프레임 파이프, 버티드와 하이드로포밍
2009-12-03   박창민 기자
프레임에 대한 설명을 보는 중 자주 읽게 되는 내용이 더블 버티드(double butted) 또는 트리플 버티드(triple butted)라는 내용과 하이드로포밍(hydroforming) 등에 대한 설명이다.
그냥 버티드보다는 괜히 트리플 버티드가 좋은 것 같고, 하이드로포밍이 어쩌구 하면 뭔가 대단하 기술이 들어간 것 처럼 보인다. 그렇다면 그것이 어떤 것을 의미하는지 한번 알아보자.

6001 알루미늄과 T6 열처리, 그리고 하이드로포밍 성형과
트리플 버티드 파이프를 사용하는 인피자(INFIZA) 프레임

버티드(butted), 과연 이건 뭐냐?
사전에서 'butt'이란 단어를 한번 찾아보자. 이건 뜻이 참 아리송하다. "머리로 무엇을 받다", "개머리판", "가자미", "(굵은 쪽의) 끝" 등 이런 저런 의미는 많지만 우리가 찾는 의미는 바로 "끝(the unused end)"라는 의미로 생각하면 맞다.
과거 분사형을 사용하여 형용사를 만들었으니 뭔가 끝을 처리했다라는 의미인 것인데, 파이프의 단면에서 끝 부분이 중간보다 두껍게 처리된 경우 버티드(butted)라는 이야기를 쓰는 것이다. 사실 끝을 두껍게 처리했다기보다는 가운데를 깎아 냈다는 표현이 더 맞을 지도 모른다.

버티드, 이건 왜 필요한 걸까?
지난번 프레임 소재들의 특성에 대한 설명에서 이야기한 바가 있지만 파이프의 지름이 커지게 되면 파이프의 벽이 더 얇아져도 전체의 강도가 더 커지게 된다. 하지만 용접 부위의 파이프 벽면이 너무 얇게 되면 용접 강도가 심하게 떨어지게 되는데, 이런 문제를 해결하기 위해 용접 부분의 파이프 벽면은 더 두껍게 처리해야 한다.
또한, 전반적으로 하중이나 강성이 필요하지 않은 부분은 파이프의 벽면을 얇게 처리하여 무게를 줄이는데도 도움을 받을 수 있고, 하중이 많이 실리는 곳은 파이프의 벽면을 더 두껍게 처리하는 등의 차이를 두면 더 가벼운 파이프를 사용하면서 효과적인 강성을 표현할 수 있다.

참고) 프레임 소재들의 특성을 알아보자.

같은 부피라도 사이즈가 커지면 강성도 좋아진다.
B의 강성 = A의 강성 X 1.6

버티드 종류에 따라 파이프의 단면은 위와 같이 다르다.

싱글, 더블, 트리블 버티드, 뭐가 다른가?
버티드 튜브 중 가장 많은 것이 더블 버티드, 그 다음 고급이 트리플 버티드라고 쓰여 있는 경우가 대부분이다. 싱글은 알다시피 1이란 뜻이고, 더블은 2, 트리플은 3을 의미하는데, 버티드 앞에 붙어 있으면 두께가 바뀌는 부분이 그 개수만큼 있다는 의미가 된다.
싱글 버티드는 한 부분의 끝이 두꺼운 것을 의미하고, 더블 버티드는 양쪽 끝 부분의 파이프 벽 두께가 두껍다는 의미이며, 트리플 버티드는 양쪽 끝 부분 뿐 아니라 중간에도 한번 두께가 변하게 되는 것을 의미한다.
싱글 버티드 튜브의 경우는 보통 시트 튜브에 사용하여 BB와 만나는 지점은 두껍게 처리하게 된다. 더블 버티드와 트리플 버티드 튜브는 다운튜브와 탑튜브에 주로 사용하여 양쪽 용접 부위를 두껍게 처리하고 가운데를 얇은 벽면으로 만들게 된다.
트리플 버티드(triple butted) 파이프라고 설명을 써 놓았지만, 모든 파이프를 트리플 버티드로 한 것이 아니라 싱글, 더블, 트리플 버티드를 모두 사용한 경우가 대부분이다.

하이드로포밍을 이용하면 이와같이 다양한 형태의 파이프 성형이 가능하다.
마린(Marin)의 하이드로엣지 파이프

하이드로포밍, 값 비싼 성형 기법
하이드로포밍(hydroforming)은 하이드로몰딩이라고도 부르며, 위키피디아 설명 첫 머리에 값 비싼 성형 기법이란 이야기로 시작을 한다.
하이드로(hydro)라는 의미는 water(물)를 의미한다. 하지만 물 자체 뿐 아니라 기름 등 유체(流體)를 의미하는데, 우리가 흔히 사용하는 유압 디스크 브레이크를 하이드로릭 디스크 브레이크로 이야기할 수 있다.
이와 같은 의미로 보았을 때 하이드로포밍이란 의미는 유체에 의해 성형 기법인 것을 알 수 있는데, 유압은 '파스칼의 원리'와 같이 압축이 되지 않는 성질과 입력과 출력에 따른 힘의 변화로 인해 강한 힘을 발휘할 수 있다.
이런 원리로 인해 알루미늄과 같은 소재는 유압에 의해 휘어지거나 모양을 변형시킬 수 있는데 이런 성형기법을 '하이드로포밍'이라고 하는 것이다.
하이드로포밍을 위해서는 일정한 형태의 틀을 이용하여 유압으로 금속을 틀에 밀착시키는 방법으로 성형하게 된다.
파이프의 하이드로포밍은 유체를 파이프의 안쪽으로 주입하여 외부의 틀에 맞추어 가공하는 것이 일반적인데, 가공을 하는 동안 내부의 압력은 매우 높게 올라가고 틀에 맞추어 정확히 튜브의 형태를 변형시킨다.

탑튜브와 다운튜브 등에 하이드로포밍을 사용하여 페달링과 스티어링에 의한 뒤틀림을
최소화 할 수 있다.

마린(Marin)의 하이드로엣지는 하이드로포밍의 극단적인 기술을 보여준다.

하이드로포밍은 왜 사용하는가?
이렇게 값 비싸고 어려운 성형을 이용하는 이유는 자전거의 무게를 줄이면서 효율적으로 강성을 유지하고자 하는 기본적인 목적 때문이다. 위의 버티드 기술은 파이프의 용접 부위와 중간 부위를 효율적으로 만들었다면 하이드로포밍은 라이딩 도중 자전거에 가해지는 힘에 따라 강성을 효율적으로 배분하는데 사용한다.
예를 들면 BB를 중심으로 페달링에 의해 좌우로 뒤틀어지는 힘이 발생하는데 뒤틀림이 심하게 되면 페달링의 힘 일부가 구동력으로 전달되지 않고 프레임에서 소멸하게 된다.
또한 헤드 부분의 파이프가 뒤틀림에 약하게 되면 코너링 등의 조작 시 정확한 결과를 기대하지 못하게 된다.

파이프를 어떻게 성형하여 이런 결과를 만드는가?
원형의 파이프는 모든 방향에서의 힘에 골고루 같은 강성을 가지고 있지만 이 파이프를 타원으로 만들면 축이 긴 방향의 힘에 대해서 훨씬 강한 힘을 가지게 된다.
이 뿐 아니라 파이프에 주름을 만들거나 각을 주게 되면 그 부분에 휘어지는 강성이 더욱 강해지면서 원하는 방향에서 오는 힘을 효율적으로 대처하도록 설계할 수 있다.

손톱으로 파이프를 두드려보면 용접 부분과 파이프 중간의 소리가 다르게 들리는데,
이런 프레임이 버티드 가공을 한 것이다.

원형의 파이프를 내부에 불필요한 벽면을 깎아내고, 형태를 변형시켜 무게를 줄이면서 더욱 강한 프레임을 만들어내기 위해 버티드와 하이드로포밍 등의 기술이 적용되는 것이다.
하이드로포밍 프레임은 파이프의 형태가 쉽게 외관으로 보여서 판단하기 쉽고, 버티드 파이프는 손톱으로 파이프의 벽면을 때려 보면 용접 부위와 가운데 부위의 소리가 다르다는 것을 알 수 있을 것이다.
자전거에서 성능에 가장 큰 영향을 미치는 것이 바로 프레임이다. 프레임을 고를 때 버티드와 하이드로포밍 등의 기술에 대해 알고 있다면 선택에 있어서 조금 수월해지지 않을까?

크리에이티브 커먼즈 라이선스
위의 기사는 개인적인 용도 및 비상업적인 용도의 '퍼가기'를 허용하며, 상업적인 용도의 발췌 및 사진 사용은 저작자의 허가를 받아야 합니다.