KR20210113028A

KR20210113028A - 확관 접합 방법

Info

Publication number: KR20210113028A
Application number: KR1020210007499A
Authority: KR
Inventors: 마사루 퓨타무라; 히로유키 야마유치; 켄지 사와자키
Original assignee: 가부시키가이샤 스기노 마신
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2021-09-15
Also published as: CN113351773A; JP2021137859A; CN113351773B; KR102447689B1

Abstract

본 발명은 기밀성을 향상시킬 수 있는 액압식 확관 접합 방법을 제공하고자 한다.확관 접합 방법은 튜브(3)를 관판(2)에 관통되게 형성된 관 구멍(21)에 삽입시켜 튜브(3)를 확장시킴으로써 튜브(3)와 관판(2)을 접합시키는 방법이다. 튜브(3)의 외주면(31) 및 관 구멍(21)의 내주면(22)중 적어도 하나에 표면 거칠기를 감소시키기 위한 표면 처리를 실시한다. 표면 처리후에 튜브(3)를 관판(2)의 관 구멍(21)에 삽입시켜 튜브(3)의 외주면(31)과 관 구멍(21)의 내주면(22)을 서로 마주하도록 한다. 그리고 액압을 이용하여 튜브(3)를 확장시킴으로써 튜브(3)와 관판(2)을 접합시킨다.

Description

확관 접합 방법{Method for joining expanded tube}

본 발명은 튜브의 확관을 수행하여 튜브와 관판을 접합시키는 확관 접합 방법에 관한 것이다.

보일러나 콘덴서 등의 열교환기의 튜브(tube)와 관판을 접합하는 장치로서 액압식 확관 장치(예를 들면, 특허문헌1 참조)가 알려져 있다. 액압식 확관 장치는 수천 기압까지 증압한 액체를 아쿠아 튜브(aqua tube)에 공급하고 상기 튜브(tube) 내면으로부터 직접 작용시켜 상기 튜브를 확관하는 장치이다.

상기와 같이 액압식 확관 장치를 이용하여 튜브를 확장시켜 튜브와 관판을 접합하는 방법을 사용함으로써 정확하고 또한 견고하게 튜브(tube)와 관판을 고착시킬 수 있다. 또한 튜브 내면을 롤러를 이용하여 롤링 소성 변형시켜 튜브를 확장시킴으로써 튜브와 관판을 접합시키는 롤링형 확관 접합 방법이 알려져 있다. 액압식 확관 접합 방법은 롤링형 확관 접합 방법과 달리, 튜브 내면에 데미지를 주지 않는 것, 확관 범위가 길어도 대응하기 쉬운 것 등의 이점이 있다.

일본특허공보 제6196524호(2017.08.25.)

그러나, 액압식 확관 접합 방법은 롤링형 확관 접합 방법과 비교해보면, 관벽이 두꺼운 관판 또는 튜브의 확관에 있어서 처리의 장점이 있지만 확관부(접합부분)의 기밀성이 약한 단점이 있다. 따라서 기존에는 튜브의 단부의 밀폐 용접 또는 관판상에 형성된 관구멍의 내면에 그루브(groove)를 설치하여 접합부분의 기밀성을 확보한다.

본 발명은 기밀성을 향상시키는 액압식 확관 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 튜브를 관판에 관통되게 형성된 관 구멍에 삽입시켜 상기 튜브를 확장시킴으로써 상기 튜브와 상기 관판을 접합시키는 확관 접합 방법을 제공한다. 상기 확관 접합 방법에 있어서，상기 튜브의 외주면 및 상기 관 구멍의 내주면중 적어도 하나에 표면 거칠기를 감소시키기 위한 표면 처리를 실시한다. 상기 표면 처리후에 상기 튜브를 상기 관판의 상기 관 구멍에 삽입시켜 상기 튜브의 상기 외주면과 상기 관 구멍의 상기 내주면을 서로 마주하도록 한다. 그리고 액압을 이용하여 상기 튜브를 확장시킴으로써 상기 튜브와 상기 관판을 접합시킨다.

본 발명에 따르면 기밀성을 향상시키는 액압식 확관 접합 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 방식에 따른 확관 접합 방법을 이용하여 제조된 확관 접합 구조를 표시하는 단면도이다.
도 2는 확관 접합 방법에 의해 접합된 관판과 튜브를 표시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 방식에 따른 확관 접합 방법의 내용을 표시하는 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 확관 공정에 사용되는 액압식 확관 장치의 개략적인 구조를 표시하는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 밀봉부의 구조를 표시하는 반단면도이다.
도 6은 밀봉부의 확관시의 주요부분을 표시하는 반단면도이다.
도 7은 시험에 사용되는 원통 형상의 시뮬레이션 관판을 표시하는 단면도이다.
도 8은 시험에 사용되는 원통 형상의 시뮬레이션 관판을 표시하는 단면도이다.
도 9는 시험에 사용되는 확관 대상으로서의 관을 표시하는 단면도이다.
도 10은 확관 범위 및 표면 처리 범위를 표시하는 단면도이다.
도 11은 기밀성의 측정에 사용되는 기밀성 측정 장치를 표시하는 단면도이다.
도 12는 고착력 측정에 사용되는 고착력 측정 장치를 표시하는 단면도이다.
도 13은 각종의 표면 처리의 확관압력과 기밀성의 관계를 표시하는 도면이다.
도 14는 각종의 표면 처리의 확관압력과 고착력의 관계를 표시하는 도면이다.
도 15는 각종의 표면 처리 범위의 확관액압과 기밀성의 관계를 표시하는 도면이다.
도 16은 각종의 표면 처리 범위의 확관액압과 고착력의 관계를 표시하는 도면이다.

도면을 적절히 참조하여 본 발명의 실시 방식에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

또한, 각 도면에서 공통 구성 요소 또는 동일한 종류의 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 중복되는 설명은 적절히 생략한다. 또한, 설명의 편의를 위해 구성 요소의 크기 및 형상을 변형하거나 과장하여 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 방식에 따른 확관 접합 방법을 이용하여 제조된 확관 접합 구조를 표시하는 단면도이다. 도 2는 확관 접합 방법에 의해 접합된 관판(2)과 튜브(3)를 표시하는 단면도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 확관 접합 구조(1)는 예를 들면 열 교환기의 관판(2)과 튜브(3)를 접합시켜 구성된다. 관판(2)에는 관 구멍(21)이 관통되게 형성된다. 또한 관 구멍(21)은 관판(2)에 복수개로 형성되나 도1에는 1개만 도시된다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 방식에 따른 확관 접합 방법은 튜브(3)를 관판(2)에 형성된 관 구멍(21)에 삽입시켜 튜브(3)를 확관시켜 성형함으로써 튜브(3)와 관판(2)을 접합시킨다.

관판(2) 및 튜브(3)의 재질로서 강철, 스테인리스 강등의 금속을 사용한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 튜브(3)와 관판(2)의 접합부분(확관 범위)의 축 방향 길이(L1)는 예를 들면 10～800mm으로 설정한다. 또한, 튜브(3)의 내경(Di)은 예를 들면 6～70mm으로 설정한다. 따라서 본 실시 방식에서 튜브(3)와 관판(2)의 접합부분(확관범위)의 축 방향 길이(L1)가 100mm이상인 관벽 두께가 두꺼운 관판(2) 또는 튜브(3)의 관벽 두께(T)가 튜브 직경 (외경)의 10%이상인 관벽 두께가 두꺼운 튜브(3)를 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 방식에 따른 확관 접합 방법의 내용을 표시하는 흐름도이다. 도 4는 도 3에 도시된 확관 공정(단계S3)에 사용되는 액압식 확관 장치(200)의 개략적인 구조를 표시하는 도면이다. 도 5는 도 4에 도시된 밀봉부(210)의 구조를 표시하는 반단면도이다. 도 6은 밀봉부(210)의 확관시의 주요부분을 표시하는 반단면도이다.

도3에 도시된 바와 같이, 확관 접합 방법은 표면 처리 공정(단계S1), 관 삽입 공정(단계S2) 및 확관 공정(단계S3)을 포함한다.

표면 처리 공정(단계S1)은, 튜브(3)의 외주면(31)(도 2 참조, 이하 동문) 및 관판(2)의 관 구멍(21)의 내주면(22)(도 2 참조, 이하 동문)의 표면 거칠기를 감소하는 표면 처리를 실시한다. 또한 튜브(3)의 외주면(31) 및 관 구멍(21)의 내주면(22)중 적어도 하나에 표면 처리를 실시할 수 있다. 관 삽입 공정(단계S2)은 표면 처리를 실시한 후, 튜브(3)를 관판(2)의 관 구멍(21)에 삽입시킨다. 확관 공정(단계S3)은 액압을 이용하여 튜브(3)를 확관시킴으로써 튜브(3)와 관판(2)을 접합시킨다.

그리고 단계S1、S2、S3을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

표면 처리 공정(단계S1)은, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이 버니싱(burnishing)수단(100)에 의해 실시된다. 다시 말하면 본 실시 방식에서 표면 처리 공정(단계S1)에 의한 표면 처리는 버니싱 처리이다. 버니싱 처리는 탑부를 고경도의 재질로 제작되는 도구를 이용하여 부품(처리 대상물)을 가압하여 평평하게 만들어 소성 변형시켜 매끄러운 가공면을 얻는 처리 방법이다.

도2에 도시된 버니싱 수단(100)은, 구동원에 의해 회전되는 축부(101) 및 축부(101)의 끝단측에 배치되는 고경도의 롤링부(102)를 포함한다.

관판(2)의 관 구멍(21)의 내주면(22)에 대해 표면 처리를 실시할 경우 예를 들면 하술한 바와 같이 수행된다. 버니싱 수단(100)의 롤링부(102)를 내주면(22)에 압박시켜 버니싱 수단(100)을 회전(자전)하도록 하고 관 구멍(21)의 중심 축(23)을 중심으로 내주면(22)을 따라 상대적으로 공전한다. 또한 버니싱 수단(100)은 중심 축(23)의 방향을 따라 수송된다.

튜브(3)의 외주면(31)에 대해 표면 처리를 실시할 경우 예를 들면 하술한 바와 같이 수행된다. 버니싱 수단(100)의 롤링부(102)를 외주면(31)에 압박시켜 버니싱 수단(100)을 회전(자전)하도록 하고 튜브(3)의 중심 축(32)을 중심으로 외주면(31)을 따라 상대적으로 공전한다. 또한 버니싱 수단(100)은 중심 축(32)의 방향을 따라 수송된다.

본실시 방식에서, 상기의 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기(Ra)는 1.6μm이하이다. 또한, 버니싱 처리는 상기의 버니싱 수단(100)을 사용하는 방법에 한정되지 않고 다른 종류의 버니싱 수단을 이용하여 실시할 수 있다.

관 삽입 공정(단계S2)은 단계S1의 표면 처리가 실시된 후에 튜브(3)를 관판(2)의 관 구멍(21)에 삽입시켜 튜브(3)의 외주면(31)과 관 구멍(21)의 내주면(22)을 서로 마주하도록 한다. 또한 예를 들면 열 교환기에서 관판(2)은 튜브(3)의 축방향의 양측에 배치된다. 또한 튜브(3)의 축 방향의 일측과 관판(2)을 고정하기 위한 단순한 용접을 수행할 수도 있다.

확관 공정(단계S3)은 예를 들면 도 4 에 도시된 바와 같이 액압식 확관 장치(200)를 사용하여 실시된다.

액압식 확관 장치(200)는, 튜브(3)의 확관을 수행하는 밀봉부(210); 밀봉부(210)로 초고압 액체를 주입시키는 확관 수단부(220); 확관 액체의 압력을 증가시켜 확관 수단부(220)로 초고압 액체를 공급하는 본체부(230)를 포함한다. 액압식 확관 장치(200)는 작업자(M)가 휴대하여 작동하는 확관 수단부(220)를 경량화하도록 확관 수단부(220)와 본체부(230)는 분리되어 구성된다. 액압식 확관 장치(200)는 초고압 유로로 구성된 초고압관(201)을 거쳐 본체부(230)로부터 확관 수단부(220)으로 초고압 액체를 공급한다.

또한, “초고압”은 확관에 필요한 압력을 말하는 것으로, 관의 크기 또는 형상에 따라 달라질 수도 있다. 그러나 일반적으로 수천기압의 압력을 말한다. 또한 “초고압 액체”로서 사용되는 액체는 일반적으로 물 또는 오일등으로 제한이 없다.

도5에 도시된 바와 같이, 밀봉부(210)는 코어 축 본체(211), 액체관(212), 지지링(213, backup ring), 웨지 링(214) 및 팽창 링(215)을 포함한다. 코어 축 본체(211)의 유로(221)로 초고압 액체가 도입된다. 액체관(212)은 유로(221, 222)를 거쳐 수송된 초고압 액체를 봉입한다. 지지링(213)은 액체관(212)의 앞, 뒤를 유지시킨다. 또한 초고압 액체가 도입된 일측을 뒤측으로 설정하고, 반대측을 앞측으로 설정한다. 또한 코어 축 본체(211)의 외주, 액체관(212)의 뒤측에 튜브 링(216)이 배치된다. 해당 튜브 링(216)은 관판(2)의 튜브(3)로부터의 돌출 잔량부(돌출부)를 공간(217)내에 수용시켜 액체관(212)(확관 부분)의 위치를 정한다.

도6에 도시된 바와 같이, 유로(221, 222)를 거쳐 초고압 액체를 공급할 경우 액압을 이용하여 액체관(212)을 팽창(직경 확장)시켜 튜브(3)의 확관을 수행한다. 즉, 압력이 점차적으로 증가되는 액압을 이용하여 튜브(3)를 내측으로부터 확관하도록 하여 튜브(3)의 외주면(31)과 관판(2)의 관 구멍(21)의 내주면(22)이 접촉되도록 한다. 그리고 진일보로 액압을 상승시킬 경우 튜브(3)와 관판(2)이 압착되어 관판(2)의 관 구멍(21)에 탄성 변형을 발생하도록 한다. 이때 튜브(3)는 소성 영역으로 변형되어 액압이 해제된 후에 튜브(3)와 관판(2) 사이에 접촉 잔류 응력이 발생됨으로써 견고하게 고착될 수 있다. 그리고 튜브(3)가 확관된 후에 액체관(212)에 탄성적으로 직경 축소가 발생됨으로써 코어 축 본체(211)를 튜브(3)로부터 용이하게 빼낼 수 있다.

또한 확관 공정(단계S3)은 상기의 액압식 확관 장치(200)를 사용하는 경우에 제한되지 않고 다른 종류의 액압식 확관 장치를 사용되어 실시될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 실시 방식에 따른 확관 접합 방법은 튜브(3)를 관판(2)에 관통되게 형성된 관 구멍(21)에 삽입시켜 튜브(3)의 확관을 수행함으로써 튜브(3)와 관판(2)을 접합하는 방법이다. 해당 확관 접합 방법에 있어서, 튜브(3)의 외주면(31) 및 관 구멍(21)의 내주면(22)중 적어도 하나에 표면 거칠기를 감소시키는 표면 처리를 실시한다. 해당 표면 처리가 실시된 후에 튜브(3)를 관판(2)의 관 구멍(21)에 삽입시켜 튜브(3)의 외주면(31)과 관 구멍(21)의 내주면(22)을 서로 마주하도록 한다. 그리고 액압을 이용하여 튜브(3)의 확관을 수행함으로써 튜브(3)와 관판(2)을 접합시킨다.

이런 경우 본 실시 방식은 액압을 이용하여 표면 거칠기를 감소시키는 표면 처리가 실시된 면과 반대쪽 면을 압착함으로써 튜브(3)와 관판(2)을 접합시킨다. 따라서 액압식 확관 접합 방법은 기밀성을 향상시킬 수 있다.

또한, 튜브(3)의 단부를 밀폐 용접 또는 관 구멍(21)의 내주면(22)에 그루브를 배치하는 기존처럼 하지 않아도 기밀성을 향상시킬 수 있다. 따라서 비용을 줄이고 작업 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 실시 방식에서 튜브(3)의 외주면(31) 및 관 구멍(21)의 내주면(22)중 적어도 하나에 표면 거칠기를 감소시키는 표면 처리는 버니싱 처리이다. 해당 구조에 따르면 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기를 진일보로 신뢰성있게 저감할 수 있다.

또한, 본 실시 방식에서, 상기의 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기(Ra)는 1.6μm이하이다. 해당 구조에 따르면 액압식 확관 접합 방법에 있어서 기밀성을 진일보로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 방식에서, 상기의 표면 처리는 관판(2)의 관 구멍(21)의 내주면(22)에 실시된다. 해당 구조에 따르면 강성이 높은 관판(2)의 관 구멍(21)의 내주면(22)에 높은 정밀도로 표면 처리가 실시될 수 있다. 또한, 관 구멍(21)에 삽입된 튜브(3)의 축방향의 위치가 약간 변하더라도 액압을 이용하여 표면 처리가 실시된 관 구멍(21)의 내주면(22)과 튜브(3)의 외주면(31)을 신뢰성있게 압착하도록 한다.

또한, 본 실시 방식에서, 튜브(3)와 관판(2)의 접합부분(확관범위)의 축 방향 길이(L1)가 100mm이상인 관벽이 두꺼운 관판(2), 또는 튜브(3)의 관벽 두께(T)가 튜브 직경 (외경)의 10%이상인 관벽이 두꺼운 튜브(3)를 사용한다. 롤링형 확관 접합 방법에 있어서, 여러번으로 나누어 확관하는 단계별 확관을 실시한다. 따라서 특히 관판(2)의 두께가 두껍고 접합부분의 축 방향 길이(L1)가 긴 경우, 또는 튜브(3)의 관벽 두께(T)가 두꺼운 경우 확관 시간이 길어져 더 많은 노동력과 시간이 걸리게 된다. 이에 따라 본 실시 방식에서, 관벽이 두꺼운 관판(2) 또는 튜브(3)를 사용하는 경우에도 액압을 이용하여 기밀성을 향상시키고 효과적인 확관이 이루어질 수 있다.

또한 본 실시 방식에 따른 확관 접합 방법은 관벽이 얇은 관판(2) 또는 튜브(3)의 경우에도 물론 사용이 가능하다.

[시험 예]

그리고 이하 시험 예를 통하여 본 발명의 효과를 설명하도록 한다. 그러나 본 발명의 기술적 범위는 이하 시험 예에만 한정되지 않는다.

(1) 시험에 사용되는 샘플의 형상

도7에 도시된 바와 같이 관판(2)과 대응되는 원통형의 시뮬레이션 관판(2A)을 사용한다. 관판(2)의 관벽 두께와 대응되는 시뮬레이션 관판(2A)의 길이(LA)는 70mm로 설정한다. 관판(2)의 관 구멍(21)의 내경과 대응되는 시뮬레이션 관판(2A)의 내경(DiA)은 21.9mm로 설정한다. 또한, 시뮬레이션 관판(2A)의 외경(DoA)은 32.3mm로 설정한다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 관판(2)과 대응되는 원통형의 시뮬레이션 관판(2B)을 사용한다. 시뮬레이션 관판(2B)의 길이(LB), 내경(DiB) 및 외경(DoB)은 시뮬레이션 관판(2A)과 동일하다. 그러나 시뮬레이션 관판(2B)의 내주면(22B)의 2개의 부분에 그루브(24)가 배치된다. 그루브(24)의 너비(W)는 6mm, 그루브 바닥 지름(Dg)은 22.7mm으로 설정한다. 시뮬레이션 관판(2B)의 후단으로부터 후측의 그루브(24)의 후단까지의 거리(M)는 28mm, 2개의 그루브(24, 24)사이의 거리(N)는 6mm로 설정한다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이 확관 대상으로서 튜브(3A)를 사용한다. 튜브(3A)의 길이(L)는 120mm, 내경(Di)은 16.1mm、외경(Do)은 21.7mm로 설정한다.

( 2)확관 범위 및 표면 처리 범위

도 10에 도시된 바와 같이 튜브(3A)와 시뮬레이션 관판(2A, 2B)의 접합부분(확관 범위)의 축 방향 길이(L1)는 50mm로 설정한다. 확관 범위는 시뮬레이션 관판(2A, 2B)의 축 방향에서 중심에 위치되도록 한다.

또한, 확관전에 실시된 표면 처리의 영역(표면 처리 범위)의 축 방향의 길이(L2)를 확관 범위의 전체면의 50mm에 해당, 확관 범위의 2/3인 33.3mm에 해당, 확관 범위의 1/3인 16.7mm에 해당되는 3가지로 설정하는 것을 실시하였다. 또한 여기서 표면 처리 범위의 후단 위치와 확관 범위의 후단 위치를 축 방향으로 일치하도록 하는 방식으로 표면 처리 범위를 설정하되, 여기에 한정되지 않는다. 예를 들면 표면 처리 범위의 중심 위치와 확관 범위의 중심 위치를 축 방향으로 일치하도록 하는 방식으로 표면 처리 범위를 설정할 수도 있다.

표면 처리는 버니싱 처리 및 연마 처리인, 2가지로 설정된다. 연마 처리는 사포를 사용하여 튜브(3A)의 외주면을 연마하여 실시된다. 또한 표면 처리가 실시되지 않는 경우도 비교예로서 실험을 진행하였다. 표면 처리는 튜브(3A)의 외주면(31A)(도 9 참조) 및 시뮬레이션 관판(2A, 2B)의 내주면(22A, 22B)(도 7, 도 8 참조)에 실시된다. 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기(Ra)는 버니싱 처리의 경우에 0.1μm, 연마 처리의 경우에 0.6μm이다. 확관에 사용되는 액압(확관 압력)은 250～400MPa이고, 3～4가지의 확관 액압이 사용된다.

(3) 시험 방법

(a) 기밀성 측정 방법

도 11에 도시된 바와 같이, 액압을 이용하여 튜브(3A)의 확관을 수행하여 튜브(3A)와 시뮬레이션 관판(2A, 2B)을 접합시킴으로써 제작된 확관 접합 구조(1A)를 기밀성 측정 장치(300)에 안착시킨다. 즉, 시뮬레이션 관판(2A, 2B)은 나사(303)로 결속되어 패널(301)과 밀봉 플레이트(302) 사이에 끼워진다. 그리고 밀봉 플레이트(302)에 형성된 유로(305), 튜브(3A)와 시뮬레이션 관판(2A, 2B)사이에 수압(Ｐ)을 인가한다. 밀봉 플레이트(302)의 중심부에는 튜브(3A)가 관통되게 삽입되도록 하는 관통홀(304)이 형성되어 관통홀(304)의 내표면에 수압(Ｐ)의 외부 누출을 방지하기 위한 밀봉 부재(306)가 배치되어 있다. 여기서 유로(305)를 거쳐 인가되는 수압(Ｐ)은 1kgf/cm2의 간격으로 압력이 증가된다. 각 압력의 유지시간은 20분으로 설정한다. 그리고 누수 유무를 확인함으로써 누수 발생하기 직전의 증가된 수압의 압력값으로 기밀성을 표시한다.

(b)고착력 측정 방법

도 12에 도시된 바와 같이 액압을 이용하여 튜브(3A)의 확관을 수행하여 튜브(3A)와 시뮬레이션 관판(2A, 2B)을 접합시킴으로써 제작된 확관 접합 구조(1A)를 고착력 측정 장치(400)에 안착시킨다. 즉 튜브(3A)의 앞측 부분(하측 부분)을 베이스(401)에 형성된 관통홀(402)에 삽입시키고 시뮬레이션 관판(2A, 2B)의 전단을 베이스(401)의 상표면(403)에 접촉시켜 지지한다. 그리고, 프레스 픽스쳐(404)를 튜브(3A)의 후단(상단)에 접촉시켜 통상의 시험장비를 사용하여 프레스 픽스쳐(404)를 통해 가압력(F)을 튜브(3A)에 인가한다. 그리고 튜브(3A)가 시뮬레이션 관판(2A, 2B)의 내주면으로부터 슬라이딩 시작할 때의 가압력으로 고착력을 표시한다.

( 4)시험 결과

(a) 표면 처리의 차이에 따른 효과의 비교

도 13은 각종의 표면 처리의 확관압력과 기밀성의 관계를 표시하는 도면이다. 도 14는 각종의 표면 처리의 확관압력과 고착력의 관계를 표시하는 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이 표면 처리(버니싱 처리, 연마 처리)는 표면 처리가 실시되지 않는 미처리 경우와 비교해보면 기밀성이 보다 향상되어 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 버니싱 처리의 경우, 연마 처리의 경우에 비해 기밀성이 매우 향상되어 있다는 것을 알 수 있다. 또한 도 14에 도시된 바와 같이 표면 처리(버니싱 처리, 연마 처리)를 실시하능 경우는 표면 처리가 실시되지 않는 미처리 경우와 비교해보면 고착력이 저하되어 있다는 것을 알 수 있다.

(b) 표면 처리 범위의 차이에 따른 효과의 비교

도 15는 각종의 표면 처리 범위의 확관액압과 기밀성의 관계를 표시하는 도면이다. 도 16은 각종의 표면 처리 범위의 확관액압과 고착력의 관계를 표시하는 도면이다.

표면 처리는 버니싱 처리를 적용하고 표면 처리 범위(버니싱 처리 범위)는 접합 부분(확관범위)의 전체면, 2/3, 1/3로 실시된다(도 10 참조).

도 15에 도시된 바와 같이 기밀성은 각 조건(표면 처리 범위의 차이)에서 큰 차이가 없다. 또한 도 16에 도시된 바와 같이 표면 처리 범위가 작을 수록 고착력이 크다. 따라서 표면 처리 범위를 조절함으로써 기밀성을 향상시키고 고착력의 저하를 방지하면서 확관을 수행할 수 있다.

그리고，접합 부분(확관범위)의 면 전체에 대하여 표면 처리를 수행하는 조건하에 그루브를 배치하는 것에 따른 효과에 비하면 표면 처리 범위를 조절하는 것이 고착력을 향상시키는데 더 효과적이므로 표면 처리 범위 조절의 장점을 확인할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 확관된 튜브(3)와 관판(2)의 접합부분(확관범위)을 기반으로 하는 기밀성 및 고착력은 예를 들면 열 교환기 제조 업체의 디자이너에 의해 계산된다. 이런 경우 내압 또는 온도가 상승하더라도 액체가 누출되지 않고 확관된 접합부분을 기반으로 빠지지 않는 방식으로 설계할 수 있다. 열 교환기의 용도에 등에 따라 필요되는 기밀성 및 고착력이 다르다.

따라서 튜브(3)와 관판(2)의 접합부분의 기밀성의 목표값 및 고착력의 목표값을 기반으로 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기를 조절할 수 있다.

표면 처리가 이루어진 부분은 기밀성이 향상되지만 고착력이 저하된다. 따라서 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기를 조절함으로써 필요한 고착력을 확보할 수 있는 동시에 기밀성을 향상시킬 수 있다.

이런 경우 표면 처리는 관 구멍(21)의 내주면(22)과 접촉되는 튜브(3)의 외주면(31)에 실시된 연마 처리일 수 있다. 연마 처리는 광택 처리(경면 연마 처리)를 포함한다. 구조에 따라 예를 들면 사포를 이용하여 튜브(3)의 외주면(31)을 광나게 연마한다. 따라서 튜브(3)의 외주면(31)에 대하여 표면 거칠기를 용이하게 감소시키는 표면 처리를 수행할 수 있다. 이러한 연마 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기(Ra)는 6.3μm이하, 바람직하게는 1.6μm이하로 설정하면 된다. 해당 구조에 따르면 액압식 확관 접합 방법에 있어서 기밀성을 진일보 향상시킬 수 있다.

또한 튜브(3)와 관판(2)의 접합부분의 기밀성의 목표값 및 고착력의 목표값을 기반으로 관 구멍(21)의 내주면(22)에서 표면 처리된 영역(표면 처리 범위)의 축방향 길이(L2)(도 10 참조)를 조절할 수 있다.

표면 처리가 이루어진 부분은 기밀성이 향상되지만 고착력이 저하된다. 따라서 관 구멍(21)의 내주면(22)에서 표면 처리된 영역의 축방향 길이(L2), 다시 말하면 해당 영역의 면적 비율을 조절함으로써 필요한 고착력을 확보할 수 있는 동시에 기밀성을 향상시킬 수 있다.

다시 말하면 관 구멍(21)의 내주면(22)에서 표면 처리된 영역(표면 처리 범위)의 축방향 길이(L2)(도 10 참조)는 튜브(3)와 관판(2)의 접합부분(확관 범위)의 축 방향 길이(L1)보다 짧다.

표면 처리가 이루어진 부분은 기밀성이 향상되지만 고착력이 저하된다. 또한 기밀성은 관 구멍(21)의 내주면(22)에서 표면 처리된 영역(표면 처리 범위)의 축방향 길이(L2)의 차이에 따른 차이가 크지 않고 (도 15 참조), 표면 처리 범위의 축 방향의 길이(L2)가 짧은 경우이더라도 기밀성의 일정의 향상을 확보할 수 있다. 또한, 표면 처리 범위가 작을수록 고착력이 크다. 따라서 해당 구조에 따르면 고착력의 저하를 방지하는 동시에 기밀성을 향상시킬 수 있다.

이상 실시 방식을 기반으로 본 발명을 설명하였으나 본 발명은 상기 실시 방식에 기재된 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 상기 실시 방식에 기재된 구성을 적절하게 조합 내지 선택함으로써 요지를 벗어나지 않는 범위에서 해당 구성을 적절하게 변경할 수 있다. 또한 상기 실시 방식에 기재된 구성의 일부분은 추가, 삭제, 치환될 수 있다.

2: 관판
21: 관 구멍
22: 내주면
3: 튜브
31: 외주면
L1: 접합부분의 축 방향의 길이
L2: 표면 처리가 실시된 영역의 축방향의 길이
T:관벽 두께

Claims

튜브를 관판에 관통되게 형성된 관 구멍에 삽입시켜 상기 튜브를 확장시킴으로써 상기 튜브와 상기 관판을 접합시키는 확관 접합 방법에 있어서,
상기 튜브의 외주면 및 상기 관 구멍의 내주면중 적어도 하나에 표면 거칠기를 감소시키기 위한 표면 처리를 실시하고,
상기 표면 처리후에 상기 튜브를 상기 관판의 상기 관 구멍에 삽입시켜 상기 튜브의 상기 외주면과 상기 관 구멍의 상기 내주면을 서로 마주하도록 하며,
액압을 이용하여 상기 튜브를 확장시킴으로써 상기 튜브와 상기 관판을 접합시키는 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 표면 처리는 버니싱 처리인 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 튜브와 상기 관판의 접합부분의 기밀성의 목표값 및 고착력의 목표값을 기반으로 상기 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기를 조절하는 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기(Ra)는 1.6μm이하인 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기(Ra)는 1.6μm이하인 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 표면 처리는 상기 관 구멍의 상기 내주면에 실시되는 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 튜브와 상기 관판의 접합부분의 기밀성의 목표값 및 고착력의 목표값을 기반으로 상기 관 구멍의 상기 내주면에서 상기 표면 처리된 영역의 축방향 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 관 구멍의 상기 내주면에 실시되는 상기 표면 처리된 영역의 축방향 길이는 상기 튜브와 상기 관판의 접합부분의 축 방향 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 표면 처리는 상기 관 구멍의 상기 내주면과 접촉되는 상기 튜브의 상기 외주면에 실시되는 연마 처리인 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 표면 처리에 의해 얻어진 표면 거칠기(Ra)는 6.3μm이하인 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.
청구항 1 내지 9중 어느 한 항에 있어서,
상기 튜브와 상기 관판의 접합부분의 축 방향 길이가 100mm이상인 관벽이 두꺼운 관판, 또는 상기 튜브의 관벽 두께가 튜브 직경(외경)의 10%이상인 관벽이 두꺼운 상기 튜브(3)를 사용하는 것을 특징으로 하는 확관 접합 방법.