초록 ▼

○ 연구목표
1단계는 실제 탄소강 압력용기 용접부의 손상 및 파괴로 인해 발생한 안전사고 현황에 대해 조사하고, 이를 바탕으로 사고원인에 대해 사고 유형별 혹은 용접방법에 따라 분류 및 분석을 진행한 후 사고원인에 대한 분류체계를 구축하고자 하였다. 2단계 에서는 탄소강 압력용기의 용접부에 대한 안전성 평가를 위해 파괴적인 기계적 성질 측정법이 아니며, 특정 부위 및 미소 부위에 대한 재료의 국부적인 특성을 파악할 수 있는 새로운 감정기법의 개발하고자 하였다. 마지막 3단계는 탄소강 압력용기의 용접부에 대한 사고원인을 감정하기

○ 연구목표
1단계는 실제 탄소강 압력용기 용접부의 손상 및 파괴로 인해 발생한 안전사고 현황에 대해 조사하고, 이를 바탕으로 사고원인에 대해 사고 유형별 혹은 용접방법에 따라 분류 및 분석을 진행한 후 사고원인에 대한 분류체계를 구축하고자 하였다. 2단계 에서는 탄소강 압력용기의 용접부에 대한 안전성 평가를 위해 파괴적인 기계적 성질 측정법이 아니며, 특정 부위 및 미소 부위에 대한 재료의 국부적인 특성을 파악할 수 있는 새로운 감정기법의 개발하고자 하였다. 마지막 3단계는 탄소강 압력용기의 용접부에 대한 사고원인을 감정하기 위해 사용될 수 있는 분석방법들을 종합해보고, 사고 원인에 영향을 미치는 요인에 대한 분석을 통해 위험정도를 체계적으로 정리하여 감정에 대한 가이드라인을 제시해 줄 수 있는 종합적인 분석 체계를 구축하는 것을 목표로 하였다.
○ 연구내용
압력용기, 보일러 등에 사용되는 재료의 적합성과 용접부의 안전성을 평가하려면 크리프 시험, 기계적 강도시험, 잔류응력 시험 등을 실시해야 하는데 대부분의 시험법들은 파괴적이기 때문에 가동 중인 설비에 대한 건전성 평가가 어렵다. 따라서, 시편 채취의 제한에 구애받지 않고, 용접부의 국소부위에 대해 물성평가를 가능하게 하는 새로운 시험법에 대해 연구하였다.
1단계로 탄소강 압력용기 용접부의 손상 및 파괴로 인한 안전사고에 대해 조사하고, 사고원인에 대한 분류 및 분석을 진행하였다. 총 6개 사례는 탄소강 압력용기 용접부에서 발생한 폭발사고로서 사고 발생 원인은 주로 용접부에서의 부적합한 열처리로 인해 발생한 크랙에 의한 파손, 용접 후열처리시 부주의로 인한 내부 잔류응력 생성으로 인한 파손, 수소 취성으로 인한 열영향부의 크랙 등에 의한 것이었고, 사고 조사에는 주로 경도시험, 파단면 분석, 미세조직 분석 및 파괴인성 시험이 수행된 것을 확인할 수 있었다.
2단계로 기계구조물의 용접부 국부특성에 대한 감정기법에 대한 연구개발이 진행되었고, 연속압입시험법을 통한 모재부 대비 용접부의 국부 인장물성 및 파괴인성 평가 모델을 정립함. 인장물성 평가 시 먼저 접촉면적을 결정한 후, 대표응력을 정의하기 위해 압입자 하부의 응력장 해석을 수행하였다. 또한 대표변형률을 정의함으로써, 연속압입시험으로부터 인장시험 그래프를 모사하였다. 연속압입시험을 취성재료/연성재료의 국부 파괴인성측정 기법을 개발하였다.
3단계에서는 탄소강 압력용기 용접부의 사고원인 감정을 위한 종합적인 분석체계를 구축하는 것을 목표로 사고원인감정기법에 대한 조사를 수행하였다. 감정기법으로는 거시적인 분석 및 기본적인 정보를 얻는 육안검사, 파손부위의 침적물, 산화물 등을 검사하기 위한 성분분석, 현미경을 통해 크랙의 전파양상을 분석하는 파단면검사방법, 광학 현미경 혹은 주사전자현미경을 통한 미세조직 관찰방법, 인장시험 및 충격시험 등의 기계적 물성시험법, 재료에 손상을 주지 않고 특성을 파악할 수 있는 비파괴 시험법 등이 있었다.
○ 연구성과
본 연구를 통해 개발된 연속압입시험법을 통한 국부 인장물성평가기법은 일반적인 금속소재에 대해 인장시험 대비 10%내외의 정확성을 보였으며, 국부 파괴인성평가법의 경우 취성모델은 15%, 연성모델은 20%의 정확성을 보이는 것을 확인하였다.
또한 탄소강 압력용기 용접부의 안전사고 사례 분석을 통해 사고발생원인 중 가장 주요한 원인은 용접 후 열처리의 부적절성에 기인하고 있다는 점을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 개발된 연속압입시험법을 활용한 인장물성 매핑이나, 잔류응력 프로파일링, 국부 파괴인성 측정법을 활용하면 보다 쉽고 빠르게, 사고 발생 압력용기의 열처리의 적합성 여부를 판단할 수 있을 것으로 기대된다.