이중상 스테인리스강 파이프의 일반적인 굽힘 문제 해결

우수한 강도와 내식성으로 알려진 이중상 스테인리스강 파이프는 굽힘 공정 시 고유의 어려움을 동반합니다. 금속 가공 산업 분야의 해외 고객에게 서비스를 제공하는 구글 독립 스토어 운영자로서 저는 주름이 생기거나 균열이 발생하거나 변형된 이중상 스테인리스 파이프로 인한 어려움을 직접 목격해 왔습니다.

이러한 문제들은 제품 품질에 영향을 미칠 뿐만 아니라 자원 낭비와 고객 불만으로도 이어진다. 본 포괄적인 가이드에서는 산업 현장의 경험과 기술적 연구를 바탕으로 가장 흔한 벤딩 문제들과 그 실용적인 해결책을 살펴본다.

왜 듀플렉스 스테인리스강 파이프는 굽히기가 어려운가?

듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트와 페라이트 두 상(phase)으로 구성된 이중상 미세구조를 가지며, 이는 일반적인 스테인리스강에 비해 우수한 강도와 내식성을 제공한다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 이 구조는 벤딩 공정을 더욱 복잡하게 만든다. 높은 강도 및 특정한 가공 경화 특성 은 결함을 방지하기 위해 벤딩 작업 중 매개변수를 정밀하게 제어해야 한다.

스테인리스강 튜브 벤딩에 관한 연구에 따르면, 특히 얇은 벽을 가진 튜브는 공정 조건이 부적절할 경우 주름 현상 이 발생할 수 있다. 이는 표준 오스테나이트계 스테인리스강과 달리 재료의 응력에 대한 반응이 다른 이중상(Duplex) 등급에서 특히 중요합니다.

일반적인 굽힘 결함 및 그 해결 방법

1. 내측 굽힘 반경에서의 주름 현상

문제 식별:
주름 현상은 주로 굽힘부의 내측 반경(압축면)에서 발생하며, 재료에 주름이나 접힘 형태로 나타납니다. 이는 얇은 두께의 이중상 스테인리스강 파이프에서 특히 두드러집니다.

근본 원인:
주름 현상은 근본적으로 압축 불안정성 으로 인해 발생합니다. 마치 골판지 튜브를 축 방향으로 압축할 때 주름이 생기는 것과 유사합니다. 굽힘 공정 중 파이프의 내측 부분은 압축을 받게 되며, 적절한 지지가 없을 경우 벽면이 안쪽으로 처지면서 주름이 형성됩니다.

솔루션:

• 내부 지지 방법 : 굽힘 중 파이프 벽을 지지하기 위해 내부 맨들(mandrel) 또는 충전재를 사용하세요. 연구에 따르면 " 내부 및 외부 지지대 굽힘 불안정성을 방지하기 위해 필요함 .

• 충전재 기법 : 소규모 프로젝트나 맞춤형 굽힘의 경우, 특수한 미세 모래로 튜브 내부를 채우면 우수한 내부 지지를 제공할 수 있음. 한 가지 실용적인 방법은 " 파이프 입구에 비닐 봉투를 넣고 그 안에 (미세 모래)를 채우는 것 " (충분하고 밀도 있게 채워야 하며, 그렇지 않으면 효과가 없음. 이후 비닐 봉투로 모래를 단단히 조이고 굽힘을 가함) . 굽히기 전에 양쪽 끝을 비닐 봉투로 꼭 닫아 모래가 완전히 채워지고 단단히 고정되었는지 확인하십시오.

• 공정 파라미터 최적화 : 굽힘 속도와 압력을 조절하십시오. 스테인리스강 얇은 벽 엘보우 성형에 대한 연구에 따르면, 8mm/s의 굽힘 속도와 같은 최적화된 파라미터가 변형을 제어하는 데 도움이 될 수 있음 .

2. 단면 변형 (타원화)

문제 식별:
완벽하게 원형이었던 파이프 단면이 굽힘 후 타원형으로 변하며, 유체 흐름, 구조적 무결성 및 부속품 호환성에 영향을 줄 수 있음

근본 원인:
굽힘 가공 중 외측 벽은 늘어나며 얇아지고, 내측 벽은 압축되어 두꺼워지면서 원형 단면이 타원 형태로 변형됩니다. 이는 박벽 파이프 및 적절한 공구 지지 없이 굽힘 처리된 파이프에서 특히 문제가 됩니다.

솔루션:

• 마드릴 굽힘 : 적절한 크기의 마드릴을 사용하는 마드릴 벤더를 활용하세요. 연구에 따르면 " 충전 후 튜브 단면의 변형률이 충전되지 않은 튜브 대비 30% 감소한다 "고 합니다. .

• 변형 방지 다이 : 타원화를 방지하는 기능을 갖춘 다이를 적용하세요. 굽힘 연구에서 언급된 바와 같이 "마드릴 없이 튜브를 굽힐 때 심한 단면 변형이 발생하는 경우, 다이에 변형 방지 그루브 구조를 설계하여 굽힘 중 변형을 최소화할 수 있다"고 합니다. .

• 최적의 마드릴 설정 : 적절한 마드릴 돌출 길이와 최소 간극을 확보하십시오. 기술 가이드라인에서는 "마드릴과 튜브 내벽 사이의 양쪽 간극은 0.3mm를 초과해서는 안 됩니다"라고 권장하며, 적절한 마드릴 돌출 길이 설정이 필요합니다. .

3. 과도한 두께 감소 및 외벽 균열

문제 식별:
벤딩 부위의 외측 반경에서 두께가 현저히 줄어들며, 심한 경우 눈에 보이는 균열이나 파손이 발생할 수 있습니다.

근본 원인:
파이프가 굽어질 때, 외벽은 인장 신축 이 일어나게 되며, 이 과정에서 재료의 연성 한계를 초과하게 됩니다. 이중상 스테인리스강은 강도는 뛰어나지만 오스테나이트계보다 연성이 낮아 이러한 문제가 더 쉽게 발생할 수 있습니다.

솔루션:

• 제어된 벤딩 반경 : 최소 벤딩 반경 가이드라인을 준수하십시오. 스테인리스강 파이프의 경우 일반적으로 " 벤딩 반경(중심선 기준) R ≥ 지름의 1.5~2배 " "여야 합니다. R각이 너무 작으면 R각 부분의 파이프가 납작해질 수 있습니다.

• 푸시 보조 굽힘 : 텐실 응력을 외벽에 줄이기 위해 굽힘 구역으로 재료를 공급하는 데 도움이 되는 푸시 보조 기능이 있는 굽힘 장비를 사용하십시오.

• 재료 선택 : 꼭 필요한 경우가 아니라면 작은 곡률 반경으로 굽힐 때 두꺼운 벽관을 사용하는 것을 고려하여, 감소 한도를 초과하기 전에 더 많은 재료를 확보할 수 있도록 하십시오.

4. 탄성 복원(Spingback)

문제 식별:
배관이 굽힘 장비에서 해제된 후 약간 원래 형태로 돌아가 최종 굽힘 각도가 부정확해지는 현상입니다.

근본 원인:
탄성 복원은 재료의 탄성 및 소성 변형 영역 모두에서 탄성 복원 발생합니다 . 이중상 스테인리스강은 강도가 높아 특히 상당한 탄성 복원이 발생하기 쉽습니다.

솔루션:

• 과도 굽힘(Overbending) : 탄성 복원을 보상하기 위해 목표 각도보다 약간 더 굽힙니다. 정확한 정도는 특정 재료 배치에 대해 실험과 경험을 통해 결정해야 합니다.

• 열 보조 : 특히 완전히 제거하기 어려운 스프링백의 경우, 굽힘 반경 외측에 국부적으로 열을 가하면 스프링백을 줄일 수 있으나, 재료 특성에 영향을 주지 않도록 전문적인 기술이 필요합니다.

• 스트레스 해소 : 경우에 따라 굽힘 후 응력 제거 열처리를 통해 굽힘 형상을 안정화시킬 수 있으나, 이중상 스테인리스강의 경우 유해한 미세구조 변화를 피하기 위해 적절한 절차를 따라야 합니다.

이중상 스테인리스강 전용 굽힘 기술

냉간 굽힘 대비 열 보조 굽힘

대부분의 이중상 스테인리스강 파이프는 냉간 굽힘이 가능하지만, 특정 응용 분야에서는 열 보조 굽힘이 필요할 수 있습니다.

냉간 굽힘:

• 적절한 굽힘 반경을 갖는 대부분의 일반적인 응용 분야에 적합

• 기존 재료 특성을 유지함

• 더 많은 동력이 필요하나, 장비 구성은 덜 복잡함

가열 보조 굽힘:

• 좁은 곡률 반경 또는 두꺼운 벽면 파이프에 적합

• 정밀한 온도 제어 필요 (일반적으로 1200-1600°F / 650-870°C)

• 부식 저항성을 회복하기 위해 적절한 용해 어닐링 및 급냉 처리를 반드시 수행해야 함

• 오스테나이트계 스테인리스강의 굽힘에 관한 연구에서는 " 1060-1300°C "의 가열 온도와 즉각적인 물 냉각을 언급하지만 , 이중상 계열의 경우 유해한 상이 석출되는 것을 방지하기 위해 온도 제어가 더욱 중요하다.

마드릴 굽힘 설정

적절한 마드릴 굽힘은 다음의 핵심 매개변수들을 주의 깊게 고려해야 한다:

1. 마드릴 유형 선택 : 특정한 용도 및 굽힘 요구 사항에 따라 플러그, 볼 또는 성형 마드릴 중에서 선택하십시오.

2. 마드릴 위치 : 최적의 지지력을 위해 마드릴을 굽힘 지점 바로 앞에 위치시키십시오. '전면 접선 지점에서 주름이 발생하는 경우' 마드릴 위치를 앞으로 조정해야 합니다. .

3. 프레셔 다이 보조 : 프레셔 다이를 사용하여 재료 흐름을 제어하고 벽 두께 감소를 줄이십시오.

예방적 접근: 공정 계획 및 품질 관리

굽힘 전 평가

이중상 스테인리스강 파이프 굽힘 작업 전:

• 재료 검증 : 재료 등급과 상태(어닐링 처리 등)를 확인하십시오.

• 금형 점검 : 벤딩 다이, 마드릴, 와이퍼 다이의 마모 또는 손상 여부를 확인하십시오

• 윤활제 선택 : 스테인리스강과 호환되는 적절한 윤활제를 사용하십시오

• 시험 벤딩 : 새로운 재료 배치로 작업할 때 항상 샘플 조각에 대해 시험 벤딩을 수행하십시오

공정 내 모니터링

생산 중 벤딩:

• 벽 두께 측정 : 초음파 두께 측정기를 사용하여 외측 반경에서의 두께 감소를 모니터링하십시오

• 결함 확인 : 각 굽힘 작업 후 주름, 균열 또는 표면 결함을 시각적으로 점검합니다

• 매개변수 기록 : 향후 참고를 위해 성공적인 굽힘 매개변수를 기록합니다

고급 솔루션: 유한 요소 해석

고가의 부품이나 복잡한 굽힘 요구사항을 다루는 제조업체의 경우, 유한 요소 분석(FEA) 시뮬레이션을 통해 실제 시험 이전에 굽힘 거동을 예측할 수 있습니다. 연구에 따르면 "이 FE 시뮬레이션 시스템을 사용함으로써 얇은 벽 튜브의 굽힘 공정을 시뮬레이션하고 다양한 굽힘 단계에서 변형 과정을 기록하였다"고 합니다 . 이러한 접근 방식을 통해 공정 매개변수의 가상 최적화가 가능해져 개발 시간과 재료 낭비를 크게 줄일 수 있습니다.

결론

이중상 스테인리스강 파이프를 성공적으로 벤딩하려면 재료의 고유한 특성과 적절한 벤딩 기술을 이해해야 합니다. 내부 지지대의 적절한 사용, 공정 매개변수 최적화, 적합한 장비 선택 및 철저한 품질 관리 등 위에서 설명한 해결 방법을 적용함으로써 가장 흔히 발생하는 벤딩 문제를 극복할 수 있습니다.

다음을 기억하십시오. 예방이 수정보다 더 효과적입니다 벤딩 결함의 경우, 올바른 세팅, 매개변수 개발 및 직원 교육에 시간을 투자하면 폐기율 감소, 제품 품질 향상 및 고객 만족도 제고라는 측면에서 상당한 이익을 얻을 수 있습니다.

지속적인 벤딩 문제가 발생할 경우, 이중상 스테인리스강 관련 특정 경험을 보유한 재료 공급업체나 벤딩 장비 제조업체와 상담하는 것을 고려해 보십시오. 전문적인 기술력을 가진 이들의 도움을 통해 일반적인 방법으로는 해결할 수 없는 문제들을 진단하고 해결할 수 있습니다.