KR101710479B1 - 파이프 접합 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한 쌍의 파이프들을 가열 압접시키기 위한 파이프 접합 장치에 있어서, 상기 파이프들의 종단이 접합되는 접합 영역 안쪽에 위치되도록 상기 파이프들의 내부에 삽입되는 내부 소켓부; 및 상기 파이프들의 접합 영역이 노출되도록 상기 파이프의 외주면에 각각 결합된 외부 소켓부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치 및 방법을 개시한다. 상기와 같은 파이프 접합 장치 및 방법은 용이하게 파이프들을 접합시켜 작업 시간 및 비용을 감소시킬 수 있고, 접합된 파이프들의 구조적 안정성을 향상시킨다.

Description

파이프 접합 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR JOINING PIPES}
본 발명은 파이프 접합 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 용이하게 파이프들을 접합하면서 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 파이프 접합 장치 및 방법에 관한 것이다.
소구경 파일 공법은 주로 구조물 기초 공사에 작업 공간의 여유가 부족하거나 도심지 내에 대구경 파일 공법의 작업 환경이 여의치 않은 경우에 주로 적용되는 공법이고, 신설 기초 공사를 포함하여, 지하 구조물의 재건설 및 기존 기초의 보강은 물론이며, 최근에는 교량의 기초 지지력 또는 내진을 보강할 때 적용되기도 한다.
소구경 파일 공법은 말뚝(샤프트)의 성능과 적용 범위가 매우 다양하여, 모든 지반에 걸쳐 적용이 가능하며, 타 공법 등과 연계하여 사용할 수 있다는 점 등으로 인해 유럽을 중심으로 구조물 보강의 용도로서 활용도가 증가하고 있고, 미국의 경우에도 지진에 대한 기존 구조물의 내진 보강용으로 주목받고 있다.
한편, 소구경 파일의 대표적인 종류로는 마이크로 파일과 헬리컬 파일이 있다. 도 1은 종래의 마이크로 파일(10)을 도시하는 정면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로 파일(10)은 커플러(coupler)(13) 내부에 암나사가 형성되며, 주 몸체를 이루어 수직 하중이 가해지는 쓰레드 바아(thread bar)(11)는 외주면 상에 수나사가 형성되어, 두 개의 쓰레드 바아(11)들은 커플러(13)에 체결되어 상호 접합된다.
도 2는 종래의 헬리컬 파일(20)의 접합부를 도시하는 부분 정면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 헬리컬 파일(20)은 원형 강관의 형태로 이루어지는데, 이들 강관(21)들은 상하로 맞댄 상태로 커플러(22)가 이들 맞댄 부분을 감싸게 되고, 핀들(23, 24)을 통해 상호 고정된다.
하지만, 상기와 같은 방식은 가공비의 증가와 구조적인 안정성에 문제점을 수반하고 있는데, 구체적으로는 핀의 결합으로 체결되는 헬리컬 파일은 강관의 기계적인 강도를 저하시키며, 마이크로 파일은 그 몸체를 이루는 쓰레드 바아의 가공으로 인해 비용이 증가하며 수직의 가압에 대한 구조적 안정성 저하는 물론 연결부의 유격에 의한 수평 변위가 증가된다.
특히, 강관의 형태로 이루어지는 경우, 아크 용접이 적용되기도 한다. 하지만, 균열, 잔류 응력, 변형 등의 발생으로 인해 강도가 저하된다. 또한, 용접 시간이 장시간 소요되고 전문 인력이 요구되기에, 작업 비용이 증가되고 있다. 이처럼 강관을 이용하여 파일을 생성하는 데에 있어서, 작업이 복잡하고 획득된 구조가 안정적이지 못한 실정이다.
공개특허공보 제10-1999-0085577호 (공개일: 1999년 12월 6일) 공개특허공보 제10-2013-0114534호 (공개일: 2013년 10월 17일) 공개특허공보 제10-1985-0003778호 (공개일: 1983년 6월 26일)
본 발명은 용이하게 파이프들을 접합시켜 작업 시간 및 비용을 절감할 수 있는 파이프 접합 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 접합된 파이프들의 구조적 안정성을 향상시키는 파이프 접합 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 한 쌍의 파이프들을 가열 압접시키기 위한 파이프 접합 장치에 있어서, 상기 파이프들의 종단이 접합되는 접합 영역 안쪽에 위치되도록 상기 파이프들의 내부에 삽입되는 내부 소켓부; 및 상기 파이프들의 접합 영역이 노출되도록 상기 파이프의 외주면에 각각 결합된 외부 소켓부들을 포함하되, 상기 파이프들의 접합 영역은 상기 외부 소켓부들 사이의 간격을 통해 가열되고, 상기 파이프들이 가압될 때 상기 외부 소켓부들 사이의 간격은 감소되는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치를 개시한다.
또한, 상기 내부 소켓부의 외경은 상기 파이프의 내경에 상응하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치를 개시한다.
또한, 상기 외부 소켓부의 내측면과 상기 파이프의 외주면 사이에는 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치를 개시한다.
또한, 상기 외부 소켓부들 및 상기 내부 소켓부는 가열 압접되는 파이프들의 용융물에 의해 파손되는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치를 개시한다.
또한, 상기 외부 소켓부가 상기 내부 소켓부보다 높은 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치를 개시한다.
또한, 본 발명은 (a) 한 쌍의 파이프들이 동일선 상에 위치되는 단계; (b) 내부 소켓부가 상기 파이프들의 내부에 삽입되어 상기 파이프들의 종단이 접합되는 접합 영역 안쪽에 위치되는 단계; (c) 외부 소켓부들이 상기 파이프들의 접합 영역이 노출되도록 상기 파이프들의 외주면에 각각 결합되는 단계; (d) 상기 노출된 접합 영역이 상기 외부 소켓부들 사이의 간격을 통해 가열되면서 상기 파이프들이 가압부에 의해 가압되어 접합되고, 상기 외부 소켓부들 사이의 간격이 감소되는 단계; 및 (e) 상기 접합된 파이프들이 냉각되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 파이프 접합 방법을 개시한다.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 내부 소켓부 및 상기 외부 소켓부들이 상기 접합되는 파이프들의 용융물에 의해 파손되면, 상기 가압부는 상기 파이프들을 가압하는 것을 중단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 파이프 접합 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
(1) 본 발명에 따른 파이프 접합 장치 및 방법은 내부 소켓부가 삽입된 파이프들의 접합 영역을 가열하면서 가압하는 용이한 작업을 통해 파이프들을 상호 간에 접합시키고, 파이프들의 접합에 따른 시간 및 비용을 감소시키는 효과를 갖는다.
(2) 본 발명에 따른 파이프 접합 장치 및 방법은 가열되는 파이프들의 접합 영역이 용융되어 내부 소켓부에 의해 지지된 상태에서 일정한 내경을 유지하면서 파이프들을 접합하고, 파이프들에 가해지는 가압력이 가열 압접되는 파이프들의 용융물을 통해 내부 소켓부 및 외부 소켓부들에도 적용되어 내부 소켓부 및 외부 소켓부들을 파손시킴으로써, 접합된 파이프들의 변형을 방지하여 접합된 파이프들의 구조적 안정성을 향상시키는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 마이크로 파일을 도시하는 정면도이다.
도 2는 종래의 헬리컬 파일의 접합부를 도시하는 부분 정면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 접합 장치를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 파이프 접합 장치에서 내부 소켓부 및 외부 소켓부들이 파이프들에 설치된 모습을 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 접합 방법을 단면도의 형태로 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 접합 장치(100)를 도시하는 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 파이프 접합 장치(100)에서 내부 소켓부(101) 및 외부 소켓부(102)들이 파이프(200)들에 설치된 모습을 도시하는 사시도이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 접합 장치(100)는 내부 소켓부(101), 외부 소켓부(102)들, 토치부(103), 가압부(104), 및 거치부(105)를 포함하여, 중공이 형성된 파이프(200)들을 접합, 예를 들어 가열 압접시키는 데 이용된다. 여기서, 파이프(200)들은 직경이 길이보다 현저하게 큰 형상을 갖고, 금속, 예컨대 강(steel) 등이다.
내부 소켓부(101)는 파이프(200)들의 종단이 접합되는 접합 영역 안쪽에 위치되도록 파이프(200)들의 내부에 삽입된다. 여기서, 접합 영역은 파이프(200)들의 접합되는 종단의 인접 영역을 의미한다. 이때, 내부 소켓부(101)의 외경은 파이프(200)의 내경에 상응하는 크기를 갖는다. 이로 인해, 내부 소켓부(101)는 파이프(200)의 내부에 밀착된 상태로 삽입되고, 파이프(200)들을 연결한 상태로 유지할 수 있다.
외부 소켓부(102)들은 파이프(200)들의 접합 영역이 노출되도록 파이프(200)들의 외주면에 결합된다. 즉, 외부 소켓부(102)는 파이프(200)의 내부 소켓부(101)가 결합된 종단부에 결합된다. 또한, 외부 소켓부(102)는 파이프(200)의 내부 소켓부(101)가 결합된 종단에 근접할수록 파이프(200)의 외주면으로부터 이격되는 형상을 갖는다. 이로 인해, 외부 소켓부(102)들은 파이프(200)의 외주면과 외부 소켓부(102)의 내측면 사이에 공간을 형성한다.
토치부(103)는 외부 소켓부(102)들 사이의 간격을 통해 파이프(200)들을 가열한다. 이때, 토치부(103)로부터 방출된 화염은 외부 소켓부(102)들 사이의 간격을 통해 파이프(200)들의 노출된 접합 영역에 도달한다. 또한, 토치부(103)는 화염이 외부 소켓부(102)들 사이의 간격 내에만 가해지도록 화염의 세기를 조절할 수 있고, 외부 소켓부(102)들에 의해 가열하고자 하는 파이프(200)들의 노출된 접합 영역에만 화염을 가할 수 있다.
또한, 토치부(103)의 화염은 파이프(200)의 노출된 접합 영역을 용융시켜, 용융물을 생성한다. 이때, 내부 소켓부(101)가 용융된 파이프(200)들의 접합 영역 안쪽을 지지하여, 용융물인 파이프(200)의 접합 영역은 내부 소켓부(101)에 의해 파이프(200)의 내부에 유입되지 않는다. 이로 인해, 파이프(200)들은 전체적으로 일정한 내경을 유지한 상태로 상호 간에 접합될 수 있다. 또한, 토치부(103)는 화염을 파이프(200)의 외주면을 따라 공급하여 균일하게 파이프(200)들의 접합 영역을 가열한다.
가압부(104)는 파이프(200)들을 상호 간에 접촉상태를 유지하도록 가압한다. 또한, 파이프(200)들은 내부 소켓부(101) 및 거치부(105)를 따라 이동하여 용융된 접합 영역이 접촉되어 상호 간에 접합된다. 즉, 가압부(104)는 토치부(103)와 조합하여 파이프(200)들의 가열 압접을 구현한다. 이때, 파이프(200)들은 접합될 때에도 내부 소켓부(101)에 의해 일정한 내경을 유지할 수 있다.
한편, 가압부(104)가 파이프(200)들을 가압할 때, 가압부(104)의 가압력에 의해 파이프(200)들의 용융된 접합 영역은 중첩되면서 외부 소켓부(102)의 내측면과 파이프(200)의 외주면 사이의 공간에 위치된다. 지속적으로 가압부(104)가 파이프(200)들을 가압하면, 파이프(200)들의 용융된 접합 영역에 따른 용융물은 내부 소켓부(101) 및 외부 소켓부(102)들을 가압한다. 특히, 용융물은 가압력과 더불어 접합된 파이프(200)들의 접합 영역의 내경을 감소시킬 수 있는 힘을 내부 소켓부(101)에 가하여, 내부 소켓부(101)를 파손시킬 수 있다. 내부 소켓부(101)가 파손되면 접합된 파이프(200)들의 접합 영역의 내경은 감소될 수 있다. 내부 소켓부(101)가 파손될 때 외부 소켓부(102)들도 파이프(200)들의 용융된 접합 영역에 따른 용융물에 의해 파손되어, 접합된 파이프(200)들의 접합 영역의 내경의 감소에 따른 접합된 파이프(200)들의 변형 가능성이 외부에서 시각적으로 인지될 수 있다. 외부 소켓부(102)들의 파손이 인지된 이후에, 가압부(104)를 이용한 파이프(200)들의 가압 작용이 중단되도록 하여, 접합된 파이프(200)들의 변형, 특히 접합된 파이프(200)들의 접합 영역의 내경의 감소가 방지될 수 있다.
또한, 내부 소켓부(101) 및 외부 소켓부(102)들은 세라믹, 모르타르 등과 같은 파이프(200)보다 높은 내열성을 갖고 낮은 내충격성을 갖는 것이 바람직하다. 이로 인해, 내부 소켓부(101) 및 외부 소켓부(102)들은 토치부(103)의 화염에 의해 파이프(200)들의 접합 영역이 용융될 때 용융되지 않는 상태로 유지될 수 있고, 가압부(104)의 가압력에 의해 파이프(200)들의 변형 또는 파손이 이루어지기 전에 먼저 파손될 수 있다. 특히, 외부 소켓부(102)는 내부 소켓부(101)보다 높은 강도를 갖는다. 이로 인해, 시각적으로 파손 여부를 확인하기 어려운 내부 소켓부(101)는 외부 소켓부(102)들보다 먼저 파손되어, 외부 소켓부(102)들이 내부 소켓부(101)까지도 파손 여부를 확인하는 데에 이용될 수 있다. 또한, 외부 소켓부(102)들이 파손된 이후에, 이미 파손된 내부 소켓부(101)는 파이프(200)들의 내주면으로부터 분리되어 제거될 수 있다.
거치부(105)에는 가열 압접되는 한 쌍의 파이프(200)들이 거치된다. 이때, 거치부(105)는 파이프(200)들이 동일선 상에 위치되도록 배열되는 것이 바람직하다. 또한, 파이프(200)들은 거치부(105)에 의해 지면으로부터 이격된 상태로 유지될 수 있다.
상기와 같은 본 실시예의 파이프 접합 장치(100)는 파이프(200)들을 가열 및 가압함으로써 가열 압접하는 데에 이용된다. 파이프(200)들은 가열 및 가압이라는 간단한 작용을 통해 손쉽고 신속하게 가열 압접될 수 있다. 특히, 파이프(200)들에 삽입된 내부 소켓부(101)는 파이프(200)들의 용융된 접합 영역을 지지하고 파이프(200)들의 접합을 유도하여 접합된 파이프(200)들의 변형, 특히 접합 영역의 내경 감소를 방지하고, 외부 소켓부(102)들과 더불어 접합된 파이프(200)들이 가압부(104)의 가압력에 의해 변형되기 이전에 먼저 파손되어 파이프(200)들의 변형을 인지하도록 한다. 이로 인해, 접합된 파이프(200)들은 접합, 특히 가열 압접에 따른 변형을 방지하여 구조적 안정성을 확보할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 접합 방법을 단면도의 형태로 개략적으로 도시하는 흐름도이다. 도 5에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 접합 방법은 앞서 언급된 본 발명의 파이프 접합 장치(100)를 이용하여 설명하고자 한다.
우선, 파이프(200)들이 동일선 상에 위치되는 단계(S101)가 이루어진다.
다음으로, 내부 소켓부(101)가 파이프(200)들의 내부에 삽입되어 파이프(200)들의 종단이 접합되는 접합 영역 안쪽에 위치되는 단계(S102)가 이루어진다. 이때, 내부 소켓부(101)는 그 외경이 파이프(200)의 내경에 상응하여 파이프(200)의 내측면에 밀착된다.
다음으로, 외부 소켓부(102)들이 파이프(200)들의 접합 영역이 노출되도록 파이프(200)들의 외주면에 각각 결합되는 단계(S103)가 이루어진다. 이때, 외부 소켓부(102)들은 각각 파이프(200)의 내부 소켓부(101)가 결합된 종단에 근접할수록 파이프(200)의 외주면으로부터 이격되는 형상을 갖고 상호 간에 이격된다. 이로 인해, 외부 소켓부(102)의 내측면과 파이프(200)들의 외주면 사이에는 공간이 형성된다. 한편, S103 단계는 S102 단계와 동시에 이루어지거나, S102 단계 이전에 이루어질 수 있다.
다음으로, 파이프(200)들의 노출된 접합 영역이 외부 소켓부(102)들 사이의 간격을 통해 가열되는 동시에 파이프(200)들이 가압되어 접합되는 단계(S104)가 이루어진다. S104 단계에서, 토치부(103)가 화염을 방출하여 파이프(200)들을 가열하고 가압부(104)가 파이프(200)들을 상호 간에 접촉시키도록 가압한다. 이때, 파이프(200)들의 접합 영역이 가열되고, 가열되는 파이프(200)들의 접합 영역은 용융되어 용융물로 형성되고, 가압부(104)에 의해 가압되어 중첩되면서 접합된다. 한편, 용융된 파이프(200)들의 접합 영역은 내부 소켓부(101)에 의해 지지되어 파이프(200)들의 내부로 유입되지 않고 일정한 내경을 유지하면서 접합된다.
한편, S104 단계에서 파이프(200)들은 거치부(105)에 거치된 상태이다. 이로 인해, 파이프(200)들은 지면으로부터 이격된 상태에서 가열 및 가압될 수 있다. 또한, 파이프(200)들이 거치부(105)에 거치되는 것은 S101 단계에서 이루어질 수도 있고, S104 단계 이전에 이루어질 수도 잇다.
또한, S104 단계에서, 내부 소켓부(101) 및 외부 소켓부(102)들이 파손되면, 가압부(104)에 의한 가압이 중단되는 단계가 이루어질 수 있다. 내부 소켓부(101) 및 외부 소켓부(102)들은 파이프(200)들의 용융물에 의해 파손되기에, 파이프(200)들의 접합 영역의 내경 감소를 감지하는 데에 이용된다. 이때, 내부 소켓부(101) 및 외부 소켓부(102)들은 파손될 때, 용융물은 가압부(104)로부터 가압력을 전달받는 상태이기도 하다. 이로 인해, 가압부(104)는 파이프(200)들의 접합 영역의 내경 감소를 발생시키기 전까지만 파이프(200)들을 가압하는 데에 이용된다.
다음으로, 접합된 파이프(200)들이 냉각되는 단계(S105)가 이루어진다. S105 단계를 통해 파이프(200)들은 접합된 상태로 이용될 수 있게 된다. 이때, 파이프(200)들의 접합 영역은 그 내경이 일정하게 유지되고, 그 외경은 파이프(200)들의 나머지 부분의 외경보다 크다. 또한, 파손된 내부 소켓부(101) 및 외부 소켓부(102)들은 접합된 파이프(200)들로부터 제거된 상태이다.
상기와 같은 파이프 접합 방법은 내부 소켓부(101) 및 외부 소켓부(102)를 이용하여 일정한 내경을 유지하면서 가압력으로 인한 접합된 파이프들의 내경 감소를 방지하기에 접합된 파이프들의 구조적 안정성을 유지할 수 있도록 한다.
이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 또한, 특허청구범위의 기재 중 괄호 내의 기재는 기재의 불명료함을 방지하기 위한 것이며, 특허청구범위의 권리범위는 괄호 내의 기재를 모두 포함하여 해석되어야 한다.
100: 파이프 접합 장치
101: 내부 소켓부
102: 외부 소켓부
103: 토치부
104: 가압부
105: 거치부
200: 파이프

Claims (7)

  1. 한 쌍의 파이프들을 가열 압접시키기 위한 파이프 접합 장치에 있어서,
    상기 파이프들의 종단이 접합되는 접합 영역 안쪽에 위치되도록 상기 파이프들의 내부에 삽입되는 내부 소켓부; 및
    상기 파이프들의 접합 영역이 노출되도록 상기 파이프의 외주면에 각각 결합된 외부 소켓부들을 포함하되,
    상기 파이프들의 접합 영역은 상기 외부 소켓부들 사이의 간격을 통해 가열되고, 상기 파이프들이 가압될 때 상기 외부 소켓부들 사이의 간격은 감소되고,
    상기 외부 소켓부들 및 상기 내부 소켓부는 가열 압접되는 파이프들의 용융물에 의해 파손되는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 소켓부의 외경은 상기 파이프의 내경에 상응하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 소켓부의 내측면과 상기 파이프의 외주면 사이에는 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 소켓부가 상기 내부 소켓부보다 높은 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 파이프 접합 장치.
  6. (a) 한 쌍의 파이프들이 동일선 상에 위치되는 단계;
    (b) 내부 소켓부가 상기 파이프들의 내부에 삽입되어 상기 파이프들의 종단이 접합되는 접합 영역 안쪽에 위치되는 단계;
    (c) 외부 소켓부들이 상기 파이프들의 접합 영역이 노출되도록 상기 파이프들의 외주면에 각각 결합되는 단계;
    (d) 상기 노출된 접합 영역이 상기 외부 소켓부들 사이의 간격을 통해 가열되면서 상기 파이프들이 가압부에 의해 가압되어 접합되고, 상기 외부 소켓부들 사이의 간격이 감소되는 단계; 및
    (e) 상기 접합된 파이프들이 냉각되는 단계를 포함하되,
    상기 (d) 단계는,
    상기 내부 소켓부 및 상기 외부 소켓부들이 상기 접합되는 파이프들의 용융물에 의해 파손되면, 상기 가압부는 상기 파이프들을 가압하는 것을 중단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 파이프 접합 방법.
  7. 삭제
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