KR102503728B1 - 노즐 부분 교체방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법은, 구조물 및 기존 노즐을 결합하는 기존 용접부에서 결함 발생을 검출하는 검출단계; 이물질방지 플러그를 기존 노즐의 내부에 설치하는 이물질방지 플러그 설치단계; 기존 노즐의 일부를 제거함으로써 교체용 관통홀을 기존 노즐의 위에 1차적으로 가공하는 1차 교체용 관통홀 가공단계; 상기 교체용 관통홀의 상부 둘레에 제1용접부 및 제2용접부를 형성하는 제1용접부 및 제2용접부 형성단계; 희생플러그를 상기 교체용 관통홀에 설치하는 희생플러그 설치단계; 상기 희생플러그를 제거함으로써 교체용 관통홀을 2차적으로 가공하는 2차 교체용 관통홀 가공단계; 교체용 노즐을 상기 교체용 관통홀에 삽입하는 교체용 노즐삽입단계; 및 J-그루브 용접부를 상기 제2용접부 및 상기 교체용 노즐 사이에 형성하는 J-그루브 용접부 형성단계;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 구조물 및 기존 노즐을 결합하는 기존 용접부에서 붕산수의 유입에 의한 결함이 발생될 때, 기존 노즐의 일부를 부분적으로 교체함으로써 붕산수가 누출됨을 확실하게 방지할 수 있는 노즐 부분교체방법에 관한 것이다.
원자력 발전소 주기기 내에서 각종 장비들을 서로 결합시키는 용접부는 원자력 발전소의 운전년수가 증가함에 따라 응력부식균열(Primary Water Stress Corrosion Cracking, PWSCC)에 의해 결함이 발생하게 되며, 결함이 발생하면 적절히 정비를 해야 한다. 원자력 발전소 1차 계통은 대부분이 고방사선 구역이기 때문에 자동정비장치를 이용하여 정비를 수행하며, 각 형상 및 주변 공간 제약으로 인해 특화된 장비를 개발하여 정비 및 용접 보수를 수행하게 된다.
소구경 노즐이 용접을 통해 구조물(압력용기, 배관 등)의 관통홀에 고정된다. 구조물은 저탄소강(SA508)으로 이루어지고, 소구경 노즐은 인코넬합금(Alloy690)으로 이루어지며, 구조물과 소구경 노즐 사이의 틈새로 붕산수가 누출되지 않도록 내측 이종금속용접부가 구조물의 내면과 소구경 노즐 사이에 형성된다.
내측 이종금속용접부가 인코넬합금(Alloy600)으로 용접되는 경우 장시간 가동 중에 원전에서 인장응력(용접 잔류응력, 운전응력 등), 냉각재 수질환경, 온도 등과 같은 복합적인 요인으로 인해 내측 이종금속용접부에서 일차수 응력부식균열(primary water stress corrosion cracking)이 발생하고, 이로 인해 붕산수가 일차수 응력부식균열을 통해 누출된다.
또한, 내측 이종금속용접부의 손상 발생 시 발전정지로 인한 경제적 손실뿐만 아니라, 원전 운영에 대한 대국민 신뢰도를 저하시키므로 잠재적인 손상 부위에 대한 선제적인 예방정비 차원으로 노즐 교체가 필요하다.
한편, 기존의 부분 노즐 교체방법은, 소구경 노즐의 절반정도를 제거하고 구조물의 외면에 일차수응력부식균열의 저항성이 우수한 인코넬합금(Alloy690)으로 이루어진 용접PAD를 용접을 통해 부착한 후, 신규 노즐을 삽입한 후 신규 노즐과 용접PAD 사이에 외측 이종금속용접부를 형성하고, 외측 이종금속용접부는 J-그루브 용접부이다. 하지만, 구조물에 용착된 용접비드의 직하가 용접 입열의 급속한 냉각에 의하여 열영향부에서 조대화된 마르텐사이트와 같은 취약한 조직이 형성되며, 이로 인하여 파괴인성과 같은 기계적 물성치의 저하하게 되고, 이에 따라 취약한 조직이 나타나지 않는 건전한 용접부를 얻기 위해서 모든 용접된 기기 또는 기기의 부품은 최종 용접후 열처리를 요구한다. 그러나, 원전 압력용기, 배관 등과 같은 구조물의 내부에 물이 채워져 있고, 용접후 열처리시 정비원의 방사선 피폭량이 증가하므로, 현실적으로 용접후 열처리를 적용하는 것이 현실적으로 어려울 수 있다.
기존의 부분 노즐 교체방법은, 구조물의 외면에 부착된 용접PAD의 용접기술은 일종의 덧살용접과 유사하므로 비파괴검사 요건에 따라 초음파투과탐상검사(UT)가 요구되며, 용접 PAD와 신규 노즐 간 용접은 부분용입 용접이므로, 비파괴검사 요건에 따라 침투탐상검사(PT) 또는 자분탐상검사(MT)가 요구된다. 비파괴검사 수행이 가능하도록 소구경 노즐 대비 약 7~10배로 큰 과대한 용접PAD가 필요하며, 이에 수백회의 반복 다층용접을 추가로 수행해야 하므로 부분 노즐 교체 정비시간의 과대한 증가와 그로 인한 방사선 피폭량 증가, 반복된 용접열 투입에 의한 용접부 품질 저하, 원전 압력용기 및 배관의 손상 등의 문제가 발생할 수 있다.
기존의 부분 노즐교체방법은, 가공툴을 이용하여 기존 노즐의 절반 또는 일부를 제거하는 단계에서 새로운 관통홀이 만들어지고, 새로운 관통홀의 내면과 신규 노즐의 외면 사이의 틈새가 정해져 있지 않으므로 내측 이종금속용접부에서 일차수응력부식균열이 발생하는 경우, 붕산수가 새로운 관통홀의 내면과 신규 노즐의 외면 사이의 틈새로 유입되어 구조물의 부식을 촉진하게 되므로 외부로 붕산수가 유출될 위험이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 구조물 및 기존 노즐을 결합하는 기존 용접부에서 붕산수의 유입에 의한 결함이 발생될 때, 기존 노즐의 일부를 부분적으로 교체함으로써 붕산수가 누출됨을 확실하게 방지할 수 있는 노즐 부분교체방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법은, 구조물 및 기존 노즐을 결합하는 기존 용접부에서 결함 발생을 검출하는 검출단계; 이물질방지 플러그를 기존 노즐의 내부에 설치하는 이물질방지 플러그 설치단계; 기존 노즐의 일부를 제거함으로써 교체용 관통홀을 기존 노즐의 위에 1차적으로 가공하는 1차 교체용 관통홀 가공단계; 상기 교체용 관통홀의 상부 둘레에 제1용접부 및 제2용접부를 형성하는 제1용접부 및 제2용접부 형성단계; 희생플러그를 상기 교체용 관통홀에 설치하는 희생플러그 설치단계; 상기 희생플러그를 제거함으로써 교체용 관통홀을 2차적으로 가공하는 2차 교체용 관통홀 가공단계; 교체용 노즐을 상기 교체용 관통홀에 삽입하는 교체용 노즐삽입단계; 및 J-그루브 용접부를 상기 제2용접부 및 상기 교체용 노즐 사이에 형성하는 J-그루브 용접부 형성단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법은, 상기 1차 교체용 관통홀 가공단계 이후에, 상기 교체용 관통홀의 상부 둘레와 인접한 구조물의 일부를 절삭함으로써 제1홈을 상기 교체용 관통홀의 상부 둘레에 형성하는 제1홈 가공단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1용접부 및 상기 제2용접부 형성단계는, 상기 제1용접부를 상기 제1홈에 형성하는 제1용접부 형성단계; 및 상기 제2용접부를 상기 제1홈 내에서 상기 제1용접부에 적층하는 제2용접부 형성단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1용접부는 템퍼비드 용접기법을 통해 상기 제1홈의 표면을 따라 균일한 두께로 형성되고, 상기 제2용접부는 템퍼비드 용접기법을 통해 상기 제1용접부의 상면에 적층되도록 형성될 수 있다.
상기 제1홈은 상기 구조물의 외면과 평행한 평탄면과, 상기 평탄면에 경사지게 연결된 경사면을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법은, 상기 제1용접부 및 제2용접부 형성단계 이후에, 제2홈을 상기 제2용접부에 형성하는 제2홈 가공단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 J-그루브 용접부는 부분용입용접기술 의해 상기 제2홈 내에 형성될 수 있다.
상기 제2홈은 상기 구조물의 외면과 평행한 평탄면과, 상기 평탄면에 경사지게 연결된 경사면을 가질 수 있다.
상기 희생플러그의 하부는 상기 교체용 관통홀 및 기존 노즐의 잔여부의 내부에 완전히 삽입되고, 상기 희생플러그의 상부는 원추기둥형상일 수 있다.
상기 희생플러그는 인코넬합금재질로 이루어질 수 있다.
상기 교체용 노즐의 외경에 따라 상기 교체용 관통홀의 내경 및 상기 교체용 노즐의 외경 사이의 틈새는 설정된 최소틈새를 유지하도록 구성되고, 상기 최소틈새는 붕산수의 농도가 부식을 유발하는 농도 이하로 낮아지도록 설정된 틈새일 수 있다.
상기 제1용접부의 용접재료, 상기 제2용접부의 용접재료, 및 상기 J-그루브 용접부의 용접재료는 인코넬합금일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법은, 상기 J-그루브 용접부 형성단계 이전에, 상기 제2용접부와 근접한 구조물의 외면에서 제1용접부의 용접결함, 제2용접부의 용접결함, 제1용접부 및 구조물 사이의 경계면에서의 용접결함, 구조물의 결함을 검출하기 위한 비파괴검사를 1차적으로 실시하는 1차 비파괴검사단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법은, 상기 J-그루브 용접부 형성단계 이후에, 상기 J-그루브 용접부의 용접결함, 상기 제2용접부와 근접한 구조물의 외면에서 제1용접부의 용접결함, 제2용접부의 용접결함, 제1용접부 및 구조물 사이의 경계면에서의 용접결함, 구조물의 결함을 검출하기 위한 비파괴검사를 2차적으로 실시하는 2차 비파괴검사단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 구조물 및 기존 노즐을 결합하는 기존 용접부에서 붕산수의 유입에 의한 결함(일차수 응력부식 균열)이 발생될 때, 기존 노즐의 일부를 부분적으로 교체함으로써 붕산수가 누출됨을 확실하게 방지할 수 있다. 특히, 기존 노즐의 일부를 제거한 후에 제1용접부 및 제2용접부가 구조물의 외측에서 템퍼비드 용접기법에 의해 형성됨으로써 제1용접부 및 제2용접부가 결함을 가진 기존 용접부의 위에 위치함으로써 붕산수의 누출을 방지할 수 있다.
또한, 기존의 용접PAD 등과 같은 별도의 보강물을 적용하지 않고, 제1용접부, 및 제2용접부가 템퍼비드 용접기법에 의해 형성됨으로써 치밀한 조직의 용접부를 형성할 수 있고, 최종 용접후 열처리를 생략할 수 있으므로 용접후 열처리의 수행 시 발생하는 정비원의 방사선 피폭량을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 부분용입용접 기술기준에 의거하여 제2홈이 제2용접부에 가공되고 J-그루브 용접부가 제2홈에 부분용입용접되도록 이루어짐에 따라 제2용접부의 직경(또는 폭)은 교체용 노즐의 직경 대비 대략 2~3배로 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명은 J-그루브 용접부가 제2용접부의 제2홈에 부분용입용접됨에 따라 기존의 노즐 교체방법에 따른 용접PAD의 형성공정에 비해 간소화될 수 있고, 이에 교체작업시간이 단축되고, 방사선 피복량이 감소되며, 반복된 용접열 투입의 감소에 의해 용접부의 품질을 향상하고, 저하, 구조물의 손상을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 교체용 노즐의 직경에 따라 교체용 관통홀의 내경 및 교체용 노즐의 외경 사이의 틈새는 설정된 최소틈새를 유지하도록 구성될 수 있다. 특히, 최소틈새는 붕산수의 농도가 부식을 유발하는 농도 이하로 낮아지도록 설정된 틈새일 수 있고, 이를 통해 붕산수가 교체용 관통홀 및 교체용 노즐의 사이의 틈새로 유입되더라도 부식을 유발하는 농도 이하가 되므로 부식에 대한 영향이 없게 할 수 있다.
도 1은 기존 노즐이 기존 용접부를 통해 구조물의 기존 관통홀에 고정된 것을 도시한 도면으로, 결함이 기존 용접부에 형성된 것을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 이물질방지 플러그 설치단계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 1차 교체용 관통홀 가공단계를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 제1홈 가공단계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 희생플러그 설치단계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 제1용접부 형성단계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 제2용접부 형성단계를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 2차 교체용 관통홀 가공단계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 1차 비파괴검사단계를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 제2홈 가공단계를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 교체용 노즐 삽입단계를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 J-그루브 용접부 형성단계를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 2차 비파괴검사단계를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법에 의한 교체용 노즐의 교체가 완료된 것을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 이물질방지 플러그 설치단계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 1차 교체용 관통홀 가공단계를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 제1홈 가공단계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 희생플러그 설치단계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 제1용접부 형성단계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 제2용접부 형성단계를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 2차 교체용 관통홀 가공단계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 1차 비파괴검사단계를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 제2홈 가공단계를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 교체용 노즐 삽입단계를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 J-그루브 용접부 형성단계를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 2차 비파괴검사단계를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법에 의한 교체용 노즐의 교체가 완료된 것을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법을 도시한 공정도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법의 구체적인 단계를 도시하고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 부분교체방법을 개략적이고 전체적으로 도시한 공정도이다.
도 1을 참조하면, 기존(旣存) 노즐(11)이 구조물(10)의 기존 관통홀(15)을 관통하고, 기존 노즐(11)은 기존 용접부(12)를 통해 구조물(10)의 기존 관통홀(15)에 고정되어 있다. 구조물(10)은 원전 압력용기, 배관 등과 같은 원자력 발전소의 구조컴포넌트일 수 있다. 구조물(10)은 저탄소강(SA508)재질로 이루어질 수 있고, 기존 노즐(11)은 인코넬합금(Alloy690) 재질로 이루어질 수 있으며, 기존 용접부(12)는 Alloy600, Alloy82, Alloy182 등과 같은 인코넬합금일 수 있다. 기존 용접부(12)는 구조물(10) 및 기존 노즐(11)과 다른 금속재질이고 구조물(10)의 내면에 인접하므로 '내측 이종금속용접부'로 지칭될 수도 있다. 다양한 인장응력(용접 잔류응력, 운전응력 등)과 원자로 냉각재 수질환경, 온도 등과 같은 복합적인 요인으로 인하여 기존 용접부(12)의 내부에는 일차수 응력부식균열(13)(primary water stress corrosion cracking)이 형성될 수 있다. 붕산수(14)가 기존 용접부(12)의 내부에 형성된 일차수 응력부식균열(13)을 타고 기존 노즐(11) 및 기존 관통홀(15) 사이의 틈새를 통해 누출될 수 있다. 이를 통해 붕산수(14)가 기존 노즐(11) 및 기존 관통홀(15) 사이의 틈새를 통해 누출됨에 따라 기존 용접부(12)에서 균열 발생을 검출할 수 있다(도 15의 S1 참조).
도 2를 참조하면, 이물질방지 플러그(20)가 기존 노즐(11)의 내부에 설치될 수 있다(도 15의 S2 참조). 이물질방지 플러그(20)는 기존 노즐(11)의 내면에 부합하는 외면을 가질 수 있고, 이물질방지 플러그(20)가 기존 노즐(11)의 내부에 삽입됨으로써 기존 노즐(11)의 내부가 밀봉될 수 있고, 이에 이물질방지 플러그(20)는 이물질이 기존 노즐(11)을 통해 구조물(10)의 내부로 유입됨을 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 가공툴(35)이 기존 노즐(11)의 상부 및 그에 인접한 구조물(10)의 일부를 가공함으로써 기존 노즐(11)의 적어도 일부가 제거되고, 교체용 관통홀(21)이 기존 노즐(11)의 상부 및 그에 인접한 구조물(10)의 일부에 1차적으로 형성될 수 있다(도 15의 S3 참조). 교체용 관통홀(21)은 기존 노즐(11)의 잔여부(16) 및 기존 관통홀(15)의 잔여부 위에 위치할 수 있다. 교체용 관통홀(21)은 기존 노즐(11)의 적어도 일부를 교체용 노즐(61)로 대체하기 위하여 형성되는 새로운 관통홀을 의미한다. 교체용 관통홀(21)의 내경(d2)은 기존 관통홀(15)의 내경(d1) 보다 상대적으로 클 수 있다. 기존 노즐(11)의 잔여부(16)는 제거되지 않고 기존 관통홀(15) 내에 남아 있을 수 있으며, 이물질방지 플러그(20)는 기존 노즐(11)의 잔여부(16) 내에 위치할 수 있다.
도 4를 참조하면, 교체용 관통홀(21)이 형성된 이후에 그루브 가공툴(미도시)이 교체용 관통홀(21)의 상측 둘레와 인접한 구조물(10)의 일부를 절삭함으로써 제1홈(22)은 그루브 가공툴(미도시)에 의해 교체용 관통홀(21)의 상부 둘레에서 가공될 수 있다(도 15의 S4 참조). 제1홈(22)은 교체용 관통홀(21)의 상부 둘레에 형성될 수 있고, 이에 교체용 관통홀(21)의 상부는 제1홈(22)과 소통할 수 있다. 제1홈(22)은 구조물(10)의 외면과 인접하므로 '외측 홈'으로 지칭될 수 있다. 제1홈(22)은 구조물(10)의 수평면과 평행한 평탄면(23)과, 평탄면(23)으로부터 경사지게 연장된 경사면(24)을 가질 수 있다. 제1홈(22)이 평탄면(23) 및 경사면(24)을 가짐으로써 후행하는 제1용접부(31) 및 제2용접부(33)는 보다 용이하게 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 희생플러그(25)가 교체용 관통홀(21)에 설치될 수 있고(도 15의 S5 참조), 희생플러그(25)는 후행하는 용접 이후에 제거될 예정인 희생 부품이다. 희생플러그(25)의 하부는 교체용 관통홀(21)의 내부 및 기존 노즐(11)의 잔여부(16)의 내부에 삽입될 수 있고, 희생플러그(25)의 상부 일부는 제1홈(22)의 위로 돌출할 수 있다. 기존 노즐(11)의 잔여부(16)의 내경은 교체용 관통홀(21)의 직경 보다 상대적으로 작으므로 희생플러그(25)의 하부는 교체용 관통홀(21)의 내부 및 기존 노즐(11)의 내부에 대응하도록 단턱지게 형성될 수 있다. 희생플러그(25)의 상부는 상단을 향해 갈수록 그 직경이 점차 감소하는 원추기둥 형상일 수 있다. 희생플러그(25)의 상부가 제1홈(22)의 중심에 위치할 수 있으므로 후행하는 제1용접부(31) 및 제2용접부(33)의 용접수행면적은 상대적으로 감소될 수 있고, 이를 통해 그 교체비용을 상대적으로 줄일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 일차수응력부식균열을 방지하도록 Ally690 재질로 이루어질 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1용접부(31)가 템퍼비드 용접기법(temper bead welding)을 통해 제1홈(22)의 평탄면(23) 및 경사면(24)을 따라 균일한 두께(32)로 형성될 수 있다(도 15의 S6 참조). 후행단계에서 형성된 제2용접부(33)의 용접 시에 발생한 용접열이 제1용접부(31)를 지나 구조물(압력용기, 배관 등)의 미세 조직에 영향이 없도록 제1용접부(31)의 두께(32)는 3.2mm 이상으로 이루어짐이 바람직하다. 제1용접부(31)의 템퍼비드 용접기법은 여러개의 비드층을 적층하는 다층 비드용접 시에, 같은 비드층 내에서 비드를 반복적으로 겹침(Overlap)으로써 템퍼링 효과를 구현할 수 있고, 또한 비드가 연속적으로 적층될 때 상부의 비드층에서 발생한 입열이 하부의 비드층을 통과하여 열영향부(HAZ)의 취약한 미세조직에 전달되도록 함으로써 템퍼링 효과를 부여할 수 있다. 이와 같이, 제1용접부(31)가 템퍼비드 용접기법에 의해 제1홈(22)에 적층됨으로써 제1용접부(31)에 대한 용접후 열처리가 생략될 수 있다.
구체적인 실시예에 따르면, 제1용접부(31)의 템퍼비드 용접기법은 원격 자동 or 기계 가스텅스텐아크용접(GTAW)에 의해 구현됨으로써 방사선 피폭 방지, 입열량/비드배치/비드크기/형상 등이 정밀하게 제어될 수 있다. 제1용접부(31)의 용접재료는 Alloy690, Alloy 52M, Alloy 52, Alloy 152 등과 같은 인코넬합금일 수 있고, 최대 층간온도는 180℃ 이하로 유지되며, 용접입열량은 45kJ/inch 이하로 유지되고, 탬퍼비드가 완료되는 시점의 3층 다층 용접부 높이는 최소 3.2mm 이상이며, 템퍼비드 1층 끝단과 2층 끝단 간 이격거리는 1.58~4.78mm 이내일 수 있다. 또한, 자동 GTAW 템퍼비드 용접은 최소 예열온도 50℉에서 실행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2용접부(33)가 템퍼비드 용접기법을 통해 제1용접부(31)의 상면에 적층되도록 형성될 수 있다(도 15의 S 7 참조). 특히, 제2용접부(33)는 구조물(10)의 외면과 동일평면을 유지하도록 제1홈(22) 내에 채워지도록 형성될 수 있다. 제2용접부(33)의 템퍼비드 용접기법은 여러개의 비드층을 적층하는 다층 비드용접 시에, 같은 비드층 내에서 비드를 반복적으로 겹침(Overlap)으로써 템퍼링 효과를 구현할 수 있고, 또한 비드가 연속적으로 적층될 때 상부의 비드층에서 발생한 입열이 하부의 비드층을 통과하여 열영향부(HAZ)의 취약한 미세조직에 전달되도록 함으로써 템퍼링 효과를 부여할 수 있다. 이와 같이, 제2용접부(33)가 템퍼비드 용접기법에 의해 제1용접부(31)의 상면에 적층됨으로써 제2용접부(33)에 대한 용접후 열처리가 생략될 수 있다.
구체적인 실시예에 따르면, 제2용접부(33)의 템퍼비드 용접기법은 원격 자동 or 기계 가스텅스텐아크용접(GTAW)에 의해 구현됨으로써 방사선 피폭 방지, 입열량/비드배치/비드크기/형상 등이 정밀하게 제어될 수 있다. 제2용접부(33)의 용접재료는 Alloy690, Alloy 52M, Alloy 52, Alloy 152 등과 같은 인코넬합금일 수 있고, 최대 층간온도는 180℃ 이하로 유지되며, 용접입열량은 45kJ/inch 이하로 유지되고, 탬퍼비드가 완료되는 시점의 3층 다층 용접부 높이는 최소 3.2mm 이상이며, 템퍼비드 1층 끝단과 2층 끝단 간 이격거리는 1.58~4.78mm 이내일 수 있다. 또한, 자동 GTAW 템퍼비드 용접은 최소 예열온도 50℉에서 실행될 수 있다.
이와 같이, 제1용접부(31) 및 제2용접부(33)가 제1홈(22) 내에서 채워져 적층됨으로써 제1용접부(31) 및 제2용접부(33)는 구조물(10)의 제1홈(22)에서 육성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 가공툴(35)이 희생플러그(25), 제1용접부(31)의 중심부 및 제2용접부(33)의 중심부를 절삭함으로써 희생플러그(25), 제1용접부(31)의 일부, 제2용접부(33)의 중심부가 제거될 수 있고, 이를 통해, 도 9와 같이 교체용 관통홀(21)이 2차적으로 가공될 수 있다(도 15의 S8 참조). 이에 따라, 희생플러그(25)가 완전히 제거될 수 있고, 교체용 관통홀(21)은 제1용접부(31)의 중심부 및 제2용접부(33)의 중심부를 완전히 관통할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제2용접부(33)와 근접한 구조물(10)의 외면에서 제1용접부(31)의 용접결함, 제2용접부(33)의 용접결함, 제1용접부(31) 및 구조물(10) 사이의 경계면(34)에서의 용접결함, 구조물(10)의 결함 등을 검출하기 위한 비파괴검사를 1차적으로 실시한다(도 15의 S9 참조). 비파괴검사는 초음파 탐상검사기(43), 자분탐상 검사기(44), 침투탐상 검사기(45) 중에서 적어도 하나에 의해 실행될 수 있다. 비파괴검사는 제1용접부(31) 및 제2용접부(33)를 포함한 비파괴 검사영역(41)에 대해 실행될 수 있고, 비파괴 검사영역(41) 이외의 영역은 미검사영역(42)에 해당될 수 있다. 제1용접부(31), 제2용접부(33), 구조물(10)에 대한 건전성 평가를 위한 비파괴검사는 수소유기균열 등을 고려하여 용접 종료 이후에 48시간 이후에 실행됨이 바람직하다.
도 10을 참조하면, 제2홈(51)이 그루브 가공툴(미도시)에 의해 제2용접부(33)에서 일정한 깊이(55) 및 일정한 폭(56)을 가지도록 가공될 수 있다(도 15의 S10 참조). 제2홈(51)의 깊이(55) 및 폭(56)은 교체용 노즐(61)의 두께(54)의 최소 0.75배 이상일 수 있다. 제2홈(51)은 구조물(10)의 수평면과 평행한 평탄면(52)과, 평탄면(52)에 대해 경사지게 연결된 경사면(53)을 가질 수 있다. 제2홈(51)이 평탄면(52) 및 경사면(53)을 가짐에 따라 후행하는 J-그루브 용접부(71)가 보다 용이하게 형성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 이물질방지 플러그(20)가 제거된 후에 교체용 노즐(61)이 교체용 관통홀(21)에 삽입될 수 있다(도 15의 S11 참조). 교체용 노즐(61)의 하단은 기존 노즐(11)의 잔여부(16)의 상단으로부터 일정거리(62)로 이격될 수 있고, 이를 통해 후행하는 J-그루브 용접부(71)가 형성될 때 기존 용접부(12)에 인장 잔류응력이 걸리지 않을 수 있다.
교체용 노즐(61)의 외경(d3)에 따라 교체용 관통홀(21)의 내경(d2) 및 교체용 노즐(61)의 외경(d3) 사이의 틈새는 설정된 최소틈새를 유지하도록 구성될 수 있다. 특히, 최소틈새는 붕산수의 농도가 부식을 유발하는 농도 이하로 낮아지도록 설정된 틈새일 수 있고, 이를 통해 붕산수가 교체용 관통홀(21) 및 교체용 노즐(61)의 사이의 틈새로 유입되더라도 부식을 유발하는 농도 이하가 되므로 부식에 대한 영향이 없게 할 수 있다. 예컨대, 교체용 노즐(61)의 외경(d3)이 25mm이하일 때, 교체용 관통홀(21)의 내경(d2) 및 교체용 노즐(61)의 외경(d3) 사이의 틈새는 0.25mm이하를 유지하도록 구성될 수 있다. 교체용 노즐(61)의 외경(d3)이 25mm를 초과하고 100mm이하일 때, 교체용 관통홀(21)의 내경(d2) 및 교체용 노즐(61)의 외경(d3) 사이의 틈새는 0.5mm이하를 유지하도록 구성될 수 있다. 교체용 노즐(61)의 외경(d3)이 100mm를 초과할 때, 교체용 관통홀(21)의 내경(d2) 및 교체용 노즐(61)의 외경(d3) 사이의 틈새는 0.75mm이하를 유지하도록 구성될 수 있다.
도 12를 참조하면, J-그루브 용접부(71)가 자동 또는 수동 GTAW에 의해 교체용 노즐(61) 및 제2용접부(33) 사이의 제2홈(51) 내에서 부분용입용접기술에 의해 형성될 수 있다(도 15의 S12 참조). J-Groove 용접부(71)의 깊이(72)와 폭(73)은 교체용 노즐(61)의 두께(54)의 최소 0.75배 이상이고, J-Groove 용접부(71)의 전체 높이(74)는 교체용 노즐(61)의 두께(54)의 최소 1.4배 이상일 수 있다. J-Groove 용접부(71)는 일차수응력부식균열 발생을 방지하기 위해서 Alloy690, Alloy 52M, Alloy52, Alloy152 등과 같은 인코넬합금재질로 이루어질 수 있다.
일 예에 따르면, J-그루브 용접부(71)는 방사선 피폭을 방지하고 입열량, 비드 배치, 비드 크기 및 형상 등을 정밀하게 제어하는 것이 가능한 원격제어 자동 GTAW 용접장비에 의해 형성될 수 있다.
다른 예에 따르면, J-그루부 용접부(71)는 수동 GTAW 용접장비에 의해 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 부분용입용접 기술기준에 의거하여 제2홈(51)이 제2용접부(33)에 가공되고 J-그루브 용접부(71)가 제2홈(51)에 부분용입용접되도록 이루어짐에 따라 제2용접부(33)의 직경(또는 폭)은 교체용 노즐(61)의 직경 대비 대략 2~3배로 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명은 J-그루브 용접부(71)가 제2용접부(33)의 제2홈(51)에 부분용입용접됨에 따라 기존의 노즐 교체방법에 따른 용접PAD의 형성공정에 비해 간소화될 수 있고, 용접부의 품질저하, 구조물의 손상 등을 미연에 방지할 수 있다.
도 13을 참조하면, 제2용접부(33)와 근접한 구조물(10)의 외면에서 J-그루브 용접부(71)의 용접결함, 제1용접부(31)의 용접결함, 제2용접부(33)의 용접결함, 제2용접부(33) 및 구조물(10) 사이의 경계면(34)에서의 용접결함, 구조물(10)의 결함 등을 검출하기 위한 비파괴검사를 2차적으로 실시한다(도 15의 S13 참조). 비파괴검사는 초음파 탐상검사기(43), 자분탐상 검사기(44), 침투탐상 검사기(45) 중에서 적어도 하나에 의해 실행될 수 있다. 비파괴검사는 J-그루브 용접부(71), 제1용접부(31) 및 제2용접부(33)를 포함한 비파괴 검사영역(41)에 대해 실행될 수 있고, 비파괴 검사영역(41) 이외의 영역은 미검사영역(42)에 해당될 수 있다. 제1용접부(31), 제2용접부(33), 구조물(10)에 대한 건전성 평가를 위한 비파괴검사는 수소유기균열 등을 고려하여 용접 종료 이후에 48시간 이후에 실행됨이 바람직하다.
도 14를 참조하면, 교체용 노즐(61)이 기존 노즐의 잔여부(16) 위에 위치할 수 있고, 제1용접부(31), 제2용접부(33), J-그루브 용접부(71)가 기존 용접부(12) 위에 위치할 수 있다. 교체용 노즐(61)이 제1용접부(31), 제2용접부(33), 및 J-그루브 용접부(71)를 통해 구조물(10)의 교체용 관통홀(21)에 견고하게 결합됨으로써 노즐의 부분적인 교체가 완료될 수 있고, 이에 의해, 붕산수가 외부로 누출됨이 방지될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 구조물 11: 기존 노즐
12: 기존 용접부 13: 일차수 응력부식균열
14: 붕산수 15: 기존 관통홀
20: 이물질방지부재 21: 교체용 관통홀
22: 제1홈 23: 평탄면
24: 경사면 25: 희생플러그
31: 제1용접부 33: 제2용접부
35: 가공툴 41: 비파괴 검사영역
42: 미검사영역 51: 제2홈
52: 평탄면 53: 경사면
61: 교체용 노즐 71: J-그루브 용접부
12: 기존 용접부 13: 일차수 응력부식균열
14: 붕산수 15: 기존 관통홀
20: 이물질방지부재 21: 교체용 관통홀
22: 제1홈 23: 평탄면
24: 경사면 25: 희생플러그
31: 제1용접부 33: 제2용접부
35: 가공툴 41: 비파괴 검사영역
42: 미검사영역 51: 제2홈
52: 평탄면 53: 경사면
61: 교체용 노즐 71: J-그루브 용접부
Claims (14)
- 구조물 및 기존 노즐을 결합하는 기존 용접부에서 결함 발생을 검출하는 검출단계;
이물질방지 플러그를 기존 노즐의 내부에 설치하는 이물질방지 플러그 설치단계;
기존 노즐의 일부를 제거함으로써 교체용 관통홀을 기존 노즐의 위에 1차적으로 가공하는 1차 교체용 관통홀 가공단계;
상기 교체용 관통홀의 상부 둘레에 제1용접부 및 제2용접부를 형성하는 제1용접부 및 제2용접부 형성단계;
희생플러그를 상기 교체용 관통홀에 설치하는 희생플러그 설치단계;
상기 희생플러그를 제거함으로써 교체용 관통홀을 2차적으로 가공하는 2차 교체용 관통홀 가공단계;
교체용 노즐을 상기 교체용 관통홀에 삽입하는 교체용 노즐삽입단계; 및
J-그루브 용접부를 상기 제2용접부 및 상기 교체용 노즐 사이에 형성하는 J-그루브 용접부 형성단계;를 포함하는 노즐 부분교체방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 1차 교체용 관통홀 가공단계 이후에,
상기 교체용 관통홀의 상부 둘레와 인접한 구조물의 일부를 절삭함으로써 제1홈을 상기 교체용 관통홀의 상부 둘레에 형성하는 제1홈 가공단계를 더 포함하는 노즐 부분교체방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제1용접부 및 상기 제2용접부 형성단계는,
상기 제1용접부를 상기 제1홈에 형성하는 제1용접부 형성단계; 및
상기 제2용접부를 상기 제1홈 내에서 상기 제1용접부에 적층하는 제2용접부 형성단계;를 포함하는 노즐 부분교체방법.
- 청구항 3에 있어서,
상기 제1용접부는 템퍼비드 용접기법을 통해 상기 제1홈의 표면을 따라 균일한 두께로 형성되고,
상기 제2용접부는 템퍼비드 용접기법을 통해 상기 제1용접부의 상면에 적층되도록 형성된 노즐 부분교체방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제1홈은 상기 구조물의 외면과 평행한 평탄면과, 상기 평탄면에 경사지게 연결된 경사면을 가지는 노즐 부분교체방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1용접부 및 제2용접부 형성단계 이후에,
제2홈을 상기 제2용접부에 형성하는 제2홈 가공단계;를 더 포함하는 노즐 부분교체방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 J-그루브 용접부는 부분용입용접기술 의해 상기 제2홈 내에 형성되는 노즐 부분교체방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 제2홈은 상기 구조물의 외면과 평행한 평탄면과, 상기 평탄면에 경사지게 연결된 경사면을 가지는 노즐 부분교체방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 희생플러그의 하부는 상기 교체용 관통홀 및 기존 노즐의 잔여부의 내부에 완전히 삽입되고, 상기 희생플러그의 상부는 원추기둥형상인 노즐 부분교체방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 희생플러그는 인코넬합금재질로 이루어진 노즐 부분교체방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 교체용 노즐의 외경에 따라 상기 교체용 관통홀의 내경 및 상기 교체용 노즐의 외경 사이의 틈새는 설정된 최소틈새를 유지하도록 구성되고,
상기 최소틈새는 붕산수의 농도가 부식을 유발하는 농도 이하로 낮아지도록 설정된 틈새인 노즐 부분교체방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1용접부의 용접재료, 상기 제2용접부의 용접재료, 및 상기 J-그루브 용접부의 용접재료는 인코넬합금인 노즐 부분교체방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 J-그루브 용접부 형성단계 이전에,
상기 제2용접부와 근접한 구조물의 외면에서 제1용접부의 용접결함, 제2용접부의 용접결함, 제1용접부 및 구조물 사이의 경계면에서의 용접결함, 구조물의 결함을 검출하기 위한 비파괴검사를 1차적으로 실시하는 1차 비파괴검사단계를 더 포함하는 노즐 부분교체방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 J-그루브 용접부 형성단계 이후에,
상기 J-그루브 용접부의 용접결함, 상기 제2용접부와 근접한 구조물의 외면에서 제1용접부의 용접결함, 제2용접부의 용접결함, 제1용접부 및 구조물 사이의 경계면에서의 용접결함, 구조물의 결함을 검출하기 위한 비파괴검사를 2차적으로 실시하는 2차 비파괴검사단계를 더 포함하는 노즐 부분교체방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220184147A KR102503728B1 (ko) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 노즐 부분 교체방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020220184147A KR102503728B1 (ko) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 노즐 부분 교체방법 |
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|---|---|
| KR102503728B1 true KR102503728B1 (ko) | 2023-02-27 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR950001777A (ko) * | 1993-06-22 | 1995-01-03 | 쯔지 하루오 | 반도체 기억 장치 |
| JP2007232457A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 貫通管台補修方法及び管台孔栓 |
| JP2011075453A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 管台溶接方法、管台部補修方法および管台溶接構造 |
| KR102021245B1 (ko) * | 2018-12-27 | 2019-09-11 | 한전케이피에스 주식회사 | 노즐 정비방법 |
-
2022
- 2022-12-26 KR KR1020220184147A patent/KR102503728B1/ko active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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