KR20170138389A - 두꺼운 벽 두께와 큰 직경을 갖는 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법 - Google Patents

두꺼운 벽 두께와 큰 직경을 갖는 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두꺼운 벽 두께와 큰 직경을 갖는 내압형 파이프(1)의 유도 굽힘 성형을 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법의 경우 시작 단계(t1)에서 파이프(1)의 시작 접속부(3)가 열처리되면서, 시작 접속부(3)는 벤딩 로크(31)의 파지 없이 유도기(20)를 통과하여 이송된다. 시작 접속부(3)의 단부에서 파이프 전진 이송이 시점(t2)에서 정지되고, 파이프(1)에 벤딩 로크(31)가 잠금 폐쇄되는 동안 유도기(20)는 파이프(1)를 따라 전진 이송 방향에 대해 반대로 이동한다. 벤딩을 도입하기 위해 단계(t3)에서 유도기(20)의 변위 속도는 0이 될 때까지 감소하고 유도기는 벤딩 위치로 이동하며; 동시에 파이프(1)의 전진 이동이 진행된다. 단계(t4)에서 파이프(1)의 일정한 공정-전진 이송 속도로 파이프 벤딩부(4)가 제조된다. 단계(t5)에서 파이프(1)의 전진 이송 속도는 감소하고 유도기(20)는 전진 이송 방향에 반대로 가속되는데, 이때 벤딩 로크(31)는 개방된다. 단계(t6)에서 최종 접속부(5)는 유도기의 반대 방향 추가 이송을 통해 가열된다.

Description

두꺼운 벽 두께와 큰 직경을 갖는 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법{METHOD FOR INDUCTION BEND FORMING A COMPRESSION-RESISTANT PIPE HAVING A LARGE WALL THICKNESS AND A LARGE DIAMETER}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부의 특징을 갖는, 특히 발전소 파이프 및 파이프 라인의 파이프에서 두꺼운 벽 두께와 큰 직경을 갖는 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법에 관한 것이다.
액체형 매체 및 기체형 매체를 압력하에 관류시키기 위해서는, 부하를 견디기 위한 두꺼운 벽 두께를 갖는, 강으로 구성된 파이프가 필요하다. 이와 같은 요건은, 예를 들어 파이프 라인을 구조 상황에 매칭시키기 위해 파이프 벤딩부가 필요한 발전소에서의 가열 증기의 이송을 위해, 또는 열적 조건에 따른 길이 변동을 보상하기 위해 규칙적인 간격으로 소위 편자형 아치(horseshoe arch)의 보상기가 삽입되는 원거리 구간에 걸친 파이프 라인에서 원유의 이송을 위해 적용된다. 대량 통과량을 가능케 하기 위해서는, 큰 개구 단면과 이에 상응하는 큰 파이프 외부 직경이 필요하다. 본 발명의 방법이 관련되는 파이프는 통상적으로 공칭 직경이 300mm를 초과하고 직경 대 벽 두께의 비가 10:1 내지 100:1, 전형적으로는 20:1 내지 70:1이다.
유도 벤딩 성형을 위한 이와 같은 방법은, 예컨대 DE 2513561 A1에서와 같이 익히 오래전부터 공지되어 있고 거대한 크기에도 불구하고 매우 치수 안정적인 파이프 벤딩부를 제조할 수 있도록 지속적으로 개선되었다. 이러한 유형의 견고한 파이프의 성형은 850℃를 초과하는 성형 온도를 제외하고 좁은 링 구역의 단지 유도 가열을 통해서만 이루어진다. 이 경우 가열 영향 구역에서는 대부분 미립 강인 재료 내에 미세구조 변경이 일어난다. 열간 성형 이후에 미세구조를 균일화하고 이에 따라 강의 기계적 특성을 개선하기 위해, 파이프 벤딩부는 종종 후속적으로 약 600℃의 온도에서 열 처리된다. 파이프 벤딩부 전방 및 후방에 이어지고 접속부라고도 지칭되는 직선 파이프 부분은 이러한 후속적인 열 처리에 의해 마찬가지로 영향을 받는다. 그러나, 이 부분은 성형 공정의 진행 중에 우선 고온으로 가열되지 않아서 이의 미세구조가 변경되지 않고 유지되기 때문에, 후속적인 열처리는 이 부분에 부정적으로 작용하므로, 결국 이 부분이 취화된다. 따라서, 이러한 부분은 분리되어야 하고 유도 벤딩 성형에 의해 제조된 파이프 벤딩부는 새로운 접속부에 용접되어야 한다.
이러한 방법은, 예컨대 DE 10 2010 020 360 A1에 기재된 장치에 의해 가능한 바와 같이, 복수의 파이프 벤딩이 상이한 방향으로도 앞뒤로 나란히 동일한 파이프 부분에서 이루어지면, 특히 높은 작업 비용으로 인해 바람직하지 않다. 직선의 접속부 부분이 대체되어야 하는 경우에, 3차원 파이프 구조물의 제조에 의한 라인 구조의 단순화 및 가속이 단지 하나의 작업 과정만으로는 이루어지지 않는데, 특정 강도 값을 달성하기 위해 파이프 구조물의 후속 열처리가 필요하기 때문이다. 이를 방지하기 위해, 더 높은 강도의 강으로 이루어지고 그리고/또는 더 두꺼운 벽 두께를 갖는 파이프를 사용해야만, 후속 열처리 이후에 접속부에서 기계적으로 필요한 최소 강도 값이 전체 구조물을 위해 유지되는 것이 가능하다. 그러나 이러한 방식은 훨씬 더 높은 재료 비용으로 인해 마찬가지로 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명의 과제는, 파이프 벤딩부에 이어지는 접속부에서 재료의 강도 값에 미치는 성형 공정의 부정적인 영향이 방지되도록, 서두에 언급한 유형의 방법을 개선하는 데에 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 제1항의 특징부를 갖는 방법을 제안한다.
본 발명에 따른 해결 방안은, 벤딩부 이전 및 이후의 이러한 접속부가, 성형 중에 벤딩부에서 파이프 섹션이 받아야 하는 것과 정확히 동일한 열처리를 받는 것에 기초하는데, 즉 접속부는 벤딩될 파이프 섹션에서와 같이 유도 장치를 통과해 동일한 관통 속도로 안내되고, 이 경우 또한 이에 이어지는 동일한 냉각 매개변수와 동일한 온도가 적용된다. 따라서, 접속부의 관통 시의 차이점은 단지, 파이프가 접속부의 처리 동안 벤딩 로크에 클램핑되지 않음으로써 전진 이송 시에 전혀 반력이 작용하지 않는다는 것뿐이다.
다른 추가의 지지 없이 파이프의 후방 단부에서 단독 클램핑에 의해, 벤딩 로크 내에서 전방 단부의 클램핑과 상관없이 작동하는 것이 가능하게 되고, 더욱이 유도기를 지지 장치에 의한 방해 없이 파이프 벽을 따라 후방 단부 방향으로 변위시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 해결 방법은 제어 유닛에 의해 실행되고 모니터링되는 전진 이송 유닛 및 유도기의 정확하게 조정된 이동을 제공한다. 이들 방법 단계는 이하에서 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
개별 도면에 대한 설명은 다음과 같다:
도 1은 유도 파이프 벤딩 장치의 개략도이고;
도 2a 내지 2d는 각각 공정이 실행되는 동안 다양한 위치에서 유도 파이프 벤딩 장치를 도시한 도면이며;
도 3 및 도 4는 각각 경로에 대해 이동 속도가 도시된 진행 그래프이다.
도 1에는 위치 고정된 기기 베드(10)를 포함하는 유도 파이프 벤딩 장치(100)가 도시되어 있는데, 기기 베드에는 파이프(1)를 위한 파지 장치(11)가 배치되어 있다. 파지 장치(11)는 파이프(1)의 후방 단부를 파지하여 파이프를 견고하게 클램핑한다. 또한, 파지 장치(11)는, 동시에 전방 이송 방향을 나타내는 파이프 중심축(2)의 방향으로 기기 베드(10)에 대해 변위될 수 있다. 이러한 전방 이송은 유압 유닛(12)에 의해 이루어진다.
유도 장치는 파이프 중심축(2)의 영역에 중심이 위치하도록 배치된 환형 유도기(20)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 기기 베드(10)에 대해 상대적으로 유도기(20)를 이동시킬 수 있도록 선형의 변위 조정 장치(21)가 제공된다.
벤딩 축(32)에서 선회 가능하게 벤딩 아암(30)이 지지되고, 이 경우 원하는 벤딩 반경을 설정하기 위해 벤딩 축(32)의 거리는 파이프 중심축(2)에 대해 수직으로 설정될 수 있다. 벤딩 아암(30)에는, 파이프(1)를 파지하여 클램핑할 수 있는 벤딩 로크(31)가 배치되어 있다.
유도기(20)와 열 영향 구역에 비교적 인접하게 냉각 장치(40)가 배치되고, 상응하는 길이 섹션이 성형 구역으로부터 빠져나오자마자, 이 냉각 장치에 의해, 예컨대 물에 의해 표면 온도의 냉각이 발생한다.
본 발명에 따른 방법의 실행을 위해 파이프(1)뿐만 아니라 유도기(20)의 경로 및 속도를 기록하기 위한 센서들이 제공되고 이러한 경로 및 속도뿐만 아니라 유도기 유닛의 스위치 온 및 오프를 본 발명에 따라 제공되는 관련 방식에 결부시키는 제어 모듈이 제어 유닛에 제공된다.
도 2a 내지 도 2d에는 본 발명의 방법이 실행되는 동안 다양한 국면이 도시되어 있다. 도 3에는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 도면에 해당되는 시점 또는 단계(t1 내지 t6)가 그래프로 도시되어 있으며, 이 그래프에서 상부 그래프는 경로에 대한 파이프(1)의 전진 이송 장치의 속도 또는 종방향 전진 이송(vR)을 나타내고, 하부 그래프는 경로에 대한 유도기의 변위 속도를 나타낸다. 양의 속도 값은 전진 이송 방향으로의 이동에 상응하고; 음의 속도 값은 반대 방향으로의 이동에 상응한다.
도 2a에 도시된 시작 시점에서 전방 파이프 단부는 파이프의 축방향 출구 위치에 존재하는 유도기 링(20) 내로 밀린다. 종래 기술에 따른 유도 벤딩 성형과는 상이하게, 차후에도 성형된 파이프 벤딩부에서 전방 접속부(3)를 형성하는 전방 파이프 단부는 아직 벤딩 로크(31) 내에 고정되어 있지 않다.
유도 장치(20)와 냉각 장치는 스위치 온되고 파이프(1)의 축방향 전진 이송은 제1 단계(도 3 참조)에서 일정한 파이프 전진 이송 속도(vR)로 이루어진다. 이 속도는 전형적으로 분당 3 mm 내지 200 mm이다. 이에 의해 파이프(1)에서 접속부(3)는, 실질적이 성형이 일어나지 않으면서 이어지는 성형에서와 마찬가지로 가열 처리된다. 이 단계는 도 3의 시간-속도-그래프에서 "t1"으로 표시되어 있다. 이로부터 마찬가지로 알 수 있는 바와 같이, 유도기(20)의 변위 속도(vI)는 전혀 없으므로, 유도기는 정지해 있다.
벤딩 공정을 시작하기 위해, 벤딩 로크(31)는 벤딩 아암(30)에서 파이프(1)를 파지하고 클램핑하여, 결과적으로 벤딩을 구현하는 힘이 도입될 수 있게 된다. 한편, 벤딩 로크(31)의 접근 이동 및 클램핑 힘의 제공에는 소정의 시간 간격을 요한다. 그러나 이러한 접근 동안에 벤딩 로크(31)와 파이프(1) 사이의 상대 이동이 방지되어야 한다. 그러나 다른 한편으로 벤딩 로크(31)와 함께 벤딩 아암(30)은, 벤딩 아암(30)의 베어링의 종방향 변위를 위한 구조적 비용이 너무 높을 수 있고 이에 따라 유도기 링(20)에서의 가열 구역으로부터 벤딩 로크(31)의 간격도 변동될 수 있기 때문에, 파이프(1)의 전진 이송에 대해 평행하게 이동할 수가 없다.
따라서, 본 발명에 따라 짧은 단계(t2)(도 3 참조)에서, 파이프 전진 이송이 멈추고, 즉 파이프 전진 이송 속도(vR)가 0이 되는 동시에, 유도기가 파이브 전진 이송과 동일한 속도(vR) 절대값으로 전진 이송에 반대로 변위 속도(vI)로 이동하게 함으로써 유도기(20)에 대한 파이프(1)의 전진 이송을 유지시킴으로써, 파이프(1)와 벤딩 로크(31) 사이의 상대 이동은 상쇄되는 것이 제공된다. 기계적인 파이프의 전진 이송에 점차로 선형 제동이 필요하면, 이미 유도기(20)의 후진 이동이 시작되고, 결과적으로 상대 속도는 항상 일정한데, 이는 도 3에서 vR과 vI에 대한 두 그래프의 간격이 동일하게 유지되는 것에서 알 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이 정지 상태에 있는 파이프(1)에 벤딩 로크(31)가 접근할 수 있게 된다. 이 동안에 유도기(20)는 일정한 변위 속도(vI)로 반대 방향으로 이동을 진행한다. 벤딩 로크(31)가 파이프(1)를 클램핑했다면, 단계(t3)에서 유도기 속도(vI)는 0으로 되돌아가는 동시에 파이프(1)의 전진 이송 속도(vR)는 선형으로 증가한다. 속도 편차 Δv = vR - vI는 항상 동일하므로, 결과적으로 파이프(1)에서 각각의 종방향 미분 섹션의 유도기(20)를 통과하는 진행 속도는 동일하고, 이로써 유도기로부터 파이프 외피로 항상 동일한 에너지 유입이 이루어진다. 단계(t3) 동안에 유도기(20)는 벤딩 과정을 위한 작업 위치에 상응하는 유도기의 출발 위치 쪽으로 되돌아간다.
이제 파이프 벤딩부가 제조되어야 하는 경우, 단계(t3)의 마지막에 위치하는 벤딩의 시작 위치는 파이프(1)의 종축(2)에 임의로 위치할 수 있다. 이에 반해 앞서 기술된 과정들은 t1, t2 및 t3에서 정확하게 계산된 진행 추이를 시작함으로써, 벤딩이 시작되면, 벤딩의 시작을 위해 특정 축방향 파이프 위치에 도달하게 된다.
단계(t4) 동안에, 파이브 벤딩부(4)를 제조하기 위한 공지된 유도 벤딩 성형이, 일정한 파이프 전진 이송 속도(vR) 및 도 2c에 도시된 바와 같이 정지해 있는 유도기(20)에 의해 이루어진다.
파이프 벤딩부(4)를 제조한 이후 파이프(1)에서 후방 접속부(5)도 파이프(1)의 나머지 종방향 섹션과 동일하게 열 처리를 거치도록 하기 위해, 위에서 기술된 시작 과정에 대해 반대로 파이프(1)와 유도기(20)의 이동이 이루어진다.
설정된 벤딩부의 길이에 도달하기 직전에 단계(t5)에서 속도(vR)를 갖는 파이프 전진 이송이 점점 제동되고 동시에 파이프(1)와 유도기(20) 사이의 상대 이동이 일정하게 유지되는 그러한 변위 속도(vI)로 유도기(20)의 반대 방향 이동이 시작된다. 이에 의해, 움직이는 가열 영향 구역 내에서 파이프(1)의 각각의 종방향 섹션의 체류 시간도 일정하게 유지된다. 파이프(1)가 정지 상태에 있는 경우 벤딩 로크(31)가 개방될 수 있다. 이로써 파이프(1)는 이제 완전히 아무런 방해 없이 벤딩 아암(30)을 통과한다.
파이프(1)에서 단지 짧은 단부측 접속부(5)만 처리하기 위해, 도 2d에 도시된 바와 같이, 유도기(20)는 간단히 단계(t6)에서 일정한 변위 속도(vI)로 기기 베드(10)를 향한 자신의 단부 위치 내까지 변위될 수 있다. 그리고 나서, 유도기(20)는 그곳에서 정지하고 유도 장치는 멈춘다. 파이프(1)에서 가열 처리되지 않은 나머지 부분은 표시되고 직접 분리되지만, 늦어도 단부측 접속부 섹션(3, 4)을 갖는 이렇게 제조된 파이프 벤딩부(3)의 가열 처리 이후에 분리된다.
더 긴 접속부(5)를, 특히 직접 또 다른 파이프 벤딩부가 이어지는 접속부(5)를 획득하기 위해, 도 4에 따른 추가의 진행 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 제조 방법은 계속 실행될 수 있다. 이를 위해, 단계(t7)에서는 단계(t3)에서와 동일한 방식으로 파이프(1)의 종방향 전진 이송이 점차로 수용되고 유도기(20)는 유도기의 출발 위치로 되돌아간다. 이제 단계(t8)에서는 일정한 파이프 전진 이송 속도(vR)에서, 충분히 길고 가열 처리된 접속부(5)를 얻기 위해 필요한 것과 같은 정도로 접속부(5)의 가열 처리가 계속될 수 있다. 이 단계에서는 벤딩 로크(31)가 개입하지 않는다. 따라서, 단계(t8)은 단계(t1)에 상응한다.

Claims (5)

  1. 특히 발전소 파이프 및 파이프 라인의 파이프에서, 두꺼운 벽 두께와 큰 직경을 갖는 내압형 파이프(1)의 유도 벤딩 성형 방법으로서, 적어도
    - 기기 베드(10)에 미처리 파이프(1)를 장착하는 단계;
    - 전기 유도 유닛의 환형 유도기(20)를 통과해 파이프 전진 이송 속도(vR)로 파이프(1)를 전진 이송시키는 단계;
    - 파이프(1)의 측면에 배치된 수직 회전 축(32)을 중심으로 선회 가능한 벤딩 아암(30)에 지지되어 있는 벤딩 로크(31) 내에 전방 파이프 섹션(3)을 클램핑하는 단계;
    - 유도기(20) 내부에 위치하는 파이프 섹션의 가열을 위해 유도 장치에 전류를 작용시키는 단계;
    - 파이프(1)의 종방향 전진 이송을 통해 파이프 벤딩부(4)가 제조되기까지 벤딩 아암(30)을 편향시키는 단계를 포함하는, 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법에 있어서,
    - 파이프 종방향 축(2)의 방향으로 변위 가능하게 지지되어 있는 파지 장치(11) 내에 파이프(1)의 후방 단부가 클램핑되고,
    - 시작 단계(t1)에서 파이프(1)의 시작 접속부(3)가 열처리되면서, 시작 접속부(3)는 벤딩 로크(31)의 파지 없이 유도기(20)를 통과하여 이송되며,
    - 시작 접속부(3)의 단부에서 파이프 전진 이송이 시점(t2)에서 정지되고 파이프(1)에 벤딩 로크(31)가 잠금 폐쇄되는 동안 유도기(20)는 파이프(1)를 따라 전진 이송 방향에 대해 반대로 이동하고,
    - 파이프(1)에 벤딩을 도입하기 위해 단계(t3)에서 유도기(20)의 변위 속도(vI)가 0이 될 때까지 감소하고 유도기는 벤딩 위치로 이동하며 동시에 파이프(1)의 전진 이동은 공정-파이프 전진 이송 속도(vR)에 도달할 때까지 진행되며,
    - 단계(t4)에서 파이프(1)의 일정한 파이프 전진 이송 속도(vR)로 파이프 벤딩부(4)가 제조되고,
    - 단계(t5)에서 파이프 전진 이송 속도(vR)는 감소하고 유도기(20)는 전진 이송 방향에 반대로 가속되는데, 이때 벤딩 로크(31)는 개방되며,
    - 단계(t6)에서 최종 접속부(5)는 유도기의 반대 방향 추가 이송을 통해 가열되는 것을 특징으로 하는, 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서, 유도기(20)는, 전진 이송 방향에서 볼 때 벤딩 위치 이전에 위치하는 시작 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는, 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법.
  3. 제2항에 있어서, 유도기(20)는 단계(t1)의 시작 이전에 전진 이송 방향에서 볼 때 후방 위치로부터 유도기의 출발 위치로 변위되는 것을 특징으로 하는, 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법.
  4. 제2항에 있어서, 유도기(20)는 단계(t1) 동안에 전진 이송 방향에서 볼 때 후방 위치로부터 유도기의 출발 위치로 변위되고, 이때 파이프 전진 이송 속도(vR)는 유도기(20)의 변위 속도(vI) 만큼 증가하는 것을 특징으로 하는, 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프 전진 이송 속도(vR)와 유도기(20)의 변위 속도(vI) 사이의 편차로서 상대 속도는 단계(t1) 내지 단계(t6)에서 일정한 것을 특징으로 하는, 내압형 파이프의 유도 벤딩 성형 방법.
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