이종금속 평판 맞대기용접의 용접잔류응력 분포특성

이경수(Kyoung-Soo Lee),박치용(Chi-Yong Park),김만원(Maan-Won Kim),박재학(Jai-Hak Park) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.9

본 연구에서는 최근 원자력 발전소에서 이종금속용접 접합 소재로 많이 사용되고 있는 SA 508과 Type 304 스테인리스강의 이종금속 용접잔류응력 분포특성을 살펴보기 위하여 이종금속 용접시편을 제작하여 직접 용접을 실시하고 X-선 회절법을 이용하여 용접시험편의 표면에서 용접 잔류응력을 측정하였다. 또한 3차원 유한요소해석을 통하여 이종금속 맞대기용접을 전산모사하고 시편의 용접잔류응력 분포를 구하였다. 측정한 잔류응력과 유한요소해석 결과 계산된 잔류응력을 고찰함으로써 3차원 평판 이종금속 맞대기 용접부의 잔류응력분포 특성을 살펴보았다. In this study, the weld residual stress distribution at a dissimilar-metal welded plate of low alloy carbon steel and stainless steel, which are widely used in nuclear power plants, was characterized. A plate mock-up with butt welding was fabricated using SA 508 low alloy steel and Type 304 stainless steel plates and the residual stresses were measured by the X-ray diffraction method after electrolytic polishing of the plate specimen. Finite element analysis was carried out in order to simulate the butt welding of dissimilar metal plate, and the calculated weld residual stress distribution was compared with that obtained from the measured data. The characteristics of the three-dimensional residual stress distribution in a butt weld of dissimilar metal plates were investigated by comparing the measured and calculated residual stress data.

이종금속 평판 맞대기용접의 유한요소해석 및 측정 용접잔류응력 분포특성 비교

이경수(Kyoung-Soo Lee),김만원(Maan-Won Kim),박치용(Chi-Yong Park),송기오(Ki-Oh Song),박재학(Jai-Hak Park) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.5

본 연구에서는 최근 원자력 발전소에서 이종금속용접 접합 소재로 많이 사용되고 있는 SA 508과 Type 304 스테인리스강의 이종금속 용접잔류응력 분포특성을 살펴보기 위하여 이종금속 용접시편을 제작하여 직접 용접을 실시하고 X-선 회절법을 이용하여 용접시험편의 표면에서 용접 잔류응력을 측정하였다. 또한 3 차원 유한요소해석을 통하여 이종금속 맞대기용접을 전산모사하고 시편의 용접잔류응력 분포를 구하였다. 측정한 잔류응력과 유한요소해석 결과 계산된 잔류응력을 비교 고찰함으로써 3 차원 형상의 영향과 평판 이종금속 맞대기 용접부의 잔류응력분포 특성을 살펴보았다. This study is concerned to the characterization of the weld residual stress distribution in a dissimilar metal weld consisted of low alloy carbon steel and stainless steel, which are widely used in nuclear power plants. A mock-up plate weldment was fabricated with SA 508 and Type 304 stainless steel and residual stresses were measured using the X-ray diffraction method after electrolytic polishing of the specimen. Finite element analysis was performed to simulate the dissimilar metal butt welding and the calculated weld residual stresses were compared with the measured data There were good agreements between the measured and calculated residual stress data. The 3-dimensional effect on residual stress distribution near the free edge of the mock-up plate was appeared and discussed in detail.

보수용접 모사 방법에 따른 원자로 배관 이종금속 맞대기 용접부 응력 분포

이휘승(Hwee-Seung Lee),허남수(Nam-Su Huh),김진수(Jin-Su Kim),이진호(Jin-Ho Lee) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.5

이종금속용접부에 대한 실제 용접 공정 중 용접부에서 결함이 발견되면 이를 제거하고 보수용접이 수행된다. 일반적으로 보수용접을 수행하면 용접부에서 인장 잔류응력이 크게 증가될 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 Alloy 82/182를 사용하여 보수용접이 수행된 이종금속용접부의 일차수 응력부식균열 현상을 평가하기 위해서는 보수용접에 의한 용접부의 응력 변화를 정확하게 평가해야 한다. 본 논문에서는 비선형 유한요소해석을 수행하여 보수용접에 의한 원자력 이종금속 맞대기 용접부의 응력 분포를 평가하였다. 특히 보수용접 공정 모사를 위한 여러 유한요소 해석방법이 이종금속용접부의 응력분포에 미치는 영향을 평가하였다. During welding, the dissimilar metal butt welds of nuclear piping are typically subjected to repair welding in order to eliminate defects that are found during post-weld inspection. It has been found that the repair weld can significantly increase the tensile residual stress in the weldment, and therefore, accurate estimation of the weld residual stress due to repair weld, especially for dissimilar metal welds using Ni-based alloy 82/182 in nuclear components, is of great importance in order to assess susceptibility to primary water stress corrosion cracking. In the present study, the stress distributions of dissimilar metal butt welds in nuclear reactor piping subjected to repair weld were investigated based on detailed nonlinear finite element analyses. Particular emphasis was placed on the variation of the stress distribution in the dissimilar metal butt weld according to the finite element welding analysis sequence for the repair welding process.

보수용접부 폭에 따른 용접잔류응력의 변화 및 재분배 거동 평가

박치용(Chi-Yong Park),이휘승(Hwee-Sueng Lee),허남수(Nam-Su Huh) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.2

본 논문에서는 보수용접부 폭 변화에 따른 이종금속 맞대기 용접부(Dissimilar metal butt weld) 용접잔류응력의 분포 및 동종금속용접/기계적 하중에 의한 재분배 거동을 평가하였다. 이를 위해 5가지 다른 보수용접부 폭을 고려한 상세 2차원 유한요소 열해석 및 응력해석을 수행하였다. 유한요소해석 결과를 바탕으로 보수용접에 의한 용접잔류응력 분포를 평가하였으며, 동종금속용접 및 기계적 하중에 의한 응력 재분배 특성을 평가하였다. 보수용접에 의해 배관 내면에서는 큰 인장 용접잔류응력이 축방향과 원주방향에 대해 발생하는 것으로 나타났으며 보수용접부 폭이 특정값 이상이 되면 용접잔류응력 분포가 변하는 것으로 나타났다. 그러나 동종금속용접과 기계적 하중을 고려하면 인장잔류응력값이 크게 감소하였으며 그 경향은 보수용접부 폭에 무관한 것으로 나타났다. In this study, we investigated the variations in welding residual stresses in dissimilar metal butt weld due to width of repair welding and re-distribution behaviors resulting from similar metal welding (SMW) and mechanical loading. To this end, detailed two-dimensional axi-symmetric finite element (FE) analyses were performed considering five different repair welding widths. Based on the FE results, we first evaluated the welding residual stress distributions in repair welding. We then investigated the re-distribution behaviors of the residual stresses due to SMW and mechanical loads. It is revealed that large tensile welding residual stresses take place in the inner surface and that its distribution is affected, provided repair welding width is larger than certain value. The welding residual stresses resulting from repair welding are remarkably reduced due to SMW and mechanical loading, regardless of the width of the repair welding.

가압경수로 노즐 맞대기 이종금속용접부의 용접잔류응력 예측

김지수(Ji Soo Kim),김주희(Ju Hee Kim),배홍열(Hong Yeol Bae),오창영(Chang Young Oh),김윤재(Yun-Jae Kim),이경수(Kyung soo Lee),송태광(Tae Kwang Song) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.2

가압경수로의 많은 관통관 중에서 니켈 기저 합금인 Inconel alloy 600 계열의 이종금속용접부는 일차수응력부식균열에 민감하며, 이를 평가하기 위하여 용접부에 작용하는 잔류응력분포를 정확히 예측하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 유한요소해석을 이용하여 노즐 맞대기 이종금속용접부에 작용하는 일반적인 잔류응력분포를 예측하였다. 이를 위해 노즐 맞대기 이종금속용접부의 형상을 단순화하여 특정한 형상변수에 따른 용접부 잔류응력분포를 확인하였으며, 이를 토대로 기존 문헌에 제시된 오스테나이트계 배관맞대기 용접부 잔류응력 분포식을 수정하여 가압경수로 노즐 맞대기 이종금속용접부에 작용하는 일반적인잔류응력분포 예측식을 제시하였다. In pressurized water nuclear reactors, dissimilar metal welds are susceptible to primary water stress corrosion cracking. To access this problem, accurate estimation of welding residual stresses is important. This paper provides general welding residual stress profiles in dissimilar metal nozzle butt welds using finite element analysis. By introducing a simplified shape for dissimilar metal nozzle butt welds, changes in the welding residual stress distribution can be seen using a geometry variable. Based on the results, a welding residual stress profile for dissimilar metal nozzle butt welds is proposed that modifies the existing welding residual stress profile for austenitic pipe butt welds.

오버레이 용접부에 대한 초음파검사 훈련용 시험편 개발 및 결함 신호 검증

정남두(Nam-Du Jung),문용식(Yong-Sik Moon),이승표(Seung-Pyo Lee) 한국비파괴검사학회 2017 한국비파괴검사학회지 Vol.37 No.5

국내 원자력발전소에는 탄소강과 스테인리스강 용접을 위해 Alloy600 용접재를 적용한 이종금속용접부가 존재하며, 전 세계적으로 이종금속용접부에서 결함 발생이 보고되고 있다. 국내 원전의 경우 예방 정비 차원으로 가압기 노즐 이종금속용접부에 대해 오버레이 용접을 수행하였다. 국내 원전 오버레이 용접부는 테이퍼 형상이며, 기량 검증된 위상배열초음파 기법으로 검사되고 있다. 검사에 대한 신뢰성을 강화하기 위하여 오버레이 용접부와 동일한 크기 및 재질의 훈련용 결함시험편을 제작하고 결함 검출 실험 및 검증을 수행하였다. 연구 결과, 결함 검출이 가능하였으며, 이들 훈련용 시험편이 현장검사 전 훈련용으로 적용 가능함을 확인하였다. Alloy600 welding material a dissimilar metal weld used in domestic nuclear power plant (NPP) for welding carbon steel with stainless steel. Many defects have been reported in dissimilar metal welds. Consequently, as a preventive maintenance measure, overlay welding was performed on the dissimilar metal welds of the pressurizer nozzles in a domestic NPP. These overlay welds have a tapered shape, and are inspected by a phased array ultrasonic test technique whose performance has been preven experimentally. To reinforce the reliability of the examination, training specimens with similar-sized flaws were fabricated in the same material for the domestic overlay welds, and the experiment and verification for flaw detection was performed. As a result, all flaws in the specimens were detected by the phased array ultrasonic technique, and these specimens were confirmed to be suitable for application in pre-field examinations.

이종금속 용접부의 일차수응력부식균열 방지를 위한 예방정비 용접 효과 분석

이승건(Seung-Gun Lee),오창균(Chang-Kyun Oh),박흥배(Heung-Bae Park),진태은(Tae-Eun Jin) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.1

니켈합금 용접재료인 Alloy 82/182 용접부에서의 일차수응력부식균열(PWSCC, Primary Water Stress Corrosion Cracking)은 원자력발전소내 주요 기기의 건전성을 저해시킬 수 있는 요인으로, 용접시 발생하는 인장 잔류응력에 의해 발생할 수 있다. 해외 원자력발전소의 경우 가압기 노즐 등에 적용된 Alloy 82/182 이종금속 용접부에서 PWSCC에 의한 균열이 여러 차례 보고되고 있으며, 이를 예방하기 위한 방법으로 인장 잔류응력을 줄여줄 수 있는 오버레이 용접을 수행하고 있다. 본 논문에서는 PWSCC를 예방하기 위한 목적으로 수행되는 오버레이 용접에 대해 설명하고 오버레이 용접의 효과를 유한요소해석을 통해 확인하였다. PWSCC(Primary Stress Corrosion Cracking) in Alloy 82/182 butt welds is the problem affecting safety and integrity of nuclear power plant. PWSCC can be occurred in the area that is at high magnitude of tensile residual stress, such as Alloy 82/182 dissimilar metal welds in PZR(pressurizer) nozzles. There have been a number of incidents recently at the dissimilar metal welds in overseas nuclear power plants. Overlay weld is the one of the effective methods to decrease tensile residual stress of inside surface, which will result in preventing PWSCC. In this paper, overlay weld conditions on the purpose of preventing PWSCC was explained and the benefit of the overlay weld was confirmed performing finite element analysis.

아크 용접에 있어서의 아크의 특성과 응용

이세헌 대한용접접합학회 1992 대한용접·접합학회지 Vol.10 No.1

최근 인건비의 급격한 상승과 용접 숙련공의 절대부족 현상은 용접에 있어서 자동화를 절실히 요구하게 되었다. 용접 자동화에 가장 많이 이용되고 있는 용접방법으로 크게 아크 용접과 스 폿용접으로 대별할 수 있는데 이는 작동이 간단하고 가격이 저렴하여 대량 생산이 가능하기 때 문이다. 아크용접은 아크를 열원으로 사용하는 용접법으로 아크 온도는 지구상에 존재하는 모든 금속을 용융시키기에 충분하지만 아크의 독특하고 복잡한 성질 때문에 오랫동안 연구가 되어 왔다. 용접자동화, 특히 무인용접 자동화설계를 위해서는 아크의 물리적 현상에 대한 특성해석을 하여야 하며, 후판용접에 주로 이용되는 GMAW에서는 금속이행 현상을 중점 연구함으로써 아크안정성 및 양질의 비이드 현상을 생성 할 수 있다. 따라서 기본적인 아크의 전기적 특성을 알고, 용접 가공시 아크의 온도, Arc force등의 기계적 성질을 이해하는 것이 필요하다.

원전 이종금속 맞대기용접부 PWSCC 균열건전성평가

이성호(Sung Ho Lee),이경수(Kyoung Soo Lee),오창영(Chang Young Oh) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.9

가압경수로형 원전의 Alloy 600 원자로압력용기헤드 관통노즐 및 Alloy 82/182 이종금속 맞대기 용접부에서 일차수응력부식균열(PWSCC)이 보고된 이후 전 세계적으로 PWSCC 에 의한 용접부 파단을 예방하기 위해 강화검사를 적용하고 있다. 본 이종금속용접부에 대한 가동중검사에서 균열이 발견된 경우 건전성평가 결과가 도출되기까지 발전소가 정지 상태에 있게 됨에 따라 원전 이용율 저하가 발생할 수 있는데, 이를 예방하기 위해서는 균열건전성평가 관련 기술의 정립뿐만 아니라 신속하게 평가 결과를 도출할 수 있는 시스템의 구축이 필요하다. 본 연구에서는 이종금속 맞대기 용접부를 대상으로 진행하고 있는 PWSCC 균열건전성평가 기준 정립 및 전산 시스템 개발 결과를 제시하였다. 본 연구를 통해 이종금속 맞대기 용접부 PWSCC 균열건전성평가 기술이 정립되고 전산 시스템으로 구현되어 원자로압력용기 주변 이종금속 맞대기 용접부에서의 PWSCC 균열에 대한 기술적 건전성평가 수단을 확보하였다. Primary water stress corrosion cracking (PWSCC) instances have been reported in the Alloy 600 reactor pressure vessel head penetration nozzle and the Alloy 82/182 dissimilar metal butt weld nozzle in several PWRs. Therefore, in-service inspection programs have been adopted worldwide to prevent failure at the weld region. If a PWSCC is observed at the dissimilar metal weld region during inspection, its structural integrity should be evaluated; however, this requires considerable time and effort, and this might lead to a decrease in the plant utilization coefficient. To prevent this, KHNP-CRI have established integrity assessment criteria and developed a computer program for the fast evaluation and judgment of PWSCC. In this paper, the results and current status of the same are presented. Through this study, criteria for the structural integrity evaluation of PWSCC have been established, and a computer program has been developed to realize technical means for the evaluation of PWSCC structural integrity.

GTAW에 의한 스테인리스강 용접부위의 부식특성에 관한 전기화학적 평가

문경만(Kyung-Man Moon),이규환(Kyu-Hwan Lee),김진경(Jin-Gyeong Kim) 한국마린엔지니어링학회 2010 한국마린엔지니어링학회지 Vol.34 No.4

STS304와 22APU 스테인리스강에 가스 텅스텐 아크용접을 하였다. 이 경우 두 강의 용접부의 부식특성을 전기화학적 방법으로 검토하였다. STS304 용접금속의 경도(Hv-250)는 22APU 강 (Hv-217) 보다 상대적으로 높은 값을 보였다. 22APU의 용접금속과 STS 304의 열영향부의 부식전류밀도는 다른 용접부위와 비교하여 각각 높은 값이 관찰 되었으며, 이것은 예민화 온도 영역에 있는 STS304의 열영향부와 22APU의 용접금속에 형성된 크롬탄화물로 크롬결핍이 더욱 활성태의 양극으로 쉽게 부식된 것에 기인하는 것으로 사료된다. 그리고 이들 두 강의 용접금속과 열영향부는 크롬결핍상태에 있는 입자 사이 경계의 선택부식으로 입계부식을 나타내었다. 결과적으로 다른 용접방법의 적용이나 적절한 용접봉 사용은 두 강의 용접부에 대한 내식성을 개선하기 위해서 필요한 것으로 사료된다. GTAW was carried out to the austenitic 304(STS 304) and 22 APU stainless steels. In this case, difference of the corrosion characteristics of welded zone with STS 304 and 22APU mentioned above was investigated with electrochemical methods. Vickers hardness of weld metal in case of STS 304 (Hv-250) showed a relatively higher value than this of 22 APU(Hv-217). The corrosion current densities of weld metal of 22APU and heat affected zone of STS 304 were observed at the highest value compared to those of other welding zone respectively. This is probably because chromium depletion field due to chromium carbide formed to weld metal of 22APU and to heat affected zone of STS 304 can preferentially easily be corroded with more active anode than other fields. Consequently it is thought that application of the other welding methods like as laser welding or using of the optimum filler metals is necessary to improve the corrosion resistance of welding parts of these steels.