• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.36-36
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• 1999

한국중공업(주)에서 수행한 KSTAR 진공용기 시작품 제작이 완성됨에 따라 제작과 관련된 종합기술을 분석하여 보았다. KSTAR 진공용기 시작품(그림1)은 전체의 1/4섹터인 90도 부분으로서 NBI(Neutral Beam Injection) 포트를 포함하는 45도 섹터와 축소포트(Reduced Port)를 포함하는 45도 섹터를 각각 먼저 제작한 후 두 부분을 용접하여 최종 시작품을 완성하였다. 용접은 SMAW법과 GTAW법 등 두가지 방법을 사용하였으며, 초기 용접시는 용접 면적이 작기 때문에 GTAW법을 이용하였고, 마무리 용접과 같이 용접 면적이 넓고 거친 부분에는 SMAW법을 이용하여 용접하였다. 모든 용접이 완전통과 용접이기 때문에 구조적 안전 면에서 좋으나, 진공측면에서는 다소 미흡한 점이 있다. 시작품은 상하 대칭구조로서 원통부분, 원형부분, 원추부분, 너클부분 (그림2) 등으로 나뉘어 지며 이중 원형품은 금형을 이용하여 성형하였고, 나머지 부분은 굽힘가공 후 절단적업을 하였다. 진공용기 조립은 안쪽과 바깥쪽 내벽부터 용접한 후 폴로이달 리브를 용접하고 외벽을 용접한다. 수평포트와 수직포트를 위해 스터브를 용접한 후 미리 용접해둔 NBI 포트 및 축소포트를 부착시켰다. 용접부위의 누설시험을 위한 방법으로, 용접주위 표면에서 개구하고 있는 홈에 적색 침투액을 침투시켜 침투 후 이 액을 홈의 개구로부터 빨아 내어 용접부위 표면상태에서 실제의 홈의 폭보다 확대한 홈의 지시모양으로 나타내게 하여 누설여부를 알기 쉽게 하는 액체 침투 탐상법을 적용하였다. 지시모양의 크기가 5mm 이상인 부분에 대해서는 재용접을 하였다. 누설 시험으로 초음파 탐상시험이 본제품 제작시 수행되어야 한다. 완성된 시작품에 대해 3군데의 위치에서 각각의 부분들이 용접되기 전과 후에 치수를 각각 측정하여 비교하였다. 또한 포트들에 대해서도 용접 전후 치수를 각각 측정하였다. 이러한 측정은 줄자를 사용하여 측정하였으므로 차 후 3차원 정밀 측정이 수반되어야 한다. 이상과 같이 시작품 제작을 통하여 문제점을 파악하고 개선책을 마련함으로서 향 후 KSTASR 진공용기 본 제품 제작할 때 반영코자 한다.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.24 no.4
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• pp.53-58
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• 2010

Offshore floater such as FPSO, drillship is composed of topside and hull side, and the interface structure is called topside module support. In this study, practical considerations were investigated for the design of topside module supports, from the concept design stage to the final stage of structural determination, in view of design efficiency and construction productivity. The effects of welding design factors of topside module support, such as welding throat thickness, sectional welding area, and welding man-hours, were compared and analyzed closely with respect to productivity. The current status and problems regarding the application of deep or full penetration welding are discussed, and a direct-calculation method is suggested as a possible solution to these problems.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.73-73
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• 2010

합금원소가 다량 첨가된 고합금강, 스테인리스강, Ni기 초내열합금 등은 용접시 혹은 후열처리 동안 열영향부 (HAZ: heat-affected-zone)에서 결정립계를 따라서 액화균열이 종종 발생한다. 이러한 액화균열은 급속한 가열시 HAZ의 결정립계가 국부적으로 용융되어 액상필름을 형성하고, 냉각시 수축으로 인한 인장구속응력에 의해 필름을 따라서 균열이 발생하여 생성된다. HAZ 결정립계 액화는 탄화물, 황화물, 인화물, 보론계 화합물 등이 급가열시 기지와의 반응에 의해 표피 액상을 형성하는 조성적 액화 (constitutional liquation)에 의한 액상의 결정립계 침투로 설명되거나, 결정립계 자체의 용융점을 상당량 낮추는 보론(B), 인(P), 황(S)등의 편석에 의한 국부적 입계 용융으로 주로 연관 지어 해석한다. HAZ 액화균열은 고온 입계균열 현상이므로, 결정립계의 특성에 따라 크게 영향을 받으며 결정립계 character 설계에 의해 액화균열 저항성을 개선시킬 수 있음을 유추할 수 있다. 한편, 본 연구자들은 최근 Ni기 초내열합금에 있어 입계 serration 현상을 새롭게 발견하였으며, 이론적 접근법을 통해 serration을 위한 특별한 열처리 방법을 개발하였다. 형성된 파형입계는 결정학적인 관점에서 조밀 {111} 입계면을 갖도록 분해 (dissociation)되어 낮은 계면에너지를 갖게 됨을 확인하였으며, 입계형상 변화뿐만 아니라 탄화물 특성변화까지 유도하여 크리프 수명을 기존대비 약 40% 정도 향상시킴을 확인하였다. 본 연구에서는 이러한 직선형 입계 대비 'special boundary'로 간주되는 파형입계가 도입될 경우, 보론 편석 및 HAZ 액화거동에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다. SIMS (secondary ion mass spectrometry)를 이용하여 열처리 직후 결정립계 보론편석 정도를 비교하였다. 파형입계 시편의 경우, 일반직선형 시편에 비해 결정립계에 보론편석 저항성이 우수함을 확인할 수 있었다. 재현 HAZ 열사이클 시험을 통해 미세조직을 정량적으로 분석하였다. 파형입계 시편 및 일반직선형 시편 모두 최고온도 $1060^{\circ}C$이상부터 입계 탄화물이 기지내로 완전 용해되고 입계가 액화되기 시작하였다. 최고온도별로 입계액화비율을 정량적으로 비교한 결과, 파형입계가 직선입계 대비 훨씬 낮음을 확인할 수 있었으며, 때때로 액화된 필름이 입계를 따라 전파되지 않고 부분적으로 단락되어 있음이 관찰되었다. 액화시험 후 투과전자현미경을 이용한 EDS (energy dispersive spectrometry) 분석을 통해 결정립계 액화의 주요원인은 입계 $M_{23}C_6$의 조성적 액화반응 보다는 보론 편석 (원자 및 $M_{23}(CB)_6$)으로 인한 결정립계 국부용융이 더 유력함을 유추할 수 있었다. 따라서 상기 결과로부터 입계구조가 안정되어 계면에너지가 낮은 파형입계가 보론편석에 대한 저항성이 우수하였으며, 이러한 결과는 액화 저항성에 대응되어 영향을 미침을 알 수 있었다. 게다가 파형입계에 액상 필름이 생성되더라도 낮은 계면에너지에 의해 비롯된 상대적으로 낮은 적심성 (wettability)에 의해 필름이 쉽게 전파되지 않음을 'Smith 입계 wetting 이론'을 이용하여 해석할 수 있었다.