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문제 정의
- 현재까지 해외에서 용접배관에 대한 연구는 많이 수행되어 왔으나, 국내의 연구는 많이 활성화 중이지만, 부족한 현실이다. 그래서 본 연구에서는 고리 원전의 밀림관 이종용접부의 보수용접으로 발생한 잔류응력에 미치는 동종용접(S.M.W) 그리고 WOL(Preemptive weld overlay)의 영향을 보는 것으로 하겠다.
- 본 논문에서는 고리 원전 가압기 밀림관 노즐에 대한 보수용접 잔류응력해석을 수행하였다. 노즐과 안전단 용접과정에 있어서 보수용접 작업은 흔히 발생하고, 이로 인해 이종용접부의 내면에 강한 인장잔류응력을 발생시킨다.
- 본 논문에서는 국내 원전에서 쓰이는 가압기의 밀림관 노즐(Surge nozzle)을 대상으로 유한요소 잔류응력해석을 수행하였다. 해석을 수행한 밀림관 노즐은 노즐/안전단 사이의 이종 금속 용접부와 안전단/배관 사이의 동종금속 용접부를 포함하고 있다.
- 안전단 길이와 동종용접에 의한 이종용접부의 인장잔류응력이 영향을 받는다는 연구 결과가 있다(Song 등, 2009). 본 논문에서는 기존 연구 결과를 바탕으로 밀림관 노즐의 보수용접의 깊이에 따라 잔류응력이 동종용접의 영향을 알아보았다. Fig.
- 기존 연구 중 고리 원전 가압기의 안전·방출 노즐에 대한 잔류응력해석을 한 결과가 있다(Song 등, 2008). 본 논문에서는 보수용접 잔류응력의 해석을 어떻게 하는 것이 타당한지 검증하였다. 검증에 사용된 원전의 안전·방출 노즐의 재료는 Table 2에 나타내었다.
- 보수용접의 폭에 의한 잔류응력의 유도는 기존 해외 결과에 인장잔류응력의 범위가 커진다는 결과가 있다(Dong 등, 2001). 본 논문에서는 보수용접 폭에 대한 부분은 범위를 산정하기가 어려워 보수용접의 깊이에 따른 변수만의 잔류응력의 결과를 비교하였다.
- 나타난 결과에서 알 수 있듯이 보수용접 수행과정이 다른 두 가지 방법의 잔류응력 결과는 비교적 잘 일치함을 확인할 수 있다. 본 논문에서는 이종용접부의 과정을 생략하여 해석하는 것이 경제적인 장점이 있다고 판단하였으나, 정량적인 잔류응력의 구배를 정확하게 알아보고자 이종용접의 과정을 생략하지 않고 보수용접 해석을 수행하였다.
가설 설정
- 이러한 점을 반영하여 해석을 수행하기 위해 끝단과 안전단에 구속조건 상태로 해석을 수행하였으며, 용접이 끝난 후 자유 조건으로 경계 조건을 변경하였다. 동종 용접 해석의 경우 노즐부의 이전 부분이 생략된다는 가정하에 노즐 끝단을 롤러(roller) 조건에서 해석하였다.
- 일반적으로 용접 overlay는 용접 수행 시 배관의 두께 방향으로 온도 구배가 크면, 내면의 잔류응력의 개선 효과가 크다고 알려져 있다. 본 연구에서는 용접 overlay 효과를 보수적으로 제시하기 위해 배관의 내부가 공기대류조건 상태라고 가정하고 해석을 수행하였다.
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