WO2016159449A1 - 쉘앤튜브 용접방법 - Google Patents

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WO2016159449A1
WO2016159449A1 PCT/KR2015/007091 KR2015007091W WO2016159449A1 WO 2016159449 A1 WO2016159449 A1 WO 2016159449A1 KR 2015007091 W KR2015007091 W KR 2015007091W WO 2016159449 A1 WO2016159449 A1 WO 2016159449A1
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tube
welding
shell
sheet
tube sheet
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PCT/KR2015/007091
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English (en)
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유용현
이강준
박신규
주정철
오정석
박유진
Original Assignee
세원셀론텍㈜
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Publication date
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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation

Definitions

  • the present invention relates to a tube sheet and a tube welding method of a shell and tube heat exchanger.
  • Shell and Tube heat exchanger consists of two tube sheets and a plurality of tubes connecting the tube sheets, the outside of which is sealed by a shell, which is a cylindrical body. to be.
  • Shell and tube heat exchangers are used for various heat exchanges such as heating, cooling, condensation and vaporization.
  • the tube 10 passing through the inside of the shell side should be completely blocked from the inside of the shell side in order to prevent mixing of the different fluids of the shell side and the tube side, so that the tube 10 is disposed on both sides of the shell.
  • the two are welded to the tubesheet 20 which are symmetrically formed facing each other.
  • Patent Document 1 As a prior art (Patent Document 1) of the welding method of the tube sheet 20 and the tube 10 of the shell and tube heat exchanger, there is a Korean Patent Publication No. 10-1298703. That is, as shown in FIG. 1, a plurality of tube insertion holes H are formed in the tube sheet 20, and the tubes 10 are respectively formed in the tube insertion holes H of the tube sheet 20. In the inserted state, the tube 10 is expanded and tightly fixed to the tube sheet 20. Thereafter, tube-side welding (welding, welding) is performed between the tube 10 and the tube sheet 20 to couple the tube 10 and the tube sheet 20.
  • the tube side welding welding is a welding that prevents the fluid flowing out and flowing into the tube side from penetrating between the tube 10 and the tube sheet 20. The welding of the tube 10 and the tube sheet 20 is performed. Welding to the outer part at the time of joining (i.e., contacting the fluid that flows out or flows into the tube side).
  • the tube groove 12 and the tube sheet groove 22 are respectively formed on the tube sheet 20.
  • the tube groove 12 is to allow a certain portion of the tube 10 is inserted into the tube groove 12 when the tube 10 is expanded, the coupling force is increased, the tube sheet groove 22 is the shell side This is to facilitate the work during welding.
  • the tube groove 12 is formed in the inner surface of the tube insertion hole (H) of the tube sheet 20, the tube sheet 20 is inserted into the tube insertion hole (H) and then expanded to the tube sheet (20)
  • the tube 10 is more closely coupled to.
  • the shell side welding welding, welding
  • the shell side welding is performed, and the shell side welding is performed between the tube 10 and the tube sheet 20 in order to prevent breakage and corrosion of the tube 10 by the fluid flowing into the shell side.
  • the welding prevents penetration of the tube 10 and the tube sheet 20 to the inner side of the joint (i.e., the portion in contact with the fluid flowing in and out of the shell side).
  • the tube sheet grooves 22 are formed on the inner side of the tube sheet 20, and welding is performed using the welding torch T.
  • the tube 10, which is the base material by the welding torch T is directly welded to the outside of the tube sheet 20 together with the lower portion of the tube sheet 23 formed by the tube sheet groove 22.
  • the reason for forming the tube sheet groove 22 on the side of the tube sheet 20 is that the tube formed by the tube sheet groove 22 without the need to heat the entire tube sheet 20 during shell-side welding If only the bottom seat joint 23 is heated, it is possible to weld. Since the thickness of the tube 10 is approximately 1.5 to 2 mm, the thickness of the tube seat lower junction 23 formed by the tube sheet groove 22 is also the same as that of the tube 10. Even though the heating is performed locally only to the lower end portion 23 of the tube sheet without heating the entire sheet 20, the welding is performed, thereby reducing the amount of heat required for welding and thus increasing the welding efficiency.
  • the tube sheet groove 22 is formed on the side of the tube sheet 20, the tube inserting hole (H) is spaced apart by a predetermined distance from the tube inserting hole (H) into which the tube 10 is inserted ( H) is formed in an arc shape around.
  • the welding order may be any of the tube side (outer side) welding and the shell side (inner side) welding first.
  • Patent Document 1 the tube 10, which is the base material by the welding torch T, is formed together with the tube sheet lower joint portion 23 formed by the tube sheet groove 22 during the shell side welding.
  • the method of directly welding the outer side of the tube sheet 20 not only one tube 10 is welded to the shell side of the tube sheet 20, but tens to one hundred or more tubes 10 are welded. Therefore, although a method of directly welding the outer side of the shell side of the tube sheet 20 is preferable, in practice, a plurality of tubes 10 must be welded to the tube sheet 20 so that the space is narrow and the welding torch T It is difficult to secure enough space to approach and this leads to an area where welding is impossible.
  • the tube 10 when the tube 10 outside the tube sheet 20 is weldable when the welding torch T is directly welded to the outer side of the tube 10 welded to the shell side of the tube sheet 20, the tube 10 may be welded.
  • the tube 10 When welding another adjacent tube 10 or another tube 10 to be coupled inside, interference between the tube 10 and the tube 10 occurs, which makes welding difficult, the work efficiency significantly lowered, and complete welding operation. There is a problem that is difficult to perform.
  • Patent Document 2 Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2013-0081440. That is, as shown in FIG. 2, the fluid on the shell side penetrates between the tube 10 and the tube sheet 20 to prevent breakage and corrosion occurring in the tube 10.
  • the welding (W) is performed by inserting a welding torch (T) into the interior of (10).
  • the welding torch T is inserted into the inside of the tube 10 so that a welding heat is first applied to the tube 10, which is the base material, and the tube formed by the sheet groove 22 via the tube 10.
  • the welding heat is indirectly transmitted to and dissolves the sheet lower end junction 23 so that the tube sheet lower junction 23 of the tube 10 and the tube sheet 20 is welded to each other.
  • the reason for inserting and welding the welding torch T into the tube 10 is because a plurality of the tubes 10 inserted into the tube sheet 20 are welded on the outer side of the shell (T).
  • the welding torch (T) approaches a narrow space between the tube (10) and the tube (10). The torch T is inserted and welded.
  • the welding of the tube sheet 20 and the tube 10 to the inner and outer sides that is, the tube side (outer) welding and the shell side (inner side) welding, which is a welding connection between the tube sheet 20 and the tube 10, Each takes place, but it does not matter where the welding order is.
  • Patent Document 2 the welding torch T is inserted into the tube 10 in a state where a plurality of the tubes 10 are inserted into the tube sheet 20 during the welding of the shell side.
  • the welding heat of the welding torch (T) is directly transmitted to the tube sheet lower junction portion 23 of the tube sheet 20 which is welded to the outer circumference of the tube 10, so that the tube 10 is not connected.
  • accurate welding heat is not transmitted to the tube sheet lower junction 23, so that a hole is generated in the tube 10 during welding and a poor welding results in a decrease in productivity. have.
  • the prior art forms a tube groove 12 on the tube sheet 20 so that a certain portion of the tube 10 is inserted into the tube groove 12 when the tube 10 is expanded, the coupling force
  • the tube groove 12 in the tube sheet 20 must be separately installed and there is a problem that the manufacturing cost increases because the expansion process is required.
  • the present invention provides a shell and tube welding method that can solve problems such as oxidation, nitriding, and corrosion due to prolonged use.
  • the shell and tube welding method according to the present invention is a shell and tube welding method for welding a tube to a tube insertion hole formed through a tube sheet of a shell and tube heat exchanger, wherein one side of the tube sheet is provided.
  • a ring wire insertion step of inserting the ring wire into an outer circumference of the tube, and one end of the tube joined to the tube The main beam is brought into contact with one end, and one end of the tube is placed in one direction of the tube sheet so that the ring wire is brought into contact with the junction between the tube sheet groove and the tube insertion hole and is located within the recessed interval of the tube sheet groove.
  • a tube insertion step of inserting, a tube side welding step of welding the other end of the tube joining member to the other side of the tube sheet, and a welding torch is inserted into the tube joining member to the one side of the tube sheet.
  • the length of the tube joining member is characterized in that less than the length of the tube insertion hole.
  • the tube joining member, the other end is positioned so as to coincide with the other end of the tube insertion hole is characterized in that the end is in contact with the other end of the tube and located within the recessed interval range of the tube sheet groove.
  • a welding torch is inserted into a tube joining member in a state in which a tube joining member having the same diameter and a tube are inserted into and contacted with a tube inserting hole formed through a tube sheet of a shell & tube heat exchanger.
  • the welding torch can be easily approached to the welding target.
  • the welding heat of the welding torch is directly heated to the tube sheet, the tube joining member and the tube to be welded at the same time, and the ring-shaped wiring is used as the filler metal.
  • precise welding is possible and the best welding quality can be obtained, thereby solving problems such as oxidation, nitriding, and corrosion due to long use, thereby improving durability and reliability.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a shell and tube welding method according to the prior art
  • Figure 2 is a cross-sectional view of another shell and tube welding method according to the prior art
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing the tube sheet groove forming step and the tube joining member insertion step according to the shell and tube welding method of the present invention
  • FIG. 5 is a view showing a ring wire manufacturing step according to the shell and tube welding method of the present invention
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a ring wire insertion step according to the shell and tube welding method of the present invention
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a tube insertion step according to the shell and tube welding method of the present invention.
  • FIG 8 is a cross-sectional view showing a state in which a welding torch is inserted into the tube joint member according to the shell and tube welding method of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the tube side and the shell side are welded by the welding torch of the embodiment of FIG. 8;
  • 10 to 12 are cross-sectional views showing the welding process on the tube side and the shell side opposite to the embodiment of FIG.
  • the tube sheet 100 as shown in Figure 3 to 9 is formed of the tube insertion hole 110, the tube sheet groove 120 and the joint 130, the tube The tube joining member 200 and the tube 300 are inserted into the tube insertion hole 110 of the sheet 100 and welded thereto.
  • the shell and tube heat exchanger to which the shell and tube welding method of the present invention is applied has different fluids flowing in and out of the tube side and the shell side. Since the tube 300 passing through the inside of the shell side must be completely blocked from the inside of the shell side to prevent mixing of different fluids of the shell side and the tube side, the tube side is sealed to the tube side with respect to the shell side. The pair is welded to the tubesheet 100 which is formed symmetrically facing each other.
  • the tube sheet 100 has a tube insertion hole 110 formed therethrough, and has an annular tube sheet groove 120 spaced apart from the tube insertion hole 110 by a predetermined distance toward the outer circumferential direction. This is formed recessed.
  • the tube sheet groove 120 is spaced apart from the tube insertion hole 110 is a junction 130, the junction 130 is a tube in contact with one end of the tube joint member 200 to be described later ( Welded together with one end of 300).
  • the reason for recessing the annular tube sheet groove 120 spaced apart from the tube insertion hole 110 of the tube sheet 100 by a predetermined distance toward the outer circumferential direction is that the tube of the tube sheet 100 is welded at the shell side. It is possible to weld only by locally heating the joint 130 formed by the tube sheet groove 120 without heating the entire insertion hole 110, thereby reducing the amount of heat required for welding, thereby increasing the welding efficiency. . In addition, since the thickness of the tube 300 is approximately 1.6 mm, the thickness of the joint 130 formed between the tube insertion hole 110 and the tube sheet groove 120 spaced apart is also the thickness of the tube 300. When formed in the same way as, the welding efficiency is further increased.
  • the tube insertion hole 110 penetrates one side surface and the other side surface of the tube sheet 100 to form a tube insertion hole 110.
  • the one side surface is a pair of the tube sheet 100 to each other
  • the shell side is referred to as the inner side
  • the other side is the tube side as the outer side opposite to the inner side of the tube sheet 100 facing each other. Therefore, the tube sheet groove 120 and the joint 130 formed in the tube sheet 100 are formed at the shell side.
  • the tube joining member 200 is inserted into the tube insertion hole 110 of the tube sheet 100 in a cylindrical shape having the same diameter as the tube 300 as shown in FIGS. 3, 4 and 6.
  • One end of the tube joining member 200 inserted into the tube insertion hole 110 is located at a shell side (one side) of the pair of tube sheets 100 facing each other, and the tube joining member 200 is disposed.
  • the other end of is located on the outer tube side (the other side) which is opposite to the pair of tube sheets 100 facing each other.
  • the length of the tube joining member 200 is preferably smaller than the length of the tube insertion hole 110 of the tube sheet 100. That is, the tube joining member 200 is positioned so that the other end is coincident with the other end of the tube insertion hole 110 and one end is in contact with one end of the tube 300 and at the same time, the tube sheet groove 120 is recessed. Position it within the interval range.
  • 4 and 6 to 12 is welded between the pair of the tube sheet 100 formed symmetrically facing each other as shown in Figure 3, 4 and 6 to 12 pass through the inside of the shell side of the heat exchanger, but completely with the inside of the shell side It is sealed to be blocked to prevent mixing of different fluids on the shell side and the tube side.
  • One end of the tube 300 is in contact with one end of the tube joining member 200 and the tube insertion hole 110 of the tube sheet 100 so as to be located within the recessed interval range of the tube seat groove 120. Inserted into, and welded together with one end of the tube joining member 200 and the joint 130 of the tube sheet 100 by a welding torch (T) to be described later.
  • T welding torch
  • the tube 300 is welded between the pair of the tube sheet 100 is formed symmetrically facing each other, as shown in Figures 3, 4 and 5 to 9 tube on one tube sheet 100
  • the first 300 is welded and then the other side is welded in the same manner as shown in FIGS. 10 to 12.
  • the shell and tube welding method according to the present invention can provide a new and innovative method that can use a filler material in the shell and tube welding even in a narrow space. That is, as shown in FIGS. 5 to 9, the ring wire 400 is used.
  • Ring wire 400 is provided with a plurality, as shown in Figure 5, the long welding wire 400 'cut to a certain length and then produced in a ring shape.
  • the welding wire 400 ' is a bare electrode, and the welding wire 400' wound around a reel (not shown) is unwound and cut to a predetermined length to prepare a large amount of ring wire 400 in advance.
  • 6 is inserted into the outer circumference of one end of the tube 300 before insertion into the tube insertion hole 110 of the tube sheet 100 as shown in FIG. 6. Thereafter, as shown in FIGS. 7 and 8, when the tube 300 is inserted into the tube insertion hole 110 of the tube sheet 100, the ring wire 400 is in contact with the joint 130.
  • one end of the tube 300 contacts the one end of the tube joining member 200 and is positioned within the recessed interval of the tube sheet groove 120.
  • the ring wire 400 is inserted into the tube insertion hole 110 of the tube sheet 100 and together with one end of the tube joining member 200 and the joint 130 of the tube sheet 100 by a welding torch T. ) Is welded to the filler metal.
  • the tube 300 is welded and coupled between the pair of tube sheets 100 facing each other and formed symmetrically, as shown in FIGS. 3 to 9, the tube 300 is disposed on one tube sheet 100.
  • the opposite side is welded using the ring wire 400 as a filler material in the same manner.
  • the shell and tube welding method according to the present invention includes a tube joining member 200 and a tube 300 having the same diameter in the tube insertion hole 110 formed through the tube sheet 100 of the shell and tube heat exchanger.
  • the welding torch T By inserting and welding the welding torch T into the inside of the tube joining member 200 in the inserted and contacted state, the welding torch T can be easily approached to the welding target, and in particular, the welding torch T
  • the welding As the welding heat is directly heated to the tube sheet 100, the tube joining member 200, and the tube 300 to be welded at the same time, the welding is performed using the ring-shaped wiring 400 as the filler metal, and as a result, precise welding is possible. Since welding quality can be obtained, problems such as oxidation, nitriding and corrosion due to long use can be solved, thereby further improving durability and reliability.
  • the welding torch (T) into the inside of the tube joining member 200 in a state where one end of the tube joining member 200 and one end of the tube 300 are in contact with each other within the interval of the tube sheet groove 120. Inserting a welding heat to insert the tube sheet member 100 formed by the tube sheet groove 120 through the contact between the end of the tube joining member 200 and one end of the tube 300, as well as the contact portion. Welding heat is also directly transmitted to the joint 130 of), one end of the tube joining member 200 and one end of the tube 300 are welded together and wired together to the joint 130 of the tube sheet 100. As the ring 400 is melted, it forms a weld metal after welding as shown in FIG. 9.
  • a tube insertion hole 110 is first formed through the tube sheet 100 of the shell and tube heat exchanger, and then the tube insertion hole 110 is formed at one side of the tube sheet 100.
  • the distance between the tube sheet groove 120 is spaced apart from the tube insertion hole 110 becomes the thickness of the junction 130 and the recessed distance of the tube sheet groove 120 Is the length of the junction 130.
  • the joint 130 of the tube sheet 100 is welded by using the welding tor T with one end of the tube joining member 200 and one end of the tube 300 to be described later as the filler metal. Combined.
  • a long wire is cut into a predetermined length, and a ring wire manufacturing step of manufacturing a ring-shaped ring wire 400 is inserted into an outer circumference of the tube 300. to be.
  • a ring wire manufacturing step of manufacturing a ring-shaped ring wire 400 is inserted into an outer circumference of the tube 300. to be.
  • the manufacturing process of the ring wire is described after the tube joining member insertion step in the process, unlike other processes there is no after and without a large amount of ring wire 400 can be produced in advance.
  • the ring wire 400 manufactured as described above is inserted into an outer circumference of one end of the tube 300.
  • one end of the tube 300 into which the ring wire 400 is inserted is in contact with the opposite end of the tube joining member 200, and at the same time, A tube insertion step of inserting one end of the tube 300 in one direction of the tube sheet 100 to be located within the recessed interval range. At this time, the ring wire 400 is in contact with the junction 130 of the tube sheet 100.
  • the tube insertion hole 110 of the tube sheet 100 is provided.
  • the connection part 130 formed by the tube sheet groove 120, one end of the tube joining member 200, and one end of the tube 300 are welded by the welding heat of the welding torch T inserted into the ring wire ( 400 is welded together using the filler metal.
  • the tube side welding step of welding the other end of the tube joining member 200 to the other side of the tube sheet 100, and the welding torch T is joined to the tube. Is inserted into the member 200 to weld the one end of the tube joining member 200 and one end of the tube 300 using the ring wire 400 as a filler material on one side of the tube sheet 100.
  • the shell side welding step is performed.
  • the welding order of the tube side welding step and the shell side welding step may be performed first.
  • the welding torch T is inserted into the other end of the tube joining member 200 inserted into the tube insertion hole 110 of the tube sheet 100 in the shell side welding step. Insert it.
  • the welding torch T may be inserted in the other end direction of the tube 300 which is in contact with one end of the tube joining member 200, which is equal to the length of the tube 300 by the welding torch T. Since the insertion length becomes too long because it should be inserted, it is preferable to insert the welding torch T into the other end of the tube joining member 200.
  • 4 to 9 is a description of one of the shell and tube welding method of the pair of the tube sheet 100 and the tube 300 installed in the shell and tube heat exchanger, as shown in Figures 10 to 12 Weld on the other side in the same way.
  • 10 is a forming step of forming a tube sheet groove in which the tube inserting hole 110 and the tube sheet groove 120 are formed in the tube sheet 100 and the tube joining member 200 is inserted into the tube inserting hole 110.
  • the tube joining member insertion step is illustrated.
  • 11 illustrates a state in which the welding torch T is inserted into the tube joining member 200.
  • the welding torch T is inserted into the other end of the member 200, that is, the insertion distance is shorter.
  • 12 shows the tube side welding step and the shell side welding step by the welding torch T, the welding order of the tube side welding step and the shell side welding step may be performed first.
  • the welded state by the shell-and-tube welding method according to the present invention is a portion shown as a welding portion (W), and the actual welded state is as shown in FIG. 9. That is, unlike the conventional welding of the base metal due to the limited space as shown in Figure 9, because the welding of the base material together with a filler material using a new breakthrough ring wire 400 can be obtained the best welding quality oxidation It can solve problems such as nitriding and corrosion due to long use, which can further improve durability and reliability.
  • the welding heat of the welding torch is directly heated to the tube sheet, the tube joining member, and the tube to be welded at the same time, it is possible to precisely weld as well as obtain the best welding quality as the welding of the ring-shaped wiring is possible. It can be applied to shell and tube heat exchanger, which can solve problems such as oxidation, nitriding and corrosion due to long time use, which can further improve durability and reliability.

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Abstract

본 발명은 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트에 관통 형성된 튜브삽입홀에 튜브를 용접 결합하는 쉘앤튜브 용접방법에 있어서, 상기 튜브시트의 일측면에 상기 튜브삽입홀로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈을 함몰 형성하는 튜브시트홈 형성단계와, 상기 튜브시트의 튜브삽입홀 내부로 상기 튜브와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상의 튜브접합부재를 삽입하는 튜브접합부재 삽입단계와, 장형의 용접와이어를 일정한 길이로 절단하고, 상기 튜브의 외주에 삽입되도록 링형상의 링와이어로 제작하는 링와이어 제작단계와, 상기 링와이어를 상기 튜브의 일단 외주에 삽입하는 링와이어 삽입단계와, 상기 튜브의 일단이 상기 튜브접합부재의 마주보는 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 상기 튜브의 일단을 상기 튜브시트의 일측방향으로 삽입하는 튜브 삽입단계와, 상기 튜브시트의 타측면에 상기 튜브접합부재의 타단을 용접결합하는 튜브측 용접단계와, 용접토치가 상기 튜브접합부재의 내부로 삽입되어 상기 튜브시트의 일측면에 상기 링와이어를 용가재로 하여 상기 튜브접합부재의 일단과 상기 튜브의 일단을 용접결합하는 쉘측 용접단계를 포함하여 이루어진 쉘앤튜브 용접방법이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 16.07.2015]　쉘앤튜브 용접방법
본 발명은 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트와 튜브의 용접방법에 관한 것이다.
쉘앤튜브(Shell and Tube) 열교환기는 두 개의 튜브시트(Tube Sheet)와 상기 튜브시트를 연결한 복수의 튜브(Tube)으로 구성되며, 그 바깥은 원통 형상의 동체인 쉘(Shell)로 밀폐되는 구성이다. 쉘앤튜브(Shell and Tube) 열교환기는 가열 및 냉각·응축·기화 등 다양한 열교환에 사용된다.
일반적인 쉘앤튜브 열교환기의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 튜브측(Tube Side)과 쉘측(Shell Side)에 각각 다른 유체가 유입·유출되면서, 튜브측 유체와 쉘특 유체 상호 간에 열교환이 이루어진다. 상기 쉘측 유체의 이동경로를 살펴보면 쉘측유입구(S-S-I, Shell Side Inlet)에 유입되고 쉘(Shell) 내에 형성된 복수의 배플판(30)에 의해 유체는 지그재그로 통과되어 쉘측유출구(S-S-O, Shell Side Outlet)를 통해 유출된다. 튜브(10)는 양측의 튜브시트(20)에 의해 용접결합되어 상기 튜브(10) 내의 유체와 상기 쉘(Shell) 내의 유체가 혼합되는 것을 방지한다. 튜브측 유체의 이동경로를 살펴보면 튜브측유입구(T-S-I, Tube Side Inlet)에 유입되고 쉘(Shell) 내부를 통과하는 상기 튜브(10)에 유체가 유입되어 상기 쉘 내부의 유체의 열과 상호 열교환을 한 후 튜브측유출구(T-S-O, Tube Side Outlet)를 통해 유출된다.
이때, 상기 쉘측과 튜브측의 각기 다른 유체의 혼합을 방지하기 위하여 상기 쉘측의 내부를 통과하는 상기 튜브(10)가 상기 쉘측 내부와 완전히 차단되어야 하므로, 상기 튜브(10)는 상기 쉘의 양측에 두 개가 서로 마주보며 대칭되게 형성된 상기 튜브시트(20)에 용접 결합된다.
쉘앤튜브 열교환기의 상기 튜브시트(20)와 튜브(10)의 용접결합방법의 종래 기술(특허문헌 1)로는 한국등록특허공보 제10-1298703호가 있다. 즉, 도 1에 확대 도시된 바와 같이 상기 튜브시트(20)에는 복수의 튜브삽입홀(H)이 형성되고, 상기 튜브(10)를 상기 튜브시트(20)의 튜브삽입홀(H)에 각각 삽입한 상태에서 상기 튜브(10)를 확관시켜 상기 튜브시트(20)에 밀착고정시킨다. 그 후, 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20) 사이에 튜브측 용접(웰딩, Welding)을 실시하여 상기 튜브(10)와 튜브시트(20)를 결합시킨다. 여기서, 튜브측 용접(웰딩)이란 튜브측으로 유출·유입되는 유체가 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20) 사이로 침투하는 것을 막는 용접으로, 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20)의 결합시의 바깥쪽 부분(즉, 튜브측으로 유출·유입되는 유체와 접하는 부분)에 대한 용접이다.
상기 튜브(10)의 확관를 거쳐 튜브측을 용접하더라도 쉘측의 상기 튜브시트(20)와 튜브(10)가 완전밀착이 되지 않고, 미세한 틈새가 발생하고 이로 인하여 틈새부식에 의하여 상기 튜브(10)에 파공이 발생하였다. 이를 해결하고자 상기 튜브시트(20) 상에 튜브홈(12)과 튜브시트홈(22)을 각각 형성한다. 상기 튜브홈(12)은 상기 튜브(10)의 확관시 상기 튜브(10)의 일정부분이 상기 튜브홈(12)에 삽입되어 결합력이 높아지도록 하기 위한 것이며, 상기 튜브시트 홈(22)은 쉘측 용접시 작업을 용이하게 하기 위함이다.
상기 튜브홈(12)은 상기 튜브시트(20)의 튜브삽입홀(H)의 내면에 형성하고, 상기 튜브삽입홀(H)에 상기 튜브(10)를 삽입한 후 확관시키면 상기 튜브시트(20)에 상기 튜브(10)가 더욱 밀착되어 결합된다. 그 후, 쉘측 용접(웰딩, Welding)을 실시하는데, 쉘측 용접이란 쉘측으로 유입되는 유체에 의해서 상기 튜브(10)의 파공과 부식을 방지하기 위하여 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20) 사이로 침투하는 것을 막는 용접으로, 상기 튜브(10)와 튜브시트(20)의 결합 안쪽부분(즉, 쉘측으로 유입·유출되는 유체와 접하는 부분)에 대한 용접이다. 쉘측 용접은 상기 튜브시트(20)의 안쪽 측면에 튜브시트 홈(22)을 형성하고, 용접토치(T)를 이용하여 용접이 이루어진다. 상기 용접토치(T)에 의해 모재인 상기 튜브(10)는 상기 튜브시트홈(22)에 의해 형성된 튜브시트하단접합부(23)와 함께 상기 튜브시트(20)의 외측에서 직접 용접이 이루어진다.
여기서, 상기 튜브시트(20)의 측면에 튜브시트홈(22)을 형성하는 이유는 쉘측 용접시 상기 튜브시트(20) 전체를 가열할 필요가 없이 상기 튜브시트홈(22)에 의해 형성된 상기 튜브시트하단접합부(23)에 대해서만 가열하면 용접이 가능하도록 한 것이다. 상기 튜브(10)의 두께는 대략 1.5 내지 2mm 정도이므로, 상기 튜브시트홈(22)에 의해 형성된 상기 튜브시트하단접합부(23)의 두께도 상기 튜브(10)의 두께와 동일하게 형성하면 상기 튜브시트(20) 전체를 가열할 필요 없이 상기 튜브시트하단접합부(23)에만 국부적으로 가열하더라도 용접이 이루어지므로 용접시 필요한 열의 소모량을 줄이고 이에 따라 용접 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 튜브시트홈(22)은 상기 튜브시트(20)의 측면에 형성되는데, 상기 튜브(10)가 삽입되는 튜브삽입홀(H)에서 미리 정해진 거리만큼 이격된 형태로 상기 튜브삽입홀(H) 주위에 원호 형상으로 형성된다.
상기 튜브시트(20)와 튜브(10)의 내외측에 대한 용접 즉, 상기 튜브시트(20)와 상기 튜브(10)와의 용접결합인 튜브측(외측) 용접과 쉘측(내측) 용접이 각각 이루어지는데, 용접순서는 튜브측(외측) 용접과 쉘측(내측) 용접 중 어느 곳을 먼저 용접하더라도 상관없다.
그러나, 상기 종래 기술(특허문헌 1)은 쉘측 용접시 상기 용접토치(T)에 의해 모재인 상기 튜브(10)가 상기 튜브시트홈(22)에 의해 형성된 튜브시트하단접합부(23)와 함께 상기 튜브시트(20)의 외측에서 직접 용접되는 방식인데, 상기 튜브시트(20)의 쉘측에 하나의 튜브(10)만 용접되는 것이 아니라 수십 내지 백 개 이상의 튜브(10)가 용접된다. 따라서, 상기 튜브시트(20)의 쉘측의 외측에서 직접 용접하는 방법은 바람직하긴 하지만, 현실적으로 다수의 튜브(10)를 상기 튜브시트(20)에 용접 결합해야 하므로 공간이 협소하여 용접토치(T)를 접근시킬 만한 공간확보가 어렵고 이로 인한 용접이 불가능한 부분이 발생된다. 즉, 상기 튜브시트(20)의 쉘측에 용접되는 상기 튜브(10)의 외측에 상기 용접토치(T)로 직접 용접하고자 할 때 상기 튜브시트(20) 바깥쪽에 있는 튜브(10)는 용접 가능할지라도 인접하는 다른 튜브(10)나 안쪽에 결합해야 하는 또 다른 튜브(10)의 용접시에 상기 튜브(10)와 튜브(10) 상호 간에 간섭이 발생하여 용접이 어렵고 작업효율이 현저히 떨어지며 완전한 용접 작업의 수행이 힘들다는 문제점이 있다.
또 다른 종래 기술(특허문헌 2)로는 한국공개특허공보 제10-2013-0081440호가 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 쉘측의 유체가 상기 튜브(10)와 튜브시트(20) 사이로 침투하여 상기 튜브(10)에 발생하는 파공과 부식을 방지하기 위한 것으로 쉘측에 대한 용접시 상기 튜브(10)의 내부로 용접토치(T)를 삽입하여 용접(W)을 실시하는 방법이다. 상기 용접토치(T)가 상기 튜브(10)의 내부에 삽입되어 모재인 상기 튜브(10)에 먼저 용접 열이 가해지고, 상기 튜브(10)를 거쳐 상기 시트홈(22)에 의해 형성된 상기 튜브시트하단접합부(23)에 용접 열이 간접적으로 전달되어 용해되면서 상기 튜브(10)와 상기 튜브시트(20)의 튜브시트하단접합부(23)가 용접 결합되는 방식이다.
여기서, 상기 튜브(10)의 내부로 상기 용접토치(T)를 삽입하여 용접하는 이유는, 상기 튜브시트(20)에 삽입되는 다수개의 상기 튜브(10)를 쉘측의 외측에서 용접토치(T)로 직접 용접할 경우 상기 튜브(10)와 튜브(10) 사이의 협소한 공간에 용접토치(T)를 접근시켜 용접하기가 어렵고 용접을 하더라도 불량이 발생하므로 상기 튜브(10)의 내부로 상기 용접토치(T)를 삽입하여 용접하게 된다.
또한, 상기 튜브시트(20)와 튜브(10)의 내외측에 대한 용접, 즉 상기 튜브시트(20)와 상기 튜브(10)와의 용접결합인 튜브측(외측) 용접과 쉘측(내측) 용접이 각각 이루어지는데, 용접순서는 어디를 먼저 하는지 상관없다.
상기 도 2의 종래 기술(특허문헌 2)은 쉘측의 용접시 상기 튜브시트(20)에 복수의 상기 튜브(10)를 삽입한 상태에서 상기 튜브(10)의 내부로 용접토치(T)를 삽입하여 용접하는 방식이다. 그러나, 상기 튜브(10)의 외주에 용접 결합되는 상기 튜브시트(20)의 튜브시트하단접합부(23)에 상기 용접토치(T)의 용접 열이 직접 전달되어 방식이 아니라 상기 튜브(10)를 거친 용접 열이 간접적으로 전달되는 방식으로 정확한 용접 열이 상기 튜브시트하단접합부(23)에 전달되지 않음으로써 용접시 상기 튜브(10)에 파공이 발생하고 용접불량이 발생하여 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래 기술들은 상기 튜브시트(20) 상에 튜브홈(12)을 형성하여 상기 튜브(10)의 확관 시에 상기 튜브(10)의 일정부분이 상기 튜브홈(12)에 삽입되어 결합력을 높이는 것으로, 상기 튜브시트(20)에 튜브홈(12)을 별도로 설치해야 하고 확관 공정이 필요하므로 제작비용이 상승한다는 문제점도 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 출원인이 출원 및 등록한 특허문헌 3의 한국등록특허공보 제10-1359778호의 "쉘앤튜브 용접방법"이 있다. 그러나, 상술한 종래 기술뿐만 아니라 특허문헌 3의 기술 역시 여전한 문제점을 가지고 있는데, 협소한 공간적 제약 때문에 모재 간의 용접만이 가능할 뿐 용접봉을 사용할 수 없어, 최상의 용접품질을 얻을 수 없고, 산화나 질화 및 오랜 사용에 의한 부식 등의 문제가 여전히 남아있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 종래 매우 협소한 공간의 제약 때문에 용접봉을 사용할 수 없던 것과 달리 획기적으로 용접봉을 사용할 수 있는 새로운 방식을 도입하여 최상의 용접품질을 얻을 수 있으며, 그에 따라 산화나 질화 및 오랜 사용에 의한 부식 등의 문제를 해결할 수 있는 쉘앤튜브 용접방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법은, 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트에 관통 형성된 튜브삽입홀에 튜브를 용접 결합하는 쉘앤튜브 용접방법에 있어서, 상기 튜브시트의 일측면에 상기 튜브삽입홀로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈을 함몰 형성하는 튜브시트홈 형성단계와, 상기 튜브시트의 튜브삽입홀 내부로 상기 튜브와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상의 튜브접합부재를 삽입하는 튜브접합부재 삽입단계와, 비피복 용접봉인 장형의 용접와이어를 일정한 길이로 절단하고, 상기 튜브의 외주에 삽입되도록 링형상의 링와이어로 제작하는 링와이어 제작단계와, 상기 링와이어를 상기 튜브의 일단 외주에 삽입하는 링와이어 삽입단계와, 상기 튜브의 일단이 상기 튜브접합부재의 마주보는 일단에 접촉되고, 상기 튜브시트홈과 튜브삽입홀 사이의 접합부에 상기 링와이어가 접촉됨과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 상기 튜브의 일단을 상기 튜브시트의 일측방향으로 삽입하는 튜브 삽입단계와, 상기 튜브시트의 타측면에 상기 튜브접합부재의 타단을 용접결합하는 튜브측 용접단계와, 용접토치가 상기 튜브접합부재의 내부로 삽입되어 상기 튜브시트의 일측면에 상기 링와이어를 용가재로 하여 상기 튜브접합부재의 일단과 상기 튜브의 일단 및 상기 접합부를 함께 용접결합하는 쉘측 용접단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 튜브접합부재의 길이는 상기 튜브삽입홀의 길이보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브접합부재는, 타단이 상기 튜브삽입홀의 타단과 일치하도록 위치하고 일단은 상기 튜브의 타단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법은, 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트에 관통 형성된 튜브삽입홀에 동일한 직경의 튜브접합부재와 튜브를 함께 삽입하여 접촉시킨 상태에서 튜브접합부재의 내부로 용접토치를 삽입하여 용접하는 것으로, 용접대상에 용접토치를 용이하게 접근시킬 수 있고, 특히 용접토치의 용접 열이 용접대상인 튜브시트, 튜브접합부재 및 튜브에 동시에 직접 가열되면서 링형상의 와이어링을 용가재로 하여 용접됨에 따라 정밀한 용접이 가능함은 물론, 최상의 용접품질을 얻을 수 있으므로 산화나 질화 및 오랜 사용에 의한 부식 등의 문제를 해결할 수 있어 내구성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 쉘앤튜브 용접방법에 대한 단면도이고,
도 2는 또 다른 종래 기술에 따른 쉘앤튜브 용접방법에 대한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 쉘앤튜브 용접방법에 의해 제작된 쉘앤튜브 열교환기이고,
도 4는 본 발명의 쉘앤튜브 용접방법에 따른 튜브시트홈 형성단계 및 튜브접합부재 삽입단계를 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 쉘앤튜브 용접방법에 따른 링와이어 제작단계를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명의 쉘앤튜브 용접방법에 따른 링와이어 삽입단계를 도시한 단면도이며,
도 7은 본 발명의 쉘앤튜브 용접방법에 따른 튜브 삽입단계를 도시한 단면도이며,
도 8은 본 발명의 쉘앤튜브 용접방법에 따른 튜브접합부재 내부로 용접토치가 삽입된 상태를 도시한 단면도이며,
도 9는 도 8의 실시예의 용접토치에 의해 튜브측 및 쉘측이 용접된 상태를 도시한 단면도이며,
도 10 내지 12는 도 3의 실시예의 반대편 튜브측 및 쉘측의 용접과정을 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법에 관한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법의 경우, 도 3 내지 9에 도시된 바와 같이 튜브시트(100)는 튜브삽입홀(110), 튜브시트홈(120) 및 접합부(130)로 형성되고, 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 튜브접합부재(200)와 튜브(300)가 삽입되어 용접결합되는 방식이다.
본 발명의 쉘앤튜브 용접방법이 적용되는 쉘앤튜브 열교환기의 구성은 도 3에 도시된 바와 같이 튜브측(Tube Side)과 쉘측(Shell Side)에 각각 다른 유체가 유입·유출되면서, 상호 간에 열교환이 이루어지는 것으로, 상기 쉘측의 내부를 통과하는 상기 튜브(300)가 상기 쉘측 내부와 완전히 차단되어야 상기 쉘측과 튜브측의 각기 다른 유체의 혼합이 방지되므로 상기 튜브(300)는 쉘측에 대하여 튜브측이 밀폐되도록 한 쌍이 서로 마주보며 대칭되게 형성된 상기 튜브시트(100)에 용접 결합된다.
튜브시트(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 튜브삽입홀(110)이 관통 형성되고, 상기 튜브삽입홀(110)로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈(120)이 함몰 형성된다. 이때, 상기 튜브시트홈(120)이 상기 튜브삽입홀(110)로부터 이격된 사이는 접합부(130)가 되고, 상기 접합부(130)는 후술할 튜브접합부재(200)의 일단에 접촉된 튜브(300)의 일단과 함께 용접 결합된다.
상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈(120)을 함몰 형성하는 이유는, 쉘측 용접시 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110) 전체를 가열할 필요가 없이 상기 튜브시트홈(120)에 의해 형성된 상기 접합부(130)에 대해서만 국부적으로 가열하면 용접이 가능하므로 용접시 필요한 열의 소모량을 줄일 수 있어 용접 효율이 높아진다. 또한, 상기 튜브(300)의 두께는 대략 1.6mm 정도이므로 상기 튜브삽입홀(110)과 이격된 상기 튜브시트홈(120) 사이에 형성된 상기 접합부(130)의 두께도 상기 튜브(300)의 두께와 동일하게 형성하면 용접효율이 한층 더 높아진다.
여기서, 상기 튜브삽입홀(110)은 상기 튜브시트(100)의 일측면과 타측면을 관통하여 튜브삽입홀(110)이 형성되는데, 상기 일측면은 한 쌍의 상기 튜브시트(100)가 서로 바라보는 안쪽을 지칭하는 것으로 쉘측이고, 타측면은 상기 튜브시트(100)가 서로 바라보는 안쪽의 반대편인 바깥쪽을 지칭하는 것으로 튜브측이다. 따라서, 상기 튜브시트(100)에 형성되는 상기 튜브시트홈(120)과 접합부(130)는 쉘측에 형성된다.
튜브접합부재(200)는 도 3, 4 및 6에 도시된 바와 같이 상기 튜브(300)와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상으로 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입된다. 상기 튜브삽입홀(110)에 삽입된 상기 튜브접합부재(200)의 일단은 한 쌍의 상기 튜브시트(100)가 서로 바라보는 안쪽인 쉘측(일측)에 위치되고, 상기 튜브접합부재(200)의 타단은 한 쌍의 상기 튜브시트(100)가 서로 바라보는 반대편인 바깥쪽의 튜브측(타측)에 위치된다.
이때, 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)과 이격되어 함몰 형성된 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 거리인 상기 접합부(130)의 길이 내에 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 일단이 접촉되어야 용접시 후술할 용접토치(T)에 의해 상기 접합부(130)와 함께 용접 결합된다. 따라서, 상기 튜브접합부재(200)의 길이는 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)의 길이보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 튜브접합부재(200)는, 타단이 상기 튜브삽입홀(110)의 타단과 일치하도록 위치하고 일단은 상기 튜브(300)의 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 한다.
튜브(300)는 도 3, 4 및 6 내지 12에 도시된 바와 같이 한 쌍이 서로 마주보며 대칭되게 형성된 상기 튜브시트(100) 사이에 용접 결합되어 열교환기의 쉘측 내부를 통과하되 상기 쉘측 내부와 완전히 차단되도록 밀폐되어 상기 쉘측과 튜브측의 각기 다른 유체의 혼합을 방지한다. 상기 튜브(300)의 일단은 상기 튜브접합부재(200)의 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내에 위치되도록 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입되고, 후술할 용접토치(T)에 의해 상기 튜브접합부재(200)의 일단 및 상기 튜브시트(100)의 접합부(130)와 함께 용접 결합된다.
또한, 상기 튜브(300)는 한 쌍이 서로 마주보며 대칭되게 형성된 상기 튜브시트(100) 사이에 용접 결합되므로, 도 3, 4 및 5 내지 9에 도시된 바와 같이 한쪽의 튜브시트(100)에 튜브(300)를 먼저 용접 결합한 후 도 10 내지 12에 도시된 바와 같이 반대쪽도 동일한 방법으로 용접 결합한다.
이때, 상기 튜브접합부재(200), 튜브시트(100)의 접합부(130) 및 튜브(300)가 용접결합될 때 모재만이 용접결합될 경우 최상의 용접품질을 얻을 수 없고, 산화나 질화 및 오랜 사용에 의한 부식 등의 문제가 될 수 있다. 이러한 문제를 해결하고자 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법에서는 협소한 공간에서도 쉘앤튜브 용접시 용가재를 사용할 수 있는 새롭고 획기적인 방법을 제공할 수 있다. 즉, 도 5 내지 9에 도시된 바와 같이 링와이어(400)를 이용하는 것이다.
링와이어(400)는 도 5에 도시된 바와 같이 복수가 구비되고, 장형의 용접와이어(400')를 일정한 길이로 절단한 후 링형상으로 제작한다. 용접와이어(400')는 비피복 용접봉(bare electrode)이고, 릴(미도시)에 감긴 용접와이어(400')를 풀어 일정한 길이로 절단하여 미리 다량의 링와이어(400)를 제작해 둔다. 이렇게 제작된 링와이어(400)를 도 6에 도시된 바와 같이 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입하기 전에 튜브(300)의 일단 외주에 삽입하여 끼워둔다. 이후, 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 튜브(300)를 삽입하면 접합부(130)에 링와이어(400)가 접촉된 상태가 되는 것이다.
그에 따라, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 상기 튜브(300)의 일단은 상기 튜브접합부재(200)의 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내에 위치되도록 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입되고, 용접토치(T)에 의해 상기 튜브접합부재(200)의 일단 및 상기 튜브시트(100)의 접합부(130)와 함께 링와이어(400)를 용가재로 하여 용접 결합된다.
또한, 상기 튜브(300)는 한 쌍이 서로 마주보며 대칭되게 형성된 상기 튜브시트(100) 사이에 용접 결합되므로, 도 3 내지 9에 도시된 바와 같이 한쪽의 튜브시트(100)에 튜브(300)를 먼저 용접 결합한 후 도 10 내지 12에 도시된 바와 같이 반대쪽도 동일한 방법으로 링와이어(400)를 용가재로 하여 용접 결합한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법은, 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트(100)에 관통 형성된 튜브삽입홀(110)에 동일한 직경의 튜브접합부재(200)와 튜브(300)를 함께 삽입하여 접촉시킨 상태에서 튜브접합부재(200)의 내부로 용접토치(T)를 삽입하여 용접하는 것으로, 용접대상에 용접토치(T)를 용이하게 접근시킬 수 있고, 특히 용접토치(T)의 용접 열이 용접대상인 튜브시트(100), 튜브접합부재(200) 및 튜브(300)에 동시에 직접 가열되면서 링형상의 와이어링(400)을 용가재로 하여 용접됨에 따라 정밀한 용접이 가능함은 물론, 최상의 용접품질을 얻을 수 있으므로 산화나 질화 및 오랜 사용에 의한 부식 등의 문제를 해결할 수 있어 내구성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 튜브시트홈(120)의 간격 범위 내로 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 일단이 접촉된 상태에서 상기 튜브접합부재(200)의 내부로 용접토치(T)를 삽입하여 용접 열을 가하면 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 일단이 접촉된 부위는 물론 접촉된 틈새를 통해 상기 튜브시트홈(120)에 의해 형성된 상기 튜브시트(100)의 접합부(130)에도 용접 열이 직접 전달되고, 상기 튜브시트(100)의 접합부(130)에 상기 튜브접합부재(200)의 일단 및 상기 튜브(300)의 일단이 함께 용접 결합됨과 동시에 와이어링(400)이 용융되면서 도 9에 도시된 바와 같이 용접 후 용착금속을 이루게 되는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법의 구체적인 공정을 도면을 참조하여 살펴본다.
도 4에 도시된 바와 같이 쉘앤튜브 열교환기의 상기 튜브시트 (100)에 튜브삽입홀(110)이 먼저 관통 형성되고, 그 후 상기 튜브시트(100)의 일측면에 상기 튜브삽입홀(110)로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈(120)을 함몰 형성하는 튜브시트홈 형성단계이다.
상기 튜브시트홈 형성단계에서, 상기 튜브시트홈(120)이 상기 튜브삽입홀(110)로부터 이격된 사이의 거리가 상기 접합부(130)의 두께가 되고 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 거리가 상기 접합부(130)의 길이가 된다. 상기 튜브시트(100)의 접합부(130)는 상기 용접토치(T)에 의해 상기 튜브접합부재(200)의 일단 및 후술할 튜브(300)의 일단과 함께 와이어링(400)을 용가재로 하여 용접 결합된다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입(110)홀 내부로 상기 튜브(300)와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상의 튜브접합부재(200)를 삽입하는 튜브접합부재 삽입단계이다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이 장형의 용접와이어(400')를 일정한 길이로 절단하고, 상기 튜브(300)의 외주에 삽입되도록 링형상의 링와이어(400)로 제작하는 링와이어 제작단계이다. 상기 링와이어 제작단계의 경우에는 공정상 튜브접합부재 삽입단계 이후로 기재되어 있으나, 다른 공정과 달리 선후가 없고 미리 다량의 링와이어(400)를 제작해둘 수 있다.
이렇게 제작된 링와이어(400)를 도 6에 도시된 바와 같이 상기 튜브(300)의 일단 외주에 삽입하는 링와이어 삽입단계를 수행하게 된다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이 링와이어(400)가 삽입된 상기 튜브(300)의 일단이 상기 튜브접합부재(200)의 마주보는 일단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 상기 튜브(300)의 일단을 상기 튜브시트(100)의 일측방향으로 삽입하는 튜브 삽입단계이다. 이때, 상기 링와이어(400)는 튜브시트(100)의 접합부(130)에 접촉된 상태가 된다.
상기 튜브접합부재 삽입단계와 튜브 삽입단계에서, 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위가 상기 용접토치(T)에 의해 용접되는 범위이므로, 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)과 이격되어 함몰 형성된 상기 튜브시트홈(120)의 함몰된 간격 범위 내로 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 일단이 삽입되어 접촉되면 상기 튜브접합부재(200)의 내부로 삽입되는 상기 용접토치(T)의 용접 열에 의해 상기 튜브시트홈(120)에 의해 형성된 상기 접합부(130), 상기 튜브접합부재(200)의 일단 및 상기 튜브(300)의 일단이 링와이어(400)를 용가재로 하여 함께 용접 결합된다.
다음으로, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 상기 튜브시트(100)의 타측면에 상기 튜브접합부재(200)의 타단을 용접결합하는 튜브측 용접단계와, 용접토치(T)가 상기 튜브접합부재(200)의 내부로 삽입되어 상기 튜브시트(100)의 일측면에 상기 링와이어(400)를 용가재로 하여 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 상기 튜브(300)의 일단을 용접결합하는 쉘측 용접단계를 수행하게 된다. 여기서, 상기 튜브측 용접단계 및 상기 쉘측 용접단계의 용접순서는 어느 단계를 먼저 실시하더라도 무방하다.
또한, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 상기 쉘측 용접단계에서 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입된 상기 튜브접합부재(200)의 타단 내부로 상기 용접토치(T)를 삽입한다. 다만, 상기 튜브접합부재(200)의 일단과 접촉되는 상기 튜브(300)의 타단 방향으로 상기 용접토치(T)를 삽입할 수도 있으나, 이는 상기 튜브(300)의 길이만큼 상기 용접토치(T)가 삽입되어야 하므로 삽입길이가 너무 길어지기 때문에 상기 튜브접합부재(200)의 타단 내부로 상기 용접토치(T)를 삽입하는 것이 바람직하다.
상기 도 4 내지 9의 설명은 쉘앤튜브 열교환기에 설치되는 한 쌍의 상기 튜브시트(100)와 튜브(300)의 쉘앤튜브 용접방법 중 한쪽에 대한 설명이고, 도 10 내지 12에 도시된 바와 같이 나머지 반대쪽도 동일한 방법으로 용접한다.
도 10은 상기 튜브시트(100)에 튜브삽입홀(110) 및 튜브시트홈(120)이 형성되는 튜브시트홈 형성되는 형성단계 및 상기 튜브삽입홀(110)에 튜브접합부재(200)가 삽입되는 튜브접합부재 삽입단계를 도시하였다. 도 11은 상기 튜브접합부재(200) 내부로 상기 용접토치(T)가 삽입된 상태를 도시하였는데, 상기 쉘측 용접단계에서 상기 튜브시트(100)의 튜브삽입홀(110)에 삽입된 상기 튜브접합부재(200)의 타단 내부 즉, 삽입거리가 짧은 쪽으로 상기 용접토치(T)를 삽입하는 것이 바람직하다. 도 12는 상기 용접토치(T)에 의해 튜브측 용접단계 및 쉘측 용접단계를 도시하였는데, 상기 튜브측 용접단계 및 상기 쉘측 용접단계의 용접순서는 어느 단계를 먼저 실시하더라도 무방하다.
본 발명에 따른 쉘앤튜브 용접방법으로 용접된 상태는 용접부위(W)로 도시된 부위이고, 실제 용접된 상태는 도 9에 도시된 바와 같다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 종래 협소한 공간의 제약 때문에 모재 간의 용접만이 이루어지던 것과 달리, 새롭고 획기적인 링와이어(400)를 이용한 용가재로 모재를 함께 용접함으로써 최상의 용접품질을 얻을 수 있으므로 산화나 질화 및 오랜 사용에 의한 부식 등의 문제를 해결할 수 있어 내구성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
본 발명은 용접토치의 용접 열이 용접대상인 튜브시트, 튜브접합부재 및 튜브에 동시에 직접 가열되면서 링형상의 와이어링을 용가재로 하여 용접됨에 따라 정밀한 용접이 가능함은 물론, 최상의 용접품질을 얻을 수 있으므로 산화나 질화 및 오랜 사용에 의한 부식 등의 문제를 해결할 수 있어 내구성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있는 쉘앤튜브 열교환기에 적용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 쉘앤튜브 열교환기의 튜브시트에 관통 형성된 튜브삽입홀에 튜브를 용접 결합하는 쉘앤튜브 용접방법에 있어서,
    상기 튜브시트의 일측면에 상기 튜브삽입홀로부터 외주방향을 향해 소정의 거리만큼 이격된 환형의 튜브시트홈을 함몰 형성하는 튜브시트홈 형성단계와,
    상기 튜브시트의 튜브삽입홀 내부로 상기 튜브와 동일한 직경으로 형성된 원통 형상의 튜브접합부재를 삽입하는 튜브접합부재 삽입단계와,
    비피복 용접봉인 장형의 용접와이어를 일정한 길이로 절단하고, 상기 튜브의 외주에 삽입되도록 링형상의 링와이어로 제작하는 링와이어 제작단계와,
    상기 링와이어를 상기 튜브의 일단 외주에 삽입하는 링와이어 삽입단계와,
    상기 튜브의 일단이 상기 튜브접합부재의 마주보는 일단에 접촉되고, 상기 튜브시트홈과 튜브삽입홀 사이의 접합부에 상기 링와이어가 접촉됨과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하도록 상기 튜브의 일단을 상기 튜브시트의 일측방향으로 삽입하는 튜브 삽입단계와,
    상기 튜브시트의 타측면에 상기 튜브접합부재의 타단을 용접결합하는 튜브측 용접단계와,
    용접토치가 상기 튜브접합부재의 내부로 삽입되어 상기 튜브시트의 일측면에 상기 링와이어를 용가재로 하여 상기 튜브접합부재의 일단과 상기 튜브의 일단 및 상기 접합부를 함께 용접결합하는 쉘측 용접단계를 포함하여 이루어진 쉘앤튜브 용접방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜브접합부재의 길이는 상기 튜브삽입홀의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 용접방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 튜브접합부재는,
    타단이 상기 튜브삽입홀의 타단과 일치하도록 위치하고 일단은 상기 튜브의 타단에 접촉함과 동시에 상기 튜브시트홈의 함몰된 간격 범위 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 쉘앤튜브 용접방법.
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