Hot cell에서의 활용을 전제로 한 용접기술 개발을 목적으로 가용한 용접방식의 적용 타당성 및 용접부 특성에 대해 조사, 분석하였다. 적용한 용접방식은 Upset butt저항용접, GTAW, LBW이었다. 각 용접방식에 따른 기계적 시험에 있어서 공히 용접부가 아닌 피복관 파괴로 연료봉 봉단용 접부의 품질요건을 만족하였으며, 용접부 형상 및 미세경도 분석에 있어서는 열영향부가 GTAW, Upset butt저항용접, LBW의 순으로 작게 나타났다. 또, 미세조직상으로는 거의 유사한 조직의 martensitic $\alpha$'와 Widmanstatten조직이 혼합되어 있었다. 따라서 Upset butt 저항용접, GTAW, LBW 방식을 적용한 Zr-4 핵연료 피복관의 봉단용접은 가능했으며, Hot cell 적용을 고려시 LBW 용접방식이 적절하였다.
하나로 핵연료의 피복관과 봉단마개 재료로 사용되는 Aluminum 1060의 전자빔 용접부의 비드 특성을 조사하기 위하여 bead-on-plate 용접을 하였다. 비드의 단면을 절단하여 가속전압, 빔 전류, 용접속도에 따른 비드의 폭과 용입 깊이의 변화를 측정하고 용접부에 발생한 용접결함을 관찰하였다. 실험결과 가속전압과 범 전류의 증가에 따라 용입 깊이는 직선 비례적으로 계속 증가하였지만 비드폭은 그 증가율이 감소하는 경향이었다. 용접속도의 증가에 따라서 비드 폭과 용입깊이는 감소하는 경향을 보였다. 또한 범 출력이 높은 용접부의 root부에 다수의 porosity 가 발생하는 것을 관찰 할 수 있었으며 핵연료 봉단 마개의 porosity와는 다른 것을 확인하였다.
This study is to compare the weldability of Zircaloy-4 end cap of nuclear fuel pin using by GTA and Nd :YAG LB. The welding parameters which affect bead width and penetration depth have been investigated. The effect of joint geometry of end cap for GTAW and LBW has been studied and optimum conditions of Zircaloy-4 endcap welding have been found. Microstructures and microhardness of GTA and LB welded zones have been also compared.
핵연료 제작과정에서 봉단마개 용접부는 완벽한 품질이 요구되고 있다. 본 연구에서는 와전류탐상방법을 이용하여 봉단마개 용접부의 검사를 위한 기초적인 방법을 연구하였다. 봉단마개 용접부 와전류검사를 위한 주사속도와 와전류신호의 최대주파수를 찾았고 잡음신호제거를 위해 대역통과여파기(0-250Hz)론 사용하였다. 이러한 와전류탐상방법은 직경 0.35mm의 작은 핀홀결함에서도 좋은 감도를 얻을 수 있었다.
중수로용 핵연료봉의 주요 파손부위는 피복관 원주방향 주름부위와 봉단마개-피복관 용접 부위로 알려져 있다. 중수로용 개량핵연료인 CANFLEX 핵연료 개발시, 이러한 핵연료봉 부위들에 대한 건전성이 입증되어야 한다. 이에따라 CANFLEX-NU 핵연료봉의 피복관 원주 방향 주름부위 및 피복관-봉단마개 용접부위에 대한 정상상태 운전시의 건전성을 평가한 결과, 정상상태 운전시는 핵연료봉의 건전성이 유지가 됨을 알 수 있었다.
The present study was aimed at investigating the effect of welding parameters such as welding current, electrode force(or squeeze force) and parts cleaning on the sound weld, and establishing the most reliable weld conditions for HWP(Heavy Water Reactor) fuel end capping with the resistance upset butt welding. Major results obtained are as follows. 1. The amount of sound weld was increased with increasing weld current(5.0-11KA) because the activated diffusion with increasing heat generation played an important role in eliminating the porosity and weld line in the weld interface. 2. It was found that weld current was not significantly influenced by the electrode force although the increase of it caused a slight increase of weld current and upset deformation. 3. Acetone rinsing before drying for the Zircaloy-4 end cap cleaning produced the reliable sound weld because it would remove the remaining solvent and surface films, and provided the uniform contact between the end cap and the tube. 4. The optimum welding conditions for fuel end capping by a resistance upset hytt welding are obtained as follows. weld current: 10-11KA, electrode force: 62-90KPa parts cleaning: vapor degreasing.rarw.water, acetone rinsing.rarw.drying.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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