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이원재(Lee Wonjae),신양재(Shin Yangjae),양현우(Yang Hyunwoo) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
원자력 내부 구조물은 중준위 이상의 방사능을 나타내기 때문에 방사능 차폐환경을 위해 반드시 수중에서 원격으로 절단을 수행해야 한다. 수중 환경에서 수행하는 절단에는 플라즈마 절단, CAMC, 레이저 절단 등 다양한 공법 등이 개발되고 있다. 이 중에서 레이저 절단은 2차폐기물 발생량이 적고 드로스(Dross)가 상당이 적은 고출력 레이저 기반의 수중 레이저 절단 상용화 기술 개발이 진행되고 있다. 특히 레이저의 경우, 절단 속도 혹은 형상에 따라 정량적인 입열 제어가 가능 하기 때문에 절단 환경 및 상황에 따라 능동적인 제어가 가능하다. 하지만, 국내 kW급 1um용 절단 헤드 제조 기술은 해외 선도 기업에 비해 기술적으로 낮은 상황이며 고출력에 대한 헤드 구조를 설계할 기술이 부족한 현실이다. 이를 위해서 해외 선도 기업 절단 헤드 구조 와 적용 사례 조사 및 분석을 통해 구조 Concept을 도출하였고 내수/내압 헤드 프레임 설계를 진행함과 동시에 최적의 레이저 빔 초점 길이 산출, Laser Process fiber와 절단 헤드 사이의 Receiver 설계, Collimation Lens와 Focusing Lens 등 핵심 광학계 설계를 하였고 50mm 두께의 스테인리스 스틸 재질에 대해 절단 가능한 가스 압력, 절단 간극, 파워, 속도 등을 시뮬레이션 화 하였다. 위와 같은 사항을 통해 레이저의 수중 절단 특성을 최적화하여, 본 연구에서는 수중 레이저 절단을 위한 10kW급 고출력 레이저 절단 헤드 설계에 대한 내용을 발표하고자 한다.
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