제관법, 이음매 없는 관(Seamless pipe), 이음관(seamed pipe), 후육강관

 

제관법이란?

1. 개요

 

1) 제관법 (pipe making) 정의

 파이프를 만드는 공정
크게 말아서 용접하거나 붙이는 용접관과 단접관등의 이음관, 만들때부터 이음매 없이 제작하는 이음매 없는 관으로 구분이 가능함
이음매 없는 관은 심레스파이프 (무계목 강관)으로 불림 

 

 

2) 강관 규격 

강관규격에 따라 강관 제조의 원재료를 결정한다. 
각 규격읜 하학성분, 기계적 성질, 필수 시험요소 (편형 시험, 굽힘 시험, 수압 시험 등)의 값들을 규정하고 있음 

배관용, 보일러 및 열교환용, 구조용 강관으로 나눌수 있으며, 재료는 탄소강, 합금강, 고장력 강판으로 나뉨.

(1) 배관용 강관 규격 

배관용 강관 규격, NCS

(2) 보일러 및 열교환용 강관 규격

보일러 및 열교환기용 강관, NCS

(3) 구조용 강관 규격 

구조용 강관, NCS

 

 

2. 이음매 없는 관 (Seamless pipe)

 

1) 개요

이음매 없는 관(무계목강관)의 제조방법으로는 맨드릴 등을 이용한 압출 제관법, 만네스만 제관법, 스티펠 제관법, 에르히르트 제관법이 있으며, 인발공정에서 제작하는 인발제관법이 있음. 주조 단계에서부터 원심력을 통해 제작하는 원심주조법이 있음 

만네스만 제관법이 일반적으로 많이 사용됨 
비용접 방식이기 때문에 용접비드가 없고, 용접에 의한 결함이 없으며 재질과 경도 등 기계적 성질이 일정함 
높은 안정성을 가지고 있고 고온 고압에 유리함. 

하지만 표면이 거치고 가격이 비싸며, 생산성이 낮음 
따라서 특수 배관, 원자력, 항공기 등의 분야에서 사용

 

 

2) 만네스만 제관법

가장 많이 사용되는 제관법
천공 - 플러그 압연 - 릴러 압연 - 정경 압연 - 절단의 순서로 진행됨 

구멍을 뚫고, 두께와 지름을 대략적으로 맞춘뒤, 내경을 교정하고 외경을 교정하여 잘라내는 과정

 

① 천공 (Piercing) 

소재가 회전식 가열로에서 1200-1250도로 가열되어 회전하는 2개의 천공롤 사이로 물려들어가고, 서로 비틀려있는 롤러에 의한 마찰력에 의해 심한 비틀림 작용을 받으며 롤을 통과하게 됨 

이때 중앙에 위치한 심봉 (만드렐)에 의해 점진적으로 천공됨 

천공, 두께는 맞지 않지만 구멍이 생김, HRD

② 플러그 압연 (Plug)

천공된 관을 가열상태에서 심봉이 설치되어있는 플러그 압연기에 통과시켜 관의 두께와 지름을 감소시키는 압연 방법
1차 압연 후 2~3차까지 반송하여 여러번 반복 작업한다

플러그압연, HRD

③ 릴러 압연 (Reeler)

플러그 압연된 관의 두께를 일정하게 하고 내면의 흠집을 제거하기 위한 압연 
릴러작업을 거치면, 내부가 마치 버니싱을 한 것과 같이 압축이 되는데, 이로 인해 관의 바깥 지름은 약 5% 증가하고 두께는 3-5% 정도 감소하며 교정작업이 됨

릴러압연, HRD

④ 정경 압연 (Sizing)

90도로 교차된 2단 정경 압연기를 통과시켜 관의 바깥 지름을 교정하고, 진원도를 교정함 

정경압연, HRD

⑤ 절단 (Cutting)

규정된 길이로 관을 절단

 

 

3) 스티펠 제관법

가열된 소재가 같은 방향으로 회전하는 접시형의 2개 롤 경사면을 회전하며 통과할 때 심봉에 의해 천공

 

4) 에르히르트 제관법

원형 다이 안에 가열된 소재르 넣고 펀치로 가압하여 밑바닥이 붙은 원통 형태의 관을 제작 

 

5) 압출 제관법

압출다이에 심봉 혹은 만드렐을 이용하여 가압 압출시켜 관을 제작하는 방식 

압출가공 (Extrusion), 압출설계, 압출 특징, 정수압압출, 충격압출, 연속압출(Continuous extrusion)

 

6) 인발 제관법

인발은 크게 봉재인발, 선재인발, 관재인발로 나뉘며 관재인발을 통해 제관한다  

2024.04.05 - [Mechanical Engineering Study/소성가공] - 인발가공(drawing), 인발 가공 영향 요인, 인발력

 

7) 원심주조법

원심력을 이용한 주조법, 바로 관의 형태로 주조할 수 있음

원심력에 의해 불순물이 내부로 모이며, 관은 고품질의 재료로 제작할 수 있으며, 일반적인 주조와 다르게 조직이 치밀하고 기공 등의 결함이 적어 기계적 성질이 우수함 

원심주조법 (Centrifugal Casting)

 

 

 

3. 이음관 (Seamed pipe) 

 

1) 개요

이음관은, 절단된 띠형 강판을 둥글게 말아서 성형한 후, 이음부분을 접합하여 제관한다 
단접관, 용접관이 있으며 용접방법으로는 고주파유도용접, 고주파저항용접, 기계용접 (SMW - 잠호용접 등)을 사용함 

 

 

2) 단접관

단접관은 연속식 가열로를 통과하면서 가열된 강관을, 산소-아세틸렌 가스 불꽃으로 산화피막을 제거한 후 접함 
겹침 단접관과 맞대기 단접관으로 분류할 수 있음 

• 겹침 단접관
  강판의 양 끝 단면을 사선으로 자른 뒤 벤딩롤러에 통과하여 둥글게 성형한 뒤, 약 1300도로 가열하여 겹쳐진상태로 플러그밀에 통과시켜 접합시킴 
• 맞대기 단접관 
  띠형 강관을 1300도로 다열한 뒤, 다이에 넣어 인발시킴으로써 성형과 동시에 단접하여 제작 

단접관 제작 방식, HRD

3) 용접관

용접관은 절단된 강판을 벤딩롤러, 롤포밍머신을 통과하여 둥근 관모양으로 성형한 뒤 맞대어진 부분을 용접한 후 정경한 뒤 절단하여 제작함 
주로 전기저항용접이 많이 사용되며, 자동화가 용이한 고주파 용접이 많이 사용됨. ㄸ한 서브머지드 아크 용접, 티그용접 등을 사용함. 중대경 강관 제조에는 서브머지드 아크용접을 많이 사용하며, 스테인리스 및 티타늄 파이프는 용접부의 산화 방지를 위해 티그 용접 (TIG 용접)을 실시함 

전기저항용접으로 제작한 강관을 ERW(Electric Resistance Welding)이라고 하며, 고주파저항용접과 동일한 의미로 사용됨 
ERW파이프(전기저항용접관)은 코일 상태로 감긴 스켈프를 관 형태로 성형해 전기저항 혹은 전기유도방식으로 저항열을 이용해 용접한 강관을 의미 

ERW는 용접관의 대부분을 차지하며, 용접봉이 불필요하고 용접속도가 빠르고 균일해 높은 생산성과 저렴한 가격이 특징 (심레스 파이프 대비 약 80% 저렴) 
하지만 비드 제거가 어렵고 보수 수리가 불가능함
가격이 저렴하여 대부분 건설용 (상수도, 하수도, 가스관) 등으로 사용됨

① 강판을 절단 

② 원형 형상으로 포밍

③ 용접, 이때 고주파 유도용접과 고주파 저항용접, TIG용접, 서브머지드 아크용접, 전기저항용접이 사용됨

④ 정경(Sizing), 정확한 크기로 교정한다

⑤ 절단 

⑥ 다듬질 (finishing) 

강관성형용 롤러, NCS

고주파 저항 용접과 고주파 유도 용접

ERW 강관 제조 공정 
원재료 장입 - 언코일링 - 레벨링 - 엣지 밀링 - 성형 - 용접 - 용접부 심 어닐링 - 냉각(공냉/수냉) - 정형 - 절단 - 판단 가공 - 수압시험 - 초음파 검사  -코팅 - 육안검사/치수검사 - 포장

 

[용접] 고주파 용접 (High Frequency Welding), 제관

불활성가스아크용접 (금속, MIG, GMAW 텅스텐, TIG, GTAW), 불활성가스아크용접 이론

전기저항용접(Electric Resistance Welding)

용접관 제작 공정

 

 

4) 후육강관 

두께가 20mm ~ 150mm까지, 약 45m의 플레이트를 벤딩하여 직경 15m의 크기를 가지고 있는 대형 강관 
bending - welding - correction의 과정으로 생산된다

후육강관, SK에코플랜트

① 롤벤딩 (roll-bending)

롤벤딩기의 기본적인 형상, 후육강관이랑은 관련이 없는 제품

롤러에 금속 플레이트가 물려 들어가며 곡선벤딩이 됨

 

② 용접 (Welding)

임시 가접으로 형상을 잡아주고 - 내부에 Seal Welding으로 틈새를 막아줘 유체의 유출을 방지 - 본용접으로 Inside welding과 outside welding을 실시

본용접으로 인사이드 용접과 아웃사이드 용접을 실시하는데 기계용접을 통한 잠호용접을 실시함 
일반 수동용접보다 능률이 10배이상 빨라 후육관과 같은 큰 구조물을 용접시 기계용접이 필수적

Seal 용접 장면, 내부 틈새를 막아주기위해 실시, MIG/MAG용접으로 추정됨, SK에코플랜트 유튜브

본용접으로 실시하는 SMW 잠호용접, 에코플랜트

[용접][공정] 서브머지드아크용접, 잠호용접 (SAW; Submerged Arc Welding)

 

③ 교정 (Correction)

파이프의 교정 작업은, 우선 교정기에 장착하여 측정값을 확인한 후, 레이저 측정기, 정밀줄자를 이용하여 교정을 실시함