KR20190063072A - 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재를 준비하고, 준비된 소재를 천공한 다음 천공된 소재에 피복층을 형성하며, 이렇게 성형된 심레스 튜브를 가열한 후 필거 작업이 연속적으로 수행되도록 하여 각 피복층의 파단 현상을 방지하면서도 심레스 튜브의 스트레스 발생을 최소화할 수 있도록 한 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법을 제공한다.

Description

다중 구조 심레스 피복관의 제조방법{manufacturing method for multi layers seamless tube}

본 발명은 심레스 튜브의 제조를 위한 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 복수의 코팅층이 다중으로 피복된 다중 구조 심레스 피복관에 대한 제조가 안정적으로 이루어질 수 있도록 하여 각 층간이 박리되거나 파단되는 현상을 방지한 새로운 형태에 따른 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 심레스 튜브는 웰디드 튜브와는 달리 강판을 굽혀 이음매를 접합하여 만든 것이 아니라 강괴에서 롤(roll)을 써서 심봉을 이용하여 중공관을 만든 것으로 이음매가 없는 강관을 의미한다.

이와 같은 심레스 튜브의 구조는 다양한 용도로 사용되고 있으며, 특히 핵연료 피복관과 같은 고온에서 충분히 견딜수 있는 구조물 등에 적용되고 있는 것이다.

한편, 상기 핵연료 피복관의 경우 심레스 튜브의 내외측에 탄화규소 섬유나 세라믹, 지르코늄 합금 등과 같은 다양한 피복을 다중 구조로 형성함으로써 고온에서의 기계적 강도와 열전달 효율의 향상 및 부식저항성의 향상을 얻을 수 있도록 하고 있으며, 이에 관련하여는 등록특허 제10-1526305호, 등록특허 제10-1595436호, 특허공보 특1992-0009646호 등에 기재된 바와 같다.

하지만, 전술된 종래 기술에 따른 핵연료 피복관과 같은 다중 구조 심레스 피복관은 심레스 튜브를 미리 설정된 치수로 가공한 후 각 피복층을 형성함에 따라 해당 심레스 피복관의 내외경에 대한 치수를 정밀하게 맞추기가 매우 어려웠던 단점이 있었다.

특히, 종래에는 심레스 튜브에 각 피복층을 형성한 후 압출 작업을 통해 해당 심레스 튜브의 내외경을 성형하였으나, 이러한 압출 작업 역시 심레스 피복관의 내외경에 대한 정밀한 치수로 성형하는 것은 어려웠다.

물론, 필거 작업을 통해 심레스 피복관의 내외경에 대한 치수를 정밀하게 성형하는 것이 가능할 수는 있으나 이러한 필거 작업은 급격한 치수 변화로 인해 각 피복층의 파단이 발생되어 사실상 필거 작업으로는 다중 구조 심레스 피복관의 성형에는 적합하지 않았다.

즉, 심레스 피복관과 재질 및 특성이 서로 다른 피복층의 경우 이종 금속간 물성치 차이로 인해 상기 심레스 피복관의 필거 작업을 수행하는 과정에서 쉽게 파단되어 버렸던 것이다.

이에 따라, 최근에는 상기 다중 구조 심레스 피복관에 대한 정밀 성형이 가능할 수 있도록 하는 기술이 요구되고 있다.

등록특허 제10-1526305호 등록특허 제10-1595436호 특허공보 특1992-0009646호

본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 복수의 코팅층이 다중으로 피복된 다층 심레스 피복관에 대한 제조가 안정적으로 이루어질 수 있도록 하여 각 층간이 박리되거나 파단되는 현상을 방지한 새로운 방식의 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법에 따르면 빌렛 소재를 준비하는 소재 준비단계; 상기 준비된 빌렛 소재의 중앙을 천공하여 심레스 튜브로 성형하는 천공단계; 상기 성형된 심레스 튜브의 내주면 혹은, 외주면에 하나 혹은, 둘 이상 복수의 피복층을 성형하는 피복층 성형단계; 상기 피복층이 성형된 심레스 튜브를 가열시키는 튜브 가열단계; 상기 튜브 가열단계에 의해 가열된 심레스 튜브를 필거장치에 투입하여 필거 작업을 수행하는 필거단계;가 순차적으로 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 피복층 성형단계는 오버레이 용접으로써 서로 다른 이종 금속의 피복층이 피복될 수 있도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 튜브 가열단계는 상기 피복층이 성형된 심레스 튜브를 코일형의 인덕션히터의 내측으로 통과시킴으로써 수행되고, 상기 인덕션히터와 필거장치는 인라인 배치를 이루도록 설치되면서 상기 심레스 튜브가 인덕션히터를 통과함과 동시에 필거장치로 연속하여 제공되면서 필거 작업이 수행되도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 심레스 튜브를 인덕션히터에 통과시키는 과정에서 상기 인덕션히터의 입구측 및 인덕션히터의 출구측으로 아르곤 가스를 분사하여 상기 심레스 튜브가 인덕션히터를 통과하면서 가열되는 도중 상기 심레스 튜브로 산소가 유입됨을 방지할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 튜브 가열단계는 심레스 튜브가 800~900℃의 온도 범위를 이루면서 취출되도록 가열 온도가 조절됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명의 다중 구조 심레스 피복관의 제조장치 및 이를 이용한 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법은 다중 구조 심레스 피복관에 대한 압연이 통상의 필거 작업 방식인 냉간 압연 방식으로써 성형하는 것이 아니라 가열 후 압연하는 방식으로 성형함으로써 각 피복층에 대한 파단 발생이 방지될 수 있게 된 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 다중 구조 심레스 피복관의 제조장치 및 이를 이용한 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법은 심레스 튜브의 가열이 이루어진 직후 해당 심레스 튜브의 온도 저하가 이루어지기 전에 연속하여 압연이 이루어질 수 있도록 함으로써 온도 변화로 인한 압연시의 각 피복층에 대한 파단이나 물성 변형이 방지될 수 있게 된 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 구조 심레스 피복관의 제조 장치를 설명하기 위해 개략화하여 나타낸 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 구조 심레스 피복관의 제조 과정을 설명하기 위해 나타낸 순서도
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 구조 심레스 피복관의 제조 과정을 설명하기 위해 나타낸 상태도이다.

이하, 본 발명의 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

먼저, 첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 구조 심레스 피복관의 제조를 위한 장치를 설명하기 위해 개략화하여 나타낸 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 다중 구조 심레스 피복관의 제조를 위한 장치는 크게 천공장치(100)와, 피복장치(200)와, 가열장치(300) 및 필거장치(400)를 포함하여 이루어지며, 특히 상기 가열장치(300)와 필거장치(400)는 인라인 배치를 이루면서 연속적인 작업이 진행될 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 천공장치(100)는 빌렛 소재(10)를 천공하기 위한 장치이다.

이와 같은 천공장치(100)는 통상의 드릴링기기 및 보링기기가 될 수 있다.

다음으로, 상기 피복장치(200)는 상기 천공된 빌렛 소재(이하, “심레스 튜브”라 함)(20)의 내면 혹은, 외면에 피복층(30)을 형성하도록 제공되는 장치이다.

이때, 상기 피복층(30)은 통상의 증착 과정에 의해 형성되는 층일 수도 있고, 심레스 튜브(20)와는 별도의 중공 형상으로 만들어진 관으로 형성될 수도 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기한 피복장치(200)가 오버레이용접(overlay welded)으로써 서로 다른 이종 금속의 피복층이 심레스 튜브(20)에 육성되도록 하여 형성하는 장치임을 그 예로 한다.

특히, 상기 오버레이용접으로써 피복층(30)을 육성 형성하도록 함에 따라 내마모 및 내부식성의 향상을 이룰 수 있을 뿐 아니라 후술될 가열장치(300)에서의 가열시 심레스 튜브(20)가 외부 환경에 노출될 수 있음에 따라 발생될 수 있는 산화 현상이 저감될 수 있게 된다.

다음으로, 상기 가열장치(300)는 상기 복수의 피복층(30)이 형성된 심레스 튜브(20)를 필거 작업전 가열하기 위해 제공되는 장치이다.

즉, 상기한 가열장치(300)에 의한 필거 작업 전의 심레스 튜브(20)에 대한 가열을 통해 각 피복층(30)이 급격한 치수 변화에도 불구하고 파단 혹은, 박리되는 현상이 방지될 수 있도록 한 것이다.

이와 같은 가열장치(30)는 전후로 개방됨과 더불어 둘레면은 폐쇄된 파이프 형의 덕트(310) 내부에 코일형의 인덕션히터(320)를 설치하여 구성되며, 이로써 상기 심레스 튜브(20)가 상기 덕트(310) 내부를 통과하는 도중 인덕션히터(320)에 의한 순차적인 가열이 이루어질 수 있도록 한다.

특히, 상기한 가열장치(300)의 입구측 및 출구측으로는 아르곤(Ar) 가스가 분사되도록 하여 상기 가열장치(30)의 덕트(310) 내부로 산소가 유입됨을 방지하여 상기 심레스 튜브(20)의 가열 도중 산소로 인한 피복층(30)의 산화 현상이 방지될 수 있도록 한다.

다음으로, 상기 필거장치(400)는 복수의 피복층(30)이 피복된 심레스 튜브(20)를 압연하여 확관(또는, 축관)되도록 하는 장치이다.

이와 같은 필거장치(400)는 복수의 다이스(410)와 맨드렐(420)을 포함하는 필거밀로 이루어진다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 필거장치(400)가 상기 가열장치(300)의 덕트(310)와 동일한 수평선상에 위치되면서 인라인 배치를 이루도록 설치됨과 더불어 상기 심레스 튜브(20)는 컨베이어(510,520)를 이용하여 상기 인덕션히터(320)와 필거장치(400)를 연속하여 통과하도록 구성됨을 제시한다.

즉, 심레스 튜브(20)가 가열장치(300)의 인덕션히터(320)를 통과하면서 가열된 직후 곧장 필거장치(400)로 제공되어 필거 작업이 연속하여 수행되도록 함으로써 심레스 튜브(20)에 피복된 각 피복층(30)의 파단 현상을 방지하면서도 심레스 튜브(20)에 스트레스를 주지않고 안정적인 압연이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법을 각 과정별 순서대로 더욱 상세히 설명하도록 한다.

첨부된 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 구조 심레스 피복관의 제조 과정을 설명하기 위해 나타낸 순서도이다.

이에 따르면 본 발명의 실시예에 따른 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법은 소재 준비단계(S100)와, 천공단계(S200)와, 피복층 성형단계(S300)와, 튜브 가열단계(S400) 및 필거단계(S500)가 순차적으로 수행되어 이루어지며, 특히 천공된 빌렛 소재(심레스 튜브)(20)에 피복층(30)을 성형한 후 이렇게 성형된 심레스 튜브(20)를 가열한 후 필거 작업이 연속적으로 수행되도록 하여 각 피복층(30)의 파단 현상을 방지하면서도 심레스 튜브(20)의 스트레스 발생을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

이를 첨부된 도 2의 순서도 및 도 3 내지 도 5의 상태도를 참조하여 각 과정별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 빌렛 소재(10)를 준비하는 소재 준비단계(S100)가 수행된다.

이와 같은 빌렛 소재(10)는 첨부된 도 3과 같은 환봉 형태 혹은, 블럭 형태로 제공되며, 지르코늄 합금과 같은 금속 재질로 형성된다.

그리고, 상기한 빌렛 소재(10)가 준비되면 상기 준비된 빌렛 소재(10)의 중앙을 천공하여 심레스 튜브(20)로 성형하는 천공단계(S200)를 수행한다.

이때, 상기 천공단계(S200)에서 천공되는 부위는 피복층(30)의 두께를 고려한 내경을 갖도록 형성된다. 이는 첨부된 도 4에 도시된 바와 같다.

물론, 상기 천공단계(S200)에 의한 천공이 완료된 후 별도의 기계 가공이나 압연 작업을 통해 심레스 튜브의 두께 및 내경을 설정된 치수로 맞추도록 함이 더욱 바람직하다.

다음으로, 상기 성형된 심레스 튜브(20)의 내주면 혹은, 외주면에 첨부된 도 5와 같이 하나 혹은, 둘 이상 복수의 피복층(30)을 성형하는 피복층 성형단계(S300)가 수행된다.

이때, 상기 피복층(30)은 세라믹이나, 실리콘, 복합 섬유 등이 될 수 있다.

또한, 상기한 복수의 피복층(30)은 피복장치(200)에 의한 오버레이용접으로 서로 다른 이종 금속의 피복층(30)을 순차적으로 피복함으로써 성형된다.

다음으로, 상기 피복층(30)이 성형된 심레스 튜브(20)를 가열시키는 튜브 가열단계(S400) 및 가열된 심레스 튜브(20)를 압연하는 필거단계(S500)가 연속하여 수행된다.

즉, 필거단계(S500)에 의한 필거 작업이 냉간으로 수행하는 것이 아니라 열간으로 수행될 수 있도록 함으로써 피복층(30)을 이루는 다중의 이종 소재 간 파단 발생이 방지될 수 있도록 하면서도 필거 작업 중 심레스 튜브(20)에 제공되는 스트레스를 최소화할 수 있도록 하였으며, 특히 상기 심레스 튜브(20)의 가열과 이 가열된 튜브(20)의 압연이 연속적으로 이루어지도록 함으로써 급격한 온도 변화로 인해 야기되는 피복층(30)의 손상 발생이 방지될 수 있도록 한 것이다.

뿐만 아니라, 열간 필거 작업의 수행에 의해 심레스 튜브(20)에 가해지는 스트레스를 최소화할 수 있음에 따라 소재의 강성을 향상시킬 수 있게 된다.

상기한 튜브 가열단계(S400)는 심레스 튜브의 취출 온도가 800~900℃ 사이의 온도 범위를 이루도록 상기 인덕션히터(320)의 가열 제어가 이루어지도록 한다. 이때 상기 튜브 가열단계(S400)가 상기 800℃ 미만의 온도 범위로 수행될 경우 각 피복층(30)이 충분히 가열되지 못함에 따라 각 피복층(30)의 파단이 발생될 우려가 있고, 상기 튜브 가열단계(S400)가 900℃를 초과한 온도 범위로 수행될 경우 각 피복층(30)의 물성 변화가 야기될 우려가 있기 때문에 심레스 튜브(20)의 가열이 800~900℃ 사이의 온도 범위로 수행되도록 하여 각 피복층(30) 간의 파단이 방지되도록 하면서도 각 피복층(30)의 물성 변화가 방지될 수 있도록 한 것이다.

이와 함께, 상기한 인덕션히터(320)를 이용한 심레스 튜브를 가열하는 도중에는 상기 인덕션히터(320)의 입구측 및 인덕션히터(320)의 출구측으로 아르곤 가스를 분사하여 상기 심레스 튜브(20)가 인덕션히터(320)를 통과하면서 가열되는 도중 상기 심레스 튜브(20)로 산소가 유입됨을 방지할 수 있도록 한다.

한편, 본 발명의 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법은 전술된 과정으로만 실시되는 것으로 한정되지 않는다.

즉, 천공단계(S200)의 완료 후 피복층 성형단계(S300)를 수행하기 전에 천공된 심레스 튜브(20)의 내외경에 대한 치수를 일차적으로 조절하는 압연작업이 추가로 수행될 수가 있으며, 이러한 압연작업의 추가 수행을 통해 차후 피복층 성형단계(S300) 후 수행하는 필거단계(S500)시 급격한 치수 변화량을 감소시킬 수 있도록 하여 피복층 성형단계(S300)시 성형되는 각 피복층(30)의 손상이 더욱 방지되도록 한다.

이때, 상기 압연작업은 냉간 압연으로 수행함으로써 해당 심레스 튜브(20)의 물성 변화를 방지할 수 있도록 한다.

결국, 본 발명의 다중 구조 심레스 피복관의 제조장치 및 이를 이용한 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법은 다중 구조 심레스 피복관에 대한 압연이 통상의 필거 작업 방식인 냉간 압연 방식으로써 성형하는 것이 아니라 가열 후 압연하는 방식으로 성형함으로써 각 피복층(30)에 대한 파단 발생이 방지될 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 다중 구조 심레스 피복관의 제조장치 및 이를 이용한 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법은 심레스 튜브(20)의 가열이 이루어진 직후 해당 심레스 튜브(20)의 온도 저하가 이루어지기 전에 연속하여 압연이 이루어질 수 있도록 함으로써 온도 변화로 인한 압연시의 각 피복층(30)에 대한 파단이나 물성 변형이 방지될 수 있게 된다.

10. 빌렛 소재 20. 심레스 튜브
30. 피복층 100. 천공장치
200. 피복장치 300. 가열장치
310. 덕트 320. 인덕션히터
400. 필거장치 410. 다이스
420. 멘드렐 510,520. 컨베이어

Claims (5)

1. 빌렛 소재를 준비하는 소재 준비단계;
   상기 준비된 빌렛 소재의 중앙을 천공하여 심레스 튜브로 성형하는 천공단계;
   상기 성형된 심레스 튜브의 내주면 혹은, 외주면에 하나 혹은, 둘 이상 복수의 피복층을 성형하는 피복층 성형단계;
   상기 피복층이 성형된 심레스 튜브를 가열시키는 튜브 가열단계;
   상기 튜브 가열단계에 의해 가열된 심레스 튜브를 필거장치에 투입하여 필거 작업을 수행하는 필거단계;가 순차적으로 이루어짐을 특징으로 하는 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 피복층 성형단계는 오버레이 용접으로써 서로 다른 이종 금속의 피복층이 피복될 수 있도록 함을 특징으로 하는 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 튜브 가열단계는 상기 피복층이 성형된 심레스 튜브를 코일형의 인덕션히터의 내측으로 통과시킴으로써 수행되고,
   상기 인덕션히터와 필거장치는 인라인 배치를 이루도록 설치되면서 상기 심레스 튜브가 인덕션히터를 통과함과 동시에 필거장치로 연속하여 제공되면서 필거 작업이 수행되도록 함을 특징으로 하는 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 심레스 튜브를 인덕션히터에 통과시키는 과정에서 상기 인덕션히터의 입구측 및 인덕션히터의 출구측으로 아르곤 가스를 분사하여 상기 심레스 튜브가 인덕션히터를 통과하면서 가열되는 도중 상기 심레스 튜브로 산소가 유입됨을 방지할 수 있도록 함을 특징으로 하는 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 튜브 가열단계는 심레스 튜브가 800~900℃의 온도 범위를 이루면서 취출되도록 가열 온도가 조절됨을 특징으로 하는 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법.
   

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