KR20080073084A - Apparatus and method for testing thermal fatigue properties - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 열피로 시험장치를 대략적으로 나타낸 도면.1 is a view schematically showing a conventional thermal fatigue test apparatus.
도 2는 본 발명에 따른 열피로 시험장치를 나타낸 측면도.Figure 2 is a side view showing a thermal fatigue test apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 열피로 시험장치의 사용상태를 나타낸 측면도.Figure 3 is a side view showing a state of use of the thermal fatigue test apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 열전도체를 나타낸 저면 사시도.Figure 4 is a bottom perspective view showing a thermal conductor according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 열전도체의 다른 실시예를 나타낸 사시도.5 is a perspective view showing another embodiment of the thermal conductor according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 열피로 시험방법을 나타낸 흐름도.6 is a flow chart showing a thermal fatigue test method according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 가열부 110 : 발열체100: heating unit 110: heating element
120 : 가열로 130 : APM튜브관120: heating furnace 130: APM tube tube
140 : 상부 단열플러그 150 : 하부 단열플러그140: upper insulation plug 150: lower insulation plug
160 : 케이스 170 : 열전대160: case 170: thermocouple
200 : 냉각부 210 : 열전도체200: cooling unit 210: thermal conductor
230 : 시험편 홀더 240 : 제1 마감편230: test piece holder 240: first finishing piece
250 : 제2 마감편250: second finishing piece
300 : 이송장치 310 : 구동모터300: feeder 310: drive motor
320 : 기어부 320: gear unit
400 : 압축공기분사장치400: compressed air jet device
본 발명은 열피로 시험장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가열 및 냉각을 반복적으로 경험하는 시험편에 대한 열피로 특성을 시험하는 열피로 시험장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal fatigue test apparatus and method, and more particularly to a thermal fatigue test apparatus and method for testing the thermal fatigue properties for a test piece that repeatedly experiences heating and cooling.
일반적으로 1,100℃ 이상에서 운전되는 가스터빈 발전의 고온부품은 고온, 고압의 연소가스에 노출되며, 분당 3,600회의 회전에 의해 기계적인 응력도 받는 환경에서 사용되고 있다. Generally, high temperature parts of gas turbine power generation operated at 1,100 ° C or higher are exposed to high temperature and high pressure combustion gases, and are used in an environment that is subjected to mechanical stress by 3,600 revolutions per minute.
특히, 가스터빈 발전은 매일 기동과 정지를 반복하면서 운전되기 때문에 고온부품은 가열과 냉각이 반복되어 원래의 재료적인 특성이 보다 빨리 저하되기 마련이다. In particular, since gas turbine power generation is operated by repeating start and stop every day, high-temperature parts are repeatedly heated and cooled, and the original material properties are degraded more quickly.
이와 같이 고온부품이 빨리 저하되는 것을 방지하기 위해 보다 나은 재질과 표면처리법이 개발되어 적용되고 있으며, 이렇게 개발된 재질 또는 표면처리된 부품은 실제 가스터빈 발전에 적용되기 전에 미리 시험을 거쳐 안전성이 증명되어야 한다. As such, better materials and surface treatments have been developed and applied to prevent high-temperature components from deteriorating quickly. These materials or surface-treated components have been tested in advance before being applied to actual gas turbine power generation to prove their safety. Should be.
여기에 필수적인 여러 시험 중의 하나가 바로 열 싸이클 시험이다.One of the many tests necessary for this is the thermal cycle test.
즉, 열 싸이클 시험은 실험실에서 열피로 시험기 또는 열인장 시험기 등을 이용하거나 고온으로 유지시킨 로에 사람이 직접 시편을 넣었다가 일정시간 후 꺼내어 다시 냉각하는 과정을 반복하여 수행되어 왔다.That is, the thermal cycle test has been repeatedly performed by using a thermal fatigue tester or a thermal tensile tester in a laboratory, or by directly inserting a specimen into a furnace kept at a high temperature, and then removing it and cooling it again after a certain time.
그러나, 이러한 열피로 및 인장 시험은 실제 가스터빈 운전 온도에서 시험하기가 어려우며, 여러 시편을 동일 조건에서 시험하는 것이 거의 불가능할 뿐만 아니라 급속 냉각이 곤란하다는 단점이 있었다.However, these thermal fatigue and tensile tests are difficult to test at the actual gas turbine operating temperature, and it is not only impossible to test several specimens under the same conditions, but also has a disadvantage in that rapid cooling is difficult.
더욱이, 장비 운영자가 수시로 시험 진행상황을 확인해야 하는 번거로움이 있었다.Moreover, there was a hassle for equipment operators to check the test progress from time to time.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록실용신안 제20-0406102호의 "열피로 시험장치"가 개시된바 있다.In order to solve the above problems, the "thermal fatigue test apparatus" of the Republic of Korea Utility Model Registration No. 20-0406102 has been disclosed.
종래의 열피로 시험장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 가스터빈 발전에 사용되는 고온부품의 시편에 대한 열피로 강도를 측정하는 것으로, 시편(미도시)을 고온으로 가열하는 튜브 로(1)와, 가열된 시편을 상온으로 급냉하는 냉각부, 시편을 장착하여 상기 튜브 로(1) 또는 냉각부로 이송하는 시편 이송수단 및 상기 튜브 로(1)와 냉각부의 온도, 시간 및 반복횟수를 제어하는 제어부를 포함한다.The conventional thermal fatigue test apparatus, as shown in Figure 1, by measuring the thermal fatigue strength for the specimen of the high-temperature components used in the gas turbine power generation, the tube furnace (1) for heating the specimen (not shown) to a high temperature And a cooling unit for quenching the heated specimen to room temperature, and a specimen transfer means for mounting the specimen to the
그리고, 시편 이송수단은 시편을 장착하여 상기 튜브 로(1) 또는 냉각부로 이송하는 시편 장착부(7) 및 상기 시편 장착부(7)를 구동하는 에어 실린더(5)를 포함한다.In addition, the specimen conveying means includes a specimen mounting portion 7 for mounting the specimen and transporting it to the
또한, 냉각부는 공기압축기(3)와 압축공기 분사노즐(4)을 포함한다.The cooling unit also includes an
즉, 종래의 열피로 시험장치는 시편 장착부(7)의 장착홀에 6개의 시편을 동시에 장착한 후, 제어판(8)의 전진 스위치를 가동하여 에어 실린더(5)를 구동하고, 시편 장착부(7)를 상기 석영관(2) 내부로 반입한다. That is, in the conventional thermal fatigue test apparatus, the six specimens are simultaneously mounted in the mounting holes of the specimen mounting portion 7, and then the air cylinder 5 is driven by operating the forward switch of the
이 상태에서 필요에 따라 설정된 온도 및 시간 동안 상기 시편을 고온으로 유지하고, 설정된 시간이 지나면 다시 시편 장착부(7)를 반출하여 공기압축기(3)d에연결된 압축공기 분사노즐(4)의 하부로 이송한다. In this state, the specimen is kept at a high temperature for a set temperature and time as needed, and after the set time has elapsed, the specimen mounting portion 7 is again taken out to the lower portion of the compressed
이 상태에서 압축공기를 분사하여 상온으로 급속 냉각하고, 이와 같이 가열 및 냉각을 1 싸이클로 하여 필요한 싸이클 만큼 반복시험할 수 있다.In this state, compressed air is injected and rapidly cooled to room temperature. Thus, the test can be repeated for as many cycles as necessary with one cycle of heating and cooling.
상기와 같은 시험을 통해 고온 부품의 시편에 대한 열피로 강도를 자동으로 시험할 수 있으며, 열피로 시험의 온도와 시간 및 반복 횟수 등을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에 시험의 신뢰도를 높일 수 있다.Through the above test, the thermal fatigue strength of the specimen of the high temperature component can be automatically tested, and the temperature, time, and number of repetitions of the thermal fatigue test can be freely set, thereby increasing the reliability of the test.
그러나, 종래의 열피로 시험장치는 시험편 두께에 걸쳐 동일한 온도로 가열이 되므로 열피로 파단 시까지 소요되는 시간이 길어지게 되어 시험의 효율성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.However, since the conventional thermal fatigue test apparatus is heated at the same temperature across the thickness of the test piece, the time required until the fracture of the thermal fatigue becomes long, and thus the efficiency of the test is greatly reduced.
더욱이, 종래의 열피로 시험장치는 열피로 시험시, 열원으로서 레이저나 화염을 이용하여 코팅층을 직접 가열하고, 시험편의 반대쪽은 압축공기를 분사하거나 냉각수가 순환하는 블록을 접촉시켜 냉각시킴으로써 온도구배의 적용이 가능하지만, 화염의 온도 및 위치를 제어 및 조정하기 어렵고 장치의 제작 및 실험에 소요되는 비용이 고가인 단점이 있었다.Furthermore, in the conventional thermal fatigue test apparatus, during the thermal fatigue test, the coating layer is directly heated using a laser or a flame as a heat source, and the opposite side of the specimen is cooled by spraying compressed air or by contacting a block in which cooling water circulates to cool. Although it is possible to apply, there are disadvantages in that it is difficult to control and adjust the temperature and position of the flame, and the cost of manufacturing and testing the device is expensive.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 열피로 시험시 열원으로서 화염 및 레이저를 이용하지 않고 발열체가 설치된 가열로를 이용한 고온환경을 통해 시험편의 코팅층을 가열함으로써 온도제어 및 조정이 용이하며, 더불어 장치의 제작비용을 크게 절감할 수 있는 열피로 시험장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, the temperature control by heating the coating layer of the test piece through a high-temperature environment using a heating furnace is installed without a flame and a laser as a heat source when the thermal fatigue test It is to provide a thermal fatigue test apparatus that can be easily adjusted and can greatly reduce the manufacturing cost of the apparatus.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열피로 시험장치는 시험편을 고온으로 가열하는 가열부, 시험편이 장착되며 상기 가열부에 의해 가열된 시험편을 냉각하는 냉각부, 시험편이 장착된 상기 냉각부를 상기 가열부 내에 반입 또는 인출하는 이송장치를 포함하며, 상기 가열부는 적어도 하나 이상의 발열체, 내주면을 따라 상기 발열체가 설치되는 가열로, 상기 가열로 내에 설치되는 APM(Asphalt Protected Metal)튜브관으로 구비되는 것을 특징으로 한다.The thermal fatigue test apparatus of the present invention for achieving the above object is a heating unit for heating the test piece to a high temperature, a cooling unit for mounting the test piece and cooling the test piece heated by the heating unit, the cooling unit is mounted It includes a transfer device to be carried in or out of the heating unit, wherein the heating unit is provided with at least one heating element, a heating furnace in which the heating element is installed along the inner circumferential surface, ASP (Asphalt Protected Metal) tube tube is installed in the heating furnace It is characterized by.
상기 가열부는 상기 APM튜브관의 상면과 하면에 결합되어 열손실을 방지하는 상부 및 하부 단열플러그, 상기 하부 단열 플러그의 상면에 형성되어 냉각부를 반입하거나 인출하는 이송홀, 상기 가열로의 주면을 감싸는 형태로 설치되어 APM튜브관을 고정하는 케이스를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The heating unit is coupled to the upper and lower surfaces of the APM tube tube to prevent heat loss, the upper and lower insulation plugs, the transfer hole is formed on the upper surface of the lower insulation plug to carry in or withdraw the cooling unit, surrounding the main surface of the heating furnace It is characterized in that it is further provided with a case which is installed in the form to fix the APM tube tube.
또한, 상기 가열부는 발열체에 의해 가열된 가열로의 내부온도를 감지하기 위해 가열로 내부에 설치되는 열전대(R type thermocouple)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the heating unit is characterized in that it further comprises a thermocouple (R type thermocouple) which is installed inside the furnace to sense the internal temperature of the furnace heated by the heating element.
상기 냉각부는 상기 가열부에 의해 가열된 시험편의 하부를 상온으로 냉각하는 열전도체, 상기 열전도체를 순환되는 공기를 통해 냉각하는 냉각부재로 구비되는 것을 특징으로 한다.The cooling unit is characterized in that it is provided with a heat conductor for cooling the lower portion of the test piece heated by the heating unit to room temperature, the cooling member for cooling the heat conductor through the air circulated.
상기 냉각부재는 순환되는 공기를 통해 상기 열전도체를 냉각하는 공기 공급관 및 회수관이 형성된 공기튜브, 상기 공기튜브의 공기 공급관 및 회수관에 공기를 공급하거나 회수하는 공기컨트롤러, 상기 공기튜브와 열전도체를 연결하는 소켓으로 구비되는 것을 특징으로 한다.The cooling member includes an air tube having an air supply pipe and a recovery pipe for cooling the heat conductor through air circulated, an air controller for supplying or recovering air to the air supply pipe and the recovery pipe of the air tube, and the air tube and the heat conductor. Characterized in that it is provided with a socket for connecting.
또한, 상기 냉각부재는 상기 공기튜브의 외주면을 감싸도록 상기 공기튜브의 외측에 결합되는 내열관을 더 구비하며, 상기 내열관과 상기 소켓은 인코넬(Inconel)로 제작되는 것을 특징으로 한다.In addition, the cooling member further includes a heat-resistant tube coupled to the outside of the air tube to surround the outer circumferential surface of the air tube, the heat-resistant tube and the socket is characterized in that it is made of Inconel.
상기 열전도체는 상면에 시험편이 장착되는 장착부, 상기 장착부의 저면에 형성되어 상기 소켓이 결합되는 결합부, 상기 결합부의 저면에 형성되는 방열부로 구비되는 것을 특징으로 한다.The thermal conductor is characterized in that it is provided with a mounting portion for mounting the test piece on the upper surface, the coupling portion is formed on the bottom surface of the mounting portion is coupled to the socket, the heat dissipation portion formed on the bottom surface of the coupling portion.
상기 방열부는 상기 결합부의 저면에 형성되는 차단홈, 상기 차단홈 내에서 돌출 형성되는 다수개의 방열핀으로 구비되는 것을 특징으로 한다.The heat dissipation portion is characterized in that it is provided with a plurality of heat dissipation fins protruding from the blocking groove formed on the bottom of the coupling portion, the blocking groove.
상기 냉각부는 상기 열전도체의 상면에 결합되어 시험편의 움직임을 고정하는 시험편 홀더를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The cooling unit is characterized in that it further comprises a test piece holder coupled to the upper surface of the thermal conductor to fix the movement of the test piece.
상기 시험편 홀더는 상기 열전도체가 상기 가열로 내에 노출되지 않도록 상 면과 외주면을 감싸는 형태로 결합되는 것을 특징으로 한다.The test piece holder is characterized in that the thermal conductor is coupled in a form surrounding the upper surface and the outer peripheral surface so as not to be exposed in the heating furnace.
상기 시험편 홀더의 주면에는 다수개의 시험편을 열전도체에 면밀착된 상태로 고정하기 위해 적어도 하나 이상의 고정홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.At least one fixing groove is provided on a main surface of the test piece holder to fix the plurality of test pieces in a state of being in close contact with the thermal conductor.
상기 시험편 홀더는 단열재인 세라믹으로 제작되는 것을 특징으로 한다.The test piece holder is characterized in that it is made of a ceramic as a heat insulating material.
상기 냉각부재는 상기 공기컨트롤러와 상기 공기튜브가 연결되는 공기 공급라인 상에 설치되어 공기량을 조절하는 공기조절기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The cooling member may further include an air controller installed on an air supply line to which the air controller and the air tube are connected.
상기 냉각부는 상기 시험편 홀더의 상면에 형성되어 상기 열전도체가 가열로 내에 인출되었을 시 상기 이송홀을 마감하는 제1 마감편, 상기 내열관의 일측에 형성되어 상기 열전도체가 가열로 내에 반입되었을 시 이송홀을 마감하는 제2 마감편을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The cooling unit is formed on an upper surface of the test piece holder, the first finishing piece to close the transfer hole when the heat conductor is drawn out in the heating furnace, the transfer hole when formed in one side of the heat-resistant tube and the heat conductor is brought into the heating furnace It characterized in that it further comprises a second finishing piece to finish the.
상기 이송장치는 구동모터와, 구동모터의 동력 전달에 의해 냉각부를 상승 또는 하강시키는 기어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.The transfer device is characterized in that it comprises a drive motor and a gear unit for raising or lowering the cooling unit by the power transmission of the drive motor.
상기 가열부는 가열로의 외측에 설치되어 가열로의 내부로부터 냉각부가 인출되었을 시 가열된 시험편을 급냉각하는 압축공기분사장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The heating unit is characterized in that it further comprises a compressed air spraying device which is installed outside the heating furnace to quench the heated test piece when the cooling unit is drawn out from the inside of the heating furnace.
이와 같이 구성된 열피로 시험장치를 통해 시험편의 특성을 측정하는 방법을 설명하면 다음과 같다. Referring to the method of measuring the characteristics of the specimen through the thermal fatigue test device configured as described above are as follows.
시험편을 열전도체에 배치하고 시험편 홀더로 움직이지 않도록 고정한 다음 이송수단을 통해 시험편이 고정된 열전도체를 가열로 내에 반입하는 시험편 장착단 계, 발열체를 통해 가열로 내부온도를 1100℃이상 가열하여 시험편의 상부를 가열함과 동시에 냉각부를 통해 순환되는 공기로 열전도체의 상면에 배치된 시험편의 하부를 냉각하여 온도구배를 발생시키는 시험편 시험단계, 설정된 시간동안 시험편을 가열 및 냉각한 후 이송장치를 통해 열전도체를 가열로 내에서 인출하는 시험편 인출단계, 인출된 시험편을 압축공기분사장치를 통해 급냉각시킨 후 시험편의 열피로 특성을 평가하는 시험편 평가단계를 수행하게 된다.The test piece is placed on the heat conductor, fixed to the test piece holder so as not to move, and then the test piece mounting step of bringing the heat conductor fixed with the test piece into the heating furnace through the transfer means. A test piece test step of generating a temperature gradient by cooling the lower part of the test piece disposed on the upper surface of the thermal conductor with air circulating through the cooling unit at the same time as heating the upper part of the test piece. The test piece withdrawal step of drawing the heat conductor in the heating furnace is performed, and the test piece evaluation step of evaluating the thermal fatigue characteristics of the test piece is performed after the extracted test piece is rapidly cooled through the compressed air spraying device.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5.
본 발명의 열피로 시험장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 시험편(10)에 고온 환경을 반복적으로 제공하여 열피로 특성을 평가하기 위한 것으로, 시험편(10)을 고온으로 가열하는 가열부(100)와, 일면에 시험편(10)이 장착되며 가열부(100)에 의해 가열된 시험편(10)을 냉각하는 냉각부(200)와, 시험편(10)이 장착된 냉각부(200)를 가열부(100) 내에 반입 또는 인출하는 이송장치(300)를 포함한다.The thermal fatigue test apparatus of the present invention is to evaluate the thermal fatigue characteristics by repeatedly providing a high-temperature environment to the
가열부(100)는 1100℃ 이상의 고온환경에서 시험편(10)을 가열하기 위한 것으로, 시험편(10)을 가열하는 발열체(110)와, 발열체가 설치되는 가열로(120)와, 가열로(120) 내에 설치되는 APM튜브관(130)과, APM튜브관(130) 상부와 하부를 마감하는 상부 및 하부 단열플러그(140)(150)와, APM튜브관(130)을 고정하는 케이스(160)를 포함한다.The
발열체(110)는 외부의 전원인가시 열을 발생시키는 것으로 가열로(120)의 내부에 주면을 따라 적어도 하나 이상이 등간격으로 설치된다.The
가열로(120)는 발열체(110)에 의해 발생되는 열의 확산을 방지하여 고온환경을 조성하기 위한 것으로, 튜브형상을 가진다.The
APM(Asphalt Protected Metal:다층피복강판)튜브관(130)은 가열된 시험편(10)에 의해 가열로(120)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 가열로(120)의 상면 중앙으로부터 하측방향으로 관통되게 설치된다.APM (Asphalt Protected Metal)
즉, 발열체(110)에 의해 시험편(10)이 가열될 시 발생되는 반응가스와 시험편(10)의 산화반응에 의해 가열로(120) 내부가 손상되는 것을 APM튜브관(130)을 통해 차단하게 된다.That is, the
상부 및 하부 단열플러그(140)(150)는 APM튜브관(130)의 상부와 하부의 내주면에 면밀착되게 끼워져 결합되며, 이를 통해 APM튜브관(130)의 내부를 밀폐되게 마감하여 열손실을 현저하게 감소시키게 되고, 하부 단열플러그(150)의 상면에는 후술되는 이송장치(300)에 의해 승강되는 냉각부(200)가 반입 또는 인출되는 통로인 이송홀(151)이 형성된다.The upper and lower insulation plugs 140 and 150 are fitted in close contact with the inner circumferential surfaces of the upper and lower portions of the
케이스(160)는 가열로(120)의 주면을 감싸는 형태로 열피로 시험기의 형상을 가지며, 상면 및 하면에는 APM튜브관(130)에 결합된 상부 및 하부 단열플러그(140)(150)를 견고하게 고정하기 위한 고정편(161)이 형성되고, 하면 모서리에는 케이스(160)를 바닥면으로부터 소정 높이까지 이격시키는 다수개의 지지대(162)가 형성된다.The
여기서, 가열로(120) 내부에는 내부온도를 감지하기 위한 열전대(R type thermocouple;170)가 설치되며, 열전대(170)를 통해 감지된 온도는 실시간으로 열피로 시험장치에 설치되는 제어부(미도시)에 전달된다.Here, the thermocouple (R type thermocouple; 170) for detecting the internal temperature is installed in the
냉각부(200)는 시험편(10)의 하부를 상온 또는 상온이상의 특정온도로(예로 850도) 냉각하기 위한 것으로, 일면에 시험편(10)이 장착되는 열전도체(210)와, 순환되는 공기를 통해 열전도체(210)를 냉각하는 냉각부재로 구성된다.The
즉, 냉각부재를 통해 열전도체(210)를 냉각하게 되고, 냉각된 열전도체(210)를 통해 시험편(10)의 하부를 냉각하게 된다.That is, the
상기 열전도체(210)는 시험편(10)의 하부를 상온으로 냉각하기 위한 것으로, 시험편(10)이 장착되는 장착부(211)와, 장착부(211)의 하면에 형성되고 장착부(211) 보다 작은 직경을 가지며 외주면에 냉각부재가 결합되는 결합부(212)로 이루어진다.The
여기서, 결합부(212)의 저면에는 냉각 효율을 향상시키기 위한 방열부(213)가 형성되며, 방열부(213)는 도 4에 도시된 바와 같이, 결합부(212)의 저면에 형성된 차단홈(213)과, 차단홈(213) 내에서 돌출 형성되는 다수개의 방열핀(214)으로 이루어진다.Here, the
또한, 열전도체(210)의 상면에는 시험편(10)의 움직임을 고정하기 위한 시험편 홀더(230)가 결합된다.In addition, the
시험편 홀더(230)는 단열재인 세라믹으로 제작되고, 열전도체(210)가 가열로(120) 내에 노출되지 않도록 열전도체(210)의 상면과 외주면을 감싸는 형태로 결 합되며, 상면에는 시험편(10)을 삽입하여 고정하기 위한 고정홀(231)이 형성된다.The
냉각부재는 순환되는 공기를 통해 열전도체(210)를 냉각하기 위한 공기 공급관(221a) 및 회수관(221b)이 상하방향으로 관통되게 형성된 공기튜브(221)와, 공기튜브(221)의 공기 공급관(221a) 및 회수관(221b)의 끝단과 연결되어 공기를 공급하거나 회수하는 공기컨트롤러(222)와, 공기튜브(221)의 상면과 열전도체(210)의 결합부(212)의 상면을 연결하는 소켓(223)으로 구성된다.The cooling member includes an
그리고, 열전도체(210)와 소켓(223) 사이에는 소정량의 공기가 수용될 수 있도록 하는 수용공간이 형성되며, 상기 수용공간에 공기 공급관(221a)을 통해 공급된 공기가 일정시간 수용된 후 공기 회수관(221b)을 통해 회수되어 열전도체(210)의 냉각효율을 향상시키게 된다.In addition, an accommodating space is formed between the
또한, 공기튜브(221)의 외측에는 외주면을 감싸는 형태로 내열관(224)이 결합되며, 내열관(224)을 통해 공기튜브(221)를 고온으로부터 보호하게 된다.In addition, the outer side of the
또한, 공기컨트롤러(222)와 공기튜브(221)가 연결되는 공기 공급라인 상에는 공기량을 조절하기 위한 조절기(미도시)가 선택적으로 설치된다.In addition, on the air supply line to which the
여기서, 소켓(223)과 내열관(224)은 인코넬(Inconel) 등의 고온용 재료를 사용하여 제작되는 것이 바람직하다.Here, the
시험편 홀더(230)의 상면에는 하부 단열플러그(150)에 형성된 이송홀(151)을 마감하기 위한 제1 마감편(240)이 구비되며, 제1 마감편(240)은 이송장치(300)를 통해 가열로(120) 내에서 시험편(10)이 장착된 열전도체(210)가 외부로 인출될 경우 이송홀(151)에 위치하게 된다.The upper surface of the
그리고, 내열관(224)의 일측에는 시험편(10)이 장착된 열전도체(210)가 가열로 내에 반입되었을 시 이송홀(151)을 마감하기 위한 제2 마감편(250)이 설치된다.And, one side of the heat-
즉, 가열로(120) 내에 시험편(10)이 장착된 열전도체(210)가 반입 또는 인출되었을 경우에는 제1 및 제2 마감편(240)(250)이 이송홀(151)의 내주면에 위치함으로써 열손실을 크게 감소시키게 된다.That is, when the
여기서, 제1 및 제2 마감편(240)(250)은 인코넬(Inconel) 등의 고온용 재료를 사용하여 제작되는 것이 바람직하다.Here, the first and
이송장치(300)는 가열로(120) 내에 냉각부(200)를 선택적으로 반입 또는 인출하기 위한 것으로, 케이스(160)의 바닥면 중앙에 장착되는 구동모터(310)와, 구동모터(310)의 동력 전달에 의해 냉각부(200)를 상승 또는 하강시키는 기어부(320)로 구성된다.The
기어부(320)는 웜(321)과 웜휠(322)로 구성되되, 웜(321)은 구동모터(310)와 동력 전달이 가능하게 연결되고, 웜휠(322)의 주면은 웜(321)과 치합되고 상면은 냉각부(200)의 내열관(224) 하면에 고정된다.The
즉, 구동모터(310)의 동력 전달에 의해 기어부(320)의 웜(321)이 회전하며, 웜(321)의 회전으로 웜휠(322)이 회전함과 동시에 수직방향으로 승강하고, 이에 따라 웜휠(322)에 고정되어 있는 냉각부(200)가 연동되게 승강하게 된다.That is, the
그리고, 가열로(120)의 외측에는 도 3에도시된 바와 같이, 인출된 시험편(10)을 급냉각하기 위한 압축공기분사장치(400)가 설치된다.Then, as shown in FIG. 3, a compressed
압축공기분사장치(400)는 분사방향이 열전도체에 장착되어 있는 시험편(10) 을 향한 상태로 가열로(120) 저면에 고정되며, 열피로 시험장치에 구비되는 제어부(미도시)에 의해 작동하게 된다.The compressed
이와 같이 구성되는 본 발명의 열피로 시험장치를 통해 시험편의 열피로 특성을 시험하는 방법을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The method of testing the thermal fatigue characteristics of the test piece through the thermal fatigue test apparatus of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. 6.
먼저, 시험편(10)을 냉각부(200)의 열전도체(210) 상면에 배치하고, 시험편 홀더(230)를 열전도체(210) 상면에 결합하여 시험편(10)이 움직이지 않도록 고정하며, 시험편(10)의 고정이 완료되면 이송장치(300)를 통해 열전도체(210)를 하부 단열플러그(150)의 이송홀(151)을 통과시킨 다음, 가열로(120) 내에 반입시킨다(S10).First, the
이때, 열전도체(210)가 가열로(120) 내에 반입되면, 제2 마감편(250)에 의해 이송홀(151)이 마감된다.At this time, when the
이와 같이 가열로(120) 내에 시험편(10) 장착이 완료되면, 열피로 시험장치에 설치된 제어부를 통해 발열체(110)를 발열시켜 가열로(120) 내부를 1100℃이상 가열하며, 가열된 고온환경을 통해 시험편(10)의 상부를 가열한다.As such, when the mounting of the
그리고, 냉각부(200)를 통해 순환되는 공기로 열전도체(210)를 냉각하고, 냉각된 열전도체(210)를 통해 시험편(10)의 하부를 냉각하여 시험편(10)의 두께에 따라 온도구배를 발생시킨다(S20).Then, the
이때, 가열되는 시험편(10)의 산화반응과 반응가스를 상부 및 하부 단열플러그(140)(150)에 의해 밀폐된 공간을 갖는 APM튜브관(130)을 통해 차단하게 되어 가 열로(120) 내부가 손상되는 것을 방지할 수 있다.At this time, the oxidation reaction and the reaction gas of the
설정된 시간동안 시험편(10)을 가열 및 냉각한 다음, 이송장치(300)를 통해 열전도체(210)를 가열로(120) 내에서 인출한다(S30).After heating and cooling the
이때, 개방되는 이송홀(151)은 시험편 홀더(230)의 상면에 구비된 제2 마감편(250)에 의해 마감되어 가열로(120) 내부의 고온이 외부로 손실되는 것을 방지하게 된다.In this case, the
인출된 시험편(10)은 압축공기분사장치(400)를 통해 선택적으로 급냉각하며, 상온으로 냉각된 시험편(10)을 통해 열피로 특성을 평가하면 시험편의 열피로 시험이 완료된다(S40).The extracted
이와 같은 방법을 반복함으로써 보다 정확한 시험편의 열사이클 피로특성을 평가할 수 있다. By repeating such a method, it is possible to evaluate the thermal cycle fatigue characteristics of the test specimen more accurately.
이하, 본 발명에 따른 열피로 시험장치의 다른 실시예를 설명함에 있어 본 발명과 동일한 구성과 기능을 갖는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.Hereinafter, in describing another embodiment of the thermal fatigue test apparatus according to the present invention, the same reference numerals are used for components having the same configuration and function as the present invention, and detailed description thereof will be omitted.
도 5는 전술된 열전도체와 열전도체에 결합되는 시험편 홀더의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 다수개 예를 들어 4개의 시험편(10)을 동일한 조건으로 동시에 열사이클 피로특성을 시험하기 위한 것이다.FIG. 5 shows another embodiment of the above-described thermal conductor and a specimen holder coupled to the thermal conductor, for example, for testing the thermal cycle fatigue characteristics of a plurality of, for example, four
도 5의 (a)는 본 실시예에 따른 정면 사시도이고, 도 (b)는 본 실시예에 따른 저면 사시도이다.FIG. 5A is a front perspective view according to the present embodiment, and FIG. 5B is a bottom perspective view according to the present embodiment.
도면을 참조하면, 열전도체(210')는 사다리꼴 형상의 정육면체로 이루어진 장착부(211')와, 장착부(211') 저면에 공기튜브(221)가 연결되게 결합되는 결합부(212')로 형성된다.Referring to the drawings, the thermal conductor 210 'is formed of a mounting portion 211' made of a trapezoidal cube and a coupling portion 212 'coupled to the
시험편 홀더(230')는 열전도체(210')의 저면을 제외한 상면과 외주면에 면밀착되게 결합되고, 시험편 홀더(230')의 수직면에는 시험편(10)이 삽입 고정될 수 있도록 하는 적어도 하나 이상의 고정홀(231')이 형성된다.The
따라서, 상기 다수개의 고정홀(231')에 시험편(10)을 장착한 후 전술된 실시예와 동일한 방법으로 다수개의 시험편(10)의 열사이클 피로특성을 시험할 수 있다.Therefore, after the
이와 같이 구성된 열피로 시험장치의 발열체가 설치된 가열로를 통해 형성되는 고온환경으로 시험편의 상부를 가열하고, 냉각부의 공기순환을 통해 시험편의 하부를 냉각하여 시험편 두께에 걸쳐 온도구배를 발생시킴으로써 열원으로서 화염 및 레이저를 이용하지 않기 때문에 제작비용을 크게 절감할 수 있으며, 더불어 시험에 소요되는 시간을 크게 감소시킬 수 있고, 온도 조절 및 제어가 용이한 효과가 있다.As a heat source, the upper part of the test piece is heated to a high temperature environment formed by a heating furnace in which the heating element of the thermal fatigue test device configured as described above is heated, and the lower part of the test piece is cooled through the air circulation of the cooling part to generate a temperature gradient over the thickness of the test piece. Since no flame and laser are used, manufacturing cost can be greatly reduced, and the time required for testing can be greatly reduced, and temperature control and control are easy.
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