[논문]PE 이중벽관 융착시 열판 형상에 따른 PE 파이프의 용접성에 관한 연구

강창구; 김재성; 안대환; 이경철; 황웅기; 이보영

PE 이중벽관 융착시 열판 형상에 따른 PE 파이프의 용접성에 관한 연구
Studies on the Improvement of Butt Welding Characteristic of Polyethylene Pipes using an Advanced Heat Plate 원문보기

강창구 (항공대) , 김재성 (항공대) , 안대환 (항공대) , 이경철 (항공대) , 황웅기 (항공대) , 이보영 (항공대)

Many processes have been introduced to join PE pipes, but most of these methods have lots of disadvantages such as costs and lack of reliability, etc. Recently due to the benefits of cost, safety and reliability, the but welding has been paid much attention to join PE pipes. In case of butt welding, the heat plate which is used to melt PE pipes is the most critical equipment. In this study, after designed secondary developed heat plate of new shape, the PE double wall pipes were but-welding by using the developed heat plate and secondary developed heat plate and comparison of weld-zones and tensile test were performed. As results of tensile test, tensile strengths using secondary developed heat plate were measured higher $1.17{\sim}1.5$ than using developed heat plate.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 선행연구되어 개발된 열판의 단점을 보완하고 접합부 품질을 향상시키고자 하였으며, 특히 공(空)한 접합부의 건전성을향상시키기 위하여 보다 새로운 열판을 개발하고자 하였다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 PE pipe 가 닿는 홈 (groove) 부분에 한 층의 홈들더 가공하여 용융물이 안으로 모이게 유도하였다. 이로 인해 pipe의 공(空)한 부분이용융물에 의해 밀(密)하게 채워지는 효과로 선행연구 개발된 열판의 단점을 극복하고자 하였다.

제안 방법

수행하였다. PE 이중벽관 접합부의 신뢰성과 건전성을 보다 높이고 자 기존에 제안된 개발 열판의 단점을 보완할 수 있도록 새롭게 설계하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
PE 이중벽관을 접한 한 후 접합부의 건전성을 판단하기 위하여 인장실험을 실시하였다. 시험속도는 10mm/min坨0%任CSM 3006)로 실시하였고 그 결과를 Table3에 나타내었다.
PE 이중벽관의 맞대기융착에서의 주요 변수를 온도, 압력, 가열 시간으로 설정하여 실험을 실시하였으며, 접합 조건은 기초실험을 통하여 선정하였고 그 조건은 TM)le2에 나타내었다.
따라서 융착 시 두 배관이 만나는 부분은 밀(密, Solid) -밀(密), 밀(密)-공(空, Non-solid), 공(空)-공(空) 한, 세 경우의 접합이 이루어지는데, 두 가지의 열판으로 접합을 실시한 후세 접합부에 대해 절단하여 단면을 비교하였다. Fig3에서 보여주는 것과 같이 새롭게 개발된 열판의 경우 공(空) 한 부분에 용융물이 충분히 잔재되면서 접합이 이루어진 것을 알 수 있다.
열판의 형상에 따라 접합부의 형상과 강도 및 수밀성 등이 달라질 수 있다. 본 연구에서는 선행 개발된 열판(developed heat plate)과 신개발 열판(secondary developed heat plate)을 사용하여 PE pipe의 맞대기융착을 실시하였으며, 융착 부의 단면을 확인하고, 인장실험을 통해 접합부의 기계적 물성치를 파악하였다.
본 연구에서는 하수도 관거에 많이 사용되는 PE 이중벽관을 이용하여 이중벽관의 이음기술 중 열판을 이용한 맞대기융착법에 초점을 맞추어 실험을 수행하였다. PE 이중벽관 접합부의 신뢰성과 건전성을 보다 높이고 자 기존에 제안된 개발 열판의 단점을 보완할 수 있도록 새롭게 설계하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
선행 개발된 열판에서 홈(groove)이 있는 부분에 융착시용융물이 잔재될 수 있는 공간을 확보시키기 위하여 Fig2.처럼 홈을 한층 더 가공하여 설계 하였다.
떨어지는 문제점이 있었다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 PE pipe 가 닿는 홈 (groove) 부분에 한 층의 홈들더 가공하여 용융물이 안으로 모이게 유도하였다. 이로 인해 pipe의 공(空)한 부분이용융물에 의해 밀(密)하게 채워지는 효과로 선행연구 개발된 열판의 단점을 극복하고자 하였다.
현행 열판의 한계점을 극복하기 위하여 새로운 디자인의 열판을 고안하였고⑸, 그 열판의 단점을 보완하기 위하여 열판의 형상을 재설계하여 제작하였다. 선행 개발된 열판에서 홈(groove)이 있는 부분에 융착시용융물이 잔재될 수 있는 공간을 확보시키기 위하여 Fig2.

대상 데이터

본 연구에 사용된 PE 이중벽관의 물성과 개발된 열판을 Table. 1과 Fig.

성능/효과

1) 선행 개발 열판과 새롭게 개발된 열판을 이용하여 PE 이중벽관을 접합한 후 접합부의 단면을 비교한 결과 선행 개발 열판에서 접합이 제대로 이루어지지 않았던 공(空)-공(空)한 부분의 접합이 새롭게 고안된 설계형상에 의해 접합 면적이 넓어져 보다 건전하게 접합된 것을 확인할 수 있었다.
2)인 장실험을 실시한 결과 기존의 열판보다 약 1.17~ 1.5배에 가까운 인장 강도를 얻을 수 있었으며 파단면 또한 거의 모든 시편 이 모재부에서파단된 것을 확인할 수 있었다.
3) 접합부의 단면을 관찰하고 인장 강도를 확인한 결과, 본 연구에서 개발된 열판의 우수성을 확인 할 수 있었다.
그리고 최대 인장 강도의 경우에는 기존에 개발된 열판보다 1.17~ 1.5배 이상의 높은 인장 강도의 값을 확보하였다.
인장실험 결과 기존에 개발된 열판의 경우 밀(密 (S)-공(空(N))과 공(空)-공(空) 접합의 경우 각각 HAZ부와 접합부에서 시편의 파단이 일어났으나, 2차로 개발된 열판에서는 공(空)-공(空)한 부분에서만 HAZ에서 파단이 이루어졌고 나머지 두 군데에서는 모재부에서 파단이 일어났다. 그리고 최대 인장 강도의 경우에는 기존에 개발된 열판보다 1.

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