가스기능장 준비 (5장 가스설비 - 1)

1. 고압설비의 재료

1-1) 기계적 성질

강도 : 외력에 대하여 재료 단면에 작용하는 최대 저항력으로 인장강도, 전단강도, 압축강도 등으로 분류되며, 일반적으로 인장강도를 의미한다.

경도 : 금속의 단단한 정도를 표시하는 것으로 인장강도에 비례한다.

연신율 : 재료에 하중을 가했을 때 원래 길이에서 늘어난 길이의 비이다.

인성 : 굽힘이나 비틀림 작용이 반복하여 작용할 때 외력에 저항하는 성질로 끈기 잇고 질긴 성질이다.

취성 : 물체의 변형에 견디지 못하고 파괴되는 성질로 인성에 반대된다.

전성 : 타격이나 압연 작업에 의해 재료가 얇은 판으로 넓어지는 성질이다.

연성 : 금속을 잡아당겼을 때 가는 선으로 늘어나는 성질이다.

피로 : 반복 하중에 의한 재료의 저항력이 저하하는 현상을 피로라 하며 파괴강도보다 상당히 낮은 응력이 반복 작용을 하는 경우 재료가 파괴된다. 재료가 파괴되는 현상을 피로파괴라 한다.

크리프 : 어느 온도 이상에서 재료에 일정한 하중을 가하여 그대로 방치하면 시간의 경과와 더불어 변형이 증대하고 때로는 파괴되는 현상을 말한다.

항복점: 탄성한계 이상의 하중을 가하면 하중은 연신율에 비례하지 않으며, 하중을 증가시키지 않아도 시험편이 늘어나는 현상을 항복 현상이라 하고, 항복 현상이 일어나는 점을 항복점이라 한다.

1-2) 물리적 성질

비중, 용융점, 비열, 선팽장계수, 열전도율, 전기전도도, 금속과 합금의 색, 자성, 융해잠열 등

1-3) 화학적 성질

내열성, 내식성 등

1-4) 제작상 성질

주조성, 단조성, 용접성, 절삭성 등

1-5) 강도 계산

응력 : 재료에 하중을 가하면 재료의 내부에서는 하중과 크기가 같은 반대방향의 내압을 일으키고 물체는 하중의 크기에 따라 변형된다. 이 하중을 받는 방향에 직각인 단면적으로 나눈 것을 응력이라 한다.

변형율 : 물체에 하중을 가하면 변형하며 원래 물체의 크기에 대한 변형 비율을 말하며 변률, 신연율, 연신률이라고 하며 가로 변형률, 세로 변형률이 있다.

인장시험 : 시험편을 인장 시험기의 양끝에 고정시켜 시험편의 축방향으로 당겼을 때 시험 편에 작용하는 하중과 그 하중으로 시험 편이 변형된 크기를 측정하여 응력-변형률 선도에 재료의 비례 한도, 탄성한도, 항복점, 인장강도, 연신율을 측정하는 것이다.

허용응력 : 재료를 실제로 사용하여 안전하다고 생각되는 최대 응력을 말한다.

안전율: 재료의 인장강도와 허용응력과의 비를 말한다.

1-6) 금속재료의 종류

탄소강: 보통강이라고도 하며 철에 탄소 이외에 약간의 Si, Mn, P, S 등의 원소를 소량 함유하고 있다.

종류

저탄소강 : C 0.3% 이하

중탄소강 : C 0.3 ~ 0.6%

고탄소강 : C 0.6% 이상

함유 원소의 영향

탄소 : 탄소강에서 탄소량이 증가하면 물리적 성질과 기계적 성질이 변화한다. 탄소 함유량이 증가하면 인장강도, 항복점은 증가하나 연신율, 충격치는 감소한다. 탄소 함유량이 0.9% 이상이 되면 반대로 인장강도, 항복점은 감소하여 취성이 증가한다.

망간: 강의 경도, 강도, 점성 강도를 증대시킨다.

인: 경도를 증가시키나 상온취성의 원인이 된다.

황 : 적열취성의 원인이 된다.

규소 : 유동성을 좋게 하나 단접성, 냉간 가공성을 나쁘게 한다.

구리 : 인장강도, 탄성한도, 내식성을 증가시키나, 압연 시 균열의 원인이 된다.

특수강 : 탄소강에 Ni, Cr, Mn, W, Co, Mo 등의 금속원소를 하나 또는 둘 이상을 첨가하여 강의 기계적 성질을 향상하거나 특수한 성질을 부여한 것으로 합금강이라 한다.

동 및 동합금

동 : 전성, 연성이 풍부하고 가공성 및 내식성이 우수해 고압장치의 재료로 사용된다.

황동 : 동과 아연의 합금으로 동에 비하여 주조성, 가공성 및 내식성이 우수하며 청동에 비하여 가격이 저렴하다. 아연의 함유량은 30~35% 정도이다.

청동 : 동과 주석의 합금으로 황동에 비하여 주조성이 우수하여 주조용 합금으로 많이 쓰이며 내마모성이 우수하고 강도가 크다.

1-7) 열처리 종류

목적 : 금속 재료의 기계적 성질을 향상시키기 위하여 열처리를 한다.

- 일반 열처리

담금질 : 재료를 적당한 온도로 가열하여 이온도에서 물, 기름 등에 급속 냉각, 경화시키는 것으로 강도, 경도가 증가한다.

불림 : 결정조직을 미세화하고 균일하게 하여 조직의 변형을 제거하기 위하여 균일하게 가열한 후 공기 중에서 냉각하는 것이다.

풀림 : 가공 중에생긴 내부응력을 제거하거나 가공 경화 및 열처리로 경화된 조직을 연화시켜 상온 가공을 용이하게 할 목적으로 로중에서 가열하여 서서히 냉각시킨다.

뜨임 : 담금질 또는 냉간 가공된 재료의 내부응력을 제거하며 재료에 연성, 인장강도를 부여하기 위해 담금질 온도보다 낮은 온도로 재 가열한 후 냉각시킨다.

- 표면 경화 법

침탄 법 : 저탄소강 표면에 탄소를 침투시켜 표면만 고탄소 성분으로 한 다음 이것을 담금질하여 표면만 경화시키는 방법이다.

질화 법 : 500도 정도에서 암모니아 가스로부터 분해되어 발생된 질소는 강 중에 함유된 다른 원소와 강하게 반응하여 질화물을 만들면서 강으로 침투되는 것을 이용한 것이다.

금속 침투 법 : 금속제품 표면에 다른 종류의 금속을 확산 침투시켜 합금 피복층을 얻는 방법이다.

보로나이징 : 철강에 붕소를 침투시켜 표면경도를 증가시키는 방법이다.

1-8) 용접 및 비파괴 검사

- 용접 이음

장점

이음부 강도가 크고, 하자 발생이 적다.

이음부 관 두께가 일정하므로 유체의 마찰저항이 적다.

배관 시공시간이 단축된다.

유지비, 보수비용이 절약된다.

단점

재질의 변형이 발생하기 쉽다.

용접부의 변형과 수축이 발생한다.

용접부에 잔류 응력이 발생한다.

- 비파괴 검사

육안검사

음향 검사 : 간단한 공구를 이용하여 음향에 의해 결함 유무를 판단하는 방법으로 숙련을 요하고 개인차가 심하며, 검사 결과가 기록되지 않는다.

침투 탐상 검사 : 표면의 미세한 균열, 작은 구멍, 슬러그 등을 검출하는 방법으로 자기 검사를 할 수 없는 비자성 재료에 사용된다. 내부 결함을 검지하지 못하며, 검사 결과가 즉시 나오지 않는다.

자분 탐상 검사 : 자분 검사라 하며 피검사물의 자화 한 상태에서 표면 또는 표면에 가까운 손상에 의해 생기는 누설 자속을 사용하여 검출하는 방법으로 육안으로 검지 할 수 없는 결함을 검지 할 수 있다. 비자성체는 검지하지 못하며 전원이 필요하다.

방사선 투과 검사 : X선이나 감마선으로 투과한 후 필름에 의해 내부 결함의 모양, 크기 등을 관찰할 수 있고 검사 결과의 기록이 가능하다. 장치 가격이 고가이고 검사 시 방호에 주의하여야 하며 고온부, 두께가 큰 곳은 부적당하며 선에 평행한 크랙은 검출이 불가능하다.

초음파 탐상 검사 : 초음파를 피 검사물의 내부에 침입시켜 반사파를 이용하여 내부의 결함과 불균일층의 존재 여부를 검사하는 방법이다.

와류 검사 : 교류 자계 중에 도체를 놓으면 도체에는 자계 변화를 방해하는 와전류가 흐르는 것을 이용한 것으로 내부나 표면의 손상 등으로 도체의 단면적이 변화하면 도체를 흐르는 와전류의 양이 변하므로 이 와전류를 측정하여 검사한다.

전위차 법: 결함이 있는 부분의 전위차를 측정하여 균열의 깊이를 조사하는 방법이다.