KR20140141282A - 대형 파이프 이음용 대형 플랜지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

금속판재를 번거롭지 않고 간단한 작업공정을 통하여 높은 강성을 가지는 대형 플랜지를 제조하는 것으로, 금속판재를 필요로 하는 직경의 플랜지 크기를 갖도록 원판으로 절단하는 단계; 상기 절단된 원판의 중심에 확관공을 천공(穿孔)하는 단계; 상기 확관공이 형성된 원판을 플랜지부와 관부로 드로잉 가공하는 단계; 상기 드로잉 가공 후 필요로 하는 최종 제품으로 성형하기 위해 단조(鍛造)하는 단계;를 포함하는대형 파이프 이음용 대형 연결 플랜지의 제조방법을 제공하는 데 있다.
그에 따라 압력이 높거나 유동성 심한 부분에서도 높은 안전성을 가질 수 있는 효과 함께 오랜 사용기간을 확보할 수 있는 효과를 가진다.

Description

대형 파이프 이음용 대형 플랜지의 제조방법{Large for large pipe flange joint method of}

본 발명은 대형 파이프를 이음시 사용되는 대형 플랜지에 관한 것으로, 더 상세하게는 금속판재를 번거롭지 않고 간단한 작업공정을 통하여 높은 강성을 가질 수 있도록 한 대형 파이프 이음용 대형 플랜지의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 대형 선박 또는 해양시설물, 정유시설물, 화학시설물 및 구조물 등에는 필요로 하는 각종 유체(流體 :기체 또는 액체) 등을 이송하고자 파이프 라인 등을 통하여 필요로 하는 장소로 이송된다.

이렇게, 파이프 라인을 통하여 유체가 이송될 때 용도의 특성상 대형 파이프, 즉 대형 파이프라 함은 통상 600~800Ø의 직경을 가지게 되는 데, 이러한 대형 파이프를 연결하기 위해서는 대형 플랜지가 요구된다.

종래 통상적인 대형 파이프를 연결하기 위해 사용되는 대형 플랜지는 주물제작에 의하여 제작되는 것으로, 이러한 주물제작에 의해 제작되는 대형 플랜지의 경우에는 주물제작의 특성상 용해된 금속이 응고되는 과정에서 내부로 수많은 기포를 포함하고 있는 관계로, 높은 압력이나 유동성 등과 같이 외부로부터 물리적인 힘이 가해질 경우 소성 변형이 일어나 크랙(crack)이나 파괴되는 것과 같은 크나큰 단점을 가지고 있었다.

한편, 작은 직경을 가지는 플랜지의 경우에는 통상적인 단조공법에 의하여 제작되기도 하였으나, 상기와 같이 직경이 큰 대형 파이프를 연결하기 위한 대형 플랜지의 경우에는 상당히 높은 압력이 요구됨에 따라 현실적으로 제작하기 어려운 단점을 가진다.

아울러, 종래에도 주물제작된 대형 플랜지를 대체하기 위해서는 대형 파이프를 절단하고 그 절단된 부분으로 가공된 플랜지를 용접하는 방식을 사용하기도 하였으나, 이 같이 용접하여 제작된 대형 플랜지 역시 높은 압력이나 유동성에 의하여 용접된 부분으로 크랙이나나 손상 또는 파손되는 문제점이 그대로 발생하였다.

이러한 문제점을 해소하고자 종래에도 대한민국 등록특허 제10-0929221호(이하 '선행기술 1'이라 합니다)에 개시된 바와 같이 강관의 끝단부 내주면에 롤러가 점차 외측으로 벌어지면서 회전하게 됨에 따라 강관의 끝단부를 외측으로 벌려 플랜지를 형성하는 기술이 제안된 바 있다.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2009-0049509호(이하 '선행기술 2'라 합니다)에 개시된 바와 같이 상부 금형과 하부 금형 및 외부금형의 중간에 파이프 소재상태를 삽입 후 상부 금형과 하부 금형을 압착하는 힘에 의하여 파이프 소재상태를 플랜지 본체로 성형하는 기술이 제안된 바 있다.

그리고, 대한민국 등록특허 제10-1118738호(이하 '선행기술 3'이라 합니다)에 개시된 바와 같이 컷팅된 파이프의 일단을 굴곡 및 압착하여 플랜지를 형성하고, 상기 플랜지가 형성된 파이프의 외형을 가공하고자 하는 형태로 연마하여 성형하는 기술이 제안된 바 있다.

대한민국 등록특허 제10-0929221호 대한민국 공개특허 제10-2009-0049509호 대한민국 등록특허 제10-1118738호

그러나, 상기한 선행기술 1 내지 3의 경우 대부분이 직경이 작은 소형 플랜지를 제작하는 기술로서, 소형 플랜지를 제작하기에는 적합할 수 있으나, 대형 플랜지를 제작하기에는 부적합한 단점을 가진다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 주된 목적은 금속판재를 번거롭지 않고 간단한 작업공정을 통하여 높은 강성을 가질 수 있도록 한 대형 파이프 이음용 대형 플랜지의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 플랜지부와 관부가 접하는 부분이 동일한 두께로 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대형 파이프와의 연결작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대형 플랜지의 관부 길이가 설치하고자 하는 장소나 위치에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 금속판재를 필요로 하는 직경의 플랜지 크기를 갖도록 원판으로 절단하는 단계; 상기 절단된 원판의 중심에 확관공을 천공(穿孔)하는 단계; 상기 확관공이 형성된 원판을 플랜지부와 관부로 드로잉 가공하는 단계; 상기 드로잉 가공 후 필요로 하는 최종 제품으로 성형하기 위해 단조(鍛造)하는 단계;를 포함한다.

상기 드로잉 가공은 드로잉 상 금형이 하강하면서 드로잉 하 금형 측으로 원판의 삽입공이 형성된 부분을 연결하고자 하는 대형 파이프와 같은 직경의 관부로 드로잉 성형한다.

상기 플랜지부와 관부가 서로 접하는 부분을 플랜지부 및 관부와 동일한 두께로 롤링 가공하는 단계를 더 포함한다.

상기 단조 후 관부의 끝단으로 대형 파이프와 이음을 위한 면치하는 단계를 더 포함한다.

금속판재를 필요로 하는 직경의 플랜지 크기를 갖도록 원판으로 절단하는 단계; 상기 원판을 플랜지부와 관부로 드로잉 가공하는 단계; 상기 드로잉된 관부의 상면을 절단하는 단계; 상기 관부의 상면을 절단 후 필요로 하는 최종 제품으로 성형하기 위해 단조(鍛造)하는 단계;를 포함한다.

본 발명은 금속판재를 번거롭지 않고 간단한 작업공정을 통하여 높은 강성을 가질 수 있도록 함으로써, 압력이 높거나 유동성 심한 부분에서도 높은 안전성을 가질 수 있는 효과 함께 오랜 사용기간을 확보할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 플랜지부와 관부가 접하는 부분이 동일한 두께로 이루어질 수 있도록 함으로써, 제품에 대한 신뢰성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 크랙이나 손상 또는 파손됨을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 면치 가공에 따른 대형 파이프와의 연결작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 대형 파이프와의 연결작업이 번거로움 없이 단시간 내에 이루어져 높은 효율성을 가진다.

또한, 대형 플랜지에 형성되는 관부의 길이에 따라 선택적인 방법에 의해 제조가 이루어질 수 있도록 함으로써, 설치하고자 하는 장소나 위치에 알맞는 대형 플랜지를 제공할 수 있는 효과도 갖는다.

도 1은 본 발명의 제조단계를 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 발명의 절단 과정을 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명의 천공 과정을 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 드로잉 가공 과정을 나타낸 정면도,
도 5는 본 발명의 단조 과정을 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예의 롤링하는 과정을 나타낸 정면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예의 면치 과정을 나타낸 정면도,
도 8은 본 발명의 사용 상태를 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제조단계를 설명하기 위한 블록도이다.

도시된 바와 같이 유체를 이송하고자 대형 파이프를 연결하기 위해 금속판재를 번거롭지 않고 간단한 작업공정을 통하여 높은 강성을 가질 수 있도록 필요로 하는 적어도 600~800Ø의 직경을 가지는 대형 파이프 이음용 대형 연결 플랜지의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 제조방법은 공지의 방식에 의해 제작된 넓은 면적을 가지는 금속판재(100)를 도 2에서와 같이 필요로 하는 직경의 플랜지 크기를 갖도록 원판(10)으로 통상의 프레스 작업이나 레이저 작업 또는 워터 젯(water jet) 가공 방식 등에 의해 절단하는 단계(S1)를 행한다. 이때, 상기 원판은 대략 600~800Ø의 직경을 가지는 대형이다.

아울러, 상기 금속판재로부터 대형 원판을 절단하는 방식은 상기한 언급한 방식 이외에 금속판재로부터 대형 원판을 절단하는 어떠한 방식을 적용하여도 무방하다.

그런 다음 절단된 원판(10)의 중심에 후술하는 드로잉 작업시 상금형이 하강하여 관부를 형성할 수 있도록 통상의 레이저 작업이나 드릴링 작업 또는 프레스 작업이나 워터 젯 방식 등을 통하여 도 3에서와 같이 확관공(12)을 천공(穿孔)하는 단계(S2)를 행한다. 이때, 상기 원판에 확관공을 형성하는 것은 비교적 짧은 길이를 가지는 관부를 갖도록 하는 위한 것이다.

상기에서, 확관공의 천공은 상기 언급한 방식 이외에 원판으로부터 삽입공을 천공할 수 있는 어떠한 방식을 적용하여도 무방하다.

이후, 상기 확관공(12)이 형성된 원판(10)을 도 4에서와 같이 통상의 프레스 작업방식에 의한 드로잉 상,하 금형(200)(210) 상에서 플랜지부(10a)와 관부(10b)로 드로잉 가공하는 단계(S3)를 행한다.

다시 말해서, 상기 드로잉 가공은 드로잉 상 금형이 하강하면서 드로잉 하 금형 측으로 원판의 확관공이 형성된 부분을 연결하고자 하는 대형 파이프와 같은 직경의 관부로 드로잉 성형하는 것이다.

아울러, 상기 드로잉 가공은 한 번의 단발에 의해 드로잉하는 것이 아니라 순차적으로 여러 번을 반복하는 다단 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 한 번의 단발에 의한 드로잉도 플랜지부와 관부로의 성형이 원활하게 이루어질 수 있으나, 금속재질의 특성상 플랜지부와 관부가 접하는 부분이 손상이나 파손될 우려가 있다.

그에 따라 드로잉 가공시 단발이 아닌 순차적으로 여러 번을 반복하는 다단방식으로 가공하는 것이 바람직하다.

아울러, 드로잉시 원판의 중심에 천공된 확관공에 의하여 드로잉된 관부는 비교적 짧은 길이를 가진다.

이렇게, 드로잉 가공이 완료된 상태에서는 실제 제조하고자 하는 대형 플랜지 형태를 갖춘다.

마지막으로, 상기 드로잉 가공 후 필요로 하는 높은 강성을 가지는 최종 제품으로 성형하기 위해 도 5에서와 같이 통상적인 단조방식인 상,하 단조금형(300)(310) 상에서 금속의 재결정온도보다 높은 온도로 처리하는 열간단조를 행하는 단조(鍛造)하는 단계(S4);를 포함한다.

그에 따라 본 발명에 따른 대형 파이프 이음용 대형 플랜지(1 : 도 7 참고)로의 제작이 완료된다.

아울러, 상기와 같이 제조된 상태에서 플랜지부에는 통상의 볼트 및 너트를 체결하기 위한 공지의 방식인 드릴링 또는 프레싱 등을 통하여 체결공을 형성한다.

이로써, 본 발명은 넓은 면적을 가지는 금속판재를 여러 복잡하고 번거로운 작업공정을 거치는 것이 아니라 간단한 작업공정을 통하여 강성이 높은 대형 플랜지로의 가공이 용이하게 이루어질 수 있는 장점을 가진다.

한편, 상기 드로잉 가공직 후 단조하기 전에 상기 플랜지부(10a)와 관부(10b)가 서로 접하는 부분을 도 6에서와 같이 플랜지부(10a) 및 관부(10b)와 동일한 두께로 형성될 수 있도록 한다. 즉 드로잉 가공에 따른 플랜지부와 관부가 접하는 부분은 드로잉 가공의 특성상 연신되어 얇아 질 수 있는 관계로, 통상의 롤링 가공장치(400)에 의해 롤링 가공하는 단계(S3a)를 더 포함한다.

다시 말해서, 드로잉 가공에 따른 플랜지부와 관부가 접하여 얇아진 부분을 롤리 가공장치에 의하여 비교적 두께가 두꺼운 플랜지부와 관부로부터 롤의 가압에 의해 밀어서 플랜지부와 관부가 접한 부분을 동일한 두께로 롤링 가공하는 것이다.

그에 따라 롤링 가공을 통하여 플랜지부와 관부 및 상기 플랜지부와 관부가 접한 부분까지 동일한 두께를 가질 수 있는 것이다.

그리고, 상기 단조 후 관부(10b)의 끝단으로 대형 파이프와 이음을 위한 도 7에서와 같이 통상의 면치기나 절삭기 등에 의해 면치하는 단계(S5)를 더 포함한다. 즉, 대형 파이프와 용접 등으로 연결시 원활한 용접이 이루어질 수 있도록 대형 플랜지를 제작 후 관부의 끝단으로 면치 가공하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에 의해 제조된 대형 플랜지(1)는 도 8에서와 같이 관부에 면치 가공된 부분과 필요로 하는 대형 파이프(P)와 통상의 용접방식에 의하여 용접하여 연결한다. 이때, 플랜지부는 미리 가공된 체결공을 통하여 다른 대형 플랜지와 통상의 볼트와 너트에 의해 체결함에 따라 대형 파이프와의 연결작업이 원활하게 이루어질 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 대형 파이프를 연결하기 위해 사용되는 대형 플랜지를 번거롭거나 불편함 없이 간단하게 제조함으로써, 압력이 높거나 유동성이 큰 부분에서도 크랙이나 손상 또는 파손됨없이 안전하게 오랜기간 사용할 수 있는 조건을 가진다.

한편, 전술한 본 발명은 관부의 길이가 비교적 짧은 대형 플랜지를 제조시의 일 예로 설명한 것이며, 관부의 길이가 길게 형성하고자 할 경우에는 다음과 같은 단계에 의하여 제조된다.

도 9에 도시된 바와 같이 전술한 제조과정에서, 금속판재로부터 원판으로 절단 단계(S1) 후, 원판의 중심으로 확관공을 형성하지 않고 드로잉 상,하 금형 상으로 원판을 올려 놓은 후 플랜지부와 관부가 형성되도록 하는 드로잉 가공하는 단계(S3)를 바로 행한다. 이때, 원판의 중심은 천공되지 않아 관부를 보다 길게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 드로잉 가공성이 보다 우수할 수 있다.

그런 다음 드로링 가공하여 형성된 관부의 상면을 통상적인 방식에 의하여 절단하여 관부가 관통되도록 하는 절단 단계(S3A)를 행한다.

그리고 나서 전술한 바와 같이 상,하 단조금형 상에서 단조 단계(S4)를 행함으로써, 필요로 하는 제품으로의 제작이 완료된다.

이때, 상기 드로잉 가공은 전술한 바와 같이 단발이 아닌 다단 방식에 의해 행하는 것이 바람직하며, 드로잉 후 전술한 롤링 가공하는 롤링 가공 단계(S3a)와 함께 단조 후에는 관부의 끝단으로 면치 가공하는 단계(S5)를 동일하게 수행한다.

그에 따라 원판의 중심에 확관공을 형성하지 않으므로써, 원판의 중심부로부터 관부를 보다 길게 드로잉할 수 있는 조건을 가지게 됨에 따라 드로잉 후에는 비교적 긴 관부가 형성되는 것이다.

따라서, 본 발명은 대형 플랜지가 필요로 하는 장소나 위치에 따라 관부의 길이가 짧거나 길 경우 전술한 방법에 의해 제조된 대형 플랜지를 선택적으로 사용할 수 있도록 함으로써, 호환성도 뛰어난 조건을 가진다.

1 : 대형 플랜지
10 : 원판 10a : 플랜지부
10b : 관부 12 : 확관공
100 : 금속판재

Claims (5)

1. 금속판재를 필요로 하는 직경의 플랜지 크기를 갖도록 원판으로 절단하는 단계;
   상기 절단된 원판의 중심에 확관공을 천공하는 단계;
   상기 확관공이 형성된 원판을 플랜지부와 관부로 드로잉 가공하는 단계;
   상기 드로잉 가공 후 필요로 하는 최종 제품으로 성형하기 위해 단조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 파이프 이음용 대형 플랜지의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 드로잉 가공은 드로잉 상 금형이 하강하면서 드로잉 하 금형 측으로 원판의 확관공이 형성된 부분을 연결하고자 하는 대형 파이프와 같은 직경의 관부로 드로잉 성형하는 것을 특징으로 하는 대형 파이프 이음용 대형 플랜지의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 플랜지부와 관부가 서로 접하는 부분을 플랜지부 및 관부와 동일한 두께로 롤링 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 파이프 이음용 대형 플랜지의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 단조 후 관부의 끝단으로 대형 파이프와 이음을 위한 면치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 파이프 이음용 대형 플랜지의 제조방법.
5. 금속판재를 필요로 하는 직경의 플랜지 크기를 갖도록 원판으로 절단하는 단계;
   상기 원판을 플랜지부와 관부로 드로잉 가공하는 단계;
   상기 드로잉된 관부의 상면을 절단하는 단계;
   상기 관부의 상면을 절단 후 필요로 하는 최종 제품으로 성형하기 위해 단조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 파이프 이음용 대형 플랜지의 제조방법.
   

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