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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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초록· 키워드
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가까운 일본 원자력 발전소 사고 이후로 국내 원자력 발전소의 안전에 대한 국민의 관심이 높아진 가운데 2012년 현재 많은 수의 국내 원전들의 설계 수명이 얼마 남지 않아 노후화 되어있다. 하지만 여전히 원자력 발전소를 통한 발전량은 현재 국내 총 전력의 40% 이상이며, 매해 가중되고 있는 국내 전력난을 해결할 방안으로 원자력 발전을 대체할 다른 마땅한 대체재가 없는 현실이다. 이에 수명이 다한 올해 월성 1호기의 경우, 추가적인 보수 작업을 통해 연장 가동을 기대했지만 잦은 사고 때문에 그 마저도 실패로 돌아갔다. 원자력 발전에 유난히 높은 안전성을 요구하는 이유는 일본의 사례를 참고할 필요도 없이 특성상 사고 발생 시 인명과 자연, 그리고 국가 경제에 대한 중대한 손실을 가져 올 뿐 아니라, 복구를 위해 들어가는 사회적 비용마저 매우 크다. 따라서 원자력 설비의 노후화 관리를 비롯한 종합적인 안전성 확인이 요구 되고 있다. 원자력 발전설비에 대한 안전 진단 기술 기초는 발전설비 내에 존재하는 결함에 대한 정량적 평가에서 시작된다고 이야기 할 수 있다. 이는 발전 설비에서 발생할 수 있는 결함으로 인해 안전성에 큰 영향을 미치며, 결함에 대한 정량적 정보인 결함의 위치 및 크기 등에 관한 정확한 정보가 필요하기 때문이다.
최근 원전과 관련한 사고에서 가장 큰 조명을 받고 있는 응력 부식 균열은 인장응력을 받고 있는 금속 구조물이 부식분위기라는 특정 환경에 노출되었을 때 일어나는 대표적인 환경기인균열이다. 우수한 표면보호피막을 형성하는 합금 구조물에서 표면에 큰 손상을 끼치지 않은 채 매우 가느다란 균열의 형태를 가지므로 균열의 초기 발견이 어렵기 때문에 균열 발생 초기에 발견하지 못해 적절한 보수 작업이 이루어지 못해서 큰 피해를 불러일으킬 수 있는 것이 특징이다. 현재까지 응력부식균열의 발생 기구는 명확히 규명되지 않고 있으나 응력부식균열 발생에는 합금원소의 재료적인 인자와 특정 합금원소에만 작용하는 특유의 부식 환경적 인자, 그리고 용접 등의 원인으로 발생한 인장 잔류응력 등의 역학적 인자의 복합적인 작용으로 발생하는 것으로 알려져 있다.
이에 본 논문에서는 실제 가압형 경수로 원전에서 발견되는 균열 발생조건인 300℃의 운행 온도와 pH 6보다 온도와 부식환경이 가혹화된 환경조건에서 STS 304 배관재를 사용하여 응력부식균열 시험편을 제작하였다. 배관 내면에 TIG 용접을 실시하여 인위적으로 응력부식균열을 발생시키는 인자 중 하나인 잔류응력을 배관 내면에 용접 조건과 위치를 조절하여 발생시켜 배관의 응력부식균열의 발생 위치를 제어하고자 하였다. 용접 입열량과 용접부의 위치를 달리하여 응력부식균열 발생 위치를 제어할 수 있다는 것을 실험을 통해 확인하였다. 또한 비파괴검사법 중의 하나인 음향방출기법을 이용하여 응력부식균열이 발생 및 성장하는 동안 발생하는 음향방출신호의 특징을 확인 및 기존의 연구들과 비교, 분석하였다.
최종적으로 배관의 원형을 훼손하지 않고, 실제 원자력발전소 환경을 모사한 실험장비에서 응력부식균열 발생에 성공하였고, 용접에 의한 잔류응력 발생이 응력부식균열 발생에 주요한 인자로 작용하는 것을 실험을 통해 확인하였으며 실험 과정 중에 발생하는 음향방출신호의 파라미터 거동의 특징과 특정 주파수 및 파형의 특징을 정리할 수 있었다.
최근 원전과 관련한 사고에서 가장 큰 조명을 받고 있는 응력 부식 균열은 인장응력을 받고 있는 금속 구조물이 부식분위기라는 특정 환경에 노출되었을 때 일어나는 대표적인 환경기인균열이다. 우수한 표면보호피막을 형성하는 합금 구조물에서 표면에 큰 손상을 끼치지 않은 채 매우 가느다란 균열의 형태를 가지므로 균열의 초기 발견이 어렵기 때문에 균열 발생 초기에 발견하지 못해 적절한 보수 작업이 이루어지 못해서 큰 피해를 불러일으킬 수 있는 것이 특징이다. 현재까지 응력부식균열의 발생 기구는 명확히 규명되지 않고 있으나 응력부식균열 발생에는 합금원소의 재료적인 인자와 특정 합금원소에만 작용하는 특유의 부식 환경적 인자, 그리고 용접 등의 원인으로 발생한 인장 잔류응력 등의 역학적 인자의 복합적인 작용으로 발생하는 것으로 알려져 있다.
이에 본 논문에서는 실제 가압형 경수로 원전에서 발견되는 균열 발생조건인 300℃의 운행 온도와 pH 6보다 온도와 부식환경이 가혹화된 환경조건에서 STS 304 배관재를 사용하여 응력부식균열 시험편을 제작하였다. 배관 내면에 TIG 용접을 실시하여 인위적으로 응력부식균열을 발생시키는 인자 중 하나인 잔류응력을 배관 내면에 용접 조건과 위치를 조절하여 발생시켜 배관의 응력부식균열의 발생 위치를 제어하고자 하였다. 용접 입열량과 용접부의 위치를 달리하여 응력부식균열 발생 위치를 제어할 수 있다는 것을 실험을 통해 확인하였다. 또한 비파괴검사법 중의 하나인 음향방출기법을 이용하여 응력부식균열이 발생 및 성장하는 동안 발생하는 음향방출신호의 특징을 확인 및 기존의 연구들과 비교, 분석하였다.
최종적으로 배관의 원형을 훼손하지 않고, 실제 원자력발전소 환경을 모사한 실험장비에서 응력부식균열 발생에 성공하였고, 용접에 의한 잔류응력 발생이 응력부식균열 발생에 주요한 인자로 작용하는 것을 실험을 통해 확인하였으며 실험 과정 중에 발생하는 음향방출신호의 파라미터 거동의 특징과 특정 주파수 및 파형의 특징을 정리할 수 있었다.
목차
목 차요 약ⅰ목 차 ⅲ그림목록 ⅴ표 목 록 ⅷ기호목록 ⅸ1.서론 11.1 연구배경 31.2 연구의 목적 및 내용 152.실험 조건 162.1 시험편 (STS 304 배관) 162.2 응력부식균열 제작 장치의 구성 182.3 부식환경 192.4 용접 223.실험 결과 233.1 응력부식균열 발생 위치 제어 233.2 음향방출신호 해석 353.3 응력부식균열 발생 시점 확인 424.결론 및 고찰 46참 고 문 헌 48SUMMARY 53
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