[논문]Alloy 600 전열관 내면 보수용 와이어 송급 레이저 클래딩 장치 개발

한원진; 김우성; 이상철; 이선호; 조창열

Alloy 600 전열관 내면 보수용 와이어 송급 레이저 클래딩 장치 개발
The wire laser cladding system for repairing inner side of Alloy 600 tubes 원문보기

한원진 (두산중공업(주)) , 김우성 (두산중공업(주)) , 이상철 (두산중공업(주)) , 이선호 (두산중공업(주)) , 조창열 (두산중공업(주))

Laser cladding technology was studied as a method for upgrading the present repair procedures of damaged tubes in a nuclear steam generator and Doosan subsequently developed and designed a new Laser Cladding Repair System. One of the important features of this newly developed Laser Cladding Repair System is that molten metal can be deposited on damaged tube surfaces using a laser beam and filler wire without the need to install sleeves inside the tube. Laser cladding qualification tests on the steam generator tube material, Alloy 600, were performed according to ASME Section IX.

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대상 데이터

공구로 구성된다. 레이저 클래딩 작업공구이외 클래딩 보수 전, 후 전열관 세척장치, 레이저 클래딩 후열처리 장치, 레이저 클래딩부 UT 검사 장치로 구성된다.
연구 대상으로 선정한 증기발생기 전열관은 HTMA (High Temperature Mill Annealing) Alloy 600 으로서 외경이 19.05mm, 두께가 1.07mm 인 세관이다. 전열관 내부에서 레이저 클래딩을 위해서는 작은 직경의 전용 레이저 헤드의 개발이 필수적이다.

성능/효과

2) 전열관 내면 레이저 클래딩 헤드는 흄, 스패트 등에 의해 광학계를 손상 받지 않고, 레이저 빔 스폿에 정확히 와이어가 송급되며, 전열관 내면에서 360° 연속 회전이 가능하다.
3) 전열관 내면 레이저 클래딩 특성 시험 결과, 전열관 두께 40% 까지 용입이 가능하였으며, 20pass 연속 레이저 클래딩 시험 결과 약 50mm의 레이저 클래드폭을 얻을 수 있었다.
한다. 둘째, 흄, 스패터에 의해 광학계가 손상되어서는 안된다. 셋째, 전열 관내면 둘레 전체를 보수하기 위해서는 일정한 속도로 360° 회전하면서 상하 이동이 가능하여야 한다.
모든 시험조건에서 기공, 균열 등의 용접 결함은 관찰할 수 없었다. 매크로 조직 관찰 결과, 270V, 4ms, 20Hz 에서 최대 비드높이 0.3mm, 최대 용입깊이 0.4mm, 비드폭 2.0~2.3mm 을 얻을 수 있었다.
본 연구에서 개발한 와이어 송급 레이저 클래딩보수 장치는 재생관을 사용하지 않고 결함 부위를 직접 보수 하기 때문에 수압확관식 보수 기술의 문제를 해결할 수 있다. 또한 레이저 빔을 열원으로 하므로 비교적 낮은 열응력으로 균열과 같은 결함을 leak-tight 하도록 보수 할 수 있다.
4 는 l—pass 레이저 클래딩 시험 후 전열관의 가운데를 절단하고 비드를 관찰한 사진이다. 비드 형상 관찰 결과, 270V, 4ms, 20Hz, 속도 150mm/min 에서 와이어의 뭉침현상 등의 결함이 발생하지 않은 양호한 비드를 관찰할 수 있었다. 그림.
둘째, 흄, 스패터에 의해 광학계가 손상되어서는 안된다. 셋째, 전열 관내면 둘레 전체를 보수하기 위해서는 일정한 속도로 360° 회전하면서 상하 이동이 가능하여야 한다. 개발된 장치는 이와 같은 사항을 고려하여 설계 제작되었다.

후속연구

개발된 장치 및 공정은 건전성 시험을 거쳐 원전에 적용될 예정이다.

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