KR20140012266A - 주름 보호관의 제조장치 - Google Patents

주름 보호관의 제조장치 Download PDF

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Abstract

양단이 서로 반대방향으로 굴곡된 금속밴드를 연속적으로 결속시켜 제공되는 걸림 고리부를 포함하는 주름 보호관을 제조하는 장치는, 주름 보호관을 가열하는 제1 가열부재, 및 제1 가열부재에 의해서 가열 처리된 주름 보호관을 냉각유체를 이용하여 냉각하는 제1 냉각부재를 포함하는 퀀칭부(quenching part), 퀀칭부에 인접하게 제공되며, 주름 보호관을 가열하는 제2 가열부재를 포함하는 템퍼링부(thempering part), 퀀칭부 이전에 위치하여 주름 보호관을 밀어서 진입시키기 위한 푸싱부(pushing part), 및 탬퍼링부 이후에 위치하여 주름 보호관을 당겨서 이송시키기 위한 풀링부(pulling part)를 포함할 수 있으며, 퀀칭부 및 템퍼링부 외측으로 푸싱부 및 풀링부를 배치함으로써, 걸림 고리부가 푸싱부 및 풀링부에 의해서 훼손되는 것을 방지할 수 있다.

Description

주름 보호관의 제조장치{MANUFACTORY APPARATUS FOR BELLOWS PROTECTION TUBE}
본 발명은 주름 보호관을 제조하는 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 내부에 연성 가스관을 수용하여 보호하기 위한 주름 보호관의 제조장치에 관한 것이다.
기존에 가스배관으로 사용되던 일반적인 파이프 형태의 가스배관은 제작과 설치가 불편하여 점차 얇고 유연한 주름관 형태의 가스배관으로 대체되고 있다. 다만, 주름관 형태의 가스배관은 얇은데다가 그 재질로 보통 스테인레스를 사용하기 때문에 외부에 충격에 의해서 쉽게 손상될 수 있어, 가스배관의 외주를 감싸는 가스배관용 주름 보호관을 씌워서 가스배관을 보호하고 있다.
도 1은 일반적인 가스배관 및 주름 보호관을 나타낸 사시도로서, 가스배관(1)에 탄소강이나 합금강으로 제작되는 주름관 형태의 주름 보호관(10)이 씌워져 있다. 주름 보호관(10)은 가스배관(1)처럼 주름관으로 형성된다.
도 2는 주름 보호관을 위한 금속밴드의 사시도이며, 도 3은 금속밴드를 비틀어 제조한 주름 보호관의 단면도이다.
주름 보호관(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 길이방향을 따라서 양단이 서로 반대방향으로 굴곡된 금속밴드를 비틀어서 제조할 수 있다. 구체적으로, 금속밴드를 비틀어 말면 금속밴드의 양쪽으로 굴곡된 부분(22, 24)이 서로 연속적으로 결속되어 걸림 고리부(12)를 형성하고, 걸림 고리부(12)는 마치 주름 보호관의 외주를 감싸는 형상으로 주름 보호관의 연장방향을 따라서 형성된다.
상술한 바와 같이 제조되는 도 3의 주름 보호관(10)은 경도나 연성 등을 개선시키기 위해서 열처리 과정을 거칠 수 있다.
이때, 주름 보호관(10)은 일반적으로 주름 보호관을 양쪽에서 눌러 이송시키는 가압 롤러를 지나서 열처리를 위한 가열부재로 연속적으로 이송될 수 있다.
하지만, 주름 보호관 이송을 위한 가압 롤러들이 주름 보호관을 열처리 하는 경로 중간에 배치되게 되면, 주름 보호관을 양쪽에서 눌러 이송하는 가압 롤러는 열처리되어 물러진 주름 보호관을 훼손시킬 수 있다.
특히, 걸림 고리부(12)가 가압 롤러에 의해서 크랙을 가지거나 훼손되면 걸림 고리부(12)에 의한 결속을 통해서 연장되는 주름 보호관(10)의 제품 신뢰성이 크게 떨어질 수 있다.
따라서, 걸림 고리부(12)의 훼손을 최소화할 수 있도록 종래의 주름 보호관의 열처리 장치를 개선할 필요성이 꾸준히 요구되고 있다.
본 발명은 주름 보호관의 열처리 과정에서 발생할 수 있는 걸림 고리부의 크랙 발생을 최소화하여 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있는 주름 보호관의 제조장치를 제공한다.
본 발명은 양단이 서로 반대방향으로 굴곡된 금속밴드를 이용하여 제공되는 주름 보호관의 걸림 고리부가 열처리 과정에서 주름 보호관을 양쪽에서 눌러서 이송시키는 가압 롤러에 의해서 크랙을 가지거나 훼손되어 제품의 신뢰성이 떨어지는 문제를 해결할 수 있는 주름 보호관의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 양단이 서로 반대방향으로 굴곡된 금속밴드를 연속적으로 결속시켜 제공되는 걸림 고리부를 포함하는 주름 보호관을 제조하는 장치가 개시된다. 주름 보호관의 제조장치는, 주름 보호관을 가열하는 제1 가열부재, 및 제1 가열부재에 의해서 가열 처리된 주름 보호관을 냉각유체를 이용하여 냉각하는 제1 냉각부재를 포함하는 퀀칭부(quenching part), 퀀칭부에 인접하게 제공되며, 주름 보호관을 가열하는 제2 가열부재를 포함하는 템퍼링부(thempering part), 퀀칭부 이전에 위치하여 주름 보호관을 밀어서 진입시키기 위한 푸싱부(pushing part), 및 탬퍼링부 이후에 위치하여 주름 보호관을 당겨서 이송시키기 위한 풀링부(pulling part)를 포함할 수 있으며, 퀀칭부 및 템퍼링부 외측으로 푸싱부 및 풀링부를 배치함으로써, 걸림 고리부가 푸싱부 및 풀링부에 의해서 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
제1 가열부재부터 제2 가열부재까지 이어지는 주름 보호관의 열처리 경로 상에 주름 보호관을 이송하기 위하여 주름 보호관을 양쪽에서 눌러 이송시키는 가압 롤러가 배치되지 않기 때문에, 열처리 과정중 주름 보호관이 가압 롤러에 눌려 훼손되지 않으며, 특히, 주름 보호관을 연장방향으로 결속하는 걸림 고리부의 훼손이 원천적으로 배제되기 때문에 신뢰성 높은 주름 보호관의 제조가 가능하다.
또한, 주름 보호관을 이송하기 위한 푸싱부 및 풀링부는 각각 주름 보호관의 일 측에서 주름 보호관을 가압하는 가압 롤러, 및 가압 롤러에 대향하여 주름 보호관의 타 측에 배치되는 피니언 롤러를 포함할 수 있다.
주름 보호관의 길이 방향 단면은 마치 S자 형태를 가질 수 있으며, 주름 보호관 외측으로 마치 나선 형상으로 연장되는 걸림 고리부 사이로 피니언 롤러의 톱니가 위치하여 회전하는 피니언 롤러는 주름 보호관을 이송시킬 수 있다.
또한, 탄성부재를 사용하여 가압 롤러가 주름 보호관을 탄성적으로 지지할 수 있도록 하여, 걸림 고리부가 가압 롤러에 눌려져 형상이 훼손되거나 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 가압 롤러의 회전축이 고정되는 지지면과 회전축 사이에 코일 스프링과 같은 탄성부재를 배치하여, 회전축이 주름 보호관의 굴곡에 따라서 유동하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 주름 보호관의 금속밴드의 재료로 탄소강을 사용할 수 있는데, 특히, 탄소 함유량이 0.4 내지 0.55% 정도인 중탄소강에서 저탄소강을 사용할 수 있다. 이는 대체적으로 0.5에서 1.7% 정도로 탄소 함유량이 많은 고탄소강(high carbon steel)을 사용하여 제조된 주름 보호관은 반복적으로 가열 및 냉각되는 과정에서 걸림 고리부에 크랙이 발생할 가능성이 크기 때문이며, 반대로, 0.4%이하의 탄소 함유랑을 갖는 탄소강은 연성이 너무 커 주름 보호관으로 적합치 못할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 주름 보호관의 제조장치에서 주름 보호관을 가열하기 위한 제1 및 제2 가열부재는 유도 코일을 이용하는 것이 적합하다.
유도 코일을 이용하는 유도 가열(induction heating)은 전자기유도에 의해 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 가열하는 방법으로, 원리적으로는 변압기의 2차 코일 대신 피가열 재료를 사용하여 전자기유도에 의해 유도된 2차전류가 피가열 재료를 흐르는 경우에 발생하는 줄열(Joule’s heat)을 이용한다.
즉, 전도체인 주름 보호관이 피가열 재료에 대응할 수 있으며, 유도 코일을 이용한 주름 보호관의 가열 방법을 통해서 주름 보호관을 전체적으로 고르게 가열할 수 있는 효과가 있다.
이는 주름 보호관의 제품 신뢰성에 지대한 영향을 미칠 수 있는 매우 중요한 기술적 부분으로 부연하여 설명한다.
본 발명의 주름 보호관은 앞서 설명했듯이 걸림 고리부의 결속을 통해서 연장되는바, 걸림 고리부의 결속 상태나 걸림 고리부의 크랙 및 걸림 고리부의 경도 및 연성과 같은 걸림 고리부의 성질이 제품의 신뢰성에 매우 큰 영향을 미친다.
따라서, 본 발명에서 푸싱부 및 풀링부의 가압 롤러가 주름 보호관을 탄성적으로 지지하도록 제공하는 까닭도 주름 보호관 중 특히 걸림 고리부의 훼손을 막기 위한 한 방편이라고 할 수 있다.
다시 주름 보호관을 가열하는 방법으로 유도 가열을 택한 이유로 돌아와 설명하면, 유도 가열 방법을 통해서 주름 보호관을 전체적으로 고르게 가열하고, 특히 걸림 고리부가 가열 시 전체적으로 고르게 가열되도록 함으로써, 팽창 불균형으로 인한 크랙 발생을 원천적으로 방지하여, 제품의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
만약, 유도 가열을 대신하여 화염 가열 방법으로 주름 보호관의 외측에서 직접 가열하게 되면, 주름 보호관의 외측보다 내측의 팽창정도가 더 늦어질 수 있고, 이러한 팽창 불균형은 특히 걸림 고리부의 내외측 팽창 불균형을 가져와 식은 후 크랙이 발생하기 쉽고 주름 보호관의 내구성을 떨어뜨리는 문제를 야기할 수 있다. 이는 도 3을 참조하여 더 구첵으로 확인할 수 있는데, 금속밴드의 양쪽으로 굴곡된 부분(22, 24) 중 내측에 배치되는 부분(22)은 화염 가열 시 외측에 배치되는 부분(24)보다 팽창이나 가열 속도가 늦어질 수 있기 때문에 가열 불균형으로 인한 걸림 고리부의 크랙발생 가능성이 커지게 된다.
또한, 주름 보호관의 제조장치는 제1 가열부재에 의해서 가열된 주름 보호관이 수직하게 연속으로 입수되는 냉각 저장조를 더 포함할 수 있으며, 제1 냉각부재는 제1 가열부재에 바로 인접하게 배치되는 복수개의 냉각유체 노즐을 포함할 수 있고, 냉각유체 노즐은 가열 처리된 주름 보호관을 향해 냉각유체를 분사하여, 냉각유체는 냉각 저장조까지 주름 보호관의 외면을 보호하는 배리어(barrier)를 형성할 수 있다.
냉각유체로 물이나 기름 등을 이용할 수 있으며, 냉각유체가 액체로 제공되는 경우에는 냉각유체가 주름 보호관의 외면을 타고 흐르면서 배리어를 형성할 수 있고, 냉각유체가 기체로 제공되는 경우에는 분사된 압축 기체가 주름 보호관의 외면을 보호하는 배리어를 형성할 수 있다. 이때, 기체는 불활성 기체를 이용하는 것이 바람직하며, 주름 보호관이 산화에 강하거나, 산화되어도 무방한 경우에는 압축 공기를 이용하는 것도 무방하다.
또한, 제1 냉각부재는 제1 가열부재의 출구에 장착되며 깔때기 형상을 갖는 냉각유체 가이드를 포함할 수 있는데, 복수개의 냉각유체 노즐을 통해서 냉각유체 가이드의 외면에 형성된 가이드면으로 냉각유체를 분사함으로써, 분사된 냉각유체가 주름 보호관의 외면에 전체적으로 균일하게 공급될 수 있다. 이에, 가열된 주름 보호관을 냉각하는 과정에서 주름 보호관의 냉각 정도가 국부적으로 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 특히, 걸림 고리부의 국부적인 냉각 속도의 차이로 인하여 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 냉각부재의 출구 및 냉각 저장조의 수면 사이에 밀폐부재를 개재시키고, 밀폐부재를 이용하여 냉각부재의 출구 및 냉각 저장조의 수면 사이의 냉각 공간을 외부 공기로부터 차단할 수 있다.
이때, 밀폐된 냉각 공간에 가열된 주름 보호관 외면에 분사된 휘발성 유류와 같은 잔류가스가 누적될 수 있으며, 누적된 잔류가스는 제1 가열부재의 출구 주변의 고온에 의해서 어느 순간 폭발할 수도 있다. 이때, 냉각 공간이 그대로 외부에 노출되는 경우에는 폭발로 인한 안전사고의 위험이 있으나, 밀폐부재를 통해서 이를 방지할 수 있다.
경우에 따라서, 밀폐부재의 측면에 미세한 구멍을 형성하여, 이러한 폭발 충격을 외부로 방출시킬 수 있으며, 밀폐부재의 일면에 폭발로 인한 내압 증가를 상쇄시킬 수 있도록 특정한 압력 이상이 되면 개방되는 압력 조절 도어를 장착하여, 냉각 공간 내의 폭발로 인한 충격에 대비할 수 있다.
또한, 제1 가열부재를 통해서 가열 처리된 주름 보호관은 제2 가열부재를 통해서 다시 가열 처리된 후에, 자연스러운 공랭 방법을 통해서 냉각될 수 있다.
또한, 주름 보호관은 냉각 저장조로부터 노출되는 주름 보호관 외면에 잔류하는 냉각유체가 다시 냉각 저장조로 흘러 내려갈 수 있도록 일정 높이 이상 수직으로 이송된 후에, 제2 가열부재로 진입하는 것이 좋다.
비록, 제2 가열부재는 주름 보호관의 템퍼링 처리를 위해서 퀀칭을 위한 제1 가열부재보다 비교적 낮은 온도로 가열하나, 주름 보호관 표면에 미량이라도 냉각유체가 남아 있는 경우, 제2 가열부재를 지나면서 남아있던 냉각유체가 급격히 증발할 수 있고, 이는 걸림 고리부의 표면에 급격한 온도 변화를 야기하여 크랙을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 제2 가열부재로 진입하는 주름 보호관의 표면에 남아있는 냉각유체를 제거하며, 예를 들어, 간단하게는 냉각 저장조보다 제2 가열부재를 상대적으로 높이 배치할 수도 있을 것이다.
본 발명의 주름 보호관의 제조장치는 제1 가열부재부터 제2 가열부재까지 이어지는 주름 보호관의 열처리 경로 상에 주름 보호관을 양쪽에서 눌러 이송하는 가압 롤러가 배치되지 않기 때문에, 열처리 과정중 가압 롤러가 주름 보호관을 눌러 훼손되지 않으며, 특히, 주름 보호관을 연장방향으로 결속하는 걸림 고리부의 훼손이 원천적으로 배제되기 때문에 신뢰성 높은 주름 보호관의 제조가 가능하다.
또한, 주름 보호관을 이송하는 푸싱부 및 풀링부의 가압 롤러는 탄성부재에 의해서 탄성적으로 주름 보호관을 지지하여, 주름 보호관의 이송 시 걸림 고리부가 눌려져 형상이 훼손되거나 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 주름 보호관의 제조장치에서 주름 보호관을 가열하기 위한 제1 및 제2 가열부재로서 유도 코일을 이용함으로써, 걸림 고리부를 포함하는 주름 보호관을 전체적으로 고르게 가열할 수 있다. 이에, 팽창 불균형으로 인한 걸림 고리부의 크랙 발생을 원천적으로 방지하여, 제품의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 냉각유체 노즐은 가열 처리된 주름 보호관을 향해 냉각유체를 분사하여, 냉각유체는 냉각 저장조까지 주름 보호관의 외면을 보호하는 배리어를 형성하여, 가열된 주름 보호관의 표면이 외부로 직접 노출되는 것을 최소할 수 있다.
또한, 깔때기 형상을 갖는 냉각유체 가이드의 외면에 냉각유체를 분사함으로써, 분사된 냉각유체가 주름 보호관의 외면에 전체적으로 균일하게 공급될 수 있다. 이에, 가열된 주름 보호관을 냉각하는 과정에서 국부적인 냉각 속도의 차이로 걸림 고리부에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 냉각 저장조로부터 노출되는 주름 보호관 외면에 잔류하는 냉각유체가 다시 냉각 저장조로 흘러 내려갈 수 있도록 주름 보호관을 냉각 저장조의 수면에서 일정 높이 이상 수직으로 이송시킨 후에, 제2 가열부재로 진입시킬 수 있다. 이에, 제2 가열부재를 지나면서 주름 보호관의 표면에 남아있던 냉각유체가 급격히 증발하여 발생하는 걸림 고리부의 크랙 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 가스배관 및 가스배관용 주름 보호관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 주름 보호관을 위한 금속밴드의 사시도이다.
도 3은 금속밴드를 비틀어 제조된 주름 보호관의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주름 보호관의 제조장치의 구성도이다.
도 5는 도 4의 A 부분을 구체화하여 도시한 단면도이다.
도 6은 도 4의 B 부분을 구체화하여 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주름 보호관의 제조장치의 구성도이며, 도 5는 도 4의 A 부분을 구체화하여 도시한 단면도이며, 도 6은 도 4의 B 부분을 구체화하여 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 주름 보호관의 제조장치(100)는 제1 가열부재(112) 및 제1 냉각부재(120)를 포함하는 퀀칭부(110), 제2 가열부재를 포함하는 템퍼링부(130), 푸싱부(140), 및 풀링부(150)를 포함한다.
먼저, 주름 보호관(10)에 대해서 설명하면, 주름 보호관(10)은 열처리를 통해서 강도 및 경도가 향상되며, 이에 주름 보호관(10) 내부에 배치되는 연성 가스관을 보다 안정적으로 보호할 수 있다. 여기서 연성의 가스관은 일반적인 금속 주름관은 물론 금속에 비해서 유연한 합성수지를 이용한 주름관 혹은 민무늬 파이프 등을 두루 포함하는 개념으로 사용될 수 있으며, 주름 보호관(10)과 비교할 때 연성을 갖는다는 의미로 사용될 수 있다.
주름 보호관(10)은 앞서 설명했듯이 양단이 서로 반대방향으로 굴곡된 금속밴드(20)를 이용하여 제공되며, 금속밴드(20)의 양 단을 연속적으로 결속시켜 형성되는 걸림 고리부(12)에 의해서 주름 보호관(10)이 길게 연장될 수 있다.
상술한 주름 보호관(10)은 푸싱부(140) 및 풀링부(150)에 의해서 제1 가열부재(112) 및 제2 가열부재(132)까지 형성되는 열처리 경로를 따라서 연속적으로 이송될 수 있다. 또한, 푸싱부(140)나 풀링부(150)외에도 주름 보호관(10) 주름 보호관(10)의 이동 방향을 전환시키기 위한 여럿의 방향전환 롤러(160)를 더 배치할 수 있다.
제1 가열부재(112)부터 제2 가열부재(132)까지 이어지는 주름 보호관의 열처리 경로 상에 주름 보호관(10)을 이송하기 위한 가압 롤러가 배치되지 않기 때문에, 열처리 과정중 가압 롤러가 주름 보호관을 눌러 훼손되지 않으며, 특히, 주름 보호관(10)을 연장방향으로 결속하는 걸림 고리부(12)의 훼손이 원천적으로 배제되기 때문에 신뢰성 높은 주름 보호관의 제조가 가능하다.
특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 주름 보호관(10)을 이송하기 위한 푸싱부(140) 및 풀링부(150)는 각각 주름 보호관(10)의 일 측에서 주름 보호관(10)을 가압하는 가압 롤러(142), 및 가압 롤러(142)에 대향하여 주름 보호관(10)의 타 측에 배치되는 피니언 롤러(144)를 포함한다. 참고로, 도 5에 도시되는 가압 롤러(142) 및 피니언 롤러(144)는 사실상 도 4에서 A에 해당하는 푸싱부(140) 및 도 4에서 A′에 해당하는 풀링부(150)에 동일하게 적용될 수 있는 부분으로 구분해서 설명하지 않고, 도면부호나 설명모두 푸싱부(140)를 기준으로 설명한다.
도 3에서 확인 가능하듯 주름 보호관(10)의 길이 방향 단면은 마치 S자 형태를 가질 수 있으며, 주름 보호관(10) 외측으로 마치 나선 형상으로 연장되는 걸림 고리부(12) 사이로 피니언 롤러(144)의 톱니가 위치하여 회전하는 피니언 롤러(144)는 주름 보호관(10)을 이송시킬 수 있다.
또한, 걸림 고리부(12)가 눌려져 형상이 훼손되거나 크랙이 발생되는 것을 방지하기 위하여 가압 롤러(142)가 주름 보호관(10)을 탄성적으로 지지할 수 있게 탄성부재(146)를 사용할 수 있다. 구체적으로, 다시 도 5를 참조하면, 가압 롤러(142)의 회전축(141)이 고정되는 지지면(147)과 회전축(141) 사이에 코일 스프링과 같은 탄성부재(146)를 배치하여, 회전축(141)이 주름 보호관(10)의 굴곡대로 움직이도록 할 수 있다. 참고로, 상기 지지면(147)은 제1 냉각부재(120)를 수용하는 브라킷(101) 내측면을 의미할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 주름 보호관(10)의 열처리는 먼저, 냉각 저장조(170)로 주름 보호관(10)을 수직하게 연속 공급하면서 시작될 수 있다.
냉각 저장조(170)를 향해서 연속적으로 공급되는 주름 보호관(10)의 이동 경로에는 제1 가열부재(112)가 배치되어 있으며, 본 실시예에서 제1 가열부재(112)는 주름 보호관(10)의 외경 이상의 직경을 갖는 관통 홀(113)을 갖는 중공형으로 제공된다. 주름 보호관(10)은 관통 홀(113)을 통과하면서 가열 처리되며, 제1 가열부재(112)는 유도 코일을 이용한 가열 방식 즉, 도체주변에 코일을 감고 코일에 고주파를 넣어주면 도체에서 와전류손실이 발생하여 가열되는 방식을 이용하여 주름 보호관(10)을 가열할 수 있다.
한편, 제2 가열부재(132) 역시 유도 코일을 이용한 가열 방식을 선택하는 것이 바람직하다.
유도 코일을 이용하는 유도 가열은 전자기유도에 의해 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 가열하는 방법으로, 원리적으로는 변압기의 2차 코일 대신 피가열 재료를 사용하여 전자기유도에 의해 유도된 2차전류가 피가열 재료를 흐르는 경우에 발생하는 줄열을 이용한다.
즉, 본 실시예에서 전도체인 주름 보호관(10)이 피가열 재료에 대응할 수 있으며, 유도 코일을 이용한 주름 보호관(10)의 가열 방법을 통해서 주름 보호관(10)을 전체적으로 고르게 가열할 수 있는 효과가 있다.
이는 주름 보호관의 제품 신뢰성에 지대한 영향을 미칠 수 있는 매우 중요한 기술적 부분으로 부연하여 설명한다.
본 발명의 주름 보호관(10)은 앞서 설명했듯이 걸림 고리부(12)의 결속을 통해서 연장되는바, 걸림 고리부(12)의 결속 상태나 걸림 고리부의 크랙 및 걸림 고리부의 경도 및 연성과 같은 걸림 고리부(12)의 성질이 제품의 신뢰성에 지대한 영향을 미친다.
따라서, 본 발명에서 푸싱부(140) 및 풀링부(150)의 가압 롤러(142)가 주름 보호관(10)을 탄성적으로 지지하도록 제공하는 까닭도 주름 보호관(10) 중 특히 걸림 고리부(12)의 훼손을 막기 위한 한 방편이라고 할 수 있다.
다시 주름 보호관(10)을 가열하는 방법으로 유도 가열을 택한 이유로 돌아와 설명하면, 유도 가열 방법을 통해서 주름 보호관(10)을 전체적으로 고르게 가열하고, 특히 걸림 고리부(12)가 가열 시 전체적으로 고르게 가열되도록 함으로써, 팽창 불균형으로 인한 크랙 발생을 원천적으로 방지하여, 제품의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
만약, 유도 가열을 대신하여 화염 가열 방법으로 주름 보호관의 외측에서 직접 가열하게 되면, 주름 보호관의 외측보다 내측의 팽창정도가 더 늦어질 수 있고, 이러한 팽창 불균형은 특히 걸림 고리부의 내외측 팽창 불균형을 가져와 식은 후 크랙이 발생하기 쉽고 주름 보호관의 내구성을 떨어뜨리는 문제를 야기할 수 있다. 이는 도 3을 참조하여 더 구첵으로 확인할 수 있는데, 금속밴드의 양쪽으로 굴곡된 부분(22, 24) 중 내측에 배치되는 부분(22)은 화염 가열 시 외측에 배치되는 부분(24)보다 팽창이나 가열 속도가 늦어질 수 있기 때문에 가열 불균형으로 인한 걸림 고리부의 크랙발생 가능성이 커지게 된다.
여기서, 가열 온도는 주름 보호관(10)에 기대되는 성질에 따라서 변경될 수 있다. 구체적으로, 탄소강이나 합금강으로 제작되는 주름 보호관(10)의 경우에는 열처리를 통해서 강도, 내마모성, 내충격성, 가공성, 자성 등의 제반 성능에 차이를 부여할 수 있다.
다만, 본 실시예에서 주름 보호관(10)의 금속밴드(20)의 재료로 탄소강을 사용할 수 있는데, 특히, 탄소 함유량이 0.4 내지 0.55% 정도인 중탄소강에서 저탄소강을 사용할 수 있다. 이는 대체적으로 0.5에서 1.7% 정도로 탄소 함유량이 많은 고탄소강을 사용하여 제조된 주름 보호관은 반복적으로 가열 및 냉각되는 과정에서 걸림 고리부에 크랙이 발생할 가능성이 크기 때문이며, 반대로, 0.4%이하의 탄소 함유랑을 갖는 탄소강은 연성이 너무 커 주름 보호관으로 적합치 못할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 가열부재(112)를 이용하여 주름 보호관(10)을 가열 처리한 후에, 가열된 주름 보호관(10)에 제1 냉각부재(120)를 이용하여 냉각수를 분사할 수 있다.
그리고, 냉각 저장조(170)에 주름 보호관(10)을 입수시키면, 주름 보호관(10)은 일차적으로 퀀칭(quenching)에 의해서 주름 보호관(10)의 강도와 내마모성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 내충격성을 향상시키위하여 오스템퍼링(austempering) 열처리 방식을 적용할 수 있으며, 이는 소재를 높은 대략 섭씨 800도 내지 900도 범위의 온도로 가열한 다음, 섭씨 270도 내지 400도 범위의 온도로 급랭시키는 퀀칭 과정을 거친 후에, 일정한 시간 대략 20분 내지 40분 동안을 등온으로 유지시킴으로 그 조직을 기존의 펄라이트와 페라이트 혼합기지조직 또는 펄라이트 기지조직에서 베이나이트 기지조직으로 변태시키는 방법이다.
다른 예를 들면, 마템퍼링(Martempering)의 경우, 오스테나이트 상태까지 가열한 강을 섭씨 150도 내지 250도 사이에서 항온변태를 완료시킨후 상온까지 급랭시킨 열처리이며, 마텐사이트와 베이나이트의 혼합된 조직을 얻을수 있다.
즉, 앞서 예를 들어 설명한바와 같이, 제1 가열부재(120) 및 제1 냉각부재(120)를 포함하는 퀀칭부(110)를 통해서 주름 보호관(10)을 퀀칭하되, 이때, 가열 온도는 원하는 주름 보호관(10)의 성질에 따라서 결정될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 냉각 저장조(170)를 통과하여 연속 공급되는 주름 보호관(10)의 경로에 제2 가열부재(132)를 더 설치하고, 제2 가열부재(132)를 이용하여 주름 보호관(10)을 다시 가열 처리한다.
이는 보통 퀀칭한 강은 경도가 높지만 취약하기 때문에 마르테사이트 조직을 그대로 사용하지않고 템퍼링을 해서 사용하는 것이 바람직하기 때문이다.
즉, 퀀칭을 통해서 경도는 뛰어나나 인성이 적어 잘 깨지는 문제를 제2 가열부재(132)를 통해서 주름 보호관(10)을 템퍼링(소려, 뜨임, 재열처리 등으로 지칭되기도 함) 처리함으로써 해결할 수 있다.
참고로, 앞서 설명한 바와 같이, 오스테나이트 상태까지 가열한 강을 약 550도 이하의 온도까지 급랭하여 재료의 온도가 일정하게 되고부터 천천히 담금질을 한 후에 템퍼링을 하는 열처리 방법을 마퀀칭(Marquenching)이라고 한다.
또한, 본 실시예에와 같이, 제2 가열부재(132)에 의해서 2차적으로 가열된 주름 보호관(10)은 자연적인 공랭 방법을 통해서 냉각시킬 수도 있고, 경우에 따라서, 앞서 설명한 바와 같은 냉각수를 이용한 수냉 방법을 통해서 재차 냉각될 수도 있다.
이상 주름 보호관을 퀀칭부(110)를 통해서 퀀칭하고, 템퍼링부(130)를 통해서 템퍼링하는 과정을 상세하게 설명하였으며, 이하에서는 도 5를 참조하여, 도 4에 도시된 주름 보호관의 열처리 방법의 공정 중에서 B 부분에 해당하는 공정 과정을 더욱 상세하게 설명한다.
도 6을 참조하면, 제1 가열부재(112)의 중앙에 형성된 관통 홀(113)을 통과하면서 가열된 주름 보호관(10)은 제1 가열부재(112)의 하부에 바로 인접하게 배치된 제1 냉각부재(120)에 의해서 냉각된다.
제1 냉각부재(120)는 복수개의 냉각수 노즐(121), 냉각수 노즐(121)이 장착되는 냉각부재 케이스(122), 제1 가열부재(112)의 출구(114)에 장착되며, 깔때기 형상을 갖는 냉각유체 가이드(123)를 포함한다.
복수개의 냉각수 노즐(121)을 통해서 냉각유체 가이드(123)의 외면에 형성된 가이드면(124)을 향하여 냉각수를 분사함으로써, 분사된 냉각수가 주름 보호관(10)의 외면에 전체적으로 균일하게 공급된다. 본 실시예에서 냉각유체로서 냉각수를 이용할 수도 있다.
또한, 냉각수 노즐(121)을 통해 분사된 냉각수는 주름 보호관(10)의 외면을 타고 흐르며, 분사된 냉각수는 주름 보호관(10)의 외면을 보호하면서 주름 보호관(10)과 함께 냉각 저장조(170)로 입수되기 때문에, 제1 가열부재(112)와 냉각 저장조(170) 사이에 가열된 주름 보호관(10)의 표면이 주름 보호관(10)을 타고 흐르는 냉각수에 의해서 공기 중에 노출되는 것이 최소화되며, 가열된 주름 보호관(10)의 표면이 산화되는 것이 최소화된다.
특히, 냉각수 노즐(121)로부터 분사되는 냉각수가 직접 주름 보호관(10)에 분사되는 것이 아니라, 냉각유체 가이드(123)의 외면에 형성된 가이드면(124)을 향하여 분사되어, 분사된 냉각수가 주름 보호관(10)의 외면에 전체적으로 균일하게 공급된다. 이에, 가열된 주름 보호관(10)을 냉각하는 과정에서 주름 보호관(10)의 냉각 정도가 국부적으로 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 특히, 걸림 고리부(12)의 국부적인 냉각 속도의 차이로 인하여 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 냉각부재(120)의 출구(125) 및 냉각 저장조(170)의 수면(172) 사이에 밀폐부재(180)를 개재시키고, 밀폐부재(180)를 이용하여 제1 냉각부재(120)의 출구(125) 및 냉각 저장조(170)의 수면(172) 사이의 냉각 공간을 외부 공기로부터 차단할 수 있다.
냉각 공간에서는 가열된 주름 보호관(10) 외면을 타고 흐르는 냉각수가 급격하게 증발하기 때문에, 냉각 공간이 그대로 외부에 노출되는 경우에는 냉각수 증발 및 주름 보호관(10)의 가열 시에 발생하는 폭발성 잔류가스의 폭발로 인한 안전사고의 위험이 있으나, 밀폐부재(180)를 통해서 이를 방지할 수 있다. 물론, 밀폐부재(180)의 일면에는 특정한 압력 이상이 되면 개방되는 압력 조절 도어(184)를 장착하여, 폭발성 잔류가스의 폭발로 인한 폭발 충격을 상쇄시킬 수 있으며, 경우에 따라서 밀폐부재(180)의 측면에는 미세한 구멍을 제공하여 상술한 폭발성 잔류가스의 폭발 충격을 상쇄시킬 수도 있다.
참고로, 경우에 따라서 앞선 실시예에서 상세하게 설명한 바와 같이, 퀀칭 공정과 담금질을 통해서 주름 보호관(10) 자체의 성질을 원하는대로 변경시킨 후에, 주름 보호관(10)의 외면 및 내면에 인산염 코팅층을 형성하는 단계를 더 실시할 수도 있다.
다시 도 4를 참조하면, 또한, 주름 보호관(10)은 냉각 저장조(170)로부터 노출되는 주름 보호관(10) 외면에 잔류하는 냉각유체가 다시 냉각 저장조로 흘러 내려갈 수 있도록 일정 높이(H) 이상 수직으로 이송된 후에, 제2 가열부재(132)로 진입하는 것이 좋다.
비록, 제2 가열부재(132)는 주름 보호관(10)의 템퍼링 처리를 위해서 퀀칭을 위한 제1 가열부재(112)보다 비교적 낮은 온도로 가열하나, 주름 보호관(10) 표면에 미량이라도 냉각유체가 남아 있는 경우, 제2 가열부재(132)를 지나면서 남아있던 냉각유체가 급격히 증발할 수 있고, 이는 걸림 고리부(12)의 표면에 급격한 온도 변화를 야기하여 크랙을 발생시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 제2 가열부재(132)로 진입하는 주름 보호관(10)의 표면에 남아있는 냉각유체를 제거한다. 예를 들어, 간단하게는 냉각 저장조보다 제2 가열부재를 상대적으로 높이 배치할 수도 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10：주름 보호관 12：걸림 고리부
20：금속밴드 100：주름 보호관의 제조장치
110：퀀칭부 112：제1 가열부재
113：관통 홀 114：제1 가열부재의 출구
120：제1 냉각부재 121：냉각수 노즐
122：냉각부재 케이스 123：냉각유체 가이드
124：가이드면 125：제1 냉각부재의 출구
130：템퍼링부 132：제2 가열부재
140：푸싱부 141：회전축
142：가압 롤러 144：피니언 롤러
146：탄성부재 147：지지면
150：풀링부 160：방향전환 롤러
170：냉각 저장조 172：수면
180：밀폐부재 184：압력 조절 도어

Claims (11)

  1. 양단이 서로 반대방향으로 굴곡된 금속밴드를 연속적으로 결속시켜 제공되는 걸림 고리부를 포함하는 주름 보호관을 제조하는 장치에 있어서,
    상기 주름 보호관을 가열하는 제1 가열부재, 및 상기 제1 가열부재에 의해서 가열 처리된 상기 주름 보호관을 냉각유체를 이용하여 냉각하는 제1 냉각부재를 포함하는 퀀칭부(quenching part);
    상기 퀀칭부에 인접하게 제공되며, 상기 주름 보호관을 가열하는 제2 가열부재를 포함하는 템퍼링부(thempering part);
    상기 퀀칭부 이전에 위치하여 상기 주름 보호관을 밀어서 진입시키기 위한 푸싱부(pushing part); 및
    상기 탬퍼링부 이후에 위치하여 상기 주름 보호관을 당겨서 이송시키기 위한 풀링부(pulling part);
    를 포함하며, 상기 퀀칭부 및 상기 템퍼링부 외측으로 상기 푸싱부 및 상기 풀링부를 배치함으로써, 상기 걸림 고리부가 상기 푸싱부 및 상기 풀링부에 의해서 훼손되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 푸싱부 및 상기 풀링부는 각각 상기 주름 보호관의 일 측에서 상기 주름 보호관을 가압하는 가압 롤러, 및 상기 가압 롤러에 대향하여 상기 주름 보호관의 타 측에 배치되는 피니언 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  3. 제3항에 있어서,
    상기 주름 보호관의 길이 방향 단면이 S 자 형태로 제공되며,
    상기 피니언 롤러의 톱니는 상기 걸림 고리부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가압 롤러를 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주름 보호관은 0.4 내지 0.55%의 탄소를 포함하는 탄소강을 사용하는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가열부재는 유도 코일을 이용하여 상기 주름 보호관을 가열 처리하는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가열부재에 의해서 가열된 상기 주름 보호관이 수직하게 연속으로 입수되는 냉각 저장조를 더 포함하며,
    상기 제1 냉각부재는 상기 1 가열부재에 바로 인접하게 배치되는 복수개의 냉각유체 노즐을 포함하고, 상기 냉각유체 노즐은 가열 처리된 상기 주름 보호관을 향해 상기 냉각유체를 분사하여, 상기 냉각유체는 상기 냉각 저장조까지 상기 주름 보호관의 외면을 보호하는 배리어를 형성하는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 냉각부재는 상기 제1 가열부재의 출구에 장착되며 깔때기 형상의 외면을 갖는 가이드면을 포함하며,
    상기 냉각유체 노즐은 상기 가이드면을 향해 상기 냉각유체를 분사하고, 분사된 상기 냉각유체는 상기 주름 보호관의 외면에 전체적으로 균일하게 공급되는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 냉각부재의 출구 및 상기 냉각 저장조의 수면 사이에 개재되는 밀폐부재를 더 포함하며, 상기 밀폐부재를 이용하여 상기 냉각부재의 출구 및 상기 냉각 저장조의 수면 사이의 냉각 공간을 외부 공기로부터 차단하는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밀폐부재의 일면에는 특정한 압력 이상이 되면 개방되는 압력 조절 도어가 장착되며,
    상기 압력 조절 도어를 이용하여 상기 냉각 공간의 잔류가스의 폭발로 인한 폭발 충격을 대비하는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 가열부재는 상기 냉각 저장조로부터 노출되는 상기 주름 보호관 외면에 잔류하는 상기 냉각유체가 다시 상기 냉각 저장조로 흘러 내려갈 수 있도록 일정 높이 이상 수직으로 이송된 후에, 상기 제2 가열부재로 진입하는 것을 특징으로 하는 주름 보호관의 제조장치.
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