KR101685758B1 - 가속 냉각 시험 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시편을 로딩하는 시편 로딩부와; 로딩되는 상기 시편을 설정된 가열 조건으로 가열 처리하는 가열부와; 상기 가열 처리되는 상기 시편에 대해 에어 냉각을 시키는 에어 냉각부와; 상기 에어 냉각된 상기 시편의 외면에 대한 설정된 분사 거리를 이루어, 상기 시편의 외면에 냉각수를 분사하는 가속 냉각부; 및 상기 시편에 대한 온도를 측정하는 온도 측정부를 포함하는 가속 냉각 시험 장치를 제공한다.

Description

가속 냉각 시험 장치{ACCELERATED COOLING TESTER}
본 발명은 가속 냉각 시험 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 종류의 형강에 대한 가속 냉각을 시험할 수 있는 가속 냉각 시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 해양 구조물에 사용되는 형강에 대해 고강도 및 저온 충격 인성이 요구된다.
상기의 형강에서의 강도와 인성의 향상을 위해 연 종료 후 QST(Quenching and Self-Tempering) 냉각 방식이 사용된다.
여기서, 두께가 두꺼운 극후재를 가속 냉각 하는 경우, 냉각력을 극대화 하기 위해, 냉각 불균일에 따라 변형 및 물성 편차와 같은 품질 문제를 해결하여야 한다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2013-0034196(공개일: 2013년 04월 05일)호가 있다.
본 발명의 목적은, 다양한 형상의 형강들에 대한 기속 냉각을 시험하도록 할 수 있는 가속 냉각 시험 장치를 제공함에 있다.
바람직한 양태에 있어서, 본 발명은 시편을 로딩하는 시편 로딩부와; 로딩되는 상기 시편을 설정된 가열 조건으로 가열 처리하는 가열부와; 상기 가열 처리되는 상기 시편에 대해 에어 냉각을 시키는 에어 냉각부와; 상기 에어 냉각된 상기 시편의 외면에 대한 설정된 분사 거리를 이루어, 상기 시편의 외면에 냉각수를 분사하는 가속 냉각부; 및 상기 시편에 대한 온도를 측정하는 온도 측정부를 포함하는 가속 냉각 시험 장치를 제공한다.
상기 시편은, 측면부와, 상기 측면부로부터 직교를 이루는 방향을 따라 돌출되는 돌출부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 가속 냉각부는, 가속 냉각부 본체와, 상기 가속 냉각부 본체에 설치되며, 상기 시편의 외면부에 배치되며, 냉각수를 분사하는 분사 노즐을 갖는 다수의 냉각수 분사 유닛과, 상기 다수의 냉각수 분사 유닛에 설치되며, 상기 시편의 외면부까지의 거리값을 측정하는 다수의 거리 센서와, 상기 가속 냉각부 본체에 설치되며, 기 다수의 냉각수 분사 유닛의 위치를 가변시키는 위치 가변기와, 상기 다수의 거리 센서로부터 측정된 거리값을 전송 받아, 상기 다수의 냉각수 분사 유닛과 상기 시편의 외면부 까지의 거리값이 설정된 상기 분사 거리를 이루도록 상기 위치 가변기의 구동을 제어하여 상기 다수의 냉각수 분사 유닛의 위치를 가변시키는 제어기를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 다수의 냉각수 분사 유닛은, 상기 돌출부의 상부 및 하부에 배치되어 상기 돌출부의 상면 및 하면에 냉각수를 분사하도록 배치되는 제 1냉각수 분사 유닛과, 상기 돌출부의 상부 및 하부에 배치되며, 상기 측면부의 내측면에 냉각수를 분사하도록 배치되는 제 2냉각수 분사 유닛과, 상기 측면부의 측부에 배치되며, 상기 측면부의 외측면에 냉각수를 분사하도록 배치되는 제 2냉각수 분사 유닛을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 온도 측정부는, 상기 측면부와 상기 돌출부에서의 온도값을 측정하고, 측정한 상기 온도값을 상기 제어기로 전송하는 다수의 열전대를 포함한다.
상기 제어기는, 상기 측정된 온도값이 기설정된 기준 온도값에 이르도록 상기 위치 가변기의 구동을 제어하여 상기 제 1냉각수 분사 유닛, 상기 제 2냉각수 분사 유닛, 상기 제 3냉각수 분사 유닛의 냉각수 분사 위치를 변경 설정할 수 있다.
상기 에어 냉각부는, 상기 돌출부의 상부 및 하부에 배치되며, 냉각된 에어를 상하로 스윙 분사하는 제 1에어 분사기와, 상기 측면부의 외측면으로 냉각된 에어를 분사하는 제 2에어 분사기를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 가속 냉각부 본체의 전단 및 후단에 설치되며, 하방을 따라 에어를 분사하는 에어 커튼을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 가속 냉각부 본체는 커버로 에워싸이는 것이 바람직하다.
본 발명은, 실제 냉각수 분사를 통한 다양한 기하하적 형상을 이루는 형강들에 대한 기속 냉각을 시험하도록 할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 시편의 각부분에서의 냉각 온도를 측정함으로써, 냉각 변형 양상을 예측하고, 변형 최소화를 위한 시편의 각부분 별 최적 주수비 및 냉각 조건을 도출할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 가속 냉각 시험 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따르는 시편의 다 양한 예를 보여주는 도면이다.
도 3a는 본 발명에 따르는 시편의 냉각영역을 보여주는 도면이다.
도 3b는 본 발명에 따르는 에어 냉각부를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따르는 시편에서의 열전대의 배치 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따르는 가속 냉각부를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 가속 냉각 시험 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 가속 냉각 시험 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조 하면, 본 발명의 가속 냉각 시험 장치는 크게 로딩부(100)와, 가열부(200)와, 에어 냉각부(300)와, 가속 냉각부(400)와, 온도 측정부(600)와, 이송부(500)로 구성된다.
로딩부(100)
상기 로딩부(100)는 시편(10)을 외부로부터 로딩한다.
여기서, 상기 이송부(600)는 로딩부(100)로부터 시편(10)을 인출하여 가열부(200)와, 에어 냉각부(300)와, 가속 냉각부(400) 각각으로 이송시키는 장치이다.
도 2 및 도 3a에 도시되는 바와 같이, 본 발명에서의 시편(10)은 원래의 형상에서 대칭을 이루도록 절반으로 절개되도록 제조된다.
대표적으로 H형강을 모사할 수 있도록 절반으로 절개되어 웨브에 해당되는 측면부(11)와, 측면부(11)로부터 직교를 이루는 방향으로 돌출되는 플랜지에 해당되는 돌출부(12)로 이루어지는 시편을 준비한다.
상기 시편(10)의 돌출부(12) 및 측면부(11)의 내부에는 열전대들(610)이 매립 설치된다.
상기 열전대들(610)은 각 설치된 영역에서의 시편(10)에 대한 온도값을 측정한다.
상기와 같이 구성되는 시편(10)은 시편 지그(20)에 안착되는 상태로 이송될 수 있다.
상술한 시편(10)의 측면부(11)와 돌출부(12)에서, 냉각되는 영역은, 돌출부(12) 측 상하를 따라 측면부 내측면은 제 1,2냉각 영역(①,②)을 이루고, 돌출부(12)의 상면 및 하면은, 제 3,4냉각 영역(③,④), 측면부(11)의 외측면은 제 5냉각 영역(⑤)을 이룬다.
상기 냉각 영역들은 실질적으로 냉각수가 분사되는 영역이다.
가열부(200)
본 발명에 따르는 가열부(200)는 가열로와 같은 장치로서, 미리 설정되는 가열 조건을 이루도록 시편(10)을 가열 처리한다.
여기서, 상기 가열 조건은 압연과 같은 공정을 모사할 수 있는 온도로 미리 설정된다.
도면에 도시되지 않았지만, 상기 가열부(200)는 가열 온도를 제어하기 위한 온도 제어기를 구비한다.
에어 냉각부(300)
도 3b는 본 발명에 따르는 에어 냉각부를 보여주는 도면이다.
도 3b를 참조 하면, 본 발명에 따르는 에어 냉각부(300)는 제 1에어 분사기(310)와, 제 2에어 분사기(320)로 구성된다.
상기 제 1에어 분사기(310)는 상측 제 1에어 분사기(311) 및, 하측 제 1에어 분사기(312)로 구성된다.
상기 상측 제 1에어 분사기(311)는 제 1,3냉각 영역(①,③)에 설정된 온도로 냉각된 에어를 분사한다.
상기 하측 제 1에어 분사기(312)는 제 2,4냉각 영역(②,④)에 에어를 분사한다.
상기 제 2에어 분사기(320)는 제 5냉각 영역(⑤)에 에어를 분사한다.
여기서, 상기 상측 및 하측 제 1에어 분사기(311,312) 각각은 상하를 따라 스윙 동작될 수 있도록 스윙 모터(330)와 연결된다.
따라서, 상기 스윙 모터(330)는 상측 및 하측 제 1에어 분사기(311,312)를 상하를 따라 왕복 스윙 동작시키고, 이와 동시에, 에어는 제 1,3냉각 영역(①,③) 및, 제 2,4냉각 영역(②,④)에 분사될 수 있다.
가속 냉각부(400)
도 4는 본 발명에 따르는 시편에서의 열전대의 배치 상태를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따르는 가속 냉각부를 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조 하면, 본 발명에 따르는 가속 냉각부(400)는 가속 냉각부 본체(401)와, 다수의 냉각수 분사 유닛(410,420,430)과, 다수의 거리 센서(441,442,443)와, 위치 기변기(450)로 구성된다.
여기서, 상기 가속 냉각부 본체(401)의 전단 및 후단에는 에어 커튼(470)이 각각 설치된다.
상기 에어 커튼(470)은 외부로부터 압력 에어를 전송 받아, 하방을 따라 분사하여, 가속 냉각부 본체(401)의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가속 냉각부 본체(401)는 커버(480)로 에워싸여 구성될 수 있다.
상기 커버(480)는 상기 다수의 냉각수 분사 유닛(410,420,430)을 외부로부터 커버하는 역할을 하고, 냉각수 분사시, 냉각수가 외부로 비산되는 것을 방지할 수 있다.
상기 다수의 냉각수 분사 유닛은, 제 1,2,3냉각수 분사 유닛(410,420,430)으로 구성된다.
상기 제 1냉각수 분사 유닛(410)은 한 쌍으로 구성된다.
한 쌍의 제 1냉각수 분사 유닛(410) 중, 하나(411)는 시편(10)의 돌출부(12) 상면으로 냉각수를 분사하고, 다른 하나(412)는 돌출부(12) 하면으로 냉각수를 분사하도록 배치된다.
상기 제 2냉각수 분사 유닛(420)은 한 쌍으로 구성된다.
한 쌍의 제 2냉각수 분사 유닛(420) 중, 어느 하나(421)는 돌출부(12) 상부에서 측면부(11)의 내측면으로 냉각수를 분사하고, 다른 하나(422)는 돌출부(12)의 하부에서 측면부(11)의 내측면으로 냉각수를 분사하도록 배치된다.
상기 제 3냉각수 분사 유닛(430)은, 측면부(11)의 외측면에 냉각수를 분사하도록 배치된다.
여기서, 상기 제 1,2,3냉각수 분사 유닛(410,420,430) 각각은 제 1,2,3거리 센서(441,442,443)를 구비한다.
제 1거리 센서(441)는 한 쌍의 제 1냉각수 분사 유닛(410)에 설치되어, 돌출부(12)의 상면 및 하면까지의 거리값을 측정한다.
제 2거리 센서(442)는 한 쌍의 제 2냉각수 분사 유닛(420)에 설치되어, 돌출부(12)의 상부 및 하부에서 측면부(11)의 내측면 까지의 거리값을 측정한다.
제 3거리 센서(443)는 제 3냉각수 분사 유닛(430)에 설치되어, 측면부(11)의 외측면까지의 거리값을 측정한다.
한편, 위치 가변기(450)는 신축되는 축을 갖는 실린더로 구성될 수 있다.
상기 위치 가변기(450)는 제 1,2,3위치 가변기(451,452,453)로 구성된다.
상기 제 1위치 가변기(451)는 한 쌍으로 구성되어, 상측 및 하측의 제 1냉각수 분사 유닛(411,412)의 위치를 상하를 따라 가변시켜, 분사 거리를 조절한다.
상기 제 2위치 가변기(452)는 한 쌍으로 구성되어, 상측 및 하측의 제 2냉각수 분사 유닛(421,422)의 위치를 좌우를 따라 가변시켜, 분사 거리를 조절한다.
상기 제 3위치 가변기(453)는 제 3냉각수 분사 유닛(430)의 위치를 좌우를 따라 가변시켜, 분사 거리를 조절한다.
또한, 상기 제어기(460)는 각 위치 가변기(450)의 축을 신축시키도록 제어한다.
상기 제어기(460)는 제 1,2,3거리 센서들(441,442,443)로부터 각각 측정되는 거리값을 전송 받고, 상기 측정되는 거리값이 기설정된 분사 거리를 이루도록 위치 가변기들(450)의 구동을 제어하여, 제 1,2,3냉각수 분사 유닛(410,420,430)의 위치를 가변 조절한다.
온도 측정부
본 발명에 따르는 온도 측정부는 다수의 열전대(610)를 포함한다.
상기 다수의 열전대(610)는 상술한 바와 같이, 시편(10)의 돌출부(12)와 측면부(11)에 설치되고, 설치된 위치에서의 온도값을 측정하여, 상기 제어기(460)로 전송한다.
상기 제어기(460)는, 상기 측정된 온도값이 기설정된 기준 온도값에 이르도록 상기 제 1냉각수 분사 유닛(410), 상기 제 2냉각수 분사 유닛(420), 상기 제 3냉각수 분사 유닛(430)의 냉각수 분사 위치를 변경 설정할 수 있다.
다음은, 상기의 구성을 참조로 하며, 본 발명의 가속 냉각 시험 장치의 작용을 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조 하면, 시편(10)은 시편 로딩부(100)를 통해 가열부(200)로 인입된다.
상기 가열부(200)에서는 압연 공정을 모사할 수 있는 설정된 가열 온도로 시편을 가열 처리한다.
가열 처리된 시편(10)은 시편 지그(20)에 안착된 상태로, 이송부(500)에 의해 에어 냉각부(300)로 인입된다.
상기 에어 냉각부(300)에서는 도 3b에 도시되는 바와 같이, 한 쌍의 제 1에어 분사기(310)를 통해, 제 1,2,3,4냉각 영역(①,②,③,④)에 에어를 분사하고, 제 2에어 분사기(320)를 통해 제 5냉각 영역(⑤)에 에어를 분사한다.
여기서, 한 쌍의 제 1에어 분사기(310)는 상술한 바와 같이 상하를 따라 스윙 동작되되, 스윙 동작에 따른 회전각이 가변적으로 제어될 수 있다.
예컨대, 도면에 도시되지는 않았지만, 카메라를 사용하여 시편(10)의 제 1,3냉각 영역(①,③) 및 제 2,4냉각 영역(②,④)의 면적을 영상 정보로 얻고, 제어기는 영상 정보를 이미지 처리하여 상기 면적을 산출한다.
이에 따라, 제어기(460)는 각 스윙 모터(330)를 사용하여 에어가 상기 면적 전체에 분사되도록 한 쌍의 제 1에어 분사기(310)의 회전각을 조절할 수 있다.
이어, 에어 냉각이 완료된 시편(10)은 이송부(500)에 의해 가속 냉각부(400)로 인입된다.
한 쌍의 제 1거리 센서(441)는 돌출부(12)의 상면 및 하면까지의 거리값을 측정하고, 한 쌍의 제 2거리 센서(442)는 돌출부(12)의 상부 및 하부에서 측면부(11)의 내측면 까지의 거리값을 측정하고, 제 3거리 센서(443)는 측면부(11)의 외측면까지의 거리값을 측정하여 이들을 제어기(460)로 전송한다.
상기 제어기(460)는 측정된 각 거리값이 설정된 분사 거리를 이루도록 제 1,2,3,위치 가변기(451,452,453)의 구동을 제어하여, 제 1,2,3냉각수 분사 유닛(410,420,430)의 위치를 가변시킨다.
이에 따라, 본 발명에서는 다양한 형상을 갖는 시편(10)의 외면부에 대해, 균일한 분사거리를 이루도록 냉각수 분사 유닛들(410,420,430)의 위치를 조절할 수 있다.
이어, 제 1,2,3냉각수 분사 유닛(410,420,430)은 외부로부터 공급 받는 냉각수를 제 1 내지 제 5냉각 영역에 분사한다.
그리고, 온도 측정부의 다수의 열전대(610)는, 제 1내지 제 5냉각 영역에서의 온도값을 측정하고, 이를 제어기(460)로 진송한다.
상기 제어기(460)는 각 냉각 영역에서의 냉각 온도인 온도값이 서로 설정된 기준 온도값에 이를 수 있도록 각 냉각수 분사 유닛(410,420,430)의 냉가수 분사량을 가변 설정할 수 있다.
더하여, 상기 제어기(460)는 각 냉각 영역에서의 냉각 온도인 온도값이 서로 설정된 기준 온도값에 이를 수 있도록 상술한 위치 가변기들(450)을 제어하여 각 냉각수 분사 유닛(410,420,430)의 위치를 가변 설정할 수 있다.
상기와 같이 가속 냉각이 완료된 시편(10)은 이송부(500)를 통해 외부로 언로딩될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따르는 실시예는 실제 냉각수 분사를 통한 다양한 기하하적 형상을 이루는 형강들에 대한 기속 냉각을 시험하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 실시예는 시편의 각부분에서의 냉각 온도를 측정함으로써, 냉각 변형 양상을 예측하고, 변형 최소화를 위한 시편의 각부분 별 최적 주수비 및 냉각 조건을 도출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 실시예는 시편의 냉각 후 복열 온도 별 강도를 분석 하여 목표 강도에 맞는 냉각 조건 설정과 온도 관리 범위를 도출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 실시예는 시편의 부위(제 1 내지 제 5냉각 영역)별 물성 편차를 최소화 할 수 있는 냉각 조건을 제시할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 실시예는, 냉각 실험 시, 시편의 부위(제 1 내지 제 5냉각 영역)별 온도 측정을 통해 시편의 표면 온도 별 열전달 계수를 도출하여 신뢰성 있는 해석 기초 데이터를 획득할 수도 있다.
이상, 본 발명의 가속 냉각 시험 장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 시편
11 : 측면부
12 : 돌출부
100 : 시편 로딩부
200 : 가열부
300 : 에어 냉각부
400 : 가속 냉각부
500 : 이송부
610 : 열전대

Claims (8)

  1. 시편을 로딩하는 시편 로딩부;
    로딩되는 상기 시편을 설정된 가열 조건으로 가열 처리하는 가열부;
    상기 가열 처리되는 상기 시편에 대해 에어 냉각을 시키는 에어 냉각부;
    상기 에어 냉각된 상기 시편의 외면에 대한 설정된 분사 거리를 이루어, 상기 시편의 외면에 냉각수를 분사하는 가속 냉각부; 및
    상기 시편에 대한 온도를 측정하는 온도 측정부를 포함하고,
    상기 시편은, 측면부와, 상기 측면부로부터 직교를 이루는 방향을 따라 돌출되는 돌출부를 구비하고,
    상기 가속 냉각부는, 가속 냉각부 본체와,
    상기 가속 냉각부 본체에 설치되며, 상기 시편의 외면부에 배치되며, 냉각수를 분사하는 분사 노즐을 갖는 다수의 냉각수 분사 유닛과,
    상기 다수의 냉각수 분사 유닛에 설치되며, 상기 시편의 외면부까지의 거리값을 측정하는 다수의 거리 센서와,
    상기 가속 냉각부 본체에 설치되며, 기 다수의 냉각수 분사 유닛의 위치를 가변시키는 위치 가변기와,
    상기 다수의 거리 센서로부터 측정된 거리값을 전송 받아, 상기 다수의 냉각수 분사 유닛과 상기 시편의 외면부 까지의 거리값이 설정된 상기 분사 거리를 이루도록 상기 위치 가변기의 구동을 제어하여 상기 다수의 냉각수 분사 유닛의 위치를 가변시키는 제어기를 구비하고,
    상기 에어 냉각부는,
    상기 돌출부의 상부 및 하부에 배치되며, 냉각된 에어를 상하로 스윙 분사하는 제 1에어 분사기와,
    상기 측면부의 외측면으로 냉각된 에어를 분사하는 제 2에어 분사기를 구비하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 시험 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 냉각수 분사 유닛은,
    상기 돌출부의 상부 및 하부에 배치되어 상기 돌출부의 상면 및 하면에 냉각수를 분사하도록 배치되는 제 1냉각수 분사 유닛과,
    상기 돌출부의 상부 및 하부에 배치되며, 상기 측면부의 내측면에 냉각수를 분사하도록 배치되는 제 2냉각수 분사 유닛과,
    상기 측면부의 측부에 배치되며, 상기 측면부의 외측면에 냉각수를 분사하도록 배치되는 제 3냉각수 분사 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 시험 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 온도 측정부는,
    상기 측면부와 상기 돌출부에서의 온도값을 측정하고, 측정한 상기 온도값을 상기 제어기로 전송하는 다수의 열전대를 포함하되,
    상기 제어기는, 상기 측정된 온도값이 기설정된 기준 온도값에 이르도록 상기 위치 가변기의 구동을 제어하여 상기 제 1냉각수 분사 유닛, 상기 제 2냉각수 분사 유닛, 상기 제 3냉각수 분사 유닛의 냉각수 분사 위치 및 냉각수 분사량을 변경 설정하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 시험 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 가속 냉각부 본체의 전단 및 후단에 설치되며, 하방을 따라 에어를 분사하는 에어 커튼을 구비하는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 시험 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 가속 냉각부 본체는 커버로 에워싸이는 것을 특징으로 하는 가속 냉각 시험 장치.
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