KR101254958B1 - 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관의 곡률을 포함하며, 시험편 내부에 고른 분포하중을 작용시켜 파괴저항 시험을 수행할 수 있는 휘어진 소형 인장(curved compact tension) 시험편을 시험할 수 있는 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치에 관한 것으로, 실 배관과 같은 시험결과를 얻기 위하여 실 배관으로부터 채취한 실 배관의 곡면으로 이루어진, 절취부(24)를 갖는 인장 시험편(20)과, 상기 절취부(24)를 사이에 두고 상기 인장 시험편(20)의 양측부 각각에 천공된 핀홀(22a),(22b)과, 상기 핀홀(22a),(22b)에 끼워지는 다단형 고정핀(200)으로 구성된 특징이 있다.

Description

배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치{CURVED-TYPE TENSION TEST APPARATUS FOR PIPE WRECK TEST}

본 발명은 인장 시험편용 보강 지그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배관의 곡률을 포함하며, 시험편 내부에 고른 분포하중을 작용시켜 파괴저항 시험을 수행할 수 있는 휘어진 소형 인장(curved compact tension) 시험편을 시험할 수 있는 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치에 관한 것이다.

원자력 발전소 등과 같이 사고 발생 시 사회적으로 큰 문제가 되는 배관 계통 구조물에 파단전 누설 설계 개념을 적용하기 위해서는 배관 계통 구조물에 대한 파괴 특성치를 구해야 한다.

하지만 배관 계통 구조물의 파괴특성치를 획득하기 위해서는 많은 양의 배관과 시험 장치 등에 많은 비용 및 시간이 소요되기 때문에 실배관의 실증 시험을 수행하는 것은 매우 어렵다. 따라서 표준 시험편 시험을 통하여 재료의 파괴특성치를 구하고, 배관 계통 구조물의 구조 해석을 수행하여 파괴특성을 평가하게 된다. 하지만 표준 시험편의 경우, 곡부를 갖는 기하학적 형상에서 배관의 곡률을 고려하지 않고 있으며, 치수 등에 따른 구속효과(constraint effect)에 의해서 파괴특성이 실제와는 다르게 나타난다.

도 1 및 도 2는 ASTM에서 제시하는 표준 시험편 인 CT 시험편(11)과 SENB(single edge notched bending) 시험편(12)을 나타내고 있다.

도 1 및 도 2 에 도시된 표준 시험편은, 시험편 형상 및 시험 방법이 표준화되어 있다는 장점이 있지만, 배관의 두께 및 곡률을 고려하지 못하여, 크기 및 형상의 변화로 인해 발생되는 구속 효과의 영향에 대한 보정이 필요한 실정이다.

또한, 도 3 및 도 4 는 실배관 파괴인성 시험편을 나타내는 것으로, 배관의 크기 및 형상이 실제 사용되고 있는 것과 동일한 것을 사용하기 때문에, 구속 효과의 영향에 대한 보정이 필요 없는 장점이 있으나, 3점 굽힘 시험이나 4점 굽힘 시험에 필요한 지그(14),(15)의 배관의 곡률을 고려한 가공이 어렵고, 파괴인성 시험을 수행하기 위한 시험편(18)의 길이가 보통 3∼6m정도로 길다는 단점이 있다.

따라서, 상기와 같은 시험방법에서는, 배관의 곡률을 고려하여 배관 재료의 파괴 저항을 평가할 수 있는 시험편으로 제시된 휘어진 CT(curved CT) 시험편을 사용하고 있다.

그러나, 표준 시험편의 경우 두께방향으로 휘어져 있지 않아서 균열의 직진성이 확보되고 시험편 두께 방향에 하중이 일정하게 작용하는 반면에, 휘어진 CT 시험편의 경우 두께방향으로 휘어진 형상을 가짐에 따라 수직하중 이외의 두께 방향의 위치에 따라 달라지는 추가적인 모멘트가 발생되는 것으로, 이러한 모멘트 발생에 의해 좌우측의 균열 진전 정도가 달라지기 때문에 평가되는 파괴 특성치의 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 바의 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 배관의 곡률을 포함하며, 시험편 내부에 고른 분포하중을 작용시켜 파괴저항 시험을 수행할 수 있는 휘어진 소형 인장(curved compact tension) 시험편을 시험할 수 있는 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 배관 설계에 적용되는, 파단전 누설평가를 위한 배관의 파괴인성 시험에 있어 파괴인성 시험 결과의 보수성을 줄이기 위해, 표준 시험이 아닌 실배관의 파괴인성 시험결과를 얻기 위한 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치에 있어서, 실 배관과 같은 시험결과를 얻기 위하여 실 배관으로부터 채취한 실 배관의 곡면으로 이루어진 절취부를 갖는 인장 시험편과, 상기 인장 시험편의 절취부의 양측부 각각에 천공된 핀홀과, 상기 핀홀에 다단형 고정핀이 끼워지도록 구성된다.

또한, 다단형 고정핀은, 중앙 부분이 다단형 고정핀의 양단보다 높은 단차를 갖는 접촉부와, 접촉부의 양측에 접촉부보다 낮은 단차를 갖는 비접촉부로 구성된다.

본 발명에 의한 균열 직진성 확보를 위한 시험편은 그 휘어진 시험편에 작용하는 모멘트의 영향을 제거할 수 있어, 시험편의 좌우측 균열 진전 정도가 동일하며, 균열의 직진성을 확보할 수 있다.

또한, 시험편을 이용하여 배관의 파괴저항 시험을 수행할 때, 단이진 고정핀을 사용함으로써, 시험편의 두께 방향에 고른 분포하중을 가할 수 있어 파괴인성시험의 정확성을 더욱 높여 준다.

또한 본 발명에 따른 다단형 고정핀의 구조에 의하면 시험편의 핀홀로의 끼움 작업도 편리하다.

도 1 은 종래의 표준 시험편을 나타내는 도면.
도 2 는 종래의 표준 SENB 시험편을 나타내는 도면.
도 3 은 종래의 실배관 파괴인성 시험편을 나타내는 도면.
도 4 는 종래의 또다른 실배관 파괴인성 시험의 시험편을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치에 장착될 인장 시험편을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치의 고정핀에 시험편이 장착된 상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치에 시험편이 장착되어 인장되는 시험상태를 나타내는 도면.

이하, 첨부도면을 참조로, 본 발명의 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치에 대하여, 구체적으로 설명키로 한다.

도 5는 본 발명의 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치에 장착될 인장 시험편을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치의 고정핀에 시험편이 장착된 상태를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치에 시험편이 장착되어 인장되는 시험상태를 나타내는 도면이다.

본 발명은, 도 5에 도시된 바와 같이, 배관 등에서 채취한 일정한 곡률로 휘어진 인장 시험편(20)을 이용해, 곡선방향을 따라 선단(25)을 갖는 절취부(24)를 형성시키고 있다.

상기와 같이 절취부(24)가 형성된 인장 시험편(20)에서, 상기 절취부(24)가 형성된 양측부에는 각 절취부(24)를 사이에 두고 서로 반대 방향으로 당겨 인장시험을 실시할 수 있는 천공된 핀홀(22a),(22b)이 형성되어 있다.

상기 본 발명의 인장 시험편(20)에 있어, 인장시험기에 가해지는 인장력에 의해 발생되는 하중의 중심점의 위치를 살펴 보면, 도 5 에 도시된 바와 같이, 인장 시험편(20)에 도시된 가상선 중 곡면을 포함한 두께의 절반의 위치, 상에 실제 중심점(B)이 위치된다.

상기 인장 시험편(20)에 형성된 절취부(24)의 중심에서 양쪽으로 인장시킬 시에 발생 되는 하중의 위치가 실제 중심점(B)의 위치에서 발생 되게 된다. 따라서, 정확한 인장력이 인장 시험편(20)에 가해지지 않는다. 즉, 균일한 하중을 적용하기 위해서는, 인장 시험편(20)중 실제 중심점(B)의 위치와는 다르게, 실제 중심점 위치 두께 보다 곡선면의 바깥측에 위치 표시된 이론 하중 중심점(A)의 위치에 하중의 중심이 위치되어야 한다.

본 발명에서는 상기의 이론 하중 중심점(A)의 위치에 실제 인장 시험기에 의한 인장시 균등한 힘이 가해지도록 위치를 맞춰 줌으로써, 정확한 인장력의 데이타 값을 얻을 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 도면에서는 인장 시험편(20)상에서 두께방향으로 바깥쪽에 위치한 이론 하중 중심점(A)의 위치가 표시되어 있는 것으로, 이론적으로 인장 시험편(20)의 두께의 정중앙을 맞춰 인장 시험을 실시하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명은 다단형 고정핀(200)을 제공하는 것으로, 상기 다단형 고정핀(200)은, 중앙 부분이 다단형 고정핀(200)의 양단보다 높은 단차를 갖는 접촉부(202)와 접촉부(202)의 양측에 접촉부(202)보다 낮은 단차를 갖는 비접촉부(201)로 구성시키고 있다.

따라서, 본 발명은 다단형 고정핀(200)를 이용하여, 하중 중심점의 위치를 상기 인장 시험편(20)의 이론하중 중심점(A) 으로 맞춘 상태에서 절취부(24)를 중심으로 서로 반대방향으로 인장시킴으로써, 측정시 오차의 변화를 현저하게 줄일 수 있다.

이는 상기 인장 시험편(20)의 곡선면 때문에, 7에 도시된 인장 시험기의 인장부(100a),(100b)의 길이방향의 정중앙에 인장력이 발생하도록 고정시키지 않으면, 시험 인장시에 곡선면의 두께 폭 고정위치가 불안정한 위치에 놓여지게 되어 실제 측정값이 다르게 측정되는 결과가 나타난다.

따라서, 상기 본 발명의 다단형 고정핀(200)를 이용해 인장 시험편(20)을 고정시켜, 도 5 에 도시된 절취부(24)의 선단(25)의 위치상의 이론 하중 중심점(A)의 위치에 맞게 위치시키는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 다단형 고정핀(200)의 접촉부(202)와 비접촉부(201)의 면적비를 설정하여 하중 중심점(A)을 정할 수 있도록 구성되어 있다.

이와 같이 인장 시험편(20)에 본 발명의 다단형 고정핀(200)를 끼워고정시킨 상태에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 양측으로 인장되도록 이동되는 상부 인장부(100a) 및 하부 인장부(100b)에 다단형 고정핀(200)을 끼워서 빠지지 않도록 고정시킨다.

이와 같이 인장 시험편(20)을, 본 발명의 다단형 고정핀(200)으로 끼워 고정시키기 때문에, 인장시험기의 인장부(100a),(100b)에서 당겨지는 인장력이 가해질 때, 도 6 에 도시된 바와 같이 하중의 중심을 실제 하중 중심점(B)의 위치가 아닌 인장 시험편(20)의 두께 정중앙에 위치하는 이론 하중 중심점(A)의 위치로 이동시킨 상태에서 인장시험을 실시할 수 있다.

본 발명의 다단형 고정핀(200)의 접촉부(202)의 두께에 단차를 두어 인장 시험편(20)을 끼워 고정 후, 인장시험기의 상부 인장부(100a) 및 하부 인장부(100b)가 서로 반대방향으로 인장될 시에 서로 곡선의 상태에서 인장되는 불균형한 인장력을 인장부의 수직선상에 맞도록 균형있게 맞추어 주므로 인해 시험 측정치의 오차를 현저하게 줄일 수 있다. 즉, 본 발명의 다단형 고정핀(200)의 접촉부(202)에 의해 인장 시험편(20)의 이론 하중 중심점(A)을 맞출 수 있다.

이는 인장 시험편(20)의 곡선진면 만큼 간단하게 구성한 본 발명의 다단형 고정핀(200)을 이용해 그 두께만큼 단차를 두어 끼워 고정시켜 인장시킬 수 있다.

본 발명의 다단형 고정핀(200)에 의해 인장 시험편(20)에 가해지는 인장력의 하중을 시험편의 두께 방향으로 고르게 적용시킬 수 있으므로 인장 실험시에 발생되는 측정값의 오차 범위가 줄어든다.

상기와 같은 발명에 의하면, 인장 시험편(20)의 파괴저항 시험시 , 시험편의 두께 방향에 따른 고른 분포 하중을 가할 수 있도록 하중의 중심을 맞출 수 있다.

또한, 곡면 형상의 인장 시험편(20)의 내외부에 균열이 동일하게 진전되도록 하기 위하여 고정핀(200)의 지름을 단차가 지도록 형성하고 있어 고정핀(200)으로 인장하중이 전달될 때, 인장 시험편(20)의 핀홀(22a),(22b)에서 당기는 인장력이 핀홀(22a),(22b)의 내측에서 외측 방향으로만 주로 접촉을 하여 당기는 하중이 가해지므로 인장 파괴시험시 균열의 내외부가 균일하도록 진전시킬 수 있다.

22a,22b: 핀홀
24: 절취부
20: 곡면 인장 시험편
100a: 상부 인장부
100b: 하부 인장부
200: 고정핀
201: 비접촉부
202: 접촉부

Claims (2)

1. 배관 설계에 적용되는, 파단전 누설평가를 위한 배관의 파괴인성 시험에 있어 파괴인성 시험 결과의 보수성을 줄이기 위해, 표준 시험이 아닌 실배관의 파괴인성 시험결과를 얻기 위한 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치에 있어서,
   실 배관과 같은 시험결과를 얻기 위하여 실 배관으로부터 채취한 실 배관의 곡면으로 이루어진, 절취부(24)를 갖는 인장 시험편(20)과,
   상기 절취부(24)를 사이에 두고 상기 인장 시험편(20)의 양측부 각각에 천공된 핀홀(22a),(22b)과,
   상기 핀홀(22a),(22b)에 끼워지는 다단형 고정핀(200)을 구비하고,
   상기 다단형 고정핀(200)은, 중앙 부분이 상기 다단형 고정핀(200)의 양단보다 높은 단차를 갖는 접촉부(202)와, 상기 접촉부(202)의 양측에 상기 접촉부(202)보다 낮은 단차를 갖는 비접촉부(201)로 구성되고,
   상기 접촉부(202)와 비접촉부(201)의 면적비를 설정하여 상기 인장 시험편(20)에 가해지는 하중의 중심을 이론 하중 중심점의 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 배관의 파괴인성 시험을 위한 곡면형 인장시험 장치.
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