KR20150142752A - 열 변형 방지용 지그 - Google Patents

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Abstract

열 변형 방지용 지그가 개시된다. 열 변형 방지용 지그는, 방사상 형상으로 형성된 복수의 가지를 가지는 본체부; 상기 복수의 가지 각각의 내측에 각각 홈에 나사산 결합 구조로 결합되어, 회전 방향 및 회전수에 대한 조작에 의해 상기 본체부에서 노출되는 영역의 길이가 조절되며, 상기 본체부에서 노출되는 단부 영역에 결합공이 형성된 복수의 연장부를 포함한다.

Description

열 변형 방지용 지그{Jig for preventing thermal deformation}
본 발명은 열 변형 방지용 지그에 관한 것이다.
배관은 각종 화학기계, 플랜트 장치, 기계장치 등에 급배수, 냉난방 등을 위해 액체나 기체 등의 유체가 밀폐된 상태로 이동되기 위한 통로 역할을 하며, 일반적으로 원통의 파이프와 파이프의 양측 말단에 형성된 플랜지로 구성된다.
배관 파이프(130)는 일반적으로 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 파이프 스풀(pipe spool)(110, 115)을 용접하여 형성한 용접관일 수 있다. 또한 배관 파이프(130)의 말단에는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 플랜지(140) 등이 용접되어 결합될 수 있고, 복수의 플랜지를 맞닿게 하고 볼트공(145)에 볼트를 삽입하고 너트로 조임으로써 복수의 배관 파이프(130)가 서로 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 파이프 스풀들(110, 115)을 이용하여 하나의 배관 파이프(130)를 형성하거나, 배관 파이프(130)와 플랜지(140)를 연결하기 위해서는 연결 부위(즉, 용접 부위)에 대한 용접이 실시된다.
그러나 각 부재를 연결하기 위해 용접 부위에 가해지는 열에 의해 파이프 스풀(110, 115)이나 플랜지(140)에 수축 또는/및 팽창의 변형이 발생되고 있고, 이로 인한 배관 파이프(130)의 진원도가 문제시되고 있으나, 이러한 문제점을 해결하거나 방지하기 위한 효과적인 방안이 현재까지는 제시되고 있지 못하는 상황이다.
본 발명은 대형 구조물에 적용되는 대형관 파이프(예를 들어 풍력 발전기의 원통형 강관 등)에 대한 용접 공정시에 용접의 열에 의해 대형관 파이프가 수축이나 팽창되는 변형을 방지할 수 있는 열 변형 방지용 지그를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 용접에 따른 열 변형을 방지하기 위한 열 변형 방지용 지그로서, 방사상 형상으로 형성된 복수의 가지(branch)를 가지는 본체부; 상기 복수의 가지 각각의 내측에 각각 홈에 나사산 결합 구조로 결합되어, 회전 방향 및 회전수에 대한 조작에 의해 상기 본체부에서 노출되는 영역의 길이가 조절되며, 상기 본체부에서 노출되는 단부 영역에 결합공이 형성된 복수의 연장부를 포함하는 열 변형 방지용 지그가 제공된다.
상기 가지는 배관 파이프에 용접될 플랜지에 형성된 볼트공에 상응되는 각도 및 수량으로 형성되고, 각각 대응되는 상기 결합공과 상기 볼트공은 하나의 볼트 및 너트에 의해 결합될 수 있다.
상기 복수의 연장부 각각에 형성된 결합공은, 배관 파이프의 내측 둘레면의 복수 위치에 각각 부착된 임시 피스(temporary piece)의 내측에 형성된 홀(hole)에 대응되도록 위치되어 볼트 및 너트에 의해 상기 홀과 대응되는 결합공이 결합될 수 있다.
상기 연장부의 노출되는 영역의 길이는 각 가지에 대해 개별적으로 조절될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 대형 구조물에 적용되는 대형관 파이프(예를 들어 풍력 발전기의 원통형 강관 등)에 대한 용접 공정시에 용접의 열에 의해 대형관 파이프가 수축이나 팽창되어 변형됨을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 파이프 스풀간, 배관 파이프와 플랜지의 용접 양태를 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그의 형상을 예시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 열 변형 방지용 지그의 사용 형태를 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그의 사용 여부에 따른 진원도의 차이를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 예를 들어 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그의 형상을 예시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 열 변형 방지용 지그의 사용 형태를 예시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그의 사용 여부에 따른 진원도의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그는 방사상 형상으로 형성된 복수의 가지(branch)를 가지는 본체부(210), 각 가지에 나사 결합 방식으로 삽입 결합되고 단부 영역에 결합공(230)이 형성된 연장부(220)로 구성된다.
각 가지에 결합된 연장부(220)는 회전 조작에 의해 외부로 노출되는 길이가 증가되거나 감소될 수 있고, 결합공(230)은 연장부(220)의 단부를 임의의 위치에서 볼팅 방식으로 고정시키기 위한 홀(hole)이다.
도 2에는 본체부(210)에 형성된 가지가 6개인 경우가 예시되었으나, 후술되는 바와 같이 열 변형 방지용 지그가 배관 파이프의 내측 공간에 고정되거나 플랜지의 볼트공(145)에 결합되는 경우의 결합 안정성을 증진시키기 위해 형성되는 가지의 수는 증감될 수 있다.
본체부(210)에 형성된 각 가지에는 나사 결합 방식으로 결합되는 연장부(220)의 일측을 길이 방향으로 내부에 수용하기 위한 홈이 형성되어, 연장부(220)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킴으로써 연장부(220)가 본체부(210)로부터 노출되는 길이를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 각 가지의 홈에 나사 결합 방식으로 결합된 각각의 연장부(220)가 개별적으로 본체부(210)로부터 노출되는 길이가 조정될 수 있으므로, 다양한 직경을 가지는 배관 파이프(130)의 내측 공간의 각 위치에 각 연장부를 개별 고정시키거나 다양한 직경을 가지는 플랜지(140)의 각 볼트공(145)에 대응되도록 결합공(230)을 고정시킴으로써 용접시 배관 파이프(130)나 플랜지(140)의 열 변형을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 3 및 도 4에는 본 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그의 사용 형태가 각각 예시되어 있다.
도 3에 예시된 바와 같이, 플랜지(140)에 형성된 각 볼트공(145)과 열 변형 방지용 지그의 결합공(230)가 대응되도록 배치시킨 후 볼트(310)와 너트(320)를 이용하여 고정시킴으로써, 배관 파이프(130)와 플랜지(140)를 연결시키기 위한 용접에 의한 열적 수축/팽창에서 기인하는 플랜지(140) 표면의 변형이 방지될 수 있다.
용접이 완료된 이후에는 볼트(310)와 너트(320)를 제거함으로써 열 변형 방지용 지그를 플랜지로부터 분리할 수 있다. 도 3에는 슬립온(slip on) 플랜지 타입의 구조가 예시되었으나, 웰딩 넥(welding neck) 플랜지 타입, 소켓 웰드(socket weld) 플랜지 타입 등에 대해서도 동일, 유사하게 열 변형 방지용 지그가 이용될 수 있음은 별도의 설명을 생략할지라도 자명하다.
또한 파이프 스풀의 단면이 도시된 도 4에 예시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그는 파이프 스풀간의 용접시 파이프 스풀에서 발생되는 열적 변형을 방지하기 위해 이용될 수도 있다. 다만, 이경우에는 파이프 스풀의 내측 둘레면에는 열 변형 방지용 지그의 결합공(230)가 고정될 수단이 존재하지 않으므로 열 변형 방지용 지그의 고정을 위해 파이프 스풀의 내측 둘레면 복수 개소에 임시적으로 임시 피스(temporary piece)(410)가 설치될 수 있다. 임시 피스(410)는 결합공(230)에 대응되도록 위치되어 볼팅 고정되기 위한 홀(hole)이 내측 공간에 형성된다.
즉, 제1 파이프 스풀(110)과 제2 파이프 스풀(115)을 용접하여 연결하고자 할 때, 제1 파이프 스풀(110)의 내측 둘레면 복수의 개소에 임시 피스(410)를 택 용접(tack welding, 가용접) 방식으로 각각 부착하고, 부착된 임시 피스(410) 각각에 형성된 홀에 각 연장부(220)의 결합공(230)이 위치하도록 연장부(220)를 회전시켜 길이 조절을 한 후, 임시 피스(410)의 홀과 연장부(220)의 결합공(230)을 동시에 관통하도록 볼트(310)를 삽입하고 너트(320)로 고정함으로써 제1 파이프 스풀(110)의 내측 공간이 열적 수축/팽창에 의해 변형되지 않도록 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그가 작업자가 내부에 진입할 수 있는 크기의 직경을 가지는 파이프 스풀에 설치하고자 하는 경우, 작업자는 파이프 스풀의 내부로 진입하여 임시 피스(410)를 설치하고, 설치된 임시 피스(410)를 이용하여 열 변형 방지용 지그를 고정한 후 복수의 파이프 스풀을 연결하기 위한 용접을 실시한다. 용접이 완료되면, 임시 피스(410)와 열 변형 방지용 지그를 고정하는 볼트(310) 및 너트(320)를 제거함으로써 열 변형 방지용 지그의 용이한 분리가 가능하고, 또한 택 용접된 임시 피스도 파이프 스풀의 내측 둘레면으로부터 용이하게 제거될 수 있다.
도 4에는 제1 파이프 스풀(110) 측에만 임시 피스(410) 및 열 변형 방지용 지그가 설치되는 경우가 도시되었으나, 필요에 따라서는 임시 피스(410) 및 열 변형 방지용 지그가 제2 파이프 스풀(115) 측에만 설치되거나, 제1 파이프 스풀(110)과 제2 파이프 스풀(140)에 모두 설치될 수도 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그는 배관 파이프와 플랜지가 용접될 때 열적 수축/팽창에 따른 변형을 방지하기 위해, 플랜지에 형성된 각 볼트공(145)과 열 변형 방지용 지그의 각 결합공(230)를 대응시켜 볼트(310)와 너트(320)로 고정 결합함으로써 플랜지(140)의 표면 변형을 방지할 수 있다. 또한 파이프 스풀간에 용접되거나, 플랜지와 배관 파이프가 용접될 때 열 변형 방지용 지그를 파이프 스풀이나 배관 파이프의 직경에 따른 간격이 유지하도록 배관 파이프의 내측 공간에 설치함으로써 열적 수축/팽창에 따른 파이프 스풀이나 배관 파이프의 변형을 방지할 수 있다.
이러한 효과는 도 5에 예시된 바와 같이, 본 발명자가 본 실시예에 따른 열 변형 방지용 지그를 1300A 파이프용 플랜지에 대해 적용한 실험 결과를 통해 확인할 수 있다. 즉, 도 5의 (a)는 열 변형 방지용 지그를 설치하지 않고 배관 파이프(130)와 플랜지(140)를 용접한 경우의 결과 데이터이고, 도 5의 (b)는 열 변형 방지용 지그를 1300A 파이프용 플랜지의 볼트공(145)에 대응되도록 설치한 후 용접한 경우의 결과 데이터이다.
도 5에 도시된 바와 같이 열 변형 방지용 지그를 설치하지 않는 경우에는 아래 방향으로 1.1mm의 변형이 발생하였으나, 열 변형 방지용 지그를 설치한 경우에는 0.04mm의 변형만이 발생되어, 열 변형 방지용 지그를 이용할 때 용접시 발생되는 열에 따른 변형이 최소화됨을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110, 115 : 파이프 스풀 130 : 배관 파이프
140 : 플랜지 145 : 볼트공
210 : 본체부 220 : 연장부
230 : 결합공 310 : 볼트
320 : 너트 410 : 임시 피스

Claims (4)

  1. 용접에 따른 열 변형을 방지하기 위한 열 변형 방지용 지그로서,
    방사상 형상으로 형성된 복수의 가지(branch)를 가지는 본체부;
    상기 복수의 가지 각각의 내측에 각각 홈에 나사산 결합 구조로 결합되어, 회전 방향 및 회전수에 대한 조작에 의해 상기 본체부에서 노출되는 영역의 길이가 조절되며, 상기 본체부에서 노출되는 단부 영역에 결합공이 형성된 복수의 연장부를 포함하는 열 변형 방지용 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가지는 배관 파이프에 용접될 플랜지에 형성된 볼트공에 상응되는 각도 및 수량으로 형성되고,
    각각 대응되는 상기 결합공과 상기 볼트공은 하나의 볼트 및 너트에 의해 결합되는, 열 변형 방지용 지그.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연장부 각각에 형성된 결합공은, 배관 파이프의 내측 둘레면의 복수 위치에 각각 부착된 임시 피스(temporary piece)의 내측에 형성된 홀(hole)에 대응되도록 위치되어 볼트 및 너트에 의해 상기 홀과 대응되는 결합공이 결합되는, 열 변형 방지용 지그.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연장부의 노출되는 영역의 길이는 각 가지에 대해 개별적으로 조절되는, 열 변형 방지용 지그.
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