KR101515552B1 - 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강철의 고주파 열처리에 있어 고주파 열처리와 함께 냉각수에 의한 담글질이 자동으로 실시되는, 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치는 고주파에 따라 피처리물의 표층을 고주파 가열하고 물을 분사하여 담금질 경화하는 고주파 열처리 장치로서, 가열하는 피처리물의 온도를 조절하는 온도 제어 수단과 담금질 수단을 동시에 갖추는 것을 특징으로 한다.

Description

온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치{HIGH FREQUENCY HEAT TREATMENT APPARATUS HAVING THE TEMPERATURE CONTROL DEVICE}

본 발명은 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강철의 고주파 열처리에 있어 고주파 열처리와 함께 냉각수에 의한 담글질이 자동으로 실시되는, 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치에 관한 것이다.

고주파 담금로는 분위기 가열로와 달리, 노의 작업 환경이 깨끗하고, 소량 로트의 제품을 단시간에 효율 좋게 처리할 수 있다는 점으로 유리한 처리로이다. 일반적으로 강철의 고주파 담금질에서는 전력과 시간의 열처리 조건을 변화시키면서 담금질 품질을 확인해 실험적으로 담금질 조건을 설정하고 있다. 이 경우, 피처리물의 종류에 의해서 수시, 열처리 조건을 설정할 필요가 있으며, 조건 방편에 시간이 든다는 문제가 있다. 이 문제는 고주파 담금질에서는 온도 제어(temperature control)에 의한 열처리가 어렵다는 것에 기인하고 있다.

열처리 품질은 온도와 시간에 따라 제어하는 방법이 조직 제어라는 관점에서 가장 바람직하다. 그러나, 고주파 담금질에서는 온도측정 방법과 온도의 고속 제어라는 점으로 기술적으로 곤란성이 있으며, 온도 제어(temperature control)에 의한 담금질은 채용되어 있지 않은 것이 현실이다. 고주파 열처리에서 온도측정이 곤란한 이유는 분위기 가열과는 달리, 피처리물이 직접 가열되므로 온도측정은 피처리물에 대해서 직접 행하지 않으면 안된다는 점, 또한 고주파 가열 설비에는 균일 가열 때문에 피처리물에 구동 기구(drive)가 설치되어 있는 경우가 많아, 접촉식의 온도계의 설치가 레이아웃(layout)상 곤란하다 할 것이다.

그래서 예를 들어, 방사 온도계(radiation thermometer) 등의 비접촉식 온도계를 이용할 수 있지만, 종래의 방사 온도계는 응답 속도가 늦고, 금속의 온도측정에는 적합하지 않는다는 문제가 있으며, 고주파 담금질의 온도 제어(temperature control)에서 적절하지 않았다. 요즈음, 방사 온도계의 신호 출력 속도의 고속화와, 온도계의 방사율 설정에 의한 온도측정 기술의 향상에 따라, 방사 온도계에 의한 금속의 고속 온도 제어에 가능성이 대두되고 있다.

만일, 온도 제어에 의한 고주파 담금질이 가능하게 된 경우에서도 기본적으로 부분 가열인 고주파 담금질에서는 재질내에 온도 얼룩이 생기기 위해 장소에 의해서 열처리 품질이 변화할 가능성이 있으며, 담금질 처리로의 적용에서는 문제가 된다. 특히 두께의 큰 피처리물에서는 온도 얼룩이 커지므로 이 문제가 발생하기 쉬워진다. 피처리물을 균질에 가열할 수 없는 경우, 가열이 충분한 부분에서는 정해진 열처리 품질을 채우고 있지만 가열이 불충분한 부분에서는 정해진 열처리 품질을 채우지 않다는 상황이 발생한다.

이러한 문제를 해소하는 것으로는 가열 시간을 충분히 하여, 열전도에 따라 피처리물 내의 온도를 균일하게 하는 방법이 있다. 또, 비교적 낮은 주파의 고주파 전원을 이용하고, 피처리물의 내부에까지 자속을 진입시켜 균일하게 가열하는 방법이 있다. 그러나, 이들 방법에는 충분한 가열 시간을 어떻게 해서 결정하는가 하는 공통의 과제가 있다. 즉, 온도 제어에 따라 고주파담금질을 행하는 경우, 정해진 열처리 품질을 얻기 위한 열처리 방법 및 장치를 고안할 필요가 있다.

이상과 같이, 고주파 담금질에서는 온도측정과 온도 제어가 곤란하기 때문에 온도 제어에 의한 담금질이 어렵고, 온도 제어에 의한 고주파담금질을 행한다고 해도 정해진 열처리 품질을 얻기 위한 열처리 방법을 고안할 필요가 있다.

한국공개특허공보 공개특허번호 제10-2011-0102085(2011.09.16공개)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 정해진 고주파 열처리 품질을 얻기 위해서 온도 제어에 의한 고주파 열처리 장치를 제공하는 데 있다.

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 것으로서, 본 발명의 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치는 고주파에 따라 피처리물을 가열하는 가열 수단(2)과, 상기 가열 수단에 따라 가열되는 부위의 온도를 측정하는 온도제어용 온도측정수단(3)과, 상기 온도제어용 온도측정수단에 연결되어 상기 온도제어용 온도측정수단으로부터의 온도 정보에 따라 온도 제어 신호를 가열 수단에 출력하는 온도 조절 수단(4)을 갖는 온도 제어 수단과; 상기 가열 수단에서 이격 설치되는 담금질용 온도측정수단(5)과, 상기 담금질용 온도측정수단에 접촉되어 상기 담금질용 온도측정수단으로부터의 온도 정보에 따라 열처리 시간을 조절해 담금질 개시 신호를 출력하는 열처리 조절 수단(6)을 갖는 담금질 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치.

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이상과 같이, 본 발명의 고주파 열처리 장치를 이용하면 링, 원형, 원통형, 바 형상 등의 임의의 형상의 피처리물에 대해서 최단의 공정수로 정해진 열처리 품질을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치의 전체 개략도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치의 전체 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 고주파 열처리 장치는 가열하는 피처리물의 온도를 조절하는 온도 제어 수단과, 가열된 피처리물을 냉각수로 냉각시키는 담금질 수단을 갖추는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 임의의 형상의 피처리물에 대해서 정해진 품질을 가지는 담금질 가공제품을 최단의 공정수로 제조할 수 있다. 또, 코일 등의 가열 수단의 형상, 전원의 주파수, 시험편의 형상에 의하지 않고 사용할 수 있다.

온도 제어(temperature control) 수단은 전형적으로는 도 1에 나타낸 바와 같이 고주파에 따라 피처리물(1)을 가열하는 코일 등의 가열 수단(2)와, 상기 가열 수단(2)에 따라 가열되는 부위의 온도를 측정하는 온도계 등의 온도제어용 온도측정수단(3)과, 상기 온도제어용 온도측정수단(3)에 접속해 온도측정수단으로부터의 온도 정보에 따라 온도 제어 신호를 가열 수단(2)에 출력하는 온도 조절 수단(4)를 포함하여 이루어진다.

한편, 담금질 수단은 가열 수단과 이격설치되어 가열 수단(2)에 따라 가열되는 부위로부터 떨어진 부위의 온도를 측정하는 담금질용 온도측정수단(5)와, 상기 담금질용 온도측정수단(5)에 접속해 상기 온도측정수단으로부터의 온도 정보에 따라 열처리 시간을 조절해 담금질액 분사수단(7) 등에 담금질 개시 신호를 출력하는 열처리 조절 수단(6)를 갖는다. 담금질액 분사 수단(8)은 피처리물(1) 주위에 형성된 냉각수 분사노즐(9)과 연결되어 냉각수 분사노즐(9)을 통해 피처리물에 냉각수를 분사하게 된다.

본 발명의 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치의 특징의 하나는 가열 수단(2)에 따라 가열되는 부위의 온도를 측정하는 온도제어용 온도측정수단(3)과 가열 수단(2)에 따라 가열되는 부위로부터 멀어진 부위의 온도를 측정하는 담금질용 온도측정수단(5), 즉 2개의 별도의 다른 온도측정수단을 가지는 데 있다. 고주파 열처리에 의한 온도 제어를 보다 정확하게 하기 위해, 온도제어용 온도계는 자속의 진입량이 가장 많아, 온도 상승이 가장 큰 위치에서 온도측정 하는 것이 바람직하다.

한편, 고주파에 의한 가열은 피처리물의 표층을 가열하는 부분 가열이기 때문에 피처리물 내에 온도 분포가 생긴다. 따라서 장소에 의해서 열처리 품질이 변화할 가능성이 있으며, 담금질 처리로의 적용에 문제가 된다. 특히 두께가 큰 피처리물에서는 온도 얼룩이 커지므로 이 문제가 발생하기 쉽다. 따라서 저온 부분에 있으며서도 충분히 열처리를 실시해 정해진 열처리 품질을 채우기 위해 담금질용 온도측정수단은 자속의 진입량이 보다 적고, 온도 상승이 작은 부위, 즉 온도제어용 온도계의 온도측정부보다도 가능한 한 멀어진 부위를 온도측정 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 담금질 방법에서는 온도제어용 온도계와, 담금질용 온도계의 위치가 전술한 조건을 채워 있으면 가열 코일의 형상 및 전원의 주파수는 한정되지 않는다. 또, 담금질의 타이밍을 결정하기 위한 담금질용 온도계는 피처리물내에서의 온도 얼룩의 영향을 작게 해 복수의 위치에서 열처리 품질을 확보한다는 관점에서 복수 설치하는 모양이 바람직하다. 온도계의 종류는 방사 온도계 이외에도 장치 레이아웃 상, 가능하다면 접촉식 온도계로도 유효하다.

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.

1: 피처리물
2: 가열 수단
3: 온도제어용 온도측정수단
4: 온도 조절 수단
5: 담금질용 온도측정수단
6: 열처리 조절 수단
7: 담금질액 분사수단
8: 고주파 발진부
9: 냉각수 분사노즐

Claims (2)

1. 고주파에 따라 피처리물의 표층을 고주파 가열하고 물을 분사하여 담금질 경화하는 고주파 열처리 장치에 있어서,
   고주파에 따라 피처리물을 가열하는 가열 수단(2)과, 상기 가열 수단에 따라 가열되는 부위의 온도를 측정하는 온도제어용 온도측정수단(3)과, 상기 온도제어용 온도측정수단에 연결되어 상기 온도제어용 온도측정수단으로부터의 온도 정보에 따라 온도 제어 신호를 가열 수단에 출력하는 온도 조절 수단(4)을 갖는 온도 제어 수단과;
   상기 가열 수단에서 이격 설치되는 담금질용 온도측정수단(5)과, 상기 담금질용 온도측정수단에 접촉되어 상기 담금질용 온도측정수단으로부터의 온도 정보에 따라 열처리 시간을 조절해 담금질 개시 신호를 출력하는 열처리 조절 수단(6)을 갖는 담금질 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 수단을 구비한 고주파 열처리 장치.
   
   
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