KR20160009127A - 표면처리 장치 및 관내 표면처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 표면처리 장치 및 관내 표면처리 방법에 관한 것이다. 처리대상의 표면의 일 지점을 용융시키는 열원을 출력하는 열원출력부; 열원출력부에 의해 용융된 표면의 일 지점을 냉각시키는 냉각부; 및 열원출력부의 용융방향 및 냉각부의 냉각방향을 제어하여 표면이 용융 및 냉각되는 지점을 변경하는 방향제어부; 를 포함하는 표면처리장치를 제안한다. 이를 통해, 표면에 비정질 합금층을 형성시켜 표면의 산화층의 성장속도를 크게 감소시킬 수 있다.

Description

표면처리 장치 및 관내 표면처리 방법 {Apparatus for surface treatment and method for surface treatment in tube}
본 발명은 표면처리 장치 및 관내 표면처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 석탄화력 보일러 관(tube)의 내부표면은 고온의 증기에 노출됨으로 운전시간이 증가함에 따라 산화층(스케일)의 두께가 점차 증가하게 된다. 이러한 산화층은 운전 중 또는 정지 시에 탈락된 후 곡관부 등에 쌓이게 되어 부분적인 과열에 의한 손상사고를 유발시킬 수 있다. 특히 오스테나이트계 스테인리스강의 산화층은 탈락이 자주 발생하는 특징이 있으며, 이에 대한 대책으로 발전소에서는 산화층을 제거하는 설비를 추가로 장착하고 있다.
이에 대한 한가지 예로, 관(tube) 제조사에서는 관 내측에 피닝처리(shot peening)를 실시하는 기술을 점차 활용하고 있다. 피닝처리를 하지 않은 경우 외부 철산화층과 내부 철, 크롬산화물로 구성된 이중구조의 두꺼운 산화층이 형성되는 반면 피닝처리 시에는 관 표면이 약 50um 깊이까지 변형되며 이는 내부로부터 크롬(Cr)의 확산을 원활하게 하는 역할을 한다. 피닝처리를 통해 형성된 표면의 크롬산화층은 산화속도를 감소시킴으로 스케일 성장속도를 떨어뜨려 관의 수명을 증가시킬 수 있다.
그러나, 상기 피닝처리를 하는 종래의 기술은 운전 초기의 산화속도를 감소시키는 데에는 효과가 있으나, 일정시간이 지나게 되면 다시 산화속도가 증가하게 된다. 보일러 관(tube)의 경우 100,000시간 이상의 장기간 신뢰성이 보장되어야 함으로 내산화 특성을 향상시키는 기술이 필요하다.
이에 대한 다른 대책으로, 하기의 특허문헌 1은 보일러 관(tube)의 스케일 제거 방법에 관한 것을 개시하고 있다. 그러나, 하기의 특허문헌 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열원을 이용하여 스케일을 먼저 용융시킨 이후에 냉각시키는 내용을 개시하고 있지 못하고 있다.
한국 공개특허공보 제2014-0042395호
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는, 표면처리 장치 및 관내 표면처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 표면처리장치는, 처리대상의 표면의 일 지점을 용융시키는 열원을 출력하는 열원출력부; 상기 열원출력부에 의해 용융된 표면의 일 지점을 냉각시키는 냉각부; 및 상기 열원출력부의 용융방향 및 상기 냉각부의 냉각방향을 제어하여 상기 표면이 용융 및 냉각되는 지점을 변경하는 방향제어부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열원출력부에서 출력하는 열원은 레이저 빔을 포함하고, 상기 열원출력부는 상기 열원을 내부에서 이송하는 광섬유(glass fiber)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각부는 용융된 지점에 비정질층(amorphous layer)이 형성될 수 있을 정도로 빠른 냉각속도를 갖는 냉각용매를 조사하고, 상기 냉각부는 상기 냉각용매를 내부에서 이송하는 냉각용매 이송부을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방향제어부는 상기 열원출력부 및 냉각부를 지지, 회전 및 이동시키고, 표면이 용융 및 냉각되는 지점이 상기 열원출력부 및 냉각부와 특정 간격을 유지하도록 상기 표면이 용융 및 냉각되는 지점을 제어할 수 있다. 상기 방향제어부는 상기 방향제어부를 중심으로 표면이 용융 및 냉각되는 지점이 나선(spiral)형으로 이동되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 열원출력부의 출력이 중단된 때부터 상기 냉각부가 냉각을 시작한 때까지의 전환시간을 제어하는 시간제어부를 더 포함하고, 상기 전환시간은 표면이 용융 및 냉각되는 지점이 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 짧을 수 있다. 상기 시간제어부는 상기 열원출력부의 출력시간 및 상기 냉각부의 냉각시간을 제어할 수 있다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 표면처리장치는, 처리대상의 표면의 일 지점을 용융시키는 열원을 출력하는 열원출력부; 상기 열원출력부에 의해 용융된 표면의 일 지점을 냉각시키는 냉각부; 및 상기 열원출력부의 용융방향 및 상기 냉각부의 냉각방향을 제어하여 상기 표면이 용융 및 냉각되는 지점을 변경하는 방향제어부; 를 포함하고, 상기 냉각부는 상기 열원출력부에 의해 용융된 지점의 배후에 위치하고, 상기 지점의 배후를 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 제3 실시형태에 따른 관내 표면처리방법은, 관(tube)의 내부에서 내부표면의 제1 위치를 용융시키는 열원을 출력하는 열원출력단계; 상기 제1 위치를 용융한 후, 상기 제1 위치를 냉각시키는 냉각단계; 및 용융 및 냉각 위치를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키는 이동단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 실시형태에 따른 관내 표면처리방법은, 본 발명의 제3 실시형태에서 상기 열원을 관의 외부에서 내부로 이송시키는 열원이송단계를 더 포함하고, 상기 열원은 레이저 빔을 포함할 수 있다.
또한, 냉각용매를 관의 외부에서 내부로 이송시키는 냉각용매이송단계를 더 포함하고, 상기 냉각단계는 용융된 제1 위치가 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 빠르게 냉각시키는 냉각용매를 상기 제1 위치에 조사할 수 있다. 상기 냉각단계는 관의 외부인 상기 제1 위치의 배후에서 냉각시킬 수 있다.
또한, 관의 내부를 따라 상기 용융 및 냉각 위치가 이동된 궤적이 나선(spiral)형이 되도록 상기 제2 위치를 제어하는 위치제어단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열원의 출력이 중단된 때부터 냉각을 시작한 때까지의 전환시간을 제어하는 시간제어단계를 더 포함하고, 상기 전환시간은 상기 제1 위치가 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 짧을 수 있다. 상기 시간제어단계는 상기 열원의 출력시간 및 냉각의 냉각시간을 제어할 수 있다.
표면을 빠르게 용융시키고 냉각시킴으로써, 비정질 합금층을 형성시켜 표면의 산화층의 성장속도를 크게 감소시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면처리장치를 나타낸 개념도이다.
도2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 표면처리장치 및 그 동작을 나타낸 도면이다.
도3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 표면처리장치 및 그 동작을 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 관내 표면처리방법을 나타낸 순서도이다.
도5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 관내 표면처리방법을 나타낸 순서도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면처리가 없는 관의 내부표면을 나타낸 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면처리후 관의 내부표면을 나타낸 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면처리장치를 나타낸 개념도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 표면처리장치(100)는, 열원출력부(110), 냉각부(120), 방향제어부(130) 및 시간제어부(140)를 포함할 수 있다.
열원출력부(110)는, 처리대상의 표면의 일 지점을 용융시키는 열원을 출력할 수 있다. 여기서, 상기 열원은 레이저 빔을 포함할 수 있다. 레이저 빔은 높은 집적도를 가지는 열원으로서 집중도가 높아 원하는 폭과 깊이만큼 용융할 수 있다. 또한, 비접촉식 가공이므로 제어가 용이하고 치수 정밀도가 높은 장점을 가지고 있다. 상기 레이저 빔을 활용하여 표면을 급속히 용융하고 냉각시키면 상기 표면의 일 지점이 짧은 시간 안에 용융되고 냉각되는 효과가 있다. 이러한 레이저를 활용하면 빠른 승온속도와 냉각속도 조건에서 관(tube) 내면 얇은 표면층에 비정질층(amorphous layer)을 형성시킬 수 있다.
냉각부(120)는, 상기 열원출력부(110)에 의해 일 지점이 용융된 후, 상기 일 지점을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각부(120)는 용융된 일 지점이 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 빠르게 냉각시키는 냉각용매를 용융된 일 지점에 조사할 수 있다. 비정질은 일반적으로 금속이 액체상태에서 고체상태로 상변화할 때 원자들이 확산하고 재배열하는 시간을 주지 않는 아주 빠른 약 105K/sec의 냉각속도로 냉각시켜 원자들이 규칙적이지 않은 무질서한 배열을 가지는 상태를 의미한다. 이러한 비정질 합금은 높은 강도와 내마모성을 가질 뿐 아니라 내부식성이 우수한 특징을 가진다. 이는 비정질 합금의 경우 결정질 합금과 달리 원자 배열이 불규칙적이며 결정립계(grainboundary)가 존재하지 않기 때문으로 알려져 있으며, 이러한 특징이 보일러 관(tube) 내면의 내산화성을 크게 향상시켜줄 수 있다.
방향제어부(130)는, 표면의 용융 및 냉각 지점을 제어하여 상기 열원출력부(110) 및 냉각부(120)가 용융 및 냉각하는 방향을 제어할 수 있다. 즉, 상기 표면의 여러 부분을 처리하기 위해, 상기 방향제어부(130)는 상기 용융 및 냉각 지점을 이동시켜 순차적으로 표면의 여러 부분을 처리할 수 있다. 예를 들어, 상기 용융 및 냉각 지점이 특정 지점에 머무르는 시간은 모든 지점마다 동일하도록 제어될 수 있다.
구체적으로, 상기 방향제어부(130)는 상기 열원출력부(110) 및 냉각부(120)를 지지, 회전 및 이동시키고, 용융 및 냉각 지점이 상기 열원출력부(110) 및 냉각부(120)와 특정 간격을 유지하도록 상기 용융 및 냉각 지점을 제어할 수 있다. 즉, 상기 방향제어부(130)는 원통좌표계(cylindrical coordinate system)를 기준으로 상기 열원출력부(110) 및 냉각부(120)를 phi방향으로 회전하고, z방향으로 이동하고, rho방향으로 간격을 유지시킬 수 있다. 이를 통해, 원통 내부의 표면을 효율적으로 처리할 수 있다.
시간제어부(140)는, 상기 열원출력부(110)의 출력이 중단된 때부터 상기 냉각부(120)가 냉각을 시작한 때까지의 전환시간을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 전환시간이 너무 길 경우, 그동안은 냉각속도가 느리므로 상기 비정질층 형성에 악영향을 줄 수 있다. 반대로, 상기 전환시간이 너무 짧은 경우, 열효율이 떨어질 수 있고 상기 방향제어부(130)의 제어에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 전환시간은 용융된 일 지점이 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 짧으면서, 너무 짧지 않도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 시간제어부(140)는 상기 열원출력부(110)의 출력시간 및 상기 냉각부(120)의 냉각시간을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 출력시간 및 냉각시간은 표면의 상변화 특성 및 비정질층 형성 특성에 따라 달라질 수 있다. 이를 구현하기 위하여, 상기 시간제어부(140)는 상기 열원출력부(110) 및 냉각부(120)의 방향이동 속도를 제어할 수 있다. 상기 방향이동 속도가 느리면 용융 및 냉각 지점에서 용융 및 냉각되는 시간이 길어질 수 있기 때문이다.
도2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 표면처리장치 및 그 동작을 나타낸 도면이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 표면처리장치(100)는 관(200)의 내부에서 내부 표면을 처리할 수 있다. 상기 표면처리장치(100)는 상기 관(200)의 내부에 들어가서 내부 표면을 처리할 수 있고, 상기 관(200)의 외부에서 외부 표면을 처리할 수도 있다. 즉, 상기 표면처리장치(100)는 상기 관(200)의 내부 표면에 한정해서 처리할 수 있는 것은 아니다.
또한, 상기 표면처리장치(100)에 포함된 열원출력부(110)는 열원이송부(111)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열원이 레이저 빔일 경우, 상기 열원이송부(111)는 상기 레이저 빔을 내부에서 이송하는 광섬유(glass fiber)를 포함할 수 있다. 즉, 관의 내부에서 일반적으로 7~10m 길이로서 긴 관(tube) 내면을 처리하기 위해서는 외부로부터 광섬유를 이용하여 내부로 레이저가 긴 거리를 이동할 수 있는 통로를 만들어 줄 수 있다. 여기서, 광섬유는 중심축에 굴절율을 높여 전반사를 일으켜 레이저의 경로가 광섬유 내부로만 전송되도록 하는 역할을 한다
또한, 상기 표면처리장치(100)에 포함된 냉각부(120)는 냉각용매이송부(121)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 관의 표면에 비정질층을 형성시키기 위해서 액상에서 고상으로 급격히 냉각시켜야할 수 있다. 따라서, 상기 냉각용매이송부(121)는 레이저 조사 후 빠른 시간 내에 냉각될 수 있도록 공기 또는 물과 같은 냉각용매를 공급할 수 있다.
또한, 상기 표면처리장치(100)에 포함된 방향제어부(130)는 지지대(guide)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 열원출력부(110)가 관(tube) 표면으로부터 일정한 거리를 유지할 수 있고, 출력되는 열원은 외부로부터 관 내부로 이동해 일정거리를 두고 관 표면에 조사될 수 있다. 여기서, 상기 방향제어부(130)는 관의 내부에서 360도 회전하면서 동시에 한 방향으로 직진하여 관 내면 전체를 표면처리 할 수 있게 구동될 수 있다.
이를 위해, 상기 방향제어부(130)는 상기 방향제어부(130)를 중심으로 표면의 용융 및 냉각 위치가 나선(spiral)형으로 이동되도록 제어할 수 있다. 이를 구현하기 위하여, 상기 방향제어부(130)는 원통좌표계(cylindrical coordinate system)를 기준으로 상기 열원출력부(110) 및 냉각부(120)의 phi방향 회전 및 z방향 이동을 동시에 수행시킬 수 있다. 여기서, 상기 방향제어부(130)는 상기 회전 및 이동속도를 제어함으로써 관 내면 전체를 고르게 처리할 수 있다.
도3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 표면처리장치 및 그 동작을 나타낸 도면이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 표면처리장치(100)는 관(200)의 내부와 외부에서 동시에 표면을 처리할 수 있다. 상기 표면처리장치(100)에 포함된 열원출력부(110)는 상기 관(200)의 내부에 들어가서 내부 표면을 처리할 수 있고, 상기 표면처리장치(100)에 포함된 냉각부(120)는 상기 관(200)의 외부에서 외부 표면을 처리할 수도 있다. 즉, 상기 표면처리장치(100)의 모든 구성이 상기 관(200)의 내부 또는 외부에만 한정해서 위치할 수 있는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 냉각부(120)는 상기 열원출력부(110)에 의해 용융된 지점의 배후에 위치하고, 용융된 지점의 배후를 냉각시킬 수 있다. 상기 관(200)이 열전도도가 높을 경우, 상기 냉각부(120)가 냉각을 배후에서 하더라도 내부 표면의 온도가 급격하게 내려갈 수 있다.
상기 구성에 의해, 관 내부에 위치하는 구성들의 총 크기가 줄어들 수 있다. 따라서, 표면처리장치(100)는 지름이 작은 관의 내부를 처리할 수 있고, 관 내부에 위치하는 구성들을 제어하기 용이할 수 있다. 예를 들어, 열원출력부(110)가 용융시키는 표면과 냉각부(120)가 냉각시키는 표면을 일치시키는 제어을 관 내부에서 수행할 필요가 없어질 수 있다.
한편, 상기 열원출력부(110) 및 냉각부(120)가 각각 관의 내부와 외부에 위치할 경우, 이를 제어하기 위해 방향제어부(130)는 관의 외부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 방향제어부(130)는 상기 열원출력부(110) 및 냉각부(120)에 각각 포함된 열원이송부(111) 및 냉각용매이송부(121)를 제어하여 먼 위치에서 상기 열원출력부(110) 및 냉각부(120)를 각각 제어할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 관내 표면처리방법을 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 관내 표면처리방법은 도 1을 참조하여 상술한 표면처리장치(100)에서 수행될 수 있으므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 관내 표면처리방법을 나타낸 순서도이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 관내 표면처리방법은, 열원출력 단계(S10), 냉각 단계(S20) 및 위치이동 단계(S30)를 포함할 수 있다.
열원출력 단계(S10)에서는, 상기 표면처리장치가, 관(tube)의 내부에서 내부표면의 제1 위치를 용융시키는 열원을 출력할 수 있다.
냉각 단계(S20)에서는, 상기 표면처리장치가, 상기 제1 위치를 용융한 후, 상기 제1 위치를 냉각시킬 수 있다.
위치이동 단계(S30)에서는, 상기 표면처리장치가, 용융 및 냉각 위치를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 위치는 위치를 이동시키기 전의 위치를 의미하고, 상기 제2 위치는 위치를 이동시킨 후의 위치를 의미할 수 있다.
이처럼 상기 위치이동 단계(S30)에서 위치를 이동시킨 후, 상기 제2 위치를 제1 위치로서 보고 상기 열원출력 단계(S10) 및 냉각 단계(S20)를 반복할 수 있다. 이를 통해, 관의 복수 내부표면을 순차적으로 처리할 수 있다.
도5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 관내 표면처리방법을 나타낸 순서도이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 관내 표면처리방법은, 열원이송 단계(S11), 열원출력 단계(S12), 냉각용매이송 단계(S21), 냉각 단계(S22), 시간제어 단계(S31), 위치제어 단계(S32) 및 위치이동 단계(S33)를 포함할 수 있다.
열원이송 단계(S11)에서는, 상기 표면처리장치가, 열원을 관의 외부에서 내부로 이송시킬 수 있다. 여기서, 상기 열원은 레이저 빔을 포함할 수 있다.
열원출력 단계(S12)에서는, 상기 표면처리장치가, 관(tube)의 내부에서 내부표면의 제1 위치를 용융시키는 열원을 출력할 수 있다.
냉각촉매이송 단계(S21)에서는, 상기 표면처리장치가, 냉각용매를 관의 외부에서 내부로 이송시킬 수 있다.
냉각 단계(S22)에서는, 상기 표면처리장치가, 상기 제1 위치를 용융한 후, 상기 제1 위치를 냉각시킬 수 있다. 또한, 상기 냉각단계(S22)에서는 용융된 제1 위치가 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 빠르게 냉각시키는 냉각용매를 상기 제1 위치에 조사할 수 있다.
또한, 상기 냉각단계(S22)에서는 관의 외부인 상기 제1 위치의 배후에서 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 본 발명의 제2 실시형태와 같이 수행될 수 있다.
시간제어 단계(S31)에서는, 상기 표면처리장치가, 상기 열원의 출력이 중단된 때부터 냉각을 시작한 때까지의 전환시간을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 전환시간은 상기 제1 위치가 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 짧을 수 있다. 또한, 상기 시간제어단계(S31)에서는 상기 열원의 출력시간 및 냉각의 냉각시간을 제어할 수 있다.
위치제어 단계(S32)에서는, 상기 표면처리장치가, 상기 이동단계는 관의 내부를 따라 상기 용융 및 냉각 위치가 이동된 궤적이 나선(spiral)형이 되도록 상기 제2 위치를 제어할 수 있다.
위치이동 단계(S33)에서는, 상기 표면처리장치가, 용융 및 냉각 위치를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시킬 수 있다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면처리가 없는 관의 내부표면을 나타낸 도면이다.
보일러 관(tube)를 장시간 운전 시 도 6과 같이 관 표면에 수 십 또는 수 백 ㎛ 두께의 산화층이 형성되었다가 모재와의 계면 또는 산화층 내에서 균열이 발생하여 탈락하는 과정을 반복하게 된다. 따라서 모재의 두께는 점차 감소하게 되고 탈락된 스케일은 특정위치에 모여 부분적인 과열을 유발하게 된다.
한편, 기존 피닝처리를 통한 내산화성 향상 기술은 관 표면을 금속 구(ball)로 충돌시켜 표면에 변형층을 형성시키는 방법으로, 변형층이 내산화성을 증가시키는 원소인 크롬(Cr)의 확산통로로 작용될 수 있다. 그러나 상기 기술의 경우 일정기간이 지나 내산화성이 높은 표면산화층이 탈락하고 나면, 도6과 마찬가지로 동일한 산화특성을 가지게 됨으로 효과가 일정기간에 한정된다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면처리후 관의 내부표면을 나타낸 도면이다.
관의 표면은 도 7(a)와 같이 금속의 결정립과 결정립계로 구성될 수 있다. 이 때 열원에 의한 높은 열량이 표면에 조사되어 표면층을 용융시킬 수 있다. 그 이후, 상기 표면층은 빠르게 냉각될 수 있다.
여기서, 자연냉각 또는 냉각수를 통해 표면을 빠르게 냉각시키면, 도 7(b) 또는 도 7(c)와 같이 표면 전체에 일정두께 이상으로 또는 표면 일부에 비정질 층이 형성될 수 있다. 이러한 비정질 표면층은 외부 고온의 산화환경으로부터 관을 보호하는 역할을 할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 표면처리 장치 110: 열원출력부
111: 열원이송부 120: 냉각부
121: 냉각용매이송부 130: 방향제어부
140: 시간제어부 200: 관(tube)
S10: 열원출력 단계 S11: 열원이송 단계
S12: 열원출력 단계 S20: 냉각 단계
S21: 냉각용매이송 단계 S22: 냉각 단계
S30: 위치이동 단계 S31: 시간제어 단계
S32: 위치제어 단계 S33: 위치이동 단계

Claims (15)

  1. 처리대상의 표면의 일 지점을 용융시키는 열원을 출력하는 열원출력부;
    상기 열원출력부에 의해 용융된 표면의 일 지점을 냉각시키는 냉각부; 및
    상기 열원출력부의 용융방향 및 상기 냉각부의 냉각방향을 제어하여 상기 표면이 용융 및 냉각되는 지점을 변경하는 방향제어부; 를 포함하는 표면처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열원출력부에서 출력하는 열원은 레이저 빔을 포함하고,
    상기 열원출력부는 상기 열원을 내부에서 이송하는 광섬유(glass fiber)를 포함하는 표면처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는 용융된 지점에 비정질층(amorphous layer)이 형성될 수 있을 정도로 빠른 냉각속도를 갖는 냉각용매를 조사하고,
    상기 냉각부는 상기 냉각용매를 내부에서 이송하는 냉각용매 이송부을 포함하는 표면처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 열원출력부에 의해 용융된 지점의 배후에 위치하고,
    상기 지점의 배후를 냉각시키는 표면처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방향제어부는 상기 열원출력부 및 냉각부를 지지, 회전 및 이동시키고,
    표면이 용융 및 냉각되는 지점이 상기 열원출력부 및 냉각부와 특정 간격을 유지하도록 상기 표면이 용융 및 냉각되는 지점을 제어하는 표면처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방향제어부는 상기 방향제어부를 중심으로 표면이 용융 및 냉각되는 지점이 나선(spiral)형으로 이동되도록 제어하는 표면처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열원출력부의 출력이 중단된 때부터 상기 냉각부가 냉각을 시작한 때까지의 전환시간을 제어하는 시간제어부를 더 포함하고,
    상기 전환시간은 표면이 용융 및 냉각되는 지점이 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 짧은 표면처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 시간제어부는 상기 열원출력부의 출력시간 및 상기 냉각부의 냉각시간을 제어하는 표면처리장치.
  9. 관(tube)의 내부에서 내부표면의 제1 위치를 용융시키는 열원을 출력하는 열원출력단계;
    상기 제1 위치를 용융한 후, 상기 제1 위치를 냉각시키는 냉각단계; 및
    용융 및 냉각 위치를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키는 이동단계; 를 포함하는 관내 표면처리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열원을 관의 외부에서 내부로 이송시키는 열원이송단계를 더 포함하고,
    상기 열원은 레이저 빔을 포함하는 관내 표면처리방법.
  11. 제9항에 있어서,
    냉각용매를 관의 외부에서 내부로 이송시키는 냉각용매이송단계를 더 포함하고,
    상기 냉각단계는 용융된 제1 위치가 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 빠르게 냉각시키는 냉각용매를 상기 제1 위치에 조사하는 관내 표면처리방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 냉각단계는 관의 외부인 상기 제1 위치의 배후에서 냉각시키는 관내 표면처리방법.
  13. 제9항에 있어서,
    관의 내부를 따라 상기 용융 및 냉각 위치가 이동된 궤적이 나선(spiral)형이 되도록 상기 제2 위치를 제어하는 위치제어단계를 더 포함하는 관내 표면처리방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 열원의 출력이 중단된 때부터 냉각을 시작한 때까지의 전환시간을 제어하는 시간제어단계를 더 포함하고,
    상기 전환시간은 상기 제1 위치가 비정질층(amorphous layer)을 형성할 수 있도록 짧은 관내 표면처리방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 시간제어단계는 상기 열원의 출력시간 및 냉각의 냉각시간을 제어하는 관내 표면처리방법.
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