금속 교정 기술: 수동 방식에서 화염 방식까지

섹션 1: 수동 교정

I. 강철 변형의 원인

다양한 시트와 프로파일은 외력, 용접, 고르지 않은 가열로 인해 어느 정도 변형되는 경우가 많습니다. 변형이 기술 사양을 초과하는 경우 이를 교정해야 합니다. 교정이란 변형된 형상을 지정된 기술 범위 내로 복원하는 프로세스입니다.

변형의 원인은 다음과 같습니다:

1. 강철의 잔류 응력으로 인한 변형

기간 동안 롤링 프로세스강철은 변형을 유발하는 잔류 응력이 발생할 수 있습니다. 냉간 압연 박판의 연신율 불일치도 변형으로 이어질 수 있습니다.

2. 강철 가공 중 발생하는 변형

금속은 압연 시 형성된 잔류 응력이 가스 절단을 통해 방출될 때 변형이 발생하고, 강철의 용접 시 국부적인 가열로 인해 변형이 발생하며, 이 불균일한 가열은 용접 응력을 발생시키고, 부적절한 운송, 보관 또는 취급으로 인해 국부적인 변형이 발생할 수 있습니다. 요약하면, 강철의 변형 원인은 다면적이고 복잡합니다.

II. 강철의 변형 정도를 측정하는 방법

강철의 변형은 공차를 초과해서는 안 되며, 그렇지 않으면 부품 번호 지정, 절단 및 기타 가공 단계에 영향을 미쳐 가공 정확도가 떨어지고 전체 구조물의 올바른 조립에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 지정된 범위 내에서 변형을 제거하거나 제한하기 위해 이를 수정해야 합니다.

사용 전 강철의 허용 오차는 표 6-1에 나와 있습니다.

표 6-1 사용 전 강철 공차

기하학적 정확도	단순화된 다이어그램	허용 오차 값
강판 및 평강의 국부 처짐		Δ≥14mm인 경우, f≤1mm; Δ<14mm인 경우, f≤1.5mm
앵글 강재, 채널 강재, I형강 및 파이프의 직진도		f≤L/1000           ≤5mm
앵글 스틸 양쪽의 수직성		Δ≤b/100
I형강 및 채널 강재의 플랜지 경사도		Δ≤b/80

III. 수동 수정의 기본 원칙 및 방법

수동 보정은 실제 생산에서 반드시 숙달해야 하는 기본 기술입니다. 전문 보정 장비가 없는 경우 소형 플레이트, 프로파일, 절단 부품 및 용접 구조물의 국부 변형에 수동 보정이 널리 사용됩니다.

일반적인 수동 보정에는 대형 망치, 해머, 금속판 등 다양한 도구를 사용하여 공작물의 특정 부분을 망치질, 렌치질, 당기기, 밀기 등의 방법을 사용하여 더 단단한 금속을 확장 및 확장하여 궁극적으로 각 층의 섬유 길이를 일정하게 만들어 보정 목적을 달성하는 것이 포함됩니다.

1. 박판 변형 보정

(1) 박판의 불룩한 변형 보정

얇은 판의 국부적인 부풀어 오름은 재료가 가운데는 느슨하고 가장자리는 단단하기 때문에 발생합니다. 수정하는 동안 바깥쪽으로 방사되는 돌출부의 가장자리부터 망치질을 시작하여 바깥쪽으로 이동하면서 망치질의 힘과 밀도를 높여 섬유 층을 안쪽에서 바깥쪽으로 다양한 각도로 늘려 망치질 과정에서 점차적으로 돌출된 변형을 제거합니다.

얇은 판 중앙에 인접한 돌출부가 여러 개 있는 경우 각 돌출부의 접합부를 가볍게 망치로 두드려 하나의 돌출부로 합친 다음 위에서 설명한 대로 그 주위를 망치로 두드려 평평하게 만듭니다. 그림 6-1과 같습니다.

(2) 얇은 판의 물결 모양 가장자리 보정

얇은 판의 가장자리가 물결 모양이면 재료가 가장자리 주변이 느슨하고 가운데가 단단하다는 것을 나타냅니다. 보정하는 동안 바깥쪽에서 안쪽으로 망치질을 하면서 점차 힘과 밀도를 높여서 플레이트 중앙의 섬유층을 더 크게 늘려 가장자리 주변의 물결 모양 변형을 제거합니다. 그림 6-2와 같이.

2. 후판의 변형 보정

두꺼운 판의 주요 변형은 굽힘 변형입니다. 보정에는 일반적으로 다음 두 가지 방법이 사용됩니다:

1) 돌출된 부분을 직접 망치로 두드리세요.

망치질하는 힘이 플레이트의 항복점보다 커야 돌출부가 강제 압축과 소성 변형을 거쳐 평평해집니다.

2) 돌출부의 오목한 부분을 망치로 두들깁니다.

오목한 부분을 망치로 두드리면 더 작은 힘을 사용하여 재료가 오목한 부분만 팽창하여 오목한 부분이 상대적으로 압축되어 평평하게 만드는 목적을 달성할 수 있습니다.

3. 프로파일 및 파이프의 수동 직선화

평강, 앵글강, 원형강 및 원형 파이프의 굽힘 변형은 공작물의 오목한 면에 망치질 지점을 두고 해머 스트레칭으로 교정할 수도 있습니다(그림의 화살표는 망치질 방향과 재료 확장 방향을 나타냄). 그림 6-3과 같습니다.

a) 해머 스트레칭
b) 구부리기, 비틀기

또한 플랫폼, 원형 블록 및 벤치 바이스에서 망치 및 렌치와 같은 도구를 사용하여 프로파일링된 강철의 굽힘 및 비틀림 변형도 교정 외력에 의해 형성된 굽힘 모멘트에 의존하여 교정 목적을 달성할 수 있습니다.

섹션 2: 화염 교정

I. 화염 직선화 원리

화염 교정은 금속의 국부적 가열로 인한 소성 변형을 사용하여 원래 변형을 상쇄하고 교정 목적을 달성합니다. 화염 교정을 하는 동안 변형된 강철 또는 부품의 긴 섬유 부분의 금속을 집중된 화염으로 제어된 방식으로 가열하여 특정 온도에 도달하여 돌이킬 수 없는 압축 소성 변형을 얻어야 합니다. 냉각 후에는 주변 재료에 인장 응력이 발생하여 변형을 교정합니다.

금속은 열팽창과 수축의 특성을 가지고 있어 외부의 힘에 의해 탄성 변형과 소성 변형이 모두 일어날 수 있습니다. 국부적으로 가열되면 금속의 가열된 부분은 팽창하지만 주변 금속은 상대적으로 차갑기 때문에 팽창이 방해되어 가열된 금속이 압축됩니다. 가열 온도가 600~700°C에 도달하면 응력이 항복 한계를 초과하여 소성 변형이 발생하는데, 이때 재료의 두께는 약간 증가하지만 길이는 자유롭게 팽창할 수 있을 때보다 짧아집니다.

일반적인 저탄소강의 경우 온도가 600~650°C에 도달하면 수율 한계가 0에 가까워지고 금속 재료의 변형은 주로 소성 변형입니다. 이제 긴 스트립의 한쪽을 비대칭으로 가열하는 예를 들어 설명해 보겠습니다.

저항선을 열원으로 사용하여 좁은 스트립의 한쪽 AB를 빠르게 가열하는 경우, 빠른 가열 속도로 인해 그림 6-4와 같이 스트립에 비대칭으로 분포된 불균일 열장이 발생합니다(여기서 T는 온도 분포 곡선입니다). 가스 절단기로 전체 강판에서 좁은 스트립을 절단하거나 스트립의 한쪽 면을 따라 용접하는 것도 이 상황과 유사합니다.

이해를 돕기 위해 스트립이 서로 연결되지 않고 밀착된 여러 개의 작은 스트립으로 구성되어 있다고 가정하면, 그림 6-5a와 같이 각 작은 스트립은 각기 다른 온도에서 자유롭게 팽창하여 온도 곡선에 해당하는 각 좁은 스트립의 끝에서 계단 모양의 변형이 발생합니다.

실제로는 스트립이 전체이기 때문에 서로 다른 부분의 재료가 서로를 구속하고 그림 6-5b와 같이 길이 방향을 따라 굽힘 변형이 발생하여 가열된 쪽을 향해 부풀어 오르게 됩니다. 응력 균형 조건에 따라 가열 중 스트립의 내부 응력 분포는 그림 6-5c와 같습니다(양쪽의 금속은 압축되고 가운데의 금속은 늘어남).

가열된 면의 온도가 높기 때문에 응력이 항복점을 초과하여 압축 소성 변형이 발생합니다. 냉각 시 스트립이 초기 온도로 돌아오면 가열 중 압축 소성 변형을 겪은 부분이 수축하고 스트립은 그림 6-6과 같이 가열 중 상황과 반대인 응력 분포로 잔류 변형(가열된 면이 오목함)을 가지며 가열된 면이 인장 응력을 생성합니다.

이것은 국부적인 불꽃 가열로 인한 변형의 기본 규칙이며, 불꽃 직선화를 마스터하는 데 있어 핵심입니다.

a) 스트립의 가상의 변형
b) 끝면의 실제 변형
c) 스트레스 분포

스트립 또는 원형 형태의 금속을 국부적으로 가열할 때 응력 및 변형 패턴을 유사하게 분석할 수 있습니다.

II. 화염 교정의 특성

1) 화염 교정은 분명한 효과와 함께 상당한 교정력을 얻을 수 있습니다. 저탄소강의 경우 1cm만 가열하면 ² 영역을 플라스틱 상태로 만든 다음 냉각하면 약 24kN의 직선화 힘을 생성할 수 있습니다. 0.01m ² 의 소재 가열 면적이 교정 중 소성 상태에 도달하면 냉각 후 2400kN의 교정력을 생성합니다.

따라서 화염 교정은 철강 재료뿐만 아니라 크기와 형태가 다른 다양한 철골 구조물의 변형을 교정하는 데 더 광범위하게 사용됩니다.

2) 화염 교정 장비는 간단하고 방법이 유연하며 조작이 편리합니다. 화염 교정은 강판 및 프로파일 교정을위한 재료 준비 공정뿐만 아니라 선박, 차량, 무거운 프레임, 대형 컨테이너, 상자, 보 등 제조 공정 중 금속 구조물의 다양한 변형을 교정하는 데 널리 적용됩니다.

3) 화염 보정은 기계적 보정과 마찬가지로 금속 재료의 플라스틱 예비량의 일부를 소모하므로 특히 중요한 구조물, 부서지기 쉽거나 열악한 플라스틱 재료에는 주의해서 사용해야 합니다. 가열 온도를 적절히 조절해야 합니다. 온도가 850°C를 초과하면 금속 입자가 커지고 기계적 특성이 저하되며, 온도가 너무 낮으면 보정 효과가 감소합니다.

담금질이 발생하기 쉬운 재료의 경우 수냉식 화염 가열을 사용할 때는 특별한 주의를 기울여야 합니다.

III. 화염 보정을 위한 일반적인 가열 방법

가열 영역의 모양에 따라 점 가열, 선 가열, 삼각형 가열의 세 가지 방법이 있습니다.

1. 포인트 가열

불꽃을 사용하여 공작물의 원형 링을 따라 이동하면서 원형 포인트 모양(일반적으로 불 링이라고 함)으로 균일하게 가열하고 필요에 따라 하나 이상의 포인트를 가열합니다. 여러 점을 가열할 때는 그림 6-7과 같이 판 위에 매화 모양으로 분포되며, 프로파일이나 튜브의 경우 직선으로 배열됩니다.

가열점의 직경 d는 플레이트의 두께에 따라 달라지지만(두꺼운 플레이트의 경우 약간 크고 얇은 플레이트의 경우 약간 작음), 일반적으로 15mm 이상이어야 합니다. 가열점 사이의 거리는 변형이 증가함에 따라 감소하며, 일반적으로 50~100mm 사이입니다.

2. 라인(스트립) 가열

화염은 그림 6-8과 같이 직선 방향으로 이동하면서 동시에 측면으로 스윙하여 일정한 폭을 가진 스트립 가열 영역을 형성합니다. 라인 가열 중에는 측면 수축이 세로 수축보다 크며 수축량은 가열 영역의 폭에 따라 증가하며 일반적으로 판 두께의 0.5~2 배, 일반적으로 15~20mm입니다.

가열 라인의 길이와 간격은 공작물의 크기와 변형 상황에 따라 달라집니다. 선형 가열은 종종 강성과 변형이 큰 구조물을 교정하는 데 사용됩니다.

3. 삼각 난방

그림 6-9와 같이 불꽃을 휘둘러 가열 영역을 삼각형으로 만들고 삼각형의 밑면이 강판 또는 프로파일의 가장자리에 있고 정점이 안쪽을 향하도록 보정합니다. 삼각형 가열 영역이 크므로 수축량도 크고 삼각형 높이에 따른 가열 폭이 동일하지 않으므로 플레이트 가장자리에 가까울수록 수축이 커집니다.

삼각 가열 방식은 일반적으로 두께와 강성이 큰 부품의 변형을 교정하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 프로파일 및 용접 빔의 굽힘 변형을 보정하거나 판 프레임 구조에서 강판 자유 가장자리의 물결 모양 변형을 보정하는 데 사용됩니다. 이때 삼각형의 정점 각도는 약 30°입니다. 프로파일 또는 용접 빔을 보정할 때 삼각형의 높이는 웹 높이의 1/2~1/3이 되어야 합니다.

IV. 화염 교정 과정의 핵심 포인트

변형의 화염 가열 교정은 금속 구조물 제조에 자주 사용됩니다. 공작물의 보정 효율과 품질을 개선하려면 작업 중 다음 사항에 유의해야 합니다:

1) 구조물의 재질과 특성을 미리 파악하여 화염 보정 사용 가능 여부를 결정하고, 화염 보정으로 인한 재료의 기계적 특성의 심각한 저하를 방지하기 위해 다양한 재료에 따라 보정 과정 중 가열 온도를 올바르게 제어합니다.

2) 구조 변형의 특성을 분석하고 가열 방법, 가열 위치 및 가열 순서를 고려하여 최상의 가열 방식을 선택합니다.

3) 중성 불꽃을 사용하여 가열합니다. 심각한 각도 변형을 피하기 위해 얕은 가열 깊이가 필요한 경우, 산화 불꽃을 사용하여 가열 속도를 높일 수도 있습니다.

4) 크고 복잡한 후판 및 구조용 강재를 수정할 때 후판 및 구조용 강재 변형이 모두 포함되는 국부적 변형과 전체 변형이 모두 발생할 수 있습니다. 보정 과정에서 이러한 요소는 서로 영향을 미치며 변형 패턴을 숙지하고 유연하게 적용하며 보정 작업량을 최소화하고 효율성을 개선하며 보정 품질을 보장해야합니다.

5) 화염 보정 중 구조물에 외력을 가할 수도 있습니다. 예를 들어, 대형 구조물의 자체 중량을 사용하고 무거운 물체를 추가하여 추가적인 굽힘 모멘트를 만들거나 당기고 누르는 기계를 사용하면 구조물의 변형이 증가할 수 있습니다.

요약하자면, 화염 보정 작업은 고정된 패턴이 없이 유연하고 다양하게 이루어집니다. 작업자는 연습을 통해 변형 패턴을 숙달하고 경험을 축적하여 더 나은 보정 결과를 얻어야 합니다.

V. 화염 보정의 적용

1. 강판 변형 보정

얇은 판의 중앙이 불룩하고 주변이 비교적 평평한 경우, 그림 6-10a와 같이 강판의 불룩한 면을 플랫폼 위에 올려놓고 가장자리를 클램프로 고정하고 바깥쪽에서 안쪽으로 대칭적으로 불룩한 부분을 가열합니다. 이 돌출부는 그림 6-10b와 같이 돌출부의 가장자리에서 중앙으로 이동하는 순서로 선형 가열을 통해 수정할 수도 있습니다.

강판의 가장자리가 느슨하고 물결 모양으로 변형된 경우 먼저 강판의 3면을 클램프로 플랫폼에 고정하여 강판의 한쪽에 변형을 집중시키고 그림 6-10c와 같이 돌출된 양쪽에서 중앙을 향해 선형으로 가열합니다. 가열 라인의 너비, 길이, 간격은 변형에 따라 달라집니다.

a) 중간 돌출부의 포인트 가열
b) 중앙 돌출부가 있는 선 모양의 가열
c) 가장자리가 물결 모양으로 변형된 경우 가열

박판의 맞대기 접합 후 용접부에 세로 물결 모양의 변형과 각도 변형이 종종 발생합니다. 이때 그림 6-11과 같이 용접의 힘 방향을 따라 양쪽에 선형 가열을 가하여 세로 물결 모양의 변형을 보정한 다음 용접의 양쪽에 용접 방향에 수직 인 짧은 선형 가열을 가하여 각도 변형을 보정해야합니다.

두꺼운 판재에서 가장 흔한 변형은 굽힘 변형입니다. 보정을 위해서는 볼록한 면이 위로 향하도록 플랫폼에 놓고 가장 높은 지점에서 선 모양으로 가열하고 가열 깊이를 후판 두께의 약 1/3로 조절합니다. 강판의 두께 방향의 불균일 수축으로 인한 각도 변형을 통해 굽힘 변형을 상쇄하는 것이 목적입니다. 굽힘 변형이 사라지면 강판은 다시 평평해집니다.

a) 세로 물결 모양 변형 보정
b) 각도 변형 보정

2. 프로파일 및 용접 빔의 변형 보정

프로파일과 용접된 빔의 가장 일반적인 변형은 굽힘 변형이지만 때로는 비틀림 변형과 플랜지의 각도 변형도 있습니다. 웹 평면 내에서 다른 방향으로 굽힘이 있는 T형강은 웹의 삼각 가열 또는 플랜지의 스트립 가열로 보정합니다.

플랜지 평면 내 굽힘(측면 굽힘)은 플랜지 돌출면의 삼각형 가열을 통해 보정됩니다. 가열 영역의 크기와 간격은 그림 6-12에 표시된 것처럼 굽힘 변형 f에 따라 달라집니다. 플랜지에 각도 변형이 있는 경우 플랜지의 용접부 뒷면을 따라 선 모양의 가열을 적용해야 합니다. 경미한 변형에는 한 줄을, 큰 변형에는 두 줄을 사용합니다.

a) 웹 평면 내에서 구부리기
b) 플랜지의 평면 내에서 굽힘

그림 6-13과 같이 대구경 튜브 및 샤프트형 부품의 굽힘 변형은 튀어나온 면을 스팟 가열하여 보정할 수 있습니다.

3. 프레임 변형 보정

플레이트와 프로파일로 구성된 대형 프레임 구조물은 조립 및 용접 후 다양한 형태로 변형되는 경향이 있습니다.

플레이트와 프로파일의 모서리 용접으로 인한 각도 변형은 일반적으로 용접 후면의 라인 가열로 교정할 수 있습니다. 플레이트가 두껍거나 변형이 심한 경우 가열하는 동안 공구를 사용하여 외력을 가할 수 있습니다.

그리드의 프로파일 사이에 오목 및 볼록 파 변형이 발생하면 먼저 모서리 용접 뒷면에 라인 가열을 수행하고 긴 선, 짧은 선 또는 교차 가열로 볼록 및 오목 지점의 교차점에서 수정합니다. 이때 변형이 완전히 제거되지 않으면 돌출부의 중간을 가열합니다. 프레임 변형의 보정은 그림 6-14에 표시되어 있으며 그림의 숫자는 가열 순서를 나타냅니다.

a) 단순 각도 변형
b) 오목-볼록파 변형

인접한 패널 그리드에 연속적인 웨이브 변형이 있는 경우 간격을 건너뛰는 방식으로 보정할 수 있습니다. 이 경우 중간 패널 그리드의 변형이 양쪽의 영향을 받아 보정 작업의 양이 줄어들 수 있습니다.

복잡한 프레임 구조 변형을 수정하는 것은 어렵고 풍부한 실무 경험과 숙련된 기술이 필요합니다. 일반적으로 프레임의 변형을 먼저 수정한 다음 강판의 변형을 수정해야 합니다. 강한 프레임과 약한 프레임이 인접한 경우 강한 프레임을 먼저 수정 한 다음 약한 프레임을 수정해야합니다.

프레임이 상대적으로 약한 경우 패널과 프레임을 번갈아 가며 보정할 수 있습니다. 판 두께가 다른 경우 두꺼운 판을 먼저 수정한 다음 얇은 판을 수정해야 합니다. 변형의 특정 부분을 수정할 때는 인접 부품 및 전체 구조에 미치는 영향을 고려하고 다음 공정의 조립 요구 사항에주의하십시오.

4. 프레임의 자유 가장자리 보정

프레임의 자유 가장자리와 플레이트의 각 구멍 주변은 심한 물결 모양 주름이 생기기 쉽습니다. 이 경우 그림 6-15와 같이 구멍 주변의 프레임을 먼저 수정한 다음 삼각 가열 방법을 사용하여 프레임 또는 구멍 가장자리를 따라 파형 변형을 수정해야 합니다.

a) 프레임의 자유 가장자리 수정
b) 구멍 주변 수정

대형 구조물 수정

대형 금속 구조물(선체 섹션, 조립 스탠드 등)은 용접 후 그림 6-16의 점선과 같이 전체적인 뒤틀림 변형이 나타나고 섹션의 폭도 변경되는 경우가 많습니다. 이때 섹션을 침목 위에 놓고(침목을 섹션의 측면 근처에 배치하고 가운데는 매달린 채로) 섹션 중간에 무거운 물체를 놓은 다음 그림 6-16에 표시된 위치에 라인 가열을 가할 수 있습니다.

섹션의 자체 무게와 무거운 물체로 인한 추가 굽힘은 화염 보정 효과를 크게 향상시킬 수 있습니다. 섹션에 반대쪽 휨 변형이 있는 경우 180° 뒤집어 침목 위에 거꾸로 놓아 보정합니다.

섹션 3: 수정 기술 교육

I. 보정 공작물 다이어그램

보정 공작물 다이어그램은 그림 6-17에 나와 있습니다.

II. 수정 단계 및 방법

1. 수정 준비

1) 가열 도구, 장비 토치(H01-20), 산소 실린더, 아세틸렌 실린더, 감압기 등을 준비합니다.

2) 2000mm×3000mm의 플랫폼을 준비합니다.

3) 텐션 볼트, 압축 볼트, 압력판, 조절 렌치, 쇠망치 등의 공구를 준비합니다.

2. 뒤틀린 변형 보정

I-빔은 강성이 높고 가열 온도(750~800℃)가 약간 높을 뿐만 아니라 교정을 위해서는 외력의 도움이 필요합니다. 먼저 I-빔을 플랫폼에 고정하고 인장 볼트로 양쪽 끝을 대각선으로 조인 다음 빔 중앙의 상단 플랜지를 가열합니다. 뒤틀림이 심한 경우 중간 웹에도 열을 가할 수 있습니다.

가열 후 볼트 로드를 조여 외력을 가하여 비틀림을 수정합니다. 한 번의 가열로 비틀림을 완전히 교정하기에 충분하지 않은 경우 교정 과정을 반복하되 가열 위치가 이전 위치와 겹치지 않도록 주의하세요. 비틀림이 전체적인 변형임을 고려할 때 가열 위치는 항상 대칭적으로 분포해야 합니다. 그림 6-18과 같습니다.

3. 굽힘 변형 보정

I형강의 굽힘 변형은 수직 아치(웹 평면 내 굽힘)와 측면 굽힘(플랜지 평면 내 굽힘)으로 구분됩니다. I형강의 수직 아치 및 측면 굽힘 보정은 삼각 가열 방법을 사용하여 수행할 수 있습니다. 가열 위치는 공작물의 구부러진 부분의 바깥쪽에 있어야하며 균등하게 분포되어야합니다. 수직 아치 교정의 경우 그림 6-19a와 같이 주로 웹을 가열합니다. 측면 굽힘을 교정하려면 그림 6-19b와 같이 플랜지를 가열합니다.

a) 수직 아치 수정
b) 측면 굽힘 보정

4. 보정 품질 검사

수정된 용접된 I형강의 품질은 "사용 전 강철의 허용 편차 표"의 사양을 충족해야 합니다.