KR102515291B1

KR102515291B1 - 자력인가 방식에 의한 잔류 자장 제거 방법

Info

Publication number: KR102515291B1
Application number: KR1020220170275A
Authority: KR
Inventors: 이형구; 김연동; 전용재
Original assignee: 이형구; 김연동; 전용재
Priority date: 2022-12-08
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2023-03-29

Abstract

본 발명의 자성에 의한 잔류자성 제거 장치는, 용접할 한 쌍의 배관(10,20) 중 적어도 하나의 단부에 설치된 케이블 가드(30)와, 상기 케이블 가드(30)에 감긴 케이블(40)과, 상기 케이블(40)에 전원을 공급하기 위한 파워소스(50)와, 상기 파워소스(50)에서 상기 케이블(40)로 공급되는 전원을 제어하는 제어기(60)와, 상기 제어기(60)를 조정하기 위한 리모트(70)를 포함하여 구성되며,
상기 케이블 가드(30)는 그 둘레에 손잡이(32)가 마련되어, 상기 케이블 가드(30)를 상기 배관(10,20)에 용이하게 설치하거나 분리할 수 있으며, 또한, 한쪽 배관(10)에 설치된 상기 케이블 가드(30)를 다른 쪽 배관(20)으로 쉽게 이동시킬 수 있으며, 특히, 상기 케이블(40)이 상기 케이블 가드(30)에 10-20회 정도 감겨야 하며, 상기 손잡이(32)를 이용할 경우 상기 케이블 가드(30)를 용이하게 회전시킬 수 있어 케이블(40)의 권취가 용이하며, 배관 용접부의 잔류 자성을 효율적으로 제거하는 효과가 있다.

Description

자력인가 방식에 의한 잔류 자장 제거 방법{Residual magnetic field relief method by magnetic field}

본 발명은 배관 개선면의 가공 시 발생한 자력을 용이하게 제거하여 용접품질을 향상시키고 용착제가 쏠리는 등의 문제를 해결할 수 있으며, 특히 배관의 변형 및 화재의 우려가 없는 잔류 자성 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 대형의 압력용기나 철구조물 등의 설비는, 판상(板狀)의 플레이트와 관상(管狀)의 파이프 등이 서로 용접되어 구성된다.

이러한 용접(welding)은, 통상적으로, 동종(同種) 또는 유사종(類似種)의 금속을 서로 용융시켜 접합한 다음, 이 용접부를 응고시켜 두 재질간의 결속을 강화시키는 공정으로서, 용접을 수행하기 위해서는, 두 재질의 접합 매개체로 이용되는 용접재료와, 각각의 재질을 용융시킬 수 있는 열원과, 상기 용접부가 응고될 때 생성되는 용접결함을 억제시키기 위한 비활성가스 분위기 등이 요구된다.

삭제

용접부 품질을 확보하기 위해서는 용접으로 인한 결함을 방지하고, 용접 재질의 적절한 물성관리가 이루어져야 한다. 용접부 결함은 비파괴검사를 실시하여 철저히 관리되고 있으나, 용접재질의 물성분야는 용접 후열처리에만 의존하고 있는 실정이다. 최근 용접사고 유형은 용접결함으로 인한 손상은 감소하고 있는데 비하여 용접 열영향부와 용접 재질의 물성부적정으로 인한 손상은 계속적으로 발생되고 있다

삭제

본 발명은 배관 자력제거 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 송유관 등의 배관을 용접함에 있어서, 배관 개선면의 가공 시 발생한 자력으로 인하여 용접품질이 저하되고, 자성에 의해 용착제가 쏠리는 등의 문제가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 배관에 열을 가해 자성을 제거하였으나, 배관에 열을 가할 경우 배관 내 존재하는 가연성 가스 등에 의한 화재의 우려가 있으며, 열이 가해지는 부분에 열 변형이 발생할 수 있는 문제가 있었다.

배관에 자력이 형성된 경우, 배관 공사 작업시 선결 과제로서 행해지는 자력 제거 작업을 위해 배관에 형성된 자력을 측정하고 직류전기를 흘려 보냄으로써 배관에 발생된 자력과 반대의 자력을 발생시켜 배관의 자력을 상쇄 또는 제거하는 배관 자력제거 장치에 관한 것이다.

(1) 국내공개특허 제10-2004-0029576호 (2) 국내공개특허 제10-2015-0078722호

배관 개선면의 가공 시 발생한 자력을 용이하게 제거하여 용접품질을 향상시키고 용착제가 쏠리는 등의 문제를 해결하여야 하는 과제가 있다.

상기 잔류 자성 제거 장치는, 용접할 한 쌍의 배관(10,20) 중 적어도 하나의 단부에 설치된 케이블 가드(30)와, 상기 케이블 가드(30)에 감긴 케이블(40)과, 상기 케이블(40)에 전원을 공급하기 위한 파워소스(50)와, 상기 파워소스(50)에서 상기 케이블(40)로 공급되는 전원을 제어하는 제어기(60)와, 상기 제어기(60)를 조정하기 위한 리모트(70)를 포함하는 자력인가 방식에 의하여 잔류 자성을 제거할 필요가 있다.

케이블 가드(30)의 설치만으로 케이블 가드(30)에 감긴 케이블(40)에 +전원과 -전원을 교번하여 인가함으로써 배관(10,20)에 잔류한 자성을 효과적으로 제거할 수 있으며, 또한, 송유관 등의 배관 용접 시 용접품질을 향상시킬 수 있고, 용착제의 쏠림을 방지할 수 있으며, 배관 내에 존재하는 가스 등에 의한 폭발의 우려가 없는 효과가 있다.

도1은 잔류 자성을 제거하기 위한 블록도이다
도2는 케이블 가드에 케이들이 감긴 상태를 나타낸 것이다.

(제1실시예)

본 발명의 일 실시예는, 배관의 잔류 자성을 제거하기 위하여 전류를 인가하여 통전시키는 것이다.

본 발명에서의 전류 인가는 통전소성 현상(electroplasticity effect)을 이용하기 위한 것으로, 소재의 온도 상승에 의한 재결정 등 미세조직의 변화를 목적으로 하는 것이 아니다.

즉, 통전시, 배관에 전류가 인가됨에 따라 저항열에 의한 배관의 온도 상승이 일부 있을 수도 있으나, 열처리(heat treatment)나 핫포밍 또는 웜포밍에 필요한 온도까지는 이르지 않는다. 따라서 본 명세서에서 '상온'이라 함은, 배관의 소재별로 각각 서로 다른 열처리 온도나 핫포밍 온도 또는 웜포밍 온도보다 상대적으로 더 낮은 온도를 가리킨다.

예를 들어, 스틸(steel)의 핫스탬핑(hot stamping) 온도가 930℃ 이상이고, 온간성형의 경우 분위기 가열을 통해 600~900℃까지 가열되는 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 통전시 온도는 300℃ 미만이다.

또한, 알루미늄의 온간성형시 온도가 200~300℃임에 반해 통전 소성 가공시 온도는 200℃ 미만이며, 마그네슘 합금의 온간성형 온도가 300~400℃임에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 통전시 온도는 200℃ 미만에 그친다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전류 인가용 배관은 배관의 폭 방향 양측에 각각 서로 다른 극성을 가지는 전극쌍이 적어도 하나 이상 배치되도록 하여 배관의 폭 방향을 가로질러 전류가 통전되게 하는 것도 가능하나, 바람직하게는 트림부의 두께 방향 상측과 하측에 각각 서로 다른 극성을 가지는 전극쌍이 적어도 하나 이상 배치되도록 하여 이음부의 두께 방향으로 전류가 통전되게 한다.

이는, 배관의 전체 영역에 전류를 통전시킬 필요는 없을 뿐만 아니라, 잔류자성이 생성된 이음부의 주변에 전류를 집중적으로 통전시켜 잔류 자성 제거 효과를 극대화하기 위함이다.

이때, 배관 이음부의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 전극쌍이 서로 이격하여 배치되는 것이 바람직하며, 형상이나 두께 변화에 의해 잔류자성이 집중되는 부분에는 다른 부분에 비해 전극쌍이 밀집하도록 배치되는 것이 바람직하다.

이는, 자성 집중부에 더 많은 전기 에너지가 공급되도록 하기 위함이며, 다른 예로서 자성 집중부 및/또는 그 주변부에 배치된 전극쌍에 다른 전극쌍보다 더 큰 전류가 인가되도록 하거나, 더 오랜 시간동안 전류가 인가되도록 하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명에서 전류는 저항열 발생에 의한 온도 상승과 그에 따른 미세조직의 변화를 목적으로 하는 것이 아니라, 잔류 자장의 제거를 목적으로 하는 것이며, 통전에 따른 저항열 발생에 의해 소재가 재결정 온도 이상의 온도로 가열되면 소재의 물성이 변화될 수 있다.

따라서, 전류는 저항열 발생 방지를 위해 0 초과 3초 미만의 시간동안 전극쌍을 통해 인가되는 것이 바람직하며, 이때의 전류밀도는 5 ~ 100 A/㎟인 것이 바람직하다. 전류밀도가 5 A/㎟ 미만이면 잔류 자성의 제거 효과가 미미하고, 100 A/㎟를 초과하면 소재의 온도 상승에 의해 물성이 변화될 수 있다.

한편, 전류가 펄스 전류의 형태로 인가되는 것도 가능하다. 이때, 펄스 전류의 세기와 주기, 유지 시간은 소재의 종류와 잔류자성의 크기에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 전원공급장치(미도시)와 전극 사이에 설치되는 컨트롤러(미도시)에 의해 제어될 수 있다.

전류의 인가는 각각의 전극을 개별적으로 성형체의 트림부에 하나씩 부착하는 방식으로 수행되는 것도 가능하다.

(제2실시예)

본 발명은 배관의 잔류 자성을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 자성에 의한 잔류 자성 제거 장치는, 용접할 한 쌍의 배관(10,20) 중 적어도 하나의 단부에 설치된 케이블 가드(30)와, 상기 케이블 가드(30)에 감긴 케이블(40)과, 상기 케이블(40)에 전원을 공급하기 위한 파워소스(50)와, 상기 파워소스(50)에서 상기 케이블(40)로 공급되는 전원을 제어하는 제어기(60)와, 상기 제어기(60)를 조정하기 위한 리모트(70)를 포함하여 구성되며,

한편, 상기 케이블 가드(30)는 그 둘레에 손잡이(32)가 마련되어, 상기 케이블 가드(30)를 상기 배관(10,20)에 용이하게 설치하거나 분리할 수 있으며, 또한, 한쪽 배관(10)에 설치된 상기 케이블 가드(30)를 다른 쪽 배관(20)으로 쉽게 이동시킬 수 있으며, 특히, 상기 케이블(40)이 상기 케이블 가드(30)에 약 10회 정도 감겨야 하며, 상기 손잡이(32)를 이용할 경우 상기 케이블 가드(30)를 용이하게 회전시킬 수 있어 케이블(40)의 권취가 용이하다.

본 발명의 자성을 제거하는 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 자성 제거 방법은, 파워소스(50)에서 출력 되는 직류 전류가 인버터 제어기(60)로 입력되어 제어기를 통하여 케이블가드(30)에 부착된 케이블로 출력되어 배관에 잔류 자성을 제거하는 방법이다. 상세한 자성 제거 방법은, 배관에서 측정되는 잔류 자성 값과는 무관하게 시퀀스로 이루어진 5-20개의 프로그램을 자동적으로 일괄 수행하여 자성을 제거 하는 방법이다.

기존의 자성 제거 방법이 일차적으로 자성 제거 후 잔류 자성 값을 측정하여 다시 재 작업 하는 방식이었다면, 본 발명은 기존의 가우스 값 측정 후 자성 제거 작업을 하고 재측정 하는 방식을 탈피하여 5-20개의 프로그램 연속 수행만으로 잔류 자성 값이 사용자 요구치 이하로 떨어지며 또한 재 작업이 필요 없어, 시간과 장비의 추가 구성 없이 안정적이고 일괄적으로 잔류 자성을 제거할 수 있다.

잔류 자성 제거 루프를 참조하여 자속인가에 의한 잔류 자성 제거 방법은

자속인가에 의한 잔류 자성 제거 시스템은 자기장발생부에 공급되는 전원을 ON /OFF하여 자기장 발생을 제어하는 제어기(60, Controller); DC 전원을 공급하기 위한 파워소스(50, power source); 케이블(40)이 감긴 케이블 가드(30);로 구성된 잔류자성 제거 시스템에서,

상기 제어부(60)는 자기장을 발생시키는 자기장발생부의 전원을 ON/OFF하면서 제어한다.

여기에서 듀티사이클은 전류인가 시간을 주기로 나눈 값을 퍼센티지로 나타낸 값이다. 가령, 전류인가 시간이 2초이고, 주기가 4초(펄스인가 간극)인 경우, 듀티사이클은 50%이다.

(1) 상기 전원소스에서 전류 300-350A, 전압 25VDC로 펄스폭 3초, 듀티사이클(Duty Cycle) 20-70%로, 10-20회 펄스를 인가하는 제1단계;

(2) 상기 전원소스에서 전류 200-275A, 전압 22-24VDC로 펄스폭 2-3초, 듀티사이클(Duty Cycle) 20-70%로, 10-20회 펄스를 인가하는 제2단계;

(3) 상기 전원소스에서 전류 100-185A, 전압 15-21VDC로 펄스폭 2-3초, 듀티사이클(Duty Cycle) 20-70%로, 15-25회 펄스를 인가하는 제3단계;

(4) 상기 전원소스에서 전류 30-80A, 전압 10-13VDC로 펄스폭 1-2초, 듀티사이클(Duty Cycle) 20-70%로, 15-25회 펄스를 인가하는 제4단계;

상기 제1단계에서 제4단계를 5-20회 반복하는 경우, 잔류 자성 제거 효과가 있는 것입니다.

상기 사이클 횟수, 전압, 전류, 펄스폭, 듀티사이클은 전류자성의 양, 재질, 주위온도, 습도에 따라 조절하며, 이는 경험적으로 당해 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 조절하여, 전류 자성 제거 효과를 극대화할 수 있을 것이다.

10,20 용접할 한 쌍의 배관
30 하나의 단부에 설치된 케이블 가드
40 케이블
50 파워소스
60 제어기
70 리모트

Claims

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자기장 발생부에 공급되는 전원을 ON /OFF하여 자기장 발생을 제어하는 제어기(60); DC 전원을 공급하기 위한 파워소스(50); 케이블(40)이 감긴 케이블 가드(30);로 구성된 잔류 자장 제거 시스템의 잔류 자장 제거방법에 있어서,

(1) 상기 파워소스(50)에서 전류 300-350A, 전압 25VDC로 펄스폭 3초, 듀티사이클 20-70%로, 10-20회 펄스를 인가하는 제1단계;
(2) 상기 파워소스(50)에서 전류 200-275A, 전압 22-24VDC로 펄스폭 2-3초, 듀티사이클 20-70%로, 10-20회 펄스를 인가하는 제2단계;
(3) 상기 파워소스(50)에서 전류 100-185A, 전압 15-21VDC로 펄스폭 2-3초, 듀티사이클 20-70%로, 15-25회 펄스를 인가하는 제3단계;
(4) 상기 파워소스(50)에서 전류 30-80A, 전압 10-13VDC로 펄스폭 1-2초, 듀티사이클 20-70%로, 15-25회 펄스를 인가하는 제4단계;를 수행하며
상기 제1단계에서 제4단계를 5-20회 반복하는 것을 포함하는 자속인가에 의한 잔류자장 제거방법.