KR101627908B1

KR101627908B1 - 맞대기 열융착을 이용한 폴리에틸렌 파이프 연결방법

Info

Publication number: KR101627908B1
Application number: KR1020140045605A
Authority: KR
Inventors: 오주석; 최선웅
Original assignee: 한남대학교 산학협력단
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2016-06-07
Also published as: KR20150119764A; WO2015160201A1

Abstract

본 발명은 2개의 폴리에틸렌 파이프를 맞대기 융착에 의해 서로 연결하는 파이프 연결방법에 관한 것으로, 제1,2파이프(10, 20) 단부의 내외주면을 청소하는 클리닝 단계(S200)와; 상기 제1,2파이프(10, 20)를 클램핑에 의해 융착장치에 설치 고정하는 파이프 클램핑 단계(S300)와; 상기 제1,2파이프(10, 20)의 단부의 설치위치를 미세 조정하여 정렬하는 파이프 미세 정렬 단계(S500)와; 전열판을 이용하여 상기 제1,2파이프(10, 20)의 양 단부를 용융시키는 파이프 단부 용융 단계(S600) 및; 상기 제1,2파이프(10, 20)의 단부를 서로 맞댄 다음, 이 맞대어진 부분이 적절한 온도로 냉각될 때까지 상기 제1,2파이프(10, 20)에 압력을 가하여 상기 제1,2파이프(10, 20)가 가압된 상태로 계속 유지되도록 함으로써 용융된 단부가 접합되도록 하는 파이프 접합 단계(S700)로 이루어지고, 상기 파이프 접합 단계(S700)에서 상기 제2파이프(20)에 가해지는 압력은 상기 제1,2파이프(10, 20)의 접합부분에서의 비체적의 변화를 추종하도록 제어되는 것을 특징으로 하며, 이러한 구성에 의해 본 발명은 기계적으로 더욱 강건하면서도 크랙의 성장을 저지할 수 있는 폴리에틸렌 파이프 융착이 이루어진다.

Description

맞대기 열융착을 이용한 폴리에틸렌 파이프 연결방법{Joining Method for Polyethylene Pipes Using Butt Fusion}

본 발명은 폴리에틸렌 파이프 연결방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자력 발전소 냉각수 인입관, 도시가스 이송관 등과 같은 대구경의 폴리에틸렌 파이프를 맞대기(butt joining) 열융착 방식에 의해 견고하게 연결하는 폴리에틸렌 파이프 연결방법에 관한 것이다.

원자력 발전소나 도시가스 저장소 등에서 다량의 냉각수나 도시가스를 필요한 곳에 공급할 때에는 배관을 통해 공급하는데, 이때 배관재로서 주로 금속관이 사용된다.

그러나 원자력 발전소의 예를 들면, 원자력 발전소에서는 1차 냉각재를 냉각시키기 위해서는 다량의 냉각수가 필요하며, 이에 따라 대구경의 냉각수 인입관을 바다에 매설하여 이를 통해 바닷물을 취출하여 냉각수로서 사용하는데, 이때 냉각수 인입관으로서 금속관을 사용하게 되면 해수에 의해 인입관이 쉽게 부식되는 문제가 있으며, 이에 따라 최근에는 냉각수 인입관으로서 금속관 대신 폴리에틸렌관 등의 합성수지관을 사용하고 있다.

특히 폴리에틸렌은 다른 재질에 비해 내화학성, 위생성, 유연성, 경량성 등이 우수하고, 특히 전식 및 부식이 전혀 없어 반영구적으로 사용 가능하고, 유지 관리가 쉽고 경제성 등의 이점이 있기 때문에 냉각수 인입관용으로 뿐만 아니라 상·하수도용 및 가스 이송용으로도 사용되고 있다.

이와 같은 폴리에틸렌 파이프를 이용하여 배관할 때에는 폴리에틸렌 파이프를 서로 연결하여야 하는데, 이러한 폴리에틸렌 파이프를 연결하는 방식에는 금속제 커플링 등을 이용하는 기계적 연결방식과 열을 이용하여 연결하는 방식이 있으며, 기계적 연결방식은 커플링과 이에 소요되는 연결 부자재 등이 금속으로 이루어져 있기 때문에 여전히 부식의 우려가 있어 폴리에틸렌 파이프를 연결할 때에는 주로 열을 이용하여 연결하는 방식이 사용되고 있다.

열을 이용하여 폴리에틸렌 파이프를 연결하는 방식에도 열융착(heat fusion)방식과 전기융착(electro fusion) 방식이 있으며, 열융착 방식은 다시 융착 형태별로 맞대기 융착(butt fusion), 소켓 융착(socket fusion) 및 새들 융착(saddle fusion)으로 분류되고, 전기 융착은 전기소켓 융착과 전기새들 융착으로 구분되고, 이때 열융착 방식은 외부 열원(heater)을 이용하여 연결하고자 하는 부위를 용융시킨 다음 압착하여 접합하는 방식이고, 전기융착은 전열선(heating coil)을 이음관 내부에 삽입하여 전원을 이음관의 열선에 가함으로 발생하는 저항열을 이용하여 연결하고자 하는 부위를 용융시켜 연결하는 융착 방식으로서 소켓 융착이나 전기소켓 융착은 별도의 이음관(소켓)을 사용하여야 하는 불편이 있기 때문에 냉각수 인입관, 가스이송배관 등을 연결할 때에는 주로 이음관이 필요 없는 열융착에 의한 맞대기 융착방식이 사용된다.

폴리에틸렌 파이프를 맞대기 융착 방식에 의해 서로 연결할 때에는 먼저 연결하고자 하는 2개의 파이프 단부를 클리닝 과정을 통해 파이프 생산시 외피에 형성된 산화피막과 보관이나 운반시 흙이나 먼지 등을 제거한 다음, 연결하고자 하는 2개의 폴리에틸렌 파이프를 융착장치에 의해 클램핑하여 일정 간격을 두고 일렬로 배열한 후, 연결하고자 하는 양 파이프의 마주보는 단면이 정확히 서로 일치되도록 파이프를 정렬한다.

상기와 같은 과정에 의해 2개의 파이프가 융착장치 상에 정확히 정렬되고 나면, 2개의 파이프 단부 사이에 플레이트 형태의 히터를 삽입하여 파이프의 단부를 용융시킨 다음, 히터를 제거한 상태에서 2개의 파이프를 서로 맞댄 후 용융부분이 냉각될 때까지 적절한 압력을 가하여 접합을 완성한다.

상기와 같은 과정에 의해 폴리에틸렌 파이프를 연결하고 나면, 도 1에 도시된 바와 같이 일직선 형태의 접합면이 생성되게 되는데, 이와 같이 파이프 접합면이 일직선 형태로 형성되는 경우 굳힘 응력(bending stress)이나 충격에 약할 뿐만 아니라, 외력이나 충격 등에 의해 접합부위에 크랙이 형성되는 경우 크랙이 접합면을 타고 쉽게 성장하게 되고, 이 경우 파이프에 누설이 생기거나 종국에는 파단이 발생될 우려가 있다.

한편, 금속의 강재와 달리 결정성 고분자인 폴리에틸렌의 비체적(specific volume)은 융점(Tm, melting point)을 기준으로 급격한 변화를 보이는데, 위에서 설명한 바와 같이 히터가 제거된 상태에서 파이프를 가압하여 용융된 단부를 서로 접합하게 되면 파이프의 단부면 간의 접합이 이루어지면서 접합면의 온도가 서서히 낮아지고, 접합면의 온도가 융점에 이르게 되면 이 융점(Tm)을 경계로 상변화가 일어나면서 급격한 부피의 변화(축소)가 일어난다.

일반적으로 열융착 방식에 의해 폴리에틸렌 파이프를 맞대기 연결할 때에는 도 2에 도시된 그래프와 같은 압력 프로파일을 추종하도록 히터의 표면 온도와 파이프에 가하는 압력 및 시간 등이 제어되는데, 이때 접합강도를 향상시키기 위해 접합공정(도 2에서 T4, T5 기간)에서 압력을 계속 승압시켜 접합하는데, 본 발명자 등은 이와 같이 파이프에 가해지는 압력을 계속 승압시키면서 접합을 행하게 되면 실제로는 융점 주위에서의 비체적의 급격한 변화로 인해 압력을 승압시키는 것만큼의 접합강도의 향상이 이루어지지 않다는 사실을 연구 및 실험을 통해 알게 되었다.

JP

2001-162898

A

US

8128853

B2

US

2006-0032349

A1

본 발명은 상기와 같은 종래의 폴리에틸렌 파이프 연결방법이 가지는 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 파이프에 높은 압력을 가하지 않고도 굽힘응력이나 충격 등에 충분히 강건하며, 크랙의 성장을 효과적으로 저지할 수 있는 폴리에틸렌 파이프 연결방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 폴리에틸렌 파이프 연결방법을, 제1,2파이프 단부의 내외주면을 청소하는 클리닝 단계와; 제1,2파이프를 클램핑에 의해 융착장치에 설치 고정하는 파이프 클램핑 단계와; 제1,2파이프의 단부의 설치위치를 미세 조정하여 정렬하는 파이프 미세 정렬 단계와; 전열판을 이용하여 제1,2파이프의 양 단부를 용융시키는 파이프 단부 용융 단계 및; 용융 부분을 서로 맞댄 다음, 맞대어진 부분이 적절한 온도로 냉각될 때까지 제2파이프에 압력을 가하여 제1,2파이프가 가압된 상태로 계속 유지되도록 함으로써 용융된 단부가 접합되도록 하는 파이프 접합 단계로 이루어지고, 파이프 접합 단계에서 제2파이프에 가해지는 압력을 제1,2파이프의 접합부분에서의 비체적의 변화를 추종하도록 제어하는 것에 의해 달성된다.

그리고 본 발명은 클리닝 단계가 행해지기 전에 상기 제1,2파이프를 접합하였을 때 접합면의 형상이 "┌┘" 형상이 되도록 제1파이프의 단부에는 홈부와 수직부가 형성되도록 하고, 제2파이프의 단부에는 돌출부와 수직부가 형성되도록 파이프의 단부를 절삭하는 파이프 단부 절삭 단계가 행해지고, 파이프 단부 용융 단계에서 사용되는 전열판은 단면의 형상이 "┌┘" 형상에 적합한 형상을 가지도록 제작된 전열판이 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 파이프 클램핑 단계와 파이프 미세 정렬 단계 사이에는 제1,2파이프 사이에 면가공장치를 설치하여 제1,2파이프의 서로 마주보는 단부 표면을 각각 가공하는 파이프 단부 표면가공 단계가 추가되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더하여 본 발명은 홈부와 수직부, 돌출부와 수직부를 각각 연결하는 부분에는 수평선을 기준으로 5∼20°의 경사면이 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명은 폴리에틸렌 재질의 물리적 특성(비체적의 변화)에 맞추어 융착 압력을 제어함으로써 큰 압력을 사용하지 않고서도 폴리에틸렌 파이프를 견고하게 융착 연결할 수 있다.

또한 본 발명은 2개의 폴리에틸렌 파이프 단부에 각각 홈부와 돌출부를 형성하여 이들을 맞댐 융착에 의해 "┌┘" 형상을 가지도록 서로 연결함으로써 기계적 성능이 우수한 연결부위가 제공된다.

그리고 본 발명은 융착부가 일직선이 아닌 "┌┘" 형상으로 형성되기 때문에 접합부위에 크랙이 생성되는 경우에도 생성된 크랙의 성장이 파이프 모재에 의해 저지되어 더 이상 성장하지 못하게 되므로 크랙의 성장을 효과적으로 저지할 수 있다.

도 1은 종래의 폴리에틸렌 파이프를 맞대기 열융착한 예를 보인 단면도,
도 2는 종래 맞대기 열융착을 이용하여 폴리에틸렌 파이프를 연결할 때 파이프에 가해지는 압력을 진행시간에 따라 나타낸 압력 프로파일,
도 3은 본 발명에 따른 맞대기 열융착을 이용한 폴리에틸렌 파이프 연결방법을 나타낸 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 폴리에틸렌 파이프를 맞대기 열융착하는 예를 보인 공정도이다.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성과 작용을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 폴리에틸렌 파이프 연결방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 폴리에틸렌 파이프 연결방법은 도 3에 도시된 바와 같이 파이프 단부 절삭 단계(S100), 클리닝 단계(S200), 파이프 클램핑 단계(S300), 파이프 단부 표면가공 단계(S400), 파이프 미세 정렬 단계(S500), 파이프 단부 용융 단계(S600) 및 파이프 접합 단계(S700)로 이루어지며, 이하에서는 각각의 단계에 대해 상세히 설명한다.

(1) 파이프 단부 절삭 단계(S100)

이 단계는 후술하는 파이프 접합 단계(S700)에 의해 양 파이프를 접합하였을 때 접합면의 형상이 "┌┘" 형상의 단차가 형성되도록 도 4에 도시된 바와 같이 양 파이프의 단부를 절삭 가공하는 단계로서, 본 발명의 파이프 연결방법은 주로 직경이 300 mm 이상인 대구경의 폴리에틸렌 파이프에 대해 적용되기 때문에 본 단계는 통상 절삭공장에서 이루어지지만, 상황에 따라서는 작업현장에서 이루어질 수도 있다.

앞서 설명한 바와 같이 맞대기 열융착 방식에 의해 폴리에틸렌 파이프를 일직선 형태의 접합면이 생기도록 연결하게 되면 굳힘 응력이나 충격에 약하고, 크랙이 쉽게 성장하는 문제가 있으며, 이에 따라 본 발명에서는 이러한 문제를 해소할 수 있도록 접합면의 형상을 일직선 형태가 아닌 형상을 가지도록 하는데, 이를 위해 2개의 파이프 중 한 개의 파이프 단부에는 홈부가 형성되도록 절삭하고, 다른 파이프의 단부에는 홈부의 깊이와 동일한 길이를 가지는 돌출부가 형성되도록 절삭하여 이들 2개의 파이프를 맞대었을 때 접합면의 형상이 전체적으로 "┌┘" 형상이 되도록 하며, 이때 홈부와 돌출부의 두께는 이들 홈부와 돌출부에 각각 이어지는 수직부의 두께와 동일하도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한 홈부와 돌출부를 형성할 때 이들 홈부와 돌출부에 각각 이어지는 수직부를 이루는 면의 표면도 미세 절삭하여 수직부의 표면이 매끄러운 상태로 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기와 같이 접합면의 형상을 "┌┘" 형상의 단차가 형성되도록 파이프 단부를 절삭한 다음, 후술하는 파이프 접합 단계(S700)에 의해 양 파이프를 서로 가압하여 접합하는 경우 홈부와 돌출부가 서로 맞닿는 부분과 수직부에는 각각 적절한 압력이 가해지기 때문에 이들이 접합된 면은 적절한 강도가 확보되지만, 홈부와 수직부를 연결하는 면과, 돌출부와 수직부를 연결하는 부분은 면은 수평으로서 서로 평행하기 때문에 이들 면은 가압되지 않고 용융된 폴리에틸렌의 결합에 의해서만 연결되기 때문에 이 부분에서의 강도가 다른 부분에 비해 낮을 수 있다.

이에 따라 홈부와 수직부, 돌출부와 수직부를 각각 연결하는 부분을 수평으로 절삭하지 않고 수평선을 기준으로 5∼20°로 경사지도록 형성하는 것이 바람직한데, 이는 위의 각도 범위로 경사면을 형성하는 경우에도 충분한 접합 강도를 확보할 수 있으며, 이 범위보다 더 큰 각도로 경사면을 형성하는 경우 크랙의 진전을 저지하는 효과가 크지 않게되는데 따른 것이다.

상기와 같은 과정에 의해 제1,2파이프(10, 20)의 단부에 각각 홈부와 돌출부가 형성되고 나면, 가공된 폴리에틸렌 파이프는 작업현장으로 운반되며, 이때 가공된 파이프의 양 단부에는 보호캡이 설치되는 것이 바람직하다.

(2) 클리닝 단계(S200)

폴리에틸렌 파이프를 생산할 때에는 통상 외피에 산화피막이 형성되고, 파이프 보관이나 운반시에 파이프의 외면이 내면에 흙이나 먼지 등의 이물질이 부착되는데, 이 단계는 폴레에틸렌 파이프를 융착하기 전에 연결하고자 하는 2개의 파이프(제1파이프(10), 제2파이프(20)) 단부의 내외주면을 깨끗이 청소하는 단계이다.

(3) 파이프 클램핑 단계(S300)

이 단계는 상기 클리닝 단계(S200)에 의해 연결하고자 하는 제1,2파이프(10, 20)의 단부가 각각 깨끗하게 청소되고 나면, 이들 제1,2파이프(10, 20)를 융착장치에 설치하여 고정하는 단계로서, 이때 융착장치는 좌우에 각각 한 쌍씩, 4개의 클램핑 조(clamping jaw)와, 좌우 2쌍의 클램핑 조 중에서 우측에 설치된 한 쌍의 클램핑 조를 좌우로 이동시키는 구동수단과, 좌우 한 쌍씩의 클램핑 조 사이에 설치되면서 힌지에 의해 회동 가능한 구조의 전열판 및, 구동수단의 이동과 전열판의 동작 등을 제어하는 제어기를 포함하는 구조이다.

그리고 4개의 클램핑 조는 각각 하부쪽에 위치하는 하부조와, 하부조의 상부에 위치하면서 힌지에 의해 회동 가능한 구조의 상부조로 이루어지고, 이들 상하부조가 서로 결합되면 파이프와 같이 원형을 형성하며, 이때 각각의 클램핑 조에는 상하부조를 결합하는 조절볼트가 구비되고, 클램핑 조의 내부에는 설치되는 파이프의 크기에 따라 필요한 경우 적절한 크기의 인서트가 설치된다.

또한, 한 쌍의 클램핑 조를 좌우 방향으로 이동시키는 구동수단은 유압실린더와 유압펌프 등이 구비된 유압장치로 이루어지며, 이들 한 쌍의 클램핑 조는 하나의 유압실린더에 결합되어 유압실린더의 동작에 따라 동시에 좌우 방향으로 이동된다.

상기와 같은 구조로 이루어진 융착장치에 연결하고자 하는 2개의 파이프(제1,2파이프(10, 20))를 설치하여 고정할 때에는 먼저, 전열판을 회동시켜 전열판을 들어 올리고, 4개의 클램핑 조에 설치된 조절너트를 풀어 상부조를 들어 올려 클램핑 조의 상부를 개방한 상태에서 개방된 한 쌍의 좌측 클램핑 조에는 제1파이프(10)에 위치되도록 하고, 한 쌍의 우측 클램핑 조에는 제2파이프(20)가 위치되도록 한 후, 클램핑 조의 상부조를 닿고 조절너트를 이용하여 파이프를 고정하며, 이에 의해 제1,2파이프(10, 20)가 적정 간격을 두고 융착장치 상에 축방향을 따라 일직선으로 배열되게 된다. 이때 조절너트의 결합력을 조절하여 좌우 각각 한 쌍의 클램핑 조의 외측에 위치하는 2개의 클램핑 조는 상대적으로 견고하게 고정되도록 하고, 내측에 위치하는 2개의 클램핑 조는 상대적으로 느슨하게 고정되도록 한다.

또한, 필요한 경우에는 융착장치의 외측에 설치높이를 조절할 수 있는 지지롤러를 설치하여 설치높이가 적절히 조절된 이들 지지롤러 상에 파이프를 설치함으로써 이에 의해 2개의 파이프가 일직선을 유지되도록 하는 동시에 파이프의 좌우 이동이 원활하도록 한다.

(4) 파이프 단부 표면가공 단계(S400)

이 단계는 상기 파이프 클램핑 단계(S300)에 의해 제1,2파이프(10, 20)가 융착장치 상에 서로 적절한 간격을 두고 고정되고 나면, 이들 파이프 사이에 면가공장치를 설치하여 서로 마주보는 제1,2파이프(10, 20) 각각의 단부면을 절삭 또는 연삭함으로써 가공하는 단계로서, 위의 파이프 단부 절삭 단계(S100)에서 제1,2파이프(10, 20) 단부 절삭과 함께 각각의 수직부 단면에 대한 절삭도 이루어진 경우에는 다시 본 단계가 행해질 필요가 없지만, 파이프의 단면 상태가 접합 품질에 크게 영향을 미치기 때문에 운반과정 또는 파이프 설치과정에서 파이프의 단부에 이물질 등이 부착되거나, 또는 파이프 단부 절삭 단계(S100)에서 제1,2파이프(10, 20) 각각의 수직부 단면이 절삭되지 않은 경우 본 단계가 수행되며, 따라서 본 단계는 필요에 따라 이루어지는 선택적인 단계이다.

본 단계에서 파이프의 단부 표면을 가공할 때에는 제1,2파이프(10, 20) 사이에 면가공장치를 설치한 상태에서 융착장치의 제어기를 제어하여 제1,2파이프(10, 20)의 양 단면이 면가공장치의 측면에 맞닿도록 한 다음, 면가공장치를 동작시켜 파이프의 단부 표면을 미세 절삭하거나 연삭하며, 이에 의해 파이프 단부의 수직부는 각각 파이프의 중심선에 대해 수직을 이루면서 매끈하게 된다.

그리고 파이프 단부 표면의 가공은 1개의 면가공장치에 의해 이루어질 수도 있으나, 2개의 면가공장치에 의해 이루어질 수도 있으며, 이때 파이프 단부 표면의 가공은 돌출부, 홈부 및 수직부 전체에 대해 이루어진다.

(5) 파이프 미세 정렬 단계(S500)

이 단계는 상기와 같은 과정에 의해 2개의 파이프가 클램프에 의해 일직선으로 배열되거나, 또는 파이프의 단부 표면이 가공되고 나면 제1,2파이프(10, 20)를 맞대어 접합하였을 때 단부면의 위치 어긋남이 최소화될 수 있도록 서로 마주보는 파이프의 단부의 설치위치를 미세하게 조정하여 정렬하는 단계로서, 이러한 위치 정렬은 4개의 클램핑 조에 각각 설치된 위치 조정볼트의 결합력을 조정함으로써 이루어지는데, 특히 내측에 위치하는 2개의 클램핑 조에 부착된 조절너트를 조절함으로써 이루어지며, 이러한 정렬 작업은 구동수단을 이용하여 연결되는 파이프(제2파이프(20))를 좌우로 이동시켜가면서 조절볼트의 조이는 과정을 반복함으로써 더욱 정교하고 정확하게 이루어질 수 있다.

(6) 파이프 단부 용융 단계(S600)

이 단계는 파이프 미세 정렬 단계(S500)에 의해 제1,2파이프(10, 20)의 양 단부가 정확히 일치되도록 설치되고 나면, 융착장치의 전열판을 이들 제1,2파이프(10, 20) 사이에 위치시킨 상태에서 구동장치를 동작시켜 제2파이프(20)를 이동시켜 제1,2파이프(10, 20)의 단부가 전열판의 측면에 접촉되도록 한 다음, 전열판에 전원을 공급하여 파이프의 양 단부를 용융시키는 단계로서, 이때 전열판의 단면 형상은 양 단부가 접합되었을 때의 형상, 즉 "┌┘" 형상의 단차가 형성된 형상을 가지도록 제작된다.

그리고 전열판에 전원을 가하여 제1,2파이프(10, 20)의 단부를 용융시킬 때에는 구동장치를 동작시켜 용융이 진행됨에 따라 파이프의 길이가 짧아지는 만큼 제2파이프(20)를 이동시키면서 작업이 이루어지며, 이때 파이프 축방향으로 과도한 힘이 가해지게 되면 자칫 용착면의 단면에 "V"자의 형의 몰입(concave)이 형성되는 등의 융착 불량이 발생될 수 있기 때문에 구동장치를 이용하여 파이프를 이동시킬 때에는 파이프가 가압되지 않도록 하는데, 이를 위해 융착장치에는 파이프 단부에 가해진 압력을 측정하기 위한 압력 측정장치가 구비되어 그 측정결과가 제어기에 입력되고, 제어기는 이러한 입력된 측정결과에 따라 구동장치의 스트로크를 적절히 제어함으로써 파이프가 가압되지 않도록 하며, 이러한 융착장치의 구조와 제어방법은 이미 알려져 있으므로 이에 대한 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

그리고 전열판에 의해 용융되는 부분의 길이는 전열판의 측면으로 돌출되는 비드의 크기를 통해 확인할 수 있으며, 이때 비드의 크기는 파이프의 직경과 두께에 따라 다르고, 따라서 용융작업은 연결하고자 하는 파이프의 직경과 두께에 따라 적절한 크기의 비드가 형성될 때까지 진행되며, 이를 위해 파이프의 직경과 두께에 따른 적절한 비드의 크기를 적시한 룩업 테이블이 사전에 준비된다.

(7) 파이프 접합 단계(S700)

이 단계는 상기 파이프 단부 용융 단계(S600)에 의해 제1,2파이프(10, 20)의 단부가 적절한 길이로 용융되고 나면 구동장치를 이용하여 제2파이프(20)를 후퇴시켜 제1,2파이프(10, 20) 사이에 설치된 전열판을 제거한 상태에서 용융된 단부가 평평한지 또는 흠결이 없는지 등을 신속하게 검사한 다음, 단부의 용융상태가 양호한 것으로 판단되면 제2파이프(20)를 제1파이프(10) 쪽으로 전진시켜 제2파이프(20)의 단부를 제1파이프(10)의 단부에 맞대어 제1,2파이프(10, 20)를 고정한 상태에서 제2파이프(20)에 적절한 압력을 가함으로써 파이프 융착부위가 가압된 상태로 계속 유지되도록 하여 용융 부분의 결합에 의해 파이프가 일체로서 접합되도록 하는 단계로서, 이러한 가압 상태는 용착 부분이 적절한 온도로 냉각될 때까지 지속되며, 냉각이 완료되고 나면 파이프의 융착작업이 종료된다. 이때 냉각시간(가압 유지시간)은 파이프 융착 부분의 가동에 상당한 영향을 미치며, 따라서 냉각시간은 통상 파이프 두께 1인치(inch)당 최소 11분 이상 소요된다.

그리고 위 검사과정에서 검사결과 용융된 단부가 불량한 것으로 판단되는 경우 용융 부분을 절삭하여 제거한 다음, 위의 절차를 반복한다.

위에서 설명한 바와 같이 파이프가 접합될 때 접합부위의 온도가 융점 부분이 되면 비체적이 급격히 줄어들게 되고, 이 상태에서 압력을 계속 승압하더라도 접합부분의 강도가 크게 향상되지 않고, 오히려 비드의 크기가 과도하게 커지게 되는 등의 문제가 있기 때문에 본 발명에서는 이러한 폴리에틸렌 재질의 물리적 특성에 맞추어 파이프에 가하는 압력을 제어하는데, 이를 위해 융착장치에는 파이프에 가해지는 압력을 검출하는 압력센서와, 접합부분의 온도를 검출하는 온도센서 및 파이프의 가압에 따른 파이프의 이송량을 측정하는 엔코더가 구비되어 제어기와 연결되고, 융착장치의 제어기에는 융점을 입력하는 수단과 타이머 등이 구비된다.
상기와 같은 구성에 의해, 접합을 행할 때에는 제어기에 융점을 입력한 상태에서 파이프에 가해지는 압력을 계속 승압시켜가면서 접합을 행하고, 이와 동시에 온도센서에 의해 접합부분의 온도를 검출하여 접합부분의 온도가 융점에 이르면 구동수단의 피스톤에 가해지는 압력을 조절함으로써 폴리에틸렌 파이프의 이동거리를 제어하여 비체적의 변화량에 추종하도록 제어되는데, 이때 접합부분의 온도를 알면 그 온도에서의 비체적을 알 수 있으며, 파이프에 가해지는 압력은 파이프의 이동속도(또는 이동거리(l), 이동거리(l)를 시간에 따라 미분하면 이동속도가 된다.)에 의해 결정된다.
따라서 본 발명에서는 온도센서를 통해 접합부분의 온도를 측정함으로써 그 온도에서의 비체적을 알 수 있도록 하고, 폴리에틸렌 파이프의 직경(d)과 두께(t), 즉 접합대상 폴리에틸렌 파이프의 단면적(A)을 알고 있는 상태에서 온도센서를 통해 측정된 접합부분의 온도에 따라 파이프의 이동속도(또는 이동거리(l))를 가변적으로 제어하면 결과적으로 온도 변화에 따른 비체적의 변화를 추종할 수 있도록 제어하는 것이 되며, 이러한 제어를 달성하기 위해서는 제어기에 폴리에틸렌 파이프의 직경과 두께 및 온도별 비체적 등을 일일이 입력하여야 하는데, 실제의 작업현장에서 이들 값을 제어기에 일일이 입력하기가 어렵다.
이에 본 발명에서는 폴리에틸렌 파이프의 직경과 두께 및 온도별 비체적 등을 기반으로 파이프의 이동속도를 미리 계산하여 제어기에 저장된 제어프로그램에 입력하여 두고 이 프로그램에 따라 파이프의 이동속도가 제어되도록 한다.

즉, 폴리에틸렌 파이프 이동속도는 파이프의 직경과 두께와 온도별 비체적 등에 의해 산출되고, 이 산출된 파이프의 이동속도는 제어기에 미리 제어프로그램으로서 입력되며, 이 입력된 파이프 이동속도에 맞추어 파이프가 실제로 이동되는지는 타이머와 엔코더에 의해 검출된 이동거리(l)에 의해 확인할 수 있으며, 실제의 파이프 이동거리(l)는 파이프의 정확한 이송을 위한 피드백 값으로 사용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 폴리에틸렌 파이프의 양 단부에 각각 홈부와 돌출부를 형성하고, 폴리에틸렌 재질의 물리적 특성에 맞추어 융착과정을 제어함으로써 기계적으로 더욱 강건하면서도 크랙의 성장을 저지할 수 있는 폴리에틸렌 파이프 융착 연결이 제공된다.

10: 제1파이프 20: 제2파이프

Claims

제1,2파이프(10, 20)로 이루어진 2개의 폴리에틸렌 파이프를 맞대기 융착에 의해 서로 연결하는 파이프 연결방법에 있어서,
상기 제1,2파이프(10, 20) 단부의 내외주면을 청소하는 클리닝 단계(S200)와;
상기 제1,2파이프(10, 20)를 클램핑에 의해 융착장치에 설치 고정하는 파이프 클램핑 단계(S300)와;
상기 제1,2파이프(10, 20)의 단부의 설치위치를 미세 조정하여 정렬하는 파이프 미세 정렬 단계(S500)와;
전열판을 이용하여 상기 제1,2파이프(10, 20)의 양 단부를 용융시키는 파이프 단부 용융 단계(S600) 및;
상기 제1,2파이프(10, 20)의 단부를 서로 맞댄 다음, 맞대어진 부분이 냉각될 때까지 상기 제2파이프(20)에 압력을 가하여 상기 제1,2파이프(10, 20)가 가압된 상태로 계속 유지되도록 함으로써 용융된 단부가 접합되도록 하는 파이프 접합 단계(S700)로 이루어지고,
상기 파이프 접합 단계(S700)에서 접합을 행할 때에는 온도센서에 의해 접합부분의 온도를 검출하여 상기 접합부분의 온도가 융점에 이르면 구동수단의 피스톤에 가해지는 압력을 조절함으로써 파이프의 이동속도를 제어하여 상기 제1,2파이프(10, 20)의 맞댄 부분에서의 비체적의 변화를 추종하도록 제어되며,
상기 클리닝 단계(S200) 전에 상기 제1,2파이프(10, 20)를 접합하였을 때 접합면에 단차가 형성되도록 상기 제1파이프(10)의 단부에는 홈부와 수직부가 형성되도록 하고, 상기 제2파이프(20)의 단부에는 돌출부와 수직부가 형성되도록 파이프의 단부를 가공하는 파이프 단부 절삭 단계(S100)가 행해지며,
상기 파이프 단부 용융 단계(S600)에서 사용되는 전열판의 단면 형상은 상기 파이프 단부 절삭 단계(S100)에 의해 가공된 상기 제1,2파이프(10, 20)의 단부의 형상에 적합하도록 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 맞대기 열융착을 이용한 폴리에틸렌 파이프 연결 방법.
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청구항 1에 있어서,
상기 파이프 클램핑 단계(S300)와 상기 파이프 미세 정렬 단계(S500) 사이에는 상기 제1,2파이프(10, 20) 사이에 면가공장치를 설치하여 상기 제1,2파이프(10, 20)의 서로 마주보는 단부 표면을 각각 가공하는 파이프 단부 표면가공 단계(S400)가 추가되는 것을 특징으로 하는 맞대기 열융착을 이용한 폴리에틸렌 파이프 연결 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 홈부와 수직부, 상기 돌출부와 수직부를 각각 연결하는 부분에는 수평선을 기준으로 5∼20°의 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 맞대기 열융착을 이용한 폴리에틸렌 파이프 연결 방법.