KR20150075002A - 노치 임팩터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체압 실린더에 작동유체를 공급함으로써 타격블록이 충격 하중을 전달받아 시편에 대해 충격 하중을 가하는 노치 임팩터에 관한 것으로, 타격블록은 유체압 실린더의 피스톤으로부터 타격을 받는 본체; 충격 하중의 방향으로 본체로부터 연장되고 외주면에 나사산이 형성된 원기둥 형상의 연결부; 내주면에 나사산이 형성되어 일측에서 연결부와 나사체결되는 원통 형상의 쐐기홀더; 및 이 쐐기홀더의 타측에 고정되어 시편과 접촉하는 쐐기부를 포함하여서, 노치 임팩터의 쐐기부를 회전할 수 있게 함으로써 보다 정확한 시편의 파괴인성을 평가할 수 있어 충격시험의 신뢰도를 한층 높일 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

노치 임팩터 {Notch Impactor}

본 발명은 노치 임팩터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시편에 있는 용접단면의 개선형상에 따라 노치 임팩터의 쐐기부를 회전할 수 있게 함으로써 보다 정확한 시편의 파괴인성을 평가할 수 있어 충격시험의 신뢰도를 한층 높일 수 있는 노치 임팩터에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.

강재가 점차 고강도화 및 극후물화가 진행됨에 따라 그 파괴 특성에 대한 관심이 높아지고 있는데, 파괴 특성은 크게 균열생성의 관점과 균열정지의 관점으로 구분될 수 있다. 지금까지 파괴 특성은 주로 균열생성의 측면에 초점을 맞추어 검토되어 왔으나, 최근에 균열정지의 관점에서 취성균열 정지특성에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

취성균열 정지는 응력이 집중된 부분이나 결함, 또는 국부적인 취화영역에서 취성균열이 발생한 경우, 균열이 일정 길이 이상으로 전파하여 소재 또는 구조물 전체의 안정성에 영향을 끼치기 전에 정지시키는 개념으로서, 취성균열 정지특성이 우수한 소재가 균열 발생부 주변을 둘러싸고 있어야 한다는 가정을 바탕으로 하고 있다. 이러한 취성균열의 정지는 균열이 전파하면서 균열첨단에서 방출되는 탄성에너지와 균열첨단에서 일어나는 소성변형에 흡수되는 에너지가 평형상태를 이룰 때 일어나게 되며, 균열정지 파괴인성(Crack arrest toughness, Kca) 또는 균열정지 온도(Crack arrest temperature, CAT) 등의 값으로 평가된다.

극후물 강재의 취성균열 정지특성에 관한 연구에서는 대부분 온도 구배 ESSO 시험을 채택하고 있는데, 도 1에 온도 구배 ESSO 시험법의 개략도가 도시되어 있다.

우선 시편(1)의 한쪽 표면에 노치(3)를 가공한 후 대형 인장시험기(미도시)에 장착을 한다. 시편(1)의 노치(3) 쪽 표면에 접하도록 냉각챔버(20)를 설치하는데, 노치(3) 부근은 저온으로 냉각하여 균열 생성 및 전파를 용이하게 하고, 균열 전파 방향을 따라 온도를 상승시켜 균열 정지가 발생하도록 한다.

이러한 온도 구배의 조정을 마친 후 시편(1)에 인장 하중을 가하고, 목표 시험 하중에 도달하면 노치 임팩터를 사용하여 노치(3)에 충격 하중을 가하여 균열을 생성, 전파시키고 균열이 정지한 부분의 균열길이를 측정하여 Kca값을 계산한다. 시편(1)의 파단 없이 시편(1) 내에서 균열을 정지시키기 위해서는 온도 구배, 인장 하중 및 시편(1) 크기의 적절한 조합을 이루어야 한다.

한편, 대입열 용접에 의한 용접부에서의 균열 전파 인성값 및 균열 전파 경로를 파악하기 위하여 동일한 시험법이 실시될 수 있다. 통상, 노치(3)의 위치는 용접부의 가장 취약한 영역으로 판단되는 용접용융선(Fusion Line: FL)에 설정하여 균열이 시작되게 하는 것이 좋다.

하지만, 노치 임팩터의 쐐기부(14)가 용접단면의 길이방향과 수직하게 그리고 두께방향과 평행하게만 충격 하중을 가하도록 고정되어 있어서, 일정한 각도를 가지는 용접단면의 파괴인성을 정확하게 평가할 수 없다.

이러한 이유 때문에, 노치(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 융착금속부와 모재부가 대략 절반씩 포함되는 형태로 가공되었으며, 실제 용접부의 파괴인성값으로 인정되고 있는 실정에 있다.

또, 실제 용접부에서 취성균열이 가장 취약한 부분은 열영향부(Heat Affect Zone: HAZ)로서, 이 열영향부의 파괴인성을 정확히 평가하기 위해서는 노치(3)에 구하려는 열영향부의 분율이 많이 포함되고 있어야 함에도 불구하고, 열영향부 분율이 75%에도 미치지 못하는 상황으로 된다.

이에 본 발명은 시편에 있는 용접단면의 개선형상에 따라 노치 임팩터의 쐐기부를 회전할 수 있게 함으로써 보다 정확한 시편의 파괴인성을 평가할 수 있어 충격시험의 신뢰도를 한층 높일 수 있는 노치 임팩터를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예는, 유체압 실린더에 작동유체를 공급함으로써 타격블록이 충격 하중을 전달받아 시편에 대해 상기 충격 하중을 가하는 노치 임팩터에 있어서, 상기 타격블록은, 상기 유체압 실린더의 피스톤으로부터 타격을 받는 본체; 상기 충격 하중의 방향으로 상기 본체로부터 연장되고 외주면에 나사산이 형성된 원기둥 형상의 연결부; 내주면에 나사산이 형성되어 일측에서 상기 연결부와 나사체결되는 원통 형상의 쐐기홀더; 및 상기 쐐기홀더의 타측에 고정되어 상기 시편과 접촉하는 쐐기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 시편에 있는 용접단면의 개선형상에 따라 노치 임팩터의 쐐기부를 회전할 수 있게 함으로써 보다 정확한 시편의 파괴인성을 평가할 수 있어 충격시험의 신뢰도를 한층 높일 수 있는 효과가 있게 되는 것이다.

도 1은 온도 구배 ESSO 시험법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 종래기술에 적용되는 시편에서의 노치 위치를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노치 임팩터의 일부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노치 임팩터에 적용되는 시편에서의 노치 위치를 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

시편에 충격 하중을 가하여 시편의 강도, 파괴인성 등의 특성을 조사하기 위한 노치 임팩터로서 유체압 실린더를 구동원으로 하는 것이 알려져 있다. 이러한 유형의 노치 임팩터에서는, 통상 유체압 실린더에 서보 밸브를 통하여 작동유체를 공급하고, 그 서보 밸브의 개방 정도에 의해 피스톤의 이동 속도를 제어함과 동시에, 피스톤에 적당히 속도를 높일 수 있는 구간을 준 후 시편에 대해 충격 하중을 가하도록 함으로써, 피스톤이 요구된 속도에 이르고 나서 시편에 충격 하중을 가하도록 되어 있다.

더욱 구체적으로 설명하면, 노치 임팩터는 프레임을 포함하고, 이 프레임 상에 구동원인 유체압 실린더가 배치되어 있다. 시편은 수평방향으로 인장 하중을 가하는 인장시험기에 의해 지지될 수 있다.

유체압 실린더의 피스톤 아래에 타격블록이 설치되고, 피스톤을 고속으로 하강시킴으로써 타격블록을 타격하여 시편에 충격 하중을 가하도록 되어 있다.

유체압 실린더는 서보 밸브를 통해 공급되는 유체압원으로부터의 작동유체에 의해 동작하고, 이 서보 밸브의 개방 정도에 따른 속도로 피스톤이 이동한다. 필요에 따라 피스톤의 변위는 위치센서에 의해 검출될 수 있으며, 가해진 충격 하중은 로드 셀로부터 검출될 수 있다.

이들 검출 신호는 각각 제어장치에 전달되어 시험 조건 또는 그 결과로서 기억 내지는 기록된다. 또, 서보 밸브나 유체압원 등은 제어장치로부터 공급되는 제어 신호에 의해 그 구동이 제어된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노치 임팩터의 일부를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노치 임팩터에 적용되는 시편에서의 노치 위치를 도시한 평면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 노치 임팩터에 구비된 타격블록(10)은, 유체압 실린더의 피스톤(미도시)으로부터 타격을 받는 본체(11); 충격 하중의 방향으로 본체(11)로부터 연장되고 외주면에 나사산(12a)이 형성된 원기둥 형상의 연결부(12); 내주면에 나사산(13a)이 형성되어 일측에서 연결부(12)와 나사체결되는 원통 형상의 쐐기홀더(13); 및 이 쐐기홀더(13)의 타측에 고정되어 시편과 접촉하는 쐐기부(14)를 포함하고 있다.

이와 같이 쐐기홀더(13)가, 타격블록(10)의 본체(11)에 고정 지지되는 연결부(12)와 나사체결되어 있고 이 연결부(12)의 길이방향을 따라 이동하면서 회전할 수 있게 되어 있다. 이로써, 쐐기홀더(13)에 고정된 쐐기부(14)의 시편과 접촉하는 선단이 쐐기홀더(13)의 회전 각도에 따라 그 방위가 변경될 수 있게 되는 것이다.

결국, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 노치 임팩터에 적용되는 시편(1)에서 노치(3)의 위치는 용접부의 가장 취약한 영역으로 판단되는 용접용융선(FL)에 설정할 수 있게 되고, 실제로 노치 임팩터의 쐐기부(14)는 용접단면의 길이방향과 수직하면서 두께방향에 일정한 각도를 가져, 가공된 노치(3)에 정확하게 충격 하중을 가함으로써 균열이 시작되게 할 수 있다.

추가로, 타격블록(10)에서는 쐐기홀더(13)와 본체(11) 사이에 지지부(15)가 개재될 수 있는데, 이 지지부(15)는 쐐기홀더(13)와 동일한 내경을 갖고서 내주면에 나사산(15a)이 형성된 원통 형상의 부재로 되어 있다. 지지부(15)도 연결부(12)와 나사체결되어 연결부(12)의 길이방향을 따라 이동하면서 회전할 수 있게 되어 있다.

이러한 지지부(15)는 회전 각도가 조정된 쐐기홀더(13)에 대해 밀착하도록 위치된다. 이에 따라, 쐐기홀더(13)가 쐐기부(14)에 의해 시편(1)에다 충격 하중을 전달할 때, 지지부(15)가 쐐기홀더(13)를 지탱하면서 받쳐주어 반발 하중에 의해 쐐기홀더(13) 또는 연결부(12)의 나사산(12a, 13a)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 노치 임팩터의 쐐기부(14)를 회전할 수 있게 함으로써 보다 정확한 시편(1)의 파괴인성을 평가할 수 있어 충격시험의 신뢰도를 한층 높일 수 있는 장점이 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 시편 3: 노치
10: 타격블록 11: 본체
12: 연결부 13: 쐐기홀더
14: 쐐기부 15: 지지부

Claims (3)

1. 유체압 실린더에 작동유체를 공급함으로써 타격블록이 충격 하중을 전달받아 시편에 대해 상기 충격 하중을 가하는 노치 임팩터에 있어서,
   상기 타격블록은,
   상기 유체압 실린더의 피스톤으로부터 타격을 받는 본체;
   상기 충격 하중의 방향으로 상기 본체로부터 연장되고 외주면에 나사산이 형성된 원기둥 형상의 연결부;
   내주면에 나사산이 형성되어 일측에서 상기 연결부와 나사체결되는 원통 형상의 쐐기홀더; 및
   상기 쐐기홀더의 타측에 고정되어 상기 시편과 접촉하는 쐐기부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 노치 임팩터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 타격블록에는 상기 쐐기홀더와 상기 본체 사이에 지지부가 개재되는 것을 특징으로 하는 노치 임팩터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지부는 내주면에 나사산이 형성된 원통 형상의 부재이고, 상기 연결부와 나사체결되는 것을 특징으로 하는 노치 임팩터.

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