KR20180099771A - 파이프 본체, 파이프 및 파이프의 제조 방법 - Google Patents

파이프 본체, 파이프 및 파이프의 제조 방법 Download PDF

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신유 주앙
성리 장
용 판
지준 장
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쯔지앙 산화 인텔리전트 컨트롤스 씨오., 엘티디.
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Abstract

파이프 본체로써, 파이프 본체 (10)는 파이프 본체의 양 단부에서 파이프 본체 (10)의 폭 방향으로 정렬된 용접부 (11)를 갖는다. 용접부 (11)의 두께는 파이프의 내측에서 외측으로 점진적으로 감소하고, 용접부 (11)의 외측 단부는 파이프 본체 (10)의 두께 방향 중심부에 위치한다. 용접 구조물의 형상은 파이프의 용접부의 강도를 향상시켜 플레어링 (flaring) 또는 벤딩 (bending)으로 재작업될 때 파이프가 쉽게 부서지지 않아 높은 재작업성(reworkability)을 갖는다. 또한, 파이프 본체 (10)로 이루어진 파이프 (100) 및 상기 파이프 (100)를 제조하는 방법이 개시된다.

Description

파이프 본체, 파이프 및 파이프의 제조 방법
본 출원은 2016 년 1 월 20 일자로 중국 특허청에 출원된 "파이프 본체, 파이프 및 파이프 제조 방법"이라는 제목의 중국 특허 출원 제 201610040055.4 호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 출원은 냉동 시스템의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 파이프 본체 및 상기 파이프 본체로 이루어진 파이프에 관한 것이다. 본 출원은 또한 파이프의 제조 방법에 관한 것이다.
냉동 시스템에서, 구리 재료는 양호한 열 전도성, 내 부식성 및 가공성으로 인해 일반적으로 밸브 및 파이프 부속에 사용된다. 그러나 높은 가격으로 인해 구리 재료를 많이 사용하게 되면 제품 비용이 크게 증가하게 되어 산업계에서 경쟁력을 잃어버리게 된다. 구리 대신에 일반 탄소강을 사용하는 경우, 탄소강은 쉽게 부식되어 높은 청결도가 요구되는 냉동 시스템에 적합하지 않다.
종래의 냉동 시스템에서는, 구리 재료로 제조된 파이프를 대체하여 구리-강 복합 파이프가 통상적으로 사용된다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 도 1a는 종래 기술에서 파이프의 단면을 도시하는 개략도이다. 도 1b는 도 1a의 부분 (A)을 도시하는 부분 확대도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 파이프 본체는 구부러지고 용접되어 파이프 (1')를 형성하고, 파이프 본체의 양단부의 용접면 (1'a)은 모두 경사진다. 파이프 본체가 구부러지면 두 용접면 (1'a) 사이에는 일정한 거리가 존재한다. 따라서, 파이프 본체가 용접될 때, 파이프 (1')의 용접 이음부 (2')는 도 1b에 도시된 바와 같이 팬(fan) 형상이다.
또한, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 파이프 (1')가 또한 존재하고, 파이프 본체의 양 단부의 용접면 (1'a)도 경사져 있다. 2 개의 용접면 (1'a)은 파이프 본체가 용접될 때 한 단부에서 서로 연결된다. 따라서, 파이프 본체가 용접될 때, 파이프 (1')의 용접 이음부 (2')는 도 2b에 도시된 바와 같이 역 삼각형 형상이다.
이러한 종래의 파이프의 사용시에, 이러한 구조를 갖는 복합 파이프가 특히 용접 이음부에서 균열되기 쉽다는 것이 발견되었다. 플레어링 (flaring), 굽힘 (bending) 등과 같은 재가공시에 용접 이음부가 쉽게 부서지기 때문에 파이프의 재가공성이 좋지 않아 다양하고 복잡하며 압력 수용 능력을 필요로 하는 냉동 시스템의 요구를 거의 만족시키지 못한다.
구리-강 복합 파이프 외에도, 다른 복합 파이프 및 냉동 시스템에서 단일 재료로 제조된 파이프 부속품은 유사한 문제점을 갖는다.
이러한 관점에서, 당해 기술 분야의 당업자에 의해 다루어져야 할 기술적인 문제는 종래의 파이프의 구조를 개선하여 용접부에서의 강도를 향상시키고 파이프의 재가공성을 개선하는 방법에 관한 것이다.
본 출원의 목적은 파이프 본체 및 본 파이프 본체로 제조된 파이프를 제공하는 것이다. 본 파이프 본체로 이루어진 파이프의 용접부에서의 강도가 향상되고, 플레어링(flaring), 벤딩(bending)과 같은 재가공중에 용접된 부분이 쉽게 부서지지 않아 높은 재가공성을 갖는다. 본 출원의 또 다른 목적은 파이프의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본원의 파이프 본체는, 파이프 본체의 양 단부에 용접부가 형성되고, 용접부의 두께는 파이프 본체의 폭 방향을 따라 파이프 본체의 내부에서 외부로 점진적으로 감소하며, 용접부의 외측 단부는 파이프 본체의 두께 방향을 따르는 중심부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
용접부의 외주면(peripheral face)은 순차적으로 연결된 2 이상의 직선 세그먼트 및 / 또는 원호(arc) 세그먼트로 형성된다.
용접부의 외주면은 제 1 직선 세그먼트, 제 2 직선 세그먼트 및 제 3 직선 세그먼트의 3개의 직선 세그먼트를 순차적으로 포함하고, 제 2 직선 세그먼트는 용접부의 외측 단부의 면을 형성한다.
제 2 직선 세그먼트는 파이프 본체의 두께 방향을 따라 평행하며, 제 2 직선 세그먼트의 길이는 파이프 본체의 두께의 0.1 내지 0.5 배이다. 제 1 직선 세그먼트의 길이와 제 3 직선 세그먼트의 길이는 파이프 본체의 두께의 1 배 내지 3 배이다.
제 1 직선 세그먼트와 파이프 본체의 두께 방향간의 끼인각(included angle)과, 제 2 직선 세그먼트와 파이프 본체의 두께 방향간의 끼인각(included angle)은 모두 20 ° ~ 80 °의 범위에 있다.
용접부의 외주면은 제 1 원호(arc) 세그먼트와 제 2 원호 세그먼트의 2 개의 원호 세그먼트를 포함하고, 제 2 원호 세그먼트 사이의 제 1 원호 세그먼트의 연결부는 용접부의 외측 단부의 면을 형성한다 .
용접부의 외주면은 전이(transitional) 원호 세그먼트를 더 포함하고, 제 1 원호 세그먼트 및 제 2 원호 세그먼트는 전이 원호 세그먼트에 의해 연결된다.
제 1 원호 세그먼트의 반경 및 제 2 원호 세그먼트의 반경은 모두 파이프 본체 (10)의 두께의 0.5 내지 8 배이다.
용접부의 외주면은 파이프 본체의 두께 방향을 따르는 중심에 대하여 대칭이다.
용접부의 외주면은 반 타원형(semi-oval shape)이다.
반 타원형의 장 반경은 파이프 본체의 두께의 0.25 내지 3 배이고, 반 타원형의 단 반경은 파이프 본체의 두께의 0.25 내지 0.75 배이다.
본 출원에 따른 파이프가 더 제공된다. 파이프 본체는 구부러지고 용접되어 파이프를 형성하고, 파이프 본체는 전술한 해결수단들 중 어느 하나에 따른 파이프 본체이고, 파이프의 용접 이음부는 X 자형이다.
파이프 본체가 이러한 기술적 효과를 가지므로, 파이프 본체로 제조된 파이프는 상술한 기술적 효과를 가지며, 여기서는 더 이상 설명하지 않는다.
파이프는 구체적으로 복합(composite) 파이프이고, 파이프 본체는 내측 및 / 또는 외측에 고정된 제 1 층 본체 및 제 2 본체를 포함하며, 제 1 층 본체 및 제 2 층 본체의 재료가 다르다.
제 1 층 본체는 강재(steel material) 이고, 제 2 층 본체는 구리 재료(copper material) 이다.
본 출원에 따라 파이프의 제조 방법이 추가로 제공되며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다 :
a. 파이프 본체를 제조하는 단계,
b. 상기 파이프 본체의 양 단부 각각에 용접부를 제조하되, 상기 용접부의 두께가 상기 파이프 본체의 폭 방향을 따라 상기 파이프 본체의 내측에서 외측으로 점차적으로 감소하고, 상기 용접부의 외측 단부는 상기 파이프 본체의 두께 방향을 따르는 중심부에 위치하는 단계,
c. 상기 b 단계에서 파이프 본체를 원형 파이프 형상으로 압출하고, 상기 파이프 본체의 두 개의 용접부의 양 끝단면 사이에 소정 거리를 유지하는 단계,
d. 상기 두 개의 용접부를 용접하여 파이프를 형성하는 단계.
파이프의 제조 방법은 단계 d 후에 다음의 단계들을 더 포함한다 :
e. 단계 d에서 형성된 파이프를 정확하게 수정하는(correcting) 단계,
f. 단계 e에서 정확한 수정 후에 파이프에 대해 와전류 테스트(eddy current testing)를 수행하고, 파이프상에서 소정 시간 동안 2 차 어닐링(annealing) 처리를 수행하는 단계,
상기 단계 f에서, 2 차 어닐링 처리를 위한 소정의 온도를 갖는 진공 노(vacuum furnace) 안으로 정확한 수정 후의 파이프가 공급된다.
단계 a에서, 상이한 재료의 제 1 층 본체 및 제 2 본체가 준비되고, 제 2 층 본체는 제 1 층 본체의 내측 및 / 또는 외측에서 고정되고, 제 1 층 본체 및 제 2 층 본체는 압연(rolling) 방법에 의해 일체적으로 압연되어 파이프 본체를 형성한다.
단계 c에서, 소정 거리는 파이프 본체의 두께의 1 배 내지 3 배이다.
전술한 바와 같이, 본원의 파이프 본체에 따르면, 용접부의 두께는 파이프 본체의 폭 방향을 따라 파이프 본체의 내측에서 외측으로 점차 감소하고, 용접부의 외측 단부는 파이프 본체의 중심부에 위치한다. 이러한 방식으로, 파이프 본체는 파이프 본체의 2 개의 용접부에서 구부러지고 용접되어 파이프를 형성하고, 용접된 부분은 X 자형으로 형성된다. 종래의 팬 형상(fan-shaped)의 용접부와 종래의 역 삼각형의 용접부와 비교하면, 용접부의 접합면의 면적이 크게 증가한다. 또한, 용접부의 외측 단부가 파이프 본체의 두께 방향을 따르는 중심부에 위치하기 때문에, 그리고 이 부분의 베이스 금속은 파이프 본체가 용접될때 전체 용접부에서 지지 역할을 하기 때문에, 용접된 부분의 인장 강도를 크게 향상시킨다. 또한, X 자 형상의 용접부는, 파이프의 벽 두께의 중심에 대하여 베이스 금속 및 땜납을 실질적으로 대칭으로 하여, 힘의 방향을 변화시킬 수 있고, 변형(deformation) 방향 및 그 효과를 어느 정도 완화할 수 있다. 따라서 파이프는 큰 횡 방향 응력(transverse tension)을 받을 때 내벽에서 쉽게 균열되지 않는다. 따라서, 이 파이프 본체로 제조된 파이프는 높은 재가공성을 갖는다.
도 1a는 종래 기술에서의 파이프의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 부분 A를 도시하는 부분 확대도이다.
도 2a는 종래 기술에서의 다른 파이프의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 부분 B를 도시하는 부분 확대도이다.
도 3은 본원의 제 1 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 3의 용접부를 채용한 파이프의 용접 구조를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본원의 제 1 실시 예에 따른 파이프의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 6은 본원의 제 2 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 6의 용접부를 채용한 파이프의 용접 구조를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본원의 제 3 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 9는 도 8의 용접부를 채용한 파이프의 용접 구조를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본원의 제 4 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 11은 도 10의 용접부를 채용한 파이프의 용접 구조를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본원의 제 5 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 도시하는 개략도이다.
도 13은 도 12의 용접부를 채용한 파이프의 용접 구조를 나타내는 개략도이다.
도 14는 본원의 제 6 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 도시하는 개략도이다.
파이프 본체를 벤딩(bending) 및 용접함으로써, 종래의 파이프가 형성된다. 연구 결과, 파이프의 용접 부분이 팬 형상(fan-shape) 또는 역 삼각형이고, 따라서 파이프의 벽 두께가 용접부에서 파이프의 내벽에서 외벽으로 점차 감소한다는 것이 밝혀졌다. 따라서 땜납은 점차적으로 증가한다. 파이프의 조합은 주로 땜납에 달려 있다. 땜납의 강도는 일반적으로 파이프 재료의 강도보다 작기 때문에, 플레어링(flaring), 굽힘(bending) 등과 같은 재가공 동안, 내벽의 힘 및 변형은 외벽의 힘 및 변형과 일치하지 않는다. 따라서, 균열이 내벽으로부터 쉽게 나오고, 접합 표면의 라인을 따라 외벽으로 급속히 연장되고, 파이프가 파열되어 사용할 수 없게 된다. 이러한 점에 비추어, 이하에 상세히 설명하는 본 출원에 따라 해결방법이 제공된다.
이해를 돕고 설명을 단순화하기 위해, 파이프와 파이프 본체가 이후에 함께 도시될 것이고, 유익한 효과는 상세히 설명되지 않을 것이다.
본원의 파이프는 주로 파이프 본체를 용접하여 구부림(bending)으로써 형성되며, 파이프 본체(body)의 길이는 형성된 파이프의 길이이고, 파이프 본체(body)의 폭은 형성된 파이프의 실질적으로 원주 크기(circumferential size)이다. 파이프 본체의 두께는 형성된 파이프의 벽 두께이다. 즉, 파이프 본체가 폭 방향을 따라 구부러질 때, 폭 방향의 두 단부가 용접되어 파이프를 형성한다. 파이프 본체의 길이, 폭 및 두께는 본 명세서에서 관련된 위치에 대한 기준으로 간주된다.
본원의 파이프 본체는 양단부에 용접부를 구비하고 있다. 용접부의 두께는 파이프 본체의 폭을 따르는 방향으로 파이프 본체의 내측에서 외측으로 점차 감소하고, 용접부의 외측 단부는 파이프 본체의 두께 방향을 따르는 중심부에 위치한다.
또한, 여기서 말하는 “중심부”란, 파이프 본체의 두께 방향을 따르는 중심점 및 중심점 부근의 영역을 의미한다.
전술한 구조를 채용함으로써, 파이프 본체를 용접 및 구부림으로써 형성된 파이프에서, 그 용접된 부분은 실질적으로 X 자형이다. 종래의 팬 형상(fan-shaped)의 용접부 또는 종래의 역 삼각형의 용접부와 비교하면, 용접부의 접합면의 면적이 크게 증가한다. 또한, 용접부의 외측 단부가 파이프 본체의 두께 방향을 따르는 중심부에 위치하고 있고, 이 부분의 베이스 금속은 파이프 본체가 용접될 때 전체 용접부에서 지지 역할을 하기 때문에, 용접된 부분의 인장 강도를 크게 향상시킨다. 또한, X 자 형상의 용접부는, 파이프의 벽 두께의 중심에 대하여 베이스 금속 및 땜납(solder)을 실질적으로 대칭으로 하고, 힘의 방향을 개선할 수 있고, 변형 방향 및 응력(stress)의 효과를 어느 정도 완화할 수 있다. 따라서 파이프는 큰 횡 방향 응력을 받을 때 내벽에서 쉽게 균열되지 않는다. 따라서, 이 파이프 본체로 제조된 파이프는 높은 재가공성(reprocessability)을 갖는다.
본원에 따른 파이프 본체는 다수의 구체적인 구조를 가지며, 본원은 도면 및 구체적인 실시 예와 관련하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 도 3은 본원의 제 1 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 도시한 개략도이고, 도 4는 도 3의 용접부를 채용하는 파이프의 용접 구조를 도시한 도면이며, 그리고 도 5는 본원의 제 1 실시 예에 따른 파이프의 단면을 도시한 개략도이다.
이 실시 예에서, 파이프 본체 (10)의 용접부 (11)의 외주면(peripheral face)은 제 1 직선 세그먼트 (111), 제 2 직선 세그먼트 (112) 및 제 3 직선 세그먼트의 3 개의 직선 세그먼트를 순차적으로 포함하고, 여기서 제 2 직선 세그먼트 (112)는 용접부 (11)의 외측 단부면을 형성한다.
이러한 구체적인 해결방법에 있어서, 제 2 직선 세그먼트 (112)는 파이프 본체 (10)의 두께를 따르는 방향에 평행하고, 제 2 직선 세그먼트 (112)의 중심은 파이프 본체 (10)의 두께 방향을 따르는 방향에서 중심과 일치하고, 제 1 직선 세그먼트 (111)와 제 3 직선 세그먼트 (113)는 제 2 직선 세그먼트 (112)에 대하여 대칭이고, 즉 제 1 직선 세그먼트 (111)의 길이 (L1)는 제 3 직선 세그먼트 (113)의 길이 (L3)와 동일하다.
이러한 방식으로, 형성되는 파이프 (100)의 용접 이음부(weld seam) (20)는 도 5에 도시된 바와 같이 반경 방향(radial direction) 및 원주 방향(circumferential direction)으로 완전히 대칭이어서 용접부에서 응력(stress)의 균일성(uniformity)을 향상시킨다. 또한, 도 5로부터 용접부 (11)의 외측 단부가 용접 이음부 (20)의 중심부에 위치하고, 용접된 부분이 지지 역할을 할 수 있으므로, 용접 부분에서의 인장 강도(tensile strength)가 향상될 수 있다.
구체적으로, 제 2 직선 세그먼트 (112)의 길이 (L2)는 파이프 본체 (10)의 두께의 0.1 내지 0.5 배로 설정될 수 있다. 제 1 직선 세그먼트 (111)의 길이 (L1)와 제 3 직선 세그먼트 (113)의 길이 (L3)는 파이프 본체 (10)의 두께의 1 배 내지 3 배로 설정될 수 있다.
실제 응용에서, 각각의 직선 세그먼트의 특정 길이는 파이프 재료 및 응용 요구 조건에 따라 선택될 수 있다.
제 1 직선 세그먼트 (111)와 파이프 본체 (10)의 두께 방향의 끼인각 θ (included angle)(도 3에 도시함)와 제 3 직선 세그먼트 (113)와 파이프 본체 (10)의 두께 방향의 끼인각 (도면에 도시하지 않음)은 파이프 재료 및 응용 요구 조건에 따라 20° ~ 80°의 범위에서 선택될 수 있다.
소정의 거리 (d)는 파이프 본체 (10)가 구부러질 때 2 개의 용접부 (11)의 외측 단부의 면 사이에 제공되고, 소정 거리 (d)는 일반적으로 파이프 본체 (10)의 두께의 1 내지 3 배이다. 용접되는 동안 땜납의 유동성(fluidity)을 보장하고, 땜납 및 베이스 금속 웰(well)을 융합시키고, 용접 이음부 (20)의 강도를 향상시킨다.
2 개의 용접부 (11)의 외측 단부의 면을 서로 연결하는 것이 또한 가능하다는 것을 이해해야 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6은 본원의 제 2 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 도시하는 개략도이고, 도 7은 도 6의 용접부를 채용하는 파이프의 용접 구조물을 도시하는 개략도이다.
이 실시 예에서의 용접부의 기본 구조는 전술한 제 1 실시 예와 일치하지만, 본 실시 예에서는 용접부 (11)의 제 1 직선 세그먼트 (111)의 길이 (L1) 은 제 3 직선 세그먼트 (113)의 길이 (L3) 보다 크다는 점에서 차이가 있다. 파이프 (100)의 용접된 부분이 도 7에 도시된다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8은 본원의 제 3 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 도시하는 개략도이고, 도 9는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 도 8의 용접부를 채용하는 파이프의 용접 구조물의 개략도이다.
본 실시 예의 용접부의 기본 구조도 전술한 제 1 실시예와 일치하지만, 본 실시 예에서는 용접부 (11)의 제 1 직선 세그먼트 (111)의 길이 (L1) 은 제 3 직선 세그먼트 (113)의 길이 (L3) 보다 작다는 점에서 차이가 있다. 파이프의 용접된 부분이 도 9에 도시된다.
제 2 실시 예 및 제 3 실시 예에서, 각 직선 세그먼트의 관련 파라미터의 범위는 제 1 실시 예와 일치하므로 상세한 설명은 생략한다.
전술한 3 개의 실시 예에서, 용접부 (11)의 외주면은 모두 3 개의 직선 세그먼트로 형성된다는 것을 알아야 한다. 그러나, 용접부 (11)의 외주면은 실제로 2 개의 직선 세그먼트로 형성될 수 있으며, 즉 제 2 직선 세그먼트는 생략된다. 이러한 방식으로, 제 1 직선 세그먼트와 제 3 직선 세그먼트 사이의 연결부는 팁(tip)을 형성하며, 이는 용접 공정 동안 땜납의 유동에 비교적 유리하지 않다. 따라서, 전술한 3 가지 실시 예가 바람직한 해결책으로 사용될 수 있다. 또한, 용접부 (11)의 외주면은 더 많은 직선 세그먼트로 형성될 수도 있으며, 이는 하나씩 설명되지 않을 것이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 도 10은 본원의 제 4 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 도시하는 개략도이고, 도 11은 도 10의 용접부를 채용하는 파이프의 용접 구조물의 개략도이다.
이 실시 예에서, 파이프 본체 (10)의 용접부 (11)의 외주면은 제 1 원호(arc) 세그먼트 (114)와 제 2 원호 세그먼트 (115)를 포함하며, 여기서 제 1 원호 세그먼트 (114)와 제 2 원호 세그먼트간의 연결부는 용접부 (11)의 외측 단부의 면을 형성한다.
또한, 제 1 원호 세그먼트 (114)와 제 2 원호 세그먼트 (115)는 전이(transitional) 원호 세그먼트 (116)에 의해 연결되어, 제 1 원호 세그먼트 (114)와 제 2 원호 세그먼트 (115) 사이의 연결부에서 원활한 전이(transition)를 보장함으로써, 땜납이 베이스 금속을 적시고 용접 공정 중에 흐르도록 돕는다.
구체적인 해결방법에서, 제 1 원호 세그먼트 (114)의 반경 및 제 2 원호 세그먼트 (115)의 반경은 모두 파이프 본체 (10)의 두께의 0.5 내지 8 배이다.
구체적인 해결방법에서, 제 1 원호 세그먼트 (114)의 반경 R1은 제 2 원호 세그먼트 (115)의 반경 R2보다 크다.
마찬가지로, 이 해결 방법에서는, 파이프 본체 (10)가 구부러질 때 2 개의 용접부 (11)의 외측 단부면 사이에도 소정 거리 (d)가 제공되고, 소정 거리 (d)는 파이프 본체 (10)의 두께의 1 내지 3 배가 되며, 용접 공정 중에 땜납의 유동성을 향상시킨다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 도 12는 본원의 제 5 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 도시하는 개략도이고, 도 13은 도 12 의 용접부를 채택하는 파이프의 용접 구조물의 개략도이다.
본 실시 예에서의 용접부의 기본 구조는 전술한 제 4 실시 예와 일치하지만, 본 실시 예에서는 제 1 원호 세그먼트 (114)의 반경 R1이 제 2 원호 세그먼트의 반경 R2 보다 작다는 점에서 차이가 있다.
원호 세그먼트 각각의 관련 파라미터의 범위는 제 4 실시 예에서의 파라미터와 일치할 수 있으며, 이에 대해서는 상세히 설명하지 않는다.
구체적인 배치(arrangement)에서, 제 1 원호 세그먼트 (114)의 반경 R1은 제 2 원호 세그먼트 (115)의 반경 R2와 동일할 수 있고, 제 1 원호 세그먼트 (114)와 제 2 원호 세그먼트 (115) 간의 연결부의 중심은 파이프 본체 (10)의 두께 방향을 따르는 방향의 중심에 위치한다는 것을 이해할 수 있다. 이러한 방식으로, 용접 구조는 완전히 대칭이며, 파이프가 형성될 때 용접부에서의 응력(stress)이 보다 균일해진다.
실제로는, 용접부 (11)의 외주면이 전술한 바와 같이 함께 연결되어 있는 2 개 또는 그 이상의 직선 세그먼트, 그리고 원호 세그먼트에 의해 형성될 수 있어, 용접부 (11)의 외주면은 수 개의 직선 세그먼트 또는 수 개의 원호 세그먼트로 형성될 수 있음을 주목할 수 있다.
도 14는 본원의 제 6 실시 예에 따른 파이프 본체의 용접부의 구조를 나타내는 개략도이다.
본 실시 예에서, 용접부 (11)의 외주면은 제조를 용이하게 하기 위해 반 타원형(semi-oval shape) 이다.
구체적으로, 반 타원형 구조의 장반경 (R)은 파이프 본체 (10)의 두께의 0.25 내지 3 배이고, 반 타원형 구조의 단반경 (r)은 파이프 본체 (10)의 두께의 0.25 내지 0.75 배이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 이 구체적인 실시 예에서, 반 타원형 구조체의 장축은 파이프 본체 (10)의 폭 방향을 따르고, 반 타원형 구조체의 단축은 (10)의 두께 방향을 따른다. 장축과 단축이 실제 배치에서 역전될 수 있는, 즉 장축이 파이프 본체 (10)의 두께 방향을 따르고 단축이 파이프 본체 (10)의 폭 방향을 따를 수 있음이 이해될 수 있다.
파이프 본체의 6 개의 구체적인 형태가 상술되었지만, 파이프 본체의 구체적인 형태의 다양한 변화가 본원에 열거되지 않은 전술한 원리에 기초하여 이루어질 수 있음이 이해될 수 있다.
실제 응용에서, 파이프 본체 (10)의 재료는 단일 재료일 수 있고 또한 복합 재료 일 수도 있다.
도 3을 예로 들면, 구체적인 해결 방법에 있어서, 파이프 본체 (10)는 제 1 층 본체 (10a)의 내측 및 외측에 고정된 제 1 층 본체 (10a) 및 제 2 본체를 포함하고, 제 1 층 본체 (10a)와 제 2 층 본체 (10b)는 상이하다.
보다 구체적으로는, 제 1 층 본체 (10a)는 강재(steel material)이고, 구체적으로는 저탄소강이 될 수 있다. 제 2 층 본체 (10b)는 구리 재료이다.
실제의 배치에서, 제 2 층 본체 (10b)는 제 1 층 본체 (10a)의 내측 또는 외측에만 배치되는 것이 또한 가능하다는 것을 알 수 있다.
전술한 파이프 및 파이프 본체 이외에, 본원에 따라 파이프의 제조 방법이 추가로 제공되며, 제조 방법은 구체적으로 다음 단계를 포함한다 :
a. 파이프 본체를 형성하는 단계로써, 미리 조립된 파이프의 크기에 따라 해당 파이프 본체의 크기가 준비되고, 미리 조립된 파이프가 2 재료의 복합 파이프인 경우, 서로 다른 재질의 제 1 층 본체 및 제 2 층 본체가 준비되며, 제 2 층 본체를 제 1 층 본체의 내측 및 / 또는 외측에 고정하고, 압연(rolling) 방법에 의해 제 1 층 본체 및 제 2 층 본체를 일체적으로 압연하고, 제 1 층 본체 및 제 2 층 본체를 평탄화한 후 어닐링(annealing) 처리를 행하고, 고온 환경 하에서의 2 개의 재료의 분자 운동을 촉진하고 분자 결합 층(bonding layer)의 형성을 촉진시켜 파이프 본체를 형성하는 단계;
b. 파이프 본체의 각각의 두 단부에서의 용접부를 형성하는 단계로써, 용접부의 구조는 전술한 실시 예에서 설명한 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하고, 용접부의 관련 치수는 미리 조립된 파이프가 필요로 하는 성능에 따라 설계되는 단계;
c. 단계 b에서 파이프 본체를 원형 파이프 형상으로 압출하고, 파이프 본체의 2 개의 용접부의 단부의 면 사이에 소정의 거리를 유지하는 단계로써, 여기서 파이프 본체는 성형 기계로 공급되어 원형 파이프 형상으로 굽힘 및 압출되는 단계;
d. 이들 두 용접부를 용접하여 파이프를 형성하는 단계로서, 이 단계에서 저 응력 용접 방식이 구체적으로 사용될 수 있고, 땜납과 베이스 금속을 융합시켜 용접 이음부를 형성하고, 용접 이음부와 베이스 금속 사이의 매끄러운 전이를 보장하기 위해 용접 이음부의 과도한 부분이 가공에 의해 제거될 수 있는 단계를 포함한다.
또한, 파이프의 제조 방법은 단계 d 후에 다음의 단계를 포함한다 :
e. 단계 d에서 형성된 파이프를 정확히 수정하는 단계로써, 일정한 내경을 갖는 몰드(mould)가 정확성(accuracy)과 둥글기(roundness)를 보장하기 위해 파이프를 수정하는 데 사용되는 단계;
f. 단계 e에서 정확한 수정 후에 파이프에 대해 와전류 테스트(eddy current testing)를 수행하는 단계로써, 와전류 테스트 장비에 의해 와전류 테스트가 수행되어 파이프의 정확성 요구조건을 충족하고, 소정 시간 동안 2 차 어닐링(annealing) 처리를 수행하여 파이프의 연신율(elongation rate) 및 가공성(processability)을 크게 향상시켜 냉동 시스템의 다양한 요구 조건을 충족시킬 수 있도록 하고, 구체적으로는 2 차 어닐링 처리를 위해 800 내지 1000 ℃의 진공 노(vacuum furnace)에 파이프를 인입시킬 수 있는 단계를 포함한다.
구리-강 복합 파이프를 예로 들면, 2 차 어닐링 처리 후, 구리-강 복합 파이프의 플레어 비율(flaring rate)은 20.7 % 이상이고, 연신율(elongation rate)은 30 % 이상이며, 내압성이 현저하게 향상된다.
이상, 본원의 파이프 본체, 파이프 및 파이프의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하였다. 본원의 원리 및 실시 예는 본 명세서에서 특정 예에 의해 예시되었다. 상기 실시 예의 설명은 단지 본 발명의 방법 및 사상의 이해를 돕기 위한 것이다. 본 기술 분야의 당업자에게는 본 출원의 원리를 벗어나지 않으면서 본원에 약간의 변형 및 개선이 가해질 수 있음을 알아야 하며, 이들 변형 및 개선은 또한 청구범위에 의해 정의된 본 출원의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 한다.
도 1a 내지 도 2b의 참조 번호와 구성 요소 간의 대응 관계는 다음과 같다 :
1’ 파이프, 1’a 용접면,
2’ 용접 이음부;
도 3 내지 도 14의 참조 번호와 구성 요소간의 대응 관계는 다음과 같다 :
100 파이프, 10 파이프 본체,
10a 제1층 본체, 10b 제2층 본체,
11 용접부, 20 용접 이음부,
111 제1직선 세그먼트, 112 제2직선 세그먼트,
113 제3직선 세그먼트, 114 제1원호 세그먼트,
115 제2원호 세그먼트, 116 전이 원호 세그먼트.

Claims (19)

  1. 파이프 본체 (10)의 양 단부에 용접부 (11)가 형성되고, 상기 용접부 (11)의 두께는 파이프 본체의 폭 방향을 따라 파이프 본체의 내부에서 외부로 점진적으로 감소하며, 상기 용접부 (11)의 외측 단부는 상기 파이프 본체 (10)의 두께 방향을 따르는 중심부에 위치하는 파이프 본체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접부 (11)의 외주면(peripheral face)은 순차적으로 연결된 2 이상의 직선 세그먼트 및 / 또는 원호(arc) 세그먼트로 형성되는 파이프 본체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 용접부 (11)의 외주면은 제 1 직선 세그먼트 (111), 제 2 직선 세그먼트 (112) 및 제 3 직선 세그먼트가 순차적으로 연결된 3개의 직선 세그먼트를 포함하고, 상기 제 2 직선 세그먼트 (112)는 상기 용접부 (11)의 외측 단부의 면을 형성하는 파이프 본체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 직선 세그먼트 (112)는 상기 파이프 본체 (10)의 두께 방향을 따라 평행하며, 상기 제 2 직선 세그먼트 (112)의 길이는 상기 파이프 본체 (10)의 두께의 0.1 내지 0.5 배; 상기 제 1 직선 세그먼트 (111)의 길이와 상기 제 3 직선 세그먼트 (113)의 길이는 상기 파이프 본체 (10)의 두께의 1 배 내지 3 배인 파이프 본체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 직선 세그먼트 (111)와 상기 파이프 본체 (10)의 두께 방향간의 끼인각(included angle)과, 상기 제 2 직선 세그먼트 (112)와 파이프 본체 (10)의 두께 방향간의 끼인각(included angle)은 모두 20 ° ~ 80 °의 범위에 있는 파이프 본체.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 용접부 (11)의 외주면은 제 1 원호(arc) 세그먼트 (114)와 제 2 원호 세그먼트 (115)의 2 개의 원호 세그먼트를 포함하고, 상기 제 2 원호 세그먼트 (115) 사이의 상기 제 1 원호 세그먼트 (114)의 연결부는 상기 용접부 (114)의 외측 단부의 면을 형성하는 파이프 본체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 용접부 (11)의 외주면은 전이(transitional) 원호 세그먼트 (116)를 더 포함하고, 상기 제 1 원호 세그먼트 (114) 및 상기 제 2 원호 세그먼트 (115)는 상기 전이 원호 세그먼트 (116)에 의해 연결되는 파이프 본체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 원호 세그먼트 (114)의 반경 및 상기 제 2 원호 세그먼트 (115)의 반경은 모두 상기 파이프 본체 (10)의 두께의 0.5 내지 8 배인 파이프 본체.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접부 (11)의 외주면은 상기 파이프 본체 (10)의 두께 방향을 따르는 중심에 대하여 대칭인 파이프 본체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접부 (11)의 외주면은 반 타원형(semi-oval shape) 인 파이프 본체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반 타원형의 장 반경은 파이프 본체 (10)의 두께의 0.25 내지 3 배이고, 상기 반 타원형의 단 반경은 파이프 본체 (10)의 두께의 0.25 내지 0.75 배인 파이프 본체.
  12. 파이프로서, 상기 파이프 (100)가 파이프 본체 (10)의 용접(welding) 및 굽힘(bending)에 의해 형성되고, 상기 파이프 본체 (10)가 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 파이프 본체이고, 상기 파이프 (100)의 용접 이음부(20)가 X 자 형상을 이루는 파이프.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 파이프 (100)는 복합(composite) 파이프이고, 상기 파이프 본체 (10)는 내측 및 / 또는 외측에 고정된 제 1 층 본체 (10a) 및 제 2 본체 (10b)를 포함하며, 상기 제 1 층 본체 (10a) 및 상기 제 2 층 본체 (10b)의 재료가 서로 다른 파이프.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 층 본체 (10a)는 강재(steel material)이고, 상기 제 2 본체 (10b)는 구리 재료(copper material)인 파이프.
  15. 파이프의 제조 방법에 있어서,
    a. 파이프 본체를 제조하는 단계;
    b. 상기 파이프 본체의 양 단부 각각에 용접부를 제조하되, 상기 용접부의 두께가 상기 파이프 본체의 폭 방향을 따라 상기 파이프 본체의 내측에서 외측으로 점차적으로 감소하고, 상기 용접부의 외측 단부는 상기 파이프 본체의 두께 방향을 따르는 중심부에 위치하는 단계,
    c. 상기 b 단계에서 파이프 본체를 원형 파이프 형상으로 압출하고, 상기 파이프 본체의 두 개의 용접부의 양 끝단면 사이에 소정 거리를 유지하는 단계; 및
    d. 상기 두 개의 용접부를 용접하여 파이프를 형성하는 단계를 포함하는 파이프의 제조 방법
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 단계 d 이후에,
    e. 단계 d에서 형성된 파이프를 정확하게 수정하는(correcting) 단계; 및
    f. 단계 e에서 정확한 수정 후에 파이프에 대해 와전류 테스트(eddy current testing)를 수행하고, 파이프상에서 소정 시간 동안 2 차 어닐링(annealing) 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 파이프의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 공정 f에서, 2 차 어닐링 처리를 위한 소정의 온도를 갖는 진공 노(vacuum furnace) 안으로 상기 정확한 수정 후의 파이프를 공급하는 파이프의 제조 방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 a에서, 상이한 재료의 제 1 층 본체 및 제 2 본체가 준비되고, 상기 제 2 층 본체는 상기 제 1 층 본체의 내측 및 / 또는 외측에서 고정되고, 상기 제 1 층 본체 및 상기 제 2 층 본체는 압연(rolling) 방법에 의해 일체적으로 압연되어 상기 파이프 본체를 형성하는 파이프의 제조 방법.
  19. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 c 단계에서, 상기 소정 거리는 상기 파이프 본체의 두께의 1 배 내지 3 배인 것을 특징으로 하는 파이프의 제조 방법.
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