KR101967636B1 - 파이프 연결 방법 및 파이프 연결 장치 - Google Patents

Abstract

파이프 연결 방법이 개시되며, 상기 파이프 연결 방법은, (a) 확관 파이프의 전방 측에 확관 구간 및 상기 확관 구간을 미확관된 일반 구간과 연결하는 변화 구간을 포함하도록 형성된 확관부 내에 연결 대상 파이프의 후방 단부를 삽입하는 단계; (b) 상기 확관부의 후방에 상기 확관 파이프의 외주를 둘러싸도록 배치된 스웨지 링을 견인하는 체결 공구를 배치하여 상기 스웨지 링을 전방으로 이동시키는 단계; 및 (c) 상기 체결 공구를 제거하는 단계를 포함하되, 상기 (b) 단계는, 상기 확관부 중에서 상기 스웨지 링의 도입 시에만 접촉되는 후방 도입 부분 및 상기 스웨지 링이 접촉되지 않는 전방 미도달 부분을 제외한 중간 부분에 대하여 상기 스웨지 링의 접촉 및 가압이 이루어지도록 상기 스웨지 링을 이동시키고, 상기 (b) 단계에서 상기 스웨지 링의 스웨징 전 초기 내경은 상기 확관 구간의 스웨징 전 초기 외경보다 작을 수 있다.

Description

파이프 연결 방법 및 파이프 연결 장치{PIPE CONNECTION METHOD AND PIPE CONNECTION APPARATUS}

본원은 파이프 연결 방법 및 파이프 연결 장치에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 파이프 연결 장치의 스웨징(swaging) 전후를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 스웨징 원리를 이용하여 파이프를 연결하는 종래의 장치는 파이프(210, 220)의 단부로부터 일정 영역을 원통형으로 둘러싸는 바디(330)와, 바디(330)의 중앙부를 향해 종 방향을 따라 선형으로 이동하면서 바디의 외경을 줄어들게 가이드하는 스웨지 링(swage ring)(310, 320)을 포함한다.

스웨지 링(310, 320)의 이동으로 인해 바디(330)의 외경이 줄어들면서, 바디(330)의 내면과 파이프(210, 220) 외면 사이의 틈이 제거되어 유체의 유출이 방지됨과 동시에 파이프(220)가 바디(330)에 강하게 고정된다.

이러한 스웨징 원리를 이용하여 파이프(210, 220)를 연결하는 종래의 장치는 유체의 유출 방지와 파이프의 고정이라는 두 가지의 기본 목적을 충족시키면서 바디와 링의 세부 형상을 조금씩 달리하는 방향으로 상용화되고 있다.

본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제1365539호에 개시되어 있다.

본원은 스웨지 방식이 갖는 장점을 유지하면서, 종래와 다른 구성의 형태 및 결합 방식을 통해 무게와 크기를 줄이고 제조 단가를 낮출 수 있는 파이프 연결 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 파이프 연결 방법은, (a) 확관 파이프의 전방 측에 확관 구간 및 상기 확관 구간을 미확관된 일반 구간과 연결하는 변화 구간을 포함하도록 형성된 확관부 내에 연결 대상 파이프의 후방 단부를 삽입하는 단계; (b) 상기 확관부의 후방에 상기 확관 파이프의 외주를 둘러싸도록 배치된 스웨지 링을 견인하는 체결 공구를 배치하여 상기 스웨지 링을 전방으로 이동시키는 단계; 및 (c) 상기 체결 공구를 제거하는 단계를 포함하되, 상기 (b) 단계는, 상기 확관부 중에서 상기 스웨지 링의 도입 시에만 접촉되는 후방 도입 부분 및 상기 스웨지 링이 접촉되지 않는 전방 미도달 부분을 제외한 중간 부분에 대하여 상기 스웨지 링의 접촉 및 가압이 이루어지도록 상기 스웨지 링을 이동시키고, 상기 (b) 단계에서 상기 스웨지 링의 스웨징 전 초기 내경은 상기 확관 구간의 스웨징 전 초기 외경보다 작을 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 확관 파이프에 형성된 확관부에 연결 대상 파이프가 삽입되고 스웨지 링이 확관부의 중간 부분을 가압하는 방식으로 확관 파이프와 연결 대상 파이프가 연결됨으로써, 스웨지 링이 확관부의 중간 부분을 덮는 데에 필요한 길이로 마련될 수 있어, 단순한 형상을 가지면서도 추가적인 원재료 없이 스웨지 방식 연결의 장점들을 갖는 파이프 연결부가 형성될 수 있다. 이에 따라, 파이프 연결 장치의 규모가 축소되고 구조가 단순화될 수 있어 무게와 재료가 상당히 절감될 수 있으며, 배관 간격을 더 좁히는 등 배관 구조 설계의 자유도 또한 보다 향상될 수 있다.

또한, 종래에는 스웨지 링과 그가 접촉하는 대상의 접촉면 사이의 마찰만을 이용해 스웨지 링의 이탈을 방지하였지만, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 스웨징에 의해 확관부 중간 부분은 외경이 감소되고 확관부의 전방 미도달 부분 및 후방 도입 부분이 중간 부분보다 상대적으로 외경이 커질 수 있어, 확관부의 중간 부분의 외주를 가압하며 둘러싸는 스웨지 링의 전방으로의 이동을 제한하는 제한 턱이 별도의 구성 부가 없이도 스웨징에 의해 자동적으로 형성될 수 있다.

또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 스웨지 링의 전방으로의 이동만 있으면 두 개의 파이프 각각의 단부가 스웨징되면서 상호 연결되므로 시공 시간이 단축되는 장점을 갖는 파이프 연결 장치가 구현될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 파이프 연결 장치의 스웨징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 파이프 연결 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 파이프 연결 방법의 S300 단계에서 스웨지 링을 전방으로 이동시키기 전의 상태가 도시된 개략적인 종 단면도이다.도 4는 본원의 일 실시예에 따른 파이프 연결 방법의 S100 단계를 예시적으로 설명하기 위해 롤러 다이스가 확관 파이프의 내부에 배치된 것을 도시한 개략적인 횡 단면도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 파이프 연결 방법의 S100 단계를 설명하기 위해 롤러 다이스가 확관 파이프의 내부에 배치된 것을 도시한 개략적인 종 단면도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 파이프 연결 방법의 S400 단계 이후의 상태가 도시된 개략적인 종 단면도 및 부분 확대도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 파이프 연결 방법의 다른 구현예에 따른 체결 공구를 설명하기 위한 것으로서, S300 단계에서 스웨지 링을 전방으로 이동시키기 전의 상태가 도시된 개략적인 종 단면도이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 파이프 연결 방법의 또 다른 구현예(씰링 링 적용)를 설명하기 위한 것으로서, S300 단계에서 스웨지 링을 전방으로 이동시키기 전의 상태가 도시된 개략적인 종 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 본원에서는 파이프의 종 방향(길이 방향)을 전후 방향으로 정의하여 설명한다. 예를 들어 도 3을 기준으로 3시 방향(우측 방향)이 전방, 9시 방향(좌측 방향)이 후방일 수 있다. 다만, 파이프의 종 방향이 파이프의 실제 배치에 있어서 전후 방향에만 종속되는 것은 아니다. 다시 말해, 파이프는 전후 방향뿐만 아니라, 파이프 배치의 필요에 따라 다양한 방향(예를 들면, 상하 방향, 비스듬한 방향 등)으로 배치될 수 있다.

먼저, 본원의 일 실시예에 따른 파이프 연결 방법(이하 '본 파이프 연결 방법'이라 함)에 대하여 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 파이프 연결 방법은 확관 파이프(210)에 확관부(211)를 형성하는 단계(S100)를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, S100 단계는 확관 파이프(210)의 전방 측에 확관 구간(2111) 및 확관 구간(2111)을 미확관된 일반 구간과 연결하는 변화 구간(2112)을 포함하는 확관부(211)를 형성한다. 참고로, 도 6을 참조하면, 확관부(211)는 후방 도입 부분(211b), 중간 부분(211a), 및 전방 미도달 부분(211c)으로도 구분될 수 있다. 여기서, 중간 부분(211a)과 전방 미도달 부분(211c)은 확관 구간(2111)에 포함되는 부분이라 할 수 있다. 또한 도 6을 참조하면, 후방 도입 부분(211b) 중 적어도 일부는 확관 구간(2111)에 포함될 수 있다. 다만, 후방 도입 부분(211b)은 스웨지 링(15)이 도입되면서 접촉되는 부분으로서, 그 중 일부는 변화 구간(2112)에 포함되는 부분일 수 있다.

S100 단계에서 확관부(211)는 전조(Roll forming) 방식에 의해 형성될 수 있다. 전조는 롤러 다이스를 이용하여 파이프와 같은 대상물의 표면(외면 또는 내면)에 압력을 가하면서 대상물을 다이스에 대하여 상대적으로 회전시켜 대상물을 성형하는 냉간가공법의 일종이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, S100 단계에서, 확관 파이프(210)의 전방 측은 확관 구간(2111)의 외경에 대응하는 내경을 가지는 홀이 형성된 외부 몸체(91)(금형 몸체) 및 상기 홀의 내측에 배치되는 롤러 다이스(92) 사이에 개재될 수 있다. 또한 도 4 및 도 5를 참조하면, 롤러 다이스(92)는 상기 홀의 내측에 복수 개 구비되어, 회전하면서 상기 홀을 내주면 측을 향해 확장 이동될 수 있다. 이러한 외부 몸체(91) 및 롤러 다이스(92)를 이용한 전조 가공에 의해, 확관 파이프(210)의 확관부(211)(확관 구간(2111) 및 변화 구간(2112))가 형성될 수 있다.

또한, 롤러 다이스(92)는 중간 부분(211a)의 내주면에 내측 돌출부(2111a)가 형성되도록 내측 돌출부(2111a)에 대응하는 외주 형상을 가지도록 구비될 수 있다. 예를 들어 롤러 다이스(92)가 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 외주 형상(종 방향을 따라 반복적으로 돌출 및 함몰되는 요철 형태(산과 골 형태)의 단면을 형성하는 외주 형상)을 가지는 경우, 내측 돌출부(2111a)는 상기 요철 형태 중 함몰된 부분에 대응하는 형상(도 3 참조)으로 형성될 수 있을 것이다. 이러한 롤러 다이스(92)에 의한 전조 가공을 통해, 중간 부분(211a)의 내주면에는 스웨징 시 연결 대상 파이프(220)에 접촉되는 내측 돌출부(2111a)가 형성될 수 있다.

또한 도 3을 참조하면, S100 단계에서, 전조 가공에 의해 형성되는 확관부(211) 중 내측 돌출부(2111a) 부분은 스웨징 전 연결 대상 파이프(220)의 외경(특히, 공차를 고려한 최대 외경)보다 큰 내경을 갖도록 가공됨이 바람직하다. 또한, S100 단계에 적용되는 확관 파이프(210)는 연결 대상 파이프(220)와 동일한 내경 또는 재질을 가질 수 있다.

또한 도 3을 참조하면, 내측 돌출부(2111a)는 확관 파이프(210)와 연결 대상 파이프(220) 사이를 씰링하고 연결 대상 파이프(220)에 작용하는 축력에 대하여 저항하는 씰링형 돌출부를 포함할 수 있다. 이를테면, 씰링형 돌출부는 원주 방향을 따라 연속적으로 연장 형성되는 환형 구조로 구비될 수 있다. 또한 씰링형 돌출부는 종 방향을 따라 간격을 두고 복수 개 구비될 수 있다. 이러한 경우, 도 4 및 도 5를 참조하면, 롤러 다이스(92)는 원주 방향을 따라 연속적으로 연장 형성(환형 구조)되는 산과 원주 방향을 따라 연속적으로 연장 형성(환형 구조)되는 골이 종 방향을 따라 교번하여 형성되는 외주 형상을 가질 수 있다.

또한, 씰링형 돌출부는 연결 대상 파이프(220)의 외주면 상에 결함이 존재하는 경우 결함부에 이웃하는 격자들이 국소 영역의 폐쇄 공간을 형성하고 토션(torsion)에 대해서도 함께 저항할 수 있도록, 중간 부분(211a)(도 6 참조)의 내주면에 원주 방향을 따라 반복적으로 배열되는 격자형 돌출부일 수 있다. 다시 말해, 씰링형 돌출부는 격자 형태로 돌출되도록 구비될 수 있다. 이러한 격자 형상은 축 대칭형 구조로 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 격자 형상의 성형을 위해서는, 다양한 롤러 다이스(92)를 통한 전조 가공 및 전조 가공 이외의 다양한 가공 방법 중 적어도 하나 이상이 적용(조합)될 수 있다.

또한, 내측 돌출부(2111a)는, 연결 대상 파이프(220)에 작용하는 토션에 대하여 저항하는 토션 저항형 돌출부를 포함할 수 있다. 예시적으로, 토션 저항형 돌출부는 널링 형태(스플라인; Spline)를 가질 수 있다. 다시 말해, 토션 저항형 돌출부는 종 방향으로 길게 형성된(종 방향으로 연속적으로 연장된) 치형(tooth form)이 확관 파이프(210)의 내주 상에 원주 방향을 따라 반복적으로 배치되는 형태(내측기어 형상)로 구비될 수 있다. 다시 말해, 내측 돌출부(2111a)는 확관 파이프(210)의 확관부(211)의 중간 부분(211a)을 종단 절개한 종단면의 내주를 바라보았을 때 치형을 가지도록 구비될 수 있다. 이러한 토션 저항형 돌출부는 확관 파이프(210)의 중간 부분(211a)으로부터 전방 미도달 부분(211c) 또는 후방 도입 부분(211b)으로 연장 형성되는 형태로 구비될 수 있다. 이러한 경우, 롤러 다이스(92)의 외주 형상은 상기 토션 저항형 돌출부에 대응하는 치형(외측기어 형상)일 수 있다. 예를 들면, 롤러 다이스(92)는 중간부로부터 전단 또는 후단으로 연장 형성되는 산과 중간부로부터 전단 또는 후단으로 연장 형성되는 골이 원주 방향을 따라 교번하여 형성된 형상일 수 있다. 또한, 토션 저항형 돌출부는 전술한 씰링형 돌출부와 조합하여 적용될 수 있다. 또한, 다른 예로, 내측 돌출부(2111a)는 비스듬한 경사(확관 파이프(210)의 축 방향에 대하여 90도 미만의 예각 경사 또는 원주 방향에 대하여 90도 미만의 예각 경사)를 갖는 환형으로 형성되도록 하거나, 전술한 바와 같이 격자형 돌출부로 형성됨으로써, 씰링형 돌출부 및 토션 저항형 돌출부의 역할을 모두 수행할 수 있다.

이처럼, 내측 돌출부(2111a)는 씰링, 축력 저항, 토션 저항 등을 함께 고려한 다양한 형태로 마련될 수 있고, 이를 위해 롤러 다이스(92)는 다양한 외주 형상을 가지는 롤러 다이스(92)가 조합되거나, 전조 가공 이외의 다른 가공 방식이 적용 내지 조합될 수 있다.

내측 돌출부(2111a)는 확관 파이프(210)의 다른 부분들과 동일한 재질로 일체적으로 형성될 수 있다. 이러한 내측 돌출부(2111a)는 확관 파이프(210)의 다른 부분들보다 높은 경도를 갖는 변형 경화부(가공 경화부)일 수 있다. 이 같이 높은 경도를 갖는 변형 경화부는 전조 방식의 가공과 같은 냉간 소성 가공에 의한 가공 경화에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 내측 돌출부(2111a)는 후술하는 스웨징 과정에서 연결 대상 파이프(220)의 외주면을 용이하게 파고들어 튼튼하고 신뢰성 있는 밀폐력을 제공하는 원천이 될 수 있다.

이처럼 내측 돌출부(2111a)가 확관부(211)의 중간 부분(211a)에 형성되고, 스웨지 링(15)이 이러한 중간 부분(211a)을 스웨징함으로써, 전방 미도달 부분(211c)의 외경 및 후방 도입 부분(211b)의 외경보다 중간 부분(211a)의 외경이 더 작아질 수 있다. 도 6을 참조하면, 전방 미도달 부분(211c) 및 후방 도입 부분(211b)은 내측 돌출부(2111a)를 갖는 중간 부분(211a)보다 상대적으로 더 외측(반경 방향 외측)으로 돌출될 수 있다. 또한 도 6에 나타난 바와 같이, 전방 미도달 부분(211c)와 후방 도입 부분(211b)도 내측 돌출부(2111a)와 동일 내지 유사한 정도로 내측으로 돌출된 상태로 구비될 수 있다. 내측 돌출부(2111a)는 전조 가공시 롤러 다이스(92)의 외주에 돌출된 돌기에 의해 내측으로 함몰되는 내측 함몰부에 의해 상대적으로 돌출되게 형성되는 부분으로 이해될 수도 있으며, 전방 미도달 부분(211c)과 후방 도입 부분(211b)도 상기 내측 함몰부에 대비하여 상대적으로 돌출된 상태인 것으로 이해될 수 있다.

또한 전술한 바와 같이, 확관 구간(2111)의 외경은 외부 몸체(91)의 홀의 내경에 대응하여 설계자가 원하는 적정한 치수로 제한될 수 있다. 참고로, 외부 몸체(91)의 홀은 확관 파이프(210)의 확관 구간(2111)이 형성되는 부분이 삽입 배치 가능한 원기둥(원통) 형상의 중공부일 수 있다.

참고로, 도 4를 참조하면, S100 단계에서, 롤러 다이스(92)는 확관 구간(2111)이 불균일한 두께로 확관되거나 한 측으로 굽어지며 가공되는 것이 방지되도록, 외부 몸체(91)의 홀 내부에 원주 방향(둘레 방향)을 따라 동등 간격을 가지고 복수 개 배치될 수 있다. 예시적으로 도 4를 참조하면, 롤러 다이스(92)는 3개 이상 배치될 수 있다.

한편 도 8을 참조하면, S100 단계에서, 확관 파이프(210)가 확관되고 나서 확관부(211)의 내측에는 중간 부분(211a)에 대응하여 씰링 링(17)이 삽입될 수 있다. 이러한 씰링 링(17)은 알려진 다양한 가공 방식을 통해 사전 제작된 구성일 수 있다. 또한, S100 단계는 씰링 링(17)이 삽입된 다음, 씰링 링(17)이 전방으로 이탈되는 것을 방지하도록, 확관부(211)의 전방 미도달 부분(211c)의 단부의 내경을 축소하는 가공 공정(전방 미도달 부분의 끝부위를 오므려주는 공정)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 전방 미도달 부분(211c)의 단부는 씰링 링(17)의 전방 이탈을 방지하도록 그 내경이 씰링 링(17)의 외경보다 작게 형성될 수 있다. 이러한 S100 단계에서의 씰링 링 배치 공정은 전술한 내측 돌출부(2111a) 형성 가공 공정 대신에 수행될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 상기 씰링 링(17) 배치와 내측 돌출부(2111a) 형성을 함께 조합하는 방향으로 S100 단계가 수행될 수 있을 것이다.

씰링 링 배치 공정에 있어서, 확관 파이프(210)의 확관은 전술한 전조 방식에 의해 수행될 수 있다. 별도 가공된 씰링 링(17)을 삽입하는 공정의 경우, 스웨징 전 확관부(211)와 연결 대상 파이프(220) 사이에 씰링 링(17)이 배치될 수 있도록, 확관부(211)를 충분히 확관함이 바람직하다. 예를 들면, 씰링 링(17)의 링 내측 돌출부(171, 172)의 내경이 전술한 확관 구간(2111)의 내측 돌출부(2111a)의 내경에 대응할 수 있을 정도로 확관부(211)를 확관 가공할 수 있다.

다만, 확관 파이프(210)의 확관 방식은 전술한 전조 방식으로만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 확관 방식이 적용될 수 있다. 아울러, 씰링 링 배치 공정에 있어서, 확관부(211)의 전방 미도달 부분(211c)의 단부의 내경을 축소하는 가공 또한 전조 가공 방식을 포함한 다양한 가공 방식에 의해 수행될 수 있다.

이 같이 S100 단계를 통해, 확관부(211)의 중간 부분(211a)의 내측에는 씰링 링(17)이 배치될 수 있다. 씰링 링(17)에는 링 내측 돌출부(171, 172) 및 링 외측 돌출부(173, 174)가 형성될 수 있다.

도 8을 참조하면, 링 내측 돌출부(171, 172)는 스웨징 시 연결 대상 파이프(220)의 외주면을 적어도 일부 파고들도록 내측으로 돌출되는 구성이다. 이러한 링 내측 돌출부(171, 172)는 전술한 내측 돌출부(2111a)와 동일 또는 유사한 구성으로 이해될 수 있다.

링 내측 돌출부(171, 172)는 씰링 링(17)과 연결 대상 파이프(220) 사이를 씰링하고 연결 대상 파이프(220)에 작용하는 축력에 대하여 저항하는 내측 씰링형 돌출부를 포함할 수 있다.

예를 들어 도 8을 참조하면, 내측 씰링형 돌출부는 원주 방향을 따라 연속적으로 연장 형성되는 환형 구조(도 8의 도면부호 171 참조)로 구비될 수 있다. 또한 내측 씰링형 돌출부는 종 방향을 따라 간격을 두고 복수 개 구비될 수 있다. 또한, 내측 씰링형 돌출부는 연결 대상 파이프(220)의 외주면 상에 결함이 존재하는 경우 결함부에 이웃하는 격자들이 국소 영역의 폐쇄 공간을 형성하고 토션(torsion)에 대해서도 함께 저항할 수 있도록 씰링 링(17)의 내주면에 원주 방향을 따라 반복적으로 배열되는 격자형 돌출부일 수 있다.

또한, 링 내측 돌출부(171, 172)는 연결 대상 파이프(220)에 작용하는 토션에 대하여 저항하는 내측 토션 저항형 돌출부를 포함할 수 있다.

예를 들어 도 8의 도면부호 172를 참조하면, 내측 토션 저항형 돌출부는 널링 형태(스플라인; Spline)를 가질 수 있다. 다시 말해, 내측 토션 저항형 돌출부는 종 방향으로 길게 형성된(종 방향으로 연속적으로 연장된) 치형(tooth form)이 씰링 링(17)의 내주 상에 원주 방향을 따라 반복적으로 배치되는 형태(내측기어 형상)로 구비될 수 있다. 또한 도 8을 참조하면, 내측 토션 저항형 돌출부는 전술한 내측 씰링형 돌출부와 조합하여 적용될 수 있다.

또한, 다른 예로, 링 내측 돌출부(171, 172)는 비스듬한 경사를 갖는 환형으로 형성되거나, 전술한 바와 같이 격자형 돌출부로 형성됨으로써, 내측 씰링형 돌출부 및 내측 토션 저항형 돌출부의 역할을 모두 수행하는 형태로 구비될 수 있다. 이처럼, 링 내측 돌출부(171, 172)는 씰링, 축력 저항, 토션 저항 등을 함께 고려한 다양한 형태로 마련될 수 있고, 이러한 링 내측 돌출부(171, 172)를 갖는 씰링 링(17)의 구비를 위해 전조 가공을 포함하는 다양한 가공 방식이 적용 내지 조합될 수 있다.

또한 도 8을 참조하면, 링 외측 돌출부(173, 174)는 스웨징 시 확관부(211)의 중간 부분(211a)의 내주면을 적어도 일부 파고들도록 외측으로 돌출되는 구성이다.

링 외측 돌출부(173, 174)는 확관 파이프(210)와 씰링 링(17) 사이를 씰링하고 확관 파이프(210)에 작용하는 축력에 대하여 저항하는 외측 씰링형 돌출부를 포함할 수 있다.

예를 들어 도 8을 참조하면, 외측 씰링형 돌출부는 원주 방향을 따라 연속적으로 연장 형성되는 환형 구조(도 8의 도면부호 173 참조)로 구비될 수 있다. 또한 외측 씰링형 돌출부는 종 방향을 따라 간격을 두고 복수 개 구비될 수 있다. 또한, 외측 씰링형 돌출부는 확관 파이프(210)의 내주면 상에 결함이 존재하는 경우 결함부에 이웃하는 격자들이 국소 영역의 폐쇄 공간을 형성하고 토션(torsion)에 대해서도 함께 저항할 수 있도록 씰링 링(17)의 외주면에 원주 방향을 따라 반복적으로 배열되는 격자형 돌출부일 수 있다.

또한, 링 외측 돌출부(173, 174)는 확관 파이프(210)에 작용하는 토션에 대하여 저항하는 외측 토션 저항형 돌출부를 포함할 수 있다.

예를 들어 도 8의 도면부호 174를 참조하면, 외측 토션 저항형 돌출부는 널링 형태(스플라인; Spline)를 가질 수 있다. 다시 말해, 외측 토션 저항형 돌출부는 종 방향으로 길게 형성된(종 방향으로 연속적으로 연장된) 치형(tooth form)이 씰링 링(17)의 외주 상에 원주 방향을 따라 반복적으로 배치되는 형태(외측기어 형상)로 구비될 수 있다. 또한 도 8을 참조하면, 외측 토션 저항형 돌출부는 전술한 외측 씰링형 돌출부와 조합하여 적용될 수 있다.

또한, 다른 예로, 링 외측 돌출부(173, 174)는 비스듬한 경사를 갖는 환형으로 형성되거나, 전술한 바와 같이 격자형 돌출부로 형성됨으로써, 외측 씰링형 돌출부 및 외측 토션 저항형 돌출부의 역할을 모두 수행하는 형태로 구비될 수 있다. 이처럼, 링 외측 돌출부(173, 174)는 씰링, 축력 저항, 토션 저항 등을 함께 고려한 다양한 형태로 마련될 수 있고, 이러한 링 외측 돌출부(173, 174)를 갖는 씰링 링(17)의 구비를 위해 전조 가공을 포함하는 다양한 가공 방식이 적용 내지 조합될 수 있다.

또한, 씰링 링(17)의 최대 두께는 확관부(211)의 스웨징 변형 후 내경에서 연결 대상 파이프(220)의 스웨징 변형 후 외경을 뺀 값의 절반보다 클 수 있다. 다시 말해, 씰링 링(17)의 최대 두께는 확관부(211)의 스웨징 변형 후의 내측 반지름에서 연결 대상 파이프(220)의 스웨징 변형 후의 외측 반지름을 뺀 값보다 클 수 있다. 즉, 씰링 링(17)의 최대 두께는 스웨징에 의한 변형 후 확관부(211)의 내주와 연결 대상 파이프(220)의 외주 사이 공간의 크기보다 크게 설정될 수 있다. 참고로 도 8를 참조하면, 씰링 링(17)의 최대 두께는 링 내측 돌출부(171, 172)와 링 외측 돌출부(173, 174) 사이의 최대 두께를 의미할 수 있다. 이에 따라, 개재되는 공간의 크기(너비)보다 큰 두께로 설정된 씰링 링(17)이 스웨징 시 확관부(211)와 연결 대상 파이프(220) 사이에서 상호 소성 변형을 통해 밀착되면서 높은 씰링 효과가 발휘될 수 있다.

씰링 링(17)은 확관부(211)의 소성 변형이 이루어지는 과정에서 확관부(211)와 연결 대상 파이프(220) 사이의 공간에서 확관부(211)의 내주면과 연결 대상 파이프(210)의 외주면을 각각 파고들면서 밀폐(실링) 구조를 제공함과 동시에 영구적으로 확관부(211)와 연결 대상 파이프(220) 사이에 배치되는 구성이라 할 수 있다.

또한, 씰링 링(17)은 확관 파이프(210) 및 연결 대상 파이프(220)의 재질보다 상대적으로 높은 경도(표면 경도)를 갖도록 제조될 수 있다. 씰링 링(17)은 확관 파이프(210) 및 연결 대상 파이프(220) 대비 높은 인장 강도와 유사한 내식성을 갖는 재질로 제작될 수 있다. 또는, 씰링 링(17)은 확관 파이프(210) 및 연결 대상 파이프(220)와 동일한 재질로 제작되되, 열처리 또는 특수 표면 처리를 통해 확관 파이프(210) 및 연결 대상 파이프(220)의 재질보다 상대적으로 높은 경도(표면 경도)를 갖도록 제조될 수 있다.

이에 따라, 씰링 링(17)은 확관 파이프(210)의 외주면 및 연결 대상 파이프(220)의 내주면에 존재하는 표면 결함을 무시할 수 있는 깊이로 파고들어 우수한 밀폐 능력을 확보함과 동시에 체결을 위해 필요한 외력(후술하는 체결 공구에 의한 외력)을 절감시킬 수 있다. 즉, 씰링 링(17)은, 확관 파이프(210)의 외주면 및 연결 대상 파이프(220)의 내주면에 존재하는 표면 결함의 깊이보다 더 깊은 깊이(표면 결함을 무시할 수 있는 깊이)로 파고들 수 있도록, 확관 파이프(210) 및 연결 대상 파이프(220)의 재질보다 상대적으로 높은 표면 경도를 갖는 재질 및 예상되는 표면 결함의 깊이보다 큰 내외측 돌출량을 가지도록 제조될 수 있다. 또한, 씰링 링(17)의 링 내측 돌출부(171, 172), 링 외측 돌출부(173, 174) 등의 돌출 구성은 대상의 표면을 파고들 수 있는 뾰족한 돌기 형태(예를 들면, 첨단)의 단면을 가지도록 구비될 수 있다.

참고로, 상기와 같은 씰링 링(17)의 링 내측 돌출부(171, 172)에 대한 설명은 전술한 내측 돌출부(2111a) 중 적용 가능한 부분에 동일 내지 유사하게 적용될 수 있다.

또한, 도 8을 참조하면, 씰링 링(17)의 후단과 변화 구간(2112) 사이 및 씰링 링(17)의 전단과 전방 미도달 부분(211c)의 단부 사이 각각에는, 씰링 링(17)이 중간 부분(211a)에 대응하여 위치하도록 가이드하는 스토퍼 링(19)이 배치될 수 있다. 예시적으로, 스토퍼 링(19)은 후방 도입 부분(211b)에 대응하는 위치(도 6의 좌측 부분 확대도 참조) 및 전방 미도달 부분(211c)에 대응하는 위치(도 6의 우측 부분 확대도 참조)에 배치될 수 있는 형태(규격)로 구비될 수 있다. 또한, 씰링 링(17)은 이러한 스토퍼 링(19) 사이에 배치될 수 있는 형태(규격)로 구비될 수 있다. 또한, 이러한 전후방 양측에 배치되는 스토퍼 링(19)은 씰링 링(17)의 두께(링 내측 돌출부와 링 외측 돌출부 사이의 두께)보다 상대적으로 두껍게 구비될 수 있다. 참고로, 중간 부분(211a), 후방 도입 부분(211b) 및 전방 미도달 부분(211c)은 도 6 등 도면 전반에 도시된 사항 및 이와 관련한 본원 명세서 전반의 설명을 참작하여 이해될 수 있다.

이에 따라, 후술할 S300 단계에서 스웨지 링(15)이 중간 부분(211a)으로 이동되어 중간 부분(211a)에 대한 스웨징이 이루어지면, 후방 도입 부분(211b) 및 전방 미도달 부분(211c) 각각에 배치된 스토퍼 링(19)은 씰링 링(17)보다 상대적으로 두꺼운 두께를 가지기 때문에, 후방 도입 부분(211b) 및 전방 미도달 부분(211c)이 중간 부분(211a)보다 상대적으로 외경이 커지게 되는 데에 있어서 상당한 기여를 하게 된다. 즉, 스웨지 링(15)의 중간 부분(211a)에 대한 선택적인 스웨징과, 후방 도입 부분(211b) 및 전방 미도달 부분(211c) 각각에 배치된 스토퍼 링(19)의 두께 설정이 유기적으로 조합됨으로써, 후방 도입 부분(211b) 및 전방 미도달 부분(211c) 각각의 제한 턱 역할이 보다 극대화될 수 있다.

한편, 본 파이프 연결 방법은 확관부(211) 내에 연결 대상 파이프(220)의 후방 단부를 삽입하는 단계(S200)를 포함한다. 참고로, 도 3은 S200 단계가 수행되어 연결 대상 파이프(220)의 후방 단부가 확관부(211) 내에 삽입된 상태에서 후술할 S300 단계를 통해 스웨지 링(15)이 확관부(211)로 도입되는 상태를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 파이프 연결 방법은 확관부(211)의 후방에 확관 파이프(210)의 외주를 둘러싸도록 배치된 스웨지 링(15)을 견인하는 체결 공구(2)를 배치하여 스웨지 링(15)을 전방으로 이동시키는 단계(S300)를 포함한다.

스웨지 링(15)은 S300 단계 이전에 확관부(211)의 형성 예정 위치의 후방에 확관 파이프(210)의 외주를 둘러싸도록 미리 배치될 수 있다. 예시적으로, 스웨지 링(15)의 배치는 확관 파이프(210)가 확관되기 이전인 S100 단계 이전에 이루어질 수 있으나 이에만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 시점에 이루어질 수 있다. 다른 예로, 스웨지 링(15)은 S100 단계와 S300 단계 사이에 확관 파이프(210)의 후단을 통해 확관 파이프(210)의 외주를 둘러싸도록 도입되어 전방으로 이동하는 형태로 확관부(211)의 형성 예정 위치의 후방에 확관 파이프(210)의 외주를 둘러싸며 배치될 수 있다.

또한, 도 3 및 도 6을 비교하여 보면, 상술한 S300 단계는 확관부(211) 중에서 스웨지 링(15)의 도입 시에만 접촉되는 후방 도입 부분(211b) 및 스웨지 링(15)이 접촉되지 않는 전방 미도달 부분(211c)을 제외한 중간 부분(211a)에 대하여 스웨지 링(15)의 접촉 및 가압이 이루어지도록 스웨지 링(15)을 이동시킨다.

스웨지 링(15)의 스웨징 전 초기 내경(스웨지 링(15)의 스웨징 전 최대 내경)은 확관 구간(2111)(특히 중간 부분(211a))의 스웨징 전 초기 외경보다 작게 설정된다. 이러한 설정에 의하면, 스웨지 링(15)의 전방으로의 이동에 따라 S300 단계에서 확관 파이프(210)의 확관부(211)는 스웨징(swaging)될 수 있다.

예시적으로 도 6을 참조하면, S300 단계의 스웨징에 의해 확관 구간(2111)의 중간 부분(211a)은 외경이 감소되는 방향으로 변형될 수 있다. 중간 부분(211a)을 외경이 감소되는 방향으로 변형시키는 스웨지 링(15)의 스웨징에 의해 중간 부분(211a)의 내주면 중 적어도 일부는 연결 대상 파이프(220)의 후방 단부의 외주면을 접촉 및 가압할 수 있다. 이러한 스웨징 변형에 따라, 중간 부분(211a)은 후방 도입 부분(211b) 및 전방 미도달 부분(211c)보다 외경이 작아질 수 있다. 즉, 후방 도입 부분(211b) 및 전방 미도달 부분(211c)은 중간 부분(211a)보다 상대적으로 외경이 커질 수 있다.

구체적으로, 스웨징에 의해 후방 도입 부분(211b)은 외경이 감소되는 방향으로 변형되었다가 스웨지 링(15)이 지나가고 난 뒤 적어도 일부가 탄성적으로 변형 회복되거나 그 외주면 측이 스웨지 링(15)의 이동에 따라 적어도 일부 전방으로 당겨져 중간 부분(211a)보다 상대적으로 외경이 커지는 방향으로 변형될 수 있다. 또한, 후방 도입 부분(211b)의 외경보다 작은 내경을 갖는 스웨지 링(15)이 후방 도입 부분(211b)의 외주면(표면)을 소정의 압력으로 가압한 상태로 전방 이동되면, 후방 도입 부분(211b)의 외주면(표면) 측에는 스웨지 링(15)의 내주면과의 마찰력에 의해 전방으로 외주면 측을 당기는 당김 힘이 작용될 수 있고, 당김 힘에 의해 후방 도입 부분(211b)은 외경이 확장되는 방향으로 들어 올려지는(말려 올라가는) 소정의 변형이 이루어질 수 있다. 상술한 2 가지 작용 중 하나 이상에 의하여 후방 도입 부분(211b)은 스웨징 변형된 중간 부분(211a)보다 상대적으로 외경이 커질 수 있다. 후방 도입 부분(211b)의 두께 및 재질은, 스웨지 링(15)이 지나가고 난 뒤 적어도 일부 변형 회복되거나, 그 외주면 측이 스웨지 링(15)의 이동에 따라 적어도 일부 전방으로 당겨져, 중간 부분(211a)보다 상대적으로 외경이 커질 수 있는 방향으로 설정됨이 바람직하다.

이처럼 후방 도입 부분(211b)은 중간 부분(211a)보다 상대적으로 큰 외경에 의해 스웨지 링(15)의 후방 이탈을 방지할 수 있다. 한편, 전방 미도달 부분(211c)은 스웨지 링(15)이 중간 부분(211a)만을 가압하므로, 중간 부분(211a)에 비해 상대적으로 큰 외경을 자연스럽게 가지게 될 수 있다. 즉, 후방 도입 부분(211b)과 전방 미도달 부분(211c)은, 스웨징 후 중간 부분(211a)보다 상대적으로 큰 외경을 통해 스웨지 링(211)의 후방 이탈 및 전방 이탈을 방지할 수 있다. 후방 도입 부분(211b)과 전방 미도달 부분(211c) 각각은 S300 단계 이후에 스웨지 링(15)이 전방 및 후방 각각으로 이동하는 것을 제한하는 제한턱(리미터)의 역할을 할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 후방 도입 부분(211b) 및 전방 미도달 부분(211c)은 중간 부분(211a)과 달리 내측 함몰부와 내측 돌출부(2111a)가 형성되지 않아, 중간 부분(211a)에 비해 평균적인 두께 또는 최소 두께(중간 부분(211a)의 경우 외면과 내측 함몰부 사이의 두께)가 상대적으로 두껍다. 이러한 두께 측면에서 살펴보아도, 후방 도입 부분(211b) 및 전방 미도달 부분(211c)은 스웨징 후의 외경 크기가 스웨징 변형된 중간 부분(211a)보다 상대적으로 더 커지게 되어 스웨지 링(15)이 전방 또는 후방으로 이탈되는 것을 방지하는 제한턱 역할을 할 수 있다.

한편, 스웨지 링(15)의 스웨징 전 초기 두께는, 스웨징 시 중간 부분(211a)이 스웨지 링(15)보다 큰 변형량을 갖도록, 중간 부분(211a)의 스웨징 전 초기 두께보다 클 수 있다.

또한, 스웨지 링(15)의 두께 및 재질은, 스웨징 시 스웨지 링(15)의 변형이 주로(대부분) 탄성 영역에서 이루어지고, 중간 부분(211a)의 변형 중 적어도 일부가 소성 영역에서 이루어질 수 있는 방향으로 설정될 수 있다.

예를 들어, 스웨지 링(15)과 확관 파이프(210)의 재질이 동일한 경우, 스웨지 링(15)이 확관 파이프(210)의 중간 부분(211a)에 비해 상당히 두껍게 설정되면, 스웨지 링(15)의 스웨징 시 스웨지 링(15)의 변형량은 중간 부분(211a)의 변형량에 비하여 아주 작아질 수 있다. 이처럼 아주 작은 변형량에 대해서는 탄성 영역 내에서의 변형이 이루어질 수 있으므로, 스웨지 링(15)은 탄성 변형될 수 있다. 반면에, 스웨지 링(15)의 변형량에 비해 상대적으로 큰 변형량을 갖는 확관 파이프(210)의 중간 부분(211a)은 적어도 일부가 탄성 영역을 벗어나는 소성 변형이 이루어질 수 있다. 이러한 두께 및 재질 설정에 따라 확관 파이프(210)의 중간 부분(211a)의 소성 변형이 유도되면, 확관 파이프(210)와 연결 대상 파이프(220) 사이의 기밀성 및 고정성이 보다 높은 성능으로 확보될 수 있다. 이러한 성능을 소정 이상 확보하기 위하여, 스웨지 링(15)의 두께는 확관 파이프(210)의 두께와 연결 대상 파이프(220)의 두께의 합의 이상이 되도록 설정함이 바람직하다.

또한, S300 단계에 의해, 중간 부분(211a)의 내주면에 형성된 내측 돌출부(2111a)는 연결 대상 파이프(220)의 외주면을 가압하며 적어도 일부 변형될 수 있다. 또한, 연결 대상 파이프(220)는 내측 돌출부(2111a)의 가압에 의해 변형될 수 있다. 이에 따라, 내측 돌출부(2111a)는 연결 대상 파이프(220)의 외주면을 파고드는 형태로 연결 대상 파이프(220)에 결속력 있게 결합될 수 있다. 상술한 씰링형 돌출부의 경우, 스웨지 링(15)의 스웨징 시 연결 대상 파이프(220)의 외주면을 파고드는 형태로 체결됨으로써, 확관 파이프(210)와 연결 대상 파이프(220) 사이를 보다 기밀성 있게 씰링할 수 있다.

또한 격자형 돌출부인 씰링형 돌출부는 연결 대상 파이프(220)의 표면 상에 결함이 존재하는 경우 결함부에 이웃(인접)하는 격자들이 국소 영역의 폐쇄(밀폐) 공간을 형성함과 동시에 연결 대상 파이프(220)의 토션(torsion)을 방지할 수 있다. 구체적으로, 씰링형 돌출부가 격자 형태로 구비되는 경우, 각각의 격자가 격자 내측의 영역을 격자 외측의 영역과 구획하는 일종의 격벽으로 작용하여 누출 방지 능력을 더 높게 기대할 수 있는 장점이 있다. 즉, 격자 형태로 씰링이 이루어지는 경우, 결함부로부터의 누출이 소정의 격자 영역 내로만 제한되고 해당 격자 영역 외측으로의 추가적인 누출이 차단될 수 있다. 또한, 격자 형태는 그 구조상 파이프에 가해지는 축력에 대해 저항하는 역할뿐만 아니라 파이프에 가해지는 토션에 대해 저항하는 역할 또한 수행할 수 있다.

또한, S300 단계에 의해 토션 저항형 돌출부는 연결 대상 파이프(220)를 접촉 또는 가압할 수 있다. 이러한 토션 저항형 돌출부에 의해, 파이프에 가해지는 휨(굽힘) 변형 모멘트에 대해서도 효과적인 저항 구조가 마련될 수 있다.

또한, 토션 저항형 돌출부가 비스듬한 경사를 갖는 환형으로 형성되거나, 격자형 돌출부로 형성되는 경우, 씰링형 돌출부 및 토션 저항형 돌출부의 역할(씰링 역할, 축 방향 외력 성분에 대한 저항 역할, 토션 방향 외력 성분에 대한 저항 역할 등)을 모두 수행할 수 있다.

참고로, S300 단계에서 배치되는 체결 공구(2)는 스웨지 링(15)의 후단면에 접촉(도 3 참조)하거나, 또는 스웨지 링(15)의 외주면에 접촉(도 7 참조)하는 견인 유닛(21), 및 확관 파이프(210)의 전단면에 접촉되는 전방 지지 유닛(22)을 포함할 수 있다. 도 7을 참조하면, 예시적으로, 견인 유닛(21)이 스웨지 링(15)의 외주면에 접촉하는 경우, 스웨지 링(15)의 외주면에는 견인 유닛(21)이 배치되는 함몰부(152)가 형성될 수 있다.

또한, 체결 공구(2)는 스웨지 링(15)이 견인되도록 견인 유닛(21)을 전방 지지 유닛(22) 측으로 상대적으로 이동시키는 구동력과 구동력에 의한 축 방향 압축력을 제공하는 구동 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동 유닛은 전방 지지 유닛(22)에 대하여 견인 유닛(21)을 상대적으로 당겨 서로 가까워지도록 이동시킬 수 있다. 이러한 구동 유닛에는 유압을 이용한 구동 유닛(액츄에이터) 등 다양한 구동 장치들이 적용될 수 있으므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

또한, 스웨지 링(15)의 전단의 하측에는 볼록한 곡면 형상의 라운드 처리부(151)가 형성될 수 있다. 라운드 처리부(151)에 의해 스웨지 링(15)의 후방 도입 부분(211b)에 대한 도입이 매끄럽고 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 라운드 처리부(151)에 의해 전방 미도달 부분(211c)의 외주면 중 일부는 라운드 처리부(151)에 접촉된 상태로 점차 외경이 확대되는 형태로 구비될 수 있고, 이에 따라, 전방 미도달 부분(211c)의 제한턱 역할에 있어서, 접촉에 의한 마찰 저항이 유기적으로 조합될 수 있다.

체결 공구(2)가 스웨지 링(15)을 확관부(211) 상으로 견인할 때, 스웨지 링(15)의 라운드 처리부(151)는 확관부(211)의 후방 도입 부분(211b)의 시작점에서 나팔 형태로 확장되며, 이러한 확장 변형의 정도는 스웨지 링(15)의 탄성 영역에서 이루어짐이 바람직하다. 이렇게 확장으로 인해 변형된 나팔 형상이 확관부(211)의 경사진 외측면(변화 구간(2112))과 완만하게 접촉되면서, 스웨지 링(15)의 전방으로의 견인을 위한 도입이 보다 적은 마찰 저항을 수반하여 매끄럽게 이루어지도록 가이드될 수 있다.

또한 도 6의 좌측 부분 확대도를 참조하면, 스웨지 링(15)의 후단의 하측에는 상기 라운드 처리부(151)(전단 라운드 처리부)와 유사하게 볼록한 곡면 형상의 후단 라운드 처리부가 형성될 수 있다. 이러한 후단 라운드 처리부에 의해, 중간 부분(211a) 대비 상대적으로 외측으로 돌출되는 후방 도입 부분(211b)의 제한턱 형상이 보다 효과적으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 후방 도입 부분(211b)의 외주면 중 일부는 후단 라운드 처리부에 접촉된 상태로 점차 외경이 확대되는 형태로 구비될 수 있고, 이에 따라, 후방 도입 부분(211b)의 제한턱 역할에 있어서, 접촉에 의한 마찰 저항까지 유기적으로 조합될 수 있다.

또한, 본 파이프 연결 방법은 체결 공구(2)를 제거하는 단계를 포함한다.

이처럼 본 파이프 연결 방법은 스웨지 링(15)을 사전에 삽입한 확관 파이프(210)의 전방 측을 소성 가공의 한 종류인 전조 방식으로 확관하여 확관부(211)를 형성하고 연결 대상 파이프(220)의 단부를 확관부(211)에 집어 넣은 뒤, 스웨지 링(15)으로 가압 연결하는 영구적 배관 연결을 제공할 수 있다. 또한, 본 파이프 연결 방법은 굽어진 단관이나 T형태의 부속 단말 등 다양한 형태의 배관 연결 부속 형태에 확장 적용될 수 있다.

또한, 상술한 바에 따르면, 본 파이프 연결 방법은 파이프 간 연결된 부분의 중첩된 길이를 감안하여 재단된 두개의 파이프(확관 파이프(210) 및 연결 대상 파이프(220))에 대하여 하나의 스웨지(Swage) 링(15)을 적용하여 구현될 수 있다.

또한, 본 파이프 연결 방법은 필요시(예를 들면, 구리(Cu)와 같은 연질 배관에 적용 시) 구조 보강용 인서트를 Optional하게 사용할 수 있다. 참고로, 인서트는 연결 대상 파이프(220)보다 내측에 배치되어 반경 방향에 대하여 연결 대상 파이프(220)를 지지하는 구성으로서, 예를 들면, 링 형태로 구비될 수 있다. 인서트의 외주면에는 스웨지 링(15)의 스웨징 시 연결 대상 파이프(220)의 내주면에 접촉되는 외측 돌출부가 형성될 수 있다. 이러한 외측 돌출부는 전술한 확관 파이프(210)의 내측 돌출부(2111a)와 파이프의 길이 방향(종 방향)에 대하여 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 내측 돌출부(2111a) 중 어느 하나가 스웨지 링(15)의 스웨징에 의해 변형되어 확관 파이프(210)의 중간 부분(211a)의 외주면을 가압하였을 때, 복수의 외측 돌출부 중 어느 하나는 연결 대상 파이프(220)의 내주면 중 상기 어느 하나의 내측 돌출부에 대응하는 위치에서 상기 가압에 대하여 파이프를 지지하는 구성일 수 있다. 외측 돌출부가 둘레를 따라 연속적으로 형성(예를 들면 환형으로 형성)되어 연결 대상 파이프(220)를 지지함으로써, 연결 대상 파이프(220)와 인서트 사이가 씰링될 수 있다.

또한, 상술한 바에 따르면, 본 파이프 연결 방법에 있어서, 확관 파이프(210)와 연결 대상 파이프(220)의 이음부는 확관 파이프(210)의 확관 전에 삽입된(기배치된) 스웨지 링(15)을 확관부(211)의 중간 부분(211a) 상으로 견인하는 전용 체결 공구(2)에 의해 형성될 수 있다.

또한, 상술한 바에 따르면, 본 파이프 연결 방법은 스웨지 방식 연결의 장점들을 가지면서, 추가적인 원재료 없이 확관부(211)를 형성할 수 있는 장점을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 파이프 연결 방법은 궁극적으로는 동일한 성능의 연결부를 상당히 적은 재료와 무게로 형성할 수 있는 장점을 가질 수 있다.

또한 상술한 바에 따르면, 확관부(211)의 전조 가공시 냉간 소성 가공의 영향으로 내측 돌출부(2111a)의 가공 경화 현상이 일어나(발생되어) 내측 돌출부(2111a)는 확관 파이프(210) 내의 다른 부분 및 연결 대상 파이프(220)와 동일한 재질을 갖더라도 더 단단한 강도를 갖는 돌기로 구비될 수 있다. 이에 따라, 스웨징 과정에서 내측 돌출부(2111a)는 연결 대상 파이프(220)의 외주면을 더 쉽게 파고들 수 있고, 이에 따라, 더욱 튼튼하고 신뢰성 있는 밀폐력을 제공하는 원천이 될 수 있다.

또한, 상술한 바에 따르면, 본 파이프 연결 방법은 스웨지 링(15)이 그에 요구되는 기능적 특성을 모두 만족시키면서도, 극히 단순한 형상과 확관부(211)의 일부를 덮는데 필요한 최소한의 길이를 지니게 함으로써, 매우 적은 비용으로도 구비될 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

한편, 이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 파이프 연결 장치(이하 '본 파이프 연결 장치'라 함)에 대해 설명한다. 다만, 본 파이프 연결 장치는 상술한 본 파이프 연결 방법과 동일하거나 상응하는 기술적 특징 및 구성을 공유한다. 따라서, 본 파이프 연결 방법에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하며, 동일 내지 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

본 파이프 연결 장치는 확관 파이프(210)를 포함한다. 확관 파이프(210)의 전방 측에는 확관부(211)가 형성된다. 확관부(211)는 확관 구간(2111) 및 확관 구간(2111)을 미확관된 일반 구간과 연결하는 변화 구간(2112)을 포함한다. 또한, 확관부(211)에는 연결 대상 파이프(220)의 후방 단부가 삽입된다.

또한, 본 파이프 연결 장치는 확관 구간(2111)을 둘러싸고 접촉 및 가압하는 스웨지 링(15)을 포함한다. 스웨지 링(15)의 접촉 및 가압은, 확관부(211) 중에서 스웨지 링(15)의 도입 시에만 접촉되는 후방 도입 부분(211b) 및 스웨지 링(15)이 접촉되지 않는 전방 미도달 부분(211c)을 제외한 중간 부분(211a)에 대하여 이루어진다.

또한, 스웨지 링(15)의 스웨징 전 초기 내경은 확관 구간(2111)의 스웨징 전 초기 외경보다 작다. 중간 부분(211a)을 외경이 감소되는 방향으로 변형시키는 스웨지 링(15)의 스웨징에 의해 후방 도입 부분(211b)과 전방 미도달 부분(211c)이 중간 부분(211a)보다 상대적으로 외경이 커질 수 있다. 후방 도입 부분(211b)과 전방 미도달 부분(211c)은, 스웨징 후 중간 부분(211a)보다 상대적으로 큰 외경에 의해 스웨지 링(15)의 후방 이탈 및 전방 이탈을 방지할 수 있다.

스웨지 링(15)의 스웨징 전 초기 두께는, 스웨징 시 중간 부분(211a)이 스웨지 링(15)보다 큰 변형량을 갖도록, 중간 부분(211a)의 스웨징 전 초기 두께보다 클 수 있다. 스웨지 링(15)의 두께 및 재질은, 스웨징 시 스웨지 링(15)의 변형이 탄성 영역에서 이루어지고, 중간 부분(211a)의 변형 중 적어도 일부가 소성 영역에서 이루어질 수 있는 두께 및 재질로 설정될 수 있다.

후방 도입 부분(211b)의 두께 및 재질은, 스웨지 링(15)이 지나가고 난 뒤 적어도 일부 변형 회복되거나, 그 외주면 측이 스웨지 링(15)의 이동에 따라 적어도 일부 전방으로 당겨져, 중간 부분(211a)보다 상대적으로 외경이 커질 수 있는 두께 및 재질로 설정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 후방 도입 부분(211b)은 중간 부분(211a)보다 상대적으로 큰 외경에 의해 스웨지 링(15)의 후방 이탈을 방지할 수 있다.

스웨지 링(15)의 전단의 하측에는 볼록한 곡면 형상의 라운드 처리부(151)가 형성될 수 있다. 라운드 처리부(151)의 스웨징 전 최대 내경은 확관 구간(2111)의 스웨징 전 초기 외경보다 클 수 있다. 이러한 최대 내경 설정에 따라, 스웨지 링(15)의 도입이 보다 매끄럽게 이루어질 수 있다.

또한, 중간 부분(211a)의 내주면에는, 스웨징 시 연결 대상 파이프(220)에 접촉되는 내측 돌출부(2111a)가 형성될 수 있다. 내측 돌출부(2111a)는 확관 파이프(210)의 다른 부분들(확관 파이프(210)의 내측 돌출(2111a)외의 다른 부분으로서, 이를테면, 내측 돌출부(2111a)의 이웃하는 부분)과 동일한 재질로 일체적으로 형성되되, 확관 파이프(210)의 다른 부분들보다 높은 경도를 갖는 변형 경화부일 수 있다. 이러한 변형 경화부는 냉간 소성 가공에 의한 가공 경화에 의해 형성될 수 있다. 또한, 확관부(211)는 전조(Roll forming) 방식에 의해 형성될 수 있다.

또한, 중간 부분(211a)의 내측에는, 중간 부분(211a)과 연결 대상 파이프(220) 사이에 개재되는 씰링 링(17)이 배치될 수 있다. 씰링 링(17)은 링 내측 돌출부(171, 172)와 링 외측 돌출부(173, 174)를 구비할 수 있다. 링 내측 돌출부(171, 172)는 스웨징 시 연결 대상 파이프(220)의 외주면을 적어도 일부 파고들도록 내측으로 돌출되는 구성이다. 또한, 링 외측 돌출부(173, 174)는 스웨징 시 중간 부분(211a)의 내주면을 적어도 일부 파고들도록 외측으로 돌출되는 구성이다. 이때, 전방 미도달 부분(211c)의 단부는 씰링 링(17)의 전방 이탈을 방지하도록 그 내경이 씰링 링(17)의 외경보다 작게 설정될 수 있다.

또한, 씰링 링(17)의 후단과 변화 구간(2112) 사이 및 씰링 링(17)의 전단과 전방 미도달 부분(211c)의 단부 사이 각각에는, 씰링 링(17)이 중간 부분(211a)에 대응하여 위치하도록 가이드하는 스토퍼 링(19)이 배치될 수 있다.

또한, 본 파이프 연결 장치는 연결 대상 파이프(220)를 포함할 수 있다. 또한, 본 파이프 연결 장치는 필요에 따라 연결 대상 파이프(220)의 내측에 배치되어 파이프를 지지하는 인서트를 포함할 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

210: 확관 파이프
211: 확관부
2111: 확관 구간
2112: 변화 구간
2111a: 내측 돌출부
211a: 중간 부분
211b: 후방 도입 부분
211c: 전방 미도달 부분
220: 연결 대상 파이프
2: 체결 공구
21: 견인 유닛
22: 전방 지지 유닛
15: 스웨지 링
151: 라운드 처리부
152: 함몰부
17: 씰링 링
171, 172: 링 내측 돌출부
173, 174: 링 외측 돌출부
19: 스토퍼 링
91: 외부 몸체
92: 롤러 다이스

Claims (17)

1. 파이프 연결 방법에 있어서,
   (a) 확관 파이프의 전방 측에 확관 구간 및 상기 확관 구간을 미확관된 일반 구간과 연결하는 변화 구간을 포함하도록 형성된 확관부 내에 연결 대상 파이프의 후방 단부를 삽입하는 단계;
   (b) 상기 확관부의 후방에 상기 확관 파이프의 외주를 둘러싸도록 배치된 스웨지 링을 견인하는 체결 공구를 배치하여 상기 스웨지 링을 전방으로 이동시키는 단계; 및
   (c) 상기 체결 공구를 제거하는 단계를 포함하되,
   상기 (b) 단계는, 상기 확관부 중에서 상기 스웨지 링의 도입 시에만 접촉되는 후방 도입 부분 및 상기 스웨지 링이 접촉되지 않는 전방 미도달 부분을 제외한 중간 부분에 대하여 상기 스웨지 링의 접촉 및 가압이 이루어지도록 상기 스웨지 링을 이동시키고,
   상기 (b) 단계에서 상기 스웨지 링의 스웨징 전 초기 내경은 상기 확관 구간의 스웨징 전 초기 외경보다 작으며, 상기 중간 부분을 외경이 감소되는 방향으로 변형시키는 상기 스웨지 링의 스웨징에 의해, 상기 후방 도입 부분과 상기 전방 미도달 부분이 상기 중간 부분보다 상대적으로 외경이 커지고,
   상기 스웨지 링의 내주면의 전단에는, 상기 중간 부분보다 상대적으로 외경이 커진 상기 전방 미도달 부분의 외주면 중 일부와 접촉되도록 볼록한 곡면 형상의 전단 라운드 처리부가 형성되되, 상기 전단 라운드 처리부의 스웨징 전 최대 내경은 상기 확관 구간의 스웨징 전 초기 외경보다 크고,
   상기 전방 미도달 부분은, 상기 (b) 단계 이후에, 상기 중간 부분보다 상대적으로 큰 외경 및 상기 전단 라운드 처리부와의 접촉에 따른 마찰 저항에 의해 상기 스웨지 링의 전방 이탈을 방지하는 제한 턱 역할을 하며,
   상기 스웨지 링의 내주면의 후단에는, 상기 중간 부분보다 상대적으로 외경이 커진 상기 후방 도입 부분의 외주면 중 일부와 접촉되도록 볼록한 곡면 형상의 후단 라운드 처리부가 형성되며,
   상기 후방 도입 부분은, 상기 (b) 단계 이후에, 상기 중간 부분보다 상대적으로 큰 외경 및 상기 후단 라운드 처리부와의 접촉에 따른 마찰 저항에 의해 상기 스웨지 링의 후방 이탈을 방지하는 제한 턱 역할을 하며,
   상기 (a) 단계 이전에, (d) 전조 방식의 가공에 의해 상기 확관 파이프에 상기 확관부를 형성하는 단계를 더 포함하고,
   상기 (d) 단계에서 상기 중간 부분의 내주면에는, 스웨징 시 상기 연결 대상 파이프에 접촉되는 내측 돌출부가 형성되되, 상기 중간 부분의 내주면에 내측 돌출부가 형성되도록 상기 내측 돌출부에 대응하는 외주 형상을 갖는 롤러 다이스에 의해 형성되며,
   상기 내측 돌출부는 상기 확관 파이프의 다른 부분들과 동일한 재질로 일체적으로 형성되되, 상기 전조 방식의 가공에 의해 상기 확관 파이프의 다른 부분들보다 높은 경도를 갖는 변형 경화부인 것인, 파이프 연결 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 (d) 단계에서, 상기 확관 파이프의 전방 측은 상기 확관 구간의 외경에 대응하는 내경을 가지는 홀이 형성된 외부 몸체 및 상기 홀의 내측에 배치되는 롤러 다이스 사이에 개재되는 것인, 파이프 연결 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 (d) 단계에서, 상기 확관 파이프가 확관되고 나서 상기 확관부의 내측에는 상기 중간 부분에 대응하여 씰링 링이 삽입된 다음, 상기 전방 미도달 부분의 단부는 상기 씰링 링의 전방 이탈을 방지하도록 그 내경이 축소되게 가공되는 것인, 파이프 연결 방법.
6. 파이프 연결 장치에 있어서,
   확관 구간 및 상기 확관 구간을 미확관된 일반 구간과 연결하는 변화 구간을 포함하는 확관부가 전방 측에 형성되고, 상기 확관부에 연결 대상 파이프의 후방 단부가 삽입되는 확관 파이프; 및
   상기 확관 구간을 둘러싸고 접촉 및 가압하는 스웨지 링을 포함하되,
   상기 스웨지 링의 접촉 및 가압은, 상기 확관부 중에서 상기 스웨지 링의 도입 시에만 접촉되는 후방 도입 부분 및 상기 스웨지 링이 접촉되지 않는 전방 미도달 부분을 제외한 중간 부분에 대하여 이루어지고,
   상기 스웨지 링의 스웨징 전 초기 내경은, 상기 확관 구간의 스웨징 전 초기 외경보다 작으며,
   상기 스웨지 링의 내주면의 전단에는, 상기 중간 부분을 외경이 감소되는 방향으로 변형시키는 상기 스웨지 링의 스웨징에 의해 상기 중간 부분보다 상대적으로 외경이 커진 상기 전방 미도달 부분의 외주면 중 일부와 접촉되도록 전단 라운드 처리부가 형성되되, 상기 전단 라운드 처리부의 스웨징 전 최대 내경은 상기 확관 구간의 스웨징 전 초기 외경보다 크고,
   상기 전방 미도달 부분은, 상기 중간 부분보다 상대적으로 큰 외경 및 상기 전단 라운드 처리부와의 접촉에 따른 마찰 저항에 의해 상기 스웨지 링의 전방 이탈을 방지하는 제한 턱 역할을 하며,
   상기 스웨지 링의 내주면의 후단에는, 상기 중간 부분을 외경이 감소되는 방향으로 변형시키는 상기 스웨지 링의 스웨징에 의해 상기 중간 부분보다 상대적으로 외경이 커진 상기 후방 도입 부분의 외주면 중 일부와 접촉되도록 볼록한 곡면 형상의 후단 라운드 처리부가 형성되고,
   상기 후방 도입 부분은 상기 중간 부분보다 상대적으로 큰 외경 및 상기 후단 라운드 처리부와의 접촉에 따른 마찰 저항에 의해 상기 스웨지 링의 후방 이탈을 방지하는 제한 턱 역할을 하며,
   상기 확관부는 전조 방식의 가공에 의해 형성되고,
   상기 중간 부분의 내주면에는, 상기 중간 부분의 내주면에 내측 돌출부가 형성되도록 상기 내측 돌출부에 대응하는 외주 형상을 갖는 롤러 다이스에 의해, 스웨징 시 상기 연결 대상 파이프에 접촉되는 상기 내측 돌출부가 형성되며,
   상기 내측 돌출부는 상기 확관 파이프의 다른 부분들과 동일한 재질로 일체적으로 형성되되, 상기 전조 방식의 가공에 의해 상기 확관 파이프의 다른 부분들보다 높은 경도를 갖는 변형 경화부인 것인, 파이프 연결 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6항에 있어서,
   상기 스웨지 링의 스웨징 전 초기 두께는, 스웨징 시 상기 중간 부분이 상기 스웨지 링보다 큰 변형량을 갖도록, 상기 중간 부분의 스웨징 전 초기 두께보다 큰 것인, 파이프 연결 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 스웨지 링의 두께 및 재질은, 스웨징 시 상기 스웨지 링의 변형이 탄성 영역에서 이루어지고, 상기 중간 부분의 변형 중 적어도 일부가 소성 영역에서 이루어질 수 있는 두께 및 재질로 설정되는 것인, 파이프 연결 장치.
11. 제6항에 있어서,
    상기 후방 도입 부분의 두께 및 재질은, 상기 스웨지 링이 지나가고 난 뒤 적어도 일부 변형 회복되거나, 그 외주면 측이 상기 스웨지 링의 이동에 따라 적어도 일부 전방으로 당겨져, 상기 중간 부분보다 상대적으로 외경이 커질 수 있는 두께 및 재질로 설정되는 것인, 파이프 연결 장치.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제6항에 있어서,
    상기 변형 경화부는 냉간 소성 가공에 의한 가공 경화에 의해 형성되는 것인, 파이프 연결 장치.
15. 제6항에 있어서,
    상기 중간 부분의 내측에는, 링 내측 돌출부와 링 외측 돌출부를 구비하고 상기 중간 부분과 상기 연결 대상 파이프 사이에 개재되는 씰링 링이 배치되고,
    상기 링 내측 돌출부는 스웨징 시 상기 연결 대상 파이프의 외주면을 적어도 일부 파고들도록 내측으로 돌출되며,
    상기 링 외측 돌출부는 스웨징 시 상기 중간 부분의 내주면을 적어도 일부 파고들도록 외측으로 돌출되는 것인, 파이프 연결 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 전방 미도달 부분의 단부는 상기 씰링 링의 전방 이탈을 방지하도록 그 내경이 상기 씰링 링의 외경보다 작은 것인, 파이프 연결 장치.
17. 제15항에 있어서,
    상기 씰링 링의 후단과 상기 변화 구간 사이 및 상기 씰링 링의 전단과 상기 전방 미도달 부분의 단부 사이 각각에는, 상기 씰링 링이 상기 중간 부분에 대응하여 위치하도록 가이드하는 스토퍼 링이 배치되는 것인, 파이프 연결 장치.

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