KR101675686B1 - 균열정지인성 측정장치 - Google Patents

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Abstract

균열정지인성 측정장치에 관한 발명이 개시된다. 개시된 균열정지인성 측정장치는, 프레임부재와, 시편이 고정되며 프레임부재에 신축 가능하게 구비되어, 시편에 인장력을 가하는 시편고정부재와, 프레임부재에 회전 가능하게 결합되어 시편을 충격하는 충격부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

균열정지인성 측정장치{CRACK ARREST TOUGHNESS MEASURING APPARATUS}
본 발명은 균열정지인성 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 후강판 등의 취성균열정지인성 측정을 수행할 수 있는 균열정지인성 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박 등의 대형 장치에 사용되는 강 구조물, 특히 컨테이너선의 상부에 적용되는 선재외판의 경우 대략 50mm 이상의 후강판을 적용하여 강성 등을 확보한다. 이러한 후강판의 파괴안정성을 평가하기 위하여 취성균열정지인성 측정 등이 수행된다.
본 발명의 배경기술은 공개특허공보 제2014-0083799호(2014.07.04 공개: 발명의 명칭: 우수한 취성균열 전파 정지 성능을 갖는 플럭스 코어드 와이어 및 그 제조방법과 이에 의해 제조된 용접 이음부)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 소형장비를 이용하여 후강판 등에 균열정지인성 측정을 수행함으로써, 균열정지인성 측정에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 균열정지인성 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 균열정지인성 측정장치는: 프레임부재; 시편이 고정되며, 상기 프레임부재에 신축 가능하게 구비되어, 상기 시편에 인장력을 가하는 시편고정부재; 및 상기 프레임부재에 회전 가능하게 결합되어, 상기 시편을 충격하는 충격부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 시편고정부재는, 한 쌍이 구비되어 상기 시편의 상단부와 하단부에 각각 결합되는 시편결합부; 및 상기 시편결합부와 상기 프레임부재를 연결하며, 상기 시편결합부를 이동시켜 상기 시편에 인장력을 가하는 인장력발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열정지인성 측정장치.
본 발명에서 상기 시편결합부는, 상기 인장력발생부에 결합되는 시편결합하우징; 및 상기 시편결합하우징에 이동 가능하게 결합되며, 상기 시편의 양측에 위치하여 상기 시편을 가압하여 고정하는 시편가압부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 충격부재는, 상기 프레임부재에 회전 가능하게 결합되는 회전프레임; 및 상기 회전프레임에 결합되어, 상기 회전프레임의 회전에 따라 상기 시편을 충격하는 충격부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 충격부는, 쐐기 형상으로 형성되어, 상기 시편을 충격하는 쐐기부; 및 상기 쐐기부와 결합되며, 상기 회전프레임에 탈착 가능하게 결합되는 쐐기결합부;를 포함하는 것을 특징으로 한다 .
본 발명에서 상기 쐐기부와 상기 쐐기결합부는 일체로서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 충격부재는, 상기 회전프레임 또는 상기 프레임부재에 결합되며, 회전력을 발생시켜 상기 회전프레임을 이동시키는 회전력발생부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 균열정지인성 측정장치는, 상기 시편의 일단부에 전원을 인가하여 상기 시편의 일단부를 가열하는 가열부와, 상기 시편의 타단부에 냉각유체를 분사하여 상기 시편의 타단부를 냉각하는 냉각부를 포함하는 온도조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명에 따른 균열정지인성 측정장치는 후강판 등의 균열정지인성을 소형 장비를 이용하여 신속하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 시편에 작용하는 인장력, 충격력 등을 자동으로 설정하여 정확한 측정을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 충격부가 탈착 가능하게 결합되므로, 충격부의 수리 및 교환이 용이하고, 반복적인 평가를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 균열정지인성 측정장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 균열정지인성 측정장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격부가 상측으로 이동하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격부가 하측으로 이동하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도조절부의 작동을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 균열정지인성 측정장치에 의하여 균열이 발생된 시편을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 균열정지인성 측정장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 균열정지인성 측정장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 균열정지인성 측정장치의 측면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 균열정지인성 측정장치(1)는 프레임부재(100), 시편고정부재(200) 및 충격부재(300)를 포함한다.
프레임부재(100)는 균열정지인성 측정장치(1)의 골격을 형성하며 지면 등에 볼팅, 용접 등의 방식으로 고정되어 시편고정부재(200), 충격부재(300) 등을 지지한다.
본 실시예에서 프레임부재(100)는 판 형상으로 형성되어 지면에 고정되는 프레임베이스(110)와, 프레임베이스(110)의 상측면에 결합되고 시편고정부재(200)와 충격부재(300)가 결합되는 프레임부(130)를 포함한다.
시편고정부재(200)는 프레임부재(100)에 볼팅, 용접 등의 방식으로 결합되며, 시편(10)이 고정된다. 본 실시예에서 시편고정부재(200)는 시편결합부(210) 및 인장력발생부(230)를 포함한다.
시편결합부(210)는 한 쌍이 구비되어 각각 시편(10)의 상하측에 결합된다. 본 실시예에서 시편결합부(210)는 시편결합하우징(211) 및 시편가압부(213)를 포함한다.
시편결합하우징(211)은 시편결합부(210)의 외관을 형성하고, 한 쌍이 구비되어 시편(10)의 상단부 및 하단부를 각각 둘러싸며 인장력발생부(230)에 결합된다.
시편가압부(213)는 시편결합하우징(211)에 이동 가능하게 결합되며, 시편(10)의 양측을 가압하여 고정한다. 본 실시예에서 시편가압부(213)는 시편(10)의 양측에 위치하며, 유압에 의하여 이동되어 시편(10)을 가압, 고정한다.
인장력발생부(230)는 시편결합부(210)와 프레임부재(100)를 각각 연결하며, 신축에 따라 시편고정부재(200)를 이동시켜, 시편(10)에 인장력이 작용하도록 한다. 본 실시예에서 인장력발생부(230)는 유압실린더를 포함하여, 유압에 의하여 신축된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격부가 상측으로 이동하는 상태를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격부가 하측으로 이동하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3 및 4를 참조하면, 충격부재(300)는 프레임부재(100)에 회전 가능하게 결합되어 시편(10)을 충격한다. 본 실시예에서 충격부재(300)는 회전프레임(310) 및 충격부(330)를 포함한다.
회전프레임(310)은 프레임부재(100)에 회전 가능하게 결합된다. 본 실시예에서 회전프레임(310)은 일단부가, 프레임부재(100)의 상단부에 위치하고 지면에 평행한 방향으로 형성되는 회전축(131)에 회전 가능하게 결합되고, 타단부에는 충격부(330)가 결합되어, 회전축(131)을 중심으로 회전된다.
충격부(330)는 회전프레임(310)에 결합되어, 회전프레임(310)의 회전에 따라 시편(10)을 충격한다. 본 실시예에서 충격부(330)는 쐐기부(331) 및 쐐기결합부(333)를 포함한다.
본 실시예에서 회전프레임(310)이 회전된 정도, 즉 충격부(330)가 상승된 정도에 따라 자중에 의하여 충격부(330)가 시편(10)을 충격하는 정도가 달라진다. 이러한 충격부(330)의 상승 정도는 회전프레임(310)의 이동 정도를 나타내는 회전위치확인부(370)에 의하여 측정된다.
본 실시예에서 회전위치확인부(370)는 회전축(131) 또는 프레임부(130)에 결합되며 눈금이 표시된 회전위치확인판(371)과, 회전프레임(310)에 연결되며 회전프레임(310)이 회전될 때 회전프레임(310)에 연동하여 회전되는 회전위치확인핀(373)을 포함하여, 회전프레임(310)의 회전 정도를 나타낸다.
쐐기부(331)는 쐐기 형상으로 형성되어 시편(10), 구체적으로 시편전단부(11)를 충격한다. 본 실시예에서 쐐기부(331)는 시편(10)을 충격하는 면이 뾰족한 쐐기 형상으로 형성되며 금속 재질을 포함하여 이루어져, 회전프레임(310)의 회전에 따라 시편(10)을 충격한다.
쐐기결합부(333)는 쐐기부(331)와 결합되며, 회전프레임(310)에 볼팅 방식으로 탈착 가능하게 결합된다. 본 실시예에서 쐐기부(331)와 쐐기결합부(333)는 일체로서 형성되어 부품의 개수 및 조립 공정 수를 줄이고, 내구성을 향상시킨다.
본 실시예에서 충격부재(300)는 회전력발생부(350)를 더 포함한다. 회전력발생부(350)는 전기모터를 포함하고 회전프레임(310)에 직접 또는 회전축(131)을 매개로 간접 연결되며, 회전력을 발생시켜 회전프레임(310)을 회전시킨다.
본 실시예에서 제어부(500)는 회전력발생부(350)를 제어하여 회전프레임(310)을 회전시켜 사용자가 회전프레임(310)을 회전시키는 것을 보조하거나, 회전력발생부(350)에서 발생되는 회전력만으로 회전프레임(310)을 설정 위치로 이동시킬 수 있다.
또한, 제어부(500)는 회전력발생부(350)를 제어, 회전프레임(310)를 설정 속도로 회전시킴으로써, 충격부(330)의 운동량을 증대할 수 있다. 충격부(330) 또는 회전프레임(310)의 자중에 의한 회전력 이외에 회전력발생부(350)에서 발생되는 힘을 이용하여 시편(10)을 충격할 수 있으므로 작은 회전반경으로도 충분한 충격력을 확보할 수 있다.
이로써, 본 실시예에서 균열정지인성 측정장치(1)는 소규모 장치를 이용하여 시편(10)의 균열정지인성을 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도조절부의 작동을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 1 및 5를 참조하면, 본 실시예에서 균열정지인성 측정장치(1)는 온도조절부(400)를 더 포함한다. 온도조절부(400)는 시편(10)의 일단부와 타단부의 온도를 다르게 조절하여 시편(10)에 온도구배를 형성한다. 본 실시예에서 온도조절부(400)는 가열부(410)와 냉각부(430)를 포함한다.
가열부(410)는 전원부(411) 및 가열선(413)을 포함하여 일단부(도 1 기준 좌측 단부)인 시편후단부(15)에 직접 전원을 인가하거나 가열선(413)의 저항에 의하여 발생되는 열을 이용하여 시편(10)의 일단부를 가열한다.
냉각부(430)는 시편(10)의 타단부(도 1 기준 우측 단부)인 시편전단부(11)에 냉각유체를 분사하여 시편(10)의 타단부를 냉각한다. 본 실시예에서 냉각부(430)는 냉각유체저장부(431), 냉각유체분사부(433) 및 냉각유체안내부(435)를 포함한다.
냉각유체저장부(431)는 밀폐용기로 구비되어, 액체질소로 예시되는 냉각유체가 수용된다. 냉각유체분사부(433)는 프레임부재(100) 등에 결합되고, 시편(10)의 타단부를 향하도록 위치하여 시편(10)의 타단부에 냉각유체를 분사, 냉각한다.
냉각유체안내부(435)은 양단부가 각각 냉각유체저장부(431)와 냉각유체분사부(433)를 연결하며, 내측에 냉각유체가 이동되도록 통공이 형성되어, 냉각유체저장부(431)의 냉각유체를 냉각유체분사부(433)로 전달한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 균열정지인성 측정장치(1)의 작동원리 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
우선, 균열정지인성을 측정하고자 하는 후강판 등의 피측정부에서 시편(10)을 채취한다. 후강판 등의 피측정부의 경우, 압연기와의 직접 접촉 여부, 냉각 속도, 공기와의 접촉 여부 등에 따라 채취 부위에 따라 균열정지인성이 달라질 수 있는바, 해당 피측정부의 사용목적, 제작 과정 등을 고려하여 시편(10)의 채취위치를 선정, 시편(10)을 채취한다.
채취된 시편(10)을 시편고정부재(200)에 장착한다. 시편가압부(213)에 작용하는 유압을 해제하여 시편가압부(213) 사이의 간격을 확보한 후 시편(10)을 시편가압부(213) 사이에 위치시키고, 다시 유압을 작용하여 시편(10)의 상단부 및 하단부가 시편가압부(213)에 의하여 가압 고정되도록 한다.
본 실시예에서 제어부(500)는 시편(10)의 상단부 및 하단부가 시편결합부(210)에 결합된 후, 인장력발생부(230)를 승강시켜 시편(10)에 인장력을 작용한다. 또한, 제어부(500)는 온도조절부(400)를 이용하여 시편전단부(11)에서 시편후단부(15)로 가면서 온도가 하강되는 온도구배가 형성되도록 한다.
시편(10)에 작용하는 인장력 또는 온도구배는 하중센서 또는 온도측정센서 등을 이용하여 측정될 수 있으며, 측정된 값은 제어부(500)에 전달, 저장부(530)에 저장되어 이력관리를 가능하게 하며, 출력부(510)에 출력되어 사용자가 확인할 수 있도록 한다.
시편(10)에 인장력이 작용하고, 온도구배가 형성되면, 사용자가 직접 회전프레임(310)을 설정 위치로 이동시키거나, 제어부(500)가 회전력발생부(350)를 제어하여 회전프레임(310)을 설정 위치로 이동시킨다. 회전프레임(310)이 설정 위치로 이동되었는지는, 회전위치확인부(370)를 이용하여 측정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 균열정지인성 측정장치에 의하여 균열이 발생된 시편을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 회전프레임(310)이 설정 위치로 이동되면, 회전프레임(310)이 자중에 의하여 낙하되면서 시편(10)의 노치(12) 부분을 충격하게 되며, 충격시 발생된 균열의 전파 거리(a) 등을 측정, 시편(10)과 피측정부의 특성에 따른 보정 계수 등을 이용하여 피측정부의 균열정지인성을 유추할 수 있게 된다.
이로써, 본 실시예에 따른 균열정지인성 측정장치(1)는 후강판 등의 균열정지인성을 소형 장비를 이용하여 신속하게 측정할 수 있고, 제어부(500)를 적용하여 시편(10)에 작용하는 인장력, 충격력 등을 자동으로 설정하여 정확한 측정을 가능하게 한다.
또한, 본 실시예에서 균열정지인성 측정장치(1)는 충격부(330)가 회전프레임(310)에 탈착 가능하게 결합되므로, 충격부(330)의 수리 및 교환이 용이하고, 반복적인 평가를 수행할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 균열정지인성 측정장치 10: 시편
11: 시편전단부 12: 노치
15: 시편후단부 100: 프레임부재
110: 프레임베이스 130: 프레임부
131: 회전축 200: 시편고정부재
210: 시편결합부 211: 시편결합하우징
213: 시편가압부 230: 인장력발생부
300: 충격부재 310: 회전프레임
330: 충격부 331: 쐐기부
333: 쐐기결합부 350: 회전력발생부
370: 회전위치확인부 371: 회전위치확인판
373: 회전위치확인핀 400: 온도조절부
410: 가열부 411: 전원부
413: 가열선 430: 냉각부
431: 냉각유체저장부 433: 냉각유체분사부
435: 냉각유체안내부 500: 제어부
510: 출력부 530: 저장부

Claims (8)

  1. 프레임부재;
    시편이 고정되며, 상기 프레임부재에 신축 가능하게 구비되어, 상기 시편에 인장력을 가하는 시편고정부재;
    상기 프레임부재에 회전 가능하게 결합되어, 상기 시편을 충격하는 충격부재;
    상기 시편의 일단부에 전원을 인가하여 상기 시편의 일단부를 가열하는 가열부와, 상기 시편의 타단부에 냉각유체를 분사하여 상기 시편의 타단부를 냉각하는 냉각부를 포함하는 온도조절부; 및
    상기 온도조절부를 제어하여, 상기 시편의 온도를 조절하는 제어부;를 포함하고,
    상기 냉각부는,
    냉각유체가 수용되는 냉각유체저장부와, 상기 시편의 타단부를 향하도록 위치하여 상기 시편의 타단부에 냉각유체를 분사하는 냉각유체분사부와, 상기 냉각유체저장부와 상기 냉각유체분사부를 연결하여 냉각유체의 이동을 안내하는 냉각유체안내부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열정지인성 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 시편고정부재는,
    한 쌍이 구비되어 상기 시편의 상단부와 하단부에 각각 결합되는 시편결합부; 및
    상기 시편결합부와 상기 프레임부재를 연결하며, 상기 시편결합부를 이동시켜 상기 시편에 인장력을 가하는 인장력발생부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열정지인성 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 시편결합부는,
    상기 인장력발생부에 결합되는 시편결합하우징; 및
    상기 시편결합하우징에 이동 가능하게 결합되며, 상기 시편의 양측에 위치하여 상기 시편을 가압하여 고정하는 시편가압부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열정지인성 측정장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충격부재는,
    상기 프레임부재에 회전 가능하게 결합되는 회전프레임; 및
    상기 회전프레임에 결합되어, 상기 회전프레임의 회전에 따라 상기 시편을 충격하는 충격부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열정지인성 측정장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 충격부는,
    쐐기 형상으로 형성되어, 상기 시편을 충격하는 쐐기부; 및
    상기 쐐기부와 결합되며, 상기 회전프레임에 탈착 가능하게 결합되는 쐐기결합부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열정지인성 측정장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 쐐기부와 상기 쐐기결합부는 일체로서 형성되는 것을 특징으로 하는 균열정지인성 측정장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 충격부재는,
    상기 회전프레임 또는 상기 프레임부재에 결합되며, 회전력을 발생시켜 상기 회전프레임을 이동시키는 회전력발생부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균열정지인성 측정장치.
  8. 삭제
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