본 논문은 Alloy 82/182를 용가재로 사용한 SA508 Gr.3 노즐과 F316L 스테인리스강 안전단 사이의 이종금속 용접부에서 상온의 인장물성치와 파괴물성치를 평가하였다. 이를 위해서 두 모재와 열영향부, 버터링부, 그리고 용접부 내의 각 위치에서 채취된 시편을 이용하여 인장시험과 J-R 시험을 수행하였다. 시험 결과 Alloy 82/182 용접 루터부가 상부에 비해 높 은 강도를 보였다. 용접 루터부에서는 항복강도와 인장강도가 위치에 따라 크게 변화하였다. 버터링 부분이 가장 낮은 강도를 보였으며, F316L 스테이리스강 인접부로 갈수록 강도가 증가하였다. 반면, 용접 상부에서는 위치에 따른 강도의 변화가 크지 않았다. Alloy 82/182 용접부는 모재와 열영향부에 비해 낮은 파괴인성을 보였다. Alloy 82/182 용접부 내에서는 용접부 중심이 용접 경계부와 버터링부에 비해 약간 낮은 파괴인성을 보였으며, 용접 루터부가 용접 상부에 비해 높은 파괴인성을 보였다.
Alloy 82/182로 용접된 원자력 발전소 주기기의 이종 금속 용접부는 장기간 운전 후 응력부식균열(SCC : Stress Corrosion Cracking)에 의한 결함이 나타나게 된다. 2000년대 이후로 원자력 주기기 Alloy 82/182 용접부에서 PWSCC(Primary Water Stress Corrosion Cracking)에 의한 Degradation이 급격히 증가하는 추세를 보이고 있으며, 국내에서도 이와 관련하여 원자력 발전소의 안전성에 대한 Issue 및 대비책에 대한 관심이 고조되고 있다. 이러한 Alloy 600 용접부에 대한 결함을 예방하기 위한 대표적인 기술로써 수명연장 오버레이 기술이 있다. 원자력 주기기 노즐부는 저탄소강으로 제작되어 있으며, 저탄소강에는 제작 시 용접후열처리가 적용된다. 후열처리를 하는 주된 이유는 Tempering을 통해 열영향부의 인성 및 연성의 회복과 강도를 감소시켜 모재와 동등 또는 이 이상의 물성을 갖도록 하는 데 그 목적이 있다. 그러나 수명연장 오버레이의 경우 현장 작업 시에 후열처리가 어렵기 때문에, 이를 대체하기 위한 기술로 템퍼비드 용접을 적용할 경우 후열처리를 면제해 주고 있다. 본 연구에서는 수명연장 오버레이 기술 개발의 일환으로써 저 탄소강에 대한 템퍼비드 용접 기술을 확립하였다. 실험에 사용된 모재는 원자력 주기기의 노즐에 사용되는 SA508 Gr.3 Cl.1을 사용하였으며, 용가재는 Alloy 52 및 52M을 사용하였다. 최적 조건 도출을 위해서 실험 매트릭스를 이용하여 기본 실험을 수행하였으며, 실험에는 자동 GTAW 용접을 적용하였다. 기본 실험을 통해 얻은 최적 조건을 사용하여 PQ 시험을 수행하여 WPS를 확보하였다. 분석은 용접 후 조직 및 경도 시험, 물리시험(인장시험, 굽힘시험 및 충격시험)을 수행하였다.
The paper presents the characteristics of mechanical properties within the heat affected zone (HAZ) of dissimilar metal weld between SA508 Gr.1a and F316 stainless steel (SS) with Alloy 82/182 filler metal. Tensile tests were performed using small-size specimens taken from the HAZ regions close to both fusion lines of weld, and the micro-structures were examined using optical microscope (OM) and transmission microscope (TEM). The results showed that significant gradients of the yield stress (YS), ultimate tensile stress (UTS), and elongations were observed within the HAZ of SA508 Gr.1a. This was attributed to the different microstructures within the HAZ. In the HAZ of F316 SS, however, the welding effect dominated the YS and elongation rather than UTS, and TEM micrographs conformed the strengthening in the HAZ of F316 SS was associated with a dislocation-induced strain hardening.
This study was performed to investigate the effect of ultrasonic nano crystal surface modification (UNSM) on residual stress mitigation after Weld Inlay repair for butt dissimilar metal weld with Alloy 82/182 in reactor vessel In/Outlet nozzle. As-welded and Weld Inlay specimens were made in accordance with design standard of ASME Code Case N-766, and two planes of their weld specimens were peened by the optimum UNSM process condition. Peening characteristics for weld specimens after UNSM treatment were evaluated by surface roughness and Vickers hardness test. And, residual stress for weld specimens developed from before and after UNSM treatment was measured and evaluated by instrumented indentation technique. Consequently, it was revealed that the mitigation of residual stress in weld metal after Weld Inlay repair of reactor vessel In/Outlet nozzle could be possible through UNSM treatment.
This paper presents the characteristics of mechanical properties within the heat affected zones(HAZs) of dissimilar metal weld joint between SA508 Gr.1a and F3l6 stainless steel(SS) with Alloy 82/182 filler metal. Tensile tests were performed using small-size specimens taken from the heat affected regions close to both fusion lines of weld, and the micro-structures were examined using optical microscope(OM) and transmission microscope(TEM). The results showed that significant gradients of the yield stress(YS), ultimate tensile stress(UTS), and elongations were observed within the HAZ of SA508 Gr.1a. This was attributed to the different microstructures within the HAZ developed during the welding process. In the HAZ of F316 SS, however, the welding effect dominated the YS and elongation rather than UTS. TEM micrographs demonstrated these characteristics of the HAZ of F316 SS was associated with a dislocation-induced strain hardening.
Kim, H.-S.;Hong, J.-D.;Lee, J.;Gokul, O.S.;Jang, C.
Corrosion Science and Technology
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제14권3호
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pp.113-119
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2015
Alloy 82/182 weld metals had been extensively used in joining the components of the PWR primary system. Unfortunately, there have been a number of incidents of cracking caused by PWSCC in Alloy 82/182 welds during the operation of PWR worldwide. To mitigate PWSCC, optimization of water-chemistry conditions, especially dissolved hydrogen (DH) and Zn contents, is considered as the most promising and effective remedial method. In this study, the PWSCC behaviours of Alloy 182 weld were investigated in simulated PWR environments with various DH content. Both in-situ and ex-situ oxide characterizations as well as PWSCC initiation tests were performed. The results showed that PWSCC crack initiation time was shortest in PWR water (DH: 30cc/kg). Also, high stress reduced crack initiation time. Oxide layer showed multi-layered structures consisted of the outer needle-like Ni-rich oxide layer, Fe-rich crystalline oxide, and inner Cr-rich inner oxide layers, which was not altered by the level of applied stress. To analyse the multi-layer structure of oxides, EIS measurement were fitted into an equivalent circuit model. Further analyses including TEM and EDS are underway to verify appropriateness of the equivalent circuit model.
In nuclear power plants, ferritic low alloy steel nozzle was connected with austenitic stainless steel piping system through alloy 82/182 butt weld. Accurate estimation of residual stress for weldment is important in the sense that alloy 82/182 is susceptible to stress corrosion cracking. There are many results which predict residual stress distribution for alloy 82/182 weld between nozzle and pipe. However, nozzle and piping system usually connected through safe end which has short length. In this paper, residual stress distribution for pressurizer nozzle of Kori nuclear power plant was predicted using FE analysis, which consideded safe end. As a result, existing residual stress profile was redistributed and residual stress of inner surface was decreased specially. It means that safe end should be considered to reduce conservatism when estimating the piping system.
니켈합금 용접재료인 Alloy 82/182 용접부에서의 일차수응력부식균열(PWSCC, Primary Water Stress Corrosion Cracking)은 원자력발전소내 주요 기기의 건전성을 저해시킬 수 있는 요인으로, 용접시 발생하는 인장 잔류응력에 의해 발생할 수 있다. 해외 원자력발전소의 경우 가압기 노즐 등에 적용된 Alloy 82/182 이종금속 용접부에서 PWSCC에 의한 균열이 여러 차례 보고되고 있으며, 이를 예방하기 위한 법으로 인장 잔류응력을 줄여줄 수 있는 오버레이 용접을 수행하고 있다. 본 논문에서는 PWSCC를 예방하기 위한 목적으로 수행되는 오버레이 용접에 대해 설명하고 오버레이 용접의 효과를 유한요소해석을 통해 확인하였다.
In nuclear power plants, ferritic low alloy steel components were connected with austenitic stainless steel piping system through alloy 82/182 butt weld. There have been incidents recently where cracking has been observed in the dissimilar metal weld. Alloy 82/182 is susceptible to primary water stress corrosion cracking. Weld-induced residual stress is main factor for crack growth. Therefore exact estimation of residual stress is important for reliable operating. This paper presents residual stress computation performed by 6" safety & relief nozzle. Based on 2 dimensional and 3 dimensional finite element analyses, effect of welding variables on residual stress variation is estimated for sensitivity analysis.
In several locations of the pressurized water reactors, dissimilar metal welds using inconel welding wires are used to join the low alloy steel nozzles to stainless steel pipes. To evaluate the integrity and design the dissimilar welds, tensile and fracture properties variations are needed. In this study, dissimilar metal welds composed of SA508 Gr.3 LAS, inconel 82/182 weld, and TP316 stainless steel were prepared by gas tungsten arc welding and shielded metal arc welding technique. Microstructures were observed using optical and electron microscopes. Different tensile and fracture properties were observed depending on the specimen sampling position at room temperature and $320^{\circ}C,$ and that was discussed based on the microstructure characteristics. It was found that the strength at the bottom of weld was greater than at the top of the weld. Also, from the test data using small punch specimen, more detailed tensile property variations were evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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