KR102386168B1 - 연결관 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

상이한 합금들의 2 개의 관들 (8, 9) 을 연결하기 위한 연결관 (1) 으로서,연결관은 종방향 축선을 따라 연장되는 중앙 관통 구멍을 갖고, 제 1 합금의 제 1 단부 (2), 제 2 합금의 제 2 단부 (3), 및 적어도 부분적으로, 상기 제 2 합금이 환형 내부 층을 형성하며 또한 상기 제 1 합금이 환형 외부 층 (6) 을 형성하는 이중층인 중간 부분 (4) 을 포함하고, 상기 층들 사이에 금속 결합이 형성된다. 내부 층과 외부 층은 상기 층들 사이의 계면에 형성된 적어도 하나의 나선형 연장 나사산에 의해 기계적으로 인터로킹된다.서로 맞물린다. 연결관은 베이스 부품 및 작업편을 형성하도록 베이스 부품에 나사결합된 외부 부품으로부터 제조되고, 작업편은 금속 결합을 형성하도록 열간 가공된다.

Description

연결관 및 그 제조 방법

본 개시는 청구항 1 의 전제부에 따른 2 개의 관들을 연결하기 위한 연결관에 관한 것이다. 또한, 청구항 5 의 전제부에 따른 그러한 연결관의 제조 방법, 상이한 합금들의 2 개의 관들을 연결하는 방법, 및 연결관을 포함하는 관형 제품에 관한 것이다.

많은 산업 분야에서, 상이한 합금들의 관들을 결합하여 여러 관 부분들로 구성된 관형 제품을 형성할 필요성이 존재한다. 예를 들어, 관의 일 부분이 관의 다른 부분보다 더 까다로운 조건에 노출될 수도 있고, 따라서 이 다른 부분은 저렴한 합금으로 제조될 수 있으므로, 비용을 절감할 수 있다. 또한, 관의 일 부분을 따른 높은 부식성 조건 및 관의 다른 부분을 따른 높은 기계적 강도를 요하는 조건과 같이, 관을 따라 변하는 까다로운 조건을 겪을 가능성이 있는 관들을 맞춤화하기 위한 것일 수도 있다.

GB1258141 은 용접에 의해 결합시키기 어려운 상이한 합금들의 2 개의 관들을 결합시키는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에 따르면, 관들 중 일방의 관의 합금과 양립 가능한 제 1 합금의 제 1 단부 및 관들 중 타방의 관의 합금과 양립 가능한 제 2 합금의 제 2 단부를 갖는 연결관이 형성된다. 단부들 사이에는, 제 1 합금이 외부 층을 형성하고 제 2 합금이 환형 내부 층을 형성하는 중간 부분이 존재한다. 고온 압출에 의해 층들 사이에 금속 결합이 형성되었다. 그 후, 2 개의 관들은 연결관의 개별 단부에 용접될 수 있다.

GB1258141 에 개시된 연결관의 제조는 제 1 합금의 환형 외부 층과 제 2 합금의 환형 내부 층을 갖는 복합관을 형성하는 것을 포함한다. 복합관의 제 1 단부의 직경은 감소되어, 복합관의 제 1 단부와 중간 부분 사이에 점차 감소하는 직경을 갖는 부분이 형성된다. 그 후, 제 1 단부로부터 환형 내부 층이 제거되고, 제 2 단부로부터 환형 외부 층이 제거된다. 복합관을 제조하기 위해, 2 개의 관형 부품들이 제공되며, 부품들 중의 하나는 다른 부품에 삽입되어 빌릿 (billet) 을 형성한다. 부품들 사이에 기계적 인터로크를 제공하는 데 종방향 스플라인들이 사용된다. 빌릿은 빌릿 주위에 진공 기밀 시일을 형성하는 환상의 금속 케이스 내에 둘러싸인다. 그러나, 진공 펌핑 케이스 내에 빌릿을 둘러싸는 것은 복잡하고, 비싸며, 생산 라인에서 구현하기가 어렵다.

전술한 어려움의 관점에서, 적어도 일부 측면에서 이미 공지된 그러한 수단에 비해 개선된, 용접에 의해 결합시키기 어려운 합금들의 2 개의 관들을 결합시키기 위한 수단을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 이는 환형 내부 층 및 환형 외부 층은 상기 층들 사이의 계면에 형성된 적어도 하나의 나선형 연장 나사산에 의해 기계적으로 인터로킹되는 것과, 상기 계면은 나사산 섹션들 사이에 형성되는 금속 결합을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 초기에 규정된 연결관에 의해 달성된다. "연결관" 이란 용어는 상이한 재료들의 2 개의 관들을 연결하는 수단을 형성할 관을 의미한다. 따라서, 연결관은, 상이한 합금들의 2 개의 관들을 연결하는 데 사용되며 또한 연결관의 단부에서 양립 가능한 합금들 사이에 용접을 허용하는 관이다. 상이한 합금들이란, 합금들의 조성이 상이할 것이라는 것을 의미하며, 예를 들어 합금 원소들의 범위들이 상이하거나 조성이 적어도 하나의 상이한 합금 원소를 함유할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 연결관은 이미 공지된 방법에 따라 제조된 연결관에 비해 효율적으로 제조될 수 있다. 연결관은 또한, 환형 내부 층과 환형 외부 층 사이의 계면 영역을 증가시키는 나선형 연장 나사산에 의해 제공되는 기계적 인터로크와 금속 결합의 조합으로 인해 매우 안정적이다. 또한, 나선형 연장 나사산 형태의 기계적 인터로크와 층들 사이의 금속 결합의 조합은 연결관이 높은 힘을 견딜 수 있는 능력에 유리하다. 나선형 연장 나사산은 효율적인 인터로크를 형성하고 또한 계면 영역을 증가시키며, 이로 인해 연결관에 가해지는 힘의 분포가 그러한 나선형 연장 나사선을 갖지 않는 연결관에 비해 개선될 것이다. 따라서, 연결관은 층들 사이의 계면에서 더 높은 힘을 견딜 수 있을 것이다.

금속 결합은 열간 압출, 열간 인발, 열간 압연 또는 열간 천공 (hot piercing) 과 같은 열간 가공에 의해 또는 다른 적절한 기술에 의해 형성될 수 있다. 층들 사이의 기계적 인터로킹은 열간 가공 전에 제공된다. 나선형 나사산 형태의 기계적 인터로크는 열간 가공 중에 환형 내부 층과 환형 외부 층 사이에 산소가 들어가는 것을 방지하는 시일을 형성할 것이며, 또한 열간 가공 중에 환형 내부 및 외부 층들을 형성할 부품들을 함께 유지할 것이다. 이로써, 기계적 인터로크는 연결관을 형성하는 복합관을 형성하기 위해 압출될 작업편을 둘러싸는 진공 펌핑된 케이스를 사용할 필요없이 제안된 연결관을 획득하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 연결관은 용접없이 형성될 수 있다.

연결관의 내경 및 외경은 연결관에 의해 연결될 관들의 치수들 및 연결관의 원하는 특성에 따라 제 1 및 제 2 단부에서 각각 상이하거나 동일할 수 있다.

제안된 연결관은 하나의 관을 연결관의 제 1 단부에 그리고 또 다른 관을 연결관의 제 2 단부에 결합시키도록 구성된다. 관들은 용접에 의해 또는 나사 결합에 의한 것과 같은 기계적 수단에 의해 각각의 단부에 결합될 수 있다. 이 기술들의 조합을 이용하는 것도 또한 가능하다.

일 실시형태에 따르면, 제 1 단부에서의 내경이 제 2 단부에서의 내경과 동일하다. 내경은 종방향 축선을 따라 일정하거나 본질적으로 일정할 수 있다. 이로써, 연결관은 연결관을 통한 유체의 층류 (laminar flow) 를 달성하기에 적절한 특성을 갖는다. 본원에서 "본질적으로 일정한" 은 평균 내경의 ±10 % 미만의 변화를 의미한다.

일 실시형태에 따르면, 중간 부분은 각각의 단부보다 더 큰 벽 두께를 갖는다. 예를 들어, 내경은 연결관을 따라 동일하면서, 연결관의 외경은 각각의 단부에서보다 중간 부분에서 더 클 수 있다. 이로써, 환형 내측 및 외측 층들 사이의 보다 큰 경계가 획득될 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 단부들 중 적어도 하나에, 관의 나사산 단부와 나사결합하도록 된 내부 또는 외부 나사산이 제공된다. 이로써, 연결관은 용접에 의해 본질적으로 결합시키기 어려운 합금들의 연결에 적합하다. 예를 들어, 이러한 나사산 조인트는 철 크롬 알루미늄 (FeCrAl) 합금 관을 동일한 합금으로 제조된 제 1 단부에 결합시키는데 유용할 수 있다. 연결관의 제 2 단부가 예를 들어 탄소강인 경우, 탄소강 관은 용접에 의해 제 2 단부에 결합될 수 있다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 상이한 합금들의 2 개의 관들을 연결하기 위한 연결관을 제조하는 처음에 규정된 방법에 관한 것으로, 이는 복합관을 형성하는 단계가

- 제 2 합금의 환형 베이스 부품을 제공하는 단계로서, 환형 베이스 부품은 환형 베이스 부품의 종방향 축선을 따라 연장되는 중앙 관통 구멍을 갖고, 환형 베이스 부품은 외부 나사산 섹션을 갖는, 상기 환형 베이스 부품을 제공하는 단계,

- 제 1 합금의 환형 외부 부품을 제공하는 단계로서, 환형 외부 부품은 환형 베이스 부품의 외부 나사산 섹션과 맞물리도록 구성된 내부 나사산 섹션을 갖는, 상기 환형 외부 부품을 제공하는 단계,

- 외부 부품의 내부 나사산 섹션이 환형 베이스 부품의 외부 나사산 섹션과 맞물려서 나사산 섹션들 사이에 기계적 인터로크를 형성하도록, 환형 베이스 부품 주위에 환형 외부 부품을 장착함으로써 관형 작업편을 형성하는 단계,

- 한편으로, 기계적 인터로크가 유지되면서 환형 외부 부품과 환형 베이스 부품의 나사산 섹션들 사이에 금속 결합이 형성되도록, 그리고 다른 한편으로, 작업편이 세장형으로 되고 관형 작업편의 외경이 감소하여 복합관을 형성하도록, 작업편을 열간 가공하는 단계

를 포함한다는 것을 특징으로 한다.

열간 가공에 앞서 나사 결합에 의해 베이스 부품과 외부 부품을 기계적으로 인터로킹함으로써, 기계적 시일이 형성된다. 부가적으로, 스레딩은 환형 베이스 부품과 환형 부품의 표면들 사이에 큰 접촉 면적을 생성할 것이고, 접촉 면적이 커져서, 금속 결합이 형성될 영역도 또한 증가할 것이다. 따라서, 금속 결합을 형성하기 위한 조건이 개선될 것이다. 스레딩에 의해 제공되는 기계적 시일이 환형 베이스 부품과 환형 외부 부품 사이에 산소가 들어가는 것을 방지하기에 충분하다는 것이 또한 밝혀졌다. 나선형 스레딩은 열간 가공 동안에 부품들의 분리 및 미끄러짐을 또한 효율적으로 방지한다.

환형 베이스 및 외부 부품들은, 환형 외부 부품이 환형 베이스 부품에 나사결합된 때에 베이스 부품에 대한 외부 부품의 추가적인 축방향 이동이 방지되도록 구성될 수도 있다. 이러한 목적을 위해, 베이스 부품의 외부 나사산 섹션의 단부에 정지 수단이 제공되어, 스레딩 중에 외부 부품의 선단부가 더 전진되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 정지 수단은 예를 들어 외부 나사산 섹션에서의 외경보다 큰 외경을 갖는 섹션, 또는 외부로 돌출하는 정지 부재일 수 있다. 일 대안은, 내부 나사산 섹션의 말단부에 정지 수단을 제공하여, 말단부가 축선방향으로 베이스 부품상에서 더 전진하는 것을 방지하는 것이다. 이러한 정지 수단은 내부 나사산 섹션에서의 내경보다 작은 내경을 갖는 섹션, 또는 내부로 돌출하는 정지 부재의 형태일 수 있다.

제안된 방법에 따르면, 기계적 인터로크가 유지되면서 열간 가공 중에 환형 베이스 및 외부 부품들 사이에 금속 결합이 형성된다. 연결관의 환형 내부 및 외부 층들 사이의 계면에 형성된 나선으로서 보여질 수 있는 기계적 인터로크는 계면의 면적을 증가시키고, 이로써 이러한 나선을 갖지 않는 연결관에 비해 연결관에 가해지는 힘의 개선된 분포에 기여할 수 있다. 따라서, 제안된 방법에 따라 제조된 연결관은 계면에서 더 높은 하중을 견딜 수 있다.

금속 결합은 열간 압출, 열간 인발, 열간 압연 또는 열간 천공과 같은 열간 가공에 의해 또는 다른 적절한 기술에 의해 형성된다.

일 실시형태에 따르면, 복합관은 외경, 내경 및 계면 직경에 의해 규정되는 치수를 갖고, 복합관의 제 1 단부를 가공하는 단계는, 제 1 단부의 계면 직경이 중간 부분의 내경에 부합하도록 수행된다. 이는 예를 들어 압축 또는 관 인발에 의해 달성될 수 있고, 종방향 축선을 따라 일정한 내경을 갖는 연결관의 형성을 용이하게 한다.

일 실시형태에 따르면, 본원에서 규정되는 방법은 제 2 단부를 가공하는 단계를 선택적으로 포함한다. 이는 제 2 단부의 계면 직경이 제 1 부분의 외경에 부합하도록 수행될 수 있다. 이는 예를 들어 팽창 또는 업세팅에 의해 달성될 수 있고, 종방향 축선을 따라 일정한 내경을 갖는 연결관의 형성을 용이하게 한다. 따라서, 제 1 및 제 2 단부 쌍방이 가공될 수 있고, 가공은 동일하거나 상이할 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 환형 내부 층을 제거하는 단계는 절삭 기계가공 및/또는 연마 기계가공 (abrasive machining) 을 포함한다.

일 실시형태에 따르면, 환형 외부 층을 제거하는 단계는 절삭 기계가공 및/또는 연마 기계가공을 포함한다. 절삭 기계가공 및 연마 기계가공은 환형 내부 및/또는 외부 층(들)의 원하는 부분을 효율적으로 제거할 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 외부 나사산 섹션은 환형 베이스 부품의 전체 축선방향 길이를 따라 연장된다. 이로써, 환형 베이스 부품은 관의 전체 축선방향 길이를 따라 쌍방의 층이 연장되는 이중층 복합관을 형성하는데 매우 적합하다. 전술한 바와 같이, 정지 수단이 제공될 수도 있다.

일 실시형태에 따르면, 내부 나사산 섹션은 환형 외부 부품의 전체 축선방향 길이를 따라 연장된다. 나사산 섹션들이 동일한 길이를 갖는다면, 부품들 사이에 산소가 들어가는 위험이 최소화될 것이고, 조건은 복합관의 환형 내부 및 외부 층들 사이에 금속 결합을 형성하기에 매우 적합하다.

일 실시형태에 따르면, 열간 가공하는 단계는 열간 압출을 포함한다. 열간 압출은 환형 베이스 부품과 환형 외부 부품 사이에 금속 결합을 형성하는 동시에 작업편의 외경을 효율적으로 세장형으로 하고 줄이는 데 적합하다.

일 실시형태에 따르면, 제 1 합금은 스테인리스 강 합금, 니켈계 합금, 철 크롬 알루미늄 합금, 탄소강 합금, 지르코늄 합금, 알루미늄 합금, 구리 합금 또는 티타늄 합금으로부터 선택된다.

일 실시형태에 따르면, 제 2 합금은 제 1 합금과 상이한 조성을 가지며, 스테인리스 강 합금, 니켈계 합금, 철 크롬 알루미늄 합금, 탄소강 합금, 지르코늄 합금, 알루미늄 합금, 구리 합금, 또는 티타늄 합금으로부터 선택된다. 제 1 합금 및 제 2 합금은 연결관에 의해 연결되는 관들의 합금들에 어울리도록 선택되어야 한다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 상이한 합금들의 2 개의 관들을 연결하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은

- 제안된 연결관을 제공하는 단계로서, 제 1 합금은 상기 2 개의 관들 중 제 1 관의 합금과 양립 가능하고, 제 2 합금은 상기 2 개의 관들 중 제 2 관의 합금과 양립 가능한, 상기 연결관을 제공하는 단계,

- 제 1 관과 연결관의 제 1 단부를 함께 결합시키는 단계,

- 제 2 관과 연결관의 제 2 단부를 함께 결합시키는 단계

를 포함한다.

일 실시형태에 따르면, 제 1 관 및 제 2 관 중의 적어도 하나를 연결관과 결합시키는 것은 용접을 포함한다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 제 1 관, 제 2 관 및 제안된 연결관을 포함하는 관형 제품으로서, 제 1 관은 연결관의 제 1 단부와 결합되고, 제 2 관은 연결관의 제 2 단부와 결합되는, 관형 제품에 관한 것이다.

일 실시형태에 따르면, 연결관과 제 1 관 및 제 2 관 중 적어도 하나 사이에 용접 조인트가 형성된다.

본 발명의 다른 유리한 특징들 및 이점들은 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

이하에서, 제한적인 것으로서 해석되지 않는 본 발명의 실시형태들이 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 일 실시형태에 따른 연결관의 종방향 단면을 개략적으로 도시한다.
도 2 는 일 실시형태에 따른 연결관의 일부의 종방향 단면도이다.
도 3 은 제안된 방법의 단계들을 사용하여 제조된 복합관을 개략적으로 도시한다.
도 4 는 제안된 연결관 제조 방법의 일 실시형태를 도시하는 흐름도이다.
도 5a-c 는 제안된 방법의 일 실시형태에서 사용되는 베이스 부품 및 외부 부품을 개략적으로 도시한다.
도 6 은 제안된 방법의 일 실시형태에 사용된 베이스 부품 및 내부 부품의 부분들의 종방향 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 7 은 제안된 방법의 단계들을 사용하여 제조된 복합관의 종방향 단면을 개략적으로 도시한다.
도 8 은 일 실시형태에 따른 관형 제품의 종방향 단면을 개략적으로 도시한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 연결관 (1) 이 도 1 에 도시되어 있다. 연결관 (1) 은 종방향 축선 (A) 을 따라 연장되는 중앙 관통 구멍을 갖고, 제 1 합금의 제 1 단부 (2) 및 제 2 합금의 제 2 단부 (3)를 갖는다. 단부들 사이에는, 이중 층인 중간 부분 (4) 이 연장된다. 중간 부분 (4) 에서, 제 2 합금은 환형 내부 층 (5) 을 형성하고, 제 1 합금은 환형 외부 층 (6) 을 형성한다. 환형 내부 층 (5) 과 외부 층 (6) 사이에 금속 결합이 형성되어 있다. 환형 내부 층 (5) 과 외부 층 (6) 은 이 층들 (5, 6) 사이의 계면에 형성된 적어도 하나의 나선형 연장 나사산 (7) 에 의해 기계적으로 인터로킹된다. 나선형 연장 나사산 (7) 은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연결관 (1) 의 부분의 단면 사진을 보여주는 도 2 에 도시되어 있다.

연결관 (1) 은 연결관 (1) 을 따라, 즉 제 1 단부 (2), 중간 부분 (4) 및 제 2 단부 (3) 에서 일정한 내경을 갖는다. 일 단부가 타 단부보다 더 큰 내경을 갖도록, 내경은 연결관을 따라 달라질 수도 있다. 또한, 연결관 (1) 은 단부들 (2, 3) 에서보다 중간 부분 (4) 에서 더 큰 외경을 갖는다. 따라서, 연결관 (1) 의 벽 두께는 단부들 (2, 3) 에서보다 중간 부분 (4) 에서 더 크다. 도시된 실시형태에서, 중간 부분 (4) 에서의 벽 두께는 단부들 (2, 3) 에서의 벽 두께의 약 2 배일 수도 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 연결관 (1) 의 제조 방법에서, 도 3 에 도시된 바와 같은 복합관 (101) 이 먼저 제조되며, 이는 환형 외부 층 (102) 및 환형 내부 층 (103) 을 가지며 종방향 축선 (A) 을 따라 연장된다. 연결관 (1) 의 제조 방법이 도 4 에 개략적으로 도시되어 있다. 프로세스에서 사용된 베이스 부품 (301) 및 외부 부품 (401) 을 도시하는 도 5a-c, 및 도 6-8 을 또한 참조한다.

제 1 단계 (1) 에서, 도 1 에 도시된 연결관 (1) 의 내부 층 (5) 을 형성할 제 2 합금의 베이스 부품 (301) 이 제공된다. 베이스 부품 (301) 은 종방향 축선 (A) 을 따라 연장되는 중앙 관통 구멍을 갖는, 원형 단면의 관이다. 베이스 부품 (301) 의 외주면에 형성된 나선형 나사산 (306) (도 5b 참조) 을 갖는 외부 나사산 섹션 (302) 이 제공된다. 나사산 섹션은 전체 베이스 부품에 걸쳐 또는 베이스 부품의 일부에 걸쳐 연장될 수 있다. 도 5a-c 에 도시된 실시형태에서, 베이스 부품 (301) 의 단부를 넘어 연장되어, 베이스 부품의 주요 부분을 구성한다. 도시된 베이스 부품 (301) 은 또한 나사산 섹션 (302) 에 인접한 상대적으로 짧은 비-나사산 섹션 (303) 을 갖는다. 베이스 부품의 내경 (d) 은 종방향 축선을 따라 일정하거나 또는 본질적으로 일정하지만, 비-나사산 섹션 (303) 의 외경 (D1) 은 나사산 섹션 (302) 의 외경 (D2) 보다 크다.

제 2 단계 (2) 에서, 제 1 합금의 외부 부품 (401) 이 제공된다. 외부 부품 (401) 은 또한 종방향 축선 (A) 을 따라 연장되는 중앙 관통 구멍을 갖는, 원형 단면의 관이다. 도시된 실시형태에서, 외부 부품 (401) 은 베이스 부품 (301) 의 나사산 부분 (302) 의 길이에 대응하는 종방향 길이를 갖는다. 외부 부품 (401) 은 도시된 실시형태에서 외부 부품 (401) 의 전체 길이를 따라 연장되는 내부 나사산 섹션 (402) 을 갖는다. 환언하면, 외부 부품 (401) 의 내주면에 나선형 나사산 (406) (도 5c 참조) 이 형성된다. 이로써, 외부 부품 (401) 은 베이스 부품 (301) 의 외부 나사산 섹션 (302) 과 나사 결합하도록 구성된다. 외부 부품 (401) 의 외경 (D3) 은 베이스 부품 (301) 의 비-나사산 섹션 (303) 의 외경 (D1) 과 동일하거나 본질적으로 동일하지만, 외부 부품 (401) 의 내경 (d2) 은 베이스 부품 (301) 의 나사산 섹션 (302) 의 외경 (D2) 과 정합한다.

제 3 단계 (3) 에서, 외부 부품 (401) 의 내부 나사산 섹션 (402) 이 베이스 부품 (301) 의 외부 나사산 섹션 (302) 과 맞물리도록 외부 부품 (401) 을 베이스 부품 (301) 주위에 장착함으로써, 즉 외부 부품 (401) 을 베이스 부품 (301) 의 나사산 단부에 나사결합시킴으로써 관형 작업편이 형성된다. 이로써, 나사산 섹션들 (302, 402) 사이에 기계적 인터로크가 형성된다.

제 4 단계 (4) 에서, 제 3 단계 (3) 에서 형성된 작업편은, 예컨대 열간 압출에 의해, 열간 가공된다. 열간 가공 중에, 기계적 인터로크가 유지되면서, 나사산 섹션들 (302, 402) 사이에 금속 결합이 형성된다. 작업편의 외경이 또한 감소되고, 복합관이 형성된다. 복합관은 열간 가공 후에 교정 (straightened) 되고/되거나 산세될 수도 있다.

제 5 단계 (5) 에서, 복합관은 가능한 결함 및 원하지 않는 형상이 제거되도록 예를 들어 복합관의 단부를 절단함으로써 적절한 길이로 절단된다. 그 후, 도 3 에 도시된 복합관 (101) 에 대응하는 복합관의 중간 부분은 후속 단계들에서 사용될 수도 있다. 복합관 (101) 은 외경 (φ1), 내경 (φ2) 및 계면 직경 (φ3) 에 의해 규정된 치수를 갖는다.

제 6 단계 (6) 에서, 복합관 (101) 의 제 1 단부 (104) (이 제 1 단부 (104) 가 연결관 (1) 의 제 1 단부 (2) 를 형성함) 는, 복합관 (101) 의 내경 및 외경 (φ1, φ2) 이 도 7 에 개략적으로 도시된 것처럼 복합관의 중간 부분 (105) 으로부터 제 1 단부 (104) 를 향해 점차 감소하도록 가공된다. 이는 예를 들어 제 1 단부 (104) 를 압축하거나 제 2 단부 (106) 를 팽창시킴으로써 달성될 수 있다.

제 7 단계 (7) 에서, 환형 내부 층 (103) 은 제 1 단부 (104) 로부터 제거되고, 이로써 증가된 내경 (φ2) 이 예컨대 절삭 기계가공에 의해 획득된다.

제 8 단계 (8) 에서, 환형 외부 층 (102) 은 예를 들어 절삭 기계가공에 의해 복합관 (101) 의 제 2 단부 (106) 로부터 제거되어, 도 1 에 도시된 것처럼 제 1 합금의 제 1 단부 (2) 및 제 2 합금의 제 2 단부 (3) 를 갖는 연결관 (1) 을 형성한다. 단부들 중 하나 또는 둘 모두에, 원한다면, 관의 나사산 단부와 나사결합하도록 된 내부 또는 외부 나사산이 제공될 수도 있다. 대안적으로, 단부는 용접에 의해 다른 관과 결합되도록 구성될 수도 있다.

도 5a 에 도시된 부품들 (301, 401) 은 먼저 선단부로 압출 다이를 통해 작업편을 밀어서 열간 압출하기에 적합하며, 선단부는 외부 부품 (401) 이 장착되는 단부이다. 베이스 부품 (301) 의 외부 나사산 섹션 (302) 과 비-나사산 섹션 (303) 사이의 전이 표면 (308) 은 날카로운 에지없이 매끄럽다. 전이 표면 (308) 은 도 5a 의 원형 영역 (B) 의 확대도를 보여주는 도 5b 에 더 상세히 도시된다. 전이 표면은 단면도에서 나사산 섹션 (302) 에 가장 가까운 오목부 (304) 및 비-나사산 섹션 (303) 에 가장 가까운 볼록부 (305) 를 갖는 역 S 자 형상이다. 외부 부품 (401) 은 도 5a 의 원형 부분 (C) 의 확대도를 보여주는 도 5c 에 도시된 것처럼 내부 나사산 (406) 에 가까운 볼록부 (404) 및 외부 부품 (401) 의 외주면 (407) 에 가까운 오목부 (405) 를 갖는 대응하는 S 자 형상의 단부 표면 (408) 을 갖는다. 이로써, 단부 표면 (408) 의 오목부 (405) 는 전이 표면 (308) 의 볼록부 (305) 와 중첩되어, 압출 공정 동안 산소의 침투 및 분리를 방지할 것이다.

또 다른 옵션은 압출 공정에서 선단부를, 외부 부품이 작착되지 않은 단부가 되도록 하는 것이다. 도 6 에 도시된 이 경우에, 베이스 부품 (301) 은 C 형 오목 천이 표면 (308) 으로 형성되어, 압출 중에 외부 부품 (401) 의 둥근 환형 단부 표면 (408) 위에 부유하고 시일을 형성한다. 따라서, 베이스 부품 (301) 의 외주면 (307) 은 부품들 (301, 401) 이 장착되는 때에 외부 부품 (401) 의 외주면 (407) 과 중첩되어 작업편을 형성한다.

도 8 에 도시된 바와 같은 관형 제품 (10) 을 형성하기 위해 본 개시의 일 실시형태에 따른 상이한 합금의 2 개의 관 (8, 9) 을 연결하는 방법은 전술한 바와 같이 연결관 (1) 을 제공하는 것을 포함한다. 연결관 (1) 의 제 1 합금은 연결될 2 개의 관 (8, 9) 중 제 1 관의 합금과 양립할 수 있도록 선택되고, 연결관 (1) 의 제 2 합금은 2 개의 관 (8, 9) 중 제 2 관의 합금과 양립할 수 있도록 선택된다. 제 1 관 (8) 과 연결관 (1) 의 제 1 단부 (2) 는 예를 들어 사용된 합금의 용접성 및 조인트에 대한 요건에 따라 예를 들어 용접에 의해 또는 나사결합에 의해 함께 결합된다. 그 후, 예를 들어 사용된 합금의 용접성 및 조인트에 대한 요건과 관련하여 적절한 기술을 사용하여, 제 2 관 (9) 과 연결관 (1) 의 제 2 단부 (3) 가 함께 결합된다.

형성된 관형 제품 (10) 은 제 1 관 (8), 제 2 관 (9) 및 연결관 (1) 을 포함한다.

예

생산 시험에서, 도 1-2 에 도시된 바와 같은 3 개의 연결관 (1) 을 제조하였다. 제 1 합금의 3 개의 외부 부품과 제 2 합금의 3 개의 베이스 부품을 형성하였다. 제 1 합금은 이 경우 ASTM 304L 에 따른 오스테나이트계 스테인리스 강 합금이었다. 중량 퍼센트 (중량%) 로 측정된 제 1 합금의 조성은 표 1 에 개시되어 있다.

제 2 합금은 표 2 에 개시된 바와 같은 조성 (중량%) 을 갖는 ASTM 등급 A-1 에 따른 탄소 강이었다.

각 베이스 부품은 520 mm 의 총 길이, 140 mm 의 외경, 및 50 mm 의 내경을 가졌다. 절삭 기계가공에 의해, 길이 130 mm 의 외부 나사산 섹션을 형성하였다. 외부 부품은 각각 길이 130 mm 및 내경 110 mm 를 가졌고, 내부 나사산이 제공되었다. 부품들은 도 5a-c 에 도시된 전이 디자인을 가졌다.

알칼리성 초음파 욕에서 외부 부품들을 세척하였고, 에탄올을 사용하여 베이스 부품들을 탈지시켰다. 그 다음, 외부 부품들을 베이스 부품에 나사결합시켜 작업편들을 형성하였다.

작업편들을 400 ℃ 에서 4 시간 동안 예열한 후, 외부 부품이 장착된 단부를 선단부로 하여 열간 압출하였다. 이어서, 작업편들을 냉각, 교정 및 산세하여, 복합관을 형성하였다. 획득되는 각 복합관의 이중층 중간 부분을 잘라내어 가열하였다. 도 7 에 도시된 것처럼 제 2 단부 (106) 를 팽창시켰다. 그 후, 제 1 단부 (104) 로부터 환형 내부 층 (103) 을 제거하였고, 절삭 기계가공을 사용하여 제 2 단부 (106) 로부터 환형 외부 층 (102) 을 제거하여, 연결관들을 형성하였다.

Nital 과 인산으로 에칭한 샘플들의 광학 현미경을 이용한 물질 특성화는, 열간 압출 동안 부품들 사이에 금속 결합이 형성되었음을 보여주었다. 이는 또한 초음파를 사용하여 확인되었다. 도 2 에 도시된 바와 같은 연결관들 (1) 의 내부 및 외부 층들 (5, 6) 사이의 계면에서, 나선형 연장 나사산 (7) 을 명확하게 볼 수 있었다.

제안된 방법, 연결관 및 관형 제품은 전술한 실시형태들로 한정되지 않으며, 그의 많은 변형 가능성은 첨부된 청구항들의 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (24)

1. 상이한 합금들의 2 개의 관들 (8, 9) 을 연결하기 위한 연결관 (1) 의 제조 방법으로서,
   - 제 1 합금의 환형 외부 층 (102) 및 제 2 합금의 환형 내부 층 (103) 을 갖는 복합관 (101) 을 형성하는 단계,
   - 상기 복합관 (101) 의 직경이 상기 복합관의 중간 부분 (105) 으로부터 상기 복합관 (101) 의 제 1 단부 (104)를 향해 점차 감소하도록 상기 제 1 단부 (104) 를 가공하는 (working) 단계;
   - 상기 제 1 단부 (104) 로부터 상기 환형 내부 층 (103) 을 제거하는 단계;
   - 상기 복합관 (101) 의 제 2 단부 (106) 로부터 상기 환형 외부 층 (102) 을 제거하여, 상기 제 1 합금의 제 1 단부 (2) 및 상기 제 2 합금의 제 2 단부 (3) 를 갖는 연결관 (1) 을 형성하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 복합관 (101) 을 형성하는 단계는,
   - 상기 제 2 합금의 환형 베이스 부품 (301) 을 제공하는 단계로서, 상기 환형 베이스 부품 (301) 은 상기 환형 베이스 부품 (301) 의 종방향 축선 (A) 을 따라 연장되는 중앙 관통 구멍을 갖고, 상기 환형 베이스 부품 (301) 은 외부 나사산 섹션 (302) 을 갖는, 상기 환형 베이스 부품 (301) 을 제공하는 단계,
   - 상기 제 1 합금의 환형 외부 부품 (401) 을 제공하는 단계로서, 상기 환형 외부 부품 (401) 은 상기 환형 베이스 부품 (301) 의 상기 외부 나사산 섹션 (302) 과 맞물리도록 구성된 내부 나사산 섹션 (402) 을 갖는, 상기 환형 외부 부품 (401) 을 제공하는 단계,
   - 상기 외부 부품 (401) 의 내부 나사산 섹션 (402) 이 상기 환형 베이스 부품 (301) 의 외부 나사산 섹션 (302) 과 맞물려서 나사산 섹션들 (302, 402) 사이에 기계적 인터로크를 형성하도록, 상기 환형 베이스 부품 (301) 주위에 상기 환형 외부 부품 (401) 을 장착함으로써 관형 작업편을 형성하는 단계,
   - 한편으로, 상기 기계적 인터로크가 유지되면서 상기 환형 외부 부품 (401) 과 상기 환형 베이스 부품 (301) 의 나사산 섹션들 (302, 402) 사이에 금속 결합이 형성되도록, 그리고 다른 한편으로, 상기 작업편이 세장형으로 되고 상기 관형 작업편의 외경이 감소하여 복합관 (101) 을 형성하도록, 상기 작업편을 열간 가공하는 단계
   를 포함하고,
   상기 열간 가공하는 단계는 압출을 포함하는, 연결관의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복합관 (101) 은 외경 (φ1), 내경 (φ2) 및 계면 직경 (φ3) 에 의해 규정되는 치수를 갖고, 상기 복합관 (101) 의 제 1 단부 (104) 를 가공하는 단계는, 상기 제 1 단부 (104) 의 계면 직경 (φ3) 이 상기 중간 부분 (105) 의 내경 (φ2) 에 부합하도록 수행되는, 연결관의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 환형 내부 층 (103) 을 제거하는 단계 및 상기 환형 외부 층 (102) 을 제거하는 단계 중 적어도 하나가 절삭 기계가공 및/또는 연마 기계가공 (abrasive machining) 을 포함하는, 연결관의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 외부 나사산 섹션은 상기 환형 베이스 부품의 전체 축선방향 길이를 따라 연장되는, 연결관의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 내부 나사산 섹션 (402) 은 상기 환형 외부 부품 (401) 의 전체 축선방향 길이를 따라 연장되는, 연결관의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 합금은 스테인리스 강 합금, 니켈계 합금, 철 크롬 알루미늄 합금, 탄소강 합금, 지르코늄 합금, 알루미늄 합금, 구리 합금 또는 티타늄 합금으로부터 선택되는, 연결관의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 합금은 상기 제 1 합금과 상이한 조성을 가지며 스테인리스 강 합금, 니켈계 합금, 철 크롬 알루미늄 합금, 탄소강 합금, 지르코늄 합금, 알루미늄 합금, 구리 합금, 또는 티타늄 합금으로부터 선택되는, 연결관의 제조 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 연결관의 제조 방법에 의하여 제조된 상이한 합금들의 2 개의 관들 (8, 9) 을 연결하기 위한 연결관 (1) 으로서,
   상기 연결관 (1) 은 종방향 축선 (A) 을 따라 연장되는 중앙 관통 구멍을 갖고,
   - 제 1 합금의 제 1 단부 (2),
   - 제 2 합금의 제 2 단부 (3), 및
   - 상기 제 1 단부 (2) 와 상기 제 2 단부 (3) 사이에 연장되는 중간 부분 (4) 으로서, 상기 중간 부분 (4) 은 적어도 부분적으로, 상기 제 2 합금이 환형 내부 층 (5) 을 형성하며 또한 상기 제 1 합금이 환형 외부 층 (6) 을 형성하는 이중층이고, 상기 환형 내부 층 (5) 과 상기 환형 외부 층 (6) 사이에 금속 결합이 형성되어 있는, 상기 중간 부분 (4)
   을 포함하고,
   상기 환형 내부 층 (5) 및 상기 환형 외부 층 (6) 쌍방은 상기 환형 내부 층 (5) 과 상기 환형 외부 층 (6) 사이의 계면에 형성된 적어도 하나의 나선형 연장 나사산 (7) 에 의해 기계적으로 인터로킹되고,
   연장 나사산을 갖는 상기 계면은 나사산 섹션들 사이에 형성되는 금속 결합을 또한 갖고,
   상기 제 1 단부 (2) 에서의 내경이 상기 제 2 단부 (3) 에서의 내경과 동일하고,
   상기 중간 부분 (4) 은 각각의 상기 제 1 및 제 2 단부 (2, 3) 보다 더 큰 벽 두께를 갖는, 연결관.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 단부 중 적어도 하나에, 관의 나사산 단부와 나사결합하도록 된 내부 또는 외부 나사산이 제공되는, 연결관.
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