편집자 주: 본 기사는 고압 용도에 사용되는 소구경 액체 이송관의 시장 및 제조에 관한 2부작 시리즈의 두 번째 편입니다. 첫 번째 편에서는 이러한 용도에 사용되는 기존 제품의 국내 공급 현황(현재로서는 드물다)을 다룹니다. 두 번째 편에서는 이 시장에서 주목받는 두 가지 비전통적인 제품을 소개합니다.
미국 자동차 기술자 협회(SAE)에서 지정한 두 가지 유형의 용접 유압 파이프인 SAE-J525와 SAE-J356A는 제조 과정과 규격이 동일합니다. 평평한 강판을 필요한 너비로 절단한 후 프로파일링을 통해 튜브 형태로 성형합니다. 강판 가장자리를 핀형 공구로 연마한 다음, 고주파 저항 용접으로 가열하고 압력 롤 사이에서 단조하여 용접부를 형성합니다. 용접 후에는 일반적으로 탄화텅스텐으로 만들어진 홀더를 사용하여 외경 버(burr)를 제거합니다. 식별 플래시는 잠금 공구를 사용하여 제거하거나 설계 높이의 최대값으로 조정합니다.
이 용접 공정에 대한 설명은 일반적인 내용이며, 실제 생산 과정에서는 여러 가지 세부적인 차이가 있습니다(그림 1 참조). 하지만 두 공정은 많은 기계적 특성을 공유합니다.
배관 파손 및 일반적인 파손 유형은 인장 하중과 압축 하중으로 나눌 수 있습니다. 대부분의 재료에서 인장 응력은 압축 응력보다 낮습니다. 그러나 대부분의 재료는 인장보다 압축에 훨씬 강합니다. 콘크리트가 그 예입니다. 콘크리트는 압축성이 매우 높지만, 내부에 철근(보강철근)으로 구성된 구조가 없으면 쉽게 파손됩니다. 이러한 이유로 강철은 인장 시험을 통해 극한 인장 강도(UTS)를 측정합니다. 세 가지 유압 호스 크기 모두 동일한 요구 사항인 310 MPa(45,000 psi)의 극한 인장 강도를 충족해야 합니다.
압력 파이프는 유압을 견뎌야 하므로 파열 시험이라고 하는 별도의 계산 및 파손 시험이 필요할 수 있습니다. 계산을 통해 벽 두께, 인장 강도(UTS) 및 재질의 외경을 고려하여 이론적인 최대 파열 압력을 결정할 수 있습니다. J525 튜빙과 J356A 튜빙은 크기가 동일할 수 있으므로 유일한 변수는 인장 강도(UTS)입니다. 일반적인 인장 강도는 50,000psi이며 예상 파열 압력은 0.500 x 0.049인치입니다. 두 제품 모두 동일한 튜빙을 사용하며 인장 강도는 10,908psi입니다.
계산된 예측값은 동일하지만, 실제 적용 시 한 가지 차이점은 실제 벽 두께에 기인합니다. J356A의 경우, 내부 버는 사양에 명시된 대로 파이프 직경에 따라 최대 크기로 조절할 수 있습니다. 디버링 처리된 J525 제품의 경우, 디버링 공정에서 일반적으로 내경이 약 0.002인치 정도 의도적으로 감소되어 용접 부위에서 국부적인 벽 두께 감소가 발생합니다. 후속 냉간 가공을 통해 벽 두께가 채워지지만, 잔류 응력 및 결정립 방향이 모재와 다를 수 있으며, 벽 두께가 J356A에 명시된 유사한 파이프보다 약간 얇을 수 있습니다.
배관의 최종 용도에 따라 누출 가능성을 없애기 위해 내부의 버(burr)를 제거하거나 평평하게 만들어야 합니다. 특히 단일벽 플레어형 배관의 경우 더욱 그렇습니다. J525는 내경이 매끄러워 누출이 발생하지 않는다고 흔히 알려져 있지만, 이는 오해입니다. J525 배관은 부적절한 냉간 가공으로 인해 내경에 줄무늬가 생길 수 있으며, 이로 인해 연결 부위에서 누출이 발생할 수 있습니다.
디버링은 용접 비드를 내경 벽면에서 절단(또는 긁어내어) 제거하는 것으로 시작합니다. 클리닝 도구는 용접 스테이션 바로 뒤쪽 파이프 내부에 있는 롤러로 지지되는 맨드릴에 부착됩니다. 클리닝 도구가 용접 비드를 제거하는 동안 롤러가 의도치 않게 용접 스패터 위를 지나가면서 스패터가 파이프 내경 표면에 닿게 됩니다(그림 2 참조). 이는 선삭이나 호닝 가공된 파이프와 같이 가공이 덜 된 파이프에서 문제가 될 수 있습니다.
튜브에서 반짝이를 제거하는 것은 쉽지 않습니다. 절단 과정에서 반짝이는 부분이 날카로운 강철 조각으로 길게 얽혀버리기 때문입니다. 제거는 필수적이지만, 대부분 수작업으로 이루어져 완벽하지 못한 경우가 많습니다. 심지어 튜브를 절단한 후 남은 조각들이 제조사의 영역을 벗어나 고객에게 보내지는 경우도 있습니다.
쌀. 1. SAE-J525 소재는 대량 생산되므로 상당한 투자와 노동력이 필요합니다. SAE-J356A를 사용하여 만든 유사한 관형 제품은 인라인 어닐링 튜브 밀에서 완전히 가공되므로 더 효율적입니다.
직경이 20mm 미만인 액체 배관과 같은 작은 파이프의 경우, 내경 디버링은 일반적으로 그다지 중요하지 않습니다. 이러한 직경에서는 추가적인 내경 마감 공정이 필요하지 않기 때문입니다. 다만 최종 사용자는 일정한 플래시 제어 높이가 문제를 일으킬 수 있는지 여부만 고려하면 됩니다.
ID 화염 제어의 우수성은 정밀한 스트립 컨디셔닝, 절단 및 용접에서 시작됩니다. 실제로 J356A는 냉간 사이징 공정으로 인해 결정립 크기, 산화물 개재물 및 기타 제강 매개변수에 대한 제약이 더 많기 때문에 J525보다 원재료 특성이 더 엄격해야 합니다.
마지막으로, 내경 용접에는 냉각제가 필요한 경우가 많습니다. 대부분의 시스템은 윈드로우 툴과 동일한 냉각제를 사용하지만, 이로 인해 문제가 발생할 수 있습니다. 여과 및 탈지 과정을 거쳤음에도 불구하고, 제철소에서 사용하는 냉각제에는 상당량의 금속 입자, 각종 오일 및 기타 오염 물질이 포함되어 있는 경우가 많습니다. 따라서 J525 튜빙은 고온 가성소다 세척 또는 이와 동등한 세척 과정을 거쳐야 합니다.
콘덴서, 자동차 시스템 및 기타 유사 시스템에는 배관 세척이 필요하며, 적절한 세척 작업은 공장에서 수행할 수 있습니다. J356A는 깨끗한 내경, 제어된 수분 함량 및 최소한의 잔류물 상태로 공장에서 출고됩니다. 또한, 부식을 방지하기 위해 각 튜브에 불활성 가스를 채우고 출하 전에 끝부분을 밀봉하는 것이 일반적인 절차입니다.
J525 파이프는 용접 후 노멀라이징 처리를 거치고 냉간 가공(인발)을 합니다. 냉간 가공 후, 모든 기계적 요구 사항을 충족하기 위해 다시 한번 노멀라이징 처리를 합니다.
노멀라이징, 와이어 드로잉 및 2차 노멀라이징 공정은 파이프를 용광로, 드로잉 스테이션으로 운반한 후 다시 용광로로 되돌려 보내는 과정을 필요로 합니다. 작업의 특성에 따라 이러한 단계에는 도장 전 포인팅, 에칭 및 교정과 같은 별도의 하위 공정이 추가될 수 있습니다. 이러한 공정은 비용이 많이 들고 상당한 시간, 노동력 및 자금이 소요됩니다. 냉간 인발 파이프는 생산 과정에서 약 20%의 불량률을 보입니다.
J356A 파이프는 용접 후 압연 공장에서 노멀라이징 처리됩니다. 파이프는 바닥에 닿지 않고 압연 공장 내에서 초기 성형 단계부터 완제품까지 연속적인 공정을 거쳐 이동합니다. J356A와 같은 용접 파이프는 생산 과정에서 10%의 불량률이 발생합니다. 다른 모든 조건이 동일하다면, 이는 J356A 램프가 J525 램프보다 제조 비용이 저렴하다는 것을 의미합니다.
이 두 제품의 특성은 유사하지만, 야금학적 관점에서 보면 동일하지는 않습니다.
냉간 인발 J525 파이프는 용접 후와 인발 후 두 번의 예비 노멀라이징 처리가 필요합니다. 노멀라이징 온도(섭씨 900도 또는 화씨 1650도)에서 표면 산화물이 형성되는데, 이는 일반적으로 어닐링 후 광산(주로 황산 또는 염산)으로 제거합니다. 산세척은 대기 오염 물질 배출 및 금속 폐기물 발생 측면에서 환경에 큰 영향을 미칩니다.
또한, 롤러로의 환원 분위기에서 온도가 균일해짐에 따라 강철 표면의 탄소가 소모됩니다. 이 탈탄 공정은 원래 재료보다 훨씬 약한 표면층을 남깁니다(그림 3 참조). 이는 특히 얇은 벽 두께의 파이프에 중요합니다. 벽 두께가 0.030인치인 경우, 0.003인치의 작은 탈탄층만으로도 유효 벽 두께가 10% 감소합니다. 이렇게 약해진 파이프는 응력이나 진동으로 인해 파손될 수 있습니다.
그림 2. 내경 청소 도구(그림에는 표시되지 않음)는 파이프 내경을 따라 움직이는 롤러에 의해 지지됩니다. 우수한 롤러 설계는 파이프 벽으로 굴러 들어가는 용접 스패터의 양을 줄여줍니다. (닐슨 툴)
J356 파이프는 배치 생산 방식으로 제조되며 롤러로에서 어닐링 처리가 필요하지만, 이에 국한되지는 않습니다. J356A 변형 제품은 내장형 유도 가열 방식을 사용하는 압연기에서 전량 가공되는데, 이 가열 방식은 롤러로보다 훨씬 빠릅니다. 따라서 어닐링 시간이 단축되어 탈탄이 발생할 수 있는 시간이 수분(또는 수시간)에서 수초로 줄어듭니다. 결과적으로 J356A는 산화나 탈탄 없이 균일한 어닐링 처리를 얻을 수 있습니다.
유압 라인에 사용되는 튜브는 구부리고, 늘리고, 모양을 만들 수 있을 만큼 충분히 유연해야 합니다. 유압 유체를 A 지점에서 B 지점으로 이동시키려면 여러 굽힘과 회전을 거쳐야 하므로 굽힘이 필수적이며, 끝단 연결 방법을 제공하는 데에는 플레어링이 핵심적인 역할을 합니다.
닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐 하는 상황처럼, 굴뚝은 단일벽 버너 연결부(따라서 내부 직경이 매끄러움)에 맞춰 설계되었거나, 반대로 설계되었을 가능성이 있습니다. 이 경우, 튜브의 내부 표면이 핀 커넥터의 소켓에 꼭 맞게 끼워집니다. 금속 대 금속 연결을 단단하게 하려면 파이프 표면이 최대한 매끄러워야 합니다. 이 부속품은 1920년대 미 공군 항공대에서 처음 개발되었으며, 이후 오늘날 널리 사용되는 표준 37도 플레어 형태로 발전했습니다.
코로나19 팬데믹 발생 이후, 내경이 매끄러운 인발관 공급량이 크게 감소했습니다. 자재 조달에 필요한 납기일도 예전보다 길어졌습니다. 이러한 공급망 변화는 연결부 재설계를 통해 해결할 수 있습니다. 예를 들어, 단일벽 버너를 요구하고 J525를 지정하는 견적 요청(RFQ)의 경우, 이중벽 버너를 J525로 대체하는 방안을 고려해 볼 수 있습니다. J525 연결부는 모든 종류의 유압 파이프를 사용할 수 있으므로, J356A를 활용할 수 있는 새로운 기회가 생깁니다.
플레어 연결 외에도, 특히 고압 시스템에서는 O링 기계식 씰이 흔히 사용됩니다(그림 5 참조). 이 연결 방식은 탄성체 씰을 사용하기 때문에 단일벽 플레어 연결 방식보다 누출 방지 성능이 떨어지지만, 모든 종류의 유압 파이프 끝단에 적용할 수 있다는 장점이 있습니다. 이는 파이프 제조업체에게 더 넓은 공급망 기회와 장기적인 경제적 이점을 제공합니다.
산업 역사에는 시장의 흐름이 바뀌기 어려운 시기에 전통적인 제품이 뿌리를 내린 사례가 많습니다. 경쟁 제품, 심지어 가격이 훨씬 저렴하고 기존 제품의 모든 요구 사항을 충족하는 제품이라 할지라도, 시장의 의심을 사면 자리를 잡기가 어렵습니다. 이러한 의심은 대개 구매 담당자나 담당 엔지니어가 기존 제품을 대체할 비전통적인 제품을 고려할 때 발생합니다. 발각될 위험을 감수하려는 기업은 거의 없습니다.
어떤 경우에는 변화가 필요할 뿐만 아니라, 반드시 필요한 경우도 있습니다. 코로나19 팬데믹으로 인해 특정 강관 종류와 크기의 유체 배관 공급에 예상치 못한 변화가 발생했습니다. 영향을 받는 제품군은 자동차, 전기, 중장비 및 기타 고압 배관, 특히 유압 배관을 사용하는 모든 배관 제조 산업 분야입니다.
이러한 격차는 이미 널리 사용되고 있지만 특정 분야에 특화된 강관 유형을 고려함으로써 전체적인 비용을 절감하면서 해소할 수 있습니다. 용도에 맞는 적절한 제품을 선택하려면 유체 호환성, 작동 압력, 기계적 하중 및 연결 유형을 파악하기 위한 조사가 필요합니다.
사양을 자세히 살펴보면 J356A가 실제 J525와 동등한 성능을 보일 수 있음을 알 수 있습니다. 팬데믹 상황에도 불구하고, 검증된 공급망을 통해 더 저렴한 가격으로 구할 수 있습니다. 최종 형상 문제를 해결하는 것이 J525를 찾는 것보다 노동 집약적이지 않다면, 이는 OEM 업체들이 코로나19 시대는 물론 그 이후에도 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。 튜브 및 파이프 저널 (1990년) Tube & Pipe Journal стал первым журналом, посвяЂенным индустрии металлических труб в 1990 году. Tube & Pipe Journal은 1990년에 금속 파이프 산업에 특화된 최초의 잡지가 되었습니다.오늘날에도 이 간행물은 북미에서 유일한 업계 전문지이며, 배관 업계 전문가들에게 가장 신뢰받는 정보 출처로 자리매김했습니다.
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