KR101428218B1 - 캐스크 바스켓을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저변형 용접이 가능한 캐스크 바스켓 제조 방법을 제공하는 것으로, 상하면이 개방된 직육면체의 하나 이상의 면을 이루도록 성형된 판재를 준비하는 준비 단계와, 상하면이 개방된 직육면체를 이루도록 상기 판재의 단부를 용접하는 용접 단계를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 준비 단계는 마찰 교반 용접기가 하방으로 가하는 하중을 지지하도록 상기 판재를 조립하는 조립 단계;를 포함하되,상기 준비 단계에서는, 상기 판재는 단일 판재로 구성되고, 상기 판재의 일단부면에는 돌기부가 형성되며, 상기 판재의 내측면의 타단부측에는 홈이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 조립 단계에서는, 상기 단일 판재가 절곡되어 상기 돌기부가 상기 홈에 끼워지되, 상기 돌기부 및 상기 홈의 결합부는 상기 판재의 타단부에 수직하게 배치되며, 상기 용접 단계는 상기 조립 단계에 연이어서 수행되되, 마찰 교반 용접으로 수행되는 캐스크 바스켓을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

캐스크 바스켓을 제조하는 방법{Cask Basket Making Method}

본 발명은 캐스크 바스켓 용접 방법에 대한 것으로, 구체적으로 용접이 용이한 구조를 가지는 판재를 활용하여 캐스크 바스켓을 용접하는 캐스크 바스켓 용접 방법에 대한 것이다.

핵연료 사이클의 종기에 더이상 사용할 수 없게 된 핵연료 집합체를 사용 후 핵연료라고 한다. 이러한 사용 후 핵연료는 FP 등의 고방사능 물질을 포함하므로 열적으로 냉각해야 하며, 이를 위해 원자력 발전소의 냉각피트에서 3개월 내지 6개월 정도의 소정의 기간동안 냉각시킨다.

그 후, 차폐용기인 캐스크에 수납되어 트럭 등의 운송수단을 통해 재처리시설 등에 반송, 저장된다. 여기서 상기 캐스크는 사용 후 핵연료를 재처리시설에 수송하거나 저장고로 이동시킬 때 사용되는 저장용기로서, 캐스크 내에는 고방사능 물질이 수용되어 있으므로, 40년 내지 60년이 예상되는 저장기간 동안에 있어 밀폐력이 상당한 중요하게 요구된다.

종래의 캐스크(1)의 경우 도 1에 도시된 바와 같이, 용기본체(2)에 1,2차 차폐리드(3,5)가 볼트(7,8)에 의해 결합되게 된다. 그리고 상기 용기본체(2)와 상기 1,2차 차폐리드(3,5)간의 밀폐력을 향상시키기 위해 금속제의 가스켓(4,6)이 설치되게 되며, 내부에 캐스크 바스켓 지지체가 배치된다.

도 2 에는 캐스크 바스켓 지지체(10)이 도시되어 있다. 캐스크 바스켓 지지체(10)는 캐스크 바스켓(15)를 복수 개, 여기서는 일예로 24개, 수납할 수 있도록 지지판(11)이 적층되어 구성된다. 캐스크 바스켓(15)는 원기둥형 폐연료봉이 내부에 수납될 수 있도록 상하면이 개방된 직육면체 형상으로 수m의 높이를 가지고 형성된다.

이러한 캐스크 바스켓(15)은 폭/높이 대비 긴 길이를 가진다. 예를 들어 캐스크 바스켓은 약 230mm ×약 230mm × 약 5000mm 의 폭×높이×길이를 가진다. 이러한 캐스크 바스켓(15)은 판재를 용융 용접(GTAW 혹은 LASER 프로세스 용접)하여 구성하는데, 이때 길이 방향을 따라서 용융 용접하게 된다. 즉, 양단부(16, 17)을 용접부(18)를 통하여 용접하게된다. 이러한 용접시 용접 입열에 의해서 발생하는 용접부 품질 불량, 형상 변형 등이 용접이 진행되면서 길이방향으로 누적되어 용접 완료된 캐스크 바스켓(15)이 형상 불량에 이르게 된다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0350779호(2002.08.19)

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 저변형 용접이 가능한 캐스크 바스켓 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 별도의 지그 없이 마찰 교반 접합 수행이 가능한 캐스크 바스켓 준비 판재를 통하여 캐스크 바스켓을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 캐스크 바스켓을 제조하는 방법을 제공한다.
폐연료봉을 수납하는 캐스크 바스켓을 제조하는 방법으로, 상하면이 개방된 직육면체의 하나 이상의 면을 이루도록 성형된 판재를 준비하는 준비 단계와, 상하면이 개방된 직육면체를 이루도록 상기 판재의 단부를 마찰 교반 용접하는 용접 단계를 포함하고, 상기 준비 단계는 마찰 교반 용접기가 하방으로 가하는 하중을 지지하도록 상기 판재를 조립하는 조립 단계를 포함하되, 상기 준비 단계에서, 상기 판재는 단일 판재로 구성되어, 상기 판재의 일단부면에는 돌기부가 형성되고, 상기 판재의 내측면의 타단부측에는 홈이 형성되며, 상기 조립 단계에서는, 상기 단일 판재가 절곡되어 상기 돌기부가 상기 홈에 끼워지되, 상기 돌기부 및 상기 홈의 결합부는 상기 판재의 타단부에 수직하게 배치되고, 상기 용접 단계는, 상기 조립 단계에 연이어서 수행되며, 마찰 교반 용접기의 프로브가 상기 돌기부 및 홈의 결합부를 통과하여 상기 돌기부 및 홈이 상기 프로브에 의해 교반될 수 있다.

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본 발명은 위와 같은 구성을 통하여, 저변형 용접이 가능한 캐스크 바스켓 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 별도의 지그 없이 마찰 교반 접합 수행이 가능한 캐스크 바스켓 준비 판재 및 그를 통하여 캐스크 바스켓을 제조하는 방법을 제공하여, 용접에 의한 형상 변화가 없으면서도 제작이 용이한 캐스크 바스켓 용접 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은 종래의 캐스크의 개략도이다.
도 2 는 캐스크 바스켓 및 그 지지부의 사시도로, (a) 는 캐스크 지지부의 사시도이며, (b)는 캐스크 바스켓의 사시도이다.
도 3 은 본 발명의 용접 방법에 따라서 용접되는 캐스크 바스켓의 사시도이다.
도 4 는 본 발명의 용접 방법에 따라서 용접된 캐스크 바스켓의 단면도이며, (a)는 용접 후의 단면도이며, (b)는 용접 전의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 용접 방법에 따라서 용접된 캐스크 바스켓의 다른 단면도이며, (a) 는 용접 후의 단면도이며, (b)는 용접 전의 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 용접 방법에 따라서 용접되는 캐스크 바스켓의 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 용접 방법에 따라서 용접되는 캐스크 바스켓의 또다른 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명의 구체적 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 용접 방법은 캐스크 바스켓 준비 판재(101, 102)를 용접할 수 있도록 양 단부를 마주보게 배치한다. 이때, 준비 판재(101, 102)는 폐연료봉이 수납될 수 있도록 상하면이 개방된 직육면체의 형상을 최종적으로 가지도록 상하면이 개방된 직육면체의 일부 면을 포함하여 구성된다.

준비 판재(101, 102)는 도 3 및 도 4 의 실시예에서는 2 개의 판재(101, 102)로 구성되나, 도 5 에서와 같이 4 개의 판재(121, 122, 123, 124)로 구성되거나, 도 6 및 도 7 에서와 같이 단일 판재(130, 140)로 구성되는 것도 가능하며, 그외에 다른 방식을 가질 수 있음은 물론이다.

본 발명에서 캐스크 바스켓(100)은 준비 판재(101, 102)를 용접할 수 있도록 양 단부를 마주보게 배치한 후 마찰 교반 용접기(200)로 준비 판재(101, 102)의 양 단부을 용접하게 된다. 마찰 교반 용접기(200)는 프로브(201)를 포함하여 구성되며, 프로브(201)가 양 판재(101, 102)의 양 단부를 마찰 교반하게 된다.

즉, 마찰 교반 용접기(200)의 프로브(201)가 고속으로 회전하면서 양 판재(101, 102)의 단부와 상호 마찰하게 되면서 열이 발생하며, 이 마찰열에 의해서 프로브(201) 주변의 재료가 연화되며, 프로브(201)의 회전에 의해 재료의 소성 유동으로 접합면(110)의 양쪽 재료들이 강제적으로 혼합된다. 이러한 마찰 교반 용접은 고상 용접(Solid-state welding)의 일종으로, 용융점 이하의 온도에서 양 판재(101, 102)가 용접되게 된다.

도 4(a) 에는 본 발명의 용접 방법에 의해서 용접된 캐스크 바스켓(100)의 단면도가 도시되어 있다. 도 4(a)에서 보이듯이, 본 발명에 의해 용접된 캐스크 바스켓은 상기 마찰 교반 용접기(200)의 프로브(201)에 의해서 판재(101, 102)의 단부가 교반 용접되어 용접부(110)가 형성되어 있다. 여기서, 용접부(110)는 양측 판재(101, 102)의 판재가 혼합되어 용접된 상태를 말한다. 판재(101)는 'ㄷ'자 형상을 가지며, 다른 판재(102)는 역 'ㄷ'자 형상을 가진다.

즉, 판재(101)는 중앙면(101a)과 중앙면(101a)의 양측으로 절곡연장된 두 절곡면(101b)을 포함하여 'ㄷ'자 형상을 가지며, 판재(102)는 중앙면(102a)과 중앙면(102a)의 양측으로 절곡연장된 두 절곡면(102b)을 포함하여 역'ㄷ'자 형상을 가진다.

도 4(b) 에는 본 발명의 용접 방법에 의해서 용접되기 위하여 준비된 판재(101, 102)의 단면도가 도시되어 있다. 이 도면에서의 판재(101, 102)는 양 단부의 마찰 교반 용접이 용이하도록 마주보는 각 판재(101, 102)의 절곡면(101b)의 단부에는 돌기부(105)가 다른 절곡면(102b)의 단부에는 상기 돌기부(105)에 대응되는 형상의 홈(106)이 형성되어, 상기 돌기부(105)가 상기 홈(106)에 삽입된다.

이렇게 판재(101)의 돌기부(105)가 다른 판재(102)의 홈(106)에 삽입되기 때문에, 마찰 교반 용접기(200)의 프로브(201)가 마찰 교반 용접을 수행하기 전의 판재 준비가 용이하며, 용접 시에 프로브(201)가 하방으로 가하는 하중을 판재(101, 102) 자체에서 소화하는 것이 가능하다.

이때, 프로브(201)는 상기 돌기부(105)와 홈부(106)가 형성하는 접합면을 모두 마찰 교반할 수 있도록 상기 돌기부(105)의 돌출 높이보다 큰 직경을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 마찰 교반 용접을 통하여 양 판재(101, 102)를 결합시키게 되는데, 상술한 마찰 교반 용접 설명에서 언급한 바와 같이, 마찰 교반 용접의 경우에 용융점 이하의 온도에서 용접이 수행되기 때문에, 용접부(110) 주변이 용접 입열로 인하여 변형되지 않을 수 있다. 즉, 캐스크 바스켓(100)을 형성하면서 문제되는 용접시 발생하는 형상 변화를 예방할 수 있으며, 그로 인하여, 캐스크 바스켓(100) 형상 불량을 대폭 감소시킬 수 있다.

도 5 에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 5(a), (b) 에서는 준비 단계에서 준비되는 판재가 상하면이 개방된 직육면체의 각 측면을 이루도록 구성된다. 즉, 하나의 판재(121, 122, 123, 124)가 직육면체의 하나의 측면을 형성한다. 즉, 'ㅡ' 자형 판재로 구성될 수 있다. 이때, 측면을 이루는 판재(124)를 바닥에 놓은 상태로 마찰 교반 용접할 수 있도록 바닥에 놓이는 판재(124)가 가장 긴 길이를 가지도록 형성되며, 수직 상태의 마찰 교반 용접을 되도록 많이 수행하도록 바닥에 놓인 판재(124)에 용접되는 두 판재(122, 123)이 나머지 판재(121)보다 긴 길이를 가진다.

즉, 판재(124)의 장변에 판재(122, 123)의 단변이 용접되며, 판재(122, 123)의 장변에 판재(121)의 단변이 용접되어, 바닥에 놓인 판재(124)의 이동 없이 캐스크 바스켓(100)을 용접할 수 있다.

도 5(b) 에서는 도 4(b)와 동일하게 각 판재(121, 122, 123, 124)의 용접부를 기준으로 돌기부(121a, 121b, 124a, 124b) 및 홈부(122a, 122b, 123a, 123b)가 각각 형성되며, 상기 돌기부(121a, 121b, 124a, 124b) 가 홈부(122a, 122b, 123a, 123b)에 끼워지는 조립 단계가 수행됨으로써 캐스크 바스켓 용접을 위한 준비 단계가 완료된다.

도 5(b)에서는 바닥에 놓이는 판재(124)와 그와 평행한 판재(121)에는 돌기부(121a, 121b, 124a, 124b)가 수직하게 놓이는 판재(122, 123)에는 홈부(122a, 122b, 123a, 123b)가 형성되는 것으로 도시하였으나, 돌기부 및 홈부는 각 용접부에서 바뀔 수 있다.

또한, 본 발명의 도 5(b) 에서는 판재의 용접 순서가 도시되어 있다. 도 5(b)에서 보이듯이, 판재(121, 122, 123, 124)을 조립하여 판재(121, 122, 123, 124)를 준비한 후, 우선 바닥에 놓이는 판재(124)에 평행한 판재(121)에 수직하게 놓이는 판재(122, 123)를 용접한다(①, ②). 그 후에 수직하게 놓이는 판재(122, 123)를 바닥에 놓이는 판재(124)에 용접한다(③, ④). 이렇게 용접하는 것은 상대적으로 용접이 용이한 용접을 수행하여 판재(121, 122, 123)의 일부를 용접시킨 후 측면에서의 용접을 수행하는 것이 용이하기 때문이다.

도 6 및 7 에는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 6 및 도 7 에서는 준비 판재(130)가 단일 판재로 형성되며, 판재(130)를 꺽어서 4면을 구성하며, 일단부(131)의 단변이 타단부(133)의 장변에 용접됨으로써, 케스크 바스켓이 형성된다.

도 6 의 단면도에서 보이듯이, 판재(130)를 꺽어서 측면만 가지는 직육면체 형상을 형성한 뒤 내부에 지그(160)를 받쳐놓은 상태에서 일단부(131)의 단면을 타단부(133)의 장변에 맞닿게하고, 맞닿은 면을 마찰 교반 용접기(200)로 용접하게 된다.

도 6 의 실시예에서 지그(160)는 H 형으로 도시하였으나, 판재(130)의 일단부(131)를 지지할 수 있다면, 다른 형상을 가지더라도 무방하다.

도 7 에는 도 6 의 판재(130)와 유사하게 단일 판재(140)로 형성되며, 단일 판재(140)를 꺽어서 4면을 구성하고, 일단부(141)의 단변이 타단부(143)의 장변에 용접된다.

다만, 도 7 의 실시예에서 일단부(141)의 단변에는 돌기부(142)가 형성되며, 타단부(143)의 장변에 상기 돌기부(142)에 대응되는 형상의 홈(144)이 형성된다. 그에 따라서, 상기 돌기부(142)는 상기 홈(144)에 삽입됨으로써 용접 준비가 완료될 수 있다.

또한 도 7 의 실시예에서, 돌기부(142)와 홈(144)의 삽입 위치에 타단부(143)가 수직하게 위치하게 되므로, 마찰 교반 용접기(200)가 마찰 교반 용접을 위하여 돌기부(142)와 홈(144)의 결합면으로 고속 회전하면서 들어올 때의 하중을 받아줄 수 있다. 즉, 도 6 과 같은 지그(160) 없이 타단부(143) 자체가 지그(160)와 동일하게 하중을 받아주는 역할을 수행할 수 있다.

이상에서는 첨부된 도면을 중심으로 개별 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 청구범위에 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다. 본 발명에서 판재는 단일 판재, 'ㄷ'자형 2 개, 'ㅡ'자형 4개로 설명하였으나, 다른 방식의 판재로 수행될 수 있음은 물론이다.

또한, 돌출부 및 홈의 형상도 반원형, 삼각형등 다양한 형식으로 구현될 수 있다.

100: 캐스크 바스켓
101, 102, 121, 122, 123, 124, 130: 판재
101a, 102a: 중앙면 101b, 102b: 절곡면
105, 121a, 121b, 124a, 124b, 142: 돌기부
106, 122a, 122b, 123a, 123b, 144: 홈
200: 마찰 교반 용접기 201: 프로브

Claims (5)

1. 폐연료봉을 수납하는 캐스크 바스켓을 제조하는 방법으로,
   상하면이 개방된 직육면체의 하나 이상의 면을 이루도록 성형된 판재를 준비하는 준비 단계;
   상하면이 개방된 직육면체를 이루도록 상기 판재의 단부를 마찰 교반 용접하는 용접 단계;를 포함하고,
   상기 준비 단계는 마찰 교반 용접기가 하방으로 가하는 하중을 지지하도록 상기 판재를 조립하는 조립 단계;를 포함하되,
   상기 준비 단계에서,
   상기 판재는 단일 판재로 구성되어, 상기 판재의 일단부면에는 돌기부가 형성되고, 상기 판재의 내측면의 타단부측에는 홈이 형성되며,
   상기 조립 단계에서는,
   상기 단일 판재가 절곡되어 상기 돌기부가 상기 홈에 끼워지되, 상기 돌기부 및 상기 홈의 결합부는 상기 판재의 타단부에 수직하게 배치되고,
   상기 용접 단계는,
   상기 조립 단계에 연이어서 수행되며, 마찰 교반 용접기의 프로브가 상기 돌기부 및 홈의 결합부를 통과하여 상기 돌기부 및 홈이 상기 프로브에 의해 교반되는 것을 특징으로 하는 캐스크 바스켓을 제조하는 방법.
   
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