[논문]대구경 곡관 두께감소율 제어를 위한 온도점프 벤딩 공정의 최적화에 관한 연구

허철수; 김래성; 전정환; 양용군; 최효규; 류성기

doi:10.14775/ksmpe.2015.14.4.021

대구경 곡관 두께감소율 제어를 위한 온도점프 벤딩 공정의 최적화에 관한 연구
Study on Optimization of Temperature Jump-Bending Process for Reducing Thickness Attenuation of Large-Diameter Steel Pipe 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.14 no.4, 2015년, pp.21 - 27

허철수 (경상대학교 기계항공공학부(공학연구원)) , 김래성 (경상대학교 창의적항공IT기계융합사업단) , 전정환 (경상대학교 산업시스템공학부) , 양용군 (경상대학교 기계항공공학부(공학연구원)) , 최효규 ((주)제이에이치) , 류성기 (경상대학교 기계항공공학부(공학연구원))

Abstract ▼ AI-Helper

Induction bending is a method that allows the bending of any material that conducts electricity. This technology applies a bending force to a material that has been locally heated by an eddy current induced by a fluctuating electromagnetic field. Induction bending uses an inductor to locally heat steel through induction. This results in a narrow heat band in the shape to be bent. In general, the reduction of thickness attenuation of a large-diameter steel pipe is not allowed to exceed 12.5%. In this paper, in order to meet the standard of thickness attenuation reduction, a non-uniform heating temperature jump-bending process was investigated. As a result, the developed bending technique meets the requirements of thickness attenuation reduction for large-diameter steel pipes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 개발한, 비균일 가열이 가능하며 고주파 가열 코일 자체 냉각 벤딩곡관 냉각수 분사량 및 방향 조절이 가능한 가열/냉각부를 기존의 고주파 벤딩장비에 활용하여 전용 온도점프 유도가열 벤딩 가공 장비를 개발하였다. Fig.
본 논문에서는 기존의 일반 고주파가열 벤딩에서 나타나는 두께 감소 문제를 해결하기 위하여 금속의 고온 유동특성을 이용하여 일반 균일 가열과 다른 축방향 및 원주방향의 국부적인 온도 비 균일 분포 차별화 방식으로 가열하여 벤딩하는 기술로 두께 감소율 문제를 해결하였다.
본 논문에서는 대구경 곡관 두께감소율 제어를 위한 온도점프 벤딩 공정의 최적화에 관한 연구를 통하여 최적화된 벤딩 공정을 통한 대구경 곡관 두께감소율을 측정하여 기존의 일반 벤딩공정과 비교하였다.
5% 이하)으로 정하여 관리하고 있다. 본 논문에서는 일반 고주파가열 벤딩에서 나타나는 두께 감소 문제를 해결하기 위하여 금속의 고온 유동특성을 이용하여 일반 균일 가열과 다른 축방향 및 원주방향의 국부적인 온도 비균일 분포 차별화 가열을 진행하여 벤딩을 함으로써 두께 감소율 문제를 해결한다. Fig.

제안 방법

곡관의 최적 벤딩공정을 결정하기 위하여 ANSYS Design Modeler에서 파이프 벤딩 장치를 Fig.7과 같이 모델링 및 메쉬 생성작업을 수행하였다. 기존의 일반 벤딩 공정을 기초로 온도, 굽힘힘, 벤딩속도 등을 변화시켜 최적의 공정조건을 구하였다.
7과 같이 모델링 및 메쉬 생성작업을 수행하였다. 기존의 일반 벤딩 공정을 기초로 온도, 굽힘힘, 벤딩속도 등을 변화시켜 최적의 공정조건을 구하였다. 한편, 열전달해석 과정에서 수냉식 냉각 방식을 모사하기 위하여 열전달계수를 적절하게 설정하여야 한다.
높은 압력의 냉각유체인 경우 21~25 kW·-2·ºC-1의 열전달계수를 적용하고 있으며, 본 연구에서는 낮은 압력의 냉각유체가 적용된 것으로 간주하여 4kW·-2·ºC-1 의 열전달계수를 적용하였다.
본 논문에서는 대구경 곡관 두께감소율 제어를 위한 온도점프 벤딩 공정의 최적화에 관한 연구를 통하여 최적화된 벤딩 공정을 통한 대구경 곡관 두께감소율을 측정하여 기존의 일반 벤딩공정과 비교하여 아래와 같은 결론을 얻었다.
벤딩 곡관의 두께감소율은 벤딩으로 인한 인장 부분의 두께를 측정하여 벤딩하지 않은 부분과 비교하여 어느 정도 감소되었는가를 평가하는 값이다. 본 논문에서는 직경이 350 mm, 400 mm, 450 mm, 두께가 각각 9t, 12t, 12t인 벤딩 곡관 인장부 분을 부위별로 5번 측정하여 평균값을 구하였다.
본 논문에서는 직경이 350 mm, 400 mm, 450 mm, 두께가 각각 9t, 12t, 12t인 파이프를 일반 벤딩법과 본 논문에서 개발한 온도점프 벤딩 공법으로 벤딩을 수행하여 벤딩 곡관 인장부분을 각각 부위별로 번 측정한 결과를 와 에 5 Table 2 Table 3 나타냈다. Table 2와 Table 3에서 알 수 있듯이 일반 벤딩법에서 350 mm, 400 mm, 450 mm 직경 곡관의 두께 감소율을 측정한 결과 각각 13.

대상 데이터

본 논문에는 대구경 곡관을 연구목표로 설정하였기 때문에 기존 산업에서 많이 쓰이는 곡관의 직경이 350 mm, 400 mm, 450 mm인 대구경 파이프를 시험편으로 사용하였다. Fig.

성능/효과

1. 새로운 가열/냉각부 구조(공/액 냉각 일체형 비균일 가열 고주파 벤딩 코일)로 비균일 가열이 가능하며 고주파 가열 코일 자체 냉각, 벤딩곡관 냉각수 분사량 및 방향 조절이 가능하였다.
2. 기존의 일반 벤딩 공정을 기초로 공정조건을 변화시켜 최적의 공정조건을 구한 결과, 가열 온도 T_CT1, T_CT2, T_AT1, T_AT2는 각각 930, 870℃, 880~940 ℃ , 860~920℃에서 최적의 열 소성 및 열 변형 특성을 나타냈고 이송속도는 0.65 mm/sec일 때 제일 적당한 해석 결과를 얻었다.
3. 일반 벤딩법에서 350 mm, 400 mm, 450 mm 직경 곡관의 두께 감소율을 측정한 결과 각각 13.99%, 15.03%, 15.66%로 나타났고 개발한 온도점프 벤딩 공법에서 350 mm, 400 mm, 450 mm 직경 곡관의 두께 감소율을 측정한 결과 각각 11.40%, 11.88%, 11.84%로 나타났다.
가열 온도 TCT1, TCT2, TAT1, TAT2는 각각 930, 870ºC, 880ºC~940ºC, 860ºC~920ºC에서 최적의 열 소성 및 열 변형 특성을 나타냈고 이송속도는 0.65mm/sec이 제일 적당한 해석 결과를 얻었다.
그리고 본 연구에서 개발한 온도점프 벤딩 공법 에서 350 mm, 400 mm, 450 mm 직경 곡관의 두께 감소율을 측정한 결과는 각각 11.40%, 11.88%, 11.84%로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	밴딩가공 부품은 어느 분야에 사용되는가?	밴딩가공 부품은 건물, 다리 및 기차 레일과 같은 구조물에 널리 사용되고 있다. 또한 벤딩가공 부품은 중공업의 기초가 되고 있으며, 플랜트와 산업 구조물 발전정도를 나타낼 수 있는 중요한 기술로 평가되고 있다.
	유도가열방식에서 관구조의 외측이 얇아지는 이유는 무엇인가?	현재 파이프와 같은 구조강의 벤딩기술은 대부분 유도가열방식에 의존하고 있다. 유도가열방식에서는 국부적으로 가열된 관의 낮아진 소성유동응력에 의존하며 관구조의 내측은 주로 압축변형이 발생하므로 변형 후 두께가 두꺼워지지만 외측은 반대로 인장변형을 받기 때문에 얇아진다. 이런 원인으로 강도가 떨어지는 문제점이 있으므로 해양플랜트와 같이 고급 고강도 강관을 사용하는 업종에서는 두께의 감소량을 규격(12.
	유도가열방식에서 관구조 외측이 얇아지면 나타나는 문제는 무엇인가?	유도가열방식에서는 국부적으로 가열된 관의 낮아진 소성유동응력에 의존하며 관구조의 내측은 주로 압축변형이 발생하므로 변형 후 두께가 두꺼워지지만 외측은 반대로 인장변형을 받기 때문에 얇아진다. 이런 원인으로 강도가 떨어지는 문제점이 있으므로 해양플랜트와 같이 고급 고강도 강관을 사용하는 업종에서는 두께의 감소량을 규격(12.5% 이하)으로 정하여 관리하고 있다.

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