KR102108448B1 - 배관 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

배관 열처리 장치가 개시된다. 배관 열처리 장치는, 열처리 대상 파이프의 외부 둘레에 삽입되는 삽입홀이 형성되며, 회전 가능하게 설치되는 회전부와, 회전부의 둘레를 따라 복수개로 설치되는 지그부재와, 지그부재에 설치되며 파이프의 외표면을 가열하도록 발열하는 발열부와, 회전부를 회전시키는 구동부를 포함한다.

Description

배관 열처리 장치{PIPE HEAT TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 용접 잔류 응력을 저감하는 배관 열처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 원전에는 탄소강-스테인리스강(Ni 합금용접)으로 구성된 이종접합부가 다수 존재한다.

이러한 이종접합부는 일차수 응력 부식 균열(primary water stress corrosion cracking, PWSCC)에 취약한 것으로 알려져 있다.

일차수 응력 부식 균열의 발생원인은 용접부의 높은 인장잔류응력, 취약한 재료 특성, 수화학 환경 등이 있다.

탄소강의 경우에 잔류응력 제거를 위해 용접 후 열처리가 수행되나, 스테인리스 강의 경우에는 동종 용접 및 이종 용접부 모두 재료의 예민화 문제로 후열처리가 수행되지 않는 실정이다.

용접부의 미세조직은 일반적인 합금600의 미세조직과는 상이하여 상대적으로 일차수 응력 부식 균열(PWSCC)에 취약하다.

용접부의 높은 인장 잔류 응력을 포함하는 일차수 응력 부식 균열의 원인을 해소하기 위하여 이종 용접부의 후 열처리 장치가 필요하다.

재결정온도(약800℃) 이하 온도영역에서 잔류응력 제거 효과를 얻기 위해서는, 용접된 배관의 내면과 외면사이에 온도 구배를 주기 위한 열처리 장치가 필요하다.

이러한 용접부의 열처리를 위해 밴드 가열기 또는 유도 가열기를 이용하여 열처리 작업을 수행한다.

그러나 밴드 가열기를 이용한 열처리 작업은, 출력 한계로 인해 금속 재결정 온도까지 상승시키기 어려운 문제점이 있다.

아울러, 유도 가열기를 이용한 열처리 작업은, 용접이 실시되는 배관 파이프가 모재인 경우와 동종의 용접 부분에 국한되어 열처리 작업이 진행되는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예는, 설치 면적을 최소화하여 협소한 공간에서도 파이프 배관의 용접부 잔류 응력의 제거가 가능하고, 이종 모재의 경우에도 용접 부분의 잔류 응력의 제거가 효과적으로 이루어지는 배관 열처리 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는, 열처리 대상 파이프의 외부 둘레에 삽입되는 삽입홀이 형성되며, 회전 가능하게 설치되는 회전부와, 회전부의 둘레를 따라 복수개로 설치되는 지그부재와, 지그부재에 설치되며 파이프의 외표면을 가열하도록 발열하는 발열부와, 회전부를 회전시키는 구동부를 포함한다.

회전부는, 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고 일측면에는 구동부의 회전 구동력이 전달되는 복수개의 걸림 돌부가 돌출되고 타측면에는 지그부재가 설치되는 원판 프레임을 포함할 수 있다.

지그부재는, 원판 프레임의 타측면에 복수개가 서로간에 이격된 상태로 설치되며 발열부가 삽입되는 삽입홈이 형성된 지그 블록일 수 있다.

발열부는, 라운드 형상으로 벤딩되며, 벤딩된 양단은 삽입홈에 삽입 고정되고 전원 공급에 의해 발열되는 저항 발열체일 수 있다.

구동부는, 걸림 돌부에 회전 걸림되어 회전 구동력을 제공하는 회전 돌부가 회전축에 설치된 스텝 모터일 수 있다.

회전부는, 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고, 일측면에는 구동부의 회전 구동력이 전달되는 복수개의 걸림 돌부가 돌출되고 타측면에는 지그부재가 설치되는 원판 프레임과, 원판 프레임의 측면에 이격된 상태로 설치되며 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고, 측면에는 지그부재가 설치되는 서브 프레임과, 원판 프레임과 서브 프레임을 서로간에 연결하는 연결부재를 포함할 수 있다.

서브 프레임은, 원판 프레임의 일측에 이격된 상태로 설치되며 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고 측면에는 지그부재가 설치되는 제1 프레임과, 원판 프레임의 타측에 이격된 상태로 설치되며 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고 측면에는 지그부재가 설치되는 제2 프레임을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 배관 용도의 파이프의 용접 부분 등의 열처리 대상 위치의 둘레를 복수개의 발열부가 회전되어 잔류 응력의 효과적인 제거가 가능하다. 따라서, 잔류 응력 제거를 위한 장치의 설치 면적을 최소화하는 것이 가능하여 협소한 공간에서도 배관의 용접 부분의 열처리 작업이 효과적으로 이루어지는 것이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 배관이 삽입된 둘레를 따라 복수개의 발열부의 회전에 의한 간극 조절로서 근접 가열 작용이 가능하여, 이종 재질의 파이프 용접 부분의 열처리 작업이 효과적으로 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배관 열처리 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 배관 열처리 장치를 일측면에서 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 도 1의 배관 열처리 장치를 다른 측면에서 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 4는 도 1의 배관 열처리 장치의 A 부분을 개략적으로 도시한 요부 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배관 열처리 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

이하에서 설명하는 배관 열처리 장치(100)는, 파이프 배관의 용접 부분의 잔류 응력을 저감시키도록, 파이프의 용접 부분의 내벽 온도 구배 열처리를 실시하기 위한 장치를 말한다. 즉, 본 실시예의 배관 열처리 장치(100)는 협소한 공간에서도 배관의 용접 부분을 적정 온도로 가열하는 것이 가능하여, 파이프 배관의 잔류 응역을 효과적으로 저감하는 것이 가능하다. 이에 대해서 이하에서 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배관 열처리 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 배관 열처리 장치를 일측면에서 개략적으로 도시한 측면도이며, 도 3은 도 1의 배관 열처리 장치를 다른 측면에서 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 4는 도 1의 배관 열처리 장치의 A 부분을 개략적으로 도시한 요부 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배관 열처리 장치(100)는, 열처리 대상 파이프(11)의 외부 둘레에 삽입되는 삽입홀이 형성되며 회전 가능하게 설치되는 회전부(10)와, 회전부(10)의 둘레를 따라 복수개로 설치되는 지그부재(20)와, 지그부재(20)에 설치되며 파이프(11)의 외표면을 가열하도록 발열하는 발열부(30)와, 회전부(10)를 회전시키는 구동부(50)를 포함한다.

파이프(11)는 배관을 연결하는 과정에서 용접 등이 실시된 것으로, 용접 잔류 응력이 잔존한 것을 말한다. 이러한 파이프(11)에서 용접 잔류 응력의 제거하고자 하는 위치에는 회전부(10)가 삽입될 수 있다.

회전부(10)는 내부에 삽입홀(12)이 형성되는 것으로, 후술하는 구동부(50)의 구동력에 의해 삽입홀(12)에 삽입된 파이프(11)를 중심으로 일방향 또는 역방향으로 회전될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 회전부(10)는, 중앙 위치에 파이프(11)가 삽입되는 라운드 형상의 삽입홀(12)이 형성되고, 측면에는 복수개의 걸림 돌부(14)가 형성된 원판 프레임으로 적용될 수 있다. 이하에서 회전부와 원판 프레임은 동일 참조 번호를 사용한다.

원판 프레임(10)은 파이프(11)의 직경 보다 큰 직경의 삽입홀(12)이 중앙 위치에 형성되고, 측면에는 원주 방향을 따라 복수개의 걸림 돌부(14)가 돌출될 수 있다. 원판 프레임(10)은 소정의 지지부(미도시)에 의해 설치 장소의 바닥면에 회전 가능하게 설치될 수 있다.

걸림 돌부(14)는 원판 프레임(10)의 일측면에 돌출되는 것으로, 삽입홀(12)의 중심을 기준으로 방사상의 복수개로 돌출될 수 있다.

이와 같이, 원판 프레임(10)에 걸림 돌부(14)가 돌출되는 것은, 후술하는 구동부(50)의 회전 구동력이 전달되어 원판 프레임(10)이 파이프(11)의 둘레를 따라 일방향 또는 역방향으로 소정의 회전력으로 적절하게 회전되도록 하기 위한 것이다.

이러한 원판 프레임(10)에는 지그부재(20)가 설치될 수 있다.

지그부재(20)는 원판 프레임(10)의 타측면에서 걸림 돌부(14)에 대향하는 위치에 설치될 수 있다.

지그부재(20)는, 원판 프레임(10)의 타측면에 복수개로 설치되는 것으로, 원판 프레임(10)의 둘레를 따라 복수개가 서로간에 이격된 상태로 설치될 수 있다. 지그부재(20)는 본 실시예에서 육면체 형상의 지그 블록으로 적용되는 것을 예시적으로 설명한다. 이하에서 지그부재와 지그 블록은 동일 참조 번호를 사용한다.

이와 같이, 지그 블록(20)이 원판 프레임(10)에 설치되는 것은, 발열부(30)를 원판 프레임(10)의 측면에 돌출된 상태로 설치하기 위함이다. 이를 위해 지그 블록(20)에는 발열부(30)의 설치를 위한 고정홀(21)이 형성될 수 있다.

고정홀(21)은 지그 블록(20)에 인접한 한 쌍으로 형성될 수 있다. 즉, 삽입홀(12)은 지그 블록(20)의 상부와 하부를 관통하는 한 쌍으로 형성되어 발열부(30)가 삽입 고정될 수 있다.

발열부(30)는, 라운드 형상으로 벤딩되며 벤딩된 양단은 고정홀(21)에 각각 삽입 고정되고 전원 공급에 의해 발열되는 저항 발열체로 적용될 수 있다. 여기서 발열부(30)는 라운드 형상으로 벤딩된 부분이 파이프(11) 방향을 향하도록 지그 블록(20)에 고정 설치될 수 있다.

이러한 발열부(30)에는 작업자의 제어에 따른 제어 작동에 따른 전원 공급으로 소정의 온도로 발열되는 바, 열처리 하고자 하는 파이프(11)의 외표면을 소정의 온도로 적절하게 가열할 수 있다. 따라서, 파이프(11)는 발열부(30)의 가열 작동으로 가열되어, 배관의 용접 부분 등에 잔류한 잔류 응력을 효과적으로 저감하는 것이 가능하다.

발열부(30)는 구동부(50)의 구동력에 의한 원판 프레임(10)의 회전에 따라 함께 회전될 수 있다.

구동부(50)는, 원판 프레임(10)에 돌출된 걸림 돌부(14)에 회전 걸림되는 회전 돌부(52)가 회전축(51)에 설치된 스텝 모터로 적용될 수 있다. 이하에서 구동부와 스텝 모터는 동일 참조 번호를 사용한다.

스텝 모터(50)는 작업자의 제어에 따라 회전축(51)이 일방향 또는 역방향으로 회전되도록 작동되는 바, 회전축(51)에 걸림 돌부(14)를 통해 원판 프레임(10)에 회전 구동력을 전달할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 배관 열처리 장치(100)는, 열처리 대상 파이프(11)의 외부에 삽입된 상태로 스텝 모터(50)의 회전 작동에 따라 복수개의 발열부(30)가 파이프(11) 외부 둘레를 따라 회전 작동될 수 있다.

따라서, 파이프(11)의 용접 부분의 잔류 응력은 발열부(30)의 열에 의해 효과적으로 저감되는 것이 가능하다.

아울러, 배관 용도의 파이프의 용접 부분 등의 열처리 대상 위치의 둘레를 복수개의 발열부(30)가 회전되어 파이프 표면과의 간극을 줄여 열 출력 효과를 극대화함으로써 잔류 응력의 효과적인 제거가 가능한 바, 잔류 응력 제거를 위한 장치의 설치 면적을 최소화하는 것이 가능하여 협소한 공간에서도 배관의 용접 부분의 열처리 작업이 효과적으로 이루어지는 것이 가능하다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배관 열처리 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 4와 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배관 열처리 장치(200)의 회전부(120)는, 파이프(11)에 삽입되는 원판 프레임(10)과, 원판 프레임(10)의 측면에 이격된 상태로 설치되는 서브 프레임(121)과, 원판 프레임(10)과 서브 프레임(121)을 서로간에 연결하는 연결부재(123)를 포함할 수 있다.

원판 프레임(10)은, 파이프(11)가 삽입되는 삽입홀(12)이 중앙 위치에 형성되고, 측면에는 원주 방향을 따라 복수개의 걸림 돌부(14)가 돌출될 수 있다.

걸림 돌부(14)는 원판 프레임(10)의 일측면에 돌출되는 것으로, 삽입홀(12)의 중심을 기준으로 방사상의 복수개로 돌출되어, 스텝 모터(50)의 회전 구동력이 전달될 수 있다.

이러한 원판 프레임(10)의 걸림 돌부(14)에는 스텝 모터(50)의 회전 돌부(52)가 회전 접촉되는 바, 스텝 모터(50)의 회전 구동력이 원판 프레임(10)에 전달될 수 있다.

한편, 원판 프레임(10)의 측면에는 원판 프레임(10)의 회전 작동과 함께 회전되게 설치되는 서브 프레임(121)이 설치될 수 있다.

서브 프레임(121)은, 원판 프레임(10)의 측면에 이격된 상태로 설치되며 파이프(11)가 삽입되는 삽입홀(12)이 형성되고 측면에는 지그부재(20)가 설치될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 서브 프레임(121)은, 원판 프레임(10)의 일측에 이격된 상태로 설치되는 제1 프레임(121a)과, 원판 프레임(10)의 타측에 이격된 상태로 설치되는 제2 프레임(121b)을 포함할 수 있다.

제1 프레임(121a)은, 원판 프레임(10)의 일측에 이격된 상태로 설치되고, 파이프(11)가 삽입되는 삽입홀(12)이 형성되고 측면에는 지그부재(20)가 설치될 수 있다.

제2 프레임(121b)은, 원판 프레임(10)의 타측에 이격된 상태로 설치되고, 파이프(11)가 삽입되는 삽입홀(12)이 형성되고 측면에는 지그부재(20)가 설치될 수 있다.

즉, 제1 프레임(121a)과 제2 프레임(121b)은 동일 크기의 동일 형상으로 원판 프레임(10)을 사이에 두고 양측에 이격된 상태로 설치될 수 있다.

한편, 원판 프레임(10)과 제1 프레임(121a)과 제2 프레임(121b)은 서로간에 연결하는 연결부재(123)에 의해 연결될 수 있다.

연결부재(123)는 플레이트 형상으로 설치되며, 저면에는 제1 프레임(121a)과 원판 프레임(10)과 제2 프레임(121b)이 순차적으로 고정될 수 있다.

따라서, 스텝 모터(50)의 회전 구동에 따라 원판 프레임(10)과 제1 프레임(121a)과 제2 프레임(121b)이 함께 회전되는 바, 원판 프레임(10)과 제1 프레임(121a) 및 제2 프레임(121b)의 각각에 설치된 발열부(30)로부터 전달된 열에 의해 파이프(11)의 열처리 작용이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10, 120...회전부 11...파이프
12...삽입홀 14...걸림 돌부
20...지그부재, 지그 블록 21...고정홀
30...발열부 50...구동부, 스텝 모터
121..서브 플레임 121a..제1 프레임
121b..제2 프레임 123..연결부재

Claims (7)

1. 열처리 대상 파이프의 외부 둘레에 삽입되는 삽입홀이 형성되며, 회전 가능하게 설치되는 회전부;
   상기 회전부의 둘레를 따라 복수개로 설치되는 지그부재;
   상기 지그부재에 설치되며 상기 파이프의 외표면을 가열하도록 발열하는 발열부; 및
   상기 회전부를 회전시키는 구동부;
   를 포함하는, 배관 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전부는,
   상기 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고, 일측면에는 상기 구동부의 회전 구동력이 전달되는 복수개의 걸림 돌부가 돌출되고 타측면에는 상기 지그부재가 설치되는 원판 프레임을 포함하는, 배관 열처리 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지그부재는,
   상기 원판 프레임의 타측면에 복수개가 서로간에 이격된 상태로 설치되며, 상기 발열부가 삽입되는 삽입홈이 형성된 지그 블록인, 배관 열처리 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 발열부는, 라운드 형상으로 벤딩되며, 벤딩된 양단은 상기 삽입홈에 삽입 고정되고 전원 공급에 의해 발열되는 저항 발열체인, 배관 열처리 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 걸림 돌부에 회전 걸림되어 회전 구동력을 제공하는 회전 돌부가 회전축에 설치된 스텝 모터인, 배관 열처리 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 회전부는,
   상기 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고, 일측면에는 상기 구동부의 회전 구동력이 전달되는 복수개의 걸림 돌부가 돌출되고 타측면에는 상기 지그부재가 설치되는 원판 프레임;
   상기 원판 프레임의 측면에 이격된 상태로 설치되며 상기 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고, 측면에는 상기 지그부재가 설치되는 서브 프레임; 및
   상기 원판 프레임과 상기 서브 프레임을 서로간에 연결하는 연결부재;
   를 포함하는, 배관 열처리 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 서브 프레임은,
   상기 원판 프레임의 일측에 이격된 상태로 설치되며, 상기 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고, 측면에는 상기 지그부재가 설치되는 제1 프레임; 및
   상기 원판 프레임의 타측에 이격된 상태로 설치되며, 상기 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성되고, 측면에는 상기 지그부재가 설치되는 제2 프레임;
   을 포함하는, 배관 열처리 장치.

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