KR101665948B1 - Ctod 시험편의 잔류응력 제거장치 - Google Patents

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Abstract

CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치가 개시된다. CTOD 시험편에 압축 하중을 부여하는 압하롤; 상기 압하롤을 승강시키는 승강 기구; 및 상기 압하롤에 압축 하중을 제공하는 압력제공장치를 포함하여, CTOD 시험전에 CTOD 시험편의 노치 주변의 국부적인 잔류 응력을 효과적으로 분산 및 제거하여 CTOD 시험의 정밀성을 향상시킬 수 있다.

Description

CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치{Apparatus for removing residual stress in CTOD test piece}
본 발명은 CTOD(Crack Tip Opening Displacement; 균열 선단 개구 변위) 시험편의 잔류응력 제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CTOD 시험편에 노치를 가공하면서 발생된 잔류응력을 효과적으로 제거할 수 있는 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치에 관한 것이다.
최근에 에너지에 대한 급격한 수요 증가에 따라 심해 및 극한지로의 석유자원 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 북극해를 비롯한 극한지에 대한 석유 자원 개발은 2010년을 기점으로 본격적으로 진행될 것으로 예상되고 있다.
북극해와 같은 극한지의 연중 최저 기온은 -40℃ ~ -60℃에 이르는데, 극한지의 혹독한 환경에서 구조물의 안정성을 유지하기 위해서는 극저온에서의 취성 파괴에 대한 저항성이 매우 높아야 한다.
취성 파괴에 대한 저항성은 크게 취성 균열 생성에 대한 저항성과 취성 균열 전파에 대한 저항성으로 나누어지는 데, 취성 균열 생성은 구조물 내의 결함부(대개는 용접부임)에서 시작된 피로 균열이 일정 크기로 성장한 후, 외부에서 높은 응력이 가해질 때 성장한 피로 균열로부터 취성 균열이 생성되는 것을 의미한다.
이 때 취성 균열이 생성되지 않도록 하는 재료의 저항 특성을 취성 균열 생성에 대한 저항성이라고 하며, 주로 BS 7448 이나 ASTM 1290 규격에 명시되어 있는 CTOD(Crack Tip Opening Displacement; 균열 선단 개구 변위) 시험법을 이용해 저항성을 평가하고 있다.
CTOD 시험법은 파괴 직전에 소성 변형이 발생할 수 있을 때 사용되는 파괴 인성 시험 중의 하나인 바, CTOD 시험 전에는 시험편의 피로 균열을 균일하게 생성해야 하는 데, 시험편의 피로 균열이 균일하지 않고 시험편에 국부적으로 잔류 응력이 높으면 국부 압축법을 이용하여 잔류 응력을 적절히 해소하고 있다.
즉, 종래에는 예를 들면 CTOD 시험편의 노치부에 국부 압축력을 가하기 위해 인장 시험기를 활용하고 있는 바, 인장 시험기를 사용할 경우에는 인장 시험기의 상부 척과 하부 척에 고하중의 압착을 견딜 수 있는 보조 플레이트를 설치해야 하고, 또한 CTOD 시험편에 적절한 압축력을 가할 수 있는 압하롤을 선정하여 장착해야 한다.
상기와 같은 보조 플레이트 및 압하롤은 중량물이기 때문에 작업자 2인 이상이 필요하여 인력 소모가 요구되는 문제점이 있었고, 경우에 따라 협소한 작업 공간에서 중량물의 장착 및 탈거 작업이 이루어져서 사고 위험이 상존해 있었으며, 인장 시험 공정과 겹쳐지는 경우에 시험 지연이 발생하는 등의 문제점이 있었으므로, CTOD 시험편의 잔류 응력을 전용적으로 제거할 수 있는 장치의 개발이 필요하게 되었다.
본 발명의 실시 예는 상기와 같은 사정을 감안하여 안출된 것으로, CTOD 시험편의 잔류 응력을 용이하고 편리하게 제거할 수 있고, 또한 정확한 압축 하중의 부하로 CTOD 시험편의 잔류 응력을 설계 의도대로 정확하게 제거할 수 있는 CTOD 시험편의 잔류 응력 제거장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 CTOD 시험편의 잔류 응력 제거장치는, CTOD 시험편에 압축 하중을 부여하는 압하롤; 상기 압하롤을 승강시키는 승강 기구; 및 상기 압하롤에 압축 하중을 제공하는 압력제공장치를 포함할 수 있다.
상기 CTOD 시험편에는 한쪽 측면으로부터 다른쪽 측면을 향해 내측으로 파여진 형태의 노치가 형성되고; 상기 압하롤은 상기 노치 주변에 압축 하중을 부여할 수 있다.
상기 승강 기구는, 폭 방향을 따라 소정 간격을 두고 배치되고, 높이 방향으로 연장되게 형성된 하나 이상의 승강 레일; 상기 승강 레일을 따라 승강할 수 있도록 승강 레일에 결합된 승강 플레이트; 및 상기 승강 플레이트에 승강 동력을 제공하는 승강 구동원을 포함할 수 있다.
상기 승강 플레이트에 상기 압하롤이 포켓을 매개로 착탈 가능하게 설치될 수 있다.
상기 포켓에는 상기 압하롤이 고정핀을 매개로 착탈 가능하게 고정될 수 있다.
상기 압하롤은, 상기 CTOD 시험편에 닿아서 압축 하중을 부여하는 둥근 모서리를 형상을 한 가압부; 상기 가압부로부터 원추 형상으로 연장된 압하롤 바디; 및 상기 포켓에 착탈 가능하게 결합되는 결합부를 포함할 수 있다.
상기 압력제공장치는, 상기 압하롤에 압축 하중을 제공하는 유압 실린더; 상기 유압 실린더에 압력을 공급하는 유압 모터 및; 상기 유압 모터를 통해 상기 유압실린더로 공급되는 유압을 조절하는 유압조절밸브를 포함할 수 있다.
상기 유압 실린더를 통해 상기 압하롤에 제공하는 압축 하중을 검출하는 로드 셀; 및 상기 로드 셀을 통해 상기 압축 하중을 검출하여 상기 유압 모터와 상기 유압조절밸브를 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러에는 시험 시간을 조절할 수 있는 시험시간 설정스위치, 상기 압축 하중을 조절할 수 있는 압축 하중 조절스위치가 구비될 수 있다.
상기 승강 기구와 상기 압력제공장치는 베이스 구조물 위에 설치되어 지지될 수 있다.
상기 압하롤에 의해 상기 CTOD 시험편에는 1000N 이상의 압축 하중이 5분 이상의 시간 동안에 가해질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 CTOD 시험편의 잔류 응력 제거장치에 의하면, CTOD 시험편에 설계 의도대로 압축 하중을 부여하여 잔류 응력을 정확하게 제거할 수 있다.
잔류 응력을 제거하기 위해 시험편에 부여하는 압축 하중을 하중 측정 셀을 통해 측정하고, 제어장치로 압축 하중 부여 시간과 압축 하중을 적절히 제어할 수 있으므로, CTOD 시험편의 시험 정도를 향상시킬 수 있다.
종래의 보조 플레이트를 사용하지 않으므로 중량 작업을 실시할 필요가 없고, 이에 따라 작업 안정성을 향상시키고, 안전사고의 위험을 경감할 수 있으며, 종래의 인장 시험기 등의 다른 시험 장비를 이용할 필요가 없으므로, 신속하게 CTOD 시험편의 잔류 응력을 제거해서 시험 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 압하롤과 포켓의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치로 압축 하중을 가하여 압흔을 형성한 CTOD 시험편의 사시도이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치는, 시험실이나 시험 장소의 바닥면에 안정되게 설치할 수 있는 베이스 구조물(10)을 포함할 수 있다.
상기 베이스 구조물(10)은 압축 하중을 적절히 견딜 수 있는 견고한 구조물로서, 강재 프레임을 사용하여 조립할 수 있고, 강재 프레임이나 브래킷 등을 조합하여 구성할 수 있다.
상기 베이스 구조물(10)의 폭 방향을 따른 좌우 양측에는 소정 간격을 두고 2개의 승강 레일(20)이 고정되게 장착될 수 있다.
상기 승강 레일(20)은 높이 방향으로 연장되게 형성될 수 있고, 적절한 강성을 지닌 강재 프레임이나 바아 등으로 형성할 수 있다.
또한 승강 레일(20)은 그 내부에 가이드 채널이 형성되어, 승강 플레이트(30)가 가이드 채널에 삽입되어서 가이드 채널을 따라 상하로 승강할 수 있다.
승강 플레이트(30)는 압축 하중을 견딜 수 있도록 적절한 강성을 지닌 강재 플레이트로 형성할 수 있고, 사각 혹은 직사각 형상으로 형성될 수 있으며, 폭 방향을 따른 좌우 양측 선단부에는 상기 가이드 채널에 삽입되어 가이드 채널을 따라 이동할 수 있는 롤러나 가이드 돌기 등이 구비될 수 있다.
또한 승강 플레이트(30)를 승강시키기 위해 상기 승강 레일(20)의 측면에는 승강 구동원(40)이 설치될 수 있다.
상기 승강 구동원(40)은 모터와, 이 모터의 회전력을 승강 플레이트(30)에 전달하는 전달하는 체인 및, 상기 체인이 걸려지는 스프로켓 등으로 구성할 수 있고, 유압 혹은 공압 실린더를 사용하여 구성할 수 있으며, 이와 같은 승강 구동원은 널리 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 승강 플레이트(30)와 승강 레일(20) 및 승강 구동원(40)은 승강 기구를 구성한다.
상기 승강 플레이트(30)의 높이 방향을 따른 하면에는 포켓(50)이 고정되게 장착될 수 있고, 상기 포켓(50)에는 시험편에 압축 하중을 부여할 수 있는 압하롤(60)이 착탈 가능하게 결합할 수 있다.
또한 상기 포켓(50)에 결합된 압하롤(60)의 유동을 방지하기 위해 상기 포켓(50)에는 고정핀(70)이 착탈 가능하게 결합할 수 있다.
상기 고정핀(70)을 포켓(50)에 착탈 가능하게 결합하기 위해 포켓(50)에는 조립 구멍을 형성하여, 포켓(50)의 조립 구멍에 고정핀(70)을 박아서 압하롤(60)을 고정시키거나 혹은 고정핀(70)을 포켓(50)으로부터 탈거하여, 압하롤(60)을 포켓(50)으로부터 분리할 수 있다.
즉, 도 2를 참조하면, 포켓(50)에 압하롤(60)의 일부를 삽입한 상태에서 압하롤(60)의 유동을 방지하기 위해 고정핀(70)의 선단 고정부(72)가 포켓(50)의 내부로 삽입되어 압하롤(60)을 지지하고, 고정핀(70)은 볼트나 장착핀(74)을 통해 포켓(50)에 착탈 가능하게 고정될 수 있다.
상기 압하롤(60)은 그 한쪽 선단부에 둥근 형상으로 형성되어, 시험편에 직접 닿아서 압축 하중을 가하는 가압부(62)를 포함할 수 있다.
상기 가압부(62)를 기준으로 그 직경이 점차적으로 확경되게 형성되어 압하롤 바디(64)를 형성할 수 있으며, 상기 압하롤 바디(64)에는 압하롤 바디(64)로부터 대체로 수평하게 연장되도록 형성되어 전체적으로 대략 "T"자 형상을 결합부(66)를 포함할 수 있다.
상기 결합부(66)는 상기 포켓(50)에 대응되는 형상으로 형성한 결합홈에 삽입되어 결합될 수 있다.
상기 압하롤(60)은 본 발명의 실시 예에서 원추 형상을 예시하였지만, 직경이 균일한 바아 형상으로 형성될 수 있고, 그 직경은 예를 들면 Ø25mm, 혹은 Ø40mm일 수 있다.
상기 승강 플레이트(30)의 높이 방향을 따른 상면에는 승강 플레이트(30)를 가압하기 위해 작동 실린더(80)가 설치될 수 있다.
상기 작동 실린더(80)는 그 피스톤 로드(82)가 승강 플레이트(30)와 연결되게 설치될 수 있고, 이격되게 설치될 수 있다.
상기 작동 실린더(80)는 승강 플레이트(30)와 압하롤(60)에 적절한 압축 하중을 부여할 수 있다면, 승강 플레이트(30)와 연결되거나 혹은 이격되게 설치될 수 있다.
상기 작동 실린더(80)는 바람직하기로 유압 실린더로 구성할 수 있다.
상기 작동 실린더(80)로부터 승강 플레이트(30) 및 압하롤(60)에 가해지는 압축 하중을 검출하기 위해 작동 실린더(80)의 끝에는 로드 셀(90)이 설치될 수 있다.
상기 로드 셀(90)은 그에 가해진 압축 하중을 적절한 전기 신호를 변환하여 출력하는 통상의 로드 셀로 구성할 수 있다.
상기 작동 실린더(80)에 유압을 공급하기 위해 작동 실린더(80)에는 유압 모터(M)가 연결될 수 있다.
상기 유압 모터(M)로부터 작동 실린더(80)로 공급되는 유압을 조절하기 위해 유압 모터(M)와 작동 실린더(80) 사이의 유압 경로에는 유압조절밸브(100)가 설치될 수 있다.
상기 유압조절밸브(100)는 유압 모터(M)로부터 공급되는 유압을 조절하여 작동 실린더(80)로 공급하는 통상의 유압조절밸브로 구성할 수 있다.
상기 작동실린더(80)와 유압조절밸브(100) 및 유압 모터(M)는 압하롤(60)에 압력을 제공하는 압력제공장치를 구성할 수 있다.
상기 압력제공장치를 통해 압하롤(60)에 부여되는 압축 하중을 정밀하게 조절하고, 또한 압축 하중을 부여하는 압축 하중 부여 시간을 조절하기 위해 컨트롤러(C)가 추가로 구비될 수 있다.
상기 컨트롤러(C)의 입력단자에는 상기 로드 셀(90)이 접속되고, 출력단자에는 상기 유압조절밸브(100)와 유압 모터(M)가 접속되어, 상기 유압 모터(M)와 유압조절밸브(100)를 통해 압하롤(60)에 제공되는 압축 하중을 상기 로드 셀(90)이 검출해서 컨트롤러(C)에 입력하고, 컨트롤러(C)는 검출된 압축 하중을 시험자의 시험 의도대로 부여되게 유압 모터(M)와 유압조절밸브(100)를 제어할 수 있다.
또한 상기 컨트롤러(C)에는 시험 시간을 조절할 수 있는 시험시간 설정스위치나, 압축 하중을 조절할 수 있는 압축 하중 조절스위치 등이 구비될 수 있다.
이에 따라 컨트롤러(C)는 시험자가 설정한 시험 시간과, 압축 하중을 스위치를 통해 입력받아 상기 유압 모터(M)와 유압조절밸브(100)를 제어하여, 유압제공장치를 통해 압축 하중이 압하롤(60)에 시험 시간 동안에 부여되게 할 수 있다.
상기 베이스 구조물(10) 위에는 압축 하중을 견딜 수 있는 작업대(110)가 설치될 수 있다. 상기 작업대는 사각 블록 형상으로 형성될 수 있고, 압축 하중을 견디기 위해 강재 프레임 바아 혹은 브래킷 등을 조합하여 형성할 수 있다.
상기 작업대(110)의 상면에는 CTOD 시험편(120)이 재치될 수 있다.
CTOD 시험편(120)은 도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 대체로 사각 블록 형상을 가질 수 있고, 사각 블록의 한쪽 측면으로부터 대향하는 다른쪽 측면까지 내측으로 파여진 형태의 노치(122)가 CTOD 시험을 위해 형성될 수 있다.
상기 노치(122)의 형성으로 인해 CTOD 시험편(120)에는 노치(122) 주변에 잔류 응력이 존재할 수 있으며, 이러한 잔류 응력을 제거하기 위해 상기 압하롤(60)로 CTOD 시험편(120)의 노치(122) 주변에 압축 하중을 가하여 압흔(124)을 형성시킬 수 있다.
상기와 같이 압하롤(60)을 통해 CTOD 시험편(120)에 예를 들면 1000N 이상의 압축 하중을 5분 이상의 시간 동안에 가하게 되면, 노치(122) 주변에 집중된 잔류 응력이 적절히 분산되고, 이렇게 응력이 분산된 CTOD 시험편으로 CTOD 시험을 정밀하고 정확하게 행할 수 있으며, CTOD 시험값의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
10: 베이스 구조물
20: 승강 레일
30: 승강 플레이트
40: 승강 구동원
50: 포켓
60: 압하롤
70: 고정핀
80: 작동 실린더
90: 로드 셀
100: 유압조절밸브
110: 작업대
120: CTOD 시험편

Claims (11)

  1. CTOD 시험편에 압축 하중을 부여하는 압하롤;
    상기 압하롤을 승강시키는 승강 기구; 및
    상기 압하롤에 압축 하중을 제공하는 압력제공장치를 포함하고;
    상기 승강 기구는,
    폭 방향을 따라 소정 간격을 두고 배치되고, 높이 방향으로 연장되게 형성된 하나 이상의 승강 레일;
    상기 승강 레일을 따라 승강할 수 있도록 승강 레일에 결합된 승강 플레이트; 및
    상기 승강 플레이트에 승강 동력을 제공하는 승강 구동원을 포함하며;
    상기 승강 플레이트에 상기 압하롤이 포켓을 매개로 착탈 가능하게 설치되며;
    상기 포켓에는 상기 압하롤이 고정핀을 매개로 착탈 가능하게 고정된 것을 특징으로 하는 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CTOD 시험편에는 한쪽 측면으로부터 다른쪽 측면을 향해 내측으로 파여진 형태의 노치가 형성되고;
    상기 압하롤은 상기 노치 주변에 압축 하중을 부여하는 것을 특징으로 하는 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압하롤은,
    상기 CTOD 시험편에 닿아서 압축 하중을 부여하는 둥근 모서리를 형상을 한 가압부;
    상기 가압부로부터 원추 형상으로 연장된 압하롤 바디; 및
    상기 포켓에 착탈 가능하게 결합되는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압력제공장치는,
    상기 압하롤에 압축 하중을 제공하는 유압 실린더;
    상기 유압 실린더에 압력을 공급하는 유압 모터 및;
    상기 유압 모터를 통해 상기 유압실린더로 공급되는 유압을 조절하는 유압조절밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유압 실린더를 통해 상기 압하롤에 제공하는 압축 하중을 검출하는 로드 셀; 및
    상기 로드 셀을 통해 상기 압축 하중을 검출하여 상기 유압 모터와 상기 유압조절밸브를 제어하는 컨트롤러;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨트롤러에는 시험 시간을 조절할 수 있는 시험시간 설정스위치, 상기 압축 하중을 조절할 수 있는 압축 하중 조절스위치가 구비된 것을 특징으로 하는 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 승강 기구와 상기 압력제공장치는 베이스 구조물 위에 설치되어 지지된 것을 특징으로 하는 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 압하롤에 의해 상기 CTOD 시험편에는 1000N 이상의 압축 하중이 5분 이상의 시간 동안에 가해지는 것을 특징으로 하는 CTOD 시험편의 잔류응력 제거장치.
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