KR100330449B1 - 노치를 이용하여 원통형-경사형 셸을 일체로 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력용기용 원통형-경사형 셸을 일체로 제조하는 방법에 관한 것으로서, 최종제품과 동일한 중량만큼 원판형으로 절단하여 작업소재(1)를 형성하는 단계와; 상기 작업소재(1)의 중심부를 천공하여 구멍(17)을 형성하는 단계와; 이 천공된 구멍(17)에 굴대(2)를 끼우고 축방향으로 연신하는 단계와; 상기 구멍(17)에 경사형 1단굴대(2)를 끼워 지지대(4)에 회전이 자유롭게 설치하고, 상기 지지대(4)의 안쪽면에 설치된 가이드블록(8)을 이용하여 상기 작업소재(1)의 축방향 이동을 억제하는 단계와; 작업소재(1)의 상부에 위치한 직경확장용 경사다이(7)가 하강하여 상기 작업소재(1)를 누른 후 상승하면 상기 경사형 1단굴대(6)가 일정각도 회전하고, 다시 직경확장용 경사다이(7)가 하강하여 누르는 동작을 반복하여 상기 작업소재(1)의 직경을 확장시키는 단계와; 최종제품에서 직경이 큰 원통형 셸과 경사형 셸이 만나는 부분(P)에 노치성형용 다이(9)를 이용, 작업소재(1)의 둘레방향에 노치(12)를 형성하는 단계와; 노치(12)가 형성된 작업소재(1)를 최종성형다이(11)와 경사형 2단굴대(10) 사이에서 일정각도씩 회전하면서 누르는 동작을 반복하는 단계로 구성하여; 원통형-경사형 셸을 일체로 제조하는 방법을 제공한다.

Description

노치를 이용하여 원통형-경사형 셸을 일체로 제조하는 방법{Method for Producing Cylinder-Taper Shell in One Body by Using Notch}

본 발명은 노치를 이용하여 원통형-경사형 셸을 일체로 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 원자력발전소 증기발생기의 압력용기를 구성하는 원통형 셸과 경사형 셸을 용접이음 하지 않고 일체형으로 형성하기 위한, 원통형-경사형 셸을 일체로 제조하는 방법에 관한 것이다.

원자력발전소의 증기발생기는 고온고압의 열을 이용하여 물을 증기로 변환시키고, 이 때 발생된 증기를 에너지원으로 하여 전기를 발생시키는 핵심 구성부분이다. 따라서, 증기발생기는, 작동시 증기발생으로 인하여 고온고압상태가 되므로, 이에 대한 고려가 있어야 하고 제품의 안전성과 건전성이 특별히 요구된다.

이러한 증기발생기의 주요 구성요소인 압력용기로서는 원통형-경사형 셸 구조가 통상 많이 사용되어 왔다. 그러나, 상기 원통형-경사형 셸의 연결 구조물은 보통 부피가 크고 중량(重量)이 크므로 일체형으로 제작시 소재의 불균일성 및 변형 등으로 원하는 제품이 쉽게 형성되지 않는다(도 3 참조). 따라서, 원통형셸과 경사형 셸을 각각 제작한 뒤, 이를 용접이음하여 제작하는 방법이 현재까지 사용되고 있다.

그런데, 원통형 셸과 경사형 셸을 용접이음 하게 되면, 모재부위와 용접부 간의 재질의 상이점과 각종 용접결함 등으로 인하여 용접부위가 특히 취약하게 될수 있다. 또, 원통형 셸과 경사형 셸의 연결부분(용접부위)에 응력이 집중되어 더욱 취약하게 될 가능성이 높다. 따라서 용접부위는 제작후 면밀한 검토 및 사후관리가 필요하게 되는 단점이 있었다.

또한, 용접작업 자체에 소요되는 비용(인력, 시간 등)도 적지 않아 비경제적일 뿐 아니라, 제품의 균일성도 보장할 수 없는 문제점도 있었다.

도 2에, 전술한 종래방법인 원통형 셸과 경사형 셸의 용접이음 공정이 도시되어 있다.

우선, 소재용 강을 1,500℃로 가열하여 용융시킨 후, 강괴(50)를 형성한다(도 2(a) 참조). 그리고, 이 강괴(50)의 내부 건전성과 단련성을 확보하기 위해 적절한 소재온도와 압하량에 따른 단조비로 단조한 다음, 최종 제품의 중량과 최종치수에 맞게 절단작업을 수행하여 원판형의 작업소재(1)를 형성한다(도 2(b) 참조).

그리고, 직경확장 작업의 기초틀을 형성하기 위해 작업소재(1)의 중심부를 천공한다(도 2(c) 참조). 천공된 작업소재(1)의 구멍(17)에 굴대(2)를 삽입하고, 최종제품의 윤곽에 따른 길이만큼 축방향으로 연신한다(도 2(d) 참조).

다음, 굴대(2)가 삽입된 작업소재(1)를 지지대(4)에 회전이 자유롭게 설치한 상태에서, 굴대(2)와 작업소재(1)를 일정각도씩 회전시키면서 동시에 작업소재(1)의 상부에 위치한 직경확장용 평다이(3)를 승강시켜 누르는 작업을 반복한다(도 2(e) 참조). 이 반복작업을 통해서 작업소재(1)로부터 2개의 원통형 셸(30, 35)이 형성된다(도 2(f) 참조). 이하, 이들 중 직경이 큰 셸을 1번 원통형 셸(30), 작은 것을 2번 원통형 셸(35)이라 한다.

한편, 경사형 1단굴대(6)에 작업소재(1)를 삽입한 상태에서, 지지대(4)에 회전이 자유롭게 설치하고, 작업소재(1)를 일정각도씩 회전시키면서 직경확장용 경사다이(7)를 이용하여 누르는 작업을 반복한다(도 2(g) 참조). 이와 같은 반복작업을 통해서 경사형 셸(40)이 1개 형성된다(도 2(h) 참조).

이와 같이 형성된 경사형 셸(40)의 큰 직경 부분에는 1번 원통형 셸(30)을, 작은 직경 부분에는 2번 원통형 셸(35)을 서로 맞대고 맞댄 부분을 용접이음 한다(도 2i 참조). 마지막으로, 용접부분(5)에 대하여 그라인딩 등의 다듬질작업을 통해 마무리하면 원통형 셸(30,35)과 경사형 셸(40)이 상호 연결되는 것이다(도 2j 참조).

이 때, 상기 종래의 성형 제조공정(도 2(a)∼도 2(j))에서 작업소재(1)에 무리가 없게 하려면, 작업중 소재온도를 최소 950℃ 이상으로 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 작업중 소재온도를 1150℃로 설정하는 것이 좋다. 만일, 작업 중 온도가 떨어지게 되면, 다시 가열해서 실시해야 한다. 통상, 종래 용접이음에 의한 연결작업에서는, 각 작업공정에 대하여 1∼2회의 재가열 및 이에 따른 재설치작업이 뒤따르게 되므로, 전체 공정에서는 3∼6회의 재가열 및 재설치 작업이 이루어진다. 따라서, 재가열에 따른 비용이 증가하고 원가가 상승하며 작업능률도 매우 저하하게 되어 납기기간이 연장되는 문제점이 있었다.

또, 원통형 셸(30,35)과 경사형 셸(40)이 연결되는 부분은 각이 형성되어 있고 셸(30,35,40)간의 두께 차(差)도 있을 수 있으므로, 동일한 직경과 두께의 원통형 셸을 서로 맞대는 경우에 비해 용접작업이 매우 까다롭다는 단점도 있었다. 따라서, 제품의 불균일성이 나타나기 쉬우므로, 이를 방지하기 위한 전문용접사의 추가투입이 불가피하게 되므로 비용이 증가된다는 결점이 있었다.

그리고, 용접부분(5,A,B)은 단면이 갑자기 변화하는 곳으로서, 응력집중현상이 발생되어 결함이 발생되기 쉬우므로 사용중 UT(Ultrasonic Test), MT(Magnetic Test)와 같은 특수한 비파괴검사도 아울러 동반되어야 한다. 따라서, 이러한 검사를 위한 고가의 검사장비가 구비되어야 하고 사후 관리가 수시로 이루어져야 하므로 비용이 한층 커질 수밖에 없었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 작업소재의 표면에 노치를 형성한 후 원통형-경사형 셸을 일체로 성형함으로써, 종래의 용접이음에서 발생되는 제품의 불균일성, 추가 공정수 증가, 사후 관리비용 증가를 방지하기 위한 원통형-경사형 셸을 일체로 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따라 노치를 이용하여 원통형-경사형 셸을 일체로 제조하는 방법을 도시하는 공정도,

도 2는 종래 직경확장과 용접법에 의해 원통형-경사형 셸을 제조하는 방법을 도시하는 공정도,

도 3은 종래 노치가 없는 상태에서 원통형-경사형 셸을 일체로 제조했을 경우 최종제품의 형상을 도시한 측단면도.

<도면부호의 설명>

1... 작업소재 2... 굴대

3... 직경확장용 평다이 4... 지지대

5... 용접부분 6... 경사형 1단굴대

7... 직경확장용 경사다이 8... 가이드블록(guide block)

9... 노치성형용 다이 10... 경사형 2단굴대

11... 최종성형다이 12... 노치(notch)

17... 소재천공구멍 30... 1번 원통형 셸(shell)

35... 2번 원통형 셸 40... 경사형 셸

50... 강괴 55... 일체형 원통형-경사형 셸

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 단조작업을 통해 강괴를 단련하고, 최종제품과 동일한 중량만큼 원판형으로 절단하여 작업소재를 형성하는 단계와; 상기 작업소재의 중심부를 천공하여 구멍을 형성하는 단계와; 이 천공된 구멍에 굴대를 끼우고 축방향으로 연신하는 단계와; 상기 연신된 작업소재의 구멍에 경사형 1단굴대를 끼워 지지대에 회전이 자유롭게 설치하고, 상기 지지대의 안쪽면에 설치된 가이드블록을 이용하여 상기 작업소재의 축방향 이동을 억제하는 단계와; 작업소재의 상부에 위치한 직경확장용 경사다이가 하강하여 상기 작업소재를 누른 후 상승하면 상기 경사형 1단굴대가 일정각도 회전하고, 다시 직경확장용 경사다이가 하강하여 누르는 동작을 반복하여 상기 작업소재의 직경을 확장시키는 단계와; 최종제품에서 직경이 큰 원통형 셸과 경사형 셸이 만나는 부분에 노치성형용 다이를 이용, 작업소재의 둘레방향에 노치를 형성하는 단계와; 노치가 형성된 작업소재를 최종성형다이와 경사형 2단굴대 사이에서 일정각도씩 회전하면서 누르는 동작을 반복하는 단계로 구성되어 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1에 본 발명에 따라 원통형-경사형 셸을 일체로 제작하는 공정이 도시되어 있다.

우선, 소재용 강을 1,500℃ 이상 가열하여 용융시킨 후, 강괴(50)를 형성한다(도 1(a) 참조). 이 강괴(50)의 내부 건전성과 단련성을 확보하기 위해 적절한 소재온도와 압하량에 따른 단조비로 단조한 다음, 최종 제품의 중량만큼 절단작업을 수행하여 원판형의 작업소재(1)를 형성한다(도 1(b) 참조).

그리고, 직경확장 작업의 기초틀을 형성하기 위해 작업소재(1)의 중심부를 천공한다(도 1(c) 참조). 천공된 작업소재(1)의 구멍(17)에 굴대(2)를 삽입하고, 최종제품의 윤곽에 따른 길이 만큼 축방향으로 연신함(도 1(d) 참조)과 동시에 직경방향으로 확장작업(미도시)을 한다. 상기 축방향으로 연신되고 직경방향으로 확장된 작업소재(1)의 구멍(17)에 경사형 1단굴대(6)를 끼워 넣는다.

다음, 경사형 1단굴대(6)가 삽입된 작업소재(1)를 지지대(4)에 회전이 자유롭게 설치한 상태에서, 굴대(2)와 작업소재를 일정각도씩 회전시키면서 동시에 작업소재(1)의 상부에 위치한 직경확장용 경사다이(7)로 누르는 작업을 반복하여 직경을 확장시키도록 한다(도 1(e) 참조). 이 때, 직경확장용 경사다이(7)로 상부로부터 누를 경우, 상기 경사다이(7)와 경사형 1단굴대(6)의 형상적 특징으로 인해, 작업소재(1)가 좌우로 움직이거나 들려지는 현상이 나타나 작업이 곤란해질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 지지대(4)의 안쪽면에 작업소재(1)와 지지대(4)면 사이의 간격(H) 만큼 가이드블록(8)을 설치한다.

상기 누르기 작업을 구체적으로 설명하면, 먼저 직경확장용 경사다이(7)가 작업소재(1)를 1회 누른 후 상승하면, 경사형 1단굴대(6)가 일정 각도만큼 회전하고, 다시 경사다이(7)가 하강하여 누르는 작업을 반복함으로써 직경을 확장시킨다.

그리고, 최종적인 제품형상을 고려할 때, 경사형 셸의 직경이 큰 부분에서 원통형 셸과 연결되는 경계역 부근(P)에 노치성형용 다이(9)로 눌러서 초기 경사형 작업소재(1)의 둘레에 노치(12)를 형성한다(도 1(f) 참조).

다음, 최종성형다이(11)와 경사형 2단굴대(10) 사이에 노치(12)가 형성된 초기 경사형 작업소재(1)를 넣고 누르면서 회전시키면, 최종적으로 원통형-경사형 셸(55)이 일체로 형성될 수 있다(도 1(g)(h) 참조). 만일, 사전에 노치(12)를 형성하지 않은 상태로 최종성형다이(11)에서 성형시키면, 경사형 부분(L_S)이 휘어지는 현상과 1번 원통형 셸 부분(L_U)이 수평으로 형성되지 않아 전체적으로 불균일한 형상으로 성형된다. 본 발명에서는 연결부위에 노치(12)를 사전에 형성시킴으로써 이후의 성형성이 원활하고도 용이해지므로 원통형-경사형 셸(55)이 일체형으로 형성하는 것이 가능하게 되는 것이다(도 1(h) 참조).

상기한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 원통형 셸과 경사형 셸을 각각 제작한 후 상호 용접하는 경우에 비하여, 응력집중부위(원통형 셸과 경사형 셸이 연결되는 부분)의 강도가 증가되므로 최종품질이 매우 우수하고 안전한 압력용기를 얻을 수 있고, 용접후 다듬질작업 등의 공정이 필요 없으므로 공수가 대폭 줄어들어 제작시간 및 비용이 절감되며, 우수한 균일성을 갖는 용접부위를 얻기 위해 소요되는 전문용접사 및 사후 관리를 위한 전문 비파괴검사자가 필요없게 되어 비용이 대폭 감소된다는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 압력용기의 경사형 셸의 양단에 원통형 셸을 각각 연결하는 방법에 있어서,

   단조작업을 통해 강괴(50)를 단련하고, 최종제품과 동일한 중량만큼 원판형으로 절단하여 작업소재(1)를 형성하는 단계와,

   상기 작업소재(1)의 중심부를 천공하여 구멍(17)을 형성하는 단계와,

   이 천공된 구멍(17)에 굴대(2)를 끼우고 축방향으로 연신하는 단계와,

   상기 연신된 작업소재(1)의 구멍(17)에 경사형 1단굴대(6)를 끼워 지지대(4)에 회전이 자유롭게 설치하고, 상기 지지대(4)의 안쪽면에 설치된 가이드블록(8)을 이용하여 상기 작업소재(1)의 축방향 이동을 억제하는 단계와,

   작업소재(1)의 상부에 위치한 직경확장용 경사다이(7)가 하강하여 상기 작업소재(1)를 누른 후 상승하면 상기 경사형 1단굴대(6)가 일정각도 회전하고, 다시 직경확장용 경사다이(3)가 하강하여 누르는 동작을 반복하여 상기 작업소재(1)의 직경을 확장시키는 단계와,

   최종제품에서 직경이 큰 원통형 셸과 경사형 셸이 만나는 부분(P)에 노치성형용 다이(9)를 이용, 작업소재(1)의 둘레방향에 노치(12)를 형성하는 단계와,

   노치(12)가 형성된 작업소재(1)를 최종성형다이(11)와 경사형 2단굴대(10) 사이에서 일정각도씩 회전하면서 누르는 동작을 반복하는 단계로 구성된 원통형-경사형 셸을 일체로 제조하는 방법.