KR102164075B1 - 온간 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 공간 및 시간적으로 균일하고 안정적인 시편의 온도를 제공함과 더불어, 가열수단에 대한 시편의 탈착을 용이하게 하며, 온간 시험에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 온간 시험장치에 관한 것으로, 이는 시편의 양측에서 각각 접촉하도록 배치된 한 쌍의 가열부; 각각의 가열부에 삽입되는 복수의 히터부재; 및 해당 히터부재에 개별적으로 연결되어 상기 히터부재의 발열을 제어하는 복수의 온도 제어유닛을 포함한다.

Description

온간 시험장치 {Warm test apparatus}

본 발명은 상온뿐 아니라 온간(예컨대 상온 ~ 300℃)에서 시편의 물성을 측정할 수 있는 온간 시험장치에 관한 것이다.

알루미늄, 마그네슘 등과 같은 경량 금속을 적용하는 것이 증가함에 따라 이들 경량 금속을 포함한 재료에 대한 물성 평가도 더불어 증가하고 있다. 경량 금속으로 만들어진 판재의 경우, 합금에 따라 부족한 성형성을 극복하기 위해 판재를 가열하여 온간에서 성형이 실시되기도 한다. 온간에서의 성형성을 정확히 평가 및 예측하기 위해서는 재료의 물성도 해당 온도에서 측정될 필요가 있다.

온간에서의 물성 측정과 관련하여 종래에 이용되고 있는 다양한 가열장치가 있다. 예를 들면, 챔버(chamber) 또는 퍼니스(furnace) 타입의 가열장치가 대표적인데, 만능 시험기에 챔버나 퍼니스를 부착하고, 시편을 삽입 후 가열하여 물성을 측정하도록 되어 있다.

이러한 방식의 가열장치는 기존의 시험기에 그대로 활용할 수 있어 통상적으로 널리 이용하고 있으나, 대류 가열에 따른 몇 가지 단점을 안고 있다.

장치의 구성이 수직 상하형인 시험기에 챔버나 퍼니스를 부착하여 시험이 진행되면, 가열된 공기의 대류 현상에 따라 장치의 상부와 하부 사이에 온도차가 발생하게 되고, 이는 측정되는 시편의 온도 분포를 불균일하게 만드는 원인이 된다. 온간 시험에서 시편의 온도가 불균일해질 경우, 시험 온도의 정확성이 떨어지며, 시편의 변형도 불균일하게 되어 제대로 된 물성을 구하기 어렵다.

이를 해소하기 위해, 시험기를 수평으로 배치할 수 있지만, 챔버 또는 퍼니스 타입의 가열장치는 수직이나 수평 배치에 상관없이 시편의 삽입을 위해 가열장치를 개방하여야 하며, 이때 가열장치 내부의 열이 밖으로 빠져나가 순간적으로 온도 저하가 발생하게 된다. 이를 다시 회복하기 위해서는 시편 장착 후 열평형 상태에 도달하기까지 상당한 시간이 소요되며, 이는 시험의 효율성을 떨어뜨리는 원인이 된다.

또한, 열이력에 민감한 재료는 열평형 대기시간 중 물성의 변화가 생길 수도 있어, 온간 및 고온에서 대기시간이 길어지는 것은 물성 측정에 바람직하지 못한 결과를 초래할 수 있다.

이 밖에 다른 방식으로는, 전기저항을 이용한 가열장치가 있다. 즉, 시편의 양끝을 고정하고 전기를 흘려 시편의 내부 전기저항을 이용해 시편을 가열한다. 전기저항을 이용한다는 점에서 가열이 간편하기는 하지만, 이러한 방식의 가열장치도 한계가 있다.

그 중 하나는, 챔버 또는 퍼니스 타입의 가열장치와 마찬가지로, 시편의 온도가 균일하지 못하다는 것이다. 전기저항에 의한 시편 자체의 발열을 이용하기 때문에 시편의 온도를 제어할 수 있는 자유도가 떨어지며, 시편의 고정을 위한 파지부의 영향으로 인해 시편의 양끝으로 갈수록 온도가 급격히 떨어지게 된다.

(특허문헌 1) JP 평5-72088 A

이에 본 발명은, 공간 및 시간적으로 균일하고 안정적인 시편의 온도를 제공함과 더불어, 가열수단에 대한 시편의 탈착을 용이하게 하며, 온간 시험에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 온간 시험장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치는, 시편의 양측에서 각각 접촉하도록 배치된 한 쌍의 가열부; 각각의 가열부에 삽입되는 복수의 히터부재; 및 해당 히터부재에 개별적으로 연결되어 상기 히터부재의 발열을 제어하는 복수의 온도 제어유닛을 포함하고, 상기 가열부는 열전도성 있는 재질로 형성되며, 상기 가열부는, 상기 히터부재가 장착되는 제1 층과, 상기 제1 층보다 열전도성이 높은 재질로 형성되어 상기 시편과 접촉하게 되는 제2 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 온간 시험에서 가열부를 사용하여 접촉식으로 시편을 가열할 경우, 온도 제어유닛으로 가열부의 영역별 온도를 최적화하여 설정하면 가열부 내에서 온도 분포가 최소가 되도록 할 수 있고, 이에 따라 시편에 균일한 온도 분포를 구현할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명에 의하면, 시편은 가열부에 접촉한 상태이기 때문에 시편의 온도가 일정하게 유지될 수 있다. 물론, 시편의 측면이 외기에 노출되지만, 노출되는 영역이 매우 작고, 접촉 및 전도에 의한 열전달량이 대류에 의한 열전달량보다 훨씬 크게 되어, 시편의 온도가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 가열부에 대한 시편의 탈착이 매우 용이해지고, 이로써 온간 시험에 소요되는 시간이 크게 단축된다. 또한, 본 발명에 의하면, 시편을 장착하는 동안 가열부의 온도도 크게 변하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 가열부의 사시도이다.
도 3은 히터부재 및 온도센서와, 온도 제어유닛 사이의 연결관계를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치를 개략적으로 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치는, 시편(1)의 양측에서 각각 접촉하도록 배치된 한 쌍의 가열부(10); 각각의 가열부에 삽입되는 복수의 히터부재(20); 및 해당 히터부재에 개별적으로 연결되어 히터부재의 발열을 제어하는 복수의 온도 제어유닛(41)을 포함하고 있다.

편의상, 본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치가 인장 또는 압축 시험에 적용된 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 대류 현상에 따른 불균일한 온도 분포를 방지하기 위해 수평 배치형으로 시험장치를 구성하는 것이 바람직하지만, 장치의 구성이 수직 상하형인 경우에도 본 발명의 원리가 적용되는 것이 완전히 배제되지 않음을 밝혀둔다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치는, 베이스(50); 이 베이스의 상부에 설치되어 시편(1)을 고정할 수 있도록 된 한 쌍의 파지부(60); 한 쌍의 파지부 중 어느 하나를 이동시켜 시편에 인장력 또는 압축력을 가하는 구동부(70); 이 구동부의 작동에 따른 시편의 하중 및 변형 상태를 검출하는 검출부(80); 및 전술한 히터부재(20)의 발열과 구동부(70)의 작동을 제어하는 제어부(40)를 더 포함할 수 있다.

도 1에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치는, 베이스(50) 상에서 인장/압축의 축이 수평방향으로 되도록 구성될 수 있다.

한 쌍의 파지부(60) 중 하나의 파지부(도 1에서 좌측 파지부)는 베이스(50) 상에 설치된 지지프레임(51)에 고정되고, 다른 하나(도 1에서 우측 파지부)는 구동부(70)에 의해 도면에서 좌우로 이동할 수 있다.

시편(1)의 각 단부를 파지하여 고정하는 파지부(60)는 압착형 그립(grip)부재 또는 핀형 그립부재로 형성될 수 있고, 필요에 따라 교환하여 장착이 가능하다.

예를 들어, 파지부(60)로서 핀형 그립부재를 사용하는 경우에는 시험 중 시편이 그 축방향으로 가열부의 상면 높이에 맞춰 자동 정렬되기 때문에 시편(1)의 축방향 정렬을 위해 그립부재의 높낮이를 조절하지 않아도 되는 장점이 있다.

구동부(70)는 한 쌍의 파지부(60) 중 어느 하나를 이동시키도록 작동하며, 파지부들 사이에 고정된 시편(1)에 인장력 또는 압축력을 가하여 재료의 물성 평가를 위한 하중을 제공하게 된다. 이러한 구동부는 유압 또는 전동 방식을 비롯한 다양한 하중 부하장치로 이루어질 수 있다.

일례로, 구동부(70)는 베이스(50)에 설치되어 모터(미도시)에 의해 회전되는 이송스크류(미도시), 이 이송스크류에 나사결합되어 이송스크류의 회전에 따라 이동되는 가동너트(미도시), 및 이 가동너트와 파지부(60) 사이를 연결하는 연결부재(71)를 포함할 수 있다.

검출부(80)는, 구동부(70)의 연결부재(71)와 해당 파지부(60) 사이에 설치되어 인가되는 하중을 측정하는 하중계(81)와, 베이스(50) 상에 설치되어 시편(1)의 연신률 또는 압축률을 측정하는 변위계(82)를 포함할 수 있다.

하중계(81)로는 예컨대 로드셀이 사용될 수 있다.

변위계(82)로는 예컨대 레이저나 CCD 카메라 등을 사용하는 변위계가 사용될 수 있다.

보다 구체적으로, 변위계(82)로서 레이저 변위계가 채택될 때, 레이저 변위계는 감지 영역이 시편의 두께면과 평행을 이루도록 배치될 수 있으며, 레이저 빛의 반사를 위해 시편의 두께면에는 반사테이프가 부착될 수 있다. 레이저 변위계는 한 쌍의 가열부(10)가 시편(1)의 양측에 접촉한 상태에서 두 가열부의 사이로 레이저 빛을 조사하고 반사시켜 시편의 변형량을 측정하게 된다.

또한, 변위계(82)로서 CCD 카메라 변위계가 채택될 때, DIC(Digital Image Correlation: 디지털 이미지 상관법)가 이용될 수 있으며, 그 측정을 위해 시편의 두께면에는 전용 안료가 도포될 수 있다. CCD 카메라 변위계는 변형된 시편의 영상을 디지털 방식으로 처리하고 비교하여 그 변형량을 측정한다.

시편 탈착의 편의를 위해 변위계(82)는 베이스(50) 상에서 레일(52)을 따라 이동할 수 있도록 설치되는 것이 좋다.

제어부(40)는, 구동부(70)의 작동을 위해 예컨대 모터 또는 유압 계통의 구동을 제어하는 구동 제어유닛과, 아래에 보다 상세히 설명하는 히터부재(20)의 발열을 제어하는 복수의 온도 제어유닛(41)을 포함할 수 있으며, 각 구성요소의 작동 상태를 표시하는 디스플레이나 PC 기반의 입출력장치, 데이터 기록장치 등을 더 구비할 수 있다.

또한, 제어부(40)는 하중계(81)와 변위계(82)로부터 각각 수신되는 측정 데이터에 기초하여 해당 시편(1)의 연신률 또는 압축률을 산출하고, 그 산출 결과를 데이터 기록장치에 기록하거나 디스플레이로 출력할 수 있다.

도 1에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치가 수평 배치형으로 구성된 경우에, 한 쌍의 가열부(10)는 상하로 배치되게 된다.

한 쌍의 가열부(10) 중 하나, 즉 하부 가열부(11)는 베이스(50) 상에서 움직이지 않도록 고정되며, 시편(1)의 탈착을 위해 한 쌍의 가열부 중 다른 하나, 즉 상부 가열부(12)는 상하로 이동할 수 있다.

하부 가열부(11)의 상면의 높이는 양쪽 파지부(60)에 고정된 시편(1)의 하면의 높이와 일치하게 하여, 시편이 수평하게 정렬되도록 하는 것이 좋으나, 반드시 이에 한정되지 않는다.

추가로, 본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치는, 한 쌍의 가열부(10) 중 다른 하나, 즉 상부 가열부(12)를 상하로 이동시키기 위한 이동부(90)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이동부(90)는, 베이스(50) 상의 지지프레임(51)에 구비된 지렛대(91); 이 지렛대의 일측과 상부 가열부(12)를 연결하는 링크부재(92); 및 지렛대의 타측에 위치된 부하부재(93)를 포함할 수 있다.

부하부재(93)로는 작동로드를 갖추고서 지렛대의 타측에 하중을 부여할 수 있는 유체압 실린더나 전기식 액츄에이터 등이 채택될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예를 들면 상부 가열부(12)의 무게와 균형을 이루는 카운터 매스(counter mass)가 채용될 수도 있다.

여기서, 부하부재(93)에 의해 지렛대(91)의 타측에 하중이 인가되면, 상부 가열부(12)가 위로 들어올려질 수 있게 되고, 이에 따라 시편(1)의 탈착이 용이하게 이루어질 수 있다.

다른 한편으로, 필요에 따라 상부 가열부(12)는 시편(1)에 가압력을 가할 수도 있다. 이동부(90) 자체가 유체압 실린더나 전기식 액츄에이터 등의 부하부재로 구성될 수 있으며, 상부 가열부가 부하부재의 작동로드에 직접 연결되어 상하로 이동됨과 더불어, 시편에 일정한 힘을 가하도록 할 수 있다.

이와 같이, 상부 가열부(12)는 이동부(90)에 의해 이동될 수 있음과 더불어, 시편(1)의 일측면(상면)에 접촉하여 힘을 가할 수 있다.

혹은, 상부 가열부(12) 위에 원하는 무게 및 원하는 개수의 질량부재를 올려놓음으로써 별도의 장치 없이 시편(1)을 가압하는 수직방향의 힘을 일정하게 유지하도록 하여도 무방하다.

도 2는 가열부의 사시도이다.

한 쌍의 가열부(10), 다시 말해 하부 가열부(11)와 상부 가열부(12) 각각은 동일한 구조이며, 대칭 형상으로 형성되고 배치될 수 있다. 따라서, 이하에서는 하나의 가열부에 대해서만 상세히 설명한다.

가열부(10)는 직육면체의 판형상 또는 블록형상의 부재로 형성될 수 있다.

이러한 가열부(10)의 길이와 폭 치수는 시편(1)의 게이지부에서 충분한 온도 균일성이 확보되도록 설계되어야 한다. 예를 들어, 인장 시험에서는 연신에 의해 시편의 길이가 늘어나므로 최종 파단 시점에서의 시편의 게이지부 길이가 "가열부의 균일 온도 영역"의 설계 기준이 되어야 한다.

온간에서는 연신률 200% 이상의 변형이 발생할 수 있어, 시편(1)의 길이방향으로는 초기 시편의 게이지부 길이의 최소 3배 이상이 가열부(10)의 균일 온도 영역으로 설정되어야 한다.

시편(1)의 폭방향으로는 표준 시편의 규격(ASTM 또는 JIS 규격)을 고려하여 적어도 파지부(60)에 의해 파지되는 파지부위 폭의 3배 이상이 가열부(10)의 균일 온도 영역으로 확보되어야 한다.

더욱 바람직하기로는, 가열부(10)에서 균일 온도 영역의 주위로 여분의 영역이 존재해야 하기 때문에, 가열부는 시편(1)의 길이방향으로는 초기 시편의 게이지부 길이의 5배 이상으로 하고 폭방향으로는 파지부위 폭의 5배 이상으로 그 치수가 결정될 수 있다.

예를 들어, ASTM Subsize 표준 시편을 기준으로 하면, 표준 시편의 게이지부 길이가 25mm이고 파지부위 폭이 10mm이므로, 가열부는 125mm 이상의 길이와, 50mm 이상의 폭으로 그 치수가 결정될 수 있다.

가열부(10)의 재질로는 예를 들어 철, 구리 등과 같은 열전도성이 우수한 재질이 채택될 수 있다. 가열부 내에 열전도성이 높은 재질의 비율이 높아질수록 시편(1)과 접촉하는 표면의 온도는 더욱 균일해진다.

가열부(10)는 크게 2개의 층으로 이루어질 수 있다. 제1 층(13)은 강성을 고려하여 예컨대 철과 같은 금속으로 형성될 수 있으며, 이 제1 층에 히터부재(20)가 장착된다. 제2 층(14)은 온도 균일성을 높이기 위해 제1 층보다 열전도성이 높은 예컨대 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있다.

이 경우에, 두 재질의 열팽창 계수의 차이가 가능한 최소가 되도록 제1 층(13)과 제2 층(14)의 재질을 채택할 필요가 있다. 또한, 제1 층과 제2 층의 재질을 견고하게 결합할 수 있는 적절한 접합 방법이 채택되어야 한다.

선택적으로, 가열부(10)의 강성 유지를 위해 제2 층(14)에서 제1 층(13)의 반대측에 제2 층보다 열전도성은 낮지만 강성이 큰 예컨대 철과 같은 금속으로 형성된 제3 층(15)이 부가될 수 있다.

또한, 시편(1)과 접촉하게 되는 제2 층(14) 또는 제3 층(15)의 일측 표면은 부식 방지와 마찰 감소를 위해 도금 처리될 수 있다.

시편(1)과 접촉하는 일측 표면을 제외하고 가열부(10)의 다른 외측 표면에는 열손실을 줄이기 위해 단열재가 부착될 수 있다.

가열부(10)의 열원인 히터부재(20)로는 전열선이 내장된 카트리지 히터(cartridge heater)가 채용될 수 있다. 복수의 히터부재는 각각 가열부(10)의 제1 층(13)에 형성된 삽입홀(17) 내에 삽입된다. 도 2는 하나의 가열부에 3개의 히터부재가 장착된 예를 도시하고 있다.

선택적으로, 복수의 히터부재(20)는 가열부(10)에서 가열부의 길이방향 중심을 기준으로 대칭으로 배열될 수 있다. 또는, 복수의 히터부재는 가열부에서 동일한 높이로 가열부의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배열될 수 있다.

시편(1)의 온도가 균일하기 위해서는 가열부(10)의 온도가 균일해야 한다. 가열부는 대류 냉각으로 인하여 통상 가운데 부위의 온도가 상대적으로 높고, 가장자리 부위의 온도가 상대적으로 낮다. 이와 같은 가열부의 온도 균일성을 높이기 위해 가열부를 그 길이방향 중심을 기준으로 하여 대칭 형태로 분할된 3개 이상의 복수의 영역으로 구분되게 하고, 각 영역의 온도를 독립적으로 제어할 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치는, 각각의 히터부재(20)에 인접하여 가열부(10)에 설치되고 가열부의 온도를 계측하는 온도센서(30)를 더 포함할 수 있다. 온도센서로는 열전대(thermocouple) 등이 채용될 수 있다.

복수의 온도센서(30)가 각각 가열부(10)의 제1 층(13)에 형성된 삽입공(18) 내에 삽입될 수 있다. 온도센서의 삽입 위치가 히터부재(20)로부터 너무 멀리 있으면 온도 제어시 다른 히터부재와의 간섭으로 온도 제어에 문제가 생기는 한편, 온도센서의 삽입 위치가 히터부재에 너무 가까이 있으면 온도센서가 표면 온도와 관계없는 국부 온도만 측정하게 된다. 이러한 점들을 고려하여, 온도센서는 해당 히터부재의 주변에서 적절하게 위치되어야 한다.

도 3은 히터부재 및 온도센서와, 온도 제어유닛 사이의 연결관계를 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이 가열부(10)에 장착된 히터부재(20)와 온도센서(30)는 각각의 해당 온도 제어유닛(41)에 연결되어, 가열부의 각 영역의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다.

각각의 온도 제어유닛(41)을 통해, 가열부(10)에 장착된 히터부재(20)의 발열은 개별적으로 제어되는데, 온도센서(30)로부터 계측된 해당 히터부재 주위의 온도가 설정된 목표 온도보다 낮으면 히터부재의 발열을 증가시키는 한편, 온도센서(30)로부터 계측된 해당 히터부재 주위의 온도가 목표 온도보다 높으면 히터부재의 발열을 감소시키어, 히터부재가 설정된 온도로 가열부 및 시편(1)을 가열하게 되는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치에서는, 가열부(10)를 열전도성이 높은 재질로 하여 판형상 또는 블록형상으로 만들고서 시편(1)의 양측에서 접촉하여 시편의 온도를 가열부의 표면 온도와 동일한 온도까지 열원으로부터의 전도에 의해 가열하도록 하고 있기 때문에, 시편의 전체가 균일하게 가열될 수 있다.

또한, 시험 중에도 가열부(10)는 시편(1)과 접촉 상태를 유지하고 있으므로, 시편의 온도가 안정적으로 유지될 수 있다.

특히, 각각의 온도 제어유닛(41)을 통해 히터부재(20)의 발열이 개별적으로 피드백 제어됨으로써, 가열부(10)의 온도가 불균일할 경우에 위치별로 온도 보정을 통해 온도 편차를 줄이는 조치가 가능하게 된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 가열부(10)에 3개의 히터부재(20) 및 3개의 온도센서(30)가 장착된 경우에, 한 쌍의 가열부에 대해 총 6개의 온도 제어유닛(41)이 사용될 수 있으며, 이들 6개의 온도 제어유닛은 제어부(40)에 포함될 수 있다.

한편, 온도센서(30)가 측정한 가열부(10)의 온도와 가열부의 표면 온도 사이에는 미소한 차이가 존재하며, 가열부(10)의 표면 온도와 시편(1)의 온도 사이에도 차이가 존재할 수 있다. 따라서, 시편의 온도는 도시되지 않은 별도의 온도센서를 사용하여 시편으로부터 직접 측정하며, 온도 제어유닛(41)의 온도는 직접 측정된 온도를 기준으로 설정하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온간 시험장치를 사용하여 온간에서 인장 시험을 실시하였다.

시편(1)으로는 마그네슘 판재가 사용되었다. 시편을 가공한 후에 시편의 두께면에는 연신률 측정을 위한 레이저용 반사테이프가 부착되었다.

한 쌍의 가열부(10)는 각각 200mm의 길이와 100mm의 폭으로 제작되었으며, 각각의 온도 제어유닛(41)에 개별적으로 연결된 3개의 히터부재(20)를 구비하고 있다.

시험 목표 온도는 200℃이며, 시행착오(trial and error)법을 통해 균일한 시편 온도를 얻을 수 있는, 온도 제어를 위한 설정값을 찾았다. 시편의 온도가 200℃에서 전체적으로 가장 균일하게 유지되는 온도 제어유닛(41)의 설정값은 각 가열부(10)에서 203℃(좌), 201℃(중간), 203℃(우)였다.

이때, 별도의 온도센서를 사용하여 시편(1)의 온도를 측정한 결과, 시편의 중앙부 온도는 200℃이며, 가열부(10)와의 접촉이 끝나는 시편의 가장자리부 온도는 199℃였다.

가열부(10)가 그 균일 온도 영역(초기 시편의 게이지부 길이의 3배(75mm)의 길이 및 파지부 폭의 3배(30mm)의 폭)보다 크게 제작되었으므로, 가열부의 균일 온도 영역에 한정하여 시편(1)의 온도를 측정한 결과, 모두 200℃였다.

본 발명의 온간 시험장치에 시편(1)을 장착하고 가열부(10)를 시편의 양측에서 접촉시킨 후, 시편이 목표 온도인 200℃에 도달하기까지 걸린 시간은 1분 이하로 측정되었다.

구체적으로, 상온에서 199℃까지는 20초 이내에 도달하였고, 그 후에 200℃에 도달하여 안정화되는 데에 30초 내외의 시간이 소요되었다. 물론, 이 시간은 시편을 구성하는 재료의 열전도성과 열용량에 따라 다소 차이가 날 수 있다.

인장 시험이 진행되는 동안 실시간으로 시편(1)의 게이지부의 온도를 측정한 결과, 200℃로 유지되었다. 인장 시험이 진행되는 중에도 시편은 가열부(10)와 접촉하고 있기 때문에 접촉 및 전도에 의한 열전달을 통해 일정한 온도를 유지하였다.

가열부(10)는 온도센서(30)와 온도 제어유닛(41)에 의한 온도 제어에 의해 과도 상태(transient state)를 거쳐 목표 온도에 도달한 다음, 정상 상태(steady state)가 되면 피드백 제어에 의해 일정한 온도가 지속적으로 유지된다. 따라서, 적어도 온도에 대해서는 안정적이며, 재현성 및 반복성 있는 데이터의 획득이 가능함을 확인하였다.

온간에서도 시편(1)의 연신률은 레이저 변위계를 통해 상온에서의 실험과 동일하게 측정이 가능하였다. 더욱이, 가열부(10)에 의해 시편을 구속하여 시편의 수직방향 위치가 일정하게 유지됨으로써, 레이저 빛과 조사면 간의 일치성이 안정적으로 유지되었다.

이와 같이 실시된 시험을 통해, 온간 시험에서 가열부(10)를 사용하여 접촉식으로 시편(1)을 가열하는 경우, 시편의 게이지부에서 공간 및 시간적으로 1℃ 미만의 온도 분포의 편차를 획득하는 것이 가능함을 확인할 수 있었고, 시편의 장착 후 시험을 시작하기 위한 온도 안정화에 1분 미만의 시간이 소요됨을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 온간 시험에서 시편(특히 게이지부에서)의 온도가 균일하게 제공되어 정밀도가 높은 온간 물성 데이터를 얻을 수 있게 됨과 동시에, 시편 탈착시 시험장치의 온도 변화와 이에 따른 대기시간을 최소화할 수 있다. 이로써, 시험의 효율성을 높이며, 시험 결과의 재현성 및 반복성을 향상시킬 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 시편 10: 가열부
11: 하부 가열부 12: 상부 가열부
13: 제1 층 14: 제2 층
15: 제3 층 17: 삽입홀
18: 삽입공 20: 히터부재
30: 온도센서 40: 제어부
41: 온도 제어유닛 50: 베이스
51: 지지프레임 52: 레일
60: 파지부 70: 구동부
71: 연결부재 80: 검출부
81: 하중계 82: 변위계
90: 이동부 91: 지렛대
92: 링크부재 93: 부하부재

Claims (11)

1. 시편의 양측에서 각각 접촉하도록 배치된 한 쌍의 가열부;
   각각의 가열부에 삽입되는 복수의 히터부재; 및
   해당 히터부재에 개별적으로 연결되어 상기 히터부재의 발열을 제어하는 복수의 온도 제어유닛
   을 포함하고,
   상기 가열부는 열전도성 있는 재질로 형성되며,
   상기 가열부는, 상기 히터부재가 장착되는 제1 층과, 상기 제1 층보다 열전도성이 높은 재질로 형성되어 상기 시편과 접촉하게 되는 제2 층을 포함하는 온간 시험장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 가열부 중 적어도 하나는 시편의 탈착을 위해 이동 가능하고,
   상기 가열부를 이동시키기 위한 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온간 시험장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 이동부는,
   베이스 상에 설치된 지지프레임에 구비된 지렛대;
   상기 지렛대의 일측과 상기 가열부를 연결하는 링크부재; 및
   상기 지렛대의 타측에 위치된 부하부재
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 온간 시험장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 이동부는 작동로드를 갖춘 부하부재이고,
   상기 가열부가 상기 부하부재의 작동로드에 직접 연결된 것을 특징으로 하는 온간 시험장치.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 가열부의 강성 유지를 위해 상기 제2 층에서 상기 제1 층의 반대측에 상기 제2 층보다 열전도성은 낮지만 강성이 큰 재질로 형성된 제3 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온간 시험장치.
   
8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
   상기 시편과 접촉하는 일측 표면을 제외하고 상기 가열부의 다른 표면에는 단열재가 부착된 것을 특징으로 하는 온간 시험장치.
   
9. 제1항 또는 제7항에 있어서,
   상기 가열부는, 초기 시편의 게이지부 길이의 적어도 3배인 길이와, 파지부위 폭의 적어도 3배인 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 온간 시험장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    복수의 히터부재는 상기 가열부의 길이방향 중심을 기준으로 대칭으로 배열된 것을 특징으로 하는 온간 시험장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 히터부재에 인접하여 상기 가열부에 설치되고, 상기 가열부의 온도를 계측하는 온도센서를 더 포함하고,
    상기 온도센서는 해당 히터부재의 온도 제어유닛에 연결된 것을 특징으로 하는 온간 시험장치.
    

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