KR102180309B1 - 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법 및, 이에 이용되는 밀봉유닛 - Google Patents

하이드로 포밍을 이용한 확관 방법 및, 이에 이용되는 밀봉유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법은, 내부관과 외부관의 끝단을 밀폐하는 것이 아니라, 삽입 부재가 내부관의 끝단 내부면에 밀착되어 내부관의 내부를 밀폐하므로 내,외부관의 팽창이 원활하게 이루어질 수 있고, 내부관 밀폐 공정과 액체 주입 공정이 연속적으로 이루어지거나 하나의 공정으로 이루어질 수 있으므로 작업이 효율적이고 단순화된다는 장점을 갖고 있다.

Description

하이드로 포밍을 이용한 확관 방법 및, 이에 이용되는 밀봉유닛{Expanding methods of pipe using hydro forming and, sealing unit therefor}
본 발명은 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 삽입 부재가 내부관의 끝단 내부면에 밀착되어 내부관의 내부를 밀폐하므로 내,외부관의 팽창이 원활하게 이루어질 수 있고, 내부관 밀폐 공정과 액체 주입 공정이 연속적으로 이루어지거나 하나의 공정으로 이루어질 수 있으므로 작업이 효율적이고 단순화되는 확관 방법에 대한 것이다.
아울러, 본 발명은 이 확관방법에 이용되는 밀봉유닛을 포함한다.
일반적으로, 상수용 대형 배관으로 강관이나 주철관이 널리 사용되어 왔다.
주철관은 그 내부에 발생하는 녹과 스케일이 수질 저하의 원인이 된다는 문제점이 있다. 이 문제점을 해결하기 위해서, 강관이나 주철관의 내부면을 시멘트 또는 에폭시 수지 등으로 피복하기도 하지만, 시멘트와 에폭시 수지가 탈락되어 물을 오염시키고 배관을 막는 문제가 생기기도 한다.
이와 같이 주철관이 문제점을 갖고 있지만, 대형관에 작용하는 수압이나 수충격에 대해 주철관이 갖는 우수한 물성을 능가할만한 관이 없었으므로, 부득이 주철관이 상수용 배관으로 지속적으로 사용되어 왔다.
그런데, 중앙 정부 및 지방자치단체가 정수장에 막대한 예산을 투입하여 맑은 물을 공급하기 위해 노력을 기울여 왔으나, 주철관의 상기 문제점으로 인해서 각 가정에서는 정수기를 이용하지 않고서는 수돗물을 그대로 음용하는 것을 꺼리는 실정이다.
한편, 스테인리스 스틸관은 내식성이 우수하며, 대형관에 작용하는 수압이나 수충격에 대한 내구력이 뛰어나고, 물맛이 좋으므로 상수용 배관으로 사용될 수 있지만, 그 가격이나 시공비가 높아 적용하지 못하는 실정이다.
하지만, 음용수에 대해서는 스테인리스 스틸관이 가장 적합하다는 점은 누구나 인정하므로, 스테인리스 스틸을 이용하되 가격이 저렴하고 강도도 높은 관이 요구되고 있다.
본 출원인은 이러한 점을 고려하여 스테인리스 스틸관과 강관 및 방식층(수지층)으로 이루어진 대형 복합관을 개발한 바 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 복합관(10)은 강관(11)의 내부에 스테인리스 스틸관(13)을 삽입한 후, 스테인리스 스틸관(13)과 강관(11)을 확관시켜 제조된다. 스테인리스 스틸관(13)과 강관(11)의 결합력을 크게 하기 위해, 스테인리스 스틸관(13)과 강관(11) 사이에 접착층(15)을 형성하기도 한다.
상기 확관에 의해서, 또는 확관과 접착층(15)에 의해서 스테인리스 스틸관(13)은 강관(11)에 밀착 결합될 수 있다.
상기 확관은 여러 방법으로 이루어질 수 있는데, 대한민국 특허등록 제10-0963423호는 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법을 개시하고 있다. 이 확관 방법은 도 2에 나타난 바와 같이, 내,외부관(21)(22)을 금형(23) 내부에 설치하고 내부관(21)의 양쪽 끝단을 밀봉 수단(24)으로 밀봉한 후 고압 액체를 노즐(25)을 통해 내부관(21)의 내부에 주입하여 내,외부관(21)(22)을 팽창시킨다.
그런데, 밀봉 수단(24)은 내부관(21)의 양쪽 끝단을 밀봉하기 위해서 내부관(21)의 양쪽 끝단에 결합되거나 밀착 가압되어야 하는데, 이로 인해 내부관(21)의 양쪽 끝단이 제대로 팽창하지 못하고 관의 가운데 부분만 볼록하게 확관되는 문제점이 있다.
한편, 쐐기 형상의 부재를 내부관(21)의 양쪽 끝단에 밀착 가압하여 삽입하는 방법이 있는데, 이 방법은 밀착 가압되는 부분에 주름이 생기고 변형되어 손상되는 문제점이 있고, 확관 공정이 완료된 후 상기 손상된 부분을 커팅하여 제거하여야 하므로 공정이 추가되고 자재가 낭비되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 삽입 부재가 내부관의 끝단 내부면에 밀착되어 내부관의 내부를 밀폐하므로 내,외부관의 팽창이 원활하게 이루어질 수 있는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 내부관 밀폐 공정과 액체 주입 공정이 연속적으로 이루어지거나 하나의 공정으로 이루어질 수 있으므로 작업이 효율적이고 단순화되는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 확관방법에 이용되는 밀봉 유닛을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 밀봉 유닛(110)은 내부관(13)을 외부관(11)의 내부에 삽입한 후 내부관(13)과 외부관(11)을 확관시켜 결합시키기 위한 확관공정에서 내,외부관(13)(11)의 끝단을 수밀되도록 밀봉하기 위해 사용된다.
밀봉 유닛(110)은, 적어도 외부관(11)의 끝단을 덮는 면적을 가진 덮개부(111); 및, 덮개부(111)의 중앙 부분을 둘러싸도록 원통 형상으로 형성된 측면(118)을 갖고, 선단 부분이 개방되며, 덮개부(111)의 앞쪽에 설치된 삽입 부재(116);를 포함할 수 있다.
덮개부(111)와 삽입 부재(116)는 액체 공급관(120)이 관통하기 위한 관통공을 가진다. 덮개부(111)가 외부관(11)의 끝단을 덮도록 설치되면 삽입 부재(116)는 내부관(13)의 끝단 내부에 삽입되고, 액체 공급관(120)이 고압 액체를 측방향으로 분사하여 상기 측면(118)을 바깥쪽으로 휘어지도록 함으로써 측면(118)을 내부관(13)의 끝단 내부면에 수밀되도록 밀착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 밀봉 유닛(210)은, 적어도 외부관(11)의 끝단을 덮는 면적을 가진 덮개부(111); 덮개부(111)의 중앙 부분을 둘러싸도록 원통 형상으로 형성된 측면(118)을 갖고, 선단 부분이 개방되며, 덮개부(111)의 앞쪽에 설치된 삽입 부재(116); 및, 덮개부(111)와 삽입부재(116)를 관통하여 설치되고, 내,외부관의 길이방향을 따라 전후진이 가능한 가압 유닛(220);을 포함할 수 있다.
가압 유닛(220)은 경사진 측면(225)을 가지며, 가압 유닛(220)이 후진하면 경사진 측면(225)이 측면(118)을 눌러서 측면(118)이 내부관의 내부면에 밀착되어 수밀될 수 있다.
상기 삽입 부재(116)는, 덮개부(111)의 앞쪽에 설치된 원형 평판(117); 및, 원형 평판(117)의 테두리를 따라 원주 방향으로 연속적으로 돌출되도록 형성된 상기 측면(118);을 포함할 수 있다.
삽입 부재(116) 중에서 적어도 측면(118)은 액체 공급관(120)으로부터 분사된 고압 액체 또는 경사진 측면(225)의 가압에 의해 바깥쪽으로 휘어지는 재질로 이루어질 수 있다.
덮개부(111)는 원형링(112)을 더 포함할 수 있다. 원형링(112)은 원형 평판(117)의 바깥쪽으로 소정 간격으로 이격되도록 덮개부(111)의 앞면에 설치될 수 있다. 원형링(112)은 외부관(11)의 끝단에 맞닿고 적어도 외부관(11)의 두께에 해당하는 폭을 가지며, 원형링(112)과 원형 평판(117)은 액체 주입으로 내부관(13)이 길이방향으로 신장될 때 적어도 내부관(13)이 신장될 수 있는 공간을 제공하도록 서로 이격된 것이 바람직하다.
상기 밀봉유닛(110)(210)은, 적어도 두 개 이상의 가이드 봉(160); 가이드 봉(160)에 슬라이딩 가능하도록 설치되고, 덮개부(111)의 뒷면에 결합된 프레임(150); 및, 프레임(150)에 연결되어 프레임(150)을 이동시키고 유압을 인가하는 유압 실린더;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 확관 방법은, (a) 내부관(13)을 외부관(11)의 내부에 삽입하는 단계; (b) 외부관(11)의 끝단을 밀봉 유닛(110)으로 덮되, 밀봉 유닛(110)의 삽입 부재(116)가 내부관(13)의 내부에 삽입되도록 하는 단계; 및, (c) 상기 (b) 단계 이후에, 액체 공급관(120)을 이용하여 내부관(13)의 내부에 고압 액체를 공급하되 액체 공급관(120)으로부터 측방향으로 분사된 고압 액체에 의해 삽입 부재(116)가 바깥쪽으로 휘어지게 함으로써 내부관(13)의 내부를 수밀되도록 밀폐하고, 이어서 고압 액체의 압력을 이용하여 내부관(13)과 외부관(11)을 팽창시킴으로써 내부관(13)과 외부관(11)을 결합시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 확관 방법은, (가) 내부관(13)을 외부관(11)의 내부에 삽입하는 단계; (나) 외부관(11)의 끝단을 밀봉 유닛(110)으로 덮되, 밀봉 유닛(110)의 삽입 부재(116)가 내부관(13)의 내부에 삽입되도록 하는 단계; (다) 상기 (나) 단계 이후에, 삽입 부재(116)를 바깥쪽으로 가압하여 삽입 부재(116)를 바깥쪽으로 휘어지게 함으로써 내부관(13)의 내부를 밀폐시키는 단계; 및, (라) 상기 (다) 단계 이후에, 내부관(13)의 내부에 고압 액체를 공급하여 내부관(13)과 외부관(11)을 팽창시켜 결합되도록 하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계 또는 (나) 단계는 유압 실린더를 이용하여 양쪽 프레임(150)을 이동시켜 외부관(11)의 양쪽 끝단을 밀봉 유닛(110)(210)으로 덮는 것을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 (c) 단계 또는 (라) 단계는 내부관(13) 내부의 고압 액체에 의해 밀봉 유닛(110)(210)이 뒤로 밀리지 않도록 프레임(150)을 이용하여 지지할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 내부관과 외부관의 끝단을 밀폐하는 것이 아니라, 삽입 부재가 내부관의 끝단 내부면에 밀착되어 내부관의 내부를 밀폐하므로 내,외부관의 팽창이 원활하게 이루어질 수 있다.
둘째, 내부관 밀폐 공정과 액체 주입 공정이 하나의 공정으로 이루어질 수 있으므로 작업이 단순화된다.
도 1은 본 출원인이 개발한 대형 복합관을 보여주는 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 하이드로 포밍 공정을 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 밀봉 유닛이 관 양측에 설치된 것을 보여주는 분해 사시도.
도 4는 도 3의 단면도.
도 5는 밀봉 유닛이 관 양측에 삽입된 상태를 보여주는 단면도.
도 6은 밀봉 유닛이 바깥쪽으로 가압되어 내부관의 내부가 밀폐된 것을 보여주는 단면도.
도 7은 도 6의 VII 부분을 확대한 도면.
도 8은 도 6의 VIII 부분을 확대한 도면.
도 9는 밀봉 유닛의 변형예를 보여주는 단면도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확관 방법에 이용되는 밀봉 유닛과 가압 유닛을 보여주는 단면도.
도 11은 도 10의 가압 유닛이 밀봉 유닛을 가압하는 것을 보여주는 단면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
아래에서는 본 발명을 설명하기 위하여 스테인리스 스틸관(13)과 접착층(15) 및 강관(11)으로 이루어진 복합관(10)을 예로 들기로 한다. 하지만, 본 발명에 따른 확관 방법은 특정한 관에 한정되지 않고 다양한 관에 적용될 수 있다. 그리고, 본 발명은 대형 복합관, 예를 들어 외경 100mm(최종 제품 기준) 이상의 복합관에 적합하지만 그보다 작은 직경의 관에도 적용될 수 있다.
아울러, 접착층(15)은 스테인리스 스틸관(13)과 강관(11)의 결합을 견고하게 하기 위해서 선택적으로 게재되는 것으로서, 복합관(10)은 접착층(15) 없이 스테인리스 스틸관(13)과 강관(11)으로만 이루어질 수도 있는데 이 경우에는 확관만으로 스테인리스 스틸관(13)과 강관(11)이 결합된다.
[제1 실시예]
본 발명에 따른 확관 방법은 관의 양측 끝단이 밀봉 유닛에 의해 밀봉된 상태에서 액체 공급관을 통해 고압 액체가 공급됨으로써 이루어진다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 밀봉 유닛과 액체 공급관이 관 양측에 설치된 것을 보여주는 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면도이며, 도 5는 밀봉 유닛과 액체 공급관이 관 양쪽 끝단에 삽입된 것을 보여주는 단면도이다. 도 3에서 프레임(150)과 가이드 봉(160)은 점선으로 도시되었는데, 이것은 다른 부분과 구분하여 이해를 돕기 위한 것이다. 그리고, 도 4~6에서는 프레임(150)과 가이드 봉(160)의 도시가 생략되었다.
밀봉 유닛(110)은 덮개부(111)와 삽입 부재(116)를 포함한다.
덮개부(111)는 적어도 외부관(11)의 끝단을 모두 덮을 수 있는 면적을 갖는다. 덮개부(111)는 원형의 패널로 이루어질 수 있다.
덮개부(111)는 프레임(150)의 앞면에 결합된다. 프레임(150)은 유압 실린더(도면에 미도시)에 의해 가이드 봉(160)을 따라 슬라이딩 가능하도록 설치된 것으로서, 덮개부(111)를 지지한다. 그리고, 가이드 봉(160)은 프레임(150)을 관통하도록 적어도 두 개 이상, 바람직하게는 4개가 설치된다. 관의 양쪽 끝단이 밀봉된 후 고압 액체가 관 내부로 공급될 때, 프레임(150)은 밀봉 유닛(110)이 뒤로 밀리지 않도록 지지한다.
바람직하게, 덮개부(111)의 앞면에는 원형링(112)이 설치될 수 있다. 원형링(112)은 외부관(11)의 끝단에 맞닿고 적어도 외부관(11)의 두께에 해당하는 폭을 갖는다. 원형링(112)은 소정의 쿠션을 갖는 소재 예를 들어 고무, 실리콘, 합성수지 등으로 이루어질 수 있고, 이에 따라 외부관(11)의 끝단과 맞닿을 때 원형링(112)이 외부관(11)의 끝단에 밀착될 수 있다.
원형링(112)은 외부관(11)을 밀폐하는 기능보다는 밀봉 유닛(110)을 지지하고 정위치하도록 돕는 역할을 한다. 즉, 원형링(112)이 외부관(11)의 끝단에 맞닿도록 덮개부(111)가 설치되면 액체 공급관(120)이 외부관(11)의 중앙에 위치하게 된다.
그리고, 원형링(112)은 원형 평판(117)의 바깥쪽으로 소정 간격으로 이격되도록 설치된다. 상기 이격된 간격은 액체 주입으로 내부관(13)이 길이방향으로 신장될 때 적어도 내부관(13)이 신장될 수 있는 공간을 제공한다.
내부관(13)이 스테인리스 스틸관으로 이루어지고 외부관(11)이 강관으로 이루어진 경우, 내,외부관(13)(11)이 팽창하면 내부관(13)은 관의 길이방향으로 신장되는데, 상기 이격된 간격은 내부관(13)이 신장될 수 있는 공간을 제공한다.
삽입 부재(116)는 덮개부(11)의 앞면에 설치된다. 덮개부(111)가 외부관(11)의 끝단을 덮도록 설치되면 삽입 부재(116)는 내부관(13)의 내부에 삽입된다.
삽입 부재(116)는 원형 평판(117)과 측면(118)을 포함할 수 있다.
원형 평판(117)은 덮개부(111)의 앞면에 설치되고 내부관(13)의 내부로 삽입될 수 있는 직경을 갖는다. 그리고, 측면(118)은 원형 평판(117)의 테두리를 따라 원주 방향으로 연속적으로 돌출되도록 형성된다. 원형 평판(117)과 측면(118)은 일체로 형성될 수 있다.
도 6~8에 나타난 바와 같이, 측면(118)은 액체 공급관(120)으로부터 분사된 고압 액체의 압력에 의해 관 바깥쪽으로(관 반경 방향의 바깥쪽으로) 휘어져서 내부관(13) 끝단의 내부면에 밀착됨으로써 내부관(13)을 밀폐한다. 참고로, 도 6~8에서 초록색 점선은 휘어지기 전의 측면(118)을 나타내고 빨간색 점선은 확관되기 전의 내부관(13)을 나타낸다. 그리고, 도 6의 파란색 화살표는 액체 압력이 작용하는 방향을 나타낸다.
원형 평판(117)과 측면(118) 중에서 적어도 측면(118)은 고압 액체의 압력에 의해 관 바깥쪽으로 휘어질 수 있는 소재 예를 들어, 고무, 실리콘, 합성수지 등으로 이루어질 수 있다. 그리고, 측면(118)은 원형 평판(117)에서부터 그 선단으로 갈수록 그 폭이 작아지는 것이 바람직하다.
액체 공급관(120)은 액체 저장부(도면에 미도시)로부터 공급된 고압 액체를 내부관(13)의 내부에 공급한다. 액체로는 물이 사용될 수 있다.
액체 공급관(120)은 덮개부(111)와 원형 평판(117)의 중앙 부분을 관통하도록 관의 길이방향으로 설치된다. 그리고, 액체 공급관(120)의 선단에서 고압 액체가 측방향(관의 반경 방향)으로 유도되어 측방향으로 분사된다.
바람직하게, 액체 공급관(120)은 관(121)과 개폐부(123)를 갖는다. 액체 공급관(120)은 프레임(150)과 덮개부(111) 및 원형 평판(117)을 관통하여 설치된다.
관(121)과 개폐부(123)의 선단은 측방향으로 액체를 유도할 수 있도록 측방향으로 연장된 부분을 갖는다. 개폐부(123)가 관(121)에 대해 전,후진하거나 관(121)이 개폐부(123)에 대해 전,후진하면 분사공이 개폐된다.
액체 공급관(120)으로부터 분사된 고압 액체의 압력에 의해 측면(118)이 관 바깥쪽으로(관 반경 방향의 바깥쪽으로) 휘어지면 측면(118)이 내부관(13) 끝단의 내부면에 수밀되도록 밀착되어 내부관(13)의 내부가 밀폐되고, 이어서 계속해서 분사되는 액체가 내부관(13)을 채운 후 내,외부관(13)(11)을 확관(팽창)시킨다.
이와 같이, 본 발명에 따른 확관 방법은 밀봉 유닛(110)이 내부관(13)의 끝단에 결합되거나 내부관(13)의 끝단을 가압하여 밀폐하는 것이 아니라 측면(118)이 내부관(13)의 끝단 내부면에 밀착되어 내부관(13)을 밀폐하므로 내,외부관(13)(11)이 원활하게 팽창될 수 있고 이에 따라 관의 중앙이 볼록하게 되는 기존 확관의 문제점을 해결할 수 있으며, 내부관(13)의 끝단 내부면의 손상도 방지할 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 확관 방법은 내부관 밀폐 공정과 고압 액체 주입 공정이 한꺼번에 또는 연속적으로 이루어지므로 작업을 단순화할 수 있고 작업 시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 도 9는 밀봉 유닛의 변형예를 보여준다. 이 밀봉 유닛(110)은 원형 링(112)을 대신하여 원형 패널(113)을 구비한다. 원형 패널(113)은 외부관(11)의 끝단을 덮을 수 있는 면적을 갖는 평판으로서, 원형 평판(117)과 덮개부(111) 사이에 설치된다. 원형 패널(113)은 고무, 실리콘, 합성수지 등으로 이루어질 수 있다. 그리고, 원형 패널(113)은 원형 평판(117)과 일체로 형성될 수도 있다.
그러면, 상기 확관 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 내부관(13)을 외부관(11)의 내부에 삽입한다. 예를 들어, 내부관(13)은 스테인리스 스틸관이고 스테인리스 스틸관의 외부면에는 접착층(15)이 형성되며, 외부관(11)은 강관일 수 있다.
이어서, 내부관(13)과 외부관(11)을 소정의 작업대(도면에 미도시)에 고정하고 유압 실린더를 작동하여 프레임(150)과 밀봉 유닛(110)을 이동시켜서 삽입 부재(116)가 내부관(13)의 내부에 삽입되도록 한다. 이 때, 외부관(11)의 양쪽 끝단에 덮개부(111) 또는 원형링(112)이 맞닿도록 한다.
이에 대한 대안으로서, 외부관(11)의 한쪽 끝단에 밀봉 유닛(110)을 설치하고 나머지 한쪽 끝단에는 통상적인 밀폐 부재를 설치할 수 있는데, 이 경우에는 고압 액체가 밀봉 유닛(110)을 통해 주입되고 밀폐 부재를 통해서는 주입되지 아니한다.
다음으로, 액체 공급관(120)을 통해 내부관(13)의 내부에 고압 액체를 공급하되 액체 공급관(120)으로부터 고압 액체가 측방향으로 분사되도록 한다. 상기 분사된 고압 액체에 의해 측면(118)이 관 바깥쪽으로 휘어져서 내부관(13)의 내부면에 수밀되도록 밀착됨으로써 내부관(13)을 밀폐한다.
그리고, 계속해서 공급되는 고압 액체는 내부관(13)을 채우고, 이어서 내부관(13)과 외부관(11)을 확관(팽창)시킴으로써 내부관(13)과 외부관(11)을 결합시킨다. 내부관(13)은 소성 변형이 이루어지도록 확관시키고 외부관(11)은 탄성 변형 한계 내에서만 확관되도록 한 후 고압 액체를 제거하면 외부관(11)이 원래의 직경으로 회복하려는 힘이 더 강하므로 내,외부관(13)(11)이 결합될 수 있다.
[제2 실시예]
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확관 방법에 이용되는 밀봉 유닛과 가압 유닛을 보여주는 단면도이고, 도 11은 가압 유닛이 밀봉 유닛을 가압하는 것을 보여주는 단면도이다.
이 확관 방법은, 제1 실시예의 확관 방법과 비교하여, 가압 유닛(220)을 이용하여 측면(118)을 관 바깥쪽으로 휘게 한다는 차이가 있다. 그리고, 덮개부(111)와 삽입 부재(116)와 프레임(150) 및 가이드 봉(160)은 제1 실시예의 덮개부(111)와 삽입 부재(116)와 프레임(150) 및 가이드 봉(160)과 각각 동일하므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다.
가압 유닛(220)은 액체 공급부(221)와 가압부(223)를 포함할 수 있다.
액체 공급부(221)는 고압 액체를 내부관(13)의 내부에 공급하는 관으로서, 덮개부(111)와 원형 평판(117)을 관통하도록 설치되되 전후로 이동 가능하도록 설치된다. 도 10~11에서 화살표는 액체 공급부(221)를 통해 고압 액체가 공급되는 방향을 나타낸다.
가압부(223)는 액체 공급부(221)의 양측으로 연장되어 형성된 부분으로서, 경사진 측면(225)을 갖는다. 도 11에 나타난 바와 같이 가압부(223)가 후진하면 경사진 측면(225)이 측면(118)을 가압하여 관 바깥쪽으로 휘어지게 함으로써 내부관(13) 끝단의 내부면에 수밀되도록 밀착되고, 도 10에 나타난 바와 같이 가압부(223)가 전진하면 상기 가압이 해소되어 측면(118)이 원 상태로 복귀된다.
가압부(223)의 측면은 경사지도록 형성된 것이 바람직하다. 한편, 위에서는 덮개부(111)에 원형링(112)이 설치된 경우를 설명하였으나, 원형링(112)을 대신하여 원형 패널(113)이 덮개부(111)와 원형 평판(117) 사이에 설치될 수도 있다.
그러면, 상기 확관 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 내부관(13)을 외부관(11)의 내부에 삽입한다. 예를 들어, 내부관(13)은 스테인리스 스틸관이고 스테인리스 스틸관의 외부면에는 접착층(15)이 형성되며, 외부관(11)은 강관일 수 있다.
이어서, 내부관(13)과 외부관(11)을 소정의 작업대(도면에 미도시)에 고정하고 유압 실린더를 작동하여 프레임(150)과 밀봉 유닛(210) 및 가압 유닛(220)을 이동시켜서 삽입 부재(116)와 가압 유닛(220)이 내부관(13)의 내부에 삽입되도록 한다. 이 때, 외부관(11)의 양쪽 끝단에 덮개부(111) 또는 원형링(112)이 맞닿도록 설치한다.
이에 대한 대안으로서, 외부관(11)의 한쪽 끝단에 밀봉 유닛(210)과 가압 유닛(220)을 설치하고 나머지 한쪽 끝단에는 통상적인 밀폐 부재를 설치할 수 있는데, 이 경우에는 고압 액체가 가압 유닛(220)을 통해 주입되고 밀폐 부재를 통해서는 주입되지 아니한다.
다음으로, 도 11에 나타난 바와 같이 가압부(223)를 후진하여 측면(118)이 내부관(13) 끝단의 내부면에 밀착되도록 함으로써 내부관(13)이 밀폐되도록 한다. 이어서, 액체 공급부(221)를 통해서 고압 액체를 내부관(13)의 내부에 공급하여 내,외부관(13)(11)을 확관시킨다.
확관 공정이 완료되면 가압부(223)를 전진하여 내부관(13)을 개방시키고 액체를 외부로 배출한다.
10 : 복합관 11 : 강관
13 : 스테인리스 스틸관 15 : 접착층
17 : 방식층 21 : 내부관
22 : 외부관 23 : 금형
24 : 밀봉 수단 25 : 노즐
110 : 밀봉 유닛 111 : 덮개부
112 : 원형링 113 : 원형 패널
116 : 삽입 부재 117 : 원형 평판
118 : 삽입부재의 측면 120 : 액체 공급관
121 : 관 123 : 개폐부
150 : 프레임 160 : 가이드 봉
210 : 밀봉 유닛
220 : 가압 유닛 221 : 액체 공급부
223 : 가압부 225 : 경사진 측면

Claims (14)

  1. 내부관(13)을 외부관(11)의 내부에 삽입한 후 내부관(13)과 외부관(11)을 확관시켜 결합시키기 위한 확관공정에서 내,외부관의 끝단을 수밀되도록 밀봉하는 밀봉 유닛이고,
    밀봉 유닛(110)은,
    적어도 외부관(11)의 끝단을 덮는 면적을 가진 덮개부(111); 및,
    덮개부(111)의 중앙 부분을 둘러싸도록 원통 형상으로 형성된 측면(118)을 갖고, 선단 부분이 개방되며, 덮개부(111)의 앞쪽에 설치된 삽입 부재(116);를 포함하고,
    덮개부(111)와 삽입 부재(116)는 액체 공급관(120)이 관통하기 위한 관통공을 가지며,
    덮개부(111)가 외부관(11)의 끝단을 덮도록 설치되면 삽입 부재(116)는 내부관(13)의 끝단 내부에 삽입되고, 액체 공급관(120)이 고압 액체를 측방향으로 분사하여 상기 측면(118)을 바깥쪽으로 휘어지도록 하여 측면(118)을 내부관(13)의 끝단 내부면에 수밀되도록 밀착시키며,
    삽입 부재(116)는,
    덮개부(111)의 앞쪽에 설치된 원형 평판(117); 및,
    원형 평판(117)의 테두리를 따라 원주 방향으로 연속적으로 돌출되도록 형성된 상기 측면(118);을 포함하고,
    삽입 부재(116) 중에서 적어도 측면(118)은 액체 공급관(120)으로부터 분사된 고압 액체에 의해 바깥쪽으로 휘어지는 재질로 이루어지며,
    덮개부(111)는 원형링(112)을 더 포함하고, 원형링(112)은 원형 평판(117)의 바깥쪽으로 소정 간격으로 이격되도록 덮개부(111)의 앞면에 설치되고,
    원형링(112)은 외부관(11)의 끝단에 맞닿고 적어도 외부관(11)의 두께에 해당하는 폭을 가지며,
    원형링(112)과 원형 평판(117)은 액체 주입으로 내부관(13)이 길이방향으로 신장될 때 적어도 내부관(13)이 신장될 수 있는 공간을 제공하도록 서로 이격된 것을 특징으로 하는 밀봉유닛.
  2. 제1에 있어서,
    적어도 두 개 이상의 가이드 봉(160);
    가이드 봉(160)에 슬라이딩 가능하도록 설치되고, 덮개부(111)의 뒷면에 결합된 프레임(150); 및,
    프레임(150)에 연결되어 프레임(150)을 이동시키고 유압을 인가하는 유압 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉유닛.
  3. 내부관(13)을 외부관(11)의 내부에 삽입한 후 내부관(13)과 외부관(11)을 확관시켜 결합시키기 위한 확관공정에서 내,외부관의 끝단을 수밀되도록 밀봉하는 밀봉 유닛이고,
    밀봉 유닛(210)은,
    적어도 외부관(11)의 끝단을 덮는 면적을 가진 덮개부(111);
    덮개부(111)의 중앙 부분을 둘러싸도록 원통 형상으로 형성된 측면(118)을 갖고, 선단 부분이 개방되며, 덮개부(111)의 앞쪽에 설치된 삽입 부재(116); 및,
    덮개부(111)와 삽입부재(116)를 관통하여 설치되고, 내,외부관의 길이방향을 따라 전후진이 가능한 가압 유닛(220);을 포함하고,
    가압 유닛(220)은 경사진 측면(225)을 가지며, 가압 유닛(220)이 후진하면 경사진 측면(225)이 측면(118)을 눌러서 측면(118)이 내부관의 내부면에 밀착되어 수밀되며,
    삽입 부재(116)는,
    덮개부(111)의 앞쪽에 설치된 원형 평판(117); 및,
    원형 평판(117)의 테두리를 따라 원주 방향으로 연속적으로 돌출되도록 형성된 상기 측면(118);을 포함하고,
    삽입 부재(116) 중에서 적어도 측면(118)은 경사진 측면(225)의 가압에 의해 바깥쪽으로 휘어지는 재질로 이루어지며,
    덮개부(111)는 원형링(112)을 더 포함하고, 원형링(112)은 원형 평판(117)의 바깥쪽으로 소정 간격으로 이격되도록 덮개부(111)의 앞면에 설치되고,
    원형링(112)은 외부관(11)의 끝단에 맞닿고 적어도 외부관(11)의 두께에 해당하는 폭을 가지며,
    원형링(112)과 원형 평판(117)은 액체 주입으로 내부관(13)이 길이방향으로 신장될 때 적어도 내부관(13)이 신장될 수 있는 공간을 제공하도록 서로 이격된 것을 특징으로 하는 밀봉유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    적어도 두 개 이상의 가이드 봉(160);
    가이드 봉(160)에 슬라이딩 가능하도록 설치되고, 덮개부(111)의 뒷면에 결합된 프레임(150); 및,
    프레임(150)에 연결되어 프레임(150)을 이동시키고 유압을 인가하는 유압 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉유닛.
  5. (a) 내부관(13)을 외부관(11)의 내부에 삽입하는 단계;
    (b) 외부관(11)의 끝단을 밀봉 유닛(110)으로 덮되, 밀봉 유닛(110)의 삽입 부재(116)가 내부관(13)의 내부에 삽입되도록 하는 단계; 및,
    (c) 상기 (b) 단계 이후에, 액체 공급관(120)을 이용하여 내부관(13)의 내부에 고압 액체를 공급하되 액체 공급관(120)으로부터 측방향으로 분사된 고압 액체에 의해 삽입 부재(116)가 바깥쪽으로 휘어지게 함으로써 내부관(13)의 내부를 수밀되도록 밀폐하고, 이어서 고압 액체의 압력을 이용하여 내부관(13)과 외부관(11)을 팽창시킴으로써 내부관(13)과 외부관(11)을 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    밀봉 유닛(110)은,
    적어도 외부관(11)의 끝단을 덮는 면적을 가진 덮개부(111); 및,
    덮개부(111)의 중앙 부분을 둘러싸도록 원통 형상으로 형성된 측면(118)을 갖고, 선단 부분이 개방되며, 덮개부(111)의 앞쪽에 설치된 상기 삽입 부재(116);를 포함하고,
    액체 공급관(120)은 덮개부(111)와 삽입부재(116)를 관통하여 설치되며, 덮개부(111)가 외부관(11)의 끝단을 덮도록 설치되면 삽입 부재(116)는 내부관(13)의 끝단 내부에 삽입되며,
    상기 (c) 단계에서, 액체 공급관(120)은 고압 액체를 측방향으로 분사하여 상기 측면(118)을 바깥쪽으로 휘어지도록 하여 측면(118)을 내부관(13)의 끝단 내부면에 수밀되도록 밀착시키는 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    덮개부(111)는 원형링(112)을 더 포함하고, 원형링(112)은 원형 평판(117)의 바깥쪽으로 소정 간격으로 이격되도록 덮개부(111)의 앞면에 설치되고,
    원형링(112)은 외부관(11)의 끝단에 맞닿고 적어도 외부관(11)의 두께에 해당하는 폭을 가지며,
    원형링(112)과 원형 평판(117)은 액체 주입으로 내부관(13)이 길이방향으로 신장될 때 적어도 내부관(13)이 신장될 수 있는 공간을 제공하도록 서로 이격된 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    덮개부(111)는 그 앞면에 설치된 원형 패널(113)을 더 포함하고, 원형 패널(113)은 외부관(11)의 끝단을 덮을 수 있는 면적을 갖고,
    삽입 부재(116)는 원형 패널(113)에 설치되며, 원형 평판(117)과 원형 패널(113)은 일체로 형성되거나 서로 결합된 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 유압 실린더를 이용하여 양쪽 프레임(150)을 이동시켜 외부관(11)의 양쪽 끝단을 밀봉 유닛(110)으로 덮고,
    상기 (c) 단계는 내부관(13) 내부의 고압 액체에 의해 밀봉 유닛(110)이 뒤로 밀리지 않도록 프레임(150)을 이용하여 지지하는 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
  10. (가) 내부관(13)을 외부관(11)의 내부에 삽입하는 단계;
    (나) 외부관(11)의 끝단을 밀봉 유닛(210)으로 덮되, 밀봉 유닛(210)의 삽입 부재(116)가 내부관(13)의 내부에 삽입되도록 하는 단계;
    (다) 상기 (나) 단계 이후에, 삽입 부재(116)를 바깥쪽으로 가압하여 삽입 부재(116)를 바깥쪽으로 휘어지게 함으로써 내부관(13)의 내부를 밀폐시키는 단계; 및,
    (라) 상기 (다) 단계 이후에, 내부관(13)의 내부에 고압 액체를 공급하여 내부관(13)과 외부관(11)을 팽창시켜 결합되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    삽입 부재(116)는,
    덮개부(111)의 앞쪽에 설치된 원형 평판(117); 및,
    원형 평판(117)의 테두리를 따라 원주 방향으로 연속적으로 돌출되도록 형성된 측면(118);을 포함하고,
    삽입 부재(116)의 선단은 개방되며, 상기 (다) 단계의 가압은 가압 유닛(220)에 의해서 이루어지고,
    가압 유닛(220)은 원형 평판(117)을 관통하도록 설치되되 앞뒤로 이동 가능하며,
    가압 유닛(220)이 후진하는 것에 의해 상기 측면(118)이 가압되어 내부관(13)의 끝단 내부면에 수밀되도록 밀착되며 가압 유닛(220)이 전진하면 상기 가압이 해소되는 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    가압 유닛(220)은,
    상기 액체를 내부관(13)의 내부에 공급하는 액체 공급부(221); 및,
    액체 공급부(221)의 양측으로 연장되어 형성된 가압부(223);를 포함하고,
    가압부(223)는 경사진 측면(225)을 갖고, 가압부(223)가 후진할 때 경사진 측면(225)이 측면(118)을 가압하여 내부관(13)의 내부면에 수밀되도록 밀착시키는 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    덮개부(111)는 원형링(112)을 더 포함하고, 원형링(112)은 원형 평판(117)의 바깥쪽으로 소정 간격으로 이격되도록 덮개부(111)의 앞쪽면에 설치되고,
    원형링(112)은 외부관(13)의 끝단에 맞닿고 적어도 외부관(13)의 두께에 해당하는 폭을 가지며,
    원형링(112)과 원형 평판(117)은 액체 주입으로 내부관(13)이 길이방향으로 신장될 때 적어도 내부관(13)이 신장될 수 있는 공간을 제공하도록 서로 이격된 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (나) 단계는 유압 실린더를 이용하여 양쪽 프레임(150)을 이동시켜 외부관(11)의 양쪽 끝단을 밀봉 유닛(210)으로 덮고,
    상기 (라) 단계는 내부관(13) 내부의 고압 액체에 의해 밀봉 유닛(210)이 뒤로 밀리지 않도록 프레임(150)을 이용하여 지지하는 것을 특징으로 하는, 하이드로 포밍을 이용한 확관 방법.
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