KR101220472B1 - 잔류응력개선장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔류응력개선장치가 개시된다. 본 발명에 따르면 서로 마주보게 위치되는 한 쌍의 지지부재 및 상기 한 쌍의 지지부재 상부를 연결하는 연결부재로 이루어진 몸체부와, 상기 연결부재의 하부에 일부분이 고정설치되며 유압의 공급에 따라 택일적으로 신장축소될 수 있도록 한 유압실린더와, 상기 유압실린더의 하부에 고정결합되는 가압부재와, 소성변형을 일으키고자 하는 배관의 외주면을 감싸도록 형성되며 상기 가압부재에 의해 하부에 위치되어 상기 유압실린더의 신장축소에 따라 배관을 가압하는 압축링을 포함하는 잔류응력개선장치가 제공된다.

Description

잔류응력개선장치{Mechanical Stress Improvement Apparatus}

본 발명은 잔류응력개선 장치에 관한 것으로, 배관 맞대기 용접 후 용접부 면에 발생할 수 있는 인장잔류응력을 감소시켜 용접부에서 크랙 발생 또는 성장 가능성을 저감시킬 수 있도록 한 잔류응력개선장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전소는 탄소강으로 이루어진 단위 기기와 스테인리스 배관 사이에 많은 이종금속 용접이 이루어진다.

그러나, 현재 상기와 같이 이종금속 용접을 할 경우 용접으로 인해 발생되는 인장잔류응력과 재료 및 주변 환경적인 요소가 복합적으로 작용하여 용접한 부분에 일차냉각수응력부식균열(Primary Water Stress Corrosion Cracking)이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 배관 맞대기 이종금속 용접부의 예방정비를 위해 최근에는 크랙이 발생된 용접부 및 크랙이 발생될 부위에 보강용접을 행할 수 있도록 한 Weld Overlay, 또는 대구경 배관인 경우 배관 내로 들어가 크랙이 발생될 부위의 PWSCC에 민감한 재료를 제거 후 내식성이 보다 강한 재료로 용접을 하는 Weld Inlay 또는 크랙이 발생된 부위를 잘라 교체할 수 있도록 한 Spool Piece Replacement 등과 같은 기술이 개발되었다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술은 각각 특유의 장점을 가지고 있지만 특수한 용접 공정이 수반되고, 복잡한 기계장치를 필요로 함으로 작업시간이 장기화되고, 공사비용이 상승하는 문제점이 있다.

또한, 용접부가 위치한 부분이 방사선 쪼임량이 많은 특수한 지역에 위치하였을 경우에는 장기간을 통한 용접작업에 따라 인체에 악영향을 끼지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 출원인은 상술한 바와 같은 문제점을 해결할 수 있는 잔류응력개선장치를 강구하게 되었다.

본 발명의 실시예에 따른 잔류응력개선장치는 이중금속용접부와 인접한 부분에 힘을 가하여 배관을 소성변형시킴으로써, 응력부식균열에 취약한 이종금속용접부와 용접 열영향부 등의 내면에 압축잔류응력을 발생시킴으로써, 일차냉각수응력부식균열의 발생 및 성장 가능성을 감소시킬 수 있도록 한 잔류응력개선장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 마주보게 위치되는 한 쌍의 지지부재 및 상기 한 쌍의 지지부재 상부를 연결하는 연결부재로 이루어진 몸체부와, 상기 연결부재의 하부에 일부분이 고정설치되며 유압의 공급에 따라 택일적으로 신장축소될 수 있도록 한 유압실린더와, 상기 유압실린더의 하부에 고정결합되는 가압부재와, 소성변형을 일으키고자 하는 배관의 외주면을 감싸도록 형성되며 상기 가압부재에 의해 하부에 위치되어 상기 유압실린더의 신장축소에 따라 배관을 가압하는 압축링을 포함하는 잔류응력개선장치가 제공된다.

또한, 상기 한 쌍의 지지부재에는 길이방향을 따라 슬라이드공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축링은 배관의 상부면과 접촉될 수 있도록 한 상부압축링과, 배관의 하부면과 접촉될 수 있도록 한 하부압축링으로 이루어지며, 하나의 실린더를 통해 상/하부 압축링에 가압하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축링의 내주면에는 배관 원주방향으로 보다 균일한 가압력을 가하기 위해 가압돌기가 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가압돌기는 상기 상부압축링의 내주면에 일단이 볼트 결합되는 제1가압돌기와, 상기 하부압축링의 내주면에 일단이 볼트 결합되는 제2가압돌기로 이루어져 상기 상/하부압축링의 가압시 측방향에서도 힘을 가할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치는 일차냉각수응력부식균열(Primary Water Stress Corrosion Cracking)에 취약한 배관 이종금속 용접부와 열영향부등의 내면에 존재하는 인장잔류응력을 압축잔류응력 상태로 변환하여 일차냉각수응력부식균열의 발생 및 성장 가능성을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치를 통해 짧은 작업시간이 소요되고, 이에 따라 방사선이 방출되는 특수한 지역에서 작업시 방사선 피복 저감 및 경제적 시공이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치는 그 구성이 간단하고 협소한 공간에 설치가 가능하므로, 제한된 공간을 효율적으로 활용할 수 있으며, 배관에 설치 및 분해가 쉽고 간편하게 이루어져 신속하게 작업을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치를 분해한 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치의 압축링과 가압돌기의 결합관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치의 결합 및 작동상태도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치에 의해 소성변형된 배관을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 잔류응력개선장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조로 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치를 분해한 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 정면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치(100)는 금속의 용접된 배관(P)의 일부분을 가압할 수 있도록 함으로써, 용접에 의한 열영향부에 존재하는 인장잔류응력을 압축잔류응력으로 변환시킬 수 있도록 한 것으로, 몸체부(110)와, 유압실린더(120)와, 가압부재(130), 그리고, 압축링(140)을 포함한다.

몸체부(110)는 서로 마주보게 위치되는 한 쌍의 지지부재(112)와, 상기 한 쌍의 지지부재(112)를 연결하는 연결부재(114)를 포함한다.

상기 한 쌍의 지지부재(112)는 수직방향으로 기립되게 위치되며, 길이방향으로 슬라이드공(112a)이 각각 형성된다.

이때, 상기 슬라이드공(112a)은 후술하는 압축링(140)이 끼움결합되어 압축링(140)의 승하강시 가이드 역할을 한다.

또한, 서로 마주보게 위치되는 한 쌍의 지지부재(112) 상측에는 상기 한 쌍의 지지부재(112)를 연결하는 연결부재(114)가 고정설치된다.

유압실린더(120)는 상기 한 쌍의 지지부재(112)를 연결하는 연결부재(114)의 하부에 일단이 고정되게 설치된다.

상기 유압실린더(120)는 유압의 공급에 따라 피스톤(122)의 길이가 신장되어 최종적으로 배관(P)을 가압하여 압축될 수 있도록 하는 기능을 하는 것으로, 피스톤(122)과, 실린더몸체(124)로 이루어진다.

즉, 피스톤(122)이 상기 연결부재(114)의 하부 저면에 고정된 상태에서 별도의 유압공급장치(미도시)에 의해 유압이 공급되면 피스톤(122)이 신장되게 되어 실린더몸체(124)가 하방향으로 향하게 된다.

여기서, 상기 유압공급장치(미도시)는 공기압축기 및 유압펌프 등 상기 유압실린더(120)에 유압을 공급할 수 있도록 한 장치를 말하는 것으로, 기존에 이미 일반인에게 공지된 기술로서 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 실린더몸체(124)의 하부면에는 가압부재(130)가 마련된다.

상기 가압부재(130)는 하부가 내측으로 만곡지게 형성되는 것으로, 후술하는 압축링(140)과 접촉되어 상기 유압실린더(120)의 신장 축소에 따라 택일적으로 압축링(140)을 가압하여 배관(P)에 하중을 가한다.

구체적으로, 상기 가압부재(130)는 도면에 도시된 바와 같이, 상부면에 상기 유압실린더(120)의 실린더몸체(124)와 결합될 수 있도록 한 안착부(132)가 형성되고, 하부면에 후술하는 압축링(140)과 접촉될 수 있도록 압축링(140)의 외주면과 대응되게 내측으로 함몰되는 만곡부(134)를 갖도록 형성된다.

압축링(140)은 배관(P)의 외주면과 접촉되어 상기 유압실린더(120)로부터 전해지는 하중을 배관(P)에 전달하여 배관(P)을 소성변형시킬 수 있도록 형성되는 것으로, 상부압축링(142)과, 하부압축링(144)으로 이루어진다.

상기 상부압축링(142)과 하부압축링(144)으로 이루어진 압축링(140)의 내주면은 배관(P)의 외주면과 접촉될 수 있도록 만곡지게 형성되며 양 끝단에는 상부압축링(142)과 하부압축링(144)이 볼트(S)에 의해 결합될 수 있도록 결합부(146)가 형성된다.

상기 결합부(146)는 상기 상부압축링(142) 및 하부압축링(144)의 양 끝단 외주면에 각각 결합되는 것으로, 상기 지지부재(112)에 형성되는 슬라이드공(112a)에 끼움될 수 있도록 형성된다.

한편, 상기 상부압축링(142) 및 하부압축링(144)의 만곡지게 형성된 내주면에는 배관(P)을 실질적으로 소성변형시킬 수 있는 가압돌기(145)가 결합된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가압돌기(145)는 수평방향으로 결합되는 상부압축링(142) 및 하부압축링(144)과 직교하게 결합되는 것으로, 제1가압돌기(145a) 및 제2가압돌기(145b)로 이루어진다.

상기 제1가압돌기(145a) 및 제2가압돌기(145b)는 동일한 형상으로 이루어지며 상호 결합에 의해 링형상을 띄도록 형성되는 것으로, 상기 제1가압돌기(145a)는 상부압축링(142)이 내주면에 일단이 볼트 결합되고, 상기 제2가압돌기(145b)는 상기 하부압축링(144)의 내주면에 일단이 볼트 결합된다.

즉, 통상 상/하부압축링(142,144)이 배관(P)의 상하부를 가압하게 되면 상하부에서만 배관(P)을 가압하게 되므로, 배관(P)이 타원형태로 변형되게 되는데, 이를 방지하고자 상기 상/하부압축링(142,144)에 각각 수직방향으로 제1가압돌기(145a)와 제2가압돌기(145b)를 결합함으로써, 이를 상쇄시켜 배관(P)의 측방향에서도 힘을 가할 수 있도록 하여 균일하게 배관(P)을 변형시키게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치(100)의 작동방법을 설명하면 다음과 같다.

도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치의 결합 및 작동상태도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치에 의해 소성변형된 배관을 개략적으로 도시한 도면이다.

우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 용접된 배관(P)의 일측으로 용접된 부분과 인접한 위치에 상기 상부압축링과 하부압축링을 감싸도록 설치한다.

이후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 몸체부(110)의 슬라이드공에 결합부를 끼움결합한 다음 압축링(140)의 상부에 가압부재(130) 및 유압실린더(120)를 위치시킨다.

이때, 유압실린더(120)는 몸체의 연결부재에 피스톤이 고정결합된 상태이며, 실린더몸체의 하부에는 가압부재(130) 결합된 상태이다.

즉, 도면상 도시되어 있지는 않지만, 상기 유압실린더(120)의 실린더 몸체와 가압부재(130)는 용접 또는 볼트에 의해 고정결합된 상태에서 피스톤의 신장시 실린더몸체와 동일하게 상하방향으로 움직이게 되는 것이다.

이 상태에서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 유압실린더(120)에 유압이 공급되면, 피스톤이 신장되면서 실린더몸체가 하방향으로 향하게 되고, 이에 따라 실린더몸체에 하부에 결합된 가압부재(130)가 하방향으로 향하게 된다.

이후, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 가압부재(130)는 상부압축링을 가압하게 된다. 따라서, 상기 상부압축링의 내주면에 형성된 가압돌기가 배관(P)의 상면을 가압하게 되며, 동시에 가압에 의한 반력은 연결대를 통해 배관(P)의 하면에 설치된 하부압축링에 힘이 가해져 배관(P) 하부를 가압하게 된다.

즉, 상기 상부압축링 및 하부압축링은 동시에 배관(P)의 상하부 반경방향으로 균일한 하중을 가하여 배관(P)의 외경을 축소시키게 된다.

따라서, 본 발명 일 실시예에 따른 잔류응력개선장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 배관(P)의 용접한 부분의 인접한 위치에 압축잔류응력이 발생될 수 있도록 소성변형시킴으로써, 용접에 의한 열영향부에 존재하는 인장잔류응력을 압축잔류응력으로 변환시켜 일차냉각수응력부식균열의 발생을 최소화할 수 있게 된다.

지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적인 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

100 : 잔류응력개선장치 110 : 몸체부
112 : 지지부재 112a : 슬라이드공
114 : 연결부재 120 : 유압실린더
122 : 피스톤 124 : 실린더몸체
130 : 가압부재 132 : 안착부
134 : 만곡부 140 : 압축링
142 : 상부압축링 144 : 하부압축링
145 : 가압돌기 146 : 결합부
P : 배관 S : 볼트

Claims (5)

1. 서로 마주보게 위치되는 한 쌍의 지지부재 및 상기 한 쌍의 지지부재 상부를 연결하는 연결부재로 이루어진 몸체부와,
   상기 연결부재의 하부에 일부분이 고정설치되며 유압의 공급에 따라 택일적으로 신장축소될 수 있도록 한 유압실린더와,
   상기 유압실린더의 하부에 고정결합되는 가압부재와,
   소성변형을 일으키고자 하는 배관의 외주면을 감싸도록 형성되며 상기 가압부재에 의해 하부에 위치되어 상기 유압실린더의 신장축소에 따라 배관을 가압하는 압축링을 포함하되,
   상기 압축링은
   배관의 상부면과 접촉될 수 있도록 한 상부압축링과, 배관의 하부면과 접촉될 수 있도록 한 하부압축링으로 이루어지며, 양 끝단에는 각각 볼트에 의해 결합될 수 있도록 한 결합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 잔류응력개선장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 한 쌍의 지지부재에는 길이방향을 따라 슬라이드공이 형성되는 것을 특징으로 하는 잔류응력개선장치.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 상부압축링 및 하부압축링의 내주면에는 가압돌기가 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 잔류응력개선장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 가압돌기는
   상기 상부압축링의 내주면에 일단이 볼트 결합되는 제1가압돌기와,
   상기 하부압축링의 내주면에 일단이 볼트 결합되는 제2가압돌기로 이루어져 상기 상/하부압축링의 가압시 측방향에서도 힘을 가할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 잔류응력개선장치.

Images