KR102372333B1 - 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치 - Google Patents

용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치 Download PDF

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Abstract

용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치는 길이 방향으로 연장된 용접부를 포함하는 용접관을 상기 용접관의 원주 방향으로 둘러싸는 본체, 상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 용접부가 위치하는 상기 용접관의 제1 부분의 상기 원주 방향으로의 전기 전도도를 측정하는 제1 송수신 코일부, 및 상기 제1 송수신 코일부와 이격되어 상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 용접부가 위치하지 않는 상기 용접관의 제2 부분의 상기 원주 방향으로의 전기 전도도를 측정하는 제2 송수신 코일부를 포함한다.

Description

용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING RESIDUAL STRESS OF WELD ZONE OF WELDED PIPE}
본 기재는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 용접관은 모재의 이음매를 용접한 파이프이다.
용접관은 이음매 용접과 동시에 냉각과 냉간 가공이 이루어지기 때문에, 이음매 용접된 용접부에 잔류 응력이 발생한다.
잔류 응력이 존재하는 용접부는 용접관의 취약한 부위로서, 용접관의 부식이나 피로가 존재하는 설치 환경에서 응력 부식 균열이 발생하기 쉽기 때문에, 용접관 제조 시 열처리를 통하여 용접부에 존재하는 잔류 응력을 제거하여야 한다.
종래에는 용접관의 용접부의 잔류 응력이 제거되었는지 확인하기 위해 파괴분석을 통해 용접관의 용접부의 잔류 응력을 측정하였다.
일본특허등록 제5199579호
일 실시예는, 용접관의 용접부의 잔류 응력을 실시간으로 측정하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 제공하고자 한다.
일 측면은 길이 방향으로 연장된 용접부를 포함하는 용접관을 상기 용접관의 원주 방향으로 둘러싸는 본체, 상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 용접부가 위치하는 상기 용접관의 제1 부분의 상기 원주 방향으로의 전기 전도도를 측정하는 제1 송수신 코일부, 및 상기 제1 송수신 코일부와 이격되어 상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 용접부가 위치하지 않는 상기 용접관의 제2 부분의 상기 원주 방향으로의 전기 전도도를 측정하는 제2 송수신 코일부를 포함하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 제공한다.
상기 제1 송수신 코일부는 상기 용접부를 사이에 두고 상기 용접관의 상기 제1 부분과 접촉하는 제1 송신 코일 및 제1 수신 코일을 포함할 수 있다.
상기 제2 송수신 코일부는 상기 제1 송신 코일과 상기 제1 수신 코일 사이의 거리와 동일한 거리를 가지고 이격되어 상기 용접관의 상기 제2 부분과 접촉하는 제2 송신 코일 및 제2 수신 코일을 포함할 수 있다.
상기 제2 송수신 코일부는 상기 제1 송수신 코일부와 상기 원주 방향으로 90도의 중심각을 가질 수 있다.
상기 제1 송수신 코일부와 상기 본체 사이에 위치하는 제1 스프링, 및 상기 제2 송수신 코일부와 상기 본체 사이에 위치하는 제2 스프링을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 송수신 코일부와 이격되어 상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 제2 송수신 코일부와 상기 원주 방향으로 90도의 중심각을 가지는 제1 가압부, 및 상기 제1 가압부와 이격되어 상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 제1 가압부 및 상기 제1 송수신 코일부 각각과 상기 원주 방향으로 90도의 중심각을 가지는 제2 가압부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 가압부와 상기 본체 사이에 위치하는 제3 스프링, 및 상기 제2 가압부와 상기 본체 사이에 위치하는 제4 스프링을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 용접관의 용접부의 잔류 응력을 실시간으로 측정하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치가 제공된다.
도 1은 용접관의 용접부의 잔류 응력을 측정하는 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 나타낸 정면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치의 제1 송수신 코일부를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치의 제1 송수신 코일부 및 제2 송수신 코일부를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 일 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 설명한다. 이하에서, 잔류 응력 측정 장치는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 의미한다.
도 1은 용접관의 용접부의 잔류 응력을 측정하는 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 용접관(10)은 용접관(10)의 길이 방향으로 연장된 용접부(11)를 포함한다. 용접관(10)의 용접부(11)는 잔류 응력을 제거하기 위해 열처리가 수행된 부분일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일 실시예에 따른 잔류 응력 측정 장치(1000)는 용접관(10)을 용접관(10)의 원주 방향으로 둘러싼다. 잔류 응력 측정 장치(1000)는 용접관(10)의 용접부(11)의 연장 방향을 따라 용접관(10)의 길이 방향으로 이동하여 용접관(10)의 용접부(11)의 전체 부분의 잔류 응력을 측정할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 2는 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 나타낸 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치를 나타낸 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 잔류 응력 측정 장치(1000)는 본체(100), 제1 송수신 코일부(200), 제1 스프링(300), 제2 송수신 코일부(400), 제2 스프링(500), 제1 가압부(600), 제3 스프링(700), 제2 가압부(800), 제4 스프링(900)을 포함한다.
본체(100)는 길이 방향으로 연장된 용접부(11)를 포함하는 용접관(10)을 용접관(10)의 원주 방향으로 둘러싸고 있다. 본체(100)는 용접관(10)의 표면을 따라 용접관(10)을 원주 방향으로 둘러싼다. 본체(100)에는 제1 송수신 코일부(200), 제1 스프링(300), 제2 송수신 코일부(400), 제2 스프링(500), 제1 가압부(600), 제3 스프링(700), 제2 가압부(800), 제4 스프링(900)이 위치하는 함몰부가 위치하나, 이에 한정되지는 않는다. 본체(100)는 공지된 다양한 이동 수단에 의해 용접관(10)의 용접부(11)의 연장 방향을 따라 용접관(10)의 길이 방향으로 이동할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 4는 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치의 제1 송수신 코일부를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 송수신 코일부(200)는 본체(100)로부터 용접관(10)으로 돌출되어 용접관(10)의 제1 부분(10a)에 접촉한다. 여기서, 용접관(10)의 제1 부분(10a)은 용접부(11)가 위치하는 용접관(10)의 일 표면이다. 제1 송수신 코일부(200)는 용접부(11)가 위치하는 용접관(10)의 제1 부분(10a)의 원주 방향으로의 전기 전도도를 측정한다.
제1 송수신 코일부(200)는 용접부(11)를 사이에 두고 용접관(10)의 제1 부분(10a)과 접촉하는 제1 송신 코일(210) 및 제1 수신 코일(220)을 포함한다.
제1 송신 코일(210) 및 제1 수신 코일(220)은 팬케익(pancake) 형태를 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 제1 송신 코일(210) 및 제1 수신 코일(220)은 용접부(11)를 사이에 두고 나란히 배치된다. 제1 송신 코일(210) 및 제1 수신 코일(220)은 쌍방향으로 교류를 송수신함으로써, 원주 방향으로 용접부(11)의 잔류 응력에 따른 전기 전도도를 코일의 임피던스 변화로 측정할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 다른 실시예에서, 제1 송수신 코일부(200)는 용접관(10)의 용접부(11)의 전기 전도도를 측정할 수 있는 공지된 다양한 형태를 가질 수 있다.
제1 스프링(300)은 제1 송수신 코일부(200)와 본체(100) 사이에 위치한다. 제1 스프링(300)이 제1 송수신 코일부(200)와 본체(100) 사이에 위치되어 제1 송수신 코일부(200)가 용접관(10)을 가압함으로써, 제1 송수신 코일부(200)의 제1 송신 코일(210) 및 제1 수신 코일(220)이 용접관(10)의 제1 부분(10a)에 밀착된다.
도 5는 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치의 제1 송수신 코일부 및 제2 송수신 코일부를 나타낸 도면이다.
도 2, 도 3, 및 도 5를 참조하면, 제2 송수신 코일부(400)는 제1 송수신 코일부(200)와 이격되어 본체(100)로부터 용접관(10)으로 돌출되어 용접관(10)의 제2 부분(10b)에 접촉한다. 여기서, 용접관(10)의 제2 부분(10b)은 용접부(11)가 위치하지 않는 용접관(10)의 타 표면이다. 제2 송수신 코일부(400)는 용접부(11)가 위치하지 않는 용접관(10)의 제2 부분(10b)의 원주 방향으로의 전기 전도도를 측정한다.
제2 송수신 코일부(400)는 제1 송수신 코일부(200)와 원주 방향으로 90도의 중심각을 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제2 송수신 코일부(400)는 용접부(11)를 사이에 두고 용접관(10)의 제2 부분(10b)과 접촉하는 제2 송신 코일(410) 및 제2 수신 코일(420)을 포함한다.
제2 송신 코일(410) 및 제2 수신 코일(420)은 팬케익(pancake) 형태를 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 제2 송신 코일(410) 및 제2 수신 코일(420)은 제1 송신 코일(210)과 제1 수신 코일(220) 사이의 거리와 동일한 거리를 가지고 서로 이격되어 용접관(10)의 제2 부분(10b)에 나란히 배치된다. 제2 송신 코일(410) 및 제2 수신 코일(420)은 쌍방향으로 교류를 송수신함으로써, 원주 방향으로 용접관(10)의 제2 부분(10b)의 전기 전도도를 코일의 임피던스 변화로 측정할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 다른 실시예에서, 제2 송수신 코일부(400)는 용접관(10)의 제2 부분(10b)의 전기 전도도를 측정할 수 있는 공지된 다양한 형태를 가질 수 있다.
이와 같이, 제2 송수신 코일부(400)가 측정한 용접관(10)의 용접부(11)가 위치하지 않는 제2 부분(10b)의 전기 전도도를 기준으로 제1 송수신 코일부(200)가 측정한 용접관(10)의 용접부(11)가 위치하는 제1 부분(10a)의 전기 전도도를 비교하여, 용접관(10)의 용접부(11)의 잔류 응력을 측정할 수 있다.
구체적으로, 용접부(11)에 존재하는 잔류 응력으로 인한 미세 조직의 변형 및 뒤틀림에 따라 제1 송수신 코일부(200)가 측정한 용접관(10)의 제1 부분(10a)의 전기 전도도가 제2 송수신 코일부(400)가 측정한 잔류 응력이 없는 용접관(10)의 제2 부분(10b)의 전기 전도도와 다르게 측정될 경우, 용접관(10)의 용접부(11)에 잔류 응력이 존재하는 것을 측정할 수 있다. 즉, 제1 송수신 코일부(200) 및 제2 송수신 코일부(400)를 포함함으로써, 용접관(10)의 용접부(11)의 잔류 응력을 실시간으로 측정할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서, 제1 송수신 코일부(200) 및 제2 송수신 코일부(400)와 연결된 측정부를 더 포함할 수 있다. 측정부는 제2 송수신 코일부(400)로부터 수신된 용접관(10)의 제2 부분(10b)의 전기 전도도를 기준으로 제1 송수신 코일부(200)로부터 수신된 제1 부분(10a)의 전기 전도도를 비교하여 용접관(10)의 용접부(11)의 잔류 응력을 측정하여 표시(display)할 수 있다.
제2 스프링(500)은 제2 송수신 코일부(400)와 본체(100) 사이에 위치한다. 제2 스프링(500)이 제2 송수신 코일부(400)와 본체(100) 사이에 위치되어 제2 송수신 코일부(400)가 용접관(10)을 가압함으로써, 제2 송수신 코일부(400)의 제2 송신 코일(410) 및 제2 수신 코일(420)이 용접관(10)의 제2 부분(10b)에 밀착된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 가압부(600)는 제2 송수신 코일부(400)와 이격되어 본체(100)로부터 용접관(10)으로 돌출된다. 제1 가압부(600)는 본체(100)로부터 용접관(10)으로 돌출되어 용접관(10)의 표면에 접촉한다. 제1 가압부(600)는 제2 송수신 코일부(400)와 원주 방향으로 90도의 중심각을 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다른 실시예에서, 제1 가압부(600)는 용접관(10)의 표면과 접촉하는 송수신 코일들을 포함할 수 있다.
제3 스프링(700)은 제1 가압부(600)와 본체(100) 사이에 위치한다. 제3 스프링(700)이 제1 가압부(600)와 본체(100) 사이에 위치되어 제1 가압부(600)가 용접관(10)을 가압함으로써, 제1 가압부(600)가 용접관(10)의 표면에 밀착된다.
제2 가압부(800)는 제1 가압부(600)와 이격되어 본체(100)로부터 용접관(10)으로 돌출된다. 제2 가압부(800)는 본체(100)로부터 용접관(10)으로 돌출되어 용접관(10)의 표면에 접촉한다. 제2 가압부(800)는 제1 가압부(600) 및 제1 송수신 코일부(200) 각각과 원주 방향으로 90도의 중심각을 가지고 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다른 실시예에서, 제2 가압부(800)는 용접관(10)의 표면과 접촉하는 송수신 코일들을 포함할 수 있다.
제4 스프링(900)은 제2 가압부(800)와 본체(100) 사이에 위치한다. 제4 스프링(900)이 제2 가압부(800)와 본체(100) 사이에 위치되어 제2 가압부(800)가 용접관(10)을 가압함으로써, 제2 가압부(800)가 용접관(10)의 표면에 밀착된다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치(1000)는 제1 송수신 코일부(200) 및 제2 송수신 코일부(400)를 포함함으로써, 제2 송수신 코일부(400)가 측정한 용접관(10)의 용접부(11)가 위치하지 않는 제2 부분(10b)의 전기 전도도를 기준으로 제1 송수신 코일부(200)가 측정한 용접관(10)의 용접부(11)가 위치하는 제1 부분(10a)의 전기 전도도를 비교하여, 용접관(10)의 용접부(11)의 잔류 응력을 실시간으로 측정할 수 있다.
용접관(10)의 제조 공정 중 열처리 이후 공정에서 일 실시예에 따른 잔류 응력 측정 장치(1000)를 이용해 용접관(10)의 용접관(10)의 잔류 응력을 실시간으로 측정함으로써, 용접관(10)의 용접부(11)의 열처리 이후 잔류 응력의 제거 및 용접, 열처리 공정의 이상 변화 여부를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 일 실시예에 따른 잔류 응력 측정 장치(1000)는 용접관(10)의 용접부(11)의 파괴분석 없이 용접부(11)의 잔류 응력을 정량적으로 평가하여 품질 지표로 활용할 수 있다.
즉, 용접관(10)의 용접부(11)의 잔류 응력을 실시간으로 측정하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치(1000)가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치(1000)는, 서로 90도의 중심각을 가지고 이격되어 제1 스프링(300), 제2 스프링(500), 제3 스프링(700), 제4 스프링(900) 각각에 의해 용접관(10)에 밀접 접촉하는 제1 송수신 코일부(200), 제2 송수신 코일부(400), 제1 가압부(600), 제2 가압부(800) 각각을 포함함으로써, 피측정체인 용접관(10)이 본체(100)의 내부 공간에서 수직 방향의 중심 및 수평 방향의 중심에 위치하는 센터링 효과가 발생됨으로써, 제1 송수신 코일부(200)와 용접관(10) 사이 및 제2 송수신 코일부(400)와 용접관(10) 사이 간의 거리 변화에 의한 노이즈 발생이 감소되는 동시에 제1 송신 코일(210) 및 제1 수신 코일(220)이 용접관(10)의 제1 부분(10a)에 밀접 접촉하고 제2 송신 코일(410) 및 제2 수신 코일(420)이 용접관(10)의 제2 부분(10b)에 밀접 접촉하여 용접관(10)의 용접부(11)의 미세한 전기 전도도 변화를 효율적으로 감지할 수 있다.
즉, 용접관(10)의 용접부(11)의 미세한 전기 전도도 변화를 효율적으로 감지하여 용접부(11)의 잔류 응력을 효율적으로 측정하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치(1000)가 제공된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
용접관(10), 용접부(11), 본체(100), 제1 송수신 코일부(200), 제2 송수신 코일부(400)

Claims (7)

  1. 길이 방향으로 연장된 용접부를 포함하는 용접관을 상기 용접관의 원주 방향으로 둘러싸는 본체;
    상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 용접부가 위치하는 상기 용접관의 제1 부분의 상기 원주 방향으로의 전기 전도도를 측정하는 제1 송수신 코일부; 및
    상기 제1 송수신 코일부와 이격되어 상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 용접부가 위치하지 않는 상기 용접관의 제2 부분의 상기 원주 방향으로의 전기 전도도를 측정하는 제2 송수신 코일부
    를 포함하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 송수신 코일부는 상기 용접부를 사이에 두고 상기 용접관의 상기 제1 부분과 접촉하는 제1 송신 코일 및 제1 수신 코일을 포함하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 송수신 코일부는 상기 제1 송신 코일과 상기 제1 수신 코일 사이의 거리와 동일한 거리를 가지고 이격되어 상기 용접관의 상기 제2 부분과 접촉하는 제2 송신 코일 및 제2 수신 코일을 포함하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제2 송수신 코일부는 상기 제1 송수신 코일부와 상기 원주 방향으로 90도의 중심각을 가지는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 송수신 코일부와 상기 본체 사이에 위치하는 제1 스프링; 및
    상기 제2 송수신 코일부와 상기 본체 사이에 위치하는 제2 스프링
    을 더 포함하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 송수신 코일부와 이격되어 상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 제2 송수신 코일부와 상기 원주 방향으로 90도의 중심각을 가지는 제1 가압부; 및
    상기 제1 가압부와 이격되어 상기 본체로부터 상기 용접관으로 돌출되며, 상기 제1 가압부 및 상기 제1 송수신 코일부 각각과 상기 원주 방향으로 90도의 중심각을 가지는 제2 가압부
    를 더 포함하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 가압부와 상기 본체 사이에 위치하는 제3 스프링; 및
    상기 제2 가압부와 상기 본체 사이에 위치하는 제4 스프링
    을 더 포함하는 용접관의 용접부의 잔류 응력 측정 장치.
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