KR20150129555A

KR20150129555A - 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법

Info

Publication number: KR20150129555A
Application number: KR1020140056750A
Authority: KR
Inventors: 안장홍
Original assignee: 안장홍
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-11-20

Abstract

본 발명은 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법에 관한 것으로서 개폐공(2)을 관통 형성한 금속재로 된 볼 밸브용 개폐볼(1)의 상기 개폐공(2) 내주면을 연속된 산 모양의 요철부(203)로 가공하는 단계와; 상기 개폐공(2)의 일측 입구(201)에서 개폐공(2) 내부로 고속화염용사에 의한 용융된 용사입자(C)를 분사하여 상기 요철부(203)의 제1경사면(203a)에 두꺼운 내부코팅층(3a)을 형성하는 단계와; 상기 개폐공(2)의 타측 입구(202)에서 개폐공(2) 내부로 고속화염용사에 의한 용융된 용사입자(C)를 분사하여 상기 요철부(203)의 제2경사면(203b)에 두꺼운 내부코팅층(3b)을 형성하는 단계를 포함하여 구성함으로써 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 내주면에 고속화염용사에 의한 견고한 코팅층이 용이하게 이루어지는 효과가 있다.

Description

볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법{Ball for ball valve hole coating method}

본 발명은 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 내주면을 가공하여 고속화염용사에 의한 코팅층 형성이 용이하게 한 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법에 관한 것이다.

볼 밸브(Ball valve)는 각종 배관라인에 장착하여 유체의 유동을 신속하고 편리하게 단속하기 위한 밸브의 일종으로서 개폐공이 관통 형성된 개폐볼을 밸브 내부의 유로 상에 위치하도록 장착한 후 스템을 이용해 개폐볼을 90°회전시켜 배관라인을 유동하는 유체의 흐름을 단속하는 구조를 가지는 것이 일반적이다.

이러한 볼 밸브는 밸브 바디와 개폐볼 간의 기밀 유지를 위하여 밸브시트링을 설치함으로써 매우 양호한 기밀유지 특성을 가질 뿐만 아니라, 밸브시트링에 의해 개폐볼의 회전이 용이하여 비교적 적은 운전 토크를 갖는다. 아울러 개폐볼에 형성된 개폐공의 단면 형상이 원형으로 밸브 바디에 형성되는 유로의 단면 형상과 같은 모양이기 때문에 유로 저항도 매우 적어서 범용의 밸브 중에서 유체의 차단 제어용으로 가장 널리 사용된다.

한편, 상기 개폐볼은 스템에 의해 90°회전하면서 배관라인을 유동하는 유체의 흐름을 단속해야 하는 구조적 특징상 기밀 유지를 위해 개폐볼 양측에 설치된 밸브시트링과 지속적인 마찰이 발생하게 되는데, 이러한 마찰로 인하여 개폐볼의 마모가 발생할 경우에는 개폐볼과 밸브시트링 간의 밀착력 저하로 인해 기밀성이 떨어지게 되고, 그로 인해 볼 밸브의 고장을 초래하는 문제점이 있었다.

그리하여 종래에는 볼 밸브 내부에 설치되는 개폐볼의 내구성을 강화하기 위하여 개폐볼 표면을 코팅하는 기술이 개발되어 적용되고 있는 실정이다.

볼 밸브용 개폐볼을 코팅은 금속 재료의 표면을 화학적, 물리적으로 개선, 강화하기 위한 다양한 표면처리법 중에서 주로 용사(Thermal Spray, 溶射)법이 활용되고 있다.

용사란 분말 혹은, 선형재료를 고온열원으로부터 용융액적으로 변화시켜 고속으로 기재에 충돌시켜 급랭응고 적층한 피막을 형성하는 기술로서 재료의 가열, 용융을 위해 에너지 밀도가 높은 연소화염, Arc 및 플라즈마 등의 열원을 필요로 한다. 용사는 성질이 다른 재료로 기재표면에 피막을 형성하는 기술은 기재가 보유하고 있는 특성을 살리고, 결함을 보완할 수 있으며, 재료기능의 다양화 및 고도화를 가능하게 하는 표면처리법의 하나이다.

용사법은 모재를 표면 처리함에 있어서, 피막속도가 빠르고, 두꺼운 피막 형성이 가능하며, 피막 형성에 이용되는 재료의 자유도가 크고, 피복사용 재료의 종류, 형상 및 치수에 대한 자유도가 넓어서, 금속, 세라믹, 유리, 목재, 플라스틱 및 종이 등 다양한 모재의 표면에 피막 형성이 가능하며, 용사시스템의 이동이 간단하므로 특정 부분에도 적용이 가능하며, 피막 형성시 소재변형 및 재질변화가 적고, 복합 피막의 형성이 용이하며, 비평형 상태의 조직에도 피막 형성이 가능할 뿐만 아니라, 다공질이 형성되어 피막 내에 기공이 존재함으로써 다공질에 윤활재를 침투시켜 자기윤활성 피막을 얻을 수 있는 등 여러 가지 장점이 있어서, 기계 금속 제품뿐만 아니라, 다양한 제품의 표면처리법으로 활용되고 있는 실정이다.

이러한 용사법은 용사재료를 가열하는 열원의 종류에 따라서 여러 가지가 있는데, 볼 밸브용 개폐볼의 코팅층 형성에 활용되는 용사법은 연료가스(프로판, 메틸아세틸렌, 헵탄, 수소)를 산소와 함께 고압에서 연소시켜 고속의 제트를 발생시켜 용사재료를 공급가스로 제트에 주입함으로써 작동가스는 연소실에서 연소되어 용사건을 통해 밖으로 분사되는 고속화염용사가 주로 이루어진다.

공개특허공보 제10-2033-0003300호 등록특허공보 제10-0347606호

상기와 같이 고속화염용사를 통해 볼 밸브용 개폐볼에 코팅층을 형성하기 위해서는 스테인리스 스틸과 같은 금속 모재를 기계 가공하여 개폐공을 구비한 볼 밸브용 개폐볼을 형성한 후, 개폐볼을 전용 지그에 고정한 상태에서 용사건을 이용해 용융된 용사입자를 분사함으로써 용사입자가 개폐볼의 표면에 충돌하면서 급랭응고하여 코팅층을 형성하게 된다.

그런데 상기와 같이 고속화염용사를 통해 개폐볼에 코팅층을 형성하는 과정에서 구체로 된 개폐볼의 외표면에는 코팅층 형성이 원만하게 이루어지는 반면에 개폐볼에 관통 형성되는 개폐공 내주면은 코팅층 형성이 원만하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

즉, 용사건(HVOF GUN)에서 분사되는 용융된 용사입자가 모재의 표면에 충돌하면서 급랭응고하여 코팅층을 형성하기 위해서는 용사입자와 모재의 충돌 각도가 직각을 이루는 것이 바람직한데, 첨부도면 도 5와 같이 용사건(5)을 이용해 용사입자(C)를 개폐공(2) 내부에 분사할 경우에 용사입자가 개폐공(2)의 내주면과 충돌하는 충돌각이 직각을 이루지 못하고 개폐공의 내주면과 비스듬하게 충돌함으로써 도면과 같이 분사된 용사입자가 개폐공의 내주면과 충돌하면서 튕겨나가는 양이 많아서 고속화염용사에 의한 코팅층 형성이 원만하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

따라서 종래의 볼 밸브용 개폐볼은 개폐공 내주면의 코팅층이 견고하지 못하여 내마모성과 내구성이 취약함으로써 개폐공을 통과하는 유체에 따라서 개폐공 내주면이 쉽게 마모되는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같이 개폐공 내주면의 마모가 지속되면, 종국에는 개폐공의 입구를 비롯한 개폐볼 외표면의 마모까지 이어짐으로써 개폐볼과 밸브 바디 간의 기밀성 유지를 위해서 설치되는 밸브시트링과 개폐볼의 밀착력이 저하되어 볼 밸브의 가장 기본적인 기능인 기밀성 유지가 이루어지게 않게 되어 유체의 누설을 초래함으로써 볼 밸브의 사용 수명을 단축시키는 주요 원인으로 지목되고 있어서, 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 내주면에 고속화염용사로 형성되는 코팅층을 더욱 견고하고 원만하게 형성할 수 있는 코팅 방법의 개발이 절실한 실정이다.

본 발명의 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법은 위와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서, 개폐공(2)을 관통 형성한 금속재로 된 볼 밸브용 개폐볼(1)의 상기 개폐공(2) 내주면을 연속된 산 모양의 요철부(203)로 가공하는 단계와; 상기 개폐공(2)의 일측 입구(201)에서 개폐공(2) 내부로 고속화염용사에 의한 용융된 용사입자(C)를 분사하여 상기 요철부(203)의 제1경사면(203a)에 두꺼운 내부코팅층(3a)을 형성하는 단계와; 상기 개폐공(2)의 타측 입구(202)에서 개폐공(2) 내부로 고속화염용사에 의한 용융된 용사입자(C)를 분사하여 상기 요철부(203)의 제2경사면(203b)에 두꺼운 내부코팅층(3b)을 형성하는 단계를 포함하여 구성함으로써 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 내주면에 고속화염용사에 의한 코팅층을 견고하고 용이하게 형성할 수 있도록 한 목적을 달성할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법은 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 내주면에 고속화염용사에 의한 코팅층의 형성이 용이하게 이루어짐으로써 작업능률과 생산성이 향상되는 효과가 있을 뿐만 아니라, 개폐볼의 개폐공 내주면에 견고하고 균일한 코팅층 형성이 가능케 되어 내구성과 내마모성이 크게 향상된 볼 밸브용 개폐볼의 제조가 가능케 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법의 실시 예에 따른 고속화염용사 과정을 나타낸 단면도
도 2, 도 3은 본 발명의 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법의 실시 예에 따른 요철부 고속화염용사 과정을 나타낸 도 1의 ⓐ부분 확대 단면도
도 4는 종래의 고속화염용사를 통해 볼 밸브용 개폐볼의 외표면에 외부코팅층을 형성하는 과정을 나타낸 단면도
도 5는 종래의 고속화염용사를 통해 볼 밸브용 개폐볼 내주면에 내부코팅층을 형성하는 과정을 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법은 먼저 금속 모재를 가공하여 개폐공(2)을 관통 형성한 볼 밸브용 개폐볼(1)을 형성한 후, 개폐공(2) 내주면에 연속된 산 모양의 요철부(203)를 가공하여 형성하는 단계를 수행한다.

상기 개폐볼(1)의 금속 모재는 볼 밸브가 사용되는 유체 제어 라인의 구조 및 특성, 유체의 물리학적 특징, 운전 압력 등에서 따라서, 다양한 재료를 사용할 수 있는데 스테인리스 스틸재를 주로 사용한다.

상기 요철부(203)의 가공은 공작기계에 의해 이루어지며, 개폐볼(1)이 사용되는 볼 밸브의 사용 용도에 따라서 개폐볼(1)의 규격이 다양하므로 개폐볼(1)의 개폐공(2) 내주면에 형성되는 산 모양으로 된 요철부(203)의 가로 폭이나 세로 높이는 한정하지 아니한다.

상기 요철부(203)의 가공이 완료되면, 요철부(203)의 표면 상태에 따라서 고속화염용사에 의한 코팅층의 형성이 용이하게 이루어지도록 표면 연마, 세척, 건조 등의 부가적인 공정을 선택적으로 수행할 수 있음을 미리 밝혀둔다.

개폐볼(1)의 개폐공(2) 내주면에 코팅층을 형성하기 위한 준비가 완료되면 개폐볼(1)을 회전 가능케 지지하는 전용 지그에 조립한 후, 개폐볼(1)의 개폐공(2) 일측에서 용사건(5)을 개폐공(2)의 축 중심 방향으로 수평 이동하면서 용융된 용사입자(C)를 개폐공(2)의 일측 입구(201)에서부터 내측으로 고속 분사하여 개폐공(2) 내주면에 내부코팅층(3)을 형성한다.

상기 개폐공(2)의 내주면은 공작기계에 의해 연속된 산 모양의 요철부(203)가 성형된 상태이므로 첨부도면 도 2와 같이 용사건(5)을 이용해 용사입자(C)를 개폐공(2) 일측 입구(201)에서 내부로 분사하면, 내부코팅층(3a)이 형성되는 과정에서 개폐공(2) 내주면에 형성된 산 모양으로 가공된 요철부(203)의 제1경사면(203a) 쪽은 용사입자(C)가 직각에 가깝게 충돌함으로써 두껍고 견고하게 형성되고, 제1경사면(203a)의 반대쪽에 위치한 제2경사면(203b) 쪽은 다소 얇게 내부코팅층(3a)이 형성된다.

상기와 같이 개폐공(2)의 일측 입구(201)에서 고속화염용사를 진행하여 개폐공(2) 내주면에 1차로 내부코팅층(3a)을 형성하는 작업이 완료되면, 전용 지그에 조립된 개폐볼(1)을 회전시킨 후, 개폐공(2) 타측 입구(202)에서 개폐공(2)의 관통 방향으로 용사건(5)을 이동하면서 용융된 용사입자(C)를 다시 분사함으로써 기존에 형성된 내부코팅층(3a) 위에 이중으로 또 다른 내부코팅층(3b)이 형성된다.

이때, 1차로 내부코팅층(3a)을 형성하는 과정에서 내부코팅층(3a)이 얇게 형성되었던 제2경사면(203b) 쪽은 용사입자(C)가 직각에 가깝게 충돌함으로써 내부코팅층(3b)이 두껍고 견고하게 형성되고, 1차로 내부코팅층(3a)을 형성하는 과정에서 내부코팅층(3a)이 두껍게 형성되었던 제1경사면(203a) 쪽은 다소 얇게 내부코팅층(3b)이 형성됨으로써 개폐공(2)의 내주면 전체에 걸쳐서 균일한 두께로 견고하게 내부코팅층(3)이 형성된다.

상기 내부코팅층(3)의 형성을 위하여 사용되는 고속화염용사용 용사재료는 내마모성과 내구성을 가지도록 경도가 높고 마모가 매우 적으며, 고온에서의 경도가 큰 크롬카바이드(Chromium carbide)나 텅스텐카바이드(Tungsten carbide)계 초경 합금이나, 세라믹 계통을 개폐볼(1)이 설치되는 볼 밸브의 용도에 맞게 선택 사용하며, 내부코팅층(3)의 두께는 볼 밸브가 사용되는 유체 제어 라인의 구조 및 특성, 유체의 물리학적 특징, 운전 압력 등에서 따라서 그 두께를 조절함으로써 개폐공(2) 내부의 내마모성과 내구성이 크게 향상된다.

한편, 본 발명의 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법을 이용해 개폐볼(1)의 개폐공(2) 내주면에 내부코팅층(3)을 형성함과 동시에 첨부도면 도 4와 같이 상기 내부코팅층(3)과 일체로 되도록 개폐볼(1)의 외표면에도 고속화염용사를 이용해 외부코팅층(4)을 형성할 수 있다.

이상의 실시 예에서는 볼 밸브용 개폐볼(1)의 개폐공(2) 내주면에 고속화염용사를 이용한 코팅층을 형성하는 방법에 대하여 설명하였으나, 상기와 같이 개폐볼(1)의 개폐공(2) 내부에 고속화염용사를 이용한 코팅층을 형성하는 일련의 과정은 비단 볼 밸브용 개폐볼(1)에 한정하지 않으며, 볼 밸브용 개폐볼(1)과 같이 내경부를 가지는 제품으로서 내마모성과 내구성 향상을 위하여 고속화염용사를 이용한 코팅층의 형성을 필요로 하는 모든 제품에 적용 가능함을 미리 밝혀두는 바이다.

1: 개폐볼 2: 개폐공
203: 요철부 3, 3a, 3b: 내부코팅층
4: 외부코팅층 5: 용사건

Claims

개폐공(2)을 관통 형성한 금속재로 된 볼 밸브용 개폐볼(1)의 상기 개폐공(2) 내주면을 연속된 산 모양의 요철부(203)로 가공하는 단계와;
상기 개폐공(2)의 일측 입구(201)에서 개폐공(2) 내부로 고속화염용사에 의한 용융된 용사입자(C)를 분사하여 상기 요철부(203)의 제1경사면(203a)에 두꺼운 내부코팅층(3a)을 형성하는 단계와;
상기 개폐공(2)의 타측 입구(202)에서 개폐공(2) 내부로 고속화염용사에 의한 용융된 용사입자(C)를 분사하여 상기 요철부(203)의 제2경사면(203b)에 두꺼운 내부코팅층(3b)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브용 개폐볼의 개폐공 코팅 방법.