KR20030039102A

KR20030039102A - 용접부가 없는 유체 이송 및 분배용 파이프의 제조방법 및그 제조방법에 의해 제작된 파이프

Info

Publication number: KR20030039102A
Application number: KR1020010070028A
Authority: KR
Inventors: 정규칠
Original assignee: 홍대진
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-17

Abstract

본 발명은 각종 배관 라인을 형성시킴에 있어서 주관에 분기관을 형성하기 위하여 관 연결구를 사용하거나 용접을 일체 하지 않고도 주관에 분기관을 형성시킬 수 있는 공법을 제공하고 또한 본 발명은 본 발명의 공법에 의해 제작된 완성된 다수의 분기관이 피가공 파이프 상에 일체로 형성되어 있는 파이프를 제공하기 위한 것이다.

Description

용접부가 없는 유체 이송 및 분배용 파이프의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제작된 파이프{METHOD OF MANUFACTURE DISTRIBUTION PIPE}

본 발명은 용접부가 없는 유체 이송 및 분배용 파이프의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제작된 파이프에 관한 것이다.

소방 설비, 상수도 설비, 정유 설비, 화학물질 이송 설비 등의 배관 라인은 실로 복잡하게 형성되어 있는데, 이는 많은 숫자의 대형 주관(主管)과 그 주관에서 역시 많은 숫자로 갈라지는 중, 소형 지관(支管)으로 구성된다. 그런데, 배관 설계학적으로 주관의 직경에 비하여 지관의 직경은 작으며 지관은 주관으로부터 거의 직각으로 연결되도록 되어 있다. 한편, 지관은 주관에 형성되어 있는 분기관과 연결되는데 이는 본 발명의 완성된 분기관(12a)을 참고로 하면 쉽게 이해가 될 것이다. 다시 말해서, 지관은 분기관에 용접을 통해 연결되는 것이 대부분이며 간혹 분기관과 나사결합을 통해 연결되기도 한다.

그런데, 주관에 분기관을 형성하기 위한 현재까지의 공법은 다음과 같다. 즉, 각 분기관이 위치하여야 할 곳을 지정한 후 주관을 절단하고 통상의 "T"형 관 연결구의 큰 직경 단부를 절단된 주관의 사이에 위치시킨 다음, 상기 티형 관 연결구를 주관과 용접한다. 그 후 상기 티형 관 연결구에 지관을 직각으로 연결한다(i).

또한 다른 한 공법은, 분기관이 위치하여야 할 곳을 지정하고 그 지정된 포인트에 분기관의 내경과 거의 동일한 외경의 사이즈를 가지는 드릴로 구멍을 뚫은 후 상기 구멍에 분기관을 용접한다. 이어서 지관과 분기관을 연결시킨다(ii).

한편, 상기 (i)의 공법은 6미터 길이(1본)의 주관을 상황에 따라 몇 조각으로 나누어야 하고 나뉜 주관 조각들의 사이사이에 티형 관 연결구가 용접에 의해 일체화되기 때문에 주관에는 많은 용접 부분이 존재하지 않을 수가 없는 것이다. 따라서 각종 배관에 결정적인 문제를 제공하게 된다. 즉, 용접부는 이미 고열이 가해졌기 때문에 주관과 티형 관 연결구의 연결부분(용접 부분)의 재질을 변화시킴과 아울러 용접된 부분을 기준하여 주변 수 센티미터 정도에 이르기까지 피 용접물의 재질의 변화는 물론 재질을 취약하게 하는 단점이 있다. 그리고 직접적인 용접부 및 그 주변은 쉽게 부식이 되는 문제가 있어 용접 후 슬러그를 제거시킨 다음 용접부와 그 주변에 내부식성 도료 등을 발라주게 되는데, 이는 배관의 외부에는 작업이 가능하지만 내부에까지는 거의 작업을 하지 않고 있는 실정인 바, 사실상 협소한 관의 내부에까지 도료를 바르는 작업은 매우 어렵기 때문이다. 그러므로 관의 내부를 이동하는 유체가 약간의 수분이나 산소를 포함하고 있거나 화학물질류 등일 경우에는 상기 배관 안쪽의 용접부는 짧은 시간 안에 부식이 되어 많은 녹 찌꺼기를 발생시키게 된다. 따라서 녹 찌꺼기는 지관을 타고 들어가서 유체의 최종 도달지점에 있는 각종 장치나 설비에 악영향을 끼치게 됨은 물론 유체의 변질이나 유체의 오염을 초래하게 되는 큰 문제가 있는데, 복잡한 배관 구조에 있어서 이러한 용접부는 실로 다량 존재하기 때문에 상술한 문제는 실로 심각한 상황에 놓이게 된다. 이러한 폐단을 다소나마 억제시키기 위하여 배관 라인의 내부를 청소하는 시스템과 장비가 일부 개발되기는 하였으나 상기 시스템과 장비의 사용료나 구입 비용이 너무 고가이고 매우 복잡한 배관 라인의 특성상 효율은 극히 저조하기 때문에 결국 효용성이 크게 평가절하 되어 매우 특별한 경우를 제외하고는 사용되지 않고 있는 실정이다. 따라서 주기적으로 배관 라인을 교체하여야 하고 녹 찌꺼기에 의해 고장이 발생되거나 오작동이 유발되는 장치나 설비를 보수하거나 교체하는 등 실로 비경제적이고 비효율적인 행위를 반복하고 있다. 이에 상기 티형 관 연결구 대신에주물로 제작된 티형 플랜지를 적용, 티형 관 연결구 대신에 사용할 수 있겠으나 이는 제작 단가가 높아서 경제성이 불량하고 무게가 무거워 작업성이 매우 불량함과 함께 주관에 플랜지를 용접하여야 하는 피할 수 없는 문제로 인하여 상기 (i)의 예와 비교하여 볼 때 종합적인 면에서 더 좋지 못하다.

그리고 종래의 이러한 공법(i)은 작업성이 저조하고 용접부 불량의 발생 우려가 높으며, 용접부에 대한 X-ray 검사를 일일이 하여야 하고 이에 따라 보수 작업이 필히 수반되는 등 작업상의 많은 문제를 안고 있으며 많은 인원이 투입되어야 하기 때문에 단가가 상승하는 문제 등 실로 많은 단점이 대두되고 있다.

한편, 상기 (ii)의 공법은 주관(主管)에는 용접부가 존재하지 않지만 분기관과 주관의 연결 부분에는 용접부가 존재하기 때문에 상기 (i)의 공법과 비교하여 볼 때 녹 찌꺼기의 발생량이 다소 적다는 차이 뿐 상기 (ii)의 공법으로부터 비롯되는 문제와 단점, 폐단 역시 상기 (i)의 공법과 큰 차이는 없다.

그리고 관의 크기와 직경이 작은 즉, 가정용 보일러 등의 온수분배 헤드 등은 주물품으로 제작하고 분기관에 나사를 형성시켜 지관을 연결, 사용할 수는 있겠으나 본 발명과 같이 대형의 관과 대규모의 배관 라인 시스템에서 사용되는 파이프류는 주물 공법을 적용하여 대량 생산 및 가공할 수 없다는 점에 유의하여야 할 것이다.

따라서 본 발명은, 각종 배관 라인을 형성시킴에 있어서 주관에 분기관을 형성하기 위하여 관 연결구를 사용하거나 용접을 일체 하지 않고도 주관에 분기관을 형성시킬 수 있는 공법을 제공코저 한다.

또한 본 발명은, 본 발명의 공법에 의해 제작된 완성된 다수의 분기관이 피가공 파이프 상에 일체로 형성되어 있는 파이프를 제공코저 한다.

이를 위하여 본 발명은, 1본의 피가공 파이프 상에 분기관이 형성되어야 할 개소와 형성될 분기관 끼리의 거리를 정한 후 그 개소별로 상기 분기관의 내경 대비 1/3∼1/2의 직경을 가지는 드릴로 각각 구멍을 형성시키는 단계; 상기와 같이 구멍이 형성된 피가공 파이프의 가장 좌측 또는 가장 우측에 있는 구멍의 주변을 토오치로 가열하되 300∼500℃에 이르도록 가열하는 단계; 상기와 같이 가열된 구멍의 주변만 남기고 유압장치를 통해 구멍의 좌우측을 50∼150Kg/cm²의 압력을 가하여 조여주는 단계; 피가공 파이프의 내부를 통과할 수 있고 종중심 상에서 서로 대향하고 있는 2개 1조의 피스톤 로드를 사용하여 파이프의 측면에 설치된 금속 볼 지지대에 놓여져 있는 금속 볼을 그리핑하여 상기 가열된 구멍의 바로 밑쪽으로 이동시켜 머물게 하는 단계; 상기 가열된 구멍의 주변에 원형의 궤적으로 접촉될 수 있는 진공흡입 헤드를 접촉시킴과 동시에 150∼300Kgf/cm²의 진공압을 가하여 가열된 구멍의 바로 아래에 위치하고 있는 금속 볼이 가열된 구멍의 가장자리를 파열시키면서 상승, 구멍을 통과함에 따라 상기 구멍의 가장자리가 상부로 돌출되어 돌출된 분기관(12)이 형성 되도록 하는 단계; 상기 단계를 거쳐 1차적으로 완성된 돌출된 분기관(12)의 상면에 형성되어져 있는 요철을 그라인딩 또는 기계 가공을 하여피가공 파이프의 중심과 직각을 이루면서 수평을 유지할 수 있도록 가공하여 완성된 하나의 분기관(12a)을 만드는 단계; 상기 단계가 종료된 후 피가공 파이프 상에 형성되어 있는 2번째 구멍에 상기 단계를 반복 실시하여 피가공 파이프 상에 원하는 숫자의 완성된 분기관(12a)을 형성시키는 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 금속 볼의 직경은 완성된 분기관에서 요구되는 내경 보다 0.2∼1mm 정도 더 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 한다.

도 1a∼1g까지는 본 발명의 제조공정을 나타낸 참고도.

도 1h는 본 발명의 완성 상태의 파이프를 나타낸 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 피가공 파이프11: 구멍

12: 돌출된 분기관12a: 완성된 분기관

22: 가압 헤드30: 금속 볼

42: 홀더50: 진공흡입 헤드

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 하기의 설명에서는 본 발명을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이다.

도1의 (a)부터 (h)까지는 본 발명의 각 공정별 단계를 나타내고 있으며 본 발명에 사용되는 진공장치, 유압장치, 공압장치 등은 공지의 기술 및 장치이므로 상세히 도시하지 않았다.

다음, 도1의 (a)단계부터 완성 단계까지 본 발명의 실시예를 제시하는 바, 본 발명의 실험에 사용된 피가공 파이프(10)의 외경은 165.24mm이고 두께는 3.5mm이다. 그리고 완성된 분기관(12a)의 내경은 50mm가 되도록 하였고 완성된 분기관(12a)의 가공된 최종 돌출 높이는 20mm가 되도록 하였는데, 상기 피가공 파이프는 현재 가장 많이 사용되고 있는 파이프 중의 하나이다.

먼저 6미터의 길이로 생산되는 1본의 피가공 파이프(10)를 파이프지지대(100) 위에 올리되 피가공 파이프의 저면의 일부 즉, 약 5cm 정도만 얹히도록 하였다. 그 이유는, 후술하는 가압헤드(22)가 피가공 파이프에 최대한 넓은 면적으로 접촉하여 충분히 조일 수 있도록 하기 위함이다. 이어서 피가공 파이프(10) 상에 분기관이 형성되어야 할 개소와 형성될 분기관 끼리의 거리를 정하고 표시를 한 후 그 개소별로 상기 분기관의 내경 대비 1/3∼1/2의 직경을 가지는 드릴로 각각 구멍(11)을 형성시키는 단계를 행하였다. 여기서 상기 드릴의 직경을 한정하는 이유는 즉, 본 발명은 후술하는 금속 볼이 상기 드릴링 된 구멍을 하방에서 상방으로 벌리면서 이동됨에 따라 분기관이 형성되도록 하는 공법이기 때문에 드릴링 된 구멍의 크기가 너무 크면 분기관이 돌출되는 치수가 너무 작아서(돌출된 분기관의 높이가 너무 작아서) 지관과의 연결 작업에 애로가 있으며, 반대로 구멍의 크기가 너무 작으면 금속 볼이 순조롭게 구멍을 벌리면서 이동하기가 어렵기 때문이다. 따라서 본 발명의 다수에 걸친 실험 결과에 의하여 분기관의 내경 대비 드릴링되는 구멍의 치수가 위와 같이 한정된 것이다.

이어서 상기와 같이 구멍(11)이 형성된 피가공 파이프의 가장 좌측 또는 가장 우측에 있는 구멍(11)의 주변을 개스 토오치로 가열하되 300∼500℃에 이르도록 충분히 가열하는 단계를 행하였는데, 금속 볼이 구멍을 벌리면서 쉽게 탈출할 수 있도록 하기 위함이다. 이때 상기의 온도 범위 역시 많은 실험에 의하여 한정된 것인데 300℃ 이하로 가열하면 순조로운 가공이 어렵고 500℃ 이상으로 가열하면 구멍의 가장자리부터 용융될 우려가 있기 때문이었다.

이어서 상기 단계와 같이 충분히 가열된 구멍(11)의 주변만 즉, 구멍의 중심을 기준하여 반경 5cm 정도만 남기고 또한 동시에 파이프 지지대(100)의 파이프 접촉 부분을 남긴 채 도면과 같이 피가공 파이프의 원주를 따라 접촉되는 반원형의 홈이 안쪽으로 형성되어 있는 2개 1조의 가압 헤드(22)를 이용하여 피가공 파이프(10)를 강하게 조여준다. 상기 가압 헤드는 미도시 된 유압장치에 연결되어 있는 피스톤 로드(20)의 끝에 조립되어 있는데, 가압 압력은 50∼150Kg/cm²의 범위 이내가 적당하였다. 이를 다시 설명하면, 상기 가압 헤드는 가열되어 있는 구멍(11)의 주변, 원주 부분을 강하게 조여주기 위함인데 가압 헤드가 피가공 파이프를 이와 같이 조여 주는 순간 도1의 (b)와 같이 구멍(11)의 가장자리(A)는 가압 헤드의 가압 작용에 의해 위로 약간 돌출되며 이는 당연한 이치이다. 물론 상기 가장자리(A)가 위로 약간 돌출 되도록 하지 않고도 본 발명을 실시할 수는 있으나 이와 같이 하는 것이 금속 볼의 구멍(11) 통과 작용에 유리하기 때문이다.

다음, 도1의 (c)와 같이 피가공 파이프의 내부를 통과할 수 있고 종중심 상에서 서로 대향하고 있는 2개 1조의 피스톤 로드(40)를 사용하여 피가공 파이프의 측면에 설치된 금속 볼 지지대(200)에 놓여져 있는 금속 볼(30)을 그리핑하여 도1의 (d)와 같이 상기 가열된 구멍(11)의 바로 밑쪽으로 이동시켜 머물게 하는 단계를 행한다. 이때 상기 피스톤 로드(40)의 끝 부분에는 위의 가압 헤드와 같은 구조를 가지는 홀더(42)가 고정되어 있다.

다음, 도1의 (e)와 같이 상기 가열된 구멍의 주변에 원형의 궤적으로 접촉될 수 있는 진공흡입 헤드(50)의 하방 가장자리를 접촉시킴과 동시에 150∼300Kgf/cm²의 진공압을 가하여 가열된 구멍의 바로 아래에 위치하고 있는 금속 볼(30)을 위로 뽑아 올리도록 한다. 즉, 도1의 (f)와 같이 금속 볼(30)이 가열된 구멍(11)의 가장자리(A)를 파열시키면서 상승, 구멍을 통과함에 따라 상기 구멍의 가장자리가 상부로 돌출되어 돌출된 분기관(12)이 형성 되도록 하는 단계를 행한다. 여기서 상기 진공흡입 헤드(50)는, 도면과 같이 내부는 금속 볼(30)이 충분히 통과될 수 있음과 동시에 도1의 (g)와 같이 돌출된 분기관(12)의 형성 작용에 방해를 하지 않을 수 있는 충분한 공간이 확보되어 있으며, 위쪽은 금속 볼이 필요 이상으로 상승하지 못하도록 좁은 통로를 가지고 있는 구조이다. 한편, 금속 볼을 피가공 파이프의 외부로 뽑아 올리기 위한 진공압은 위와 같이 한정되고 이 역시 실험 결과에 의해 얻어진 것으로 상기의 범위가 적당함을 알 수 있었다.

상기 단계를 거쳐 1차적으로 완성된 돌출된 분기관(12)의 상면에는 구멍의 가장자리가 금속 볼의 상승 및 통과 작용에 의해 벌어지면서 요철이 형성되어 있는데, 그라인딩 또는 기계 가공을 하여 피가공 파이프의 중심과 직각을 이루면서 수평을 유지할 수 있도록 가공하여 완성된 하나의 분기관(12a)을 만드는 단계를 행한다. 여기서 이러한 마무리 단계는 피가공 파이프에 형성되어야 할 분기관이 전부 형성되도록 한 후 일률적으로 가공할 수도 있는데, 이러한 정도는 본 발명의 요부 구성에 아무런 영향을 끼치지 않는 즉, 본 발명 실시자의 재량에 의해 어떠한 방법을 이용하여도 무방할 것이다.

상기 단계가 종료된 후 피가공 파이프 상에 형성되어 있는 2번째 구멍에 상기 단계를 반복 실시하여 피가공 파이프 상에 원하는 숫자의 완성된 분기관(12a)을형성시킴으로서 본 발명은 완성된다.

위와 같이 완성된 분기관(12a)의 내경은 50mm이고 두께는 3.2mm가 됨을 확인하였다. 여기서 완성된 분기관(12a)의 두께가 피가공 파이프에 비하여 0.3mm 감소한 것은 금속 볼이 구멍의 가장자리를 벌리면서 연신작용을 가함과 동시에 확장 시켰기 때문인데, 완성된 분기관(12a)의 위와 같은 두께는 공업규격상 아무런 문제가 없는 정상의 범위 이내이다. 한편, 1차로 돌출된 분기관(12)의 돌출 높이는 22mm이었고 위와 같이 요철제거 작업을 가하여 최종적인 높이가 20mm가 되도록 하였다. 따라서 완성된 분기관(12a)의 외주에 나사를 가공하여 조인트를 조립하고 지관을 나사 결합시켜 사용할 수 있는 데에 아무런 문제가 없었다.

위와 같이 분기관을 형성시킴에 있어서, 금속 볼의 직경은 50.2mm 내지는 51mm 정도의 범위 이내인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 가열된 상태에서 금속 볼의 통과 작용에 의해 벌어지면서 연신된 분기관은 금속 볼이 통과한 직후 약간 수축하는 현상이 있었기 때문이다. 상기의 수치는 피가공 파이프의 재질에 따라 가장 적당한 범위 이내로 조절될 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명은, 직경이 큰 피가공 파이프 상에 최소 하나 이상의 다수 분기관을 용접없이 일체로 형성시킬 수 있는 공법을 제공하는 것으로, 본 발명의 파이프를 사용할 경우 종래와 같이 배관 라인의 용접 연결로 인한 녹 찌꺼기의 발생 때문에 초래되었던 많은 문제와 단점, 폐단을 일시에 해소할 수 있는 특징과함께 종래 대비 매우 저렴한 단가로 대량 생산이 가능하며 불량의 발생이 거의 제로화 될 뿐만 아니라 고품질의 제품을 생산할 수 있어 고부가가치가 창출되는 등 다수의 유용한 효과가 있다.

Claims

1본의 피가공 파이프 상에 분기관이 형성되어야 할 개소와 형성될 분기관 끼리의 거리를 정한 후 그 개소별로 상기 분기관의 내경 대비 1/3∼1/2의 직경을 가지는 드릴로 각각 구멍을 형성시키는 단계;

상기와 같이 구멍이 형성된 피가공 파이프의 가장 좌측 또는 가장 우측에 있는 구멍의 주변을 토오치로 가열하되 300∼500℃에 이르도록 가열하는 단계;

상기와 같이 가열된 구멍의 주변만 남기고 유압장치를 통해 구멍의 좌우측을 50∼150Kg/cm²의 압력을 가하여 조여주는 단계;

피가공 파이프의 내부를 통과할 수 있고 종중심 상에서 서로 대향하고 있는 2개 1조의 피스톤 로드를 사용하여 파이프의 측면에 설치된 금속 볼 지지대에 놓여져 있는 금속 볼을 그리핑하여 상기 가열된 구멍의 바로 밑쪽으로 이동시켜 머물게 하는 단계;

상기 가열된 구멍의 주변에 원형의 궤적으로 접촉될 수 있는 진공흡입 헤드를 접촉시킴과 동시에 150∼300Kgf/cm²의 진공압을 가하여 가열된 구멍의 바로 아래에 위치하고 있는 금속 볼이 가열된 구멍의 가장자리를 파열시키면서 상승, 구멍을 통과함에 따라 상기 구멍의 가장자리가 상부로 돌출되어 돌출된 분기관(12)이 형성 되도록 하는 단계;

상기 단계를 거쳐 1차적으로 완성된 돌출된 분기관(12)의 상면에 형성되어져 있는 요철을 그라인딩 또는 기계 가공을 하여 피가공 파이프의 중심과 직각을 이루면서 수평을 유지할 수 있도록 가공하여 완성된 하나의 분기관(12a)을 만드는 단계;

상기 단계가 종료된 후 피가공 파이프 상에 형성되어 있는 2번째 구멍에 상기 단계를 반복 실시하여 피가공 파이프 상에 원하는 숫자의 완성된 분기관(12a)을 형성시키는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 용접부가 없는 유체 이송 및 분배용 파이프의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 금속 볼의 직경은 완성된 분기관에서 요구되는 내경 보다 0.2∼1mm 정도 더 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 용접부가 없는 유체 이송 및 분배용 파이프의 제조방법.

상기 제1항의 제조단계를 통하여 직경이 큰 피가공 파이프 상에 직경이 작은 다수의 완성된 분기관이 일체로 형성되어져 있는 것을 특징으로 하는 용접부가 없는 유체 이송 및 분배용 파이프.