KR20160126834A - 구리 및 철강 복합관, 이의 제조방법, 이의 응용 및 용접 구조물 - Google Patents

구리 및 철강 복합관, 이의 제조방법, 이의 응용 및 용접 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 구리 및 철강 복합관, 이의 제조방법, 이의 응용 및 용접 구조물을 제안한다. 구리 및 철강 복합관은 강관과 구리관을 포함한다. 상기 강관은 제1 단, 제2 단 및 중간부를 가지고 있다. 상기 구리관은 제1 단 및 제 2단을 가지고 있으며, 상기 구리관은 상기 강관보다 길이가 짧고, 상기 구리관과 강관은 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리관 제1 단의 단면에서 상기 강관 제1 단의 단면까지 거리는 10mm보다 짧고, 상기 구리관 제2 단은 상기 강관의 중간부에 위치하고, 상기 구리관과 강관은 모재를 용해하는 방식을 이용하여 용접 연결된다. 본 발명은 구리 및 철강 복합관에 관한 것으로서, 구리관은 동종 금속을 용접할 때 연결 역할만 수행할 뿐 압력을 견디거나 지탱하는 작용은 일으키지 않기 때문에, 박판 구리관을 사용함으로써 생산원가를 크게 절감할 수 있다.

Description

구리 및 철강 복합관, 이의 제조방법, 이의 응용 및 용접 구조물 {COPPER AND STEEL MULTIUNIT TUBE, PRODUCTION METHOD THEREOF, APPLICATION AND WELDING STURUCTURE THEREOF}
본 발명은 용접 기술 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구리 및 철강 복합관, 이의 제조방법, 이의 응용 및 용접 구조물에 관한 것이다.
사회가 발전하고 국가적 차원의 에너지 절약 정책이 추진됨에 따라 업계 전반적으로 에너지 자원 절약과 에너지 소모 감축 움직임이 확산되고 있다. 냉동 업계에서는 가소성과 강도가 우수한 귀금속 “구리”를 주요 원재료로 사용하여 생산 및 가공 작업을 진행하고 있다. 지난 몇 년 동안 수많은 과학기술 업계 관계자들이 각종 재료에 대한 대체 연구를 진행하고 있는데, 일정한 강도, 가소성 및 가공성을 갖춘 재료를 찾는 것은 업계는 물론, 국가의 발전을 위하여 시급한 사안이라 할 수 있다.
냉동 분야 제품에는 구리관과 구리관을 연결하는 경우가 많으며, 이때 일반적으로 불꽃 납땜 방식을 사용한다. 예를 들어 종래의 압축기 어큐뮬레이터(accumulator)의 가스 배출관에는 적동(red copper) 구리 엘보우(elbow)를 이용하여 냉동압축기 가스 흡입관과 연결하는데, 상기 적동 엘보우에 비교적 많은 구리 재료가 사용되기는 하나 이것은 공기 조화관 시스템의 용접을 신속하고 편리하게 진행하기 위한 것이다. 따라서 구리 재료 사용량을 줄여 원가를 절감하기 위해서는 불꽃 납땜 기준을 만족시키는 동시에 구리 재료 사용량도 줄일 수 있는 복합 신재료를 개발할 필요가 있다.
실제 업계에서 일부 당업자들은 강관 표면에 구리를 코팅하여 구리와 구리 간 용접 효과를 내고 있으나, 상기와 같은 구리 코팅 강관 제품은 구리관과 불꽃 납땜을 진행한 후에 코팅이 벗겨지는 현상이 나타나며, 벗겨진 코팅이 공기 조화관 시스템으로 유입되어 시스템을 막아 압축기 운전을 멈춰버리는 심각한 결과를 초래할 수 있다. 뿐만 아니라 철강 제품에 구리를 코팅하는 방식은 친환경적이지 않아 쉽게 폐수와 폐가스를 발생시키므로 상기와 같은 공정은 실제 활용 과정에서 상당한 제약을 받는다.
상기 문제를 해결하기 위하여, 중국 특허 출원 2014106032792에서는 구리와 철강의 용접 방법 및 응용에 관하여 공개하고 있으며, 여기에서 구리관과 강관은 아르곤 아크 용접(argon arc welding)을 통하여 맞대기 이음으로 용접된다. 상기 구리관 및 상기 용접 이음은 모두 공기 조화 시스템에서 압력 지탱 및 진동 작업에 참여하기 때문에 강도와 기밀성(air tightness)에 대한 요구 기준이 높다. 상기 제품은 장기 사용 과정에서 용접 이음이 쉽게 파열될 수 있기 때문에 구리와 철강의 맞대기 이음 연결관은 실제 활용 과정에서 마찬가지로 상당한 제약을 받는다.
본 발명은 종래에 있어서 구리관과 강관의 낮은 용접 효과 및 실제 응용과정에서의 제약을 극복하기 위하여, 구리 및 철강 복합관, 이의 제조방법, 이의 응용 및 용접 구조물에 관하여 제안한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 구리 및 철강 복합관을 제안하며 여기에는 강관과 구리관이 포함된다. 상기 강관은 제1 단, 제2 단 및 중간부를 가지고 있다. 상기 구리관은 제1 단 및 제 2단을 가지고 있으며, 상기 구리관은 상기 강관보다 길이가 짧고, 상기 구리관의 일부 또는 전체가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리관 일부가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단의 단면에서 상기 강관 제1 단의 단면까지 거리는 10mm보다 짧고, 상기 구리관 제2 단은 상기 강관의 중간부에 위치한다. 상기 구리관 전체가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 제2 단 모두 상기 강관의 중간부에 위치하고, 상기 구리관과 강관은 모재를 용해하는 방식을 이용하여 용접 연결된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 구리관의 일부 또는 전체가 상기 강관의 외부에 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리관 일부가 상기 강관 외부에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 강관 제1 단이 용접 연결되거나 상기 구리관 제2 단과 강관 중간부가 용접 연결된다. 상기 구리관 전체가 상기 강관 외부에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 강관 중간부가 용접 연결되거나 상기 구리관 제2 단과 강관 중간부가 용접 연결된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 구리관의 일부 또는 전체가 상기 강관 내부에 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리관 일부가 상기 강관 내부에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 강관 제1 단이 용접 연결된다. 상기 구리관 전체가 상기 강관 내부에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 강관 중간부가 용접 연결된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 구리관과 강관의 슬리브 이음 구간에서 상기 구리관 둘레에 다수 개의 스루그루브(through groove) 또는 스루홀(through hole)이 분포되어 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 구리관과 강관이 용접 연결될 때 용접 와이어를 첨가하고, 용접 지점의 구리관과 강관이 서로 용해되어 액상 용접 풀(weld pool)을 형성하고, 상기 액상 용접 풀은 상기 용접 와이어를 용해한다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 강관은 탄소강관 또는 스테인리스강관이다.
본 발명에서는 구리 및 철강 복합관의 제조방법에 관해서도 제안한다. 여기에서 구리관과 강관을 조립하고, 상기 구리관은 상기 강관보다 길이가 짧고, 상기 구리관 일부 또는 전체가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리관 일부가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단의 단면에서 상기 강관 제1 단의 단면까지 거리는 10mm보다 짧고, 상기 구리관 제2 단은 상기 강관의 중간부에 위치하고; 상기 구리관 전체가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 제2 단 모두 상기 강관의 중간부에 위치하고;
상기 모재 용해 방식을 채택하여 상기 구리관과 강관이 용접 연결된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 아르곤 아크 용접(argon arc welding), 플라스마 용접(plasma welding), 유사이온 용접(quasi-ion welding), 레이저 용접(laser welding), 플래시 용접(flash welding), 저항 용접(resistance welding), 고주파 용접(high frequency welding) 중 임의의 한 종류를 채택하여 상기 구리관과 강관이 용접 연결된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 구리관과 강관이 용접 연결될 때 가열부의 중심은 상기 구리관의 단면을 기준면으로 삼아 상기 구리관 일측을 향하여 편향되게 이동하고, 편차거리는 0.01 내지 1.5mm이다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 용접 시 용접 지점에 기체 보호 장치가 설치되어 있고, 상기 기체 보호 장치는 상기 용접 지점에 실드 가스를 공급한다.
본 발명은 구리 및 철강 복합관 구조를 냉동압축기 가스 흡입 내관, 가스 흡입 외관, 가스 배출관, 압축기 어큐뮬레이터(accumulator) 가스 진입관 또는 어큐뮬레이터 가스 배출관, 공기 조화용 소음기 배관, 기액 분리기 또는 가스-오일 분리기용 배관, 공기 조화용 스톱 밸브 배관, 공기 조화기의 배관, 도관 파트, 연결관, 공기 조화용 전자 사방 전환 밸브 배관, 공기 조화용 전자 팽창 밸브 배관에 응용한다.
본 발명은 구리 및 철강 복합관의 제조방법을 냉동압축기 가스 흡입 내관, 가스 흡입 외관, 가스 배출관, 압축기 어큐뮬레이터 가스 진입관 또는 어큐뮬레이터 가스 배출관, 공기 조화용 소음기 배관, 기액 분리기 또는 가스-오일 분리기용 배관, 공기 조화용 스톱 밸브 배관, 공기 조화기의 배관, 도관 파트, 연결관, 공기 조화용 전자 사방 전환 밸브 배관, 공기 조화용 전자 팽창 밸브 배관에 응용한다.
본 발명에서는 용접 구조물에 대해서도 제안하며, 두 개의 상기 구리 및 철강 복합관을 포함한다. 여기에서 하나의 상기 구리 및 철강 복합관은 구리관의 일부 또는 전체가 강관 외부에 슬리브 이음으로 연결되고, 다른 상기 구리 및 철강 복합관은 구리관의 일부 또는 전체가 강관 내부에 슬리브 이음으로 연결되고, 두 개의 상기 구리 및 철강 복합관은 서로 슬리브 이음으로 연결되어 두 개의 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관이 서로 마주보고, 두 개의 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관이 용접 연결된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 용접 구조물은 하나의 상기 구리 및 철강 복합관과 하나의 철강재질 부품도 포함하고, 상기 구리 및 철강 복합관은 상기 철강재질 부품과 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 철강재질 부품은 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관과 서로 마주보고, 상기 철강재질 부품은 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관과 용접 연결된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 용접 구조물은 하나의 상기 구리 및 철강 복합관과 하나의 구리재질 부품도 포함하고, 상기 구리 및 철강 복합관은 상기 구리재질 부품과 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리재질 부품은 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관과 서로 마주보고, 상기 구리재질 부품은 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관과 용접 연결된다.
상기 기술방안에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에서는 구리관과 강관의 일부 또는 전체가 슬리브 이음으로 연결된다. 상기와 같은 구조는 강관을 메인 바디로 한 하나의 복합 부품 제품으로서, 전체 강도가 단일한 구리관 제품보다 훨씬 우수하다. 상기 복합관은 공기 조화관의 구리 연결관과 불꽃 납땜을 진행할 때 구리와 구리 또는 구리와 철강 간 용접을 진행하기 때문에 상기 용접 공정에 대하여 어떠한 조정과 변경도 진행할 필요가 없으며 완전히 동등하게 전환할 수 있다. 구리관은 용접 시 용접 조건을 개선하는 역할을 하며, 성숙한 용접 공정의 구리와 철강 용접 또는 구리와 구리의 용접을 가능케 한다. 또한 상기 복합관은 강관과 구리관 용접 시 두 가지 용접 모재가 서로 용해되도록 하여 액상 용접 풀을 형성하고 냉각 후 용접 이음을 형성하는데, 불꽃 납땜은 일반적으로 온도가 900℃ 이하로 구리 재료의 자용(self fluxing) 온도(1083℃)보다 훨씬 낮기 때문에, 복합관은 공기 조화 시스템의 기타 도관 이음매와 용접할 때 복합관 내 구리와 철강 간의 용접 이음에 불꽃 납땜 시 불꽃으로 인해 가열 및 용해되어 누설이 발생하는 문제을 일으키지 않는다.
더 바람직하게는 본 발명에서 제안하는 구리 및 철강 복합관의 구리와 철강 간 용접 이음은 후속적인 사용에 있어서 구리와 철강을 연결하는 역할만 수행하므로, 용접 강도와 기밀성 문제에 대한 요구 수준이 높지 않아 실제 사용에 있어서 더욱 신뢰할 수 있고 대체성 또한 상당히 우수하다.
본 발명의 특징, 장점, 해결하고자 하는 과제 등을 더욱 상세하고 이해하기 쉽도록 설명하기 위하여, 아래에서는 비교적 바람직한 실시예와 도면을 통하여 본 발명을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명 실시예 1에 있어서 구리 및 철강 복합관의 구조 설명도;
도 2는 도 1에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 공기 조화관과 연결한 설명도;
도 3은 도 1에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 냉동압축기 가스 배출관에 응용한 구조 설명도;
도 4는 냉동압축기 가스 배출관을 확대한 설명도;
도 5a는 도 1에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 기액 분리기에 응용한 구조 설명도;
도 5b는 도 5a에 있어서 A 지점을 확대한 설명도;
도 6a은 도 1에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 어큐뮬레이터(accumulator) 가스 진입관에 응용한 구조 설명도;
도 6b는 도 6a에 있어서 B 지점을 확대한 설명도;
도 7은 도 1에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 용접할 때의 구조 설명도;
도 8은 본 발명 실시예 2에 있어서 구리 및 철강 복합관의 구조 설명도;
도 9는 도 8에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 공기 조화관과 연결한 설명도;
도 10a은 도 8에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 냉동압축기 가스 배출관에 응용한 구조 설명도;
도 10b는 도 10a에 있어서 C 지점을 확대한 설명도;
도 11a은 본 발명 실시예 3에 있어서 구리 및 철강 복합관의 구조 설명도;
도 11b는 도 11a에서 도시하는 구리 및 철강 복합관이 구리재질 부품과 형성하는 용접 구조물의 구조 설명도;
도 11c는 도 11a에서 도시하는 구리 및 철강 복합관이 철강재질 부품과 형성하는 용접 구조물의 구조 설명도;
도 11d는 도 11a에서 도시하는 구리 및 철강 복합관이 다른 구리 및 철강 복합관과 형성하는 용접 구조물의 구조 설명도;
도 12는 도 11a에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 냉동압축기 가스 배출관에 응용한 구조 설명도.
실시예 1
도 1에서 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서 제안하는 구리 및 철강 복합관은 구리관(1)과 강관(2)을 포함하고, 강관(2)은 제1 단(21), 제2 단(22) 및 중간부(23)를 가지고 있다. 구리관(1)은 제1 단(11) 및 제 2단(12)을 가지고 있고, 구리관(1)은 강관(2)보다 길이가 짧고, 구리관(1)의 일부는 강관(2)에 슬리브 이음으로 연결되고, 구리관 제1 단(11)의 단면에서 강관 제1 단(21)의 단면까지 거리(D1)는 10mm보다 짧고, 구리관 제2 단(12)는 강관 중간부(23)에 위치하고, 구리관(1)과 강관(2)은 용접 연결된다.
본 발명의 강관과 구리관은 모두 중공(hollow)이 있고 일정한 벽 두께를 가진 관 형상의 부재이고, 상기 단면은 둥근 환 형상, 타원 환 형상 또는 기타 호형 곡선으로 구성된 환 형상이다. 강관은 어큐뮬레이터(accumulator) 공기 진입관 또는 어큐뮬레이터 공기 배출관 등을 위한 부재일 수 있다. 구리관 제1 단(11)의 단면에서 강관 제1 단(21)의 단면까지 거리라 함은 구리관 축선 방향을 따르는 거리를 말한다. 강관 중간부(23)라 함은 강관 제1 단(21)와 제2 단(22) 사이 부분을 말한다.
본 실시예에 있어서, 강관 제1 단(21)은 구리관(1)을 라이닝하고, 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)은 용접 연결된다. 용접 전에 구리관 제1 단(11)의 단면과 강관 제1 단(21)의 단면은 수평을 이루도록 설치한다. 상기와 같은 설치는 용접 후 용접 이음이 완전하게 구리관 제1 단(11)의 단면과 강관 제1 단(21)의 단면을 감싸도록 만들기 때문에 아주 우수한 용접 효과를 나타낸다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 구리관 제 1단(11)의 단면에서 강관 제1 단(21)의 단면까지 거리는 10mm보다 짧은 범위 내에서 기타 값일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 용접 시 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)은 서로 용해되어 액상 용접 풀을 형성하고, 냉각 후 형성되는 용접 이음은 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)을 용접 연결시킨다. 용접 이음은 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)을 용접한 후 형성되는 결합 부분이다. 그러나 본 발명에서는 구리관 제1 단(11)와 강관 제1 단(21)의 용접 방식에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 용접 시 용접 와이어를 첨가하여 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)을 상호 용해하여 액상 용접 풀을 형성하고, 액상 용접 풀은 용접 와이어를 용해시킬 수 있다. 모재를 용해하는 방식을 기반으로 용접 와이어를 첨가하면 더욱 완전한 용접 이음을 형성할 수 있고, 이러한 용접 이음은 연결 강도가 더욱 크다.
본 발명에서 제안하는 구리 및 철강 복합관은 강관을 메인 바디로 삼는 복합관으로서, 전체 복합관의 강도는 벽 두께가 비교적 두꺼운 강관(2)에 의하여 결정된다. 구리관(1)은 공기 조화관의 구리 연결관 등 구리재질 부품과 용접 시 동종 재질과의 용접을 구현하는 데에 사용되어, 용접 난이도를 줄여주고 용접 품질을 향상시키는 역할만 하며, 압력을 견디거나 지탱하는 역할은 하지 않는다. 따라서 본 발명에서 제안하는 구리 및 철강 복합관에 있어서 구리관(1)은 박판 구리관이고 상기 벽 두께는 2mm보다 작다. 바람직하게는 구리관(1)의 벽 두께는 0.4mm로 설치한다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 구리관 벽 두께가 대폭 얇아지면서 구리재료의 사용원가도 크게 절감된다. 또한, 구리관(1)과 강관(2) 사이의 슬리브 이음 구조는 복합관의 강성(rigidity) 기준을 만족시키므로 장기 사용 시 파열 등의 문제가 발생하는 것을 막아준다.
구리관(1)과 강관(2)의 연결 강도를 더욱 향상시키기 위하여, 본 실시예에서는 구리관(1)과 강관(2)의 슬리브 이음 구간을 설치하고 구리관(1)의 둘레에 다수 개의 스루홀(through hole)(13)이 분포되어 있다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 기타 실시예에서 구리관(1)의 둘레에 다수 개의 스루그루브(through groove)가 분포되어 있다.
슬리브 이음 구간 구리관의 둘레에 스루홀(13)을 분포시킴으로써, 본 발명에서 제안하는 구리 및 철강 복합관을 공기 조화관의 구리재질 부품과 불꽃 납땜을 진행할 때 땜납이 구리재질 부품과 구리관(1) 사이의 틈새를 따라 스루홀(13)로 침투하여 스루홀(13)을 메운다. 스루홀(13) 내의 땜납은 구리관과 강관의 연결 강도를 더욱 강화시켜 준다. 바람직하게는 구리관(1)의 축방향에 다수 개의 스루홀(13)을 균일하게 분포되어 있지만, 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다.
본 실시예에 있어서, 강관(2)은 스테인리스강관이다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 기타 실시예에서 강관(2)은 탄소강일 수 있다.
이에 상응하여 본 실시예에서는 구리와 강관 복합관의 제조방법에 관해서도 제안한다(용접 구조는 도 7에서 도시하는 바와 같음).
여기에서 먼저 구리관과 강관 두 가지 용접 모재를 조립하고, 길이가 강관보다 짧은 구리관(1)을 강관(2)에 라이닝하고, 구리관 제1 단(11)의 단면에서 강관 제1 단(21)의 단면까지의 거리(D1)는 10mm보다 짧고, 구리관 제2 단(12)은 강관 중간부(23)에 위치한다.
모재 용해 방식을 이용하여 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)을 용접 연결한다.
본 실시예에 있어서, 구리관 제1 단(11)의 단면과 강관 제1 단(21)의 단면을 수평으로 설치하고, 즉 구리관 제1 단(11)의 단면에서 강관 제1 단(21)의 단면까지의 거리가 0이 되도록 한다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 기타 실시예에서 구리관 제1 단(11)의 단면에서 강관 제1 단(21)의 단면까지의 거리는 10mm보다 짧은 범위 내의 기타 값일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 아르곤 아크 용접(argon arc welding) 방식을 이용하여 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)이 용접 연결된다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 기타 실시예에서 플라스마 용접(plasma welding), 유사이온 용접(quasi-ion welding), 레이저 용접(laser welding), 플래시 용접(flash welding), 저항 용접(resistance welding), 고주파 용접(high frequency welding) 중 임의의 한 종류를 채택하여 구리관과 강관을 용접할 수 있다.
실제 용접에 있어서, 철강의 녹는점이 구리의 녹는점보다 크기는 하나 구리재료의 열전도율이 철강 열전도율의 약 6배에 달한다. 구리관과 강관을 상호 용해시키기 위하여 용접 시 가열부(용접 토치의 텅스텐 니들) 중심이 구리관 단면을 기준면으로 구리관 일측으로 편향되어 이동하도록 하고, 편차거리는(D2)는 0.01 내지 1.5mm이다. 바람직하게는 거리(D2)를 0.2 내지 0.3mm 이내로 설정한다. 여기에서 용접 후 형성되는 결정입자의 직경은 아주 작기 때문에 상당히 우수한 용접 효과와 강도를 나타내게 된다.
용접 과정에서 용접 이음에 기공이 발생하는 것을 막기 위하여, 본 실시예에서는 아르곤 아크 용접 시 가열부(용접 토치의 텅스텐 니들)를 불활성 기체로 보호하는 것 외에도 용접 지점에 실드 가스를 제공하는 기체 보호 장치(3)를 추가하여 공기 또는 기타 기체를 효과적으로 격리시켜 용접 기공이 발생하는 것을 방지한다. 본 실시예에서 실드 기체는 불활성 기체이다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다.
본 발명에서 제안하는 구리 및 철강 복합관은 냉동압축기 가스 흡입 내관, 가스 흡입 외관, 가스 배출관, 압축기 어큐뮬레이터(accumulator) 가스 진입관 또는 어큐뮬레이터 가스 배출관, 공기 조화용 소음기 배관, 기액 분리기 또는 가스-오일 분리기용 배관, 공기 조화용 스톱 밸브 배관, 공기 조화기의 배관, 도관 파트, 연결관, 공기 조화용 전자 사방 전환 밸브 배관, 공기 조화용 전자 팽창 밸브 배관에 응용한다.
이에 상응하여, 상기 구리 및 철강 복합관의 제조방법은 냉동압축기 가스 흡입 내관, 가스 흡입 외관, 가스 배출관, 압축기 어큐뮬레이터 가스 진입관 또는 어큐뮬레이터 가스 배출관, 공기 조화용 소음기 배관, 기액 분리기 또는 가스-오일 분리기용 배관, 공기 조화용 스톱 밸브 배관, 공기 조화기의 배관, 도관 파트, 연결관, 공기 조화용 전자 사방 전환 밸브 배관, 공기 조화용 전자 팽창 밸브 배관에도 응용한다.
도 2a는 본 실시예에서 제안하는 구리 및 철강 복합관을 공기 조화관 내의 구리재질 부품과 조립한 용접 구조물을 도시한 것으로서, 여기에서 공기 조화관의 구리재질 부품(100)은 구리 및 철강 복합관 중 구리관(1)의 내부에 슬리브 이음으로 연결된다. 도 2b는 본 실시예에서 제안하는 구리 및 철강 복합관을 철강재질 부품과 조립한 용접 구조물을 도시한 것이다. 도 3은 도 1에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 냉동압축기 가스 배출관에 응용한 구조 설명도이다. 도 4는 도 3에 있어서 냉동압축기 가스 배출관을 확대한 설명도이다. 도 5a는 도 1에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 기액 분리기에 응용한 구조 설명도이다. 도 5b는 도 5a에 있어서 A 지점을 확대한 설명도이다. 도 6a은 도 1에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 어큐뮬레이터 가스 진입관에 응용한 구조 설명도이다. 도 6b는 도 6a에 있어서 B 지점을 확대한 설명도이다.
도 3과 도 4를 통하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
공기 조화 분야에 있어서, 냉동압축기 가스 배출관은 공기 조화관의 구리재질 부품과 용접해야 하는데, 동종 금속을 용접할 때 종래에 사용한 방법은 다음과 같다. 냉동압축기 가스 배출관 상단은 구리관, 하단은 강관이고, 중간에는 철강 슬리브가 양자를 연결하는 데에 사용되고, 삼자의 연결 방식은 불꽃 납땜이다. 상기와 같은 구조에 있어서 구리 연결관은 공기 조화 시스템의 작업에 참여하기 때문에 압력을 견디고 지탱하는 능력이 비교적 우수해야 한다. 따라서 구리 연결관의 관벽은 비교적 두꺼워야 하므로 구리 소모량이 비교적 컸는데, 구리는 귀금속이기 때문에 종래의 냉동압축기 가스 배기관 원가는 비교적 높았다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 구리 및 철강 복합관을 냉동압축기 가스 배출관에 응용할 경우, 철강 연결관 상단에 구리 및 철강 복합관 중 강관의 제2 단(22)를 맞대기 이음으로 연결하고, 용접 지점에 철강 슬리브를 장착하고, 철강 연결관, 구리 및 철강 복합관 중 강관의 제2 단(22) 및 철강 슬리브 삼자 사이를 동종 금속 용접으로 연결하고, 용접 공정은 상당히 성숙하기 때문에 1회 노내 납땜(furnace brazing)을 진행하면 바로 용접이 되며 용접 후의 품질이 아주 우수하다. 강관 제1 단(21)에 구리관(1)을 라이닝하고, 구리관(1)은 동종 금속 용접에만 사용되고 공기 조화 시스템 작업에는 참여하지 않기 때문에(강관에서 압력을 견디고 지탱함) 압력을 받지 않거나 극소의 압력만 받으므로, 구리관은 벽두께가 0.4mm인 박판 구리관을 사용할 수 있다. 구리관 벽 두께가 크게 줄어들어 냉동압축기 가스 배출관의 생산원가가 대폭 절감된다.
상기 분석에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안하는 구리 및 철강 복합관은 구리관(1)을 증설하여 동종 금속을 용접하기 때문에, 용접 품질이 아주 우수할 뿐만 아니라 제품의 생산원가도 대폭 절감되므로, 본 발명에서 제안하는 구리 및 철강 복합관이 보다 광범위하게 활용될 수 있도록 해 준다.
실시예 2
도 8은 본 발명에 있어서 실시예 2에서 제안하는 구리 및 철강 복합관의 구조 설명도이다. 도 9는 도 8에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 공기 조화관과 연결한 설명도로서, 여기에서 공기 조화관의 구리재질 부품(100)은 구리 및 철강 복합관 중 구리관(1)을 외부에서 감싼다. 도 10a은 도 8에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 압축기 어큐뮬레이터 가스 배출관에 응용한 구조 설명도이다. 도 10b는 도 10a에 있어서 C 지점을 확대한 설명도이다.
본 실시예는 실시예 1과 기본적으로 동일하며 차이점은 다음과 같다. 구리관(1)과 강관(2)의 슬리브 연결 방식은 구리관(1) 일부를 강관(2)의 외부에 슬리브 이음으로 연결하는 것이다. 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)이 용접 연결되거나 구리관 제2 단(12)과 강관 중간부(23)이 용접 연결된다.
본 실시예에 있어서, 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)이 용접 연결되고, 용접 전에 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21)이 수평을 이루도록 설치한다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 기타 실시예에서 구리관 제2 단(12)과 강관 중간부(23)에 대해서만 용접 연결하거나 더욱 우수한 연결 강도를 갖추기 위하여 구리관 제1 단(11)과 강관 제1 단(21) 및 구리관 제2 단(12)과 강관 중간부(23)를 용접 연결할 수 있다. 기타 실시예에서 용접 전에 구리관 제1 단(11)의 단면에서 강관 제1 단(21)의 단면까지 거리(D1)를 10mm보다 짧은 범위 이내의 기타 값으로 설정할 수 있다.
본 실시예에서 제안하는 구리 및 철강 복합관을 압축기 어큐뮬레이터 가스 배출관에 응용한다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 본 실시예에서 제안하는 구리 및 철강 복합관 및 이의 제조방법은 냉동압축기 가스 흡입 내관, 가스 흡입 외관, 가스 배출관, 공기 조화용 소화기 배관, 기액분리기 또는 오일-가스 분리기용 배관, 공기 조화용 스톱 밸브 배관, 공기 조화기의 배관, 도관 부품, 연결관, 공기 조화용 전자 사방 전환 밸브 배관, 공기 조화용 전자 팽창 밸브 배관 등 기타 부품에 응용할 수 있다.
실시예 3
본 발명은 실시예 1과 기본적으로 동일하나 구리관(1) 전체가 강관(2)의 외부에 슬리브 이음으로 연결되는 점이 다르다. 도 11a에서 도시하는 바와 같이, 구리관 제1 단(11)과 제2 단(12) 모두 강관(2)의 중간부에 위치하고, 구리관(1)과 강관(2)은 모재 용해 방식을 이용하여 용접 연결된다. 구체적으로 설명하자면, 구리관 제1 단(11)과 강관(2) 중간부가 용접 연결되고 구리관 제2 단(12)과 강관(2) 중간부가 용접 연결된다.
도 11b는 도 11a에서 도시하는 구리 및 철강 복합관이 구리재질 부품(100)과 형성하는 용접 구조물의 구조 설명도이다. 구리재질 부품(100)은 구리 및 철강 복합관의 외부에 슬리브 이음으로 연결하여 구리 및 철강 복합관의 구리관(1)과 마주 보도록 하고, 구리재질 부품(100)과 구리 및 철강 복합관의 구리관(2)이 용접 연결되어 구리와 구리 간의 용접을 구현한다.
도 11c는 도 11a에서 도시하는 구리 및 철강 복합관이 철강재질 부품(200)과 형성하는 용접 구조물의 구조 설명도이다. 철강재질 부품(200)은 구리 및 철강 복합관의 외부에 슬리브 이음으로 연결하여, 구리 및 철강 복합관의 구리관(1)과 마주 보도록 하고, 신규 철강재질 부품(200)과 구리 및 철강 복합관의 구리관(2)이 용접 연결되어 구리와 철강 간의 용접을 구현한다.
도 11d는 도 11a에서 도시하는 구리 및 철강 복합관이 다른 구리 및 철강 복합관(도 1에서 도시하는 구리관 일부가 강관 내부의 구리 및 철강 복합관에 슬리브 이음으로 연결됨)과 형성하는 용접 구조물의 구조 설명도이다. 두 가지 구리 및 철강 복합관 내의 구리관을 서로 마주보고 용접함으로써 구리와 구리 간 용접을 구현한다.
도 12는 도 11a에서 도시하는 구리 및 철강 복합관을 냉동압축기 가스 배출관에 응용한 설명도이다.
상기 기술방안에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 있어서 구리관(1)과 강관(2)을 슬리브 이음으로 연결하고 구리관 제1 단(11)의 단면에서 강관 제1 단(21)의 단면까지 거리는 10mm보다 짧다. 상기와 같은 구조는 강관을 메인 바디로 한 하나의 복합 부품 제품으로서, 전체 강도는 단일한 구리관 제품보다 훨씬 우수하다. 구리관(1)은 용접 시 용접 조건을 개선하는 역할을 하며, 성숙한 용접 공정을 가진 구리와 철강 용접 또는 구리와 구리의 용접을 가능케 한다. 상기 복합관은 공기 조화관의 구리 연결관과 불꽃 납땜을 진행할 때 구리와 구리 간의 용접이기 때문에 상기 용접 공정에 대하여 어떠한 조정과 변경도 진행할 필요가 없고 완전히 동등한 전환이 가능하다. 또한 상기 복합관은 강관과 구리관 용접 시 두 가지 용접 모재가 서로 용해되어 액상 용접 풀을 형성하고 냉각 후 용접 이음을 형성하는데, 불꽃 납땜은 일반적으로 온도가 800℃ 이하로 구리 재료의 자용(self fluxing) 온도(1083℃)보다 훨씬 낮기 때문에, 복합관은 공기 조화 시스템의 기타 도관 이음매와 용접할 때 복합관 내 구리와 철강 간의 용접 이음에 불꽃 납땜 시 불꽃으로 인해 가열 및 용해되어 누설이 발생하는 문제가 생기지 않는다.
더 바람직하게는 본 발명에서 제안하는 구리 및 철강 복합관 내의 구리와 철강 간 용접 이음은 후속적인 사용에 있어서 구리와 철강을 연결하는 역할만 수행하므로, 용접 강도와 기밀성 문제에 대한 요구 수준이 크게 낮아지기 때문에 실제 사용에 있어서 더욱 신뢰할 수 있고 대체성 또한 상당히 우수하다.
상기 비교적 바람직한 실시예는 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위한 것으로서 본 발명의 보호범위를 제한하지 않는다. 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자가 본 발명의 기본 정신에 입각하여 진행한 임의의 변경, 수정 등은 모두 본 발명의 보호범위에 속하며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위를 기준으로 한다.

Claims (15)

  1. 강관과 구리관을 포함하는데 있어서,
    상기 강관은 제1 단, 제2 단 및 중간부를 가지고 있고;
    상기 구리관은 제1 단 및 제 2단을 가지고 있으며, 상기 구리관은 상기 강관보다 길이가 짧고, 상기 구리관의 일부 또는 전체가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리관 일부가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단의 단면에서 상기 강관 제1 단의 단면까지 거리는 10mm보다 짧고, 상기 구리관 제2 단은 상기 강관의 중간부에 위치하고; 상기 구리관 전체가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단와 제2 단 모두 상기 강관의 중간부에 위치하고; 상기 구리관과 강관이 모재를 용해하는 방식을 이용하여 용접 연결되는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구리관의 일부 또는 전체가 상기 강관의 외부에 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리관 일부가 상기 강관 외부에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 강관 제1 단이 용접 연결되거나 상기 구리관 제2 단과 강관 중간부가 용접 연결되고; 상기 구리관 전체가 상기 강관 외부에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 강관 중간부가 용접 연결되거나 상기 구리관 제2 단과 강관 중간부가 용접 연결되는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 구리관의 일부 또는 전체가 상기 강관 내부에 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리관 일부가 상기 강관 내부에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 강관 제1 단이 용접 연결되고; 상기 구리관 전체가 상기 강관 내부에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 강관 중간부가 용접 연결되는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 구리관과 강관의 슬리브 이음 구간에서 상기 구리관 둘레에 다수 개의 스루그루브(through groove) 또는 스루홀(through hole)이 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 구리관과 강관이 용접 연결될 때 용접 와이어를 첨가하고, 용접 지점의 구리관과 강관이 서로 용해되어 액상 용접 풀(weld pool)을 형성하고, 상기 액상 용접 풀이 상기 용접 와이어를 용해하는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 강관이 탄소강관 또는 스테인리스강관인 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관.
  7. 구리관과 강관을 조립하고, 상기 구리관은 상기 강관보다 길이가 짧고, 상기 구리관 일부 또는 전체가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리관 일부가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단의 단면에서 상기 강관 제1 단의 단면까지 거리는 10mm보다 짧고, 상기 구리관 제2 단은 상기 강관의 중간부에 위치하고; 상기 구리관 전체가 상기 강관에 슬리브 이음으로 연결될 때 상기 구리관 제1 단과 제2 단 모두 상기 강관의 중간부에 위치하고;
    상기 모재 용해 방식을 채택하여 상기 구리관과 강관이 용접 연결되는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    아르곤 아크 용접(argon arc welding), 플라스마 용접(plasma welding), 유사이온 용접(quasi-ion welding), 레이저 용접(laser welding), 플래시 용접(flash welding), 저항 용접(resistance welding), 고주파 용접(high frequency welding) 중 임의의 한 종류를 채택하여 상기 구리관과 강관을 용접 연결시키는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 구리관과 강관이 용접 연결될 때 가열부의 중심은 상기 구리관의 단면을 기준면으로 삼아 상기 구리관 일측을 향하여 편향되게 이동하고, 편차거리가 0.01 내지 1.5mm인 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    용접 시 용접 지점에 기체 보호 장치가 설치되어 있고, 상기 기체 보호 장치는 상기 용접 지점에 실드 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관의 제조방법.
  11. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    구조를 냉동압축기 가스 흡입 내관, 가스 흡입 외관, 가스 배출관, 압축기 어큐뮬레이터(accumulator) 가스 진입관 또는 어큐뮬레이터 가스 배출관, 공기 조화용 소음기 배관, 기액 분리기 또는 가스-오일 분리기용 배관, 공기 조화용 스톱 밸브 배관, 공기 조화기의 배관, 도관 파트, 연결관, 공기 조화용 전자 사방 전환 밸브 배관, 공기 조화용 전자 팽창 밸브 배관에 응용하는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관.
  12. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉동압축기 가스 흡입 내관, 가스 흡입 외관, 가스 배출관, 압축기 어큐뮬레이터 가스 진입관 또는 어큐뮬레이터 가스 배출관, 공기 조화용 소음기 배관, 기액 분리기 또는 가스-오일 분리기용 배관, 공기 조화용 스톱 밸브 배관, 공기 조화기의 배관, 도관 파트, 연결관, 공기 조화용 전자 사방 전환 밸브 배관, 공기 조화용 전자 팽창 밸브 배관에 응용하는 것을 특징으로 하는 구리 및 철강 복합관의 제조방법.
  13. 두 개의 제 1항 내지 제 6항 중 임의의 한 항의 상기 구리 및 철강 복합관을 포함하고, 여기에서 하나의 상기 구리 및 철강 복합관은 구리관의 일부 또는 전체가 강관 외부에 슬리브 이음으로 연결되고, 다른 상기 구리 및 철강 복합관은 구리관의 일부 또는 전체가 강관 내부에 슬리브 이음으로 연결되고, 두 개의 상기 구리 및 철강 복합관은 서로 슬리브 이음으로 연결되어 두 개의 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관이 서로 마주보고, 두 개의 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관이 용접 연결되는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
  14. 하나의 제 1항 내지 제 6항 중 임의의 한 항의 상기 구리 및 철강 복합관 및 하나의 철강재질 부품을 포함하고, 상기 구리 및 철강 복합관은 상기 철강재질 부품과 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 철강재질 부품은 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관과 서로 마주보고, 상기 철강재질 부품은 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관과 용접 연결되는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
  15. 하나의 제 1항 내지 제 6항 중 임의의 한 항의 상기 구리 및 철강 복합관 및 하나의 구리재질 부품도 포함하고, 상기 구리 및 철강 복합관은 상기 구리재질 부품과 슬리브 이음으로 연결되고, 상기 구리재질 부품은 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관과 서로 마주보고, 상기 구리재질 부품은 상기 구리 및 철강 복합관 내의 구리관과 용접 용접 연결되는 것을 특징으로 하는 용접 구조물.
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