KR101898682B1

KR101898682B1 - The laser peening apparatus for steel pipe and peening method of the same

Info

Publication number: KR101898682B1
Application number: KR1020170081684A
Authority: KR
Inventors: 김진구; 서송원
Original assignee: 주식회사 풍산
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2018-09-14

Abstract

Provided are a laser peening apparatus and method for a steel pipe capable of preventing corrosion cracking by stress and increasing fatigue strength. The laser peening apparatus for a steel pipe comprises: a cylindrical body having a first sub body and a second sub body; a first body side end part having a wave guide penetrating the center of the first sub body and a plurality of medium insertion pipes penetrating the outer circumferential surface; a second body side end part having a plurality of opaque medium injection nozzles located radially; a shaft connected with the wave guide and having a first laser moving pipe formed therein to move laser; and a rotating part located between the first sub body and the second sub body and rotating at right angles to the movement direction. The body includes a first medium transfer module and a second medium transfer module disposed therein and connected at both end portions of the shaft. The shaft penetrates the center of the rotating part, and a peening nozzle connected with the first laser moving pipe is located on the outer surface of the rotating part.

Description

강관의 레이저 피닝 장치 및 그 방법{The laser peening apparatus for steel pipe and peening method of the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser peening apparatus and a peening method of the same,

본 발명은 강관 레이저 피닝 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고충격에도 내구성이 요구되는 강관의 내부 용접부 또는 내부 전체를 피닝하여 응력부식균열을 방지하고 피로강도를 향상시키는 강관의 레이저 피닝 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a steel pipe pinning apparatus, and more particularly, to a steel pipe pinning apparatus and a steel pipe pinning apparatus for steel pipe which can prevent stress corrosion cracking and improve fatigue strength by pinning an inner welded portion or an entire inner portion of a steel pipe, &Lt; / RTI >

피닝(peening)이란 재료의 표면층에 충격을 가하여 소성변형을 부여함으로써 잔류응력 및 피로강도를 개선하는 표면처리 방법이며, 쇼트 피닝, 해머 피닝, 초음파 피닝, 레이저 피닝 등이 있다.Peening is a surface treatment method that improves residual stress and fatigue strength by applying a plastic deformation to a surface layer of a material, and is a method of surface treatment such as shot peening, hammer pinning, ultrasonic pinning, and laser peening.

최근 들어 레이저 기술의 개발, 레이저의 소형화, 레이저의 광섬유 전송기술의 발달로 인해 레이저 피닝 기술의 활용이 확대되고 있다. 레이저 피닝은 다른 피닝 방법에 비해 피닝 효과가 재료의 깊숙한 곳까지 미치며, 표면으로부터 약 1mm 혹은 그 이상의 깊이까지 압축잔류응력을 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한 국부적인 마이크로 피닝으로 인해 좁고 복잡한 구조물에 적용할 수 있고, 사용 환경이 깨끗하고 소음이 적다. Recently, the development of laser technology, the miniaturization of lasers, and the development of optical fiber transmission technology of lasers are expanding the application of laser peening technology. Laser peening has the advantage that the pinning effect extends deep into the material and forms a compressive residual stress from the surface to a depth of about 1 mm or greater compared to other pinning methods. In addition, due to local micropinning, it can be applied to narrow and complex structures, and the environment is clean and quiet.

상기와 같은 장점으로 인해 레이저 피닝 기술은 원자력 발전 플랜트, 항공기 부품, 원자로 폐기물 처리용기 등과 같은 높은 피로 강도가 요구되는 분야에 이용되고 있다. Due to the above advantages, the laser peening technique is used in fields requiring high fatigue strength such as nuclear power plants, aircraft parts, reactor waste treatment containers, and the like.

레이저 피닝은 레이저로 고압의 플라즈마를 발생시켜 국부적인 소성변형을 일으키고, 압축잔류응력을 형성하여 표면처리를 하는 기술이다. Laser peening is a technique of generating a high-pressure plasma by a laser to cause local plastic deformation, and forming a residual compressive stress to perform surface treatment.

즉, 높은 피크 출력의 단펄스 레이저를 표면 처리할 재료에 조사하면 재료의 표층이 플라즈마화 되고, 표면에 고압의 플라즈마가 발생하게 되는데, 이때 물과 같이 플라즈마의 팽창을 방해하는 레이저 간섭층이 존재하면 좁은 영역에 레이저 에너지가 집중하게 된다. 집중된 레이저 에너지로 인해 GPa급 강도의 플라즈마 압력이 형성되고, 이에 의해 충격파가 발생하여 재료 내부로 전파된다. 이 충격파에 의해 금속 표면에 국부적인 소성변형이 발생하고 주위의 미변형부에 의해 구속을 받음으로써 재료의 표면에 압축잔류 응력이 형성되어 표면처리가 된다. That is, when a material to be surface-treated is irradiated with a short-pulse laser having a high peak output, the surface layer of the material is plasmaized and a high-pressure plasma is generated on the surface. At this time, there is a laser interference layer which interferes with the expansion of plasma The laser energy concentrates in a narrow region. Plasma pressure of the GPa class intensity is formed due to the concentrated laser energy, so that a shock wave is generated and propagated inside the material. This shock wave generates local plastic deformation on the metal surface and is restrained by the surrounding undeformed portion, resulting in a compressive residual stress on the surface of the material and surface treatment.

소성변형에 의한 압축잔류 응력은 피로 강도를 높여 응력부식균열을 방지하고, 피로균열의 진전을 방지하여 피로강도 향상에 효과적이다.The compressive residual stress caused by plastic deformation is effective in preventing stress corrosion cracking by increasing fatigue strength and preventing fatigue crack propagation and improving fatigue strength.

상기 재료의 표층은 플라즈마 형성을 위한 페인트 분사 또는 테이프 부착과 같은 불투명 소재로 형성되고, 레이저 빔이 조사될 부위에 물을 분사한 후 레이저 빔을 조사하면 불투명한 표층이 순간적으로 승화하여 플라즈마 상태가 된다.The surface layer of the material is formed of an opaque material such as a paint spray or a tape attachment for plasma formation. When a laser beam is irradiated after spraying water on a site to be irradiated with the laser beam, the opaque surface layer instantaneously sublimates and the plasma state do.

따라서, 레이저 피닝 수행 전에 피닝할 영역에 걸쳐 별도의 불투명층이 형성되어야하기 때문에, 이는 레이저 피닝 공정 시간의 증가를 가져올 수 있다. 또한, 레이저 피닝은 레이저 빔의 좁은 직경과 직진성으로 인해 1회에 처리할 수 있는 표면적이 적고 곡면처리가 어렵다는 문제점이 있으며, 전용 로봇과 같은 고가의 장비가 필요하기 때문에 설비 비용이 증가하는 문제점이 있다.Thus, since a separate opaque layer must be formed over the area to be pinned before laser peening, this can lead to an increase in laser peening process time. In addition, the laser peening has a problem that the surface area that can be processed at one time is small due to the narrow diameter and the straightness of the laser beam, and that it is difficult to process the curved surface, and an expensive equipment such as a dedicated robot is required. have.

한국 공개특허 제10-2006-0016129호(공개일 : 2006. 02. 21.)Korean Patent Publication No. 10-2006-0016129 (published on February 21, 2006)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 레이저 피닝을 위한 불투명층 형성과 레이저 조사 간의 공정시간을 단축시켜 공정비용을 감소시키는 강관의 레이저 피닝 장치 및 그 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser pipe pinning apparatus and a method thereof for reducing the processing cost by shortening the processing time between formation of opaque layer for laser peening and laser irradiation.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 강관 내부면과 같은 곡면의 표면을 일정하게 피닝할 수 있어 고충격에도 내구성을 만족시킬 수 있는 강관의 레이저 피닝 장치 및 그 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a laser pipe pinning apparatus and method for a steel pipe capable of constantly pinning a surface of a curved surface such as an inner surface of a steel pipe and satisfying durability against high impact.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 제 1 서브몸체와 제 2 서브몸체를 포함하는 원통형의 몸체와, 상기 제 1 서브몸체의 중심을 관통하는 도파관 및 외주면을 관통하는 복수개의 매질투입관을 포함하는 몸체일측단부와, 방사상 위치하는 복수개의 불투명 매질 분사노즐을 구비하는 몸체타측단부와, 상기 도파관과 연결되어 레이저를 이동시키는 제 1 레이저이동관이 내부에 형성된 샤프트와, 상기 제 1 서브몸체와 상기 제 2 서브몸체 사이에 위치하며 이동방향과 수직으로 회전하는 회전부를 포함하고, 상기 몸체의 내부에는 상기 샤프트의 양측 단부에 연결된 제 1 매질전달모듈 및 제 2 매질 전달모듈을 구비하며, 상기 샤프트는 상기 회전부의 중심을 관통하고, 상기 회전부의 외측면에 상기 제 1 레이저이동관과 연결된 피닝용 노즐이 위치하는 것을 특징으로 하는 강관의 레이저 피닝 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus including a cylindrical body including a first sub body and a second sub body, a wave guide passing through the center of the first sub body, A shaft having a first laser movement tube connected to the waveguide and configured to move the laser therein, and a second sub-body including a first sub body and a second sub body, the first sub body and the second sub body including a plurality of opaque medium injection nozzles, A first medium transferring module and a second medium transferring module connected to both ends of the shaft, the first medium transferring module and the second medium transferring module being located inside the body, And a peening nozzle connected to the first laser moving tube on an outer side surface of the rotating part, It provides a laser peening apparatus of the steel pipe, characterized in that.

상기 샤프트는, 상기 제 1 레이저이동관의 단부에 상기 레이저가 반사되는 반사경 및 상기 제 1 레이저이동관과 상기 피닝용 노즐 사이에 위치하되, 상기 반사경에서 반사된 상기 레이저가 이동하는 제 2 레이저이동관을 포함할 수 있다.The shaft includes a reflector on which the laser is reflected at an end of the first laser moving tube and a second laser moving tube positioned between the first laser moving tube and the pinning nozzle and to which the laser reflected from the reflecting mirror moves can do.

상기 샤프트는, 상기 제 1 레이저이동관을 중심으로 원주상 이격되어 위치하되 상기 매질투입관과 각각 연결되는 매질이동관 및 상기 매질이동관과 각각 연결되며 상기 샤프트 일측단부에 형성된 오리피스를 포함할 수 있다.The shaft may include a medium moving tube spaced circumferentially around the first laser moving tube and connected to the medium feeding tube, and an orifice connected to the medium moving tube and formed at one end of the shaft.

상기 제 1 매질전달모듈은, 상기 오리피스와 대응되는 영역에 복수개의 동심원으로 제 1 매질전달홈을 구비하고, 상기 제 1 매질 전달홈은 상기 각각의 매질투입관으로 이동된 매질을 오리피스에 전달할 수 있다.The first medium transferring module may include a plurality of concentric first medium transfer grooves in a region corresponding to the orifices, and the first medium transferring grooves may transfer the medium transferred to the respective medium input tubes to the orifices. have.

상기 샤프트 타측단부는, 상기 매질이동관 중 하나의 단부와 대응되는 영역에 원형 라인의 제 2 매질전달홈을 구비하고, 상기 제 2 매질전달모듈은, 상기 제 2 매질전달홈과 대응하도록 형성된 관통홀을 포함하며, 상기 불투명 매질 분사노즐과 상기 관통홀은 연결될 수 있다.The other end of the shaft includes a second medium transfer groove of a circular line in a region corresponding to one end of the medium transfer tube, and the second medium transfer module includes a through hole And the non-transparent medium injection nozzle and the through hole may be connected.

상기 몸체는, 외주면에 복수개의 이동수단을 구비할 수 있다.The body may include a plurality of moving means on the outer circumferential surface.

또한 상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상기 제 1 항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 레이저 피닝 장치의 레이저 피닝 조건을 설정하는 단계; 상기 레이저 피닝장치가 축방향으로 이동하며, 방사상으로 불투명 매질을 분사하여 강관 내부를 도포하며 이동하는 단계; 상기 레이저 피닝장치의 회전부가 이동방향과 수직으로 360°회전하면서 피닝용 노즐이 투명 매질과 동시에 레이저를 조사하여 상기 불투명 매질을 플라즈마화하는 단계;를 포함하는 강관의 레이저 피닝방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a laser peening apparatus, comprising: a laser peening apparatus according to any one of claims 1 to 6; Moving the laser pinning device in an axial direction and spraying an opaque medium in a radial direction to apply and move inside the steel pipe; And rotating the rotating part of the laser pinning device by 360 ° in a direction perpendicular to the moving direction, the pinning nozzle irradiating the transparent medium with the laser to plasmaize the opaque medium.

본 발명에 따른 레이저 피닝 장치 및 그 방법은 레이저 피닝을 위한 불투명층 형성과 레이저 조사 간의 공정시간을 단축시켜 공정비용이 감소되는 효과가 있다.The laser peening apparatus and method according to the present invention have the effect of reducing the processing time by reducing the processing time between the formation of the opaque layer and the laser irradiation for laser peening.

또한, 본 발명에 따른 레이저 피닝 장치 및 그 방법은 360도 회전하는 레이저 조사로 인해 강관 내부면과 같은 곡면의 표면을 일정하게 피닝할 수 있는 장점이 있다.In addition, the laser peening apparatus and method according to the present invention are advantageous in that a surface of a curved surface such as an inner surface of a steel pipe can be uniformly pinned by laser irradiation that rotates 360 degrees.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 강관의 레이저 피닝장치의 사시도,
도 2는 도 1의 분해사시도,
도 3은 도 1의 내부를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 강관 레이저 피닝장치의 불투명 매질전달모듈을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 샤프트의 일측 단부를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 강관의 레이저 피닝장치를 이용한 피닝방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 강관의 레이저 피닝방법을 나타낸 단면도이다.1 is a perspective view of a laser pinning apparatus for a steel pipe according to a first embodiment of the present invention,
Fig. 2 is an exploded perspective view of Fig. 1,
Fig. 3 is a cross-sectional view showing the inside of Fig. 1,
4 is a cross-sectional view illustrating an opaque medium transfer module of a steel pipe laser pinning apparatus according to a second embodiment of the present invention,
5 is a perspective view illustrating one end of a shaft according to a third embodiment of the present invention;
6 is a flowchart illustrating a peening method using a laser pinning apparatus for a steel pipe according to a fourth embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating a method of laser peening a steel pipe according to a fifth embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the length and thickness of layers and regions may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 강관의 레이저 피닝장치의 사시도, 도 2는 도 1의 분해사시도, 도 3은 도 1의 내부를 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 강관 레이저 피닝장치의 불투명 매질전달모듈을 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 샤프트의 일측 단부를 나타낸 사시도, 도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 강관의 레이저 피닝장치를 이용한 피닝방법을 나타낸 순서도, 도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 강관의 레이저 피닝방법을 나타낸 단면도이다.Fig. 1 is a perspective view of a laser pinning apparatus of a steel pipe according to a first embodiment of the present invention, Fig. 2 is an exploded perspective view of Fig. 1, Fig. 3 is a sectional view showing the inside of Fig. FIG. 5 is a perspective view showing one end of a shaft according to a third embodiment of the present invention, FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a laser beam of a steel pipe according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method of laser peening a steel pipe according to a fifth embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강관의 레이저 피닝장치(100)는 원통형의 몸체(110)를 가지며, 몸체 중심 영역에는 이동방향을 축으로 하여 회전하는 회전부(140)를 포함한다. 몸체(140)는 원통형의 외주면에 복수개의 이동수단(113)을 구비할 수 있는데, 이동수단(113)을 이용하여 몸체의 중심축 방향으로 직선 이동을 수행할 수 있다. 예를 들어, 이동 수단(113)은 바퀴의 형태로, 일부가 몸체(110)의 밖으로 노출 되고, 몸체의 중심축 방향으로 회전 및 진행함으로써 직선 이동을 수행할 수 있다. 상기 회전부(140)는 상기 이동 방향을 축으로 하여 회전할 수 있다. 도시하지 않았으나, 상기 몸체(110)의 내부에는 상기 이동수단(113)의 구동을 위한 모터 또는 상기 회전부(140)의 회전을 위한 모터가 구비될 수 있다.1 to 5, a laser pinning apparatus 100 for a steel pipe according to an embodiment of the present invention includes a cylindrical body 110, and a rotation unit 140, which rotates about a moving direction, . The body 140 may include a plurality of moving means 113 on the outer circumferential surface of a cylindrical shape. The moving means 113 may perform linear movement in the direction of the central axis of the body. For example, the moving means 113 can perform a linear movement in the form of a wheel, a part of which is exposed out of the body 110, and rotates and advances in the direction of the central axis of the body. The rotation unit 140 may rotate about the movement direction. Although not shown, a motor for driving the moving unit 113 or a motor for rotating the rotation unit 140 may be provided in the body 110.

몸체(110)는 몸체일측단부(120)와 몸체타측단부(130)를 포함하는데, 몸체일측단부(120)에는 도파관(122)이 중심을 관통하고, 복수개의 매질투입관(124, 126a, 126b)이 외주면을 관통하여 위치한다. 예를 들어, 복수개의 매질투입관은 불투명 매질투입관(124) 또는 투명 매질투입관(126a, 126b)으로 구분될 수 있다. 몸체타측단부(130)에는 복수개의 불투명 매질 분사노즐(136)이 방사상 위치한다. The body 110 includes a body side end portion 120 and a body side end portion 130. A wave guide tube 122 penetrates the center of the body side end portion 120 and has a plurality of medium injection tubes 124, 126a, 126b ) Is positioned through the outer peripheral surface. For example, the plurality of medium input tubes may be divided into an opaque medium input tube 124 or a transparent medium input tube 126a or 126b. At the other end 130 of the body, a plurality of opaque medium jet nozzles 136 are positioned radially.

몸체(110)의 내부에는 회전부(140)의 회전축 역할을 하는 샤프트(150)가 위치하여 상기 회전부(140)의 중심을 관통한다. 몸체(110)는 회전부(140)와 결합되는 원통형의 제 1 서브몸체(110a)와 원통형의 제 2 서브몸체(110b)로 구성될 수 있다.A shaft 150 serving as a rotation axis of the rotation part 140 is positioned inside the body 110 and passes through the center of the rotation part 140. The body 110 may include a cylindrical first sub body 110a and a cylindrical second sub body 110b coupled to the rotation unit 140. [

샤프트(150) 내부에는 도파관(122)과 회전가능하게 결합되어 레이저를 이동시키는 제 1 레이저이동관(152a)이 형성되어 있다. 샤프트(150)의 회전 시 도파관(122)은 제 1 서브몸체(110a)에 고정되어 있고, 제 1 레이저이동관(152a)이 회전하므로 상기 도파관(122)이 비틀리거나 꼬임이 없이 레이저가 이동할 수 있다. Inside the shaft 150, a first laser movement pipe 152a rotatably coupled with the waveguide 122 to move the laser is formed. When the shaft 150 rotates, the waveguide 122 is fixed to the first sub body 110a. Since the first laser moving tube 152a rotates, the laser can move without twisting or kinking the waveguide 122 .

회전부(140)의 외측면에는 제 1 레이저이동관(152a)과 연결된 피닝용 노즐(146)이 위치한다. 이 때, 샤프트(150)는 제 1 레이저이동관(152a)의 단부에 레이저가 반사되는 반사경(157)을 구비하고, 제 1 레이저이동관(152a)과 피닝용 노즐(146) 사이에 반사경(157)에서 반사된 레이저가 이동하는 제 2 레이저이동관(152b)을 포함할 수 있다. On the outer surface of the rotary part 140, a pinning nozzle 146 connected to the first laser movement pipe 152a is positioned. The shaft 150 is provided with a reflecting mirror 157 for reflecting the laser beam at the end of the first laser moving tube 152a and a reflector 157 between the first laser moving tube 152a and the pinning nozzle 146, And a second laser moving tube 152b through which the laser reflected from the second laser moving tube 152b moves.

즉, 도파관(122)을 통과한 레이저가 제 1 레이저이동관(152a)을 이동하여, 반사경(157)에서 반사된 후 제 2 레이저이동관(152b)을 통과하고, 피닝용 노즐(146)로 조사될 수 있다. 회전부(140)가 회전을 하며 동시에 레이저가 조사되므로, 파이프 형태의 강관 내부를 360° 회전하며 연속적으로 피닝작업을 수행할 수 있다. 이는 강관의 용접부와 같은 부분영역은 물론 강관 내부의 전체면적에 대한 피닝작업도 수행할 수 있는 장점이 있다.That is, the laser beam passing through the waveguide 122 moves through the first laser moving tube 152a, is reflected by the reflecting mirror 157, passes through the second laser moving tube 152b, and is irradiated to the pinning nozzle 146 . Since the rotary part 140 rotates and the laser beam is simultaneously irradiated, it is possible to continuously perform the pinning operation by rotating 360 ° inside the pipe-shaped steel pipe. This has the advantage of being able to perform a pinning operation on the entire area of the steel pipe as well as the partial area such as the welded part of the steel pipe.

샤프트(150)의 양측 단부에는 제 1 매질전달모듈(163) 및 제 2 매질 전달모듈(165)을 포함하는 매질전달모듈(160)이 위치한다. 이 때, 샤프트(150)는 제 1 레이저이동관(152a)을 중심으로 원주상 이격되어 위치하되 상기 매질 투입관(124, 126a, 126b)과 각각 연결되는 매질이동관 및 상기 매질이동관과 각각 연결되며 상기 샤프트 일측단부에 형성된 오리피스(O)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수개의 매질투입관 중 불투명 매질투입관(124)은 제 1 매질전달모듈(163) 통해 불투명 매질이동관(154)과 연결될 수 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 매질이동관 중 투명 매질투입관(126a, 126b)과 연결된 투명 매질이동관도 상기 오리피스(O)에 각각 연결될 수 있다.At both ends of the shaft 150, a medium transfer module 160 including a first medium transfer module 163 and a second medium transfer module 165 is located. In this case, the shaft 150 is circumferentially spaced around the first laser moving pipe 152a, and is connected to the medium moving pipe connected to the medium feeding pipes 124, 126a, and 126b and the medium moving pipe, And an orifice (O) formed at one end of the shaft. For example, the opaque media input tube 124 of the plurality of media input tubes may be connected to the opaque media moving tube 154 through the first medium transfer module 163. Also, although not shown in the drawing, a transparent medium moving tube connected to the transparent medium input tubes 126a and 126b in the medium moving tube may also be connected to the orifice O, respectively.

도 4 내지 도 5b를 참조하여 상세히 설명하면, 상기 제 1 매질전달모듈(163)은, 상기 오리피스(O)와 대응되는 영역에 복수개의 동심원으로 제 1 매질전달홈(163h)을 구비하고, 상기 제 1 매질 전달홈(163h)은 상기 각각의 매질 투입관(124, 126a, 126b)으로 이동된 매질을 오리피스(O)에 전달할 수 있다.4 to 5B, the first medium transfer module 163 includes a plurality of concentric first medium transfer grooves 163h in a region corresponding to the orifice O, The first medium transfer groove 163h can transfer the medium moved to each of the medium injection pipes 124, 126a, and 126b to the orifice O. FIG.

즉, 제 1 매질전달홈(163h-1, 163h-2, 163h-3) 각각은 매질투입관(124, 126a, 126b)과 연결될 수 있다. 이때, 샤프트(150)의 일측 단부(153)는 각각의 제 1 매질전달홈(163h-1, 163h-2, 163h-3)과 대응하되 오리피스(O)와 연결되는 오리피스홈(153a, 153b, 153c)을 구비할 수 있다. That is, each of the first medium transfer grooves 163h-1, 163h-2, and 163h-3 may be connected to the medium supply pipes 124, 126a, and 126b. One end portion 153 of the shaft 150 is connected to the orifice grooves 153a, 153b, and 153c corresponding to the first medium transfer grooves 163h-1, 163h-2, 163h- 153c.

예를 들어, 불투명 매질투입관(124)을 통과한 불투명 매질은 제 1 전달모듈(163) 내부에 형성된 불투명 매질전달유로(163c)를 따라 제 1 매질전달홈 중 연결된 하나, 불투명 매질전달홈(163h-3)으로 이동하여 충진된다. 그리고, 불투명 매질은 샤프트 일측단부(153)에 형성된 불투명 매질 오리피스홈(153c)로 이동하고, 상기 오리피스홈(153c)과 연결된 불투명 매질이동관(154)을 통과한다. For example, the opaque medium that has passed through the opaque medium feed pipe 124 is conveyed along the opaque medium conveyance passage 163c formed in the first conveyance module 163, one of the first medium conveyance grooves, the opaque medium conveyance groove 163h-3). The opaque medium moves to the opaque medium orifice groove 153c formed at one end 153 of the shaft and passes through the opaque medium moving pipe 154 connected to the orifice groove 153c.

이 경우, 투명 매질은 투명 매질투입관(126a, 126b) 및 그에 대응하는 투명 매질전달유로(163a, 163b)와 각각 대응하는 투명 매질전달홈(163h-1, 163h-2)을 따라 이동한다. 상기 투명 매질전달홈(163h-1, 163h-2)에 충진된 투명 매질은 상기 오리피스홈 중 투명 매질 오리피스홈(153a, 153b)으로 이동하여 투명 매질이동관으로 이동한 후, 레이저 조사와 동시에 투명매질이 분사된다. 투명 매질은 레이저의 이동 및 조사에 영향을 주지 않는 물 또는 오일 성분의 투명한 액체를 포함할 수 있다.In this case, the transparent medium moves along the transparent medium transfer grooves 163h-1 and 163h-2 corresponding to the transparent medium supply pipes 126a and 126b and the corresponding transparent medium transfer passages 163a and 163b, respectively. The transparent medium filled in the transparent medium transfer grooves 163h-1 and 163h-2 moves to the transparent medium orifice grooves 153a and 153b of the orifice grooves and moves to the transparent medium moving tube. Then, . The transparent medium may comprise a transparent liquid of water or oil component which does not affect the movement and irradiation of the laser.

불투명 매질이동관(154)과 불투명 매질 분사노즐(136) 사이에는 제 2 전달모듈(165)이 위치할 수 있다. A second transfer module 165 may be positioned between the opaque medium moving tube 154 and the opaque medium jet nozzle 136.

즉, 샤프트 타측단부(155)의 불투명 매질이동관(154) 단부와 대응되는 영역에 원형 라인의 제 2 매질전달홈(155h)이 위치하고, 불투명 매질이동관(154)을 통과한 불투명 매질은 제 2 매질전달홈(155h)에 충진될 수 있다. That is, the second medium transfer groove 155h of the circular line is located in the region corresponding to the end of the opaque medium movement pipe 154 at the other end 155 of the shaft, and the opaque medium, which has passed through the opaque medium movement pipe 154, And can be filled in the transfer groove 155h.

제 2 매질전달모듈(165)은 제 2 매질전달홈(155h)과 대응하도록 형성된 관통홀(165h)을 포함하며, 불투명 매질 분사노즐(136)과 관통홀(165h)은 불투명 매질분사관(134)으로 연결될 수 있다. 따라서 제 2 매질전달홈(155h)에 충진된 불투명 매질은 관통홀(165h)을 통과하고, 불투명 매질분사관(134)로 이동함으로써, 불투명 매질 분사노즐(136)로 분사될 수 있다.The second medium transfer module 165 includes a through hole 165h formed so as to correspond to the second medium transfer groove 155h and the opaque medium injection nozzle 136 and the through hole 165h are opaque medium injection holes ). The opaque medium filled in the second medium transferring groove 155h can be injected into the opaque medium injection nozzle 136 by passing through the through hole 165h and moving to the opaque medium injection tube 134. [

따라서, 매질전달모듈(160)과 오리피스(O)로 인해 회전부(140)의 회전에도 불투명 매질이 이동하는 관의 꼬임이나 뒤틀림 없이 불투명 매질의 전달은 일정하게 이루어질 수 있다. 즉, 회전에 의한 기구적 한계를 극복하여 강관의 내부에 불투명 매질의 도포는 균일하게 이루어질 수 있으며, 피닝하고자 하는 위치에 플라즈마 압력(충격파)을 고르게 형성할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the opaque medium can be transmitted constantly without twisting or twisting of the pipe through which the opaque medium moves due to the medium transfer module 160 and the orifice O, even when the rotation unit 140 rotates. That is, the opaque medium can be uniformly applied to the interior of the steel pipe by overcoming mechanical limitations due to rotation, and plasma pressure (shock wave) can be uniformly formed at a position to be peened.

또한, 불투명 매질의 형성 후 레이저 피닝 과정의 시간 간격을 최소화하여 진행함으로써 레이저 피닝 공정의 시간을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 강관의 레이저 피닝장치(100)로 인해 강관의 응력부식균열을 방지하고 피로강도를 향상시킬 수 있으므로, 포신과 같은 내충격성이 요구되는 장치에도 더욱 도움을 줄 수 있다.In addition, since the time interval of the laser peening process after formation of the opaque medium is minimized, the time of the laser peening process can be reduced to improve the productivity. Further, stress corrosion cracking of the steel pipe can be prevented and the fatigue strength can be improved owing to the laser pinning apparatus 100 of the steel pipe, so that it is possible to further assist the apparatus requiring impact resistance such as barrel.

상기 불투명 매질은 필요한 플라즈마 압력에 따라 금속 나노파우더, 검은 색상의 페인트, 금속 성분을 포함하는 플라스틱 물질, 또는 알루미늄 호일, 납 등으로 이루어진 군에서 하나를 선택할 수 있으며, 불투명 매질의 성분 및 두께에 따라 조사되는 레이저의 파워밀도를 조절할 수 있다. The opaque medium may be selected from the group consisting of a metal nano powder, a black paint, a plastic material including a metal component, or an aluminum foil and a lead according to a required plasma pressure. Depending on the composition and thickness of the opaque medium, The power density of the laser to be irradiated can be adjusted.

도면에는 도시하지 않았으나, 상기 강관의 레이저 피닝장치(100)는 이동방향의 전면부 또는 후면부에 강관 내부 상태의 인식 및 점검을 위한 카메라를 더 구비할 수 있으며, 내부는 레이저 조사를 제어하기 위한 제어모듈 또는 레이저 발진 모듈을 더 구비할 수 있다.Although not shown in the drawing, the laser pinning apparatus 100 of the steel pipe may further include a camera for recognizing and checking the internal state of the steel pipe on the front or rear of the moving direction, Module or a laser oscillation module.

도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 강관의 레이저 피닝방법을 설명하면, 도 1 내지 도 5의 레이저 피닝 장치(100)를 강관(200) 내부에 투입한다(S102). 강관(200) 내부에 투입하기 전에 레이저 피닝 조건을 설정하는 단계를 포함한다. 즉, 레이저 피닝장치(100)의 이동 속도, 레이저 조사 파워밀도, 불투명 매질의 종류에 따른 분사 압력 또는 밀도 등의 조건을 설정할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 7, a laser peening method for a steel pipe according to an embodiment of the present invention will be described. The laser pinning device 100 of FIGS. 1 to 5 is inserted into a steel pipe 200 (S102). And setting a laser peening condition before putting it into the steel pipe 200. That is, conditions such as the moving speed of the laser pinning apparatus 100, the laser irradiation power density, the injection pressure or the density depending on the type of opaque medium can be set.

예를 들어, 레이저 피닝장치(100)의 이동 속도를 설정하는 경우, 회전부(140)의 360° 회전과 이동을 하나의 단계로 하여 반복적으로 스텝방식으로 이동하면 복수개의 원형이 반복되는 피닝작업이 이루어 질 수 있다. 또한, 이동과 함께 동시에 회전부(140)의 회전을 지속적으로 수행하면, 이동 속도에 따라 간격이 조절되는 나사형의 피닝작업이 이루어질 수 있다. For example, when the moving speed of the laser pinning apparatus 100 is set, if the rotation of the rotating unit 140 and the movement of the rotating unit 140 are repeated stepwise by one step, Lt; / RTI > Further, if the rotation of the rotation unit 140 is continuously performed simultaneously with the movement, a screw-type pinning operation in which the gap is adjusted according to the movement speed can be achieved.

이후 불투명 매질(300)을 강관(200) 내부에 분산시키며 이동한다(S104). 즉, 레이저 피닝장치(100)가 강관(200)의 축방향으로 이동하며, 방사상으로 불투명 매질(300)을 분사하여 강관(200) 내부를 도포하며 이동한다.Then, the opaque medium 300 is dispersed in the steel pipe 200 and moved (S104). That is, the laser pinning apparatus 100 moves in the axial direction of the steel pipe 200, and radiates the opaque medium 300 to apply the inside of the steel pipe 200 to move.

다음으로, 투명 매질(400)을 분사하며 레이저(500)를 조사한다(S106). 레이저 피닝장치(100)가 피닝할 영역에 위치하게 되면, 회전부(140)가 이동방향과 수직으로 360° 회전하면서 피닝용 노즐(146)이 투명 매질(400)과 동시에 레이저(500)를 조사한다. 레이저(500)가 조사된 영역의 불투명 매질(300)은 플라즈마로 형성되고, 투명 매질(400)로 인해 플라즈마압의 분산이 최소화되어, 강관(200)의 내벽에 플라즈마압(충격파)을 가하게 됨으로써, 강관(200) 내부로 전파된다. 이 충격파에 의해 강관(200) 표면에 국부적인 소성변형이 발생하고 주위의 미변형부에 의해 구속을 받음으로써 강관(200)의 표면에 압축잔류 응력이 형성되어 표면처리가 된다. Next, the transparent medium 400 is sprayed and the laser 500 is irradiated (S106). When the laser pinning apparatus 100 is positioned in the area to be peened, the pinning nozzle 146 simultaneously irradiates the laser 500 with the transparent medium 400 while the rotation unit 140 rotates 360 degrees perpendicular to the moving direction . The opaque medium 300 in the region irradiated with the laser 500 is formed of plasma and the dispersion of the plasma pressure is minimized due to the transparent medium 400 so that plasma pressure (shock wave) is applied to the inner wall of the steel pipe 200 , And is propagated into the steel pipe (200). A local plastic deformation is generated on the surface of the steel pipe 200 by the shock wave and the steel pipe is restrained by the surrounding unmodified portion, so that a compressive residual stress is formed on the surface of the steel pipe 200 and the surface treatment is performed.

다음으로, 일정 간격에 따라 피닝을 반복하거나 또는 연속적인 피닝을 수행한다(S108). 예를 들어 강관(200)의 용접부 영역만 피닝을 하거나, 내부 영역을 연속적으로 피닝을 하는 경우에 따라 상기 S104 및 S106의 단계를 지속적으로 수행할 수 있다.Next, the peening is repeated at a predetermined interval or continuous peening is performed (S108). For example, the above-described steps S104 and S106 may be continuously performed depending on the case where only the welding region of the steel pipe 200 is pinned or the inner region is continuously pinned.

상기의 레이저 피닝방법을 이용함으로써, 플라즈마 형성, 즉 충격파 형성을 위한 불투명 매질 도포와 레이저 조사 간의 공정시간을 단축시켜 공정비용이 감소되는 효과가 있으며, 관의 꼬임이나 뒤틀림과 같은 회전의 한계를 극복하고, 360도 회전의 레이저 조사를 수행함으로써 강관 내부면과 같은 곡면의 표면을 일정하게 피닝할 수 있는 장점이 있다.By using the above-described laser peening method, it is possible to reduce the processing time by shortening the processing time between the application of the opaque medium for plasma formation, i.e., the formation of the shock wave, and the laser irradiation and to overcome the limitation of rotation such as twisting or twisting of the tube And the surface of the curved surface such as the inner surface of the steel pipe can be uniformly pinned by performing the laser irradiation with rotation of 360 degrees.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

110; 몸체, 113; 이동수단,
120; 몸체일측단부, 122; 도파관,
124; 불투명 매질투입관, 130; 몸체타측단부,
136; 불투명 매질 분사노즐, 140; 회전부,
146; 피닝용 노즐, 150; 샤프트,
157; 반사경, 160; 매질전달모듈110; Body 113; transportation,
120; One end of the body, 122; wave-guide,
124; Opaque media input tube, 130; The other end of the body,
136; Opaque medium jet nozzle 140; reel,
146; A nozzle for peening, 150; shaft,
157; Reflector, 160; Medium transfer module

Claims

제 1 서브몸체와 제 2 서브몸체를 포함하는 원통형의 몸체와,
상기 제 1 서브몸체의 중심을 관통하는 도파관 및 외주면을 관통하는 복수개의 매질투입관을 포함하는 몸체일측단부와,
방사상 위치하는 복수개의 불투명 매질 분사노즐을 구비하는 몸체타측단부와,
상기 도파관과 연결되어 레이저를 이동시키는 제 1 레이저이동관이 내부에 형성된 샤프트와,
상기 제 1 서브몸체와 상기 제 2 서브몸체 사이에 위치하며 이동방향과 수직으로 회전하는 회전부를 포함하고,
상기 몸체의 내부에는 상기 샤프트의 양측 단부에 연결된 제 1 매질전달모듈 및 제 2 매질 전달모듈을 구비하며,
상기 샤프트는 상기 회전부의 중심을 관통하고, 상기 회전부의 외측면에 상기 제 1 레이저이동관과 연결된 피닝용 노즐이 위치하는 것을 특징으로 하는 강관의 레이저 피닝 장치.
A cylindrical body including a first sub body and a second sub body,
A waveguide passing through the center of the first sub body, and a plurality of medium injection pipes passing through the outer peripheral surface,
The other end of the body having a plurality of opaque medium jet nozzles radially positioned,
A shaft having a first laser movement tube connected to the waveguide to move the laser,
And a rotating part located between the first and second sub bodies and rotating in a direction perpendicular to the moving direction,
And a first medium transferring module and a second medium transferring module connected to both ends of the shaft,
Wherein the shaft passes through the center of the rotating portion and a pinning nozzle connected to the first laser moving pipe is located on an outer surface of the rotating portion.

제 1 항에 있어서,
상기 샤프트는, 상기 제 1 레이저이동관의 단부에 상기 레이저가 반사되는 반사경 및 상기 제 1 레이저이동관과 상기 피닝용 노즐 사이에 위치하되, 상기 반사경에서 반사된 상기 레이저가 이동하는 제 2 레이저이동관을 포함하는 것을 특징으로 하는 강관의 레이저 피닝 장치.
The method according to claim 1,
The shaft includes a reflector on which the laser is reflected at an end of the first laser moving tube and a second laser moving tube positioned between the first laser moving tube and the pinning nozzle and to which the laser reflected from the reflecting mirror moves And the laser beam is irradiated with the laser beam.

제 1 항에 있어서,
상기 샤프트는, 상기 제 1 레이저이동관을 중심으로 원주상 이격되어 위치하되 상기 매질투입관과 각각 연결되는 매질이동관 및 상기 매질이동관과 각각 연결되며 상기 샤프트 일측단부에 형성된 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관의 레이저 피닝 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the shaft includes a medium moving tube circumferentially spaced apart from the first laser moving tube and connected to the medium feeding tube and an orifice connected to the medium moving tube and formed at one end of the shaft, A laser pinning device for a steel pipe.

제 3 항에 있어서,
상기 제 1 매질전달모듈은, 상기 오리피스와 대응되는 영역에 복수개의 동심원으로 제 1 매질전달홈을 구비하고, 상기 제 1 매질 전달홈은 상기 각각의 매질투입관으로 이동된 매질을 오리피스에 전달하는 것을 특징으로 하는 강관의 레이저 피닝장치.
The method of claim 3,
The first medium transferring module includes a plurality of concentric first medium transfer grooves in a region corresponding to the orifices, and the first medium transfer grooves transfer mediums moved to the respective medium supply tubes to the orifices Wherein the steel pipe is a steel pipe.

제 3 항에 있어서,
상기 샤프트 타측단부는, 상기 매질이동관 중 하나의 단부와 대응되는 영역에 원형 라인의 제 2 매질전달홈을 구비하고,
상기 제 2 매질전달모듈은, 상기 제 2 매질전달홈과 대응하도록 형성된 관통홀을 포함하며, 상기 불투명 매질 분사노즐과 상기 관통홀은 연결되는 것을 특징으로 하는 강관의 레이저 피닝장치.
The method of claim 3,
The other end of the shaft has a second medium transfer groove of a circular line in a region corresponding to one end of the medium moving tube,
Wherein the second medium transfer module includes a through hole formed to correspond to the second medium transfer groove, and the opaque medium spray nozzle and the through hole are connected to each other.

제 1 항에 있어서,
상기 몸체는, 외주면에 복수개의 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 강관의 레이저 피닝 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the body has a plurality of moving means on an outer circumferential surface thereof.

상기 제 1 항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 레이저 피닝 장치의 레이저 피닝 조건을 설정하는 단계;
상기 레이저 피닝장치가 축방향으로 이동하며, 방사상으로 불투명 매질을 분사하여 강관 내부를 도포하며 이동하는 단계;
상기 레이저 피닝장치의 회전부가 이동방향과 수직으로 360° 회전하면서 피닝용 노즐이 투명 매질과 동시에 레이저를 조사하여 상기 불투명 매질을 플라즈마화하는 단계;
를 포함하는 강관의 레이저 피닝방법.Setting a laser peening condition of the laser pinning apparatus according to any one of claims 1 to 6;
Moving the laser pinning device in an axial direction and spraying an opaque medium in a radial direction to apply and move inside the steel pipe;
Rotating the rotating part of the laser pinning device by 360 ° in a direction perpendicular to the moving direction, while the pinning nozzle irradiates a laser with the transparent medium to convert the opaque medium into plasma;
Wherein the method comprises the steps of: