원전 이종금속용접부 기계적가압에 의한 잔류응력개선에 대한 연구

Abstract

웨스팅하우스에서 설계 제작한 가압경수로형 원전의 주요 설비 재료는 저탄소강이고 주배관은 오스테나이트계 스테인레스강으로 구성되어 있다. 이 이종금속사이에 상이한 재료물성치를 완충이 가능하고 내식성과 강도가 우수한 Alloy 82/182를 용가재로 사용하여 맞대기 용접을 하였다. 하지만 2000년 10월 V.C. Summer 원전의 3개 고온관 중 하나인 A Loop 이종금속용접부에서 관통결함이 발생하였고 전 세계적으로 Alloy 82/182를 용가재로 용접한 부위에서 누설과 결함이 다수 발생하였다. 이 결함의 원인은 1차수응력부식균열(Primary Water Stress Corrosion Cracking)로 밝혀졌으며 재료적 문제, 환경적 요소, 재료의 인장잔류응력 등 세요소가 동시에 작용되었을 때 발생한다고 알려져 있다. 규제기관은 원전의 이종금속부에서 지속적으로 결함이 발생함에 따라 MRP-139와 Code Case 770에 의거 주기적 가동중 검사를 요구하고 예방정비를 수행하도록 유도하고 있다. 국내 원전의 경우도 PWSCC로 인해 결함이 발견된 사례가 있으며 경년열화로 인해 PWSCC 발생이 증가될 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 PWSCC를 유발하는 세가지 요소 중 인장잔류응력을 기계적가압에 의해 배관을 소성변형 시킴으로써 압축잔류응력으로 개선하기 위한 연구를 수행하였다. 이를 위해 기계적 가압장치를 개발하고 실험을 통해 배관 내부 표면에서 압축잔류응력이 발생함을 확인하였으며, 유한요소해석을 수행하여 용접으로 인해 발생하는 인장잔류응력이 기계적가압 장치 적용 후, 변환되는 응력 분포를 예측하였다. 주요어 : 1차수응력부식균열(PWSCC), 이종금속용접부(DMW), 잔류응력개선(Residual Stress Improvement), Alloy 600