편집자 주: 본 기사는 고압 응용 분야용 소구경 액체 이송 라인의 시장 및 제조에 대한 2부 시리즈의 두 번째 기사입니다. 첫 번째 기사에서는 이러한 응용 분야에 사용되는 기존 제품의 국내 공급 현황을 살펴보고, 두 번째 기사에서는 이 시장에서 두 가지 비전통적인 제품을 소개합니다.
자동차 기술자 협회(SAE)에서 지정한 두 가지 유형의 용접 유압 파이프(SAE-J525와 SAE-J356A)는 공통된 출처를 공유하며, 각 파이프의 서면 사양 또한 동일합니다. 평강 스트립은 폭에 맞게 절단되고 프로파일링(profiling)을 통해 튜브 형태로 성형됩니다. 핀이 있는 공구로 스트립의 가장자리를 연마한 후, 고주파 저항 용접으로 파이프를 가열하고 가압 롤 사이에서 단조하여 용접부를 형성합니다. 용접 후, 일반적으로 텅스텐 카바이드로 제작된 홀더를 사용하여 외경 버(OD Burr)를 제거합니다. 식별 표시는 잠금 공구를 사용하여 제거하거나 최대 설계 높이로 조정합니다.
이 용접 공정에 대한 설명은 일반적이며, 실제 생산에서는 여러 가지 미세한 공정 차이가 있습니다(그림 1 참조). 그러나 두 공정 모두 많은 기계적 특성을 공유합니다.
파이프 파손과 일반적인 파손 모드는 인장 하중과 압축 하중으로 나눌 수 있습니다. 대부분의 재료에서 인장 응력은 압축 응력보다 낮습니다. 그러나 대부분의 재료는 인장 응력보다 압축 응력이 훨씬 강합니다. 콘크리트가 그 예입니다. 콘크리트는 압축성이 높지만, 내부에 철근(rebar)을 연결하여 성형하지 않으면 쉽게 파손됩니다. 이러한 이유로 강철은 인장 시험을 통해 극한 인장 강도(UTS)를 측정합니다. 세 가지 크기의 유압 호스는 모두 310MPa(45,000psi)의 UTS를 요구합니다.
압력 파이프는 유압을 견딜 수 있기 때문에 파열 시험이라고 하는 별도의 계산 및 파손 시험이 필요할 수 있습니다. 계산을 통해 벽 두께, UTS(최대 파열 압력), 재료의 외경을 고려하여 이론적인 최대 파열 압력을 결정할 수 있습니다. J525 튜빙과 J356A 튜빙은 크기가 같을 수 있으므로 유일한 변수는 UTS입니다. 일반적인 인장 강도는 50,000psi이며, 예상 파열 압력은 0.500 x 0.049인치입니다. 두 제품 모두 튜빙의 인장 강도는 10,908psi로 동일합니다.
계산된 예측값은 동일하지만, 실제 적용에서 한 가지 차이점은 실제 벽 두께에 있습니다. J356A의 경우, 사양에 명시된 바와 같이 내부 버는 파이프 직경에 따라 최대 크기까지 조절 가능합니다. 버 제거가 완료된 J525 제품의 경우, 버 제거 공정은 일반적으로 내경을 약 0.002인치 정도 의도적으로 줄여 용접 부위의 벽 두께를 국부적으로 얇게 만듭니다. 벽 두께는 후속 냉간 가공으로 채워지지만, 잔류 응력과 입자 방향이 모재와 다를 수 있으며, 따라서 벽 두께가 J356A에 명시된 유사 파이프보다 약간 얇아질 수 있습니다.
파이프의 최종 용도에 따라, 잠재적인 누수 경로(주로 단일벽 플레어형 끝단 형태)를 제거하기 위해 내부 버(burr)를 제거하거나 평평하게 다듬어야 합니다. J525는 일반적으로 내경(ID)이 매끄러워 누수가 없다고 생각하지만, 이는 오해입니다. J525 튜빙은 부적절한 냉간 가공으로 인해 내경 줄무늬가 발생하여 연결부 누수가 발생할 수 있습니다.
내경 벽에서 용접 비드를 절단(또는 긁어냄)하여 디버링 작업을 시작합니다. 세척 도구는 용접 스테이션 바로 뒤, 파이프 내부 롤러에 지지되는 맨드럴에 부착되어 있습니다. 세척 도구가 용접 비드를 제거하는 동안 롤러가 실수로 용접 스패터 일부를 굴러 파이프 내경 표면에 부딪히게 되었습니다(그림 2 참조). 이는 선삭 또는 연마된 파이프처럼 경삭 가공된 파이프에서 발생하는 문제입니다.
튜브에서 플래시를 제거하는 것은 쉽지 않습니다. 자르는 과정에서 글리터는 길고 얽힌 날카로운 쇠사슬처럼 변합니다. 제거는 필수이지만, 종종 수작업으로 진행되며 불완전한 작업입니다. 스카프 튜브의 일부가 튜브 제조업체의 생산 구역을 벗어나 고객에게 배송되는 경우도 있습니다.
쌀. 1. SAE-J525 소재는 대량 생산이 가능하므로 상당한 투자와 노동력이 필요합니다. SAE-J356A를 사용하여 제작된 유사한 튜브형 제품은 인라인 어닐링 튜브 밀에서 완전히 가공되므로 효율성이 더 높습니다.
직경 20mm 미만의 액체 라인과 같은 소형 파이프의 경우, 추가적인 내경 마무리 단계가 필요하지 않으므로 내경 디버링은 일반적으로 그다지 중요하지 않습니다. 유일한 단점은 최종 사용자가 일관된 플래시 제어 높이가 문제를 야기하는지 여부만 고려하면 된다는 것입니다.
ID 화염 제어의 탁월함은 정밀한 스트립 컨디셔닝, 절단 및 용접에서 시작됩니다. 실제로 J356A의 원자재 특성은 J525보다 더 엄격해야 합니다. J356A는 냉간 사이징 공정으로 인해 입자 크기, 산화물 개재물 및 기타 제강 매개변수에 대한 제약이 더 크기 때문입니다.
마지막으로, ID 용접에는 냉각수가 필요한 경우가 많습니다. 대부분의 시스템은 윈드로우 공구와 동일한 냉각수를 사용하지만, 이로 인해 문제가 발생할 수 있습니다. 여과 및 탈지 처리되었음에도 불구하고, 압연 냉각수에는 상당량의 금속 입자, 다양한 오일 및 기타 오염 물질이 포함되어 있는 경우가 많습니다. 따라서 J525 튜빙은 고온 가성소다 세척 사이클 또는 이와 동등한 세척 단계가 필요합니다.
응축기, 자동차 시스템 및 기타 유사 시스템은 배관 세척이 필요하며, 적절한 세척은 공장에서 수행할 수 있습니다. J356A는 깨끗한 보어, 제어된 수분 함량, 최소한의 잔류물 상태로 공장에서 출고됩니다. 마지막으로, 부식을 방지하기 위해 각 튜브에 불활성 가스를 채우고 운송 전에 끝단을 밀봉하는 것이 일반적입니다.
J525 파이프는 용접 후 노멀라이징(normalizing) 과정을 거친 후 냉간 가공(인발) 과정을 거칩니다. 냉간 가공 후 모든 기계적 요건을 충족하기 위해 파이프를 다시 노멀라이징합니다.
노멀라이징, 와이어 드로잉, 그리고 두 번째 노멀라이징 단계는 파이프를 용광로, 드로잉 스테이션, 그리고 다시 용광로로 운반하는 과정을 포함합니다. 작업의 특성에 따라, 이러한 단계들은 포인팅(도색 전), 에칭, 교정과 같은 별도의 하위 단계들을 필요로 합니다. 이러한 단계들은 비용이 많이 들고 상당한 시간, 인력, 그리고 자금이 필요합니다. 냉간 인발 파이프는 생산 과정에서 20%의 폐기물 발생률을 보입니다.
J356A 파이프는 용접 후 압연기에서 노멀라이징됩니다. 파이프는 지면에 닿지 않고 압연기에서 초기 성형 단계부터 완성된 파이프까지 연속적인 공정을 거쳐 이송됩니다. J356A와 같은 용접 파이프는 생산 과정에서 10%의 낭비가 발생합니다. 다른 모든 조건이 동일하다면, J356A 램프는 J525 램프보다 제조 비용이 저렴합니다.
이 두 제품의 특성은 비슷하지만, 야금학적 관점에서 보면 동일하지는 않습니다.
냉간 인발 J525 파이프는 용접 후와 인발 후 두 번의 예비 노멀라이징 처리가 필요합니다. 노멀라이징 온도(1650°F 또는 900°C)에서는 표면 산화물이 생성되는데, 이는 일반적으로 어닐링 후 무기산(보통 황산 또는 염산)으로 제거합니다. 산세척은 대기 오염 및 금속 함량이 높은 폐기물 발생 측면에서 환경에 큰 영향을 미칩니다.
또한, 롤러 하스로의 환원 분위기에서 온도가 정상화되면 강 표면의 탄소가 소모됩니다. 이 탈탄 과정, 즉 표면층은 원래 재질보다 훨씬 약해집니다(그림 3 참조). 이는 특히 얇은 두께의 파이프에 중요합니다. 0.030인치 두께의 파이프에서는 0.003인치의 작은 탈탄층이라도 유효 두께를 10% 감소시킵니다. 이렇게 약화된 파이프는 응력이나 진동으로 인해 파손될 수 있습니다.
그림 2. 내경 세척 도구(그림에 표시되지 않음)는 파이프 내경을 따라 움직이는 롤러에 의해 지지됩니다. 롤러 설계가 잘되면 파이프 벽에 굴러가는 용접 스패터의 양이 줄어듭니다. Nielsen tools
J356 파이프는 배치 단위로 가공되며 롤러 하스로에서 어닐링이 필요하지만, 이는 이에 국한되지 않습니다. J356A 모델은 압연기에서 내장된 유도 가열 방식을 사용하여 완전히 가공되는데, 이 가열 방식은 롤러 하스로보다 훨씬 빠릅니다. 따라서 어닐링 시간이 단축되어 탈탄 발생 가능성이 몇 분(또는 몇 시간)에서 몇 초로 줄어듭니다. 따라서 J356A는 산화물이나 탈탄 없이 균일한 어닐링을 제공합니다.
유압 라인에 사용되는 튜빙은 굽힘, 팽창 및 성형이 가능할 만큼 유연해야 합니다. 유압 유체가 A 지점에서 B 지점으로 이동하기 위해서는 굽힘 가공이 필수적이며, 이 과정에서 다양한 굽힘과 회전을 거쳐야 합니다. 플레어링은 최종 연결 방식을 제공하는 핵심 요소입니다.
닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐의 문제처럼, 굴뚝은 단일벽 버너 연결부(매끄러운 내경)에 맞춰 설계되었거나, 그 반대의 경우도 있었습니다. 이 경우, 튜브의 안쪽 표면이 핀 커넥터의 소켓에 꼭 맞습니다. 금속 간 견고한 연결을 위해서는 파이프 표면이 최대한 매끄러워야 합니다. 이 부속품은 1920년대에 신생 미 공군 항공 사단을 위해 처음 등장했습니다. 이 부속품은 이후 오늘날 널리 사용되는 표준 37도 플레어가 되었습니다.
COVID-19 기간 시작 이후, 내경이 매끈한 인발 파이프의 공급이 크게 감소했습니다. 공급 가능한 자재의 납기가 이전보다 길어지는 경향이 있습니다. 이러한 공급망 변화는 엔드 연결부를 재설계함으로써 해결할 수 있습니다. 예를 들어, 싱글 월 버너를 요구하고 J525를 명시한 RFQ는 더블 월 버너를 대체할 수 있는 후보입니다. 이 엔드 연결부에는 모든 유형의 유압 파이프를 사용할 수 있습니다. 이를 통해 J356A를 사용할 수 있는 기회가 열립니다.
플레어 연결 외에도 O-링 메카니컬 씰도 널리 사용되며(그림 5 참조), 특히 고압 시스템에서 그렇습니다. 이러한 유형의 연결은 탄성 중합체 씰을 사용하기 때문에 단일벽 플레어 연결보다 누설 방지 성능이 떨어질 뿐만 아니라, 모든 유형의 유압 파이프 끝단에 설치할 수 있어 다재다능합니다. 이는 파이프 제조업체에게 더 큰 공급망 기회와 더 나은 장기적인 경제적 성과를 제공합니다.
산업 역사는 시장의 방향 전환이 어려운 시기에 기존 제품이 뿌리를 내린 사례로 가득합니다. 경쟁 제품, 심지어 기존 제품의 모든 요건을 충족하면서도 가격이 상당히 저렴한 제품일지라도, 의심스러운 점이 발견되면 시장에서 발판을 마련하기 어려울 수 있습니다. 이는 일반적으로 구매 담당자나 담당 엔지니어가 기존 제품의 비전통적인 대체 제품을 고려할 때 발생합니다. 발각될 위험을 감수하려는 사람은 거의 없습니다.
어떤 경우에는 변화가 단순히 필요한 것이 아니라 필수적일 수 있습니다. COVID-19 팬데믹으로 인해 강철 유체 배관용 특정 파이프 종류와 크기의 공급에 예상치 못한 변화가 발생했습니다. 영향을 받는 제품 분야는 자동차, 전기, 중장비 및 고압 라인, 특히 유압 라인을 사용하는 기타 파이프 제조 산업입니다.
이러한 문제는 기존에 널리 사용되지만 틈새시장을 겨냥한 강관을 고려하면 더 낮은 비용으로 해결할 수 있습니다. 용도에 적합한 제품을 선택하려면 유체 호환성, 작동 압력, 기계적 하중, 연결 유형 등을 면밀히 조사해야 합니다.
사양을 자세히 살펴보면 J356A가 실제 J525와 동등할 수 있음을 알 수 있습니다. 팬데믹에도 불구하고 검증된 공급망을 통해 더 저렴한 가격에 구매할 수 있습니다. 최종 형상 문제를 해결하는 것이 J525를 찾는 것보다 노동 집약적이지 않다면, OEM이 코로나19 시대와 그 이후의 물류 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Tube & Pipe Journal 于1990 年成为第一本致力于为金属管材行业服务的杂志。 1990년 튜브 및 파이프 저널 Tube & Pipe Journal стал первым журналом, посвяЂенным индустрии металлических труб в 1990 году. Tube & Pipe Journal은 1990년에 금속 파이프 산업을 전문으로 하는 최초의 잡지가 되었습니다.오늘날에도 이 잡지는 북미 지역에서 유일한 업계 간행물로 남아 있으며, 파이프 업계 전문가들에게 가장 신뢰받는 정보 출처가 되었습니다.
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