KR970004418B1 - 경수 원자로 용기의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 경수 원자로 용기 - Google Patents

Abstract

없음

Description

경수 원자로 용기의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 경수 원자로 용기

제 1 도는 가압수 원자로 용기의 축방향 단면도.

제 2 도, 제 3 도, 및 제 4 도는 용기를 형성하는 구성 부품 및 조립 방법을 도시하는 분해도.

제 5 도 및 제 6 도는 전자 비임으로 원자로 용기를 용접하는 설비의 두 수직 방향에서의 정면도.

제 7 도는 제 5 도 및 제 6 도에 도시된 설비의 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 용기2 : 바닥

3 : 밀폐 헤드4 : 스터드

6, 7 : 코어 쉘8 : 파이프 지지 쉘

9 : 플랜지10 : 파이프

13 : 쉘18 : 하부 조립체

19 : 상부 조립체30 : 구조물

31 : 전자총33 : 보

32, 36 : 운반대37 : 회전 받침대

본 발명은 예를 들어 100mm보다 더 두꺼운 두께의 쉘을 구비하는 경수 원자로 용기의 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 가압수 원자로 용기의 제조 방법 및 새로운 설계에 의한 이러한 종류의 용기에 관한 것이다.

우묵한 바닥에 의해 그것의 단부가 밀폐된 가압수 원자로 용기는 전체적으로 원통 형상의 쉘로 구성된다. 코어를 포함하는 용기는 강한 중성자 방사에 노출되므로 320℃의 온도 및 150×10⁵Pa의 압력에서 물로 구성되는 주된 유체의 온도 및 압력을 견뎌야 한다. 현재 사용되고 있는 가압수 원자로 용기는 대체로 200mm 내지 300mm의 두께를 가지며 용접에 의해 조립되는 원통형 쉘 및 제 1 우묵한 바닥등 두 부품으로 부터 제조되어야 한다. 용기의 제 2 우묵한 바닥은 용기를 형성하는 한개의 쉘에 용접된 플랜지에 용기가 놓여질 때 스터드에 의해 단단하게 고정되는 밀폐 헤드를 형성한다.

용기의 조립은 용가재로 잠수 아아크 용접함으로써 수행되며 이러한 작동은 두개의 용접테이퍼부를 한정하도록 조립되어야할 부품의 단부가 적절하게 가공되고 용가재로 채워지는 것을 필요로 한다.

이렇게 생성된 용접점의 내부 및 외부는 재가공되어야 하며 열처리 되어야 한다.

용접 작동 동안 취한 모든 예방 조치에도 불구하고 용가재는 용기 금속의 금속 구조로 일정한 불연속성으로 주입되며 이는 특히 용접 결합부가 코어 반대편의 용기에 위치할 때 알게 된다.

그러나, 용접 작동 동안 많은 예방 조치 및 많은 검사를 함으로써 용기의 매우 높은 안전성을 얻을 수 있다.

그러므로 원자로 용기의 조립은 복잡한 수단의 사용 및 고도의 자질을 갖춘 기술자를 필요로 한다. 용접 테이퍼부를 채우는 데는 많은 용접 패스와 용접결합부에 어떠한 다른 입자(슬래그 함유물 등)가 있지 않도록 탑지된 침전 금속을 필요로 한다.

만일 패스 및 비교적 두꺼운 부품에 용접결합부가 생기는 것을 허용하며 용가재 없이 용접을 사용하는 조립 공정은 공지되어 있다.

특히, 전자 비임에 의한 용접은 비교적 두꺼운 성분을 조립하는 데에 이미 사용되고 있다.

그러나, 경수 원자로 용기의 제조에 사용된 강철은 100mm 이상의 두께를 갖는 성분이 단일 패스에서 완전한 용접 결합부를 갖는 전자 비임에 의한 용접을 허용하지 않는 것을 시험을 통해 알 수 있다.

본 발명의 목적은 대체로 환형이고 대칭 형상인 최소한 두개의 단위 부품으로 구성되며 전 두께에 걸쳐 용접함으로써 용기가 조립되는 예를 들어 100mm 이상의 두께를 갖는 쉘을 구비하는 경수 원자로 용기를 제조하는 방법으로써, 높은 질의 용접 결합부의 생성을 허용하고 매우 양호한 방사선 저항력을 갖도록 하며 종래 기술보다 짧은 시간으로 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이 목적을 위해, 벽 두께가 100mm 이상인 단위 성분들은 2 내지 2.5%의 크롬, 0.9 내지 1.1%의 몰리브덴 및 0.15% 이하의 탄소를 함유하는 강철로 만들어지며 단위 부품들의 조립은 단일 패스에서 부품들의 전 두께에 걸쳐 용가재 없이 전자 비임에 의해 용접함으로써 수행된다.

4.50m의 직경을 갖는 가압수 원자로 용기의 제조에 적용하는 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 용기인 본 발명을 첨부한 도면을 참조로 제한되지 않는 예시에 의해 상세히 설명한다.

제 1 도는 원통 형상의 중간 부분과 우묵한 바닥(2) 및 반구형상의 밀폐 헤드(3)로 용기를 전체적으로 도시한다. 밀폐 헤드(3)는 스터드(4)에 의해 용기(1)의 몸체에 단단히 고정된다.

용기의 원통형 부분은 두개의 코어 쉘(6, 7)과 파이프 지지 쉘(8) 및 플랜지(9)로 구성된다. 파이프(10)는 용기가 주된 순환 배관에 연결되는 것을 허용한다. 바닥(2) 및 밀폐 헤드(3)는 각각 두 부분(2a, 2b), (3a, 3b)으로 구성된다.

용기 몸체를 형성하는 단위 부품(2a, 2b, 6, 7, 8, 9 및 10)은 결합부(11)에서 용접에 의해 함께 조립된다. 밀폐헤드의 부분(3, 3b)도 용접에 의해 유사하게 조립된다.

원자로의 코어를 형성하는 연료 조립체가 있는 구역(12)은 도시된 용기(1) 내부에 배열된다.

두개의 코어 쉘(6, 7) 및 상부 코어 쉘(7)과 파이프 지지 쉘(8)사이의 용접 결합부(11)는 코어와 같은 높이이며 방사에 의한 응력을 가장 많이 받는다.

제 2 도는 원자로 용기를 형성하는 다양한 단위 부품들의 조립되기 전의 상태를 도시한다. 대부분의 부품들은 두개의 구형 단부 캡(2a, 3a)을 제외하고는 쉘 또는 환형의 플랜지를 형성한다.

이 부품들은 0.22%의 탄소, 1.15 내지 1.60%의 망간, 0.10 내지 0.30%의 규소, 0.50 내지 0.80%의 니켈, 0.25%의 크롬, 0.43 내지 0.57%의 몰리브덴으로 구성된 강철을 단조함으로써 만들어진다.

조립되어야 할 다양한 부품들은 단부가 함께 고정되도록 단부에 모서리가 형성되게 가공된다. 부품이 조립 위치에 위치하면, 단부는 연속적인 자동 잠수 아아크 용접에 의해 용착된 용가재가 있는 한개 또는 두개의 테이퍼부를 한정한다.

모서리 및 용가재의 한 부분은 가공되어 연속적인 용접 패스를 구성하는 연속층을 용착시킴으로써 용접결합부가 마무리된다. 용접결합부를 만들기 위해서는 많은 패스가 수행되어야 한다.

제 3 도에 도시된 바와 같이 제 1 단계도 코어 쉘(6, 7)은 단부 대 단부로 조립되어 쉘(13)의 형상이 된다. 바닥(2)은 조립되어 조립체에 용접된다. 제 1 조립체(18)는 용기의 하부 조립체를 형성한다(제 4 도). 상부조립체(19)는 그 위에서 파이프(10)가 단단히 고정되고 플랜지(9)가 조립되는 파이프 지지 쉘(8)을 구비한다. 이러한 모든 용접은 자동 잠수 아아크 용접으로 이루어진다.

밀폐 헤드(3)는 부품(3a, 3b)을 잠수 아아크 용접함으로써 만들어진다.

용기를 형성하는 다양한 부품들은 대체적으로 200 내지 300mm의 두께를 갖는다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 용기에 있어서, 용기를 형성하는 단조 부품(2a, 2b, 6, 7, 8, 9, 10, 3a 및 3b)은 주로 2 내지 2.50%의 크롬과 0.9 내지 1.10%의 몰리브덴을 함유하며 탄소 함유량이 0.15%를 넘지 않는 강철로 만들어진다. 2.25%의 크롬 및 1%의 몰리브덴을 함유하는 강철이면 더 양호하다.

더 정확하게 말해서 본 발명에 따른 제조 공정을 수행하기 위해 사용된 강철은 0.11 내지 0.15%의 탄소, 0.30 내지 0.60%의 망간, 0.15 내지 0.35%의 규소, 2 내지 2.50%의 크롬, 0.9 내지 1.1%의 몰리브덴, 최대 0.30%의 니켈, 최대 0.005%의 인, 최대 0.005%의 황, 최대 0.05%의 구리, 최대 0.01%의 바나듐, 최대 0.02%의 알루미늄, 최대 0.03%의 코발트, 최대 0.001% 안티몬 및 최대 0.012% 비소로 구성된다.

이러한 강철로 얻을 수 있는 최소의 기계적 성질은 20℃에서,

기계 강도 ; 559MPa

탄성 한계 : 385MPa

신장류 E : 20%

이고, 330℃에서는 탄성 한계가 310MPa이다.

석유 화학 산업에 사용하려 했던 부품의 제조에 일시적으로 사용된 이러한 강철은 최소한 300mm의 두께까지는 전자 비임에 의해 용접될 수 있는 것을 알게 되었다. 200KW의 동력을 갖는 전자 비임 용접층으로 단일 패스에서 용접된 용접점은 우수한 야금학적 특성을 갖는다.

본 발명에 따른 용기를 형성하는 다양한 쉘 및 구형 캡은 200 내지 300mm의 두께를 갖는다.

단일 부품의 용기를 제조하기 위해 부품(2a, 2b, 6, 7, 8, 9, 10, 3a 및 3b)은 공지된 주조에 의해 가공, 형성되며 종래의 기술 공정으로 단조된다.

이러한 단위 부품의 조립은 종래 기술에 따른 생산기술로써 조립체(13)에 예비 조립된 바닥(2)을 용접함으로써 용기의 하부 보조 조립체(13)가 형성되도록 그리고 플랜지(9)를 쉘(8)에 용접하여 형성된 파이프 지지 쉘(14)에 파이프(10)를 용접함으로써 상부 보조 조립체(19)가 형성되도록 수행된다.

용기(20)의 최종 조립체는 하부 보조 조립체(18) 및 상부 보조 조립체(19)의 단부 대 단부 용접으로 만들어진다(제 4 도).

각 용접점이 일치하도록 위치한 많은 용접점은 결합되어야 할 성분의 단부상의 전자 비임에 의해 단일 패스에서 생성된다.

종래 기술의 잠수 아아크 용접과 비교해보면, 사용된 열 에너지의 양은 매우 적고 두 부품의 접합점에서 재료의 감소된 체적으로 생성된다.

따라서 용기를 형성하는 부품의 열 변형 및 뒤틀림을 감소한다. 전자 비임 용접은 방사선 저항력이 모재의 방사선 저항력과 똑같은 용가재 없이도 결합부를 얻을 수 있다.

더욱이 전자 비임 용접은 용기 조립 시간의 현저한 감축으로 단일 패스에서 수행된다.

제 5 도, 제 6 도 및 제 7 도는 원자로 용기를 구성하는 단위 부품의 전자 비임 용접을 가능하게 하는 설비를 도시한다.

이 설비는 10^-5mmHg의 진공 상태를 만들 수 있는 펌핑 장치에 의해 소기되는 커다란 크기의 구조물(30)로 구성된다.

4.50m의 직경을 갖는 가압수 원자로 용기를 조립하는 경우에는 길이가 8.50m, 폭이 7.50m, 높이가 12.50m 인 내부 치수를 갖는 평행 육면체 형상의 구조물이 제공된다. 이러한 구조물의 용적은 800m³이다.

200KW의 동력을 갖는 전자총은 구조물(30)의 전 높이에 걸쳐 연장된 두개의 수직 기둥에서 수직 방향으로 이동할 수 있도록 설치된 보(33)의 길이 방향을 따라 이동할 수 있도록 설치된 운반대(32)에 단단하게 고정된다. 이는 전자총이 횡방향으로 6m, 수직 방향으로 9m 이동할 수 있도록 해준다.

제 5 도 및 제 7 도에 도시된 바와 같이 전자총(31)은 운반대(32) 상에서 수평축 주위를 90°이상 회전하고 구조물에 관해 수직축 주위를 횡방향 이동할 수 있도록 설치된다.

또한 전자 비임 용접 설비는 5m의 직경을 갖는 회전 받침대(37)가 설치된 운반대(36)를 구비한다. 운반대(36)는 구조물(30)의 내부에서 길이 방향으로 3.30m 이상 이동할 수 있도록 설치된다.

제 5 도, 제 6 도 및 제 7 도에 도시된 것과 같은 설비는 원자로 용기 조립체의 모든 용접점의 생성을 기능하게 된다.

쉘은 함께 조립하기 위한 또는 쉘과 구형 캡을 조립하기 위한 용접점을 생성하기 위해서, 조립되어야 할 부품은 받침대에 단단히 고정되며 전자총은 용접 결합부를 만들기 위해 원하는 높이에서 수평하게 위치한다.

부품들은 회전 받침대(37)의 수직축 주위를 회전하도록 만들어지며, 용접 결합부는 용접되어야할 결합부의 두께에 따라 10 내지 40cm/min의 속도로 단일 패스에서 전자 비임에 의해 용접된다.

2.25%의 크롬 및 1%의 몰리브덴을 함유하는 강철로 구성된 성분에 있어서 300mm의 두께까지 그리고 우수한 금속질의 용접 결합부를 만드는 것은 가능하다.

파이프(10)는 제 5 도, 제 6 도 및 제 7 도의 설비를 사용함으로써 전자 비임 용접에 의해 파이프 지지 쉘(8)에 단단히 고정된다. 이러한 작동은 본 출원과 동일한 날자에 프라마돔므 캄파니에 의해 출원된 특허출원에 설명된 방법에 의해 수행될 수 있다. 이 방법은 특히 각각의 파이프와 원추형상의 쉘 사이의 연결 표면에 의해 특징지어진다.

부품들을 만드는데 사용된 강철은 방사선 감수성이 낮은 근본적인 이점을 갖는다. 비방사 단계에 있어서 크롬-몰리브덴 강철의 연성판의 초기 온도는 -20℃ 이하이다. 원자로의 코어에 접근한 작동 상태하에서 40년간 방사된 후에 이 온도는 0℃ 내지 10℃ 정도로 올라간다. 이 상태는 원자로 용기의 최대 수명과 일치한다. 따라서 본 발명의 방법에 따라 크롬-몰리브덴 강철로 만들어진 부품은 연성판 아래에서만 나타날 수 있는 불안정한 균열 전파에 기인한 벽개 파괴는 일어나지 않는다. 또한 용기내에서 누설을 야기할 수 있는 어떠한 균열 전파의 위험도 피할 수 있다.

더욱이, 사용된 강철의 탄소 함유량이 낮으므로 일반적으로 용기의 내부벽에는 스테인레스 코팅의 단일층이 요구된다. 이러한 이점은 강철의 탄소 함유량이 낮으면 낮을수록 더 현저하게 나타난다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않는다.

방법은 다만 전자 비임에 의해 단일 패스에서 용접될 수 있는 벽 두께만 제한한다.

이 제한을 숙지하면, 본 발명은 어떤 원자로 용기의 제조에도 응용할 수 있다.

Claims (6)

1. 부품을 만들기 위해 전 두께에 걸쳐 용접함으로써 조립되고 전체적으로 대칭 형상인 최소한 두개의 단위 부품으로 구성되며 예를 들어 100mm 이상의 두께를 갖는 쉘을 구비하는 경수 원자로 용기의 제조 방법에 있어서, 벽 두께가 100mm 이상인 단위 부품(2a, 2b, 6, 7, 8, 9, 10, 3a, 3b)은 2 내지 2.50%의 크롬, 0.9 내지 1.1%의 몰리브덴 및 0.15% 이하의 탄소를 함유하는 강철로 만들어지며, 단위 부품의 조립은 단일 패스에서 용가재없이 단위 부품의 전 두께에 걸쳐 전자 비임 용접으로 수행되는 것을 특징으로 하는 경수 원자로 용기의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 강철은 0.11 내지 0.15%의 탄소, 0.30 내지 0.60%의 망간, 0.15 내지 0.35%의 규소, 2 내지 2.5%의 크롬, 0.9 내지 1.1%의 몰리브덴, 최대 0.30%의 니켈, 최대 0.005의 인, 최대 0.005%의 황, 최대 0.05%의 구리, 최대 0.01%의 바나듐, 최대 0.01%의 알루미늄, 최대 0.03%의 코발트, 최대 0.001%의 안티몬 및 최대 0.012%의 비소로 구성되는 것을 특징으로 하는 경수 원자로 용기의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 단위 부품(2b, 6, 7, 8)은 200 내지 300mm 두께의 벽을 갖는 것을 특징으로 하는 경수원자로 용기의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 부품이 반구형 바닥(2), 코어 쉘(13) 및 파이프 지지 쉘(8)을 구비하는 가압수 원자로용기인 경우에 반구형 바닥(2)은 전자 비임 용접으로 코어 쉘(13)에 연결되며, 용기(18)의 하부 보조 조립체는 용기 밀폐 헤드(3)를 지지하기 위한 플랜지(9)에 일체로 고정된 그리고 전자 비임 용접된 파이프 지지 쉘(14)을 구비하는 상부 보조 조립체에 연결되는 것을 특징으로 하는 경수 원자로 용기의 제조 방법.
5. 반구형상의 우묵한 바닥에 의해 밀페된 원통형 몸체를 구비하는 가압수 원자로 용기에 있어서, 대체로 2 내지 2.50%의 크롬과 0.9 내지 1.1%의 몰리브덴 및 0.15% 이하의 탄소를 함유하는 강철로 만들어지고 대칭 형상이며 단일 패스에서 전 두께에 걸쳐 전자 비임 용접되어 조립되며 100mm 이상의 벽 두께를 갖는 단위 부품으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가압수 원자로 용기.
6. 제 5 항에 있어서, 용기 몸체를 형성하도록 전자 비임 용접으로 단부와 단부가 함께 연결된 반구형 바닥(2), 원통형 쉘(13) 및 파이프 지지 쉘(14)을 구비하며 그리고 반구형 밀폐 헤드(3)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가압수 원자로 용기.

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