KR810001378B1 - 지지체내에서 팽창된 튜우브의 인장 응력의 기계적 제거방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

지지체내에서 팽창된 튜우브의 인장 응력의 기계적 제거방법

제1도 및 제2도는 판내에서 팽창된 튜우브 및 공칭 직경을 가진 튜우브의 팽창 부분과 외부 사이의 전이대역(transition zone)내 응력을 제거하기 위하여 튜우브의 내부에 계합시킨 공구의 종단면도.

제3도는 본 발명 방법의 실제 사용을 위한 변형 장치의 구조 설명도.

본 발명은 튜우브의 팽창된 부분과 변형되지 않은 부분 사이의 전이 대역 내에 기계적인 튜우브 팽창에 의하여 지지체에 고정된 상태에 있는 튜우브내의 잔류 응력을 완화시키는 방법에 관한 것이다.

지지체, 특히 열교환기의 튜우브-시이트와 같이 튜우브를 끼워 맞춘 보어(b ore)가 갖추어진 판내에, 튜우브의 기계적 팽창 방법을 적용하는 것은 통상적인 실시 방법이다. 이러한 방법의 첫 단계는, 해당하는 보어의 표면과 접촉시키기 위하여 각 튜우브를 내부로부터 확대시키며, 둘째 단계는 튜우브를 벽에 대하여 강제로 작용시키고 판에 접착시키고자 하는 튜우브의 금속상에 실제적인 냉간 로울링 또는 냉간단조를 실시한다. 튜우브와 판의 재질은 그들의 기계적 특성이 판의 탄성 한계를 초과함이 없이 튜우브의 소성 변형을 일으키도록 선택되며, 필요에 따라 튜우브 팽창 공정은 단부-용접 조작에 의하여 완결된다.

튜우브의 팽창은 튜우브-팽창기로 공지되어 있으며 보어 및 그 보어와 계합되는 튜우브의 축에 평행하거나 경사진 축을 가진 일련의 로울러를 구비하는 적당한 공구에 의하여 종래의 방법으로 실시된다. 로울러는 회전 구동되고 로울러와 맨드렐 사이에 배치된 축 맨드렐에 의하여 힘이 외부로 작용하므로 튜우브의 벽은 보어의 벽에 대하여 추력을 작용한다.

보다 큰 직경을 가진 팽창된 부분과 초기의 공칭 직경을 가진 튜우브의 부분 사이에 위치한 점에서 튜우브는 부식 매체 내에서 균열이 생기고 어떤 경우에는 운전 중 튜우브내에 관통 구멍을 유발하는 잔류 인장 응력을 받는다. 그러므로 특히 열 교환기에서는 튜우브의 내구성에 역효과를 가진 잔류 응력의 실제적인 제거를 위하여 튜우브를 사용하기 전에 상술한 대역으로부터 인장 응력을 제거한다.

응력 제거의 여러가지 방법들이 이미 알려졌으며 이들 중 대개는 관련된 대역의 열 처리로 이루어진다. 그러나 이러한 조작의 정확한 실시는 대단히 곤란한데 왜냐하면 특히 튜우브의 팽창계수가 판의 팽창 계수보다 높다면 튜우브 팽창 공정자체에 대한 기계적 저항성을 확보하는 응력의 동시 제거를 방지하기 위하여 각 튜우브의 팽창된 부분관 변형되지 않은 부분 사이의 전이 대역 또는 그 부위에 한정된 열 처리를 실시하여야 하기 때문이다. 튜우브가 판 보다 높은 크리이프 강도를 가진때 예컨대 튜우브가 오오스테나이트 스텐레스 강 또는 높은 니켈 함량을 갖는 합금으로 형성되었을 때 그리고 판이 예를 들어 탄소 강일 때, 판의 특성을 해치지 않기 위한 온도 범위내에서의 열적 처리는 팽창된 대역내에 약간의 응력만을 감소시킬 뿐이다.

상술한 곤란점 때문에 본 방법을 대규모 공업에 적응하는 것은 고려될 수 없고 결과적으로 전이 대역내 인장 응력의 제거는 대부분 포기되어 왔다.

본 발명은 지지체 내에서 기계적 팽창을 받은 튜우브의 전이 대역내의 인장 응력을 기계적으로 제거하는 방법에 관한 것으로 본 방법은 즉 튜우브 팽창 공정의 완료로 튜우브와 지지체 사이의 연결이 완료된 후 이루어진다.

이러한 목적을 위하여, 본 방법은 팽창된 튜우브를 연속적으로 직경 변형을 시키고 적어도 팽창된 부분과 튜우브의 공칭 직경이 유지되고 팽창된 부분이 아닌 부분 사이의 전이 대역 내에 조절된 범위로 확대를 실시하는 것으로 구성되었다.

본 방법은 처리된 부분의 탄성 한계를 전체로서 얻기 위해 기계적 변형을 시킴에 의하여 처리된 부분의 잔류 응력을 제거하는 공지된 일반적 원리에 기초를 두고 있다. 소성 변형은 잔류 응력을 받는 대역에서 발생하지만 응력이 영인 대역에서는 보다 작게 일어나고, 이러한 변형은 팽창된 대역내 튜우브 벽의 해로운 냉간 로울을 방지하기 위하여 연속적으로 조절된다. 따라서 이것은 상이한 대역의 부분에 적용할 수 있고 제거가 일어난 후, 즉 그 부분이 초기 형상으로 복귀되였을 때 국부적인 잔류 응력의 상당한 감소를 유발한다. 상술한 방법에 의하여, 인장 응력의 기계적 제거를 위한 이러한 형태의 공정은 튜우브가 제작 공정의 마지막에 약간 연신되는 견인력을 발생함에 의하여 똑바르게 한 후 튜우브의 직선부에 적용된다. 그러나, 이러한 방법은 특별한 용도, 즉 지지체, 특히 판내에서 튜우브를 팽창시키는 용도에는 적용할 수 없다.

본 발명에 따른 방법은 관련된 대역의 조절된 직경 변형을 실시하는 동일한 원리리 상이하게 적용하는 것을 기초로 한다.

본 발명의 첫번째 실시예에서 튜우브의 직경 변형은 잭크의 장치에 의하여 원추 또는 탄두의 형태를 가진 공구의 축방향 전진운동을 조절함에 의하여 실시한다. 다른 실시예에서 방사상 외향 팽창을 시킬 수 있는 공구가 같은 효과를 발생시키는데 사용될 수 있다.

다른 실시예에 따르면 튜우브의 직경 변형은 회전 로울러가 부착된 튜우브-팽창기에 의하여 실시될 수 있으며 또 다른 실시예에서 튜우브의 정반대 변형은 압력 유체를 튜우브의 내부에 도입함에 의하여 실시될 수 있다. 이러한 방법은 동일한 U-형 열교환기 튜우브로부터 인장 응력의 기계적 제거에 사용할 수 있으며 튜우브의 2단부는 동일한 지지판상에 고정된다. 본 방법은 모든 튜우브가 동일한 용량 변화에 상응하는 범위까지 변형되는 사실이 특별하다.

지지체내에서 튜우브의 팽창 후 튜우브로부터 인장 응력의 기계적 제거에 대한 본 발명에 따른 방법은 제한없이 첨부 도면을 참조로 하여 기술된 다음의 실시예의 기술로부터 명백하게 이해되리라 믿는다.

제1도에서 1은 원통형 금속 튜우브의 단부를 나타내고, 이 튜우브는 튜우브-팽창의 종래 방법에 의하여 역시 금속인 횡판 2내에 고정되었으며, 횡판 2는 튜우브 1과 계합할 수 있는 크기의 보어 3을 갖는다. 보어내에 위치한 튜우브의 부분 4는 축 맨드렐(도면에 도시되지 않았음)을 가진 튜우브 팽창기와 같은 어떤 적당한 수단에 의하여 상기 보어의 내벽에 대하여 강제로 밀어넣어서 팽창과 접착에 의하여 튜우브를 고착시킨다. 이와 같이 팽창된 부분 4는 도면에서 점선으로 표시된 바와 같이 전이 대역 6에 의하여 보어 3의 밖에 위치한 튜우브의 공칭 직경 부분 5에 연결된다.

본 발명에 따르면, 전이 대역 6내의 튜우브-팽창에 의하여 발생된 잔류 응력의 제거는 튜우브의 내면에 그리고 팽창된 부분 4를 지나서 원추 또는 탄두 형상의 공구 7을 계합시킴에 의하여 실시되며, 그 공구는 공기 또는 수압 잭에 의하여 튜우브내의 축방향으로 점진적 전진 운동을 한다. 따라서 전이 대역 6은 외향 변형이 생기고 최종 단계에서는 도면의 실선으로 표시된 부분 8이 된다. 전이 대역에 일어난 변형은 통상적으로 직경으로 0.5%정도이며, 예컨대 공구 7의 변위폭을 조절함에 의하여 자동적으로 얻을 수 있다.

제2도에 설명된 다른 실시예는 회전 로울러 9를 움직이는 축맨드렐에 의하여 팽창된 튜우브의 전이 대역 6를 변형시키기 위하여 공구 7(튜우브-팽창기 형식의)을 사용한다. 이러한 경우 전이 대역 6의 외향적 변형으로부터 이루어진 응력의 해소는 사전 보정에 의하여 예정된 변형에 상응하는 어떤 적당한 수의 회전을 실시한 후 로울러를 움직이는 맨드렐의 정지를 프로그램함에 의하여 용이하게 조절될 수 있다.

제3도에 설명된 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에서는, 단부 10과 11을 팽창시킨 후 튜우브 1의 전이 대역의 변형은 튜우브에 수력을 가함에 의하여 이루어지게 된다. 따라서, 팽창된 단부는 각기 2개의 제거할 수 있는 봉합부(removable seal) 12와 13에 의하여 밀폐된다. 봉합부 12는 튜우브의 내부를 수압펌프 15에 연결하는 파이프 14에 의하여 횡단되었고 압력은 압력계 16에 의하여 파이프 14내에서 측정된다. 유사한 방법으로 봉합부 13은 파이프 17에 의하여 출구 및 드레인 밸브 18에 연결되었다.

본 실시예에서 튜우브 1내에 수압 펌프 15에 의하여 생긴 압력은 예정된 값을 얻는 평균 원주방향 응력을 유발시킴에 의하여 팽창된 부분 이상으로 튜우브의 전이 대역에 충분한 변형이 생기도록 선택되어야 한다. 그러나 주어진 모든 튜우브내에 있는 인장 응력의 제거에 필요한 최저 압력을 계산하기 위하여는, 튜우브의 기계적 및 기하학적 특성의 산포로 부터 일어날 수 있는, 최대강도의 튜우브내의 인장 응력을 제거하는데 필요한 압력은 최저 강도를 가진 튜우브의 과잉 변형을 일으키는 상황을 고려하여야 한다. 그러므로, 전이 대역내의 인장 응력을 제거하기 위하여 단일의 내부 압력을 가하는 것은 해로움이 입증되었다.

사용된 공정들은 응력 대신에 변형을 부과하는 것으로, 모든 튜우브의 경우 튜우브가 동일한 체적 변화를 받도록 적당히 변경된다.

튜우브의 내부 체적 변화 ΔV와 튜우브의 직경 변화 Δø 사이의 관계는 다음 식으로 주어진다.

식중에서, L는 튜우브의 길이이고, ø₁는 평균내경이다. 체적 V는 또한 조작을 비압축성 유체로 실시할 때 튜우브의 충전 후 주입되는 유체의 체적이다.

상기에서 주어진 관계식(1)은 튜우브의 두께를 포함하지 않는 장점이 있다. 특히 주어진 튜우브의 경우 내경의 변화는 보통 작아서 2%정도이다. 결과적으로 소정의 변형

를 얻기에 필요한 체적 변화 ΔV는 길이 L이 변할때 만한 튜우브로 부터 다른 튜우브로 변한다. 특히 튜우브 길이가 광범위하게 변하지 않는 열교환기의 경우 인장 응력의 제거에 필요한 체적 변환 ΔV는 항상 동일하다.

결과적으로, 지지체, 특히 판내에서 팽창된 튜우브내 인장 응력의 기계적 제거는 본 발명에 따른 방법에 의하여 간단하고 편리하게 실시될 수 있다. 어떤 매체내에서 회복될 수 없는 균열을 형성시킬 수 있는 응력을 제거함으로써 인장하의 부식에 대한 튜우브의 기계적 특성을 상당히 개량할 수 있게 되었다. 본 발명에 따른 방법은 상술한 바와 같이 기계적 튜우브-팽창에 의하여 이들의 판 또는 지지체 상에 고정된 튜우브에도 적용할 수 있다. 한편, 튜우브가 수압 팽창에 의한 변형의 결과로서 고정되었다면, 이러한 형식의 고정 공정에 의하여 발생된 잔류 응력이 기계적 튜우브 팽창 공정의 것과 비교할 수 없으므로 그 방법은 어떠한 장점도 제공 못한다.

Claims (1)

1. 반경 방향으로 팽창된 부분 4, 비팽창 부분 5 및 상기 팽창부분과 비팽창부분 사이의 전이 대역 6을 포함하는 튜우브 1내의 인장 응력의 기계적 제거 방법에 있어서, 팽창수단 7로 상기 전이대역 6을 접촉시키고, 상기 전이 대역 6내의 제어된 방향과 강도로 직경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 지지체내에서 팽창된 튜우브의 인장 응력의 기계적 제거방법.

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