KR102435112B1 - 고온인장시험용 시험편 그립 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단면이 원형인 시험편을 나사결합으로 그립에 고정 후 고온환경에서 장시간 동안 인장시험이 이루어진 후 그립의 분할구조를 통해 시험편을 간편하게 분리하여 가공이 어렵고 가격이 높은 소재의 그립을 손상 없이 재사용할 수 있도록 하는 고온인장시험용 시험편 그립에 관한 것이다.

Description

고온인장시험용 시험편 그립 {sample grip of high temperature tensile test}
본 발명은 금속 시험편의 고온인장시험시 고정하는 그립에 관한 것으로, 자세하게는 단면이 원형인 시험편을 나사결합으로 그립에 고정 후 고온환경에서 장시간 동안 인장시험이 이루어진 후 그립의 분할구조를 통해 시험편을 간편하게 분리하여 가공이 어렵고 가격이 높은 소재의 그립을 손상 없이 재사용할 수 있도록 하는 고온인장시험용 시험편 그립에 관한 것이다.
고온인장시험은, 금속재료의 고온환경에서의 인장특성을 평가하기 위한 실험으로 한 쌍의 그립을 사용하여 봉 형상의 시험편 양끝 부분을 고정한 상태에서 고온의 노 내에서 가열하면서 시험편의 인장시험을 진행한다.
즉 봉 형상의 시험편 양단부에는 수나사부를 가공하고, 한 쌍의 그립에는 대응하는 암나사부를 각각 형성하며, 봉 형상의 시험편을 양끝에서 잡아당겨 노내에서 고온 인장 및 크리프 시험이 수행된다.
시험편의 재질 및 특성에 따라 시험조건이 상이하나, 900 ~ 1000℃의 온도조건에서 한 달 동안 비교적 긴 시간 시험이 이루어지는 경우도 있으며, 이와 같이 장시간 고온에서의 시험 후에는 시험편과 그립이 고착되는 현상이 발생하게 된다.
고온인장시험을 위한 그립은 장시간 고온에 노출되더라도 변형이 적은 특수한 소재를 사용하여 제작됨에 따라 정밀한 가공이 어려울 뿐 아니라 그 가격도 매우 비싸나, 수나사부가 형성된 시험편이 그립의 암나사부에 결합된 상태에서 이러한 고착발생시 시험편 분리과정에서 부득이하게 그립에 손상이 발생할 수밖에 없었다.
이는 결국 그립 교체에 따른 적지않은 비용의 낭비를 초래할 뿐 아니라 그립 손상 없이 시험편을 제거하기 위한 많은 시간과 노력이 소요시켜 작업성을 크게 저해하는 문제로 이어졌다.
대한민국 등록특허 제10-0415630호(2004.01.06)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 단면이 원형인 시험편을 나사결합으로 그립에 고정 후 고온환경에서 장시간 동안 인장시험 후 시험편과 그립의 고착시 그립의 분리 구조를 통해 시험편을 간편하게 분리하며 그립의 손상을 방지할 수 있는 고온인장시험용 시험편 그립을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 한쪽으로는 수나사부가 형성된 봉 형상의 시험편이 삽입 및 체결되는 암나사부를 갖는 제1결합부가 형성되고, 다른 쪽으로 인장시험장치에 결합을 위한 제2결합부가 형성되는 시험편 그립에 있어서, 시험편이 삽입되는 방향으로 형성되어 상기 제1결합부를 2개로 분할하되 제1결합부의 끝 부분에서 외측으로 형성된 절개부를 기준으로 상기 제2결합부와 일체로 형성되는 메인몸체; 상기 절개부를 통해 상기 메인몸체와 분리되는 분리몸체; 상기 메인몸체 및 분리몸체가 결합된 상태에서 임시로 고정하는 체결수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 체결수단은, 상기 제1결합부 측면으로 상기 메인몸체 및 분리몸체가 결합된 상태에서 동시에 관통하도록 형성된 복수의 관통부와, 상기 관통부를 통과하여 체결되는 볼트 및 너트로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 볼트는 상기 관통부를 통과한 상태에서 노출되는 끝 부분을 포함하는 일부에만 수나사부가 형성되되, 너트가 체결되는 경계부분에는 외측에서 가해지는 충격을 통해 파단을 유도하는 노치부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 볼트는 상기 메인몸체 및 분리몸체의 열팽창계수 대비 상대적으로 높은 열팽창계수를 갖는 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 메인몸체 및 분리몸체의 결합상태에서 그 외측 단면이 원형으로 이루어지며, 상기 체결수단은, 상기 메인몸체 및 분리몸체의 결합상태에서 한쪽 외측으로 씌워지되 중앙에 시험편이 통과하는 개구부가 형성된 캡으로 이루어질 수 있다.
본 발명을 통해 단면이 원형인 금속 시험편을 고온 환경에서 장시간 인장시험을 진행시 나사결합으로 시험편과 그립이 고착되더라도 그립의 분리를 통해 시험편을 그립으로부터 쉽게 분리할 수 있다.
이를 통해 가공이 어렵고 가격이 높은 소재의 그립을 손상 없이 재사용할 수 있으며, 시험편 분리를 위한 시간 및 공수를 절감하며 작업성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외형을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분리구조를 나타낸 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 외부구조를 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내부구조를 나타낸 측단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부구조를 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내부구조를 나타낸 정단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부구조를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 고온인장시험용 시험편 그립의 구조를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외형을 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분리구조를 나타낸 분해 사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 외부구조를 나타낸 평면도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내부구조를 나타낸 측단면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부구조를 나타낸 정면도, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내부구조를 나타낸 정단면도이다.
본 발명은 기본적으로 한쪽으로는 수나사부가 형성된 봉 형상의 시험편(200)이 삽입 및 체결되는 암나사부를 갖는 제1결합부(130)가 형성되고, 다른 쪽으로 인장시험장치에 결합을 위한 제2결합부(140)가 형성된다.
이때 제2결합부(140)는 상용의 고온인장시험장치에 맞춰 제작되는 부분으로 종래의 고온인장시험에서 사용되던 공지의 방식이 적용될 수 있음에 따라 본 발명에서는 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
실질적으로 봉 형상의 시험편(200)의 양끝 부분을 잡아당겨 인장시험이 이루어짐에 따라 시험편 양끝 부분에 각각 수나사부를 형성하므로, 본 발명에 따른 시험편 그립은 한 쌍이 대칭을 이루며 시험편의 양끝 부분에 체결됨과 동시에 인장시험장치에 연결된 상태로 고온의 노에 투입된다.
앞서 언급한 바와 같이 온도조건은 900 ~ 1000℃ 수준에서도 장시간 동안 그립의 변형이 없어야 함에 따라 이에 적합한 소재로 그립을 제작하게 되며, 본 발명에서 재질을 구체적으로 한정하지 않으나 인코넬(inconel)과 같은 내열, 내식 특성이 뛰어난 금속으로 제작되는 것이 바람직하다.
통상 상기 시험편(200)의 수나사부를 제1결합부(130)의 암나사부에 결합함으로 시험편을 그립에 쉽게 결합할 수 있으나 고온에서 장시간 동안의 시험과정에서 수나사부와 암나사부의 고착이 발생함에 따라 분리가 쉽게 이루어지지 않게 된다.
이에 본 발명에서는 시험편(200)이 결합되는 그립을 2 분할하여 고착된 상태의 시험편을 쉽게 분리할 수 있도록 함과 동시에 고가의 소재로 이루어진 그립의 손상도 방지하도록 한다.
구체적으로 상기 제1결합부(130)는 시험편(200)이 삽입되는 방향으로 측면을 따라 절개부(150)가 형성되어 상기 제1결합부(130)를 상하 방향으로 2 분할할 수 있도록 구성되며 제1결합부(130)의 끝 부분에서 외측으로 절개부(150)를 연장하며, 절개부(150)를 기준으로 전체 그립이 2개로 분할될 수 있도록 구성한다.
본 발명에서는 상기 절개부(150)를 기준으로 하여 상기 제2결합부(140)와 일체로 형성되는 부분이 메인몸체(110)가 되고, 상기 절개부(150)를 통해 상기 메인몸체(110)와 분리되는 부분을 분리몸체(120)가 된다.
이와 같이 그립을 메인몸체(110)와 분리몸체(120)로 분할 가능하도록 제작함에 있어 중요한 것이 메인몸체(110)와 분리몸체(120)가 각각 제작된 상태에서 이를 합쳐 제1결합부(130)를 가공하는 것이다.
즉 일체로 제작된 그립에 제1결합부 및 암나사부를 가공한 후 절개부를 형성하는 경우 암나사부에 공차가 발생하며 시험편의 결합이 용이치 않게 된다.
따라서 본 발명에서는 일체로 제작된 그립에 먼저 절개부(150)를 형성하여 메인몸체(110)와 분리몸체(120)로 분할 구조를 형성한 후 이를 결합한 상태에서 제1결합부(130) 및 암나사부를 가공하여 암나사부에 공차가 발생하지 않고 시험편이 견고하게 결합될 수 있도록 한다.
이와 같이 그립이 메인몸체(110)와 분리몸체(120)로 분리되는 구조에서, 고온 인장시험 중에 시험편이 이탈하지 않도록 메인몸체(110)와 분리몸체(120)가 결합된 상태를 견고히 유지해야 하므로, 상기 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)가 결합된 상태에서 임시로 고정할 수 있는 체결수단(160)이 구비된다.
즉 상기 체결수단(160)은 고온 인장시험 중에는 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)를 견고하게 결합 및 고정하면서도, 고온 인장시험 후에는 어렵지 않게 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)를 분리시킬 수 있어야 하며, 다양한 방식을 통해 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)가 결합된 상태로 임시고정할 수 있으나 본 발명의 실시예에서는 두 가지 방식을 적용할 수 있다.
먼저, 볼트(152) 및 너트(164)를 이용하는 방식으로, 상기 체결수단(160)은 상기 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)가 결합된 상태에서 상기 제1결합부(130) 측면으로 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)를 동시에 관통하도록 형성된 복수의 관통부(161)와, 상기 관통부(161)를 통과하여 체결되는 볼트(152) 및 너트(164)로 이루어질 수 있다.
이때 상기 관통부(161)는 짝수의 쌍으로 구성하여 더욱 견고하게 메인몸체(110)와 분리몸체(120)를 체결할 수 있으며, 바람직하게는 첨부된 도 3과 같이 제1결합부(130) 측면으로 서로 대칭을 이루면서 동일한 간격을 갖도록 4개의 관통부(161)를 구성할 수 있다.
이때 상기 볼트(152)는 메인몸체(110)와 분리몸체(120)가 결합된 상태의 길이에 맞추어 볼트 머리 부분으로부터 반대쪽 끝 부분이 관통부(161)를 관통하여 충분히 노출될 수 있는 길이로 구성되며, 상기 관통부(161)를 통과한 상태에서 노출되는 끝 부분을 포함하는 일부에만 수나사부를 형성하여 체결 및 분리시 관통부(161) 내측에 저항 없이 쉽게 드나들 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
이때 앞서 언급한 바와 같이 장시간 고온에서 노출됨에 따라 시험편(200)의 수나사부가 제1결합부(130)의 암나사부에 고착되는 것과 같이 상기 볼트(152) 및 너트(164) 또한 고착이 이루어지게 됨에 따라, 시험 종료 후 볼트(152) 및 너트(164)를 해체하는 과정에 어려움을 겪을 수 있다.
이에 볼트(152) 및 너트(164)를 분리하는 과정에서 그립이 손상되지 않도록 비교적 저렴한 가격의 볼트(152)를 파단시키고 분리몸체(120)를 메인몸체(110)로부터 분리시키는 것이 시간 및 공정상 유리하다. 이를 위해 앞서 언급한 바와 같이 상기 볼트(152)는 상기 관통부(161)를 통과한 상태에서 노출되는 끝 부분을 포함하는 일부에만 수나사부를 형성함과 더불어 너트(164)가 체결되는 경계부분에는 외측에서 가해지는 충격을 통해 파단을 유도하는 'V'자 홈 형태의 노치부(163)를 형성하는 것이 바람직하다.
즉 시험 종료 후 너트(164)가 볼트(152)로부터 쉽게 분리되지 않을 시, 너트(164) 측에 충격을 가함에 따라 상기 노치부(163)를 따라 볼트(152)를 파단시켜 쉽게 분리가 이루어질 수 있다.
더불어 상기 볼트(152)는 상기 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)의 열팽창계수 대비 상대적으로 높은 열팽창계수를 갖는 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 즉 메인몸체(110)와 분리몸체(120)의 견고한 결합은 볼트 및 너트를 통해 이루어지므로 이와 같이 열팽창계수가 다른 재질을 사용함으로 더욱 견고한 고정뿐 아니라 실험 후 냉각을 거쳐 분리 또한 용이하게 이루어질 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)가 인코넬로 이루어짐에 따라 상기 볼트는 서스 재질로 구성하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부구조를 나타낸 사시도로서, 상기 결합수단를 캡 구조로 적용한 다른 예를 나타내고 있다.
이를 위해서 상기 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)의 결합상태에서 그 외측 단면이 원형으로 구성되며, 상기 체결수단은 상기 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)의 결합상태에서 한쪽 외측으로 씌워지되 중앙에 시험편(200)이 통과하는 개구부(166)가 형성된 캡(165)으로 이루어지게 된다. 즉 상기 캡(165)이 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)가 결합된 상태에서 외부를 감싸며 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)가 벌어지지 않도록 하는 것으로, 볼트 및 너트 없이 캡(165)만 사용하여 체결수단을 구성할 수도 있으며, 상기 캡이 볼트 및 너트를 수용할 수 있는 형상으로 이루어져 볼트와 너트를 통해 메인몸체 및 분리몸체를 결합한 상태에서 캡을 씌워 2중 방식으로 메인몸체 및 분리몸체의 고정이 이루어질 수도 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
110: 메인몸체 120: 분리몸체
130: 제1결합부 140: 제2결합부
150: 절개부 160: 체결수단
161: 관통부 162: 볼트
163: 노치부 164: 너트
165: 캡 166: 개구부
200: 시험편

Claims (5)

  1. 한쪽으로는 수나사부가 형성된 봉 형상의 시험편(200)이 삽입 및 체결되는 암나사부를 갖는 제1결합부(130)가 형성되고, 다른 쪽으로 인장시험장치에 결합을 위한 제2결합부(140)가 형성되는 시험편 그립에 있어서,
    시험편(200)이 삽입되는 방향으로 형성되어 상기 제1결합부(130)를 2개로 분할하되 제1결합부(130)의 끝 부분에서 외측으로 형성된 절개부(150)를 기준으로 상기 제2결합부(140)와 일체로 형성되는 메인몸체(110);
    상기 절개부(150)를 통해 상기 메인몸체(110)와 분리되는 분리몸체(120);
    상기 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)가 결합된 상태에서 임시로 고정하되, 상기 제1결합부 측면으로 상기 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)가 결합된 상태에서 동시에 관통하고 제1결합부(130) 측면으로 서로 대칭을 이루면서 동일한 간격을 갖도록 형성된 4개의 관통부(161)와, 상기 관통부를 통과하여 체결되는 볼트(152) 및 너트(164)로 구성되는 체결수단(160); 으로 이루어지며,
    상기 볼트(152)는 상기 관통부(161)를 통과한 상태에서 노출되는 끝 부분을 포함하는 일부에만 수나사부가 형성되되 인코넬 재질로 이루어지는 상기 메인몸체(110) 및 분리몸체(120)의 열팽창계수 대비 상대적으로 높은 열팽창계수를 갖는 서스 재질로 구성되고 상기 너트(164)가 체결되는 경계부분에는 외측에서 가해지는 충격을 통해 파단을 유도하는 'V'자 홈 형태의 노치부(163)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고온인장시험용 시험편 그립.
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