C1, C2)의 개방 정도를 변화시켜 유입구(81)와 배출구(84)의 지름을 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 3, the
따라서, 유입구(81)와 배출구(84)는 개방된 부분만 열려있고 나머지 부분은 가림막(C1, C2)에 의해 막혀있다.Accordingly, only the open portion of the
열 손실을 방지하기 위해, 제1 및 제2 챔버(41, 42)의 외벽뿐만 아니라 제1 챔버(41)와 제2 챔버(42)를 연결시키는 연결관(91)도 단열재 등을 이용한 단열막(911)으로 단열 처리되어 있다.A
제1 및 제2 챔버(41, 42) 내에는 동일한 개수의 히터(H11-H14, H21-H24)가 위치하고 있다.In the first and
제1 챔버(41) 내에 위치하는 복수의 히터(H11-H14)는 제1 챔버(41)의 내부 영역을 가로 방향과 세로 방향으로 각각 균일하게 가상으로 분할할 때 형성되는 각 영역, 즉, 제1 챔버(41)의 앞쪽[즉, 유입구(81)에 인접한 쪽] 상부 영역, 뒤쪽[즉, 앞쪽의 반대편에 위치하고 배출구(82)에 인접한 쪽] 상부 영역, 앞쪽 하부 영역, 그리고 뒤쪽 하부 영역에 각각 위치하는 내부면에 각각 일정한 간격으로 설치되어 있는 전열선으로 이루어져 있다. The plurality of heaters H11 to H14 located in the
제2 챔버(42) 내에 위치하는 복수의 히터(H21-H24) 역시 제1 챔버(41)와 동일한 위치, 즉 앞쪽 상부 영역, 뒤쪽 상부 영역, 앞쪽 하부 영역, 그리고 뒤쪽 하부 영역의 면에 각각 위치하고 일정한 간격으로 설치되어 있는 전열선으로 이루어진다.The plurality of heaters H21 to H24 located in the
이때, 각 영역에 위치하는 히터(H11-H14, H21-H24)는 서로 분리되어 있고 별도로 동작한다.At this time, the heaters H11-H14 and H21-H24 located in the respective regions are separated from each other and operate separately.
챔버(41, 42)의 내부 형상이 원형의 단면 형상을 가질 경우, 각 히터(H11-H14, H21-H24)를 구성하는 전열선은 대략 중심점을 중심으로 평행하게 각 챔버(41, 42)를 분할할 때, 앞쪽 상부 영역, 뒤쪽 상부 영역, 앞쪽 하부 영역, 및 뒤쪽 하부 영역의 각 면이 실질적으로 챔버(41, 42)의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 이격되게 설치되어 있으므로, 챔버(41, 42) 내부면에는 실질적으로 전열선이 위치한다.When the inner shapes of the
이로 인해, 챔버(41, 42) 내부의 온도가 신속하고 균일하게 상승하여, 챔버(41, 42)의 가열 시간이 단축되고 챔버(41, 42)의 위치에 따른 온도 차이가 크게 감소한다.This quickly and uniformly raises the temperature inside the
또한, 제1 및 제2 챔버(41, 42) 내의 각 히터(H11-H14, H21-H24)는 외부와 인접한 챔버(41, 42)의 내부면에 위치하므로, 챔버(41, 42) 내의 공기를 좀더 신속하게 상승시키고 파이프 연속체(PC1)의 이동에 방해를 주지 않는다.Since the heaters H11-H14 and H21-H24 in the first and
본 예에서, 각 챔버(41, 42)의 분할 영역의 개수는 4개이지만 이에 한정되지 않고 변동 가능하다. In this example, the number of divided regions of each of the
제1 및 제2 공기 순환기(43, 44)는 모두 팬(fan)으로 이루어져 있고, 제1 및 제2 챔버(41, 42) 내부의 공기를 강제로 순환시켜 제1 및 제2 챔버(41, 42)의 위치에 차이에 따른 온도 차이를 감소시킨다. 따라서, 제1 챔버(41)와 및 제2 챔버(42) 각각의 내부 상부와 내부 하부의 온도 편차를 균일하고 안정되게 유지시켜 제1 챔버(41)와 제2 챔버(42)가 일정한 내부 온도를 유지하도록 한다.The first and
제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12)는 각각 적외선 온도 감지기로 이루어진다.The first and second temperature sensing units T11 and T12 are each composed of an infrared temperature sensor.
또한, 응력 제거 공정(40)을 위한 응력 제거 장치에서, 도 3에 도시한 것처럼, 각 챔버(41, 42)의 내부, 유입구(81, 83) 앞 및 배출구(82, 84) 뒤 중 한 곳 이상에는 파이프 연속체(PC1)의 처짐 현상을 방지하여 파이프 연속체(PC1)에 좀더 균일하게 열이 가해지도록 하는 가이드 롤러(guide roller)(310)와 가이드 롤러(310)가 걸쳐지는 두 개의 위치 조절판(320)이 위치한다.In the stress relieving apparatus for the
이때, 두 개의 위치 조절판(320)은 서로 마주보게 위치하며, 각 위치 조절판(320)에는 높이가 서로 다른 복수의 단이 위치한다.At this time, the two
따라서, 가이드 롤러(310)는 위치 조절판(320)의 복수의 단 중 원하는 높이에 위치하는 단에 걸쳐지게 되고 이 가이드 롤러(310) 위에 파이프 연속체(PC1)가 위치하여, 가이드 롤러(310)는 파이프 연속체(PC1)의 위치를 지지한다. The
이러한 가이드 롤러(310)에 의해, 파이프 연속체(PC1)는 챔버(41, 42)의 가운데 부분을 통과하게 되어, 전체적으로 균일한 열량이 파이프 연속체(PC1)에 전달되도록 한다.This
각 위치에 설치되는 가이드 롤러(310)와 위치 조절판(320)의 설치 개수는 필요에 따라 가감될 수 있고 또한 생략 가능하다. The number of the
다음, 도 4를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 잔류 응력 제거 장치의 동작을 제어하는 제어 유닛의 구조에 대하여 설명한다. 제어 유닛 역시 잔류 응력 제어 장치의 일부를 이룬다.Next, a structure of a control unit for controlling the operation of the residual stress relieving apparatus according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The control unit also forms part of the residual stress control device.
도 4에 도시한 것처럼, 전류 응력 제거 장치는 온도 설정부(100), 그리고 온도 설정부(100)와 제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12)에 입력단자가 연결되어 있고 제1 및 제2 가열부(H1, H2)와 제1 및 제2 공기 순환기(43, 44)에 출력 단자가 연결되어 있는 제어부(200)를 구비한다.4, the current stress relieving apparatus includes a
따라서, 제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12), 제1 및 제2 챔버(41, 42) 내에 위치하는 제1 및 제2 가열부(H1, H2) 그리고 제1 및 제2 챔버(41, 42)에 장착되어 있는 제1 및 제2 공기 순환기(43, 44)는 잔류 응력 제거 장치(1)의 일부를 이룬다.Accordingly, the first and second temperature sensing units T11 and T12, the first and second heating units H1 and H2 and the first and
온도 설정부(100)는 사용자의 동작을 통해 제1 및 제2 챔버(41, 42)에 열처리된 후의 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도를 설정하기 위한 것이다. 따라서 온도 설정부(100)는 키보드 등과 같이 원하는 온도값을 입력하는 입력 장치이다.The
이때, 온도 설정부(100)에 의해 설정되는 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도인 파이프 연속체(PC1)의 설정 표면 온도는 이미 기술한 것처럼 파이프 연속체(PC1)의 잔류 응력을 제거할 수 있는 온도로서, 파이프 연속체(PC1)의 연화점에 인접하게 낮거나 동일할 수 있다. At this time, the set surface temperature of the pipe continuum PC1, which is the surface temperature of the pipe continuum PC1 set by the
비록 파이프 연속체(PC1)의 설정 표면 온도가 연화점과 동일하더라고 파이프 연속체(PC1)가 곧바로 열에 녹아 내리지 않으므로 설정 표면 온도가 연화점과 동일하더라도 열처리 시간을 제어하면 파이프 연속체(PC1)의 변형은 이루어지지 않아 무방하다. 따라서, 본 예에 따른 파이프 연속체(PC1)의 설정 표면 온도의 범위는 110℃ 내지 130℃이다.Even though the set surface temperature of the pipe continuum PC1 is the same as the softening point, the pipe continuum PC1 does not immediately melt into the heat, so even if the set surface temperature is the same as the softening point, the pipe continuum PC1 is not deformed by controlling the heat treatment time It is acceptable. Therefore, the range of the set surface temperature of the pipe continuum PC1 according to this example is 110 占 폚 to 130 占 폚.
제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12)는 각 챔버(41, 42) 내의 온도 상태를 감지하기 위한 것으로서, 이들 온도 감지부(T11, T12)에 의해 감지된 온도를 기초로 하여 제1 및 제2 챔버(41, 42) 내의 히터(H11-H14, H21-H24)의 동작 상태가 제어되어 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도가 설정 온도를 유지해 잔류 응력을 제거할 수 있도록 한다.The first and second temperature sensing units T11 and T12 are for sensing a temperature state in each of the
제어부(200)는 온도 설정부(100)에서 입력되는 파이프 연속체(PC1)의 설정 표면 온도를 입력 받아 복수의 히터(H11-H14, H21-H24)를 구비하고 있는 각 챔버(41, 42)의 가열부(H1, H2)의 동작을 제어하여 제1 및 제2 챔버(41, 42)에서 열처리된 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도가 설정 표면 온도를 유지하도록 한다.The
또한, 제어부(200)는 제1 및 제2 가열부(H1, H2)를 동작시킬 때, 제1 및 제2 챔버(41, 42)에 각각 장착되어 있는 공기 순환기(43, 44)도 동작시켜 해당 챔버(41, 42)의 내부 온도를 신속하게 원하는 온도까지 상승시키며, 또한 챔버(41, 42) 내의 위치에 따른 온도 차이를 감소시킨다.The
다음, 도 5를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따라 파이프 연속체(PC1)의 잔류 응력을 제거하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of eliminating the residual stress of the pipe continuum PC1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
먼저, 도시하지 않은 전원 스위치 등을 이용하여 잔류 응력 제거 장치의 동작에 필요한 전원이 공급된 상태에서 동작 시작 스위치(도시하지 않음)가 온되면, 제어부(200)의 동작이 시작된다(S10).First, when an operation start switch (not shown) is turned on in a state where power required for operation of the residual stress relieving apparatus is supplied by using a power switch or the like (not shown), the operation of the
동작이 시작되면(S10), 제어부(200)는 온도 설정부(100)에서 입력되는 신호를 판독하여(S11), 온도 설정부(100)를 통해 파이프 연속체(PC1)의 설정 표면 온도의 범위가 입력되었는지를 판정한다(S13).When the operation starts (S10), the
온도 설정부(100)로부터 설정 표면 온도의 범위값 즉, 설정 표면 온도의 최소값과 최대값에 대한 신호가 입력되면, 제어부(200)는 제1 및 제2 챔버(41,42) 내에 장착되어 있는 각 제1 및 제2 가열부(H1, H2)로 구동 신호를 출력하여, 제1 및 제2 가열부(H1, H2)를 동작시킨다.When a signal for a minimum value and a maximum value of the set surface temperature is input from the
이미 설명한 것처럼, 파이프 연속체(PC1)의 설정 표면 온도의 범위는 110℃ 내지 130℃이다.As already described, the range of the set surface temperature of the pipe continuum (PC1) is 110 占 폚 to 130 占 폚.
따라서, 제어부(200)는 제1 챔버(41)에 위치한 제1 내지 제4 히터(H11-H14) 각각으로 구동 신호를 출력하고, 제1 챔버(41)에 위치한 제1 내지 제4 히터(H11-H14) 각각으로 구동 신호를 출력하며, 또한 제2 챔버(42)에 위치한 제1 내지 제4 히터(H21-H24) 각각으로 구동 신호를 출력한다(S15).Accordingly, the
그런 다음, 제어부(200)는 제1 및 제2 공기 순환기(43, 44)로 구동 신호를 출력하여 제1 및 제2 공기 순환기(43, 44)를 동작시킨다(S17).Then, the
이로 인해, 제1 및 제2 챔버(41, 42)의 내부 온도는 상승하게 되며, 또한 제1 및 제2 공기 순환기(43, 44)에 의해 각 챔버(41, 42)의 내부 공기가 순환되므로 각 챔버(41, 42)의 내부 온도의 상승 속도는 증가하고 챔버(41, 42)의 위치에 따른 온도 차이는 없어지거나 줄어든다.As a result, the internal temperatures of the first and
이때, 제1 및 제2 가열부(H1, H2)와 제1 및 제2 공기 순환기(43, 44)의 동작 순서는 변경 가능하다.At this time, the operation sequence of the first and second heating units H1 and H2 and the first and
하지만, 온도 설정부(100)를 통해 파이프 연속체(PC1)의 설정 표면 온도의 범위값(즉, 설정 표면 온도 범위의 최소값과 최대값)에 대한 신호가 입력되지 않을 경우, 제어부(200)는 단계(S11)로 넘어가 온도 설정부(100)로부터 파이프 연속체(PC1)의 설정 표면 온도의 범위값이 입력되었는지를 판정한다.However, if no signal for the range of the set surface temperature of the pipe continuum PC1 (i.e., the minimum value and the maximum value of the set surface temperature range) is input through the
다음, 제어부(200)는 제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12)에서 인가되는 온도 감지 신호를 판독하여 제1 및 제2 챔버(41, 42)의 내부 온도를 제어하여, 제1 및 제2 챔버(41, 42)에서 열처리된 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도가 설정 표면 온도 범위 내에 속한 온도를 유지하도록 한다(S19).Next, the
도 6에 도시한 것처럼, 제1 챔버(41)의 내부 온도를 제어하는 제어부(200)의 동작에 대하여 설명한다.As shown in FIG. 6, the operation of the
제어부(200)는 제1 온도 감지부(T11)에서 출력되는 온도 감지 신호를 판독하여 제1 챔버(41)를 통과한 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도를 판정한다(S191, S192).The
그런 다음, 제어부(200)는 판정된 현재 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도가 설정 표면 온도의 범위 내에 존재하는지 판정한다(S193).Then, the
따라서 제어부(200)는 판정된 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도가 설정 표면 온도의 최소값과 최대값 사이의 값을 갖고 있는지를 판정한다.Therefore, the
판정된 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도가 설정 표면 온도의 범위 내에 존재할 경우, 제어부(200)는 현재 제1 챔버(41)의 내부 온도가 적당한 상태로 판정한다. 따라서, 제어부(200)는 제1 챔버(41) 내에 장착되어 있는 제1 가열부(H1)의 동작 상태를 현재 상태로 유지한다(S194).If the determined surface temperature of the pipe continuum PC1 is within the range of the set surface temperature, the
하지만, 판정된 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도가 설정 표면 온도의 범위 내에 존재하지 않고, 설정 표면 온도 범위의 최대값(예, 140℃)보다 높은 상태를 유지할 경우, 제어부(200)는 현재 제1 챔버(41)의 내부 온도가 높은 상태로 판정한다(S195).However, if the surface temperature of the pipe continuum PC1 thus determined is not within the range of the set surface temperature and is maintained higher than the maximum value of the set surface temperature range (e.g., 140 占 폚) It is determined that the internal temperature of the
따라서, 제어부(200)는 현재 동작중인 제1 가열부(H1)의 제1 내지 제4 히터(H11-H14)로 인가되는 구동 신호를 중지하여 제1 챔버(41) 내에 장착된 제1 가열부(H1)의 동작을 중지시킨다(S196). 이때, 제어부(200)는 경고등(도시하지 않음)과 경고음 발생기(도시하지 않음) 중 적어도 하나를 동작시켜 운전자에게 현재의 동작 상태를 알려줄 수 있다. 이로 인해, 설정값 이상으로 상승한 제1 챔버(41)의 내부 온도를 감소시켜 제1 챔버(41)를 통과한 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도가 설정 표면 온도 범위 내로 감소하도록 하다.The
하지만, 판정된 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도가 설정 표면 온도의 범위를 벗어난 상태에서 설정 표면 온도 범위의 최대값보다 높지 않을 경우, 제어부(200)는 판정된 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도는 설정 표면 온도 범위의 최소값보다 낮은 상태로 판정한다. However, if the determined surface temperature of the pipe continuum PC1 is not higher than the maximum value of the set surface temperature range in a state where the temperature of the pipe continuum PC1 is out of the set surface temperature range, the
따라서, 제어부(200)는 제1 챔버(41)의 내부 온도를 향상시키기 위해, 현재 제1 가열부(H1)의 상태가 동작 중지 상태인지를 판정한다(S197).Accordingly, the
현재 제1 가열부(H1)가 동작 중지 상태일 때, 제어부(200)는 제1 내지 제4 히터(H11-H14)로 구동 신호를 출력하여 제1 내지 제4 히터((H11-H14)의 동작을 재개시킨다(S198). The
하지만, 현재 제1 가열부(H1)가 동작 상태로 판정되면, 제어부(200)는 현재 가동중인 제1 내지 제4 히터(H11-H14)로 인가되는 구동 신호의 크기를 정해진 양만큼 증가시켜 제1 내지 제4 히터((H11-H14)의 출력을 증가시킨다(S199).However, if it is determined that the first heating unit H1 is in the operating state, the
이때, 제어부(200)는 제1 내지 제4 히터(H11-H14)로 인가되는 전류의 크기를 증가시켜 제1 내지 제4 히터((H11-H14)의 출력을 향상시킬 수 있다.At this time, the
이로 인해, 제1 챔버(41)의 내부 온도는 상승하여, 제1 챔버(41)를 통과한 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도 또한 증가하게 된다.As a result, the internal temperature of the
제2 온도 감지부(T12)를 이용하여 제2 챔버(42)의 내부 온도를 제어하는 동작은 제1 온도 감지부(T11)를 이용하는 것 대신 제2 온도 감지부(T12)를 이용하고 제1 가열부(H1) 대신 제2 가열부(H2)의 동작 상태를 제어한다는 것을 제외하면 도 6을 참고로 하여 설명한 것과 동일하므로, 제2 챔버(42)의 내부 온도를 제어하는 상세한 동작에 대해서는 생략한다.The operation of controlling the internal temperature of the
이와 같이, 제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12)를 통해 판정된 제1 및 제2 챔버(41, 42)를 각각 통과한 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도를 이용하여 제1 및 제2 챔버(41, 42)의 내부 온도를 제어할 경우, 제어부(200)는 설정된 시간마다 제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12)에서 출력되는 신호를 판독하여 제1 및 제2 챔버(41, 42)의 내부 온도를 판정할 수 있다.As described above, by using the surface temperature of the pipe continuum PC1 which has passed through the first and
이때, 설정 시간은 제1 및 제2 챔버(41, 42) 각각에 머무는 파이프 연속체(PC1)의 체류 시간이나 파이프 연속체(PC1)의 이동 시간 등을 고려하여 정할 수 있다.At this time, the set time may be determined in consideration of the residence time of the pipe continuum PC1 staying in each of the first and
본 예에서, 제1 챔버(41)와 제2 챔버(42)의 내부 온도를 제어하는 제어부(200)의 동작은 서로 별개로 루틴(routine)을 통해 행해질 수 있다.In this example, the operation of the
이러한 열처리 공정에 의해, 냉각 공정(30)을 거친 파이프 연속체(PC1)가 다시 파이프 연속체(PC1)의 변형이 발생하지 않는 조건에서 열처리되면, 급속한 온도 변화로 인해 정상 상태로 복귀하지 못한 파이프 연속체(PC1)의 분자 배열이 정상 상태로 복귀되어 파이프 연속체(PC1) 내부에 존재하는 잔류 응력이 제거된다.When the pipe continuity PC1 subjected to the cooling
이처럼, 잔류 응력 제거 공정(40)을 통해 잔류 응력이 제거된 파이프 연속체(PC1)는, 다시 도 1에 도시한 것처럼, 절단기(50)를 통해 표준화된 길이로 절단되는 절단 공정을 거쳐 최종적으로 원하는 파이프(P1)가 완성된다.As shown in FIG. 1, the pipe continuum PC1, from which the residual stress has been removed through the residual
이때, 파이프 연속체(PC1)[결국, 파이프(P1)]의 잔류 응력을 제거하기 위한 열처리 시간은 파이프 연속체(PC1)[결국 파이프(P1)]의 직경에 따라 달라진다. 따라서, 파이프(P1)의 직경이 증가할수록 파이프 연속체(PC1)의 열처리 시간을 증가시켜 안정적으로 잔류 응력이 제거될 수 있도록 한다.At this time, the heat treatment time for removing the residual stress of the pipe continuum PC1 (eventually the pipe P1) depends on the diameter of the pipe continuum PC1 (eventually the pipe P1). Accordingly, as the diameter of the pipe P1 increases, the heat treatment time of the pipe continuum PC1 is increased, so that the residual stress can be stably removed.
다음, [표 1]를 참고로 하여, 파이프(P1)의 직경에 따른 제1 및 제2 챔버(41, 42)에서 행해지는 열처리 시간(즉, 체류 시간)을 도시한다. 이때, 열처리 시간이 제1 및 제2 챔버(41, 42)에서 행해진 열처리 시간(즉, 체류 시간)의 총합이다.Next, the heat treatment time (i.e., residence time) performed in the first and
110~130
110 ~ 130
[표 1]에서, 설정 표면 온도의 최소값(110℃) 이상일 때, 파이프 연속체(PC1) 내의 분자 배열이 변하여 잔류 응력이 좀더 안정적으로 제거되고, 설정 표면 온도의 최대값(130℃) 이하일 때, 파이프 연속체(PC1)가 녹거나 변형되지 않아 파이프 연속체(PC1)의 형태는 안정적으로 유지되면서 효율적으로 잔류 응력이 제거된다.When the molecular arrangement in the pipe continuum PC1 changes and the residual stress is more stably removed and the maximum value of the set surface temperature (130 DEG C) or lower is lower than the set surface temperature minimum value (110 DEG C) in Table 1, Since the pipe continuum PC1 is not melted or deformed, the shape of the pipe continuum PC1 is stably maintained and the residual stress is efficiently removed.
또한, 파이프(P1)의 각 직경에 따른 체류 시간의 범위에서, 체류 시간의 최소 시간 이상으로 챔버(41, 42)에 머물 경우, 해당 파이프 연속체(PC1)에 잔류되어 있는 잔류 응력이 좀더 효율적으로 제거되며, 체류 시간의 최대 시간 이하로 챔버(41, 42)에 머물 경우, 해당 파이프 연속체(PC1)의 특성 변화 없이 효율적으로 잔류 응력이 제거되고 생산 시간 증가로 인한 파이프(P1)의 생산 효율이 감소하지 않는다.In the range of the residence time according to each diameter of the pipe P1, the residual stress remaining in the pipe continuum PC1 is more efficiently reduced in the case of staying in the
이러한 잔류 응력 제거 동작을 실시하는 도중 동작 시작 스위치가 오프된 상태로 판정되면, 제어부(200)는 제1 및 제2 가열부(H1, H2)와 제1 및 제2 공기 순환기(43, 44)의 동작을 중지시킬 수 있고, 경고등과 경고음 발생기 중 적어도 하나를 동작시켜 운전자에게 현재의 동작 상태를 알려준다.The
또한, 압출 공정(10)에서부터 절단 공정을 위한 파이프 연속체(PC1)의 이송 동작은 도시하지 않은 인취(houl off) 장치에 의해 행해질 수 있다.Further, the feeding operation of the pipe continuum PC1 for the cutting process from the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 잔류 응력 제거 공정(40)을 통해 파이프(P1)의 잔류 응력이 제거됨에 따라 파이프(P1)를 길이 방향으로 절개(one side cutting)할 때, 절개됨에 따라 형성된 서로 마주보는 두 단부가 겹쳐 말리는 현상이 겹침 현상이 크게 감소한다.Thus, when the residual stress of the pipe P1 is removed through the residual
다음 [표 2]를 참고로 하여, 본 예에 따른 파이프의 잔류 응력을 제거했을 때와 그렇지 않을 경우, 측정된 겹침 정도를 비교해본다.With reference to the following Table 2, the measured degree of overlap is compared between when the residual stress of the pipe according to the present example is removed and when it is not.
겹침 정도를 비교하기 위해 사용된 파이프는 630㎜의 지름과 9.8㎜의 두께를 갖는 것 그리고 1,100㎜의 지름과 17.6㎜의 두께를 갖는 것 두 종류를 사용하였다.The pipes used to compare the degree of overlap were two with a diameter of 630 mm, a thickness of 9.8 mm, a diameter of 1,100 mm and a thickness of 17.6 mm.
(직경×두께)
Pipe size (mm)
(Diameter × thickness)
경과시간(hr)
After production
Elapsed time (hr)
Degree of overlap (mm
(제거/미제거)
compare(%)
(Removed / unremoved)
When residual stress is removed
위의 [표 2]에 도시한 것처럼, 본 예에 따른 잔류 응력 제거 공정이 행해졌을 경우가 그렇지 않을 경우에 비해 겹침 정도가 크게 감소함을 알 수 있었다.As shown in [Table 2] above, when the residual stress removal process according to the present example is performed, the degree of overlap decreases significantly compared to the case where the residual stress removal process according to the present embodiment is performed.
잔류 응력이 제거됨에 따라, 파이프의 단부에서 발생하는 토인(toe-in) 현상 역시 크게 감소한다.As the residual stress is removed, the toe-in phenomenon occurring at the end of the pipe is also greatly reduced.
일반적으로 토인 현상은 파이프 연속체는 제조 공정 중 표준화된 길이로 절단하는 절단 공정이나 완제품인 파이프를 작업 중 작업자 등에 의해 원하는 길이로 다시 절단하는 동작이 행해질 때, 절단 동작이 이루어진 후 시간이 경과함에 따라 잔류 응력에 의해 파이프의 단부, 즉 절단된 부분이 수축되어 관 내부 쪽으로 말려들어가 파이프(P1)의 외부 직경이 축소되는 현상이다. Generally, the toe phenomenon occurs when a pipe continuum is cut in a standardized length during the manufacturing process, or when an operation of cutting the pipe as an end product to a desired length by an operator during the work is performed, The end portion of the pipe, that is, the cut portion is contracted due to the residual stress and is curled toward the inside of the pipe, thereby reducing the outer diameter of the pipe P1.
이러한 토인 현상의 발생 정도는 표준화된 길이로 절단하는 절단 공정이 행해진 후 더욱 증가하는데, 그 원인은 시간이 경과됨에 따라 파이프 제조 시 변형된 분자의 배열 구조가 정상 상태로 안정화됨에 따라 형태의 변형이 발생하기 때문이다.The occurrence of such a toe phenomenon is further increased after the cutting process of cutting to the standardized length is performed because the deformation of the shape of the deformed molecules is stabilized in the pipe manufacturing process over time, .
이러한 토인 현상의 발생 정도는 다음의 [표 3]에 도시된 것처럼, 본 예에 따른 잔류 응력 제거 공정이 행해짐에 따라 크게 감소하였다.The degree of occurrence of such a toe phenomenon greatly decreases as the residual stress relief process according to this example is performed, as shown in the following [Table 3].
[표 3]에서, 토인 현상의 발생 정도를 측정하기 위해 사용된 파이프의 크기는 710㎜의 직경과 11.5㎜의 두께를 갖는 파이프였다.In Table 3, the pipe used to measure the degree of occurrence of the toe phenomenon was a pipe having a diameter of 710 mm and a thickness of 11.5 mm.
(직경×두께)Size of pipe
(Diameter × thickness)
Degree of toe generation (mm)
(제거/미제거시)compare(%)
(Removed / unclear)
[표 3]의 경우, 본 예에 따른 잔류 응력 공정이 행해짐으로 인해, 토인 발생 정도는 그렇지 않을 경우에 비해 67%가 감소함을 알 수 있었다.In the case of [Table 3], it was found that the residual stress process according to the present example was performed, and the degree of the toe generation was reduced by 67% as compared with the case without the residual stress.
다음 [표 4]를 참고로 하여, 본 예에 따른 잔류 응력 공정이 행해진 후, 파이프의 물질 특성의 변화를 살펴본다.With reference to the following Table 4, a change in the material properties of the pipe after the residual stressing process according to this example is performed will be described.
[표 4]에서 본 예에 따른 잔류 응력 제거 공정(40)을 통해 잔류 응력이 제거된 파이프의 시편을 파이프의 길이 방향으로 잘라 만든 경우(MD)와 원주 방향으로 잘라 만든 경우(TD)에 대한 항복 신율(yield strength enlongation), 파단신율(enlongation at break), 연신율(enlongation) 및 종축 복귀성(longitudinal reversion)에 대하여 각각 측정하였다.(MD) of the pipe with the residual stress removed in the longitudinal direction of the pipe and the case (TD) of the pipe cut in the circumferential direction through the residual stress removal step (40) according to this example in Table 4 Yield strength enlongation, enlongation at break, enlongation, and longitudinal reversion were measured, respectively.
이때, 사용된 파이프의 규격은 450㎜의 직경과 7.8㎜의 두께를 갖는 파이프였다.At this time, the pipe used was a pipe having a diameter of 450 mm and a thickness of 7.8 mm.
제거 여부Residual stress
Whether to remove
MD
TD
위의 [표 4]에 도시한 것처럼, 전류 응력을 제거할 때가 그렇지 않을 때에 비해 전반적으로 항복신율, 파단신율, 연신율 및 종축 복귀성이 크게 향상됨을 알 수 있었다.As shown in [Table 4] above, it was found that overall yield stress, elongation at break, elongation and return to longitudinal axis were significantly improved when the current stress was not removed.
본 예에 따른 잔류 응력 제거 공정은 파이프(P1)를 제조하는 공정 라인의 연장선에서 행해진다. 따라서, 추가로 잔류 응력을 제거하기 위해 차량 등을 이용해 제조된 파이프(P1)의 위치를 이동시킬 필요가 없으므로, 파이프(P1)의 잔류 응력 제거 동작이 용이하고 신속하게 행해진다. The residual stress relief process according to the present example is performed at an extension of the process line for manufacturing the pipe P1. Therefore, since it is not necessary to move the position of the pipe P1 manufactured by using a vehicle or the like to remove the residual stress, the residual stress removing operation of the pipe P1 is easily and quickly performed.
도 2의 경우, 파이프(P1)의 잔류 응력을 제거하기 위한 열처리 챔버는 내부 공간이 서로 연결된 2개의 챔버(41, 42)를 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 한 개 또는 세 개 이상의 챔버가 사용될 수 있다.2, the heat treatment chamber for removing the residual stress of the pipe P1 uses two
이때, 사용되는 챔버는 모두 동일한 구조를 가질 수 있고, 챔버의 개수는 파이프의 생산 속도에 따라 정해질 수 있다.At this time, the chambers used may all have the same structure, and the number of chambers may be determined according to the production speed of the pipe.
즉, 해당 공정으로 이송되는 파이프 연속체의 이송 속도(또는 인취 장치에 의해 인취되는 파이프 연속체가 해당 공정으로 넘어가는 속도)(즉, 생산 속도)가 일정할 경우, 파이프 연속체의 이송 속도가 늦을 수록 챔버에 머무르는 체류 시간(즉, 쳄버로 유입된 후 유출될 때까지의 시간)이 증가하므로 각 파이프의 직경에 따라 요구되는 체류 시간을 만족하기 위해 사용되는 챔버의 개수는 감소하게 된다.That is, when the conveyance speed of the pipe continuum conveyed to the process (or the speed at which the pipe continuum taken by the drawing device passes to the process) (that is, the production speed) is constant, The number of chambers used to satisfy the required residence time is decreased according to the diameter of each pipe.
하지만, 반대로 파이프 연속체의 이송 속도가 빨라지면, 챔버 내에서의 체류 시간이 감소하므로, 각 파이프의 직경에 따라 요구되는 체류 시간을 채우지 못하는 경우가 발생한다. 이럴 경우, 적어도 두 개의 챔버를 연속으로 배열하여 파이프 연속체가 챔버에 머무르는 체류 시간을 증가시키게 된다.On the contrary, if the feed rate of the pipe continuum is increased, the residence time in the chamber decreases, so that the required residence time may not be satisfied depending on the diameter of each pipe. In this case, at least two chambers are arranged in series to increase the residence time of the pipe continuity in the chamber.
따라서 세 개 이상의 챔버가 사용될 경우, 각 챔버의 내부 온도를 제어하기 위해 사용되는 온도 감지부의 개수 역시 세 개이며, 각 온도 감지부는 각 챔버를 통과해 배출한 파이프 연속체의 표면 온도를 감지하여 제어부(200)로 출력하므로, 파이프 연속체가 표면 설정 온도 범위 내의 온도로 열처리되도록 한다.Accordingly, when three or more chambers are used, the number of temperature sensing units used to control the internal temperature of each chamber is also three, and each temperature sensing unit senses the surface temperature of the pipe continuum discharged through each chamber, 200, so that the pipe continuum is heat-treated at a temperature within the surface set temperature range.
한 예로, [표 1]에 도시한 다양한 직경을 갖는 파이프를 제조할 때, 630㎜ 이하의 직경을 갖는 파이프의 잔류 응력을 제거하기 위해서는 2개의 챔버가 필요하고 710㎜이상의 직경을 갖는 파이프의 잔류 응력을 제거하기 위해서는 하나의 챔버가 필요할 수 있다.For example, when manufacturing a pipe having various diameters shown in [Table 1], two chambers are required to remove the residual stress of the pipe having a diameter of 630 mm or less and the residual of the pipe having a diameter of 710 mm or more One chamber may be required to remove stress.
또한, 하나의 챔버만이 사용될 경우, 챔버에서 배출된 파이프 연속체의 표면 온도를 감지하는 온도 감지부의 개수는 하나이면 된다. Further, when only one chamber is used, the number of temperature sensing portions that sense the surface temperature of the pipe continuum discharged from the chamber may be one.
본 실시예와는 달리, 하나의 챔버만을 이용하여 파이프 연속체의 열처리 시간을 제어할 수 있다. 즉, 파이프 연속체가 챔버 안에 유입되면 파이프 연속체의 이송 속도를 제어하여 원하는 시간 동안 챔버 내에 파이프 연속체가 체류하도록 한다. 이럴 경우, 제어부(200)는 파이프 연속체가 챔버 내로 유입됐는지의 여부를 감지하는 감지 장치를 이용하여 파이프 연속체의 이송 속도를 제어하는 이송 장치(예, 모터)의 동작 상태를 제어하여 잔류 응력을 제거하기 위한 열처리 시간을 충족시킬 수 있다. Unlike the present embodiment, the heat treatment time of the pipe continuum can be controlled using only one chamber. That is, when the pipe continuum flows into the chamber, the feed rate of the pipe continuum is controlled so that the pipe continuum stays in the chamber for a desired time. In this case, the
이상에서 설명한 예의 경우, 파이프 연속체(CP1)의 표면 온도를 이용하여 각 챔버(41, 42)의 온도 상태를 감지한 후, 각 챔버(41, 42) 내에 위치한 히터(H11-H14, H21-H24)의 동작을 제어하여 해당 챔버(41, 42) 내의 온도를 제어한다.In the above example, the temperature of the
하지만, 대안적인 예에서, 각 챔버(41, 42)의 온도 상태를 감지하기 위해 제1 및 제2 챔버(41, 42) 내의 온도를 직접 감지하고, 감지된 온도를 이용하여 각 챔버(41, 42) 내의 히터(H11-H14, H21-H24)의 동작을 개별적으로 제어하여 해당 챔버(41, 42)의 온도를 제어할 수 있다.However, in an alternative example, the temperature in the first and
이를 위해, 제어 유닛은 해당 챔버(41, 42) 각각의 각 히터(H11-H14, H21-H24)가 설치되는 각 영역(예, 앞쪽 상부 영역, 앞쪽 하부 영역, 뒤쪽 상부 영역 및 뒤쪽 하부 영역)에 각 영역의 온도를 별도로 감지하는 복수의 의 온도 감지 센서를 구비하고, 이 복수의 온도 감지 센서는 제어부(200)와 연결된다.To this end, the control unit controls each of the regions (for example, the front upper region, the front lower region, the rear upper region, and the rear lower region) where the respective heaters H11-H14, H21-H24 of the
본 예의 경우, 챔버(41, 42)의 개수가 2개이고, 각 챔버(41, 42)의 분할 영역의 개수가 4개이므로, 이들 온도 감지 센서는 각 챔버(41, 42) 내에 4개씩 존재할 수 있다.In this example, since the number of the
이 경우 제어부(200)는 제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12) 대신 각 온도 센서에서 출력되는 온도 감지 신호를 이용하여 각 영역에 설치된 해당 히터(H11-H14, H21-H24)의 동작을 개별적으로 제어한다. In this case, instead of the first and second temperature sensing units T11 and T12, the
이를 위해, 이미 제어부(200)의 메모리 내에는 해당 챔버(41, 42)의 각 영역에 대한 설정 온도가 저장되어 있다.To this end, the preset temperatures for the
따라서, 제어부(200)는 해당 챔버(41, 42)의 각 영역의 온도 감지 센서에서 출력되는 각 온도 감지 신호를 판독하여 해당 영역의 현재 온도를 판정한 후, 판정된 각 영역의 현재 온도와 설정 온도를 비교하여 해당 영역에 위치한 히터(H11-H14, H21-H23)의 동작을 중지거나 구동시킨다. 이때, 공기의 대류 현상에 의해 각 챔버(41, 42)의 하부 영역의 온도가 상부 영역의 온도보다 낮으므로, 하부 영역에 설치된 온도 감지 센서의 설정 온도는 상부 영역에 설치된 온도 감지 센서의 설정 온도 보다 낮게 설정할 수 있다.Accordingly, the
또한, 제어부(200)는 각 챔버(41, 42)를 출력한 파이프 연속체(PC)의 표면 온도를 감지하는 제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12)의 출력 신호를 판독해 해당 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도를 판정하고, 판정된 표면 온도 설정 온도(예, 110℃ 내지 130℃)에 도달하지 않을 경우, 경고 장치(도시하지 않음) 등을 구동시켜 관리자에서 경고음이나 경고등을 출력해 각 챔버(41, 42)의 현재의 상태를 알려준다. 따라서, 관리자는 각 챔버(41, 42)에 설치된 복수의 온도 감지 센서, 히터(H11-H14, H21-H24) 및 이들을 제어하는 제어부(200)의 동작 상태를 점검하여 정확한 온도 제어가 행할 수 있도록 한다.The
이처럼, 각 챔버(41, 42)의 영역에 설치된 복수의 온도 감지 센서의 동작에 의해 각 챔버(41, 42)의 온도가 제어될 경우, 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도를 감지하는 제1 및 제2 온도 감지부(T11, T12)는 파이프 연속체(PC1)의 표면 온도를 이용하여 각 챔버(41, 42)의 온도를 일정하게 유지하도록 하는 감시기로서 기능한다.When the temperature of each of the
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
41, 42: 챔버 43, 44: 공기 순환기
81, 83: 유입구 82, 84: 배출구
91: 연결관 911: 단열막
100: 온도 설정부 200: 제어부
C1, C2: 가림막 H1, H2: 가열부
H11-H14, H21-H24: 히터 PC1: 파이프 연속체
P1: 파이프 T11, T12: 온도 감지부41, 42:
81, 83:
91: Connector 911: Insulating membrane
100: temperature setting unit 200:
C1, C2: Shielding film H1, H2:
H11-H14, H21-H24: Heater PC1: pipe continuity
P1: pipes T11 and T12: temperature sensing unit
Claims (18)
상기 챔버 내에 설치되어 상기 챔버의 내부 온도를 증가시키는 적어도 하나의 히터,
상기 적어도 하나의 챔버의 온도 상태를 감지하여 해당 상태의 온도 감지 신호를 출력하는 적어도 하나의 온도 감지부, 그리고
상기 온도 감지부와 연결되어 있고, 상기 온도 감지부에서 출력되는 상기 온도 감지 신호를 판독하여 감지된 온도를 판정하고 판정된 온도를 설정 온도 범위와 비교하여, 상기 적어도 하나의 히터의 동작을 제어하는 제어부
를 포함하는 잔류 응력 제거 장치.At least one chamber having an inlet through which the pipe continuum flows and an outlet through which the pipe continuum is discharged,
At least one heater installed in the chamber to increase the internal temperature of the chamber,
At least one temperature sensing unit for sensing a temperature state of the at least one chamber and outputting a temperature sensing signal of the corresponding state,
And a controller for controlling the operation of the at least one heater by comparing the determined temperature with a preset temperature range by comparing the sensed temperature by reading the temperature sensing signal outputted from the temperature sensing unit The control unit
And a residual stress relieving device.
상기 적어도 하나의 온도 감지부는 상기 적어도 하나의 챔버에서 배출되는 상기 파이프 연속체의 표면 온도를 감지하는 잔류 응력 제거 장치.The method of claim 1,
Wherein the at least one temperature sensing unit senses a surface temperature of the pipe continuum discharged from the at least one chamber.
상기 온도 감지부는 적외선 온도 감지기인 잔류 응력 제거 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the temperature sensing unit is an infrared temperature sensor.
상기 설정 온도 범위는 110℃ 내지 130℃인 잔류 응력 제거 장치.3. The method of claim 2,
And the set temperature range is 110 ° C to 130 ° C.
상기 적어도 하나의 온도 감지부는 상기 적어도 하나의 챔버 내부의 온도를 감지하는 잔류 응력 제거 장치.The method of claim 1,
Wherein the at least one temperature sensing unit senses a temperature inside the at least one chamber.
상기 적어도 하나의 챔버에서 배출되는 상기 파이프 연속체의 표면 온도를 감지하는 적어도 하나의 온도 감지부를 더 포함하고,
상기 제어부는 표면 온도를 감지하는 상기 적어도 하나의 온도 감지부에 의해 감지된 상기 파이프 연속체의 표면 온도가 설정 온도 범위를 벗어날 경우, 경고 신호를 출력하는 잔류 응력 제거 장치.The method of claim 5,
Further comprising at least one temperature sensing unit sensing a surface temperature of the pipe continuum discharged from the at least one chamber,
Wherein the control unit outputs a warning signal when the surface temperature of the pipe continuum detected by the at least one temperature sensing unit for sensing the surface temperature is out of the set temperature range.
상기 적어도 하나의 챔버에 장착되어 있고, 상기 제어부에 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하여 상기 챔버의 내부 공기를 순환시키는 적어도 하나의 공기 순환기를 더 포함하는 잔류 응력 제거 장치.The method of claim 1,
Further comprising at least one air circulator mounted in the at least one chamber, the at least one air circulator being connected to the control unit and operating under the control of the control unit to circulate the air inside the chamber.
상기 유입구와 상기 배출구에 각각 장착되어, 상기 챔버로 유입되고 유출되는 파이프 연속체의 외부 직경에 따라 개방구의 지름이 변화되는 가림막을 더 포함하는 잔류 응력 제거 장치.The method of claim 1,
Further comprising a shielding film attached to the inlet and the outlet to change the diameter of the opening according to the outer diameter of the pipe continuum flowing into and out of the chamber.
상기 챔버의 내부, 상기 유입구의 앞 및 상기 배출구의 뒤 중 적어도 한 곳에 서로 마주보고 위치하고 높이가 다른 복수의 단을 구비한 위치 조절판, 그리고 위치 조절판의 복수의 단 중 하나에 걸쳐지고 상기 파이프 연속체를 지지하는 롤러 가이드를 더 포함하는 잔류 응력 제거 장치.The method of claim 1,
A position regulating plate having a plurality of stages positioned opposite to each other at least at one of the inside of the chamber, the front of the inlet and the rear of the outlet, Further comprising a roller guide for supporting the residual stress.
상기 적어도 하나의 히터는 상기 챔버의 내부면에 설치되어 있는 전열선인 잔류 응력 제거 장치.The method of claim 1,
Wherein the at least one heater is a heating wire provided on an inner surface of the chamber.
상기 챔버의 온도 상태를 감지하는 온도 감지부에서 출력되는 신호를 판독하여 상기 챔버의 온도 상태를 판정하는 단계, 그리고
판정된 상기 챔버의 온도 상태에 해당하는 온도를 설정 온도 범위와 비교하여 상기 히터의 동작을 제어하는 단계
를 포함하는 잔류 응력 제거 방법.Operating the heater to heat the pipe continuum located in the chamber for a predetermined period of time,
Reading a signal output from a temperature sensing unit for sensing a temperature state of the chamber to determine a temperature state of the chamber, and
Controlling the operation of the heater by comparing a temperature corresponding to the determined temperature state of the chamber with a set temperature range
And removing the residual stress.
상기 온도 감지부는 상기 챔버의 내부 온도 또는 상기 챔버에서 출력된 파이프 연속체의 표면 온도를 감지하는 잔류 응력 제거 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the temperature sensing unit senses the internal temperature of the chamber or the surface temperature of the pipe continuum output from the chamber.
상기 온도 감지부가 상기 파이프 연속체의 표면 온도를 감지할 때, 상기 설정 온도 범위는 110℃ 내지 130℃인 잔류 응력 제거 방법.The method of claim 12,
Wherein when the temperature sensing unit senses a surface temperature of the pipe continuum, the set temperature range is 110 ° C to 130 ° C.
상기 정해진 시간은 상기 파이프 연속체의 직경이 증가할수록 늘어나는 잔류 응력 제거 방법. 12. The method of claim 11,
Wherein the predetermined time is increased as the diameter of the pipe continuum increases.
상기 챔버에 장착된 공기 순환기를 구동하여 상기 챔버의 내부 공기를 순환시키는 단계를 더 포함하는 잔류 응력 제거 방법. 12. The method of claim 11,
Further comprising circulating the air in the chamber by driving an air circulator mounted in the chamber.
압출되는 원료를 성형하는 원하는 형태의 파이프 연속체를 만드는 성형 단계,
상기 성형 단계에서 형성된 상기 파이프 연속체를 냉각시키는 단계, 그리고
상기 냉각 단계를 거친 상기 파이프 연속체에 정해진 시간 동안 열처리하여 상기 파이프 연속체의 온도가 설정 온도 범위에 속하도록 하여 상기 파이프 연속체 내의 잔류 응력을 제거하는 단계
를 포함하는 파이프 제조 방법.Melting and extruding the raw material,
A molding step of making a pipe continuum of a desired shape for molding a raw material to be extruded,
Cooling the pipe continuum formed in the forming step, and
Treating the pipe continuum through the cooling step for a predetermined period of time to remove the residual stress in the pipe continuum by making the temperature of the pipe continuum fall within a set temperature range
≪ / RTI >
상기 설정 온도 범위는 110℃ 내지 130℃인 파이프 제조 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the set temperature range is 110 ° C to 130 ° C.
정해진 시간은 상기 파이프 연속체의 직경이 증가할수록 길어지는 파이프 제조 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the predetermined time is longer as the diameter of the pipe continuum increases.
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KR101574531B1 (en) | 2015-08-18 | 2015-12-04 | 주식회사 에스피 | Preventing distortion method for a shrinking and cutting-plane of polyethylene pipe |
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2013
- 2013-11-04 KR KR20130132904A patent/KR101424207B1/en active IP Right Grant
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