KR101503054B1

KR101503054B1 - 금속볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법

Info

Publication number: KR101503054B1
Application number: KR20140004041A
Authority: KR
Inventors: 송인도; 송영웅
Original assignee: 송인도; 송영웅
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2015-03-13

Abstract

본 발명은 서로 다른 재질을 갖는 이중관 형태의 강재를 굽힘처리하여 엘보로 성형하는 방법에 관한 것으로서, 금속재질 외관의 내부면에 외관과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관을 형성시킨 후 굽힘처리하여 만들어진 엘보를 내관 재질에 적용되는 용접 후 열처리를 수행하여 내관 물성의 안정성을 확보하는 제1 열처리공정과, 상기 제1 열처리공정처리된 엘보의 홀에 금속볼을 가압 인입시켜 관통시킴으로써 내관의 내부면을 매끄럽게 고르는 금속볼 가압공정과, 상기 금속볼 가압공정처리된 엘보를 다시 열처리하여 외관과 외관 물성의 안정성을 확보하는 제2 열처리공정 및 제2 열처리공정처리된 엘보를 식히는 냉간공정을 순차적으로 수행하는 볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 내관을 형성하는 금속재의 물성을 안정화시킬 수 있는 조건인 용접 후 열처리 조건으로 처리하여 내관의 금속재를 안정화시킨 후, 금속볼을 이용하여 내관의 내부면에 형성된 돌출부를 가압하여 제거할 수 있는 효과를 얻을 수 있고; 내관에 형성된 돌출부에 의한 유체의 와류 발생을 방지하는 효과를 얻을 수 있으며; 와류 발생으로 인한 압력센서의 오작동 문제, 소음유발 문제, 배관의 흔들림 또는 배관의 크랙발생 문제를 해결하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

금속볼을 이용한 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, 금속재질 외관의 내부면에 외관과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관을 형성시킨 후 굽힘처리하여 만들어진 엘보를 내관 재질에 적용되는 용접 후 열처리를 수행하여 내관 물성의 안정성을 확보하는 제1 열처리공정과, 상기 제1 열처리공정처리된 엘보의 홀에 금속볼을 가압 인입시켜 관통시킴으로써 내관의 내부면을 매끄럽게 고르는 금속볼 가압공정과, 상기 금속볼 가압공정처리된 엘보를 다시 열처리하여 외관과 외관 물성의 안정성을 확보하는 제2 열처리공정 및 제2 열처리공정처리된 엘보를 식히는 냉간공정을 순차적으로 수행하는 볼을 이용한 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 하지않아 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 성형방법에 의하여 만들어진 이중관형 엘보는 내관이 용접방식으로 형성되어 용접라인에 의한 돌출부가 형성되거나, 내관이 형성된 상태에서 직선형의 이중관을 굽히는 방법으로 만들어지기 때문에, 굽혀지는 이중관 안쪽 부분에 해당하는 내관의 일정부분이 돌출되는 문제가 발생하였고;

내관에 형성된 돌출부는 와류를 발생시키고, 발생된 와류는 엘보와 연결된 배관의 유체압력을 체크하기 위한 압력센서의 오작동을 유발할 수 있는 문제가 발생하였으며;

또한 와류는 소음유발, 배관의 흔들림 또는 배관의 크랙을 유발하여 배관을 파손시키는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

금속재질 외관의 내부면에 외관과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관을 형성시킨 후, 굽힘처리하여 만들어진 엘보를 내관 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제1 열처리공정과; 상기 제1 열처리공정 처리된 엘보를 지지대에 거치시킨 후, 엘보 일측의 홀입구에 엘보 중공의 내경보다 큰 외경을 가지는 금속볼을 가압하여 인입시켜, 금속볼을 엘보 타측의 홀출구로 관통시키는 금속볼 가압공정과; 상기 금속볼 가압공정 처리된 엘보를 지지대에서 분리시킨 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 볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법을 제시한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법은 내관을 형성하는 금속재의 물성을 안정화시킬 수 있는 조건인 용접 후 열처리 조건으로 처리하여 내관의 금속재를 안정화시킨 후, 금속볼을 이용하여 내관의 내부면에 형성된 돌출부를 가압하여 제거할 수 있는 효과를 얻을 수 있고;

내관에 형성된 돌출부에 의한 유체의 와류 발생을 방지하는 효과를 얻을 수 있으며;

와류 발생으로 인한 압력센서의 오작동 문제, 소음유발 문제, 배관의 흔들림 또는 배관의 크랙발생 문제를 해결하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1 내지 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 금속볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법의 공정순서를 나타내는 공정블럭도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 금속볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법에 의하여 제조된 엘보를 나타내는 사시도.
도 4는 종래 이중관형 엘보의 성형방법에 의하여 제조된 엘보를 나타내는 사시도.
도 5는 종래 이중관형 엘보의 성형방법에 의하여 제조된 엘보와 배관의 체결상태를 나타내는 부분 단면도.
도 6 내지 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 금속볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법의 금속볼 가압공정을 나타내는 사시도.
도 9 내지 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 금속볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법의 외형복원공정을 나타내는 사시도.

본 발명은 서로 다른 재질을 갖는 이중관 형태의 강재를 굽힘처리하여 엘보(10)로 성형하는 방법에 관한 것으로서, 금속재질 외관(11)의 내부면에 외관(11)과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관(12)을 형성시킨 후, 굽힘처리하여 만들어진 엘보(10)를 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제1 열처리공정(S100)과; 상기 제1 열처리공정(S100) 처리된 엘보(10)를 지지대(50)에 거치시킨 후, 엘보(10) 일측의 홀입구에 엘보(10) 중공의 내경보다 큰 외경을 가지는 금속볼(40)을 가압하여 인입시켜, 금속볼(40)을 엘보(10) 타측의 홀출구로 관통시키는 금속볼 가압공정(S200)과; 상기 금속볼 가압공정(S200) 처리된 엘보(10)를 지지대(50)에서 분리시킨 후, 엘보(10)를 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 다시 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제2 열처리공정(S300)과; 상기 제2 열처리공정(S300) 처리된 엘보(10)를 냉간시키는 냉간공정(S400);을 포함하여 구성되는 금속볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법에 관한 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 10을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

구체적으로, 제1 열처리공정(S100)은 금속재질 외관(11)의 내부면에 외관(11)과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관(12)을 형성시킨 후, 굽힘처리하여 만들어진 엘보(10)를 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 금속볼 가압공정(S200)에서 내관(12), 외관(11) 및 내관(12)과 외관(11)의 경계부분에 연성을 부여하기 위한 공정이다.

구체적으로, 제1 열처리공정(S100)은 제1 열처리공정(S100)에서 가해지는 열처리에 의하여 내관(12), 외관(11) 및 내관(12)과 외관(11)의 경계부분이 용이하게 연신할 수 있도록 하여, 하기 금속볼 가압공정(S200)에서 금속볼(40)이 엘보(10)의 홀(중공)을 가압하며 관통할 때, 금속볼(40)에 의한 가압력으로 내관(12)의 주름져 돌출된 부분이 펴지고, 외관(11) 및 내관(12)과 외관(11)의 경계부분에 크랙이 발생하지 않도록 하기 위한 효과를 발휘한다.

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(S100)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 가열되어 연성이 부여된 엘보(10)를 금속볼 가압공정(S200) 처리하여 내관(12), 외관(11) 및 내관(12)과 외관(11)의 경계부분에 크랙이 발생되지 않도록 할 수 있다.

아울러 제1 열처리공정(S100)은 엘보(10)를 용접 후 열처리의 가열온도를 유지할 수 있는 가열로에 수용시켜 열처리하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 엘보(10)를 구성하는 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(S100)을 250~800℃의 가열온도에 의하여 처리하고, 상기 가열온도의 유지시간을 엘보(10) 전체의 1인치(inch) 두께당 25~35분으로 구성하여, 제1 열처리공정(S100)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 엘보(10) 1인치 두께당 25분 미만이면 유지시간이 짧아 엘보(10)가 충분히 가열되지 못하는 문제가 발생하고, 35분을 초과하면 경제성이 떨어지는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내의 가열온도 유지시간을 갖는 것이 바람직하다.

아울러 금속볼 가압공정(S200)은 상기 제1 열처리공정(S100) 처리된 엘보(10)를 지지대(50)에 거치시킨 후, 엘보(10) 일측의 홀입구에 엘보(10) 중공의 내경보다 큰 외경을 가지는 금속볼(40)을 가압하여 인입시켜, 금속볼(40)을 엘보(10) 타측의 홀출구로 관통시키는 과정으로서, 엘보(10)의 중공인 홀에 금속볼(40)을 가압 관통시켜 홀의 내부면에 형성된 주름져 돌출된 부분(돌출부(60))을 제거하는 공정이다.

구체적으로, 금속재질 외관(11)의 내부면에 외관(11)과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관(12)을 형성시킨 후, 굽힘처리하여 만들어진 엘보(10)는 도 3과 같이, 용접으로 인한 용접라인이 형성되어 돌출부(60)가 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 직선의 형태에서 굽은 형태로 성형되면서 굽힘부분의 안쪽에 해당하는 내관(12)의 일정부분은 압축되면서 더욱 주름져 돌출된 돌출부(60)가 형성된다.

이때, 내관(12)의 내부면에 형성된 돌출부(60)는 도 5와 같이 엘보(10)의 내부에서 유체가 유동될 때 와류를 형성시키고, 형성된 와류는 엘보(10)와 연결된 배관(70)의 유체압력을 체크하기 위한 압력센서의 오작동을 유발할 수 있으며, 소음을 유발할 수 있으며, 와류에 의한 배관(70)의 흔들림 또는 크랙을 유발하여 배관(70)을 파손시키는 문제를 발생시킬 수 있다.

즉, 금속볼 가압공정(S200)은 도 7과 같이 엘보(10) 중공(홀)의 내경보다 큰 외경을 가지는 금속볼(40)을 엘보(10)의 일측 홀입구에 위치시킨 후, 금속볼(40)을 프레스(30)과 같은 가압장비로 가압하여 홀에 강제 인입시키고, 둥글고 매끈한 표면을 가지는 금속볼(40)에 의하여 내관(12)의 내부면에 형성된 돌출부(60)를 제거하는 공정이다.

이때, 제1 열처리공정(S100) 처리된 엘보(10)는 도 6과 같이 지지대(50)에 의하여 일정부분이 지지되어 금속볼(40)을 가압할 때 발생되는 가압력으로 움직이지 않도록 고정되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게 금속볼(40)이 엘보(10)의 홀을 관통할 때 지지대(50)에 걸리지 않도록 지지대(50)에 고정되도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한 금속볼(40)은 내관(12)을 구성하는 재질보다 강한 강도를 가지는 재질로 구성되는 것이 바람직하고, 돌출부(60)를 제외한 엘보(10)의 내경과 동일하거나 내경보다 큰 외경(이하, '엘보(10)의 내경보다 큰 외경'이라 칭함.)을 가져 돌출부(60)를 가압하여 돌출부(60)의 인접에 의하여 형성된 홈에 돌출부(60)가 뭉개지며 메워질 수 있도록 하고, 내관(12)의 전체적인 부분을 가압하여 내관(12)의 조직을 치밀하게 만드는 효과를 발휘한다.

더불어 금속볼(40)은 제1 열처리공정(S100) 처리된 엘보(10)와 유사한 정도의 온도로 예열된 것을 이용하여 내관(12)에 금속볼(40)이 관통되면서 금속볼(40)에 의하여 내관(12)이 급격하게 식는 문제를 해결할 수도 있다.

아울러 금속볼 가압공정(S200)은 하나의 금속볼(40)을 가압하여 엘보(10)의 홀입구에서 홀출구로 관통될 수 있도록 구성할 수 있으나, 도 8과 같이 복수 개의 금속볼(40)을 순차적으로 엘보(10) 일측의 홀입구에 가압하여 인입시켜, 금속볼(40)을 엘보(10) 타측의 홀출구로 관통시키도록 구성할 수 있다.

즉, 작업자는 도 7 내지 8과 같이 지지대(50)에 타측 말단 일정부분과 측부의 일정부분이 고정된 엘보(10)의 일측 홀입구(지면과 수평 상태를 이룸.)에 하나의 금속볼(40)을 위치시킨 후 프레스(30)로 금속볼(40)을 가압하여, 금속볼(40)의 말단이 홀입구 속으로 어느 정도 인입되도록 만들고, 두 번째 금속볼(40)을 홀입구에 위치시킨 후 프레스(30)로 두 번째 금속볼(40)을 가압하여, 두 번째 금속볼(40)과 첫 번째 금속볼(40)이 엘보(10) 홀의 타측으로 이동될 수 있도록 하여 금속볼 가압공정(S200)을 수행가능하다. 이때, 작업자는 엘보(10)의 길이와 금속볼(40)의 크기를 고려하여 복수 개의 금속볼(40)로써 상기 과정을 반복수행할 수 있다.

또한 본 발명은 금속볼 가압공정(S200) 시에 복수 개의 금속볼(40)을 이용할 경우, 복수 개의 금속볼(40)이 서로 다른 외경의 크기를 가지고, 더 큰 외경을 가질수록 후차적으로 엘보(10) 일측의 홀입구에 가압되어 인입되도록 한 후, 가장 큰 외경을 가지는 금속볼(40)이 인입된 이후에는 가장 큰 외경을 가지는 금속볼(40)보다 작은 외경을 가지는 금속볼(40)이 홀입구에 가압되어 인입되도록 구성할 수 있다.

즉, 일 실시예로, 작업자가 서로 다른 외경을 가지는 세 개의 금속볼(40)을 이용하여 금속볼 가압공정(S200)을 처리하는 경우, 첫 번째에는 엘보(10) 홀의 내경보다 큰 외경을 가짐과 동시에 가장 작은 외경을 가지는 금속볼(40)을 홀입구에 가압 인입시켜 높게 돌출된 돌출부(60) 일부를 제거하고, 두 번째에는 가장 큰 외경을 가지는 금속볼(40)을 홀입구에 위치시킨 후 가압 인입시켜 돌출부(60) 전체를 제거하며, 세 번째에는 두 번째에 인입된 금속볼(40)보다 작은 크기의 외경을 가지는 금속볼(40)을 인입시켜 프레스(30)에 의한 세 번째 금속볼(40)의 가압력이 두 번째 금속볼(40) 및 첫 번째 금속볼(40)을 따라 순차적으로 전달될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 첫 번째 금속볼(40)과 두 번째 금속볼(40)은 내관(12)의 돌출부(60)를 순차적으로 가압하여 돌출부(60)를 제거하는 효과를 발휘하고, 세 번째 금속볼(40)은 일정하게 굽은 형태를 가지는 엘보(10)의 홀에 위치된 첫 번째 금속볼(40)과 두 번째 금속볼(40)에 프레스(30)에 의한 가압력을 전달하고, 첫 번째 금속볼(40)과 두 번째 금속볼(40)이 홀을 관통할 수 있도록 하는 이동력을 제공한다.

아울러 제2 열처리공정(S300)은 상기 금속볼 가압공정(S200) 처리된 엘보(10)를 지지대(50)에서 분리시킨 후, 엘보(10)를 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 다시 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 과정으로서, 금속볼 가압공정(S200) 처리 시에 가해진 금속볼(40)에 의한 가압력으로 인하여 소성변경된 엘보(10)의 내관(12), 외관(11) 및 내관(12)과 외관(11)의 경계부분을 안정화시키는 공정이다.

구체적으로, 금속볼 가압공정(S200) 처리된 엘보(10)는 금속볼(40)이 홀을 관통하며 돌출부(60)를 강제로 가압하며 제거한 상태이기 때문에, 분자결합 상의 스트레스를 받은 상태이므로 급격하게 냉간되면 물성이 손상될 수 있고, 특히 내관(12)과 외관(11)의 경계부분은 용접으로 상당히 경화되고 금속볼 가압공정(S200)으로 큰 소성변형의 상태를 거쳐 크랙이 발생될 수 있는데, 제2 열처리공정(S300)은 상기 제1 열처리공정(S100)과 유사하게 엘보(10)가 일정의 가열상태를 유지할 수 있도록 하여 금속이 받은 스트레스를 완화시켜 줄 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

보다 상세하면, 제2 열처리공정(S300)은 엘보(10)를 구성하는 외관(11)을 구성하는 금속의 안정화도 실현하지만, 내관(12) 및 내관(12)과 외관(11)의 경계부분을 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 하고, 경화된 내관(12)과 외관(11)의 경계부분에 연성을 부여하는 과정이다.

즉, 금속볼 가압공정(S200) 처리된 엘보(10)를 바로 냉간시키면, 외관(11) 또는 내관(12) 자체의 경도는 강화시킬 수 있으나, 연성이 떨어져 엘보(10) 내부로 이송되는 유체가 고온 또는 저온의 상태인 경우에는 엘보(10)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 우려가 있으나, 제2 열처리공정(S300)은 상기와 같은 문제를 해결하는 효과를 실현한다.

이때, 제2 열처리공정(S300)의 처리조건은 상기 제1 열처리공정(S100)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(S300)에 관한 구체적인 설명은 상기 제1 열처리공정(S100)에 관한 구체적인 설명으로 대신하겠다.

아울러 냉간공정(S400)은 상기 제2 열처리공정(S300) 처리된 엘보(10)를 냉간시키는 과정으로서, 제조완료된 엘보(10)의 사용용도에 따라 냉간 온도 또는 냉간 시간을 조절하여 엘보(10)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(S300) 처리된 엘보(10)를 일반적인 냉간조건으로 냉간시켜 제조완료된 엘보(10)의 물성(특히, 인장강도)을 엘보(10)의 사용용도에 따라 적절하게 조절하며 만들 수 있도록 한다.

즉, 냉간조건 중, 냉간 시간이 짧거나 냉간 온도가 낮은 상태에서 엘보(10)를 처리하면 엘보(10)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(10)의 사용용도에 따라 적절하게 냉간공정(S400)을 수행가능하다.

아울러 상기와 같이 냉간공정(S400)이 완료된 엘보(10)는 직선 배관(70)과의 연결을 용이하게 하기 위하여, 엘보(10) 양쪽의 내주 또는 외주에 일정의 나사산을 형성하는 공정을 더 처리하여 직선 배관(70)과 볼트ㆍ너트 체결될 수도 있고, 엘보(10) 양쪽의 외주에 테이퍼 형상의 경사면을 만드는 공정을 더 처리하여 직선 배관(70)과 용접체결될 수도 있다.

또한 본 발명은 냉간공정(S400) 처리하기 이전에, 제2 열처리공정(S300) 처리된 엘보(10)를 엘보(10)의 굽힘 형태와 대응하는 굽힘 형태를 가지고, 외관(11)의 외경에 대응하는 내경을 가지는 인입홀(21)을 구비하는 금형(20)의 인입홀(21)에 대응 위치시킨 후, 엘보(10)를 가압하는 외형복원공정(S350);을 더 포함하여 처리하고, 냉간공정(S400) 처리할 수 있다.

즉, 상기 외형복원공정(S350)은 금속볼 가압공정(S200) 처리 시에 금속볼(40)이 엘보(10)의 홀을 관통하면서 내관(12)에 가한 가압력이 외관(11)까지 전달되어 외관(11)의 외형(엘보(10)의 외형과 동일함.)을 변형시킨 경우, 변형된 외관(11)의 외형을 다시 복원시키기 위한 공정이다.

구체적으로, 외형복원공정(S350)은 금속볼 가압공정(S200) 시에 엘보(10)의 외형이 변형되어 원형(진원)의 단면을 하는 엘보(10)의 외형이 찌그러지면, 엘보(10)가 체결되는 직선 배관(70)(원형의 단면을 함.)과 엘보(10)를 서로 연결할 때, 서로 간의 말단면이 원활하게 접합되지 못하는 문제가 발생하기 때문에, 엘보(10)와 직선 배관(70)과의 용이한 체결을 확보하기 위한 공정이다.

이때, 외형복원공정(S350)은 찌그러진 엘보(10)의 외형을 원형의 단면을 갖도록 만들 수 있는 방법이면 어떠한 방법으로 처리하여도 무방하나, 엘보(10)의 굽힘 형태와 대응하는 굽힘 형태를 가지고, 외관(11)의 외경에 대응하는 내경을 가지는 인입홀(21)을 구비하는 금형(20)의 인입홀(21)에 엘보(10)를 대응 위치시킨 후, 금형(20) 또는 엘보(10)에 가압력을 가하여 엘보(10)의 외형을 복원시킬 수 있다.

즉, 상기 금형(20)은 도 9와 같이 인입홀(21)의 절반씩을 각각 구비하는 한 쌍의 형태로 구성되어, 어느 하나의 금형(20)에 구비된 절반의 인입홀(21)에 엘보(10)를 대응 위치시킨 후, 다른 절반의 인입홀(21)이 구비된 금형(20)을 누름으로써 엘보(10)의 외형에 가압력을 가하는 방식으로 구성될 수도 있고; 도 10과 같이 인입홀(21)의 절반씩을 각각 구비하는 한 쌍의 형태로 구성되고, 절반의 인입홀(21)이 서로 대응되는 위치로 금형(20)이 마주하고 있는 상태에서 인입홀(21)의 입구에 엘보(10)를 프레스(30)로 가압하여 밀어넣음으로써 엘보(10)의 외형에 가압력을 가하여 엘보(10) 외형을 복원한 후, 한 쌍의 금형(20)을 서로 분리시켜 인입홀(21)에 인입된 엘보(10)를 인출할 수 있는 방식으로 구성될 수도 있다.

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

1. 제1 열처리공정

길이 24cm, 내경 42cm, 외경 90cm인 A-105 파이프(외관)의 내부에 SUS316 재질의 용접봉을 이용하여 4mm의 두께로 내관을 용접하여 성형시킴으로써 만들어지고, 45°의 굽힘각을 가지도록 굽힘처리된 엘보를 300℃로 가열되는 가열로에 인입시키고, 30분을 유지시킨다.

2. 금속볼 가압공정

상기 제1 열처리공정 처리된 엘보를 지지대에 고정 지지시킨 후, 40.5cm의 외경을 가지는 A-105 금속볼 5개를 엘보 상부에 해당하는 홀입구에 프레스로 가압하며 순차적으로 인입시키고, 엘보의 하부에 해당하는 홀출구로 관통된 금속볼을 수거한다.

3. 제2 열처리공정

상기 금속볼 가압공정 처리된 엘보를 지지대에서 분리시킨 후, 엘보를 600℃로 가열되는 가열로에 인입시키고, 30분을 유지시킨다.

4. 냉간공정

상기 제2 열처리공정 처리된 엘보를 1시간당 56℃씩 냉각되도록 냉각시켜, 45°의 굽힙각을 갖고, 내관이 금속볼로 매끄럽게 처리된 엘보 제조를 완료한다.

1. 제1 열처리공정

2. 금속볼 가압공정

3. 제2 열처리공정

4. 외형복원공정

상기 제2 열처리공정 처리된 엘보를 45°의 굽힘각을 갖고, 90cm의 외경을 가지는 인입홀이 구비된 금형의 인입홀에 위치시킨 후, 금형의 상부에 위치된 프레스를 가동시켜 인입홀의 내측으로 엘보관이 인입시켜, 엘보의 외형을 고르게 복원시킨다.

5. 냉간공정

금형에 구비된 체결구를 해제하여 금형을 반으로 분리한 후, 상기 외형복원공정에서 만들어진 엘보를 금형에서 탈형시킨다. 이후, 상기 외형복원공정 처리된 엘보를 1시간당 56℃씩 냉각되도록 냉각시켜, 45°의 굽힙각을 갖고, 내관이 금속볼로 매끄럽게 처리된 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.

10 : 엘보 11 : 외관
12 : 내관 20 : 금형
21 : 인입홀 30 : 프레스
40 : 금속볼 50 : 지지대
60 : 돌출부 70 : 배관
S100 : 제1 열처리공정 S200 : 금속볼 가압공정
S300 : 제2 열처리공정 S350 : 외형복원공정
S400 : 냉간공정

Claims

금속재질 외관(11)의 내부면에 외관(11)과 다른 재질의 금속을 용접하여 내관(12)을 형성시킨 후, 굽힘처리하여 만들어진 엘보(10)를 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제1 열처리공정(S100)과;
상기 제1 열처리공정(S100) 처리된 엘보(10)를 지지대(50)에 거치시킨 후, 엘보(10) 일측의 홀입구에 엘보(10) 중공의 내경보다 큰 외경을 가지는 금속볼(40)을 가압하여 인입시켜, 금속볼(40)을 엘보(10) 타측의 홀출구로 관통시키는 금속볼 가압공정(S200)과;
상기 금속볼 가압공정(S200) 처리된 엘보(10)를 지지대(50)에서 분리시킨 후, 엘보(10)를 내관(12) 재질에 따라 가열온도를 결정하여, 다시 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)하는 제2 열처리공정(S300)과;
상기 제2 열처리공정(S300) 처리된 엘보(10)를 냉간시키는 냉간공정(S400);을 포함하여 구성되고,
상기 제2 열처리공정(S300) 처리된 엘보(10)는 엘보(10)의 굽힘 형태와 대응하는 굽힘 형태를 가지고, 외관(11)의 외경에 대응하는 내경을 가지는 인입홀(21)을 구비하는 금형(20)의 인입홀(21)에 대응 위치된 후, 가압 인입되는 외형복원공정(S350);을 더 포함하여 처리되도록 구성된 후, 냉간공정(S400) 처리되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법.
제1항에 있어서,
상기 금속볼 가압공정(S200)은,
복수 개의 금속볼(40)을 순차적으로 엘보(10) 일측의 홀입구에 가압하여 인입시켜, 금속볼(40)을 엘보(10) 타측의 홀출구로 관통시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법.
제2항에 있어서,
상기 복수 개의 금속볼(40)은,
서로 다른 외경의 크기를 가지고, 더 큰 외경을 가질수록 후차적으로 엘보(10) 일측의 홀입구에 가압되어 인입되도록 한 후, 가장 큰 외경을 가지는 금속볼(40)이 인입된 이후에는 가장 큰 외경을 가지는 금속볼(40)보다 작은 외경을 가지는 금속볼(40)이 홀입구에 가압되어 인입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속볼을 이용한 이중관형 엘보의 성형방법.
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