The current establishment of city gas piping polyethylene (PE) tube used as bonding state or part of the health or safety of fusion is very important. A part of these fusion methods to determine the soundness of the short-term trials and long-term tests can be largely classified. Typical tests inclu...
The current establishment of city gas piping polyethylene (PE) tube used as bonding state or part of the health or safety of fusion is very important. A part of these fusion methods to determine the soundness of the short-term trials and long-term tests can be largely classified. Typical tests include short-term strength, tensile strength, impact strength, compressive strength, resiliency and compression. Polyethylene (PE) pipes installed in the domestic terms of overall penetration rate of 45% has been used. However, polyethylene (PE) pipes have reliability problems, and these occurs mostly in part by defective welding. Therefore, the test is necessary for safety. Non-destructive methods (ultrasonic testing) are difficult to be used. Therefore, Polypropylene copolymer (PP-C), polypropylene homopolymer (PP-H), and polyethylene (PE) pipe are used. Fusion of these materials is necessary in these field however, its technical, and basic research has not been studied well. In this research, short-term strength of welding parts, its tensile strength, hardness, fatigue, and microstructure have been analyzed to find the optimum process conditions to improve mechanical properties.
The current establishment of city gas piping polyethylene (PE) tube used as bonding state or part of the health or safety of fusion is very important. A part of these fusion methods to determine the soundness of the short-term trials and long-term tests can be largely classified. Typical tests include short-term strength, tensile strength, impact strength, compressive strength, resiliency and compression. Polyethylene (PE) pipes installed in the domestic terms of overall penetration rate of 45% has been used. However, polyethylene (PE) pipes have reliability problems, and these occurs mostly in part by defective welding. Therefore, the test is necessary for safety. Non-destructive methods (ultrasonic testing) are difficult to be used. Therefore, Polypropylene copolymer (PP-C), polypropylene homopolymer (PP-H), and polyethylene (PE) pipe are used. Fusion of these materials is necessary in these field however, its technical, and basic research has not been studied well. In this research, short-term strength of welding parts, its tensile strength, hardness, fatigue, and microstructure have been analyzed to find the optimum process conditions to improve mechanical properties.
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문제 정의
가스배관용 플라스틱으로 이용되는 폴리프로필렌 재료를 맞대기 융착시켜 최적화된 접합조건에서의 기계적 특성, 피로 특성 등을 파악하고자 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
따라서, PP 관을 이용하여 융착부가 적정한 강도를 유지하고 있는지 확인하고, 현장에서 필요한 융착 공정에 대한 기본 데이터를 제시하며, 융착의 신뢰성을 입증 할 필요가 있다. 본 연구의 목적은 다양한 조건, 즉 가열 온도, 압력, 용융 시간, 가열 유지 시간, 압착 시간에 변화를 주면서, 가스 배관으로 주로 사용하는 PP관을 이용하여, 융착을 하여, 비드의 형상, 폭, 높이 두께 등 육안 검사로 접합상태를 파악하였고, 적당한 길이로 절단 연마한 후 융착 변수들을 달리하면서 융착하여 시험편을 제작, 인장 강도 시험을 실시하고 그 결과를 바탕으로 국내외 관련규격과 비교하여 최적의 융착 변수를 파악하였다.
접촉시켜 가압하면서 용융한다. 이것은 정상적으로 열판으로부터 용융부위로 열전도가 이루어져 고르게 용융시키기 위하여 열판에 용융시키고자 하는 면을 밀착시킴이 그 목적이다. 방법으로는 용융부위 단면적당 490kPa의 압력으로 비드 전 둘레에 걸쳐 압력을 가해야 한다.
가설 설정
이에 따른 가압력은 50 ~ 150kg/cm2 까지 50kg/cm2 씩 증가 시켜가며 실험 하였다. 융착 시간은 Wsec, 온도 유지 시간은 60sec 으로고정하여 실험하였다.
제안 방법
경도시험은 Wolpert Wilson Instruments 사의 402MVD를 사용하였으며, 적용하중은 50gf(Hv 1)로 설정하였다. 상판 기준 하부 0.1mm 아래에서 0.3mm 간격으로 열영향을 받지 않는 모재까지 충분한 범위를 측정하였다. 피로시험은 ASTM E 466에 따라 Instron 사의 8802 모델을 사용하였으며, 응력비(stress ratio, R)는 -1 이고, 적용 인장응력의 반복률은 200Hz 로 고정하였다.
폴리프로필렌에 최적의 융착 조건을 만족하기 위하여 인장, 경도, 피로수명 등 3가지 분석실험을 하였다. 인장시험기는 Imstron사의 5800series 로 수행되었으며, 최대 200kN의 용량을 갖는 재료 시험기이다.
대상 데이터
0mm/min으로 고정하였다. 경도시험은 Wolpert Wilson Instruments 사의 402MVD를 사용하였으며, 적용하중은 50gf(Hv 1)로 설정하였다. 상판 기준 하부 0.
실험장치는 열과 압력 모두 제어 가능한 열융착기를 사용하였다. Fig.
피로수명 등 3가지 분석실험을 하였다. 인장시험기는 Imstron사의 5800series 로 수행되었으며, 최대 200kN의 용량을 갖는 재료 시험기이다. 시험절차는 KS B 0802에 명시된 절차를 준수하였으며 시험 방식으로는 변위제어방식을 사용하였다.
이론/모형
피로시험은 ASTM E 466에 따라 Instron 사의 8802 모델을 사용하였으며, 응력비(stress ratio, R)는 -1 이고, 적용 인장응력의 반복률은 200Hz 로 고정하였다. 시편에 가해지는 응력은 순수 인장응력 상태이며, 시험편에 적용되는 인장응력은 식 (1)과 같은 탄성보의 방정식(elastic beam equation)을 사용하였다. 여기서, c는 시험편의 최소 반경, Me 인장 및 압축 모멘트, P는 적용하중, Le 모멘트 거리 그리고 I는 관성모멘트이다.
인장시험기는 Imstron사의 5800series 로 수행되었으며, 최대 200kN의 용량을 갖는 재료 시험기이다. 시험절차는 KS B 0802에 명시된 절차를 준수하였으며 시험 방식으로는 변위제어방식을 사용하였다. 이때의 시험 속도는 5.
3mm 간격으로 열영향을 받지 않는 모재까지 충분한 범위를 측정하였다. 피로시험은 ASTM E 466에 따라 Instron 사의 8802 모델을 사용하였으며, 응력비(stress ratio, R)는 -1 이고, 적용 인장응력의 반복률은 200Hz 로 고정하였다. 시편에 가해지는 응력은 순수 인장응력 상태이며, 시험편에 적용되는 인장응력은 식 (1)과 같은 탄성보의 방정식(elastic beam equation)을 사용하였다.
성능/효과
(1) 인장강도, 경도, 피로특성, 외관형상 결과 융착 시 가열 온도 230~240℃에서 압력 100kpa 범위 내에서 기계적 성질이 향상되는 경향을 확인할 수 있었다.
(2) 가열시간 lOsec, 압착시간 60sec을 가하면 최적의 융착 조건이 얻어지는 것을 알 수 있다.
(3) 융착 시 가열 온도 230~240℃, 압력 lOOkPa, 가열시간 lOsec, 압착시간 60sec 범위 내에서 기계적 성질이 개선되었음을 실험적으로 나타낸 결과라 할 수 있다.
8 는 압력 조건 lOOkPa 파괴된 시편의 피로한도에 대한값을 log-log scale로 변환하여 최소 자승법에 의해 피팅 (fitting)하였다. 실험한 결과 210℃ 기준으로 1, 1, 3, 1, 2개씩표} 괴가 일어나지 않았다. 이에 대한 평균 차이는 210℃(72.
14Hv 씩 차이가 났다. 압력 조건 lOOkPa에서 경도 실험한 결과 210℃(57.2Hv) 기준으로 평균 0.11, 0.08, 0.04, 0.04HV 씩 차이가 났고, 150kFa에서 경도 실험한 결과 210℃(57.3Hv) 기준으로 평균 0.1, 0.09, 0.03, 0.0IHv 씩 차이가 났다. 이는 플라스틱 재질은 금속 재질에 비해 온도에 따른 재결정이 이루어지더라도 경도 변화는 없었다.
1 Hv 씩 차이가 났다. 압력 조건 lOOkPa에서 실험 결과 210℃(57.2Hv) 기준으로 평균 0.06, 0.09, 0.08, 0.0IHv 씩 차이가 났고, 150kFa에서 실험한 결과 210℃(57.2Hv) 기준으로 평균 0.06, 0.09, 0.01, 0.04Hv 씩 차이가 났다. 플라스틱 재질은 금속 재질에 비해 온도에 따른 재결정이 이루어지더라도 경도에 변화는 없었다.
3kPa 씩 증가하였다. 피로시험을 실시한 시험편의 균열은 모두 융착부에서 발생하여 모재 두께 방향으로 형상을 유지하면서 관통된 후 진전되면서 파단 되었고, 인장시험의 결과와 거의 동일한 결과를 나타내었다. 융착부의 적정온도의 개선으로 피로수명 증가 시킬 수 있을 것으로 여겨지며, 단순 인장응력 범위가 150kPa이하인 실제 플라스틱 융착 이음부의 피로강도는 온도 및 압력 변수에 의해 크게 향상될 것으로 기대된다.
후속연구
덧붙여, 향후 플라스틱 배관의 접합 시 재료 표면 및 내부에서의 손상을 최소화할 수 있는 개선된 공정 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
피로시험을 실시한 시험편의 균열은 모두 융착부에서 발생하여 모재 두께 방향으로 형상을 유지하면서 관통된 후 진전되면서 파단 되었고, 인장시험의 결과와 거의 동일한 결과를 나타내었다. 융착부의 적정온도의 개선으로 피로수명 증가 시킬 수 있을 것으로 여겨지며, 단순 인장응력 범위가 150kPa이하인 실제 플라스틱 융착 이음부의 피로강도는 온도 및 압력 변수에 의해 크게 향상될 것으로 기대된다.
피로시험을 실시한 시험편의 균열은 모두 융착부에서 발생하여 모재 두께 방향으로 형상을 유지하면서 관통된 후 진전되면서 파단 되었고, 인장시험의 결과와 거의 동일한 결과를 나타내었다. 융착부의 적정온도의 개선으로 피로수명 증가 시킬 수 있을 것으로 여겨지며, 단순 인장응력 범위가 150kPa이하인 실제 플라스틱 융착 이음부의 피로강도는 온도 및 압력 변수에 의해 크게 향상될 것으로 기대된다.
참고문헌 (12)
Donald, L. K. and Robert, L. L., 1990, "Natural Gas Engineering Production and Storage", Mcgraw-Hill, New York, pp. 5-17.
Striplin, T. H., 1990, "Ultrasonic Evaluation of Polyethylene Butt Fused Joint", McElroy Manufacturing Inc., pp. 92-100.
Rovre. D. S, Gueugnaut. D, and Robert. D., 1989, "Test Methodlogy for the Determination of Optimum Fusion Welding Condition of Polyethylene", Journal of Applied Polymer Science, Vol. 38, No. 3, pp. 147 -162.
A. Hillersborg, 1985, "Fusion Jointing of PE Gas Pipes, Criteria for Visual Judging of Heart Fused PEM Pipes", Weld World Soudage Monde, Vol. 23, No. 9-10, pp. 202-207.
Parry, T. V. and Wronski, A. S., 1981, "The effect of Hydrostatic Pressure on the Tensile Properties of Pultruded CFRP," J. of Materials Science, Vol. 20, No. 2, pp. 2141-2147.
McDaniel, D. K., 1979, "The Sun, Our Future Energy Source", John Wiley & Sons, Montreal, pp. 134- 157.
Kim, W. S. and Kim, D. H., 2006, "A study on the Direct Casting of Photo-polymer," Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers, 15(6): pp. 127-133.
Cheong, T. H. and Ha, Y. W., 2002, "A Study on Compressor Seal for Automotive Air-conditioner using Polymer Resin," Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers, 11(5): pp. 81-87.
Kim, O. S, Kim, I. S., Son, J. S., Seo, J. H. and Moon, C. J., 2007, "The Characteristics of Bonding for Thermo-plastic using Solar Energy," Transaction of KSMTE, Vol. 16, No. 2, pp. 106-111.
Son, S. W., Kim, I. S., Jung, J. W., Kim, J. S., and Na, H. H., 2009, "Control the Welding Quality for Stainless Steel Weldment", Korea Society of Machine Tool Engineers Spring Conference, pp. 285-289.
Na, G. D., Yoo, Y. T., Shin, B. H., and Shin, H. J., 2007, "A Study on the Surface Hardening of SCM4 Steel Using a Continuous Wave Nd:YAG Laser", Transaction of KSMTE, Vol. 16, No. 5, pp. 24-32.
Yoo, Y. T., Shin, H. J., and Jang, W. T., 2004, "Surface Heat Treatment of Die Material by Means of CW Nd:YAG Laser", Transaction of KSMTE, Vol. 13, No. 5, pp. 67-74.
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