KR20090107609A - 금속관연결(金屬管連結) 용접용(鎔接用) 플렉시블 플렌지 - Google Patents

Abstract

본 고안은 금속관로(金屬管路) 건설 공사에서 금속강관(金屬鋼管)의 용접(鎔接) 연속연결(連續連結) 작업속도를 비약적으로 증가 시키며 용접작업의 실수가 발생할 요인을 원천적으로 제거하며 용접작업의 자동화를 용이하게 하며 관로건설 관계 토목작업을 간략화 할 수 있게 하며 관로 건설 완공 후 유지 정비 보수 또한 비약적으로 간략화 할 수 있도록 하는 특징을 가진 플렉시블 플렌지(Flexible flange)에 관한 것 이다.

본 고안은 기존의 강관 연결 방식인 강관 연결구(連結口) 맞대기 용접(Butt weld) 과 볼트 체결 플렌지 연결(Bolted flange coupling) 등의 방식이 내포하고 있는 여러 가지 어려운 부분을 원천적으로 제거하는 것이 목적이다.

본 고안은 강관 의 양단(兩端)에 용접용 플렉시블 플렌지(Flexible flange)를 공장에서 미리 자동용접에 의하여 장착한 체 관로시공 현장으로 이송하여 시공현장에서는 관설치 전문 특별기술자도 체용 하지 않고 관 맞대기용접 특수 용접기술자 도 없이 플렉시블 플렌지(Flexible flange) 의 플렌지(Flange) 끝을 보통의 겹침용접(Lap weld) 만으로 강관 연결용접작업을 완결 하게 함으로서 간단하며 신속하게 관로건설을 할 수 있도록 하여 수명이 길고 공사비가 적게 드는 관로건설이 가능하게 하는 것 을 특징으로 한다.

[색인어]

01 : 플렌지 내환(Flange inner ring)

02 : 플렌지 환(Flange ring)

03 : 플렌지 내환 의 소 외경(Small outside diameter of inner ring)

04 : 플렌지 내환 의 대 외경(Large outside diameter of inner ring)

05 : 플렌지 환 의 내경(Inside diameter of flange ring)

06 : 플레지 외경(Flange diameter)

07 : 플렌지 내환 의 소 내경(Small inside diameter of inner ring)

08 : 플렌지 내환 의 경부(Neck of inner ring)

09 : 플렌지 환 의 어께(Shoulder of flange)

10 : 플렌지 내환, 외환 용접 둔덕(Weld bead of inner and flange ring)

11 : 완성 플렉시블 플렌지(Completed flexible flange)

12 : 단위강관(Unit metal tube)

13 : 강관 의경(Outside diameter of metal tube)

14 : 강관 과 플렌지 용접둔덕(Weld bead of metal tube and flanges)

15 : 피 연결 강관(Metal tube to connect)

16 : 플렌지 외경 용접둔덕(Weld bead of flange diameter)

17 : 어긋 맞대기 피 연결 강관(Metal tube to connect off set)

18 : 어긋 맞대기 용접 둔덕(Weld bead off set flange coupling)

19 : 만곡부 맞대기 피 연결 강관(Metal tube angular coupling)

20 : 만곡부 맞대기 용접 둔덕(Weld bead angular coupling)

21, 23, 25 : 만곡부 맞대기 피 연결 강관(Metal tube angular coupling)

22, 24, 26 : 만곡부 맞대기 용접 둔덕(Weld bead angular coupling)

Description

금속관연결(金屬管連結) 용접용(鎔接用) 플렉시블 플렌지{Flexible flange for metal tube welding coupling.}

본 발명으로 제조되는 제품이 속한 기술 분야는 금속관 의 제조 분야 이지만 그 제품을 사용하게 되는 기술 분야는 토목공사 분야 이다.

즉 플렉시블 플렌지 의 제조 과정은 금속 제관기술 분야 이지만 발명품의 효과에 의하여 실질적 이득을 보는 분야는 금속관을 사용하여 관로를 건설하는 토목분야 이다.

종래 기술로서 관로건설용 대구경 관 의 연속 연결방식 가운데 플렌지 연결방식 을 사용하는 경우 플렌지(Flange) 종류는 크게 3 종으로 구분 된다.

주조법(鑄造法)으로 제조되는 강관으로서 관 의 양단에 각각 암 수 플렌지를 처음부터 주조성형(鑄造成形)한 형식으로서 관로건설 현장에서 암수를 서로 삽입한 후 그 공간에 합성수지 또는 납 을 녹여 주입(鑄入) 하여 연결하는 형으로서 비교적 소구경 강관(직경 300 mm 이하) 에 주로 사용 된다.

주조법(鑄造法)으로 제조되는 강관으로서 관 의 양단에 턱을 설치하여 강관의 연결 시에는 분할 형 볼트체결 플렌지(Split ring bolting flange)를 턱에 걸리 도록 설치하여 관로시공 현장에서 관로건설을 하는 방식 은 중간 규모 구경으로부터 비교적 대구경(직경 500 mm 이하) 에 사용하고 있다.

위 의 두 종류는 주조물 의 용접이 어렵기 때문에 용접방식으로 관을 연결하는 방식은 사용 하지 않는다.

압연 강판성형 심용접(Seam weld) 강관의 경우 소구경(직경 300 mm 이하) 강관의 경우 관의 양단에 미리 나사를 형성한 후 관로건설현장에서 암나사연결구(Coupling) 을 사용하여 연속 연결 해 나가는 형식과 관 의 양단에 플렌지를 미리 용접 하여 현장으로 이송한 후 플렌지를 서로 용접 하거나 볼트로 체결 하는 방식을 사용하고 있다.

용접강관 은 주조 강관 에 비하여 높은 신축성을 보유하기 때문에 대구경(직경 500 mm 이상) 강관은 모두 강판용접강관이다.

대구경 강관 의 경우 경제성 때문에 허용한도 내에서 엷은 강판으로 용접 제조하며 또 관내 허용 전압(全壓)(Total pressure) 에 대응하는 플렌지 의 제작 과 장기간에 걸쳐 압력에 대응 하며 부식에 견디는 볼트체결 설계가 매우 어렵기 때문에 예외 없이 관 대 관 의 맞대기 용접방식으로 관로를 건설하고 있다.

상대적으로 용접될 접촉 면적이 매우 제한된 대구경 관 의 맞대기 용접연결은 고도기술 의 관 대 관 의 정열 기능이 선행 되어야 하는바 특히 관로를 매설해야할 좁은 도랑 속에서, 또 일기가 불순 한 경우 더욱 어려워지는 작업으로서 수 톤 이 나가는 중량물을 삼차원 공간에서 정확히 정열 시키는 작업은 기술 과 시간 즉 막대한 비용이 소요되는 작업이다.

정열이 확인 된 후 용접이 시작 되면 용접둔덕(Welding bead) 이 냉각 되는 과정에서 수축함 에 따라 한편에서 용접이 시작되면 반대편 의 정열이 뒤틀리기 시작하기 때문에 연결 관 의 정열이 끝난 후 용접작업 또한 최고 수준의 용접 기술자가 극히 신속하게 가장 적당한 위치에 가용접(假鎔接)을 하여 연결관 정열 의 뒤틀림을 방지하지 않으면 원 의 맞은편 에 생기는 뒤틀려 발생하는 틈 의 문제를 해결할 수단이 없다.

특히 단위 관 의 운송도중 입은 적은 변형, 관 의 끝 부분 은 약 하기 때문에 가장 쉽게 변형 되며, 작은 변형도 맞대기 용접정열 에서는 심각한 문제를 일으키는 수도 종종 있기 때문에 운송 또한 비용이 많이 드는 특수 안전운송이 불가피 하다.

또 용접작업이 끝난 후 에도 맞대기 용접부위는 강관 본체에 비하여 강성이 낮고 물성 도 다르기 때문에 안전을 위하여 보강 토목작업이 필수적인 요소가 된다.

관 의 연결 용접이 완전무결하게 수행 되었다 하드라도 관로 전체는 신축성이 없는 단일 강체이며 지각운동에 대하여 무방비 상태이기 때문에 충분한 보강 토목 공사가 필수적이며 이 또한 비용을 유발한다.

본 발명은 용접강관 의 맞대기 용접 연결 작업이 내포하고 있는 모든 문제점 들을 완벽하게 제거 하여 강관 의 연결용접 작업은 과거방식과는 비교가 안 될 정도로 용이하며 완성된 관로는 수명이 길어지고 전체 시공은 비용을 현저하게 절감 할 수 있게 하는 관로건설 이 가능하게 한다.

지금까지 관로건설공사에서 최대비용 발생 처 일 뿐 아니라 최고 취약 부 발생 원인인 맞대기용접(Butt welding) 방식으로부터 완전 히 탈피하기 위하여 용접 형 플렉시블 플렌지를 사용하도록 함으로서 모든 연결용접은 겹쳐 대기용접(Lap welding) 방식으로 전환함으로서 완성 관로의 품질향상, 유지보수 의 장기적 안전 확보, 시공기간단축, 건설비용 절감, 관로건설 국제경쟁 입찰 시 의 우위확보 등 여러 가지 경제적 이득을 취할 수 있게 한다.

금속의 신축성을 효과적으로 이용할 수 있는 구조가 되도록 설계한 플렉시블 플렌지를 관로건설용 단위 관 의 양단에 미리 용접 부착한 상태로 관로건설현장으로 수송하여 관로건설 현장에서는 연결해야할 두개 의 대면하는 단위 관 의 플렉시블 플렌지만 용접하는 것으로 관의 연결 작업이 완결 되도록 함으로서 현재 전 세계 모든 관로건설 현장에서 실시하고 있는 맞대기용접(Butt weld) 가 내포하는 모든 불합리한 점 을 제거 한다.

현재 전 세계 모든 관로건설 현장에서 사용되고 있는 맞대기 용접(Butt weld) 작업을 관로건설 현장으로부터 완전히 제거함으로서 우선 완성 관로 의 유연성 증가로 지각변동 등에 의한 파손 등의 사고가 줄어들며 다음은 지각변동에 대비한 특수 토목보강작업을 할 필요가 없어지게 되기 때문에 건설비용이 줄어들고 강 관 용접연결 작업 에서 강관정열 작업에 특수 기술자를 체용 할 필요가 없고 연결 용접작업 또한 특수 기술자를 체용할 필요가 없어지기 때문에 건설비용이 줄어들고 강관 연결 작업 속도가 비약적으로 증가하기 때문에 공기가 대폭 줄어들기 때문에 공사비가 절감 되는 등의 효과가 동시에 일어나게 된다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음 과 같다.

도-1 은 본 고안품 의 제조 제 1 단계에서 완성관 을 적당한 길이로 절단한 후 성형 하여 플렉시블 플렌지 의 소재(素材) 1 개 조를 완성한 모습이다.

금속관을 절단하여 플렌지내환(01) 의 소제(素材)(Blank)를 마련 한 후 적절한 가공방법으로 성형하되 내경(07) 의 전반부는 원상태를 유지하는 반면 후반부는 확관(擴管) 하여 소재외경(03) 보다 조금 큰 확장외경(04) 을 유지하도록 만든 플렌지내환(01) 완성품을 제작 한다.

다음은 관 의 내경(05) 가 플렌지내환(01) 의 확장외경(04) 와 같은 다른 크기의 금속관을 절단 하여 플렌지환(02) 의 소재(素材)를 마련한 후 적당한 가공 방법으로 관 의 전반부를 직각으로 접으며 벌리는 형태의 성형을 하여 다른 부속을 추가하지 않고 관 자체 의 변형만으로 외경이 플렌지외경(06) 을 구성하는 플렌지환(02)를 제작 한다.

도-2 는 플렌지내환(01) 을 플렌지환(02) 내부에 압력삽입 한 후 겹쳐대기 용접 방식으로 용접 하여 하나의 완성플렉시블플렌지(11) 을 제조 한 것이다.

플렌지내환(01) 과 플렌지환(02) 의 용접은 표준형 압입 겹쳐대기 용접(Press fitted lap welding)으로서 용접봉 없이 소재의 용탕이 직접 용접둔덕(Welding bead)를 이루는 대표적 MIG(Metal inert Gas welding) 용접 방식이 가능한 구조이며 특수용접기술이 필요하지 않으면서도 최고수준의 용접품질을 만들어 내는 구조이다.

플렌지내환(01) 과 플렌지환(02) 은 용접부위 에서는 서로 밀착 되어있는 반면 비 용접부위에는 약간 의 간격이 남아 있고 또 플렌지내환(01) 과 플렌지환(02) 의 성형과정에서 공통적으로 생성된 두 곳 의 만곡부는 금속 의 냉간성형시 생성되는 적당한 신축력 을 보유하기 때문에 훗날 완성플렉시블플렌지(11) 이 진정한 플렉시블플렌지 로서 역할을 정확히 수행하도록 한다.

도-3 은 단위강관(12) 의 양단에 본 고안품인 완성플렉시블플렌지(11) 를 공장에서 용접 장착하여 실제로 관로건설현장에 투입 될 완성 단위관이다.

이때 사용할 단위강관(12) 의 길이는 필요에 따라 길거나 짧게 하여 관로의 만곡부 건설이 필요할 때 유효적절하게 사용 할 수 있다.

단위강관(12) 의 양단에 두 개의 완성플렉시블플렌지(11) 를 용접 부착하는 구조 또한 표준형 압입 겹쳐대기 용접(Press fitted lap welding) 구조로서 용접에 의하여 제작할 수 있는 구조물 가운데 최상급 구조 이다.

용접둔덕(14) 는 플렌지환(02) 의 표면보다 약간 속으로 들어간 위치에 성형되어 관로연결 용접시 다음 관 과 정열 할 때 방해가 되지 않도록 제작된다.

도-4 는 관로연결 용접에서 마주보는 두 개 의 플렌지환(02) 들이 정확하게 정열 된 후 용접된 상태를 도시한 것이다.

두 개 의 완성플렉시블플렌지(11) 를 마주 대고 용접연결 하는 작업은 원주의 한쪽부터 용접해 나갈 때 용접 후 수축에 의한 뒤틀림이 발생 하드라도 플렌지외경(06) 의 범위가 크기 때문에 벌어진 틈 이 생겨날 수 없다.

따라서 이 용접은 관 의 정열에 특수 기술자가 필요 없고 용접 또한 특수 기술자가 필요 없어 공사는 빨리 진행되며 노임단가도 낮으며 결국 전체공기는 단축되고 공사비가 절약되기 때문에 플렌지 자체 구입비용은 무시할만한 비중이 된다.

도-5 는 마주보는 두 개의 플렌지외경(06) 이 정확히 정열 되지 않은 상태에서 용접된 경우를 과장하여 도시한 것 이다.

이 도면이 제시하는 의미는 본 고안품인 플렉시블플렌지(11) 를 사용하는 경우 강관연결 작업에서 기존의 맞대기용접 방식으로는 도저히 허용 될 수 없는 범위, 즉 관 의 두께를 몇 배 벗어나는 정열 오차를 범 하드라도 아무 문제없이 용접합격을 받을 수 있음을 보여 주려는 것 이다.

도- 6 은 플렌지외경(06)을 용접한 후 연결된 두 개의 단위강관(12) 이 상대적으로 일직선상에 놓이지 않고 외부에서 힘을 가하여 서로 어떤 계획된 각도를 유지하도록 강제로 플렉시블플렌지(11) 를 변형시킨 상태를 보여준다.

이때 플렌지환 의 어께(09) 가 변형하여 플렉시블플렌지(11) 의 변형이 가능하도록 한다.

이와 같이 플렉시블플렌지(11) 를 변형시키는 목적은 관로의 만곡부 건설작업을 극단적으로 간단하게 하려는 것 이다.

기존의 맞대기용접 방식의 관로 연결 의 경우 관로 만곡부 건설을 위하여 여러 개의 경사절단관(Angular cut tube) 를 여러 개 연속용접연결 하여 건설하게 되는데 경사절단관 은 단면이 원이 아닌 타원이기 때문에 정열작업이 지난하여 용접 또한 지난한 작업이며 관로가운데 만곡부가 많은 경우 만곡부에 투입되는 건설경비는 전체 건설비에서 큰 비중을 차지하게 되며 따라서 관로 만곡부 건설을 용이하게 한다는 것은 전체 관로건설비를 비약적으로 절감 할 수 있음을 의미한다.

플렉시블플렌지(11) 를 사용하여 만곡부를 건설할 경우 경사절단관 이 필요 없어지며 타원 의 정열 과 타원 의 용접 또한 없어지게 되기 때문에 이는 관로건설에서 하나의 혁명이라 할 수 있다.

도-7 은 플렉시블플렌지(11)를 용접 한 후 연속적으로 각도에 맞춰 변형시켜 경사절단관 없이 순전히 관 의 절단 길이 조절 과 플렉시블플렌지(11)의 각도 조절 만 으로 관로의 만곡부를 건설한 모습을 도시한 것이다.

도-1 은 본 발명품 의 제작 1 단계에서 완성품 금속 관 의 일부를 적당한 길이로 절단 한 후 확관(擴管) 작업으로 플렌지내환(01) 을 제작 하고 성형 작업으로 플렌지환(02) 을 각각 제작한 모습이다.

도-2 는 본 발명품의 제작 2 단계에서 플렌지내환(01) 과 플렌지환(02) 을 가압 삽입조립후 용접하여 완성플렌지(11) 을 제작 완성한 모습이다.

도-3 은 건설 하려는 관로에 사용될 강관 의 양단에 완성플렌지(11) 을 가압삽입 후 용접하여 단위강관(12)를 완성한 모습이다.

도-4 는 단위강관(12) 와 피연결강관(15) 가 중심점에 정확하게 서로 맞은 상태로 용접 연결 된 상태를 보이는 모습이다.

도-5 는 단위강관(12) 와 피연결강관(17) 이 관 의 중심점에 정확하게 서로 맞지 않고 중심점이 약간 서로 어긋난 상태로 용접 연결 된 상태를 보이는 모습이다.

도-6 은 단위강관(12) 와 피연결강관(19) 가 관의중심 위치는 정확하게 맞아 있으나 축선의 정열상태가 일직선상에 맞지 않고 연결된 두 개 의 관 이 상대적으로 어떤 각도가 발생한 상태로 연결된 모습이다.

도-7 은 단위강관(12) 와 연속 연결되는 피연결강관(19, 21, 23, 25) 들이 서로 관의중심 위치는 정확하게 맞아 있으나 축선의 정열 상태는 일직선상에 맞지 않고 연달아 각도가 발생하게 연결 되어 결국 전체관로가 만곡 된 구조로 구성된 모습이다.

Claims (1)

1. 금속관 을 적당한 길이로 절단한 후 성형 가공하여 제작한 플렌지 내환 과 또 다른 금속관을 적당한 길이로 절단한 후 성형 가공하여 제작한 플렌지환 을 서로 압력 삽입 한 후 겹침 용접방식으로 용접하여 완성 하는 금속관로 건설용 용접 형 플렉시블 플렌지.

Images