KR20090033679A - 열피로시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열피로시험장치에 관한 것으로, 고주파 전류를 이용해 시편을 가열하고, 가열된 시편을 냉각수의 분사방식이 아닌 냉각수에 직접 삽입시켜 냉각시키기 위한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 고주파 전류가 유도됨에 따라 발생되는 열을 이용해 시편을 가열하는 고주파가열수단과, 상기 고주파가열수단에 의해 가열된 시편을 냉각수에 삽입시키는 냉각유도수단을 포함하는 열피로시험장치를 제공하여, 고주파 전류를 이용해 시편을 가열함으로서, 에너지 효율을 높이면서도 정밀한 온도제어가 가능하게 될 뿐만 아니라 장치의 소형화와 자동화를 가능하게 하며, 가열된 시편을 냉각수에 직접 삽입시켜 냉각시킴으로서, 냉각수 분사에 의한 주변장치의 부식, 복잡한 장치구조에 의한 잦은 고장 및 정비비 증가 등의 문제점을 방지할 수 있게 한다.

열피로, 시편, 고주파, 가열, 냉각

Description

열피로시험장치{Thermal fatigue test equipment}

본 발명은 열피로시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고주파 전류를 이용해 시편을 가열하고, 가열된 시편을 냉각수의 분사방식이 아닌 냉각수에 직접 삽입시켜 냉각시킴으로서, 에너지 효율을 높이면서도 정밀한 온도제어가 가능하게 될 뿐만 아니라 장치의 소형화와 자동화를 가능하게 하며, 냉각수 분사에 의한 주변장치의 부식, 복잡한 장치구조에 의한 잦은 고장 및 정비비 증가 등의 문제점을 방지할 수 있도록 한 열피로시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 열피로시험장치는 철도차량이나 자동차의 디스크 브레이크와 같이 고온과 저온이 반복되는 열피로 환경에서 사용되는 부품 또는 장치의 소재와 동일한 소재로 제작한 시편에 가열과 냉각을 반복하여 열균열 발생과 균열진전 등의 내열성을 시험하는 장치이다.

도 1은 종래 열피로시험장치를 나타내는 것으로서, 그 구성 및 작동과정을 살펴보면, 종래의 열피로시험장치는 시험편(50) 측면에서 이격되어 설치된 후, 상기 시험편(50)을 급속으로 가열, 냉각을 반복하는 열피로 유도발생기(100)와, 상기 열피로 유도발생기(100)에 의해 발생된 열피로를 측정하여 데이터를 수집 및 처리 하는 데이터 수집 및 처리장치(미도시)를 포함하여 구성된다.

상기 열피로 유도발생기(100)는, 시험편(50)을 급속가열시키는 전자유도가열기(120)와, 급속냉각시키는 냉각기(160)를 포함하게 되며, 상기 전자유도가열기(120)에는 돌출된 국부가열부(140)가 구비되어 상기 국부가열부(140)를 통해 측정하고자 하는 시험편(50)의 국부만을 가열하게 되고, 상기 냉각기(160)에서 상기 전자유도가열기(120)와 반복적으로 작동하여 냉각수를 분사시킴으로서, 상기 가열된 시험편(50)을 냉각시키게 된다. 또한, 일반적으로 상기 냉각수의 분사는 워터 스프레이 또는 쿨링 가스 스프레이 방식이 적용된다.

하지만, 상기와 같이 구성 및 작동하는 종래의 열피로시험장치는, 냉각수를 분사하기 위한 장치가 매우 복잡한 구조로 이루어져 잦은 고장을 유발시키며, 냉각효율이 극히 좋지 않을 뿐만아니라 냉각수의 분사에 의해 시험편 이외의 주변장치가 부식되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 특히, 고주파 전류가 유도됨에 따라 발생되는 열을 이용해 시편을 가열하는 고주파가열수단과, 상기 고주파가열수단에 의해 가열된 시편을 냉각수에 직접 삽입시키는 냉각유도수단을 포함하는 열피로시험장치를 제공하여, 고주파 전류를 이용해 시편을 가열함으로서, 에너지 효율을 높이면서도 정밀한 온도제어가 가능하게 될 뿐만 아니라 장치의 소형화와 자동화를 가능하게 하며, 가열된 시편을 냉각수에 직접 삽입시켜 냉각시킴으로서, 냉각수 분사에 의한 주변장치의 부식, 복잡한 장치구조에 의한 잦은 고장 및 정비비 증가 등의 문제점을 방지할 수 있도록 하는 열피로시험장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로, 고주파 전류가 유도됨에 따라 발생되는 열을 이용해 시편을 가열하는 고주파가열수단과, 상기 고주파가열수단에 의해 가열된 시편을 냉각수에 삽입시키는 냉각유도수단을 포함하는 열피로시험장치를 제공한다.

상기 본 발명의 수단에 의한 열피로시험장치는, 상기 냉각수가 저장되는 공간으로서, 일측면에 냉각수온도측정센서가 구비된 냉각수저장조를 더 포함하는 실시예를 구성할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 수단에 의한 고주파가열수단은, 고주파 발진기로부터 연결되는 유도코일이 감긴 보빈이 단열재에 삽입되고, 상기 보빈이 삽입된 단열재의 외측둘레에 원통형의 가열관이 이격 설치되며, 상기 가열관 외측둘레에 등간격의 가열링이 부착되는 실시예를 구성할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 수단에 의한 고주파가열수단은, 상기 시편의 가열온도를 측정하는 시편온도측정센서를 더 포함하는 실시예를 구성할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 수단에 의한 냉각유도수단은, 모터부재와, 일측이 상기 모터부재에 연결되고, 타측에 시편을 체결하여 상기 모터부재의 회전력을 시편으로 전달함으로서, 상기 시편을 회전시켜 냉각수에 삽입시킬 수 있도록 하는 회전축을 포함하는 실시예를 구성할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서 상기 냉각유도수단은, 상기 회전축의 일측면에 체결되어, 시편의 무게로 인한 회전축의 휘어짐 또는 탈락을 방지하는 회전축지지대를 더 포함하는 실시예를 구성할 수 있다.

본 발명에 의하면, 고주파 전류를 이용해 시편을 가열함으로서, 에너지 효율을 높이면서도 정밀한 온도제어가 가능하게 될 뿐만 아니라 장치의 소형화와 자동화를 가능하게 하며, 가열된 시편을 냉각수에 직접 삽입시켜 냉각시킴으로서, 냉각수 분사에 의한 주변장치의 부식, 복잡한 장치구조에 의한 잦은 고장 및 정비비 증가 등의 문제점을 방지할 수 있게 되는 등의 이점을 얻을 수 있게 된다.

상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성 및 그 작용 효과에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열피로시험장치를 나타내는 개략도로서, 본 발명의 전체구성을 나타내고 있다. 즉, 본 발명의 열피로시험장치는, 고주파가열수단(10)과, 냉각유도수단(20) 및 냉각수저장조(30)를 포함하여 구성된다.

상기 고주파가열수단(10)은, 고주파 전류가 유도됨에 따라 발생되는 열을 이용해 시편(A)을 가열하는 것으로서, 고주파 전류를 유도하여 열을 발생시키는 다양한 구조를 적용시킬 수 있으며, 본 발명에서는 일 실시예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 고주파 발진기(11)로부터 연결되는 유도코일(12)이 감긴 보빈(13)이 단열재(14)에 삽입되고, 상기 보빈(13)이 삽입된 단열재(14)의 외측둘레에 원통형의 가열관(15)이 이격 설치되며, 상기 가열관(15) 외측둘레에는 은, 구리, 동 등의 열전도성이 뛰어난 재질로 이루어지는 가열링(16)이 등간격으로 부착되어 구성되는 고주파가열수단(10)을 적용하였다.

한편, 상기와 같이 구성된 고주파가열수단(10)은 700℃ 이상까지 가열할 수 있는 것으로서, 고주파가열수단(10)에 포함되는 시편온도측정센서(17)를 통해 시편(A)의 가열온도를 측정하여, 시편(A)의 가열온도를 조절할 수 있다.

상기 냉각유도수단(20)은, 상기 고주파가열수단(10)에 의해 가열된 시편(A)을 냉각수온도측정센서(32)가 구비된 냉각수저장조(30)에 저장된 냉각수(31)에 삽입시켜 냉각시키는 것으로서, 상기 시편(A)을 냉각수(31)에 삽입시킬 수 있는 다양 한 구조를 적용가능하나 본 발명에서는 일 실시예로서, 모터부재(21)와. 일측이 상기 모터부재(21)에 연결되고, 타측에 시편(A)을 체결하여 상기 모터부재(21)의 회전력을 시편(A)으로 전달함으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시편(A)을 회전시켜 냉각수(31)에 삽입시킬 수 있도록 하는 회전축(22)을 포함하는 구조를 적용하였다.

한편, 상기 회전축(22)에는 상기 시편(A)의 무게로 인한 회전축(22)의 휘어짐 또는 탈락을 방지하는 회전축지지대(23)가 설치될 수 있다.

상기와 같이 구성된 열피로시험장치의 작동과정을 살펴보면 다음과 같다.

내열성을 측정하고자 하는 시험편(A)을 회전축(22)의 끝단에 체결시킨 후, 고주파가열수단(10)의 고주파 발진기(11)를 작동시키게 되면, 상기 고주파 발진기(11)로부터 발진되는 고주파가 유도코일(12)을 통해 보빈(13)에 전달되고, 이로 인해 가열관(15)과 가열링(16)이 순차적으로 가열되어, 상기 체결된 시험편(A)을 가열시키게 된다. 이때, 상기 고주파가열수단(10)의 시편온도측정센서(17)를 통해 시편(A)의 가열온도를 수시로 파악하여 지정한 온도를 유지하게 된다.

상기 고주파가열수단(100)에 의해 시편(A)의 가열이 완료되면, 냉각유도수단(20)의 모터부재(21)가 작동하여, 회전축(22)을 회전시키게 되고, 이로 인해 회전축(22)의 끝단에 체결된 시편(A)이 회전하여 상기 고주파가열수단(10)의 하부에 위치한 냉각수저장조(30)의 냉각수(31)에 잠기되게 된다(도 4참조).

상기와 같이, 냉각유도수단(20)에 의해 시편(A)의 냉각이 완료되면, 상기 모터부재(21)가 역으로 작동하여, 상기 회전축(22)을 역회전시키게 되고, 이로 인해 시편이(A) 역회전하여 냉각수(31)에서 배출되며, 시편(A)이 배출완료되면 상기 고주파가열수단(100)에 의한 가열과정이 다시 진행되게 되고, 상기 시편(A)은 고주파가열수단(10)에 의한 가열과 냉각유도수단(20)에 의한 냉각이 반복됨에 따라, 열균열이 진전하게 되며, 시편(A)이 받는 열 사이클의 수와 열균열의 수 혹은 길이와의 관계를 바탕으로 해당 시편(A)의 내열성을 평가할 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명의 열피로시험장치의 구성 및 작동에 의해 고주파 전류를 이용해 시편(A)을 가열함으로서, 에너지 효율을 높이면서도 정밀한 온도제어가 가능하게 될 뿐만 아니라 장치의 소형화와 자동화를 가능하게 하며, 가열된 시편(A)을 냉각수(31)에 직접 삽입시켜 냉각시킴으로서, 냉각수 분사에 의한 주변장치의 부식, 복잡한 장치구조에 의한 잦은 고장 및 정비비 증가 등의 문제점을 방지할 수 있게 된다.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래의 열피로시험장치를 나타내는 개략도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열피로시험장치를 나타내는 개략도

도 3은 도 2의 고주파가열수단의 사시도

도 4는 도 2의 냉각유도수단에 의한 시편의 이동상태를 나타내는 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

A : 시편 10 : 고주파가열수단 11 : 고주파발진기

12 : 유도코일 13 : 보빈 14 : 단열재

15 : 가열관 16 : 가열링 17 : 시편온도측정센서

20 : 냉각유도수단 21 : 모터부재 22 : 회전축

23 : 회전축지지대 30 : 냉각수저장조 31 : 냉각수

32 : 냉각수온도측정센서

Claims (6)

1. 시편에 가열과 냉각을 반복하여 상기 시편을 이루는 소재의 내열성을 시험하는 열피로시험장치에 있어서,

   고주파 전류가 유도됨에 따라 발생되는 열을 이용해 시편을 가열하는 고주파가열수단과;

   상기 고주파가열수단에 의해 가열된 시편을 냉각수에 삽입시키는 냉각유도수단을 포함하는

   열피로시험장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각수가 저장되는 공간으로서, 일측면에 냉각수온도측정센서가 구비된 냉각수저장조를 더 포함하는

   열피로시험장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 고주파가열수단은,

   고주파 발진기로부터 연결되는 유도코일이 감긴 보빈이 단열재에 삽입되고,

   상기 보빈이 삽입된 단열재의 외측둘레에 원통형의 가열관이 이격 설치되며,

   상기 가열관 외측둘레에 등간격의 가열링이 부착되는

   열피로시험장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 고주파가열수단은,

   상기 시편의 가열온도를 측정하는 시편온도측정센서를 더 포함하는

   열피로시험장치
5. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각유도수단은,

   모터부재와;

   일측이 상기 모터부재에 연결되고, 타측에 시편을 체결하여 상기 모터부재의 회전력을 시편으로 전달함으로서, 상기 시편을 회전시켜 냉각수에 삽입시킬 수 있도록 하는 회전축을 포함하는

   열피로시험장치
6. 제 5항에 있어서,

   상기 냉각유도수단은,

   상기 회전축의 일측면에 체결되어, 시편의 무게로 인한 회전축의 휘어짐 또는 탈락을 방지하는 회전축지지대를 더 포함하는

   열피로시험장치.

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