KR970004353B1 - 용접으로 원자로 용기의 i파이프 보유셸과 같은 후벽부재에 파이프를 결합하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

없음

Description

용접으로 원자로 용기의 I파이프 보유셸과 같은 후벽부재에 파이프를 결합하기 위한 방법

제1도는 삽입구조를 가진 파이프 보유셸의 반횡단면도.

제2도는 종래 구조에 따른 부착구조를 가진 파이프 보유셸의 제1도와 유사한 반횡단면도.

제3도는 본 발명의 방법에 따라 생산된 부착구조를 가진 파이프 보유셸의 제1도 및 제2도와 유사한 반횡단면도.

제4a도 및 제4b도는 파이프를 용접하기 전후에 부착구조를 가진 제1도내의 4-4선을 취한 도면.

제5a도 및 제5b도는 파이프를 용접하기 전·후의 종래 기술에 따른 부착구조를 가진 파이프 보유셸의 제2도의 5-5선을 취한 도면.

제6a도 및 제6b도는 파이프를 용접하기 전후의 본 발명에 따라 생산된 파이프 보유셸의 제3도내의 6-6선을 취한 도면.

제7도는 스텐레스강으로 내부로 라이닝된 셸에 본 발명의 방법에 따라 결합된 파이프를 도시한 확대도.

제8도는 본 발명에 따른 결합방법의 사용을 허용하는 전자비임 용접 유니트의 수직단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 용기셸2 : 구멍

3 : 파이프5 : 용접 충전금속

14 : 돌출부20 : 파이프 보유셸

24,25 : 연결표면28 : 토로이달 요홈

40 : 턴기어

본 발명은 후벽부재에 파이프를 용접에 의해 결합하기 위한 방법 특히, 경수로 용기의 파이프 보유셸에 파이프를 결합하기 위한 방법에 관한 것이다.

경수로 특히, 가압 수로는 접시형 바닥에 의해 폐쇄된 전체가 원통형인 용기를 포함한다. 원통형 부분은 용기가 조립될 때 단부에 용접된 단부인 포장된 셸로 이루어져 있다. 파이프 보유셸이라 불리는 이들 셸들중의 한 셸은 일차 회로루프의 열간 레그와 냉간 레그를 형성하는 파이프 기구에 연결되도록 의도된 파이프의 결합이 생성된 지역내에서 이것의 벽을 통하여 통과하는 구멍들을 구비하고 있다.

본 발명은 셸벽의 전체 두께에 걸쳐 구멍내에 결합된 파이프의 외경보다 큰 직경의 셸을 통하여 통과하는 구멍이 구비되어 있는 파이프 보유셸에 파이프를 결합할 때까지 매우 광범위하게 사용된다. 부분들은 하나 이상의 용접실의 생산을 허용하는 셸의 구멍내와 파이프상에 상응하는 방법으로 가공되고 셸의 내측 또는 외측으로부터 충전금속으로 채워진다. 이러한 작업은 자동 서브머지아크 용접법을 사용하여 달성된다.

원자로의 용기가 약 4.50미터의 직경을 가지고 있는 경우에 있어서, 파이프 보유셸의 두께는 300밀리미터 보다 약간 작고, 이 두께는 셸의 모든 부분에서 실제적으로 균일하다.

파이프 보유셸의 파이프를 결합하는 다른 방법이 또한 제안되어 있다. 이 방법은 파이프 보유셸에 파이프의 내경에 실제적으로 대응하는 직경의 구멍을 제공하는데 있으며, 이는 셸벽의 외측상에서 구멍의 연장부내에 전체 두께에 걸쳐 용접되어 있다.

파이프를 결합하는 이 방법에서, 셸의 외부 표면상에 파이프가 결합되는 것을 "부착구조"라고 하고, 상기에 설명된 결합방법에 반하여 셸을 통하여 통과하는 구멍을 튜브가 들어가서 결합되는 것을 "삽입구조"라고 한다.

이론적으로는, 제2결합방법의 "부착구조"는 용접결정이 핵발전소의 안전 설계 명세서내에 제공된 형식의 사고를 성립할 수도 있는 결점이 상승할 수도 있기 때문에 "삽입구조"보다 많은 잇점을 제공할 수 있으며, 이 사고는 냉각제가 매우 높은 비율로 손실되어 일차 회로 레그의 고장과 동일하다.

삽입구조의 경우에 있어서, 고장의 결과로 파이프의 용접결합은 용기 고장과 동일한 사고를 만들어낸다.

그러나, "부착구조"의 설계는 증가된 두께의 파이프 보유셸의 사용과 이 셸상에 외측으로 돌출된 부분이 존재하고 그 위에 파이프가 세팅되는 것이 요구된다. 사실상, 이는 용적헤드의 용적때문에 셸의 외부 표면과 동일평면인 지역내에 파이프의 자동 서브머지드 아크용접의 달성이 불가능하다.

원자로 용기의 직경이 약 4.50m인 경우에 있어서, 파이프가 세팅된 돌출부의 지역내에서 450밀리미터 이상 올라갈 수 있는 이것의 주부분내에서 400밀리미터 정도인 두께를 가진 파이프 보유셸을 구비할 필요가 있다. 이러한 셸의 포징은 350톤 정도의 매우 많은 양의 초기 잉거트의 사용을 요구한다.

더욱이, 파이프의 자동 서브머지드 아크 용적의 실행은 여러가지의 체크가 요구되는 어려운 작업이다.

일반적으로, 원자로 또는 용기의 경우에 있어서, 후벽은 예를들면 100밀리미터 이상 두껍고 용접과 사용도구의 간소화 및 짧은 시간에 고정도의 용접질을 보장하는 파이프를 결합하기 위한 방법이 공지되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 벽의 측면들중의 한측면상의 구멍이 연장부안으로 이것의 전체 두께에 걸쳐 용접된 파이프의 내경과 실제적으로 동일한 직경의 적어도 하나의 통과구멍을 구비한 후벽부재에 용접하여 파이프를 결합하기 위한 방법을 제공하는데 있고, 이 방법은 이를 달성하는데 필요한 시간을 줄이고 용접생산을 단순화할 수 있으며 매우 높은 질의 용접을 할 수 있으며 제한된 두께의 벽을 사용할 수 있다.

이러한 목적을 위하여, 30 내지 60도 사이의 정점반각을 가진 파이프의 축과 일치하는 축을 가진 절두 원추체 형상의 연결 표면과 파이프의 단부쪽으로 감소하는 횡단 치수의 단면이 파이프의 단부부분에 생성되고 벽의 측면 방향으로 확장된 벽의 외부 측면상의 파이프 구멍의 연결표면의 형상에 대응하는 절두 원추체의 연결표면이 이 구멍과 동축적인 구멍의 지역내에서 이것의 두께부분에만 벽부재상에 생성되고,

- 벽과 파이프의 연결표면이 일치되도록, 위치되고,

- 파이프와 벽부재는 벽의 외부 측면으로부터 그들의 연결표면을 따라 충전금속없이 단순 통과하는 전자비임을 사용하여 용접된다.

본 발명을 적절히 이해하기 위하여, 본 발명을 가압 수로 용기의 파이프 보유셸의 경우에 본 발명에 따른 방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 어떤 제한없이 예증의 방법으로 설명하기로 한다.

제1도, 제4a도 및 제4b도는 셸(1)에 고정될 파이프(3)의 외경보다 큰 직경으로 가공된 구멍(2)을 가진 용기셸(1)이 도시되어 있다.

4개의 루프를 가진 원자로에 의도된 전체 파이프 보유셸은 각각 파이프(3)를 수용하도록 의도된 8개의 구멍을 구비한다. 파이프(3)는 일차 회로루프의 열간 레그 또는 냉간 레그의 어디에 연결되는지에 따라 두 형식이 있다. 두 형식의 파이프는 그들의 구멍이 원통형인지 아니면 실제적으로 절두 원추 체인지에 따라 구별된다.

파이프(3)와 구멍(2)은 파이프(3)가 구멍(2)의 내부의 제위치에 위치될 때 두 용접캠퍼가 결정되도록 대응 위치내의 환형 에지를 형성하도록 가공된다. 하나의 용접캠퍼는 파이프 보유셸의 외측쪽으로 열려 있고 다른 하나의 용접캠퍼는 내측으로 열려 있다. 두 캠퍼(5)의 조립체는 자동 서브머지 아크용접에 의해 충전금속으로 충전된다.

제1도 및 제4b도에 도시된 바와 같이, 용접 충전금속(5)은 외부 환경으로부터 용기내의 가압수를 분리하는 장벽의 일부를 형성한다.

제2도, 제5a도 및 제5b도는 가압수로의 파이프 보유셸의 제2구조와 이것의 생산방법을 도시하고 있다. 파이프 보유셸(10)은 파이프(13)의 내경에 실제적으로 대응하는 직경을 가진 통과구멍(12)을 구비하고 있다. 파이프(13)는 파이프 보유셸(10)의 외부 표면상에 세팅되어 있고, 이 때문에 그들의 내부 구멍은 파이프 보유셸(10)을 통하여 통과하는 구멍(12)의 정밀한 연장부내에 위치되어 있다. 파이프(13)는 각각 구멍(12)을 둘러싸는 원형 돌출부(14)의 지역내에서 파이프 보유셸(10)의 외부 벽에 고정되어 있다.

각각의 파이프(13)는 이것의 전체 두께에 걸쳐 대응 돌출부(14)에 용접하여 고정되어 있다. 충전금속(15)은 파이프(13)의 외측으로부터 단일 챔퍼내에 자동 서브머지 아크용접에 의해 부착될 수도 있다. 파이프상의 대응 에지와 돌출부(14)는 캠퍼를 결정할 수 있고 안쪽으로 폐쇄할 수 있다.

제2도 및 제5b도에 도시한 바와 같이, 이 "부착구조"에서, 용접충전금속(15)은 용기와 일차 회로의 대응 레그사이의 연결지역을 형성한다. 연결지역(15)에서의 고장은 일차 회로의 분지의 고장과 동일하지, 용기 고장과 동일하지 않다.

제1도, 제4a도 및 제4b도에 도시된 "삽입구조"와 제2도, 제5a도 및 제5b도에 도시된 부착구조의 두 경우에 있어서, 용접된 충전금속전압(5,15)을 형성하기 위한 용접작업은 용접된 접합의 완전한 질을 보장하기 위하여 대단한 주의를 가지고 행하여만 하며 계속적으로 감독하여야만 한다. 더욱이, 캠퍼를 결정하는 에지는 챔퍼의 부분 충전후에 가공하여 제거되어야만 한다.

외부 또는 파이프 보유셸의 내부로부터 달성되어야만 하는 이들 모든 작업은 시간이 매우 오래 걸리고 곤란하다.

파이프 보유셸의 직경이 4.50m 가까이 되는 경우에 있어서, "부착구조"의 경우에는 파이프 보유셸의 두께는 300㎜ 약간 아래이다. 파이프의 직경은 300㎜이다.

제2도, 제5a도 및 제5b도에 도시된 "부착구조"의 경우에 있어서, 동일 용기의 직경이 4.50m에 셸(10)의 주요부의 두께는 400㎜ 가까이 되고 구멍(12) 둘레의 파이프 보유셸(10)의 두께는 450㎜ 정도이고 셸(10)의 두께는 이들 지역에서 돌출부(14)의 존재에 의해 증가되어 있다. 생성된 용접 접합부(15)와 함께 파이프의 두께는 150㎜ 정도이다.

제2도, 제5a도 및 제5b도에 도시된 "부착구조"는 "삽입구조"의 경우와 비교하여 매우 많이 증가된 두께의 파이프 보유셸(10)의 사용이 요구된다.

돌출부(14)의 존재는 용접헤드의 통과를 허용하기 위하여 파이프 보유셸(10)의 표면으로부터 충분한 거리의 지역내에서 용접의 달성이 가능하게 할 필요가 있다.

제3도와 제6b도는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 고정된 파이프(23)와 파이프 보유셸(20)을 도시하고 있다. 파이프(20)는 파이프(23)의 내경에 대응하는 외경을 가진 여덟개의 통과구멍(22)을 구비하고 있다.

제6a도에 도시된 바와 같이, 조립되기 전의 파이프 보유셸(20)과 파이프(23)가 도시되어 있는데, 파이프 보유셸(20)과 접촉 조립되도록 의도된 파이프(23)의 단부분은 절두 원추형상(24)의 연결표면을 형성하도록 가공되어 있다.

파이프 보유셸(20)은 파이프(23)의 절두 원추체 연결표면(24)의 형상에 완전히 대응하는 형상의 절두 원추체 연결표면(25)을 형성하기 위하여 구멍(22)의 지역내에 이것의 두께의 일부분을 따라 가공된다. 연결표면(24)은 파이프의 단부쪽으로 감소하는 횡단치수와 파이프 보유셸(20)의 외측쪽으로 확장되는 구멍(22)의 표면(25)의 단면을 가진다. 절두 원추체 표면(24,25)의 정점 반각은 약 45°와 동일하다. 연결표면(25)은 파이프 보유셸(20)의 외부 표면상에서 확장된 부분과 함께 열려 있다. 구멍(22)의 확장된 절두 원추체 연결표면(25)의 내부에 파이프를 연결하기 위하여 단부의 결합은 쉽게 생산할 수 있다. 두개의 대응 절두 원추체 연결표면(25)은 각각 그들의 축으로서 구멍(22)의 축과 파이프의 축을 가지고 있다. 이들 두 축은 파이프가 제3도 및 제6b도에 도시된 바와 같이 제위치에 위치될때 일치한다.

제3도 및 제7도에 도시된 바와 같이, 파이프 보유셸(20)은 파이프(23)가 세팅되어 있는 통과구멍(22) 지역내에 부가적인 두께를 구비하지 않는다.

파이프 보유셸(20)은 파이프(23)와 파이프 보유셸(20)의 확장구멍이 개방되는 곳 사이의 연결지역(27)에 토로이달 요홈(28)만 구비한다.

토로이달 요홈(28)은 파이프(23)와 파이프 보유셸(20)의 확장된 구멍사이의 연결지역의 외부 단부에 더 잘 접근하는 것을 보장하는 틈새를 만드는 것이 가능하다.

제8도에 도시된 바와 같이, 파이프 보유셸(20)에 파이프(23)의 용접은 대기가 10^-5㎜ 수은주 정도의 고진공을 생산할 수 있는 펌프 시스템에 의해 배출될 수 있는 것으로부터 큰 외피(30) 내부에서 달성된다.

외피(30)는 장착된 전자건(31)을 포함하고 이 때문에 이는 기둥(34)상에서 수직방향으로 이동할 수 있고, 수직에 약 45°의 각을 형성하는 방향으로 하방으로 대향할 수 있다. 파이프 보유셸(20)는 그 자체가 장착된 플랫포움(37)상에 놓여 있고 이 때문에 이는 외피(30)의 내측으로 방진 이동할 수 있는 트롤리(36)상의 수직축 둘레에서 회전될 수 있다. 파이프 보유셸(20)은 턴기어(40)의 수평축과 로울러에 의해 플랫포움(37)상에 놓여있다.

전자비임이 파이프(23)를 파이프 보유셸(20)에 용접하는 동안에, 전자건(31)은 수직위치내에 경사 고정되고 트롤리(36)는 외피내의 고정위치내에 있고 파이프 보유셸(20)은 턴기어(40)상의 고정위치내에 있다. 파이프 보유셸(20)과 파이프(23)의 위치는 전자건(31)의 비임이 파이프와 파이프 보유셸 사이의 절두 원추체 연결표면의 모점을 따라 완전하게 안내된다. 파이프(23)의 축은 플랫포움(37)의 회전축과 일치하게 용접되어 있다. 플랫포움(37)이 느리게 회전하기 때문에 전자비임은 10 내지 40cm/분의 속도로 파이프와 파이프 보유셸 사이의 전체 절두 원추체 연결지역을 이동하게 된다.

충전금속없이 단일 진로내에서 파이프를 파이프 보유셸에 용접을 할 수 있는 정격 200kw의 전자건이 사용된다.

파이프 보유셸(20)과 파이프(23)는 2 내지 2.5%의 크롬과 0.90 내지 1.10%의 몰리브덴을 포함하고 탄소의 함량이 0.15%를 넘지 않는 강철을 포장하여 생산된다. 이 강철의 타게트 크롬과 블리브덴의 함량은 각각 2.25%와 1%이다.

공지된 이러한 종류의 강철은 100㎜ 이상의 두께의 부품인 경우에 전자비임 용접에 적당한 소둔특성을 가진 석유화학공업을 위하여 의도된 부품의 제조를 위하여 사용된다.

파이프를 용접하는 경우에 있어서, 용접 접합부의 두께는 150 내지 170㎜ 사이이며 이는 300㎜ 정도 이상의 두께로 연장되는 전자비임 용접의 성능과 경쟁 가능하다.

용접 접합부의 질은 아주 만족할만 하다는 것을 발견하였다.

8개의 파이프를 파이프 보유셸(20)에 연속적으로 용접을 달성하기 위하여, 파이프 보유셸은 이것의 수직축의 높은 위치에 용접될 파이프를 가져오기 위하여 턴기어(40)에 의해 이것의 축둘레에 대향된다.

구멍(22)의 확장된 부분둘레의 파이프 보유셸(20)상에 토로이달 요홈(28)의 존재는 전자비임이 연결지역에 더 잘 접근하도록 허용한다.

약 4.50 직경의 파이프 보유셸(20)을 가진 가압수로 용기의 경우에 있어서, 파이프 보유셸의 두께는 본 발명에 따른 파이프를 연결하기 위한 방법이 사용될때 350㎜ 이하로 제한된다. 실제로, 이 방법은 파이프 보유셸(20)의 외부 돌출부와 통과구멍(22)의 근처에 국부적인 부가 두께의 존재를 회피할 수 있다. 실제로, 45°경사진 전자비임은 제8도에 도시된 바와 같이, 파이프로부터 어떤 거리에 위치된 전자건과 함께 연결지역을 쉽게 도달할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 종래 기술에 따른 "부착구조"에 필요한 두께보다 실제적으로 작은 두께의 파이프 보유셸에 "부착구조"에 따라 파이프의 결합이 가능하다.

제7도는 충전금속없이 전자비임을 사용하여 용접 접합부(27)의 생산으로 본 발명에 따른 방법을 사용하여 파이프 보유셸에 결합된 파이프(23)를 도시한다.

파이프(23)의 내부 구멍은 파이프 단부 근처에서 중단된 스텐레스강(41)의 층으로 라이닝되어 있는데 이는 생산되는 동안에 파이프 보유셸(20)에 용접되기 전에 파이프의 내부에 생성된다.

이와 유사하게 파이프 보유셸(20)은 구멍(22) 근처에서 중단되는 스텐레스강(42)의 층으로 내부가 라이닝되어 있다.

파이프(23)가 전자비임을 사용하여 연결지역(27)을 형성하는 파이프 보유셸(20)에 용접된후에, 파이프 내부와 파이프 보유셸 내부의 스텐레스강 라이닝은 연결지역(27)을 덮고 층(41)과 층(42)을 연결하는 스텐레스강(43)층을 부착하여 완성되어야만 한다.

절두 원추형상의 파이프(23)와 파이프 보유셸(20,24,25)의 연결표면은 이들이 조립되기 바로전에 각 파이프(23)와 파이프 보유셸(20)의 대응구멍(22)에서 가공되어 생산할 수도 있다. 파이프(23)는 절두 원추체 연결표면(24)을 형성하도록 의도된 미리 제조된 단부를 구비할 수도 있다.

본 발명에 따른 방법의 주요 잇점은 충전금속의 사용없이 파이프를 파이프 보유셸에 신속히 결합을 허용하는 것이다. 이러한 파이프 보유셸의 두께는 이것의 주요부와 파이프에 연결하기 위한 부분에서 제한될 수도 있다.

모든 경우에 있어서, 절두 원추체 표면의 정점 반각은 파이프와 파이프 보유셸의 외측으로부터 연결지역에 충분한 접근가능성과 파이프의 만족할만한 결합을 획득하기 위하여 30 내지 60° 사이가 될 필요가 있다.

본 발명이 상기에 설명된 실시예에 한정되지 않는다는 것이 명백하다.

따라서, 본 발명은 이들 파이프 보유셸에 연결된 파이프에 다른 파이프 보유셸을 적용할 수도 있다. 또한 본 발명은 예를들면, 반구형 캡의 회전축상에 센터링된 구멍에서 반구형 캡에 파이프를 결합하는데 적용될 수도 있다. 이러한 파이프 연결은 화학 또는 석유화학 반응로인 경우가 종종 있다.

파이프 보유셸과 파이프의 생산의 경우에 상기에 설명된 것과 다른 금속의 사용을 고려할 수도 있다. 그러나, 사용될 강철은 고품질의 용접 접합부를 얻을 수 있도록 충분한 소둔특성을 가져야만 한다.

모든 경우에, 파이프와 이 파이프에 결합된 벽부재는 벽두께의 부분에만 중첩지역이 연장되어야만 한다. 중첩지역은 벽두께의 3분의 1 이상 연장되는 것이 양호하다. 중첩지역이 벽의 전체 두께 또는 연속부분에 걸쳐 연장된 경우에 파이프의 "부착구조"에 따른 결합의 단점은 다시 직면하게 된다.

본 발명은 원자로의 경우 뿐만 아니라 화학 또는 석유화학 반응로와 일반적인 압력용기에도 적용할 수 있다.

Claims (5)

1. 파이프(23)가 파이프 보유셸(20)의 외부 측면 또는 한 측면상에서 구멍(22)의 연장부 안으로 이것의 전체 두께에 걸쳐 용접되어 있고 파이프(23)의 내경에 실제적으로 동일한 직경의 적어도 하나의 통과구멍(22)을 구비한 파이프 보유셸(20)에 용접하여 파이프(23)를 결합하기 위한 방법에 있어서, 정점의 반각이 30 내지 60°이고 파이프 단부쪽으로 감소하는 횡단치수의 단면을 가진 파이프(23)의 축과 일치하는 축을 가진 절두 원추형상의 연결표면(24)이 파이프(23)의 단부상에 생성되고 파이프 보유셸의 외부 측면상으로 개방되고 파이프 보유셸(20)의 측변 방향으로 확장된 파이프(23)의 연결표면(24)의 형상에 대응하는 절두 원추형상의 연결표면(25)이 이 구멍과 동축적으로 구멍(22)의 지역에서 이것의 두께의 일부분상에 파이프 보유셸(20)상에 생성되고,

   - 파이프(23)와 파이프 보유셸(20)의 연결표면이 일치되게 위치되고,

   - 파이프(23)와 파이프 보유셸(20)이 이것의 벽의 외측으로부터 연결표면(24,25)을 따라 충전금속없이 전자비임을 사용하여 단일 통과로 용접되는 것을 특징으로 하는 파이프 보유셸에 파이프를 결합하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 연결표면(24,25)의 정점 반각이 실체적으로 45°와 동일한 것을 특징으로 하는 파이프 보유셸에 파이프를 결합하기 위한 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 파이프 보유셸(20)이 연결표면(25)의 확장부분이 개방되는 곳에 구멍(22) 둘레에 토로이달 요홈(28)을 구비한 것을 특징으로 하는 파이프 보유셸에 파이프를 결합하기 위한 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 파이프 보유셸(20)과 파이프(23)는 2 내지 2.50%의 크롬과 0.30 내지 1.10%의 몰리브덴을 함유하고 탄소함량이 0.15%를 초과하지 않는 강철로 제조된 것을 특징으로 하는 파이프 보유셸에 파이프를 결합하기 위한 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 파이프 보유셸이 약 4.50m의 직경과 350㎜ 이하의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 파이프 보유셸에 파이프를 결합하기 위한 방법.

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