KR900004101B1 - 금속관의 직경을 축소시키는 열소성 방법 - Google Patents

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Description

금속관의 직경을 축소시키는 열소성 방법

제 1 도는 본 발명의 방법에 의해 금속관 또는 파이프의 직경을 축소시키기 위한 전형적인 장치(arrangement)를 개략적으로 나타낸 사시도.

제 2 도는 금속관 또는 파이프의 부분이 본 발명의 방법에 의해 열소성적으로 축소되는 방법을 제 1 도의 장치를 통해 설명적으로 보여주고 있는 부분축방향 측단면도.

제 3 도는 제 1, 2 도의 장치에 의해 직경이 부분적으로 축소된 금속관 혹은 파이프를 분명히 도시하기 위해 축방향으로 부분절결한 파이프의 부분단면도.

제 4 도는 본 발명의 방법에 의해 금속관 또는 파이프의 직경이 축소되는가를 설명하는 그래프.

제 5 도는 본 발명의 방법에 의해 금속관 혹은 파이프의 직경을 축소하기 위한 다른 장치를 도식적으로 나타낸 사시도.

제 6 도는 제 5 도의 다른 장치를 통한 본 발명의 방법에 의해 금속관 또는 파이프의 일부의 직경이 축소되는 방식을 설명적으로 보여주는 부분축단면 정면도.

제 7 도는 두개의 끼워진 파이프부재로부터 이중벽 파이프의 제조에 본 방법이 적용되는 것을 제외하고는 제 2 도의 유사한 도.

제 8 도는 내부 파이프부재와 빈틈없이 끼워 맞추어진 직경이 축소된 외부 파이프부재의 일면을 나타내고 있는 제 7 도의 끼워진 파이프부재의 축방향으로 부분절단된 부분정면도.

제 9 도는 본 발명의 방법에 의한 이중벽 파이프(이중관)의 제조에 있어서, 외부 파이프부재(외관부재)가 내부 파이프부재(내관부재)와 끼워 맞추어질 수 있도록 어떻게 직경이 축소되는가를 설명하는 그래프도.

제 10 도는 본 발명의 방법에 의한 이중벽 파이프의 제조를 위한 변형된 장치의 부분 축방향 단면 정면도.

제 11 도는 본 발명의 방법에 의한 이중벽 파이프의 제조를 위한 또다른 변형된 장치를 명확하게 하기위해 부분적으로 절결한 수직단면 정면도.

제 12 도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 이중벽 파이프의 다른 예를 명확하게 하기 위해 부분적으로 절결한 부분 정면도.

제 13 도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 이중벽 파이프의 또다른 예를 보여주는 제 12 도와 유사한 도.

제 14 도는 본 발명의 방법에 의한 굽은 이중벽 파이프의 일예의 제조를 위한 구조의 부분 측단면도.

제 15 도는 본 발명의 방법에 의한 굽은 이중벽 파이프의 다른 예의 제조를 위한 구조를 보여주는 것외에는 제 14 도와 유사한 도.

본 발명은 금속관의 직경을 열소성적으로 축소하는 신규한 방법에 관한 것이다.

특히 본 발명의 방법은 외부파이프부재의 직경을 내부파이프부재 위에서 축소시킴으로써 유동체의 이송을위한 내마모성 배관과 같은 이중벽관 혹은 파이프(dual wall tubes or pipes)의 제조하는데 그 특유한 용도가 있다.

도관은 다양한 산업분야에서 유동화된 고체뿐만 아니라 모든 종류의 유동체를 이송하는 주요한 수단을 구성한다. 도관으로 보내지는 재료들은 석탄, 광물 그리고 시멘트와 같은 고체의 슬러리(물과의 혼합물)들이다. 더스트와 석염과 같은 보다 미세한 고체입자들은 공기압에 의해 이송된다. 그러한 유동화된 고체의 이송에서 직면하는 문제는 파이프 내부의 마찰과 급속한 마모이다.

이러한 문제에 대한 공지의 해결책은 가스파이프로 사용된 등급의 값싼 강파이프를 사용하는 것이었다. 마모되었을 때, 그러한 값싼 파이프는 새로운 것으로 교체되든가 혹은 마모된 부분에 패치(patch)가 용접된다.

그러나, 내마모성이 극히 중요한 용도에는 크롬을 고함량 함유한 주조 스테인레스강과 같은 보다 값비싼 재료의 파이프도 사용되어 왔다.

일반적으로, 강재의 내마모성은 그것의 경도에 대단히 좌우된다.

높은 내마모성 재료는 경도가 높은 것이 불가피하다. 내마모성 파이프재료로서 사용된 어떤 주조 스테인레스강은 쇼어경도가 81이상이다.

그러나, 그 경도가 높을수록 강재의 연성은 낮아진다. 높은 크롬함량의 스테인레스강으로 주조된 파이프는 충격하중에 의해 파괴되기 쉽다.

경성이면서 내마모성인 강재료의 부가적인 결점은 기계가공성이 불량하다는 것이다.

이러한 재료로 만든 파이프 단면부에는 플랜지를 용접할 수 없다. 파이프 단면부에 일체로 플랜지가 형성된 경우라도 플랜지의 기계가공에 후속하는 보링 또는 마무리작업할 때 곤란함을 겪는다.

용접에 의한 파이프 수리 또한 용이하지 않다.

더욱이 제조원가가 매우 높다.

따라서, 최근에는 내마모성 라이닝이 구비된 강파이프가 제안되어 사용되어 오고 있다.

라이닝을 본래의 파이프에 야금적으로 결합시키면서 라이닝된 파이프는 원심주조 혹은 덧붙임 용접에 의해 제조되어왔다. 내마모성 라이닝이 구비된 파이프는 내마모성이 우수하므로 일반 강파이프보다 훨씬 긴 사용수명을 갖는다.

추가적인 이점은 본래의 파이프 내마모성일 필요가 없으므로 충분히 연성이 있고 용접할 수 있는 재료로부터 제조 가능하다는 것이다.

그러한 재료를 사용함으로써 단지 내마모성 재료로 만든것과는 달리 층격하중에 충분히 강하고 플랜지를 용접할 수 있는 파이프를 제공하는 것이 가능하다.

내마모성 라이닝을 구비한 강파이프의 이러한 이점들을 상쇄하는 것은 라이닝이 제조방법에 관계없이 잔류인장 응력을 갖고 있기 때문에 그것이 균열에 민감하다는 것이다.

라이닝에서 생성된 균열은 전술한 바와같이 본래의 파이프가 라이닝에 야금적으로 되어 있으므로 이 파이프에 전파되기 쉽다.

현재 라이닝된 강파이프에 대한 최적의 대용물로 생각되는 것은 한 파이프가 다른 파이프내에 끼워져 있는 상이한 직경을 갖는 두개의 파이프부재로 구성된 이중벽 파이프이다.

외부 파이프부재는 실제상 충분한 연성을 갖고 있는 재료로 되어 있는 한편, 내부 파이프부재는 내마모성 재료로 되어 있다.

내, 외부 파이프부재는 야금적으로 서로 결합되지 않아야 하나 그 자체가 밀착되어(tighten) 있어야 하는데 즉 면압하에 밀착되어 내부파이프부재가 압축응력하에 있어야 한다.

이러한 이중벽 파이프는 상술한 라이닝된 파이프와 같은 이점들을 갖고 있으며, 상술한 라이닝된 파이프의 결점은 없다.

이제까지 자체가 밀착된 이중벽 파이프의 제조방법으로는 세가지 방법이 제안되어 있다.

첫째 방법은 외부 파이프부재를 내부 파이프부재위로 열적으로 수축시키는 것이고, 둘째 방법은 수압적으로 내부부재를 외부부재에 대해 팽창시키는 것이며, 세번째 방법은 열적으로 외부부재를 팽창시키고 수압적으로 외부부재에 대해 내부부재를 팽창시키는 것이다.

이러한 모든 공지의 방법들은 다음과 같은 결점들을 갖고 있다.

첫번째 방법은 외부 파이프부재의 내경과 내부 파이프부재의 외경이 매우 엄격한 공차로 가공될 필요가 있다.

그러나 만약 내부 파이프부재가 내마모성 재료이고 따라서 매우 경도가 높으면, 필요한 칫수의 공차로 기계가공하는 것이 곤란하다.

또한 일정한 접촉압력을 갖고 있는 긴 이중벽 파이프를 생산하는 것도 이 방법으로는 매우 어렵다.

둘째, 셋째방법은 내부 파이프부재가 외부 파이프부재에 대해 직경이 소성적으로 팽창된다는 점에서 유사하다.

내부 파이프부재가 매우 높은 항복강도를 갖고 있고 두께가 두꺼운 이중벽 파이프의 경우, 극히 높은 압력이 파이프부재의 직경팽창에 요구되므로, 이들 두가지 방법은 비현실적이다.

특히 둘째방법(외부부재에 대한 내부부재의 수압적 팽창)에서, 내부부재는 외부부재보다 높은 항복강도를 갖고 있으므로 내부부재가 소성적으로 팽창되면 이들 두 부재사이의 탄성수축에 약간의 차가 필연적으로 뒤따라 내부부재와 외부부재사이에 틈이 발생된다.

둘째 및 셋째방법의 또다른 결점은 내부파이프부재가 금속으로 되어 있는 경우에만 이들 방법을 적용할 수 있다는 점이다.

세라믹의 강도, 가벼움, 내마모성 및 내식성때문에 이중벽 파이프의 내부부재용 재료로서 세라믹이 최근 제안되고 있다.

물론, 세라믹은 수압적으로나 열적으로 팽창될 수 없다.

따라서, 내마모성이 있는 이중벽 파이프에 대해 요구가 여러 산업분야에서 강하게 표현되고 있으나, 진실로 만족스러운 제조방법이 아직까지는 실현되지 않았다.

본 발명은 금속관 혹은 파이프의 직경을 부분적으로 또는 전체적으로 축소시키는 신규한 방법의 발견에 기초를 두고 있다.

본 발명의 방법은, 다른 용도중에서 이제까지 직면된 상술한 어려움이 없이 유동체 이송을 위한 여러 종류의 내마모 구조의 이중벽 파이프의 제조에 적합하다.

가장 넓은 태양으로 말하면, 본 발명의 방법 금속관의 환상부를 외부에서 가열하는 것으로 구성되는데, 이때 적어도 관의 인접부는 가열되고 있는 환상부의 자유 열팽창을 제한하기에 충분히 낮은 온도로 유지된다.

그런 후 금속관의 환상부는 냉각이 된다. 냉각후에 가열된 금속관의 환상부는 가열전보다 직경이 작아진다.

금속과의 전체 길이 또는 어떤 광범위한 길이는 한번에 가열되지 않으며, 대신 축방향의 한정된 치수의 부분만이 한번에 가열되고, 이때 적어도 금속관의 인접부 또는 부분은 냉각되고 있다는 것을 주목하여야 한다.

관을 동시적으로 가열과 냉각하는 것은 본 발명의 방법에 의하여 그것의 직경을 축소하는데 필수적이다.

따라서, 본 발명은 관 또는 파이프를 단순히 가열 혹은 냉각함으로써 그것의 직경을 증가 또는 감소시키는 공지의 방법과는 분명히 구별되어야 한다.

본 발명에 따라 금속관의 반경방향 수축을 수반하는 열소성적 메카니즘을 다음의 상세한 설명에서 설명한다.

본 발명의 방법은 금속관 혹은 파이프의 전체길이의 직경의 축소에 쉽게 채택될 수 있다.

이 목적을 위해서, 금속관 둘레에는 그 축방향으로 한정된 칫수를 갖고 있는 금속관의 환상부에 국부가열을 할 수 있는 환상 가열기가 유지된다.

금속관의 전체길이를 계속적으로 가열하기 위해 금속관과 환상의 가열기는 서로에 대하여 관의 축방향으로 움직일 수 있는 한편, 동시에 적어도 환상부에 인접한 금속관의 부분은 가열되고 있는 환상부의 자유 열팽창을 제한하도록 냉각되고 있다.

따라서, 냉각후에 금속관은 전체길이에 걸쳐서 직경이 축소된다.

본 발명의 방법이 유동체 혹은 유동화된 고체의 이송을 위한 내마모성 또는 내식성 구조를 갖는 자체가 꽉 끼워진 이중벽 파이프의 제조에 또한 채택될 수 있다는 것은 분명하다.

원하는 재료의 내부 및 외부 파이프부재는 함께 끼워질 수 있다.

처음에는 끼워진 파이프부재 사이에 약간의 틈이 있을 수 있다.

외부 파이프부재는 내부부재위에서 수축되도록 상술한 방법으로 직경이 축소되며, 그럼으로써 두 파이프부재 사이에 밀착된 경계접합부가 형성된다.

외부 파이프부재에 대해 내부 파이프부재를 열적으로 혹은 수압적으로 팽창시키는 공지의 방법과는 달리, 본 발명의 방법은 파이프 부재 사이에 남아 있는 바람직스럽지 않은 틈을 제거 할 수 있다.

또한, 내부 파이프부재를 팽창시키는 이러한 종래의 방법에서 필요한 과도한 힘이 필요하지 않기때문에, 본 발명에 의하여 절감된 비용으로 어떠한 원하는 길이의 이중벽 파이프의 제조가 가능하다.

본 발명은 또한 내, 외부 파이프부재가 최초로 서로 끼워질 때, 그 맞닿는 표면(mating surface)의 칫수가 정확할 필요가 덜하다는 점에서 종래 기술 방법 이상의 확실한 이점이 있다.

따라서, 긴 이중벽 파이프의 제조가 이제까지보다 훨씬 용이하다.

더욱이, 본 발명의 방법에 의한 이중벽 파이프의 제조시 오직 외부 파이프부재만이 직경의 변화를 겪기때문에, 내부 파이프부재는 금속외에 어떠한 원하는 재료로 제조될 수 있다.

따라서, 예를들면, 내부 파이프부재로는 절감된 비용으로 현재 대량생산될 수 있고 높은 내마모성과 내식성이 있는 세라믹으로 제조될 수도 있다.

본 발명의 방법이 곧은 이중벽 파이프나 굽은 이중벽 파이프의 제조에 적용될 수 있다는 것이 본 발명의 추가적인 이점이다.

세라믹으로 된 내부 파이프부재를 갖는 굽은 이중벽 파이프의 제조가 또한 가능하다.

첨부된 도면을 참조로 다음의 설명과 특허청구범위를 연구함으로써 본 발명 자체가 가장 잘 이해될 것이며, 본 발명의 상술한 그리고 다른 특징 및 이점과 이들을 실현하는 방식들이 보다 명백해질 것이다.

본 발명의 방법에 대한 원리는 상기 방법을 실시하기 위한 대표적인 장치인 제 1 도를 보면 잘 이해할 수 있을 것이다.

금속판 또는 파이프(10)는 통상 고주파유도 가열기인 환상(環狀)가열기(12)에 의해 헐겁게 동심적으로 둘러싸여 있는 제한된 축방향 칫수의 소정부분을 가지고 있다.

둘인 것이 바람직하지만 최소한 하나이상인 환상냉각기(14)가 관(10)을 느슨하게 동심적으로 둘러싸고 있다.

도면에 도시된 두개의 환상냉각기(14)는 관(10)의 축방향으로 환상가열기(12)의 양쪽에 인접하여 배치되어 있다.

각각의 환상냉각기(14)는 가압하의 냉각제의 공급원과 도관(18)을 경유하여 연통되어 있는 유공환(16)을 가지고 있는 냉각제분무기로서 본 명세서에서는 도시되어 있다. 분무될 냉각제는 공업용수일 수도 있다.

본 발명의 방법은 금속관(10)을 동시에 가열 및 냉각하는 방법이다.

환상가열기(12)에 의해 원주상으로 가열된 금속관(10)의 부분은 반경방향의향으로 팽창하려는 경향이 있다.

그러나 이 금속관의 인접부분이 환상냉각기(14)로부터의 분무수에 의해 냉각되고 있고, 가열되고 있는 부분은 축방향으로 제한된 범위이므로, 금속관의 가열부는 인접부가 냉각되지 않는다 하더라도 그리 많이 팽창하지는 못한다.

제 2 도에 있어서 (20')로 점선으로 표시된 부분은 가열부(20)의 인접부(22)가 동시에 냉각되지 않을 때 금속관(10)의 가열부(20)가 팽창할 수 있는 범위를 나타낸다.

그러나 실제로는 금속관(10)의 인접 냉각부(22)가 가열부(20)의 열팽창을 제 2 도에 실선 표시한 범위까지로 제한한다.

일반적으로 금속의 항복강도는 가열되면 저하한다. 금속관(10)의 가열부(20)는 항복강도의 저하 즉, 연화(軟化)된다.

가열부(20)는 인접 냉각부(22)에 의해 자유팽창을 제한받으며 팽창하게 되어, 가열부(20)는 항복을 겪게 되고, 따라서 가열부(20)는 제 3 도의 (20")에 보인것처럼 냉각시에 초기직경으로 수축하는 것이 아니라 더작은 직경으로 수축하게 된다.

제 4 도는 관(10)의 직경이 본 발명에 따라 축소되는 상기의 열소성 과정을 요약한 그래프이다.

이 그래프에서 곡선 A로 표시한 것 같이, 관의 제한된 부분을 가열하는 중에 그 인접부가 냉각되지 않는다면 관 직경은 온도에 따라 선형적으로 증가하고 선형적으로 감소할 것이다.

따라서 관 직경은 가열전후에 동일할 것이다.

제 4 도의 그래프에서 곡선 B는 본 발명의 방법에 따라 상기와 같이 처리된 금속관(10)의 부분(20)의 직경변화를 나타내는 것이다.

상기 직경은 가열과정 중 발생한 소성변형때문에 온도에 따라 선형적으로 증가하지 않음을 알 수 있다.

상기 소성변형은 금속관부분(20)을 냉각하는 중에도 발생하는데, 냉각이 완료되면 상기 금속관 부분의 직경은 가열전보다 상당히 감소한다.

금속관 가열부의 열팽창은 축방향 인접부의 동시 냉각에 의해서만 아니라 가열부의 반경방향 내측부에서의 동시냉각에 의해서도 제한될 수 있다.

본 발명의 방법에 있어서 필요한 것은 가열부의 자유팽창을 제한하기 위해 금속관의 어느 방향에든 충분한 온도구배를 주는 것이다.

따라서 제 5 도 및 제 6 도에 도시한 다른 장치에 있어서 부가적인 냉각기(24)가 환상가열기(12)에 반경방향으로 거의 대응하는 금속관(10)의 내부에 배치된다.

상기한 한쌍의 환상냉각기(14)는 금속관(10)의 외부에서, 환상가열기(12)의 양쪽에 제 1 도의 장치와 같이 관을 둘러싸고 배치되었다.

내부 냉각기(24)는 도관(26)을 통해 가압하에서 도시하지 않은 공급원으로부터 냉각수를 공급받는 중공유공환형(perforated ring)의 냉각수 분무기가 될 수 있다.

금속관(10)의 요구부분(20)은 환상 가열기(12)에 의해 외부에서 가열되고, 가열부(20)의 축방향 인접부와 가열부의 내측부에 있는 냉각기(14) 및 냉각기(24)로부터 냉각수가 분무될 것이다.

가열부(20)의 내측부에서의 강제냉각은 가열부의 자유팽창을 제한할 뿐만 아니라 그 부분(20)이 냉각될때 그 내측부에 잔류압축응력을 발생시킨다.

가열부(20)는 제 3 도에 보이는 것과 같이 냉각됨에 따라 직경이 감소한다.

본 발명은 이상에서 관에 대해서 고정된 가열기(12) 및 냉각기(14,24)로 금속관(10)의 일부분만의 직경을 감소시키는 데 대해서만 설명해왔다.

금속관(10)의 축방향 인접부(22)는 냉각기로 냉각되면서 부분(20)이 직경에 큰 변화를 갖는 것을 제한한다.

금속관(10)의 전길이에 걸쳐서 직경을 감소시키기 위해서는 제 1 도에 화살표로 나타낸 것처럼 상기 관 또는 가열기(12) 및 냉각기(14)가 관의 축방향으로 금속관(10)에 대해 상대적으로 이동해야만 한다.

금속관(10)의 결과적인 수축은, 상기 관이 연속적으로 처리된 부분에서 발생한 잔류응력으로부터 점차 풀리기 때문에 상기와 같이 제한된 부분만이 처리된 경우보다 더 큰 수축을 보인다.

제 7 도의 장치를 통해 슬러리 또는 유동화된 고체의 이송을 위한 마모방지용 이중관 제작에 채택된 독창적인 방법을 설명한다.

도면에서 다른 직경을 가진 두 관부재(28) 및 (30)가 함께 끼워져 있다.

초기에는 외관부재(28)내에 내관부재(30)를 쉽게 삽입시키도록 관부재(28) 및 (30) 사이에는 약간의 간격이 있다.

예를들어 외관부재(28)는 탄소함량 0.25%인 고연성 저탄소강으로 제조된다.

또 내관부재(30)는 예컨대 탄소함량 0.55%인 소입경화된 고탄소강으로 제조된다.

제 1 도의 장치와 같이 환상가열기(12)와 한쌍의 환상냉각기(14)가 느슨하게 끼워 맞춰진 관부재(28) 및 (30) 둘레에 배치되어 있고, 상기 부재들은 가열기 및 냉각기에 대해 표시된 화살표방향으로 함께 움직일수 있다.

외관부재(28)의 축방향 임의의 부분은 제 7 도에서 도시하고 제 2 도에서 설명한 것처럼, 가열기(12)에 의해 가열되어 인접부가 냉각기(14)에 의해 냉각됨으로써 제한되는 범위까지 반경방향으로 일시적으로 팽창한다.

끼워 맞춰진 관부재(28) 및 (30)는 가열기(12) 및 냉각기(14)에 대해 축방향으로 등속 이동하고 있으므로, 가열되어 팽창한 외관부재(28)의 부분은 관부재에 대해 상대적으로 운동을 하고 있는 상기 두 냉각기중의 하나를 지남에 따라 냉각되어 제 8 도에 보인 것처럼 수축되어 내관부재(30)와 접촉된다.

이와같이 끼워 맞춰진 관부재(28) 및 (30)의 전 길이가 가열기(12) 및 냉각기(14)를 통과하면 외관부재(28)가 관의 전길이에 걸쳐서 반경방향으로 수축하여 내관부재(30)와 접촉하게 된다.

본 발명의 방법에 의한 외관부재(28)의 상기 직경 수축은 내관부재(30)의 두께나 재질에 그리고 두 관부재의 축방향의 길이에 무관하게 이뤄질 수 있다는 것을 알아야 한다.

따라서 상기 방법은 두꺼운 마모방지용 내관부재를 가진 긴 이중관의 제작에 매우 적합하다.

환상냉각기(14)를 두개로 설치하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다.

단지 하나만의 환상 냉각기를 관부재(28) 및 (30)가 가열기와 냉각기에 대해 축방향 이동을 하는 방향으로 보아 환상가열기(12)의 후면에 위치시켜도 본 발명의 방법에 따라 외관부재를 성공적으로 수축시킬 수 있다.

그러나 경우에 따라 관부재들을 가열기(12) 및 냉각기(14)에 따라 1회만 축 이동시켜서는 외관부재(28)가 내관부재(30)와 충분한 정도로 밀착되게 수축되지 않는 경우도 있다.

이 수축정도는 외관부재의 직경, 두께 및 재질에 좌우된다. 끼워 맞춰진 내, 외관부재 사이의 초기 간격치는 부재길이에 따라 주어진다.

끼워 맞춰질 부재들의 길이가 길어질수록 그 사이의 초기 간격치는 커야 한다.

외관부재의 한번의 수축처리로 간격수축이 불충분하면, 요구되는 밀착도를 얻을 때까지 관부재(28) 및 (30)을 가열기(12)와 냉각기(14) 사이를 필요한 횟수만큼 반복 통과시켜야 한다.

실험에 의해 확인되어 제 9 도 그래프의 곡선 C로 나타낸 것처럼 외관부재(28)의 직경은 관부재들 사이에 간격이 남아있는 한 가열기(12) 및 냉각기(14)를 통과하는 횟수가 늘어남에 따라 선형적으로 감소한다.

상기 그래프에서 표현된 특정예에서 내관부재와 외관부재(28)의 접촉은 관부재들을 4회 통과시켜서 이루어졌다.

같은 방법으로 관부재들을 계속 처리하면 외관부재는 아주 작은 양이지만 계속 수축한다.

상기 그래프에서 곡선 D는 내, 외관간의 접촉이 이루어진 이후에도 상기 처리를 몇번 반복함에 따라 증가하는 접촉압을 나타낸다.

제 10 도와 같이 복수의 환상가열기 및 환상냉각기를 각각 교호로 배치함으로써 상기 처리회수를 현저히 감소시킬 수 있다.

이 도면에서 보는 것처럼 한개의 환상가열기(12)와 이것의 양쪽에 배치된 두개의 냉각기(14)가 종축방향으로 배열되어 한개의 가열기와 냉각기의 조합(combination, 32)을 구성하는게 바람직하다.

상기 특정한 실시예에서는 2개만 보였지만, 상기와 같은 가열기와 냉각기의 조합(32)의 복수개가 각 조합의 냉각기들이 인접한 조합의 냉각기와 연접되도록 종축방향으로 배열될 수 있다.

역시 제 10 도에서 보인바와 같이, 느슨하게 끼워진 관부재(28) 및 (30)이 표시된 화살표방향인 축방향으로 상기 가열기와 냉각기의 조합(32)들의 사이를 통과한다.

끼워맞춘 관부재(28) 및 (30)가 두개의 가열기와 냉각기의 조합(32) 사이를 차례로 통과함에 따라 외관부재(28)는 두 단계로 수축하고, 상기 각 단계에서 이상에 설명한 본 발명에 따른 열소성 과정을 겪게 된다.

외관부재(28)의 결과적인 총수축량은 한개의 가열기와 냉각기의 조합만을 사용한 경우보다 당연히 크다. 따라서 외관부재가 상기 가열기와 냉각기의 조합들을 단 1회만 통과하여도 내관부재에 밀착할 만큼 수축하도록 가열기와 냉각기의 조합(32)을 필요한 수로 조합할 수 있음은 물론이다.

이렇게 복수의 가열기와 냉각기의 조합들을 연속적으로 설치하면 끼워 맞춰진 관부재들과 가열기와 냉각기의 조합들간의 상대 축이동을 주기 위한 동력을 절감할 수 있게 된다.

또한 끼워 맞춘 관부재를 밀착시키기 위해 소요되는 시간을 대폭 절감할 수 있으므로 상기 작동의 제어 역시 용이해진다.

이상에서 기술한 바와같이 본 발명은 관 또는 파이프의 축방향으로 제한된 부분을 가열하고 동시에 관 또는 파이프의 다른 부분을 최소한 냉각해야 하는 것을 필요로 한다.

여기서 "최소한"이란 뜻은 상기 관 또는 파이프가 그 부분이 가열되는 동안에 실질적으로 전체적으로 냉각된다는 것을 의미한다.

따라서 제 11 도에 보인 장치에서는 끼워 맞춘 관부재(28,30)는 본 발명의 방법에 따라 외관부재(28)가 내관부재(30)에 대해 수축하기 위해 냉각조에 완전히 잠겨 있다.

참조번호(34)는 통상 물인 액체 냉각제(35)를 수납하는 가로 방향으로 긴 용기인데, 그 일단에 개방할 수 있는 덮개(36)가 구비된다.

냉각제 용기(34)는 펄프(42)를 통해서 냉각제 저장조(40)에 연결된 냉각제공급구(38)와, 다른 저장조(46)와 연결된 배수구(44)를 가지고 있다.

느슨하게 끼워 맞춰진 처리될 관부재(28) 및 (30)는 냉각제 용기(34)내에서 관부재의 양단을 잡기 위해 냉각제 용기의 양단 내면에 설치된 한 쌍의 파이프홀더(pipe holder)(48)에 의해 지지된다.

냉각제(35)가 공급구(38)를 통해 용기(34)로 계속 공급되어, 배출구(44)를 통해 배출되면서 끼워 맞춘 관부재(28,30)는 냉각제속에 완전히 잠기게 된다.

외관부재(28)뿐 아니라 내관부재(30)도 냉각제(35)에 계속 노출되어 있다.

환상가열기(12)가 끼워 맛춰진 관부재(28, 30)를 느슨하게 둘러싸고 있어서 냉각제(35)가 그 간격을 채우게 된다.

가열기(12)는 관부재(28) 및 (30)에 평행하게 연장된 안내로드(rod)(52)에 이동가능하게 부착된 브라켓(50)을 구비한다.

브라켓(50)에는 냉각제용기(34)내에 회전가능하게 설치되고 모터 구동장치(56)와 연결된 나사로드(54)와 맞물린 워엄(53)이 구비되어 있다.

모터 구동장치(56)가 회전하면 환상가열기(12)는 안내로드(52)를 따라 직선으로 이동하며 외관부재(28)의 일단에서 타단까지 축방향 부분들을 연속적으로 국부 가열하게 된다.

외관부재(28)가 완전히 냉각제(35)에 잠겨 있고, 이 냉각제는 일정하게 보충되므로 외관부재는 국부적으로 가열되는 축방향으로의 좁은 부분을 제외하고는 일정한 온도로 냉각된다.

이와같이 하여 외관부재(28)는 내관부재(30)와 모든 부분에서 동일한 압력으로 밀착되도록 수축된다.

외관부재(28)의 전술한 반경방향 수축과정이 진행하는 동안에 냉각제(35)에 의한 내관부재(30)의 냉각은 내관부재가 마모방지를 하기 위해 미리 소입경화처리를 받은 경우 아주 유용하게 작용한다.

즉 냉각제는 소입경화된 내관부재(30)에 풀림이 일어나지 않게 하여, 내관부재(30)가 외관부재(28)와 결합하여 이중관이 된 후에도 내마모성을 유지할 수 있게 해준다.

제 11 도의 장치의 또 하나의 이점은, 내관부재(30)가 원형 단면형태를 유지하게 되므로 외관부재(28)의 모든 부분은 내관부재에 대해 균일하게 수축하게 되어서 내관부재의 모든 부분은 균일한 압축응력을 받게된다.

이와같이 내관부재(30)는 내마모성뿐 아니라 압축응력이 균일 분포하는데 다른 내파괴성도 갖게 된다.

그러나 제 11 도의 장치에서 환상가열기(12)와 끼워 맛춘 관부재(28) 및 (30) 사이에 존재하는 냉각제는 가열기에 의한 외관부재(28)의 효율적인 가열을 방해할 것이다.

이런 경우에 도시하지 않은 환상 공기노즐을 관부재(28) 및 (30)을 헐겁게 둘러싸도록 브라켓(50)에 부착하여 환상가열기(12)와 함께 관부재의 축방향으로 가동되게 한다.

외관부재의 가열부로부터 가능한한 냉각제(35)를 제거하기 위하여 가압의 공기 또는 기타의 가스가 도시하지 않은 노즐로부터 외관부재(28)의 가열부분에 분사된다.

환상가열기(12)가 공기노즐과 함께 이동하므로, 상기 냉각제는 외관부재(28)의 막 가열된 부분에 즉시 흘러가서 접촉되고 이로써 상기 부분은 즉시 냉각되어 수축된다.

잘 알수 있다시피 제 11 도의 개념은 제 10 도의 개념과 결합될 수 있다.

제 10 도에 사용된 복수의 환상냉각기(14)는 제 11 도에서처럼 끼워 맞춘 관부재를 냉각제 용기에 완전히 잠기게하여 처리하는 경우에는 필요가 없어진다.

따라서, 제 11 도에 보이는 한개의 환상가열기(12) 대신에, 둘 또는 그 이상의 환상가열기들이 축방향으로 이격되어 용기(34)내의 안내로드(52)에 이동이 가능하게 설치될 수 있다.

상기 장치의 작동 및 이점은 전술한 제 10 도 및 11도의 설명으로부터 자명하다.

본 발명의 방법에 의해 이중관을 제작하는데 있어 직경이 열소성 변화를 하는 것은 외관부재 뿐이다. 내관부재는 직경이 변할 필요가 없으므로 금속이의의 재질이어도 무방하다.

그러므로 제 12 도에서 이중관은 강재인 외관부재(28) 및 세라믹 내관부재(30a)로 구성되어 있다.

더 상세히는, 외관부재(28)는 탄소함량 0.25%인 고연성 저탄소강이다.

내관부재(30a)는 일체형이 아니며 종축방향으로 짧은 길이를 갖는 복수 또는 다수의 세라믹 세그먼트(segment)(58)들로 구성되어 종축방향으로 맞추어져 있다.

제 13 도는 강재인 외관부재(28)내에 다수의 굽혀진 직사각형 세라믹 세그먼트(60)들이 원주방향 및 종축방향으로 맞춰져서 관상체를 구성한 또 다른 실시예의 세라믹 내관부재(30b)를 나타낸다.

잘 알수 있는 바와같이 제 12 도의 관부재(28,30a)와 제 13 도의 관부재(28,30b)는 본 발명의 방법 또는 본발명을 실시하기 위한 어떤 다른 장치에 의해 이중관으로 밀착될 수 있다.

외관부재(28)의 직경이 충분히 수축되면, 세라믹 세그먼트(58) 및 (60)은 외관부재로부터 압축응력을 받아 서로 맞춰지며 각각 제위치에 자리하게 된다.

상기 압축응력은 세라믹 세그먼트(58) 또는 (60)의 연결부에서 유체누출을 막아주고 관의 파괴강도를 향상시킨다.

외관부재(28)로부터의 압축력하에서 세라믹 세그먼트(58) 또는 (60)은 동적으로 안정되어 실제적으로 이중관의 사용조건하에서 상기 세그먼트들의 돌발적인 분리는 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다.

관부재(28,58) 또는 (28, 60)의 초기 끼워맞춤은 쉽다.

전술한 모든 이점들 때문에 축방향으로 상당한 길이를 갖고 있는 세라믹으로 라이닝된 파이프의 제작이 가능하다.

본 발명의 방법은 제 14 도 또는 15 도에서 보는 것처럼 이중곡관의 제작에도 응용될 수 있다.

제 14 도의 이중곡관은 저탄소강재인 외관부재(28c) 및 경화 고탄소강재인 내관부재(30c)로 이루어져 있다.

외관부재(28c)와 내관부재(30c)는 거으리 동일한 반경으로 굽혀져 있다.

제 15 도에 보이는 또 다른 이중곡관에 대한 실시예에서, 저탄소강재인 외관부재(28c)는 주로 알루미나로 이루어진 세라믹 재질로 된 내판부재(30d)위에 맞추어져 있다.

세라믹 내관부재(30d는 도면에서 보는것처럼 각각 직관에서 잘라내어 축방향 단면으로는 사다리꼴로 된, 실질적으로 관상인 세라믹 세그먼트(62)들로 이루어진다.

세라믹 세그먼트(62)들은 서로서로 맞춰쳐 있는데 필요하다면 접착제를 사용하여 임시 고정하여 외관부재(28c)와 거의 같은 곡률반경을 갖는 반경부재(30d)를 구성한다.

제 14 도의 관부재(28c) 및 (30d) 또는 제 15 도의 관부재(28c) 및 (30d) 등은 예를들어 환상가열기(12) 및 그 양쪽에 있는 한쌍의 환상냉각기(14) 사이를 통과한다.

외관부재(28c)는 본 발명이 개시한 열소성 과정을 통해 수축하여 내관부재(30c) 또는 (30d)에 밀착된다.

제 15 도에 있어 사다리꼴 세라믹 세그먼트(62)들은 제 13 도의 (60)에 보인 것과 유사한 일련의 직사각형 세라믹 세그먼트들로 대치되어 축방향 및 원주방향으로 결합해서 곡관을 형성할 수 있다.

개개의 세라믹 세그먼트들의 형상에 관계없이 제 12 도 및 제 13 도의 세라믹 세그먼트(58, 60)처럼 세라믹 세그먼트들은 곡형 외관부재(28c)로부터 압축력을 받아 유체누출이 없도록 긴밀하게 결합될 수 있다.

이상에서 본 발명의 아주 특별한 면만을 설명했으나 본 발명은 상기 개시된 특정한 사항들로만 제한되지 않는다.

예를들어, 본 발명의 방법에 의해 상기에 개시한 여러가지 내관부재에 대해서뿐만 아니라 솔리드 코어에 대해서도 외관을 수축시킬 수 있다.

Claims (13)

1. 금속관을 연화시키기 위해서 금속관의 환상부를 국부적으로 가열할 수 있는 환상가열기를 금속관의 둘레에 유지하고, 금속관의 전길이에 걸쳐서 금속관의 환상가열부를 이동시키기 위하여 환상가열기와 금속관을 금속관의 축방향으로 서로 상대적으로 이동시키고, 환상가열기와 함께 이동될 수 있도록 금속관을 둘러싸고 있고 환상가열기의 양쪽에서 근접하게 배치된 한쌍의 환상냉각기를 사용하여 금속관의 축방향으로상기 환상 가열부의 양쪽에서 상기 환상가열부에 인접한 금속관의 부분을 냉각시키는 것으로 구성되어 있으며, 환상냉각기에 의한 냉각에 의해 환상 가열부에 인접하는 상기 부분을 환상 가열부의 반경방향 외향으로의 자유열팽창을 제한하기에 충분히 낮은 온도로 유지하고 그 환상가열부에 항복이 일어나게 하여 냉각시 금속관의 직경을 가열전보다 축소시키는 것을 특징으로하는 금속관의 직경을 축소하는 열소성 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 환상냉각기로 액상 냉각제를 금속관위로 분사하여 분사시킴으로써 냉각하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 환상냉각기를 환상가열기에 고정된 상태에서 이동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 가열되고 있는 금속관의 환상부의 내부를 냉각하기 위해서 금속관의 내부에 배치되어 환상가열기와 함께 금속관에 대해서 이동되는 냉각기에 의해 금속관을 더 냉각시키는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 금속관의 직경이 소정의 정도로 축소될 때 까지, 환상가열기와 냉각기를 금속관의 전길이에 걸쳐서 필요한 횟수만큼 금속관에 대해서 이동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 각각 금속관의 환상부를 국부적으로 가열할 수 있고 금속관의 길이 방향으로 서로 이격되어 있는 다수의 환상가열기를 금속관의 둘레에 유지하고, 또한 환상가열기와 교대로 배치된 복수개의 환상냉각기를 금속관의 둘레에 유지하고, 금속관의 전길이에 걸쳐 금속관의 환상부를 연속적으로 가열하기 위해서 금속관의 길이방향으로 금속관에 대해서 환상가열기와 환상냉각기를 동시에 이동시키는 것으로 구성되어 있으며, 가열되고 있는 환상부에 인접한 금속관의 부분을 가열되고 있는 환상부의 자유열팽창을 제한하기에 충분히 낮은 온도로 환상냉각기에 의해서 냉각하여 냉각시의 금속관의 직경을 가열전보다 축소시키는 것을 특징으로 하는 직경을 축소하는 열소성 방법.
7. 금속관을 연화시키기 위해서 금속관의 환상부를 국부적으로 가열할 수 있는 환상가열기를 금속관의 둘레에 유지하고, 금속관의 전길이에 걸쳐서 금속관의 환상가열부를 이동시키기 위해서 환상가열기와 금속관을 금속관의 축방향으로 서로 상대적으로 이동시키고, 상기 환상가열기로 금속관을 가열하면서 금속관을 냉각조속에 완전히 잠기게하여 냉각하는 것으로 구성되어 있으며, 냉각욕에 의한 냉각에 의하여 환상가열부에 인접한 금속관의 부분을 적어도 환상가열부의 반경방향 외향으로의 자유열팽창을 제한하기에 충분히 낮은 온도로 유지하고 그 환상 가열부에 항복이 일어나게 하여 금속관의 직경을 가열전보다 축소시키는 것을 특징으로 하는 금속관의 직경을 축소하는 열소성 방법.
8. 적어도 외부 파이프파이프부재는 그 재질을 금속으로 하면서 내부 파이프부재와 외부 파이프부재를 서로 헐겁게 끼우고, 외부 파이프부재의 환상부를 국부적으로 가열할 수 있는 환상가열기를 끼워진 파이프부재의 둘레에 유지하고, 외부파이프부재의 환상가열부를 이동시켜서 끼워진 파이프부재의 전길이에 걸쳐서 외부 파이프부재의 환상부를 연속적으로 가열하기 위해서 환상가열기와 끼워진 파이프부재를 끼워진 파이프부재의 축방향으로 서로 상대적으로 이동시키고, 환상가열기와 함께 축방향으로 서로 상대적으로 이동시키고, 환상가열기와 함께 이동될 수 있도록 금속관을 둘러싸고 있는 환상가열기의 양쪽에서 근접하게 배치된 한쌍의 환상냉각기를 사용하여 외부 파이프부재의 축방향으로 상기 환상가열부의 양쪽에서 상기 환상가열부에 인접한 외부 파이프부재의 부분을 냉각하는 것으로 구성되어 있으며, 환상냉각기에 의한 냉각에 의하여환상가열부에 인접하는 상기 부분을 환상가열부의 반경방향 외향으로의 자유열팽창을 제한하기에 충분히 낮은 온도로 유지하고 그 환상가열부에서 항복이 일어나게 하여 냉각시 외부 파이프부재의 직경을 가열전보다 작게하여서 내부 파이프부재위로 수축시키는 것을 특징으로 하는 이중벽 파이프를 제조하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 내부 파이프부재는 세라믹 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 세라믹 내부 파이프부재는 서로의 끝이 접촉되어 있고 축방향으로 정합관계에 있는 다수개의 관상 세그먼트로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중벽 파이프를 제조하는 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 관상체를 형성시키기 위해 세라믹 내부 파이프부재는 원주 및 축방향으로 서로의 끝이 접촉되어 있는 굽혀진 직사각형의 다수개의 세그먼트로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중벽 파이프를 제조하는 방법.
12. 제 8 항에 있어서, 끼워진 파이프부재는 모두 굽혀져있는 것을 특징으로 하는 이중벽 파이프를 제조하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 내부 파이프부재는 축단면에서 보았을 때 각각 사다리꼴 모양인 다수의 관상 세라믹 세그먼트로 이루어지고, 굽혀진 관상체를 형성시키기 위해 상기 세라믹 세그먼트들은 서로의 끝이 접촉되는 것을 특징으로 하는 이중벽 파이프를 제조하는 방법.

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