증기발생기 전열관 감육부의 손상평가 및 탄성파 특성

Abstract

본 연구에서는 원자력 발전소 증기발생기 전열관 튜브로 사용되는 인코넬 690을 사용하여 장시간 사용함으로서 발생하는 감육 현상을 모의하여 4점 굽힘시험을 실시하고,유한요소 해석을 실시하여 실험과 해석을 비교하였다.또한 굽힘시에 발생하는 탄성파를 검출하여 재료특성을 평가하였으며,모니터링 기법의 개발에 적용하기 위하여 감육부에 steelb all을 낙하시켜 발생하는 탄성파를 검출하여 wavelet해석을 실시하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 증기발생기 전열관의 감육부에 대한 실험과 해석에 의하여 손상평가를 행한 결과,감육부의 형상에 따라 강도 및 변형의 정도가 다르게 나타남을 알 수 있었다.이것으로부터 감육비 및 감육길이가 강도와 변형을 결정하는 파라미터라는 것을 나타내었다.해석과 실험의 결과 비교에 있어서 건전배관과 감육비가 작고,감육길이가 짧았던(d/t=0.3,ℓ = 5mm)경우 및 감육비가 큰(d/t=0.8)경우에는 실험과 해석에서 다소 차이가 발생하였다.이는 실험에 있어서 박판두께의 경우 특히 본 연구에 사용된 Inconel690세관과 같은 고연성재료인 경우에는 감육부 이외에 하중 부하부분의 변형이 상대적으로 결과에 반영되어진 것으로 판단된다.전반적으로는 실험과 해석결과가 유사한 경향을 나타내었다.또한,주어진 식에 의해 균열발생을 예측가능함을 나타내었다. 건전한 세관의 경우를 기준으로 하여 손상 감육 깊이와 길이의 변화에 굽힙강도와 탄성파 특성을 평가하였다.감육비가 클수록,전주 감육의 경우,주파수 분포의 특성은 건전한 튜브의 탄성파의 주파수 분포범위를 기준하여 낮거나 현저하게 높은 주파수 범위로 분포하는 형태를 보였다.부분 감육의 경우는 건전한 튜브의 탄성파의 주파수 분포 범위를 기준하여 낮은 주파수 범위로 집중하는 형태를 보인다.볼 낙하시험에서 감육이 커질수록 탄성파의 응답주파수는 건전한 튜브의 탄성파의 주파수를 기준하여 약간씩 낮아지는 경향이 있었다.전주 감육의 경우,일반적으로 감육비가 커질수록 구조강성은 약해진다.탄성파 주파수 분포의 특성에는 높은 주파수가 간혹 공존하지만 대개의 경우 낮은 주파수 성분이 지배적이었다. 굽힘 강도와 주파수 특성에서 실제로 상정 가능한 마모형태를 고려할 경우,감육비가 60% 이하 정도까지도 충분한 안정성을 가진다고 판단된다.

In this study, the pressure vessel piping with corrosion used for long time and the Inconel 690 tube with artificially wall thinned specimen were investigated by the four-point bending test and the time-frequency analysis method. Steam generator tubes are degraded from wear, stress corrosion cracking, rupture and fatigue and so on. Therefore, the failure assessment of steam generator tube is very important for the integrity of energy plants. In the steam generator tubes, sometimes, the local wall thinning may result from severe degradations such as erosion-corrosion damage, wear due to vibration and so on. A elasto-plastic analysis was performed by FE code ANSYS on steam generator tubes with wall thinning. Also, four-point bending tests were performed on the wall thinned specimens, and then it was compared with the analysis results. We evaluated the failure mode, fracture strength and fracture behavior from the experiment and FE analysis. It was possible to predict the crack initiation point by estimating true fracture ductility under multi-axial stress conditions at the center of the thinned area using FE analysis. A bending moment test using specimens with partial and circumferential wall thinning was carried out to obtain AE signal. The time-frequency analysis method was applied for the investigation of the frequency characteristics of the AE signal was applied. The results of the wavelet analysis were compared with those of the bending moment test for the structural integrity of tube. The result of the frequency characteristics obtained from wavelet analysis and dropping ball test was similar to those of bending moment test. It is considered that this simple method with combination of dropping ball test and wavelet analysis is very useful scheme for investigating the structural integrity. Inconel 690 tube with all-circumferential wall thinning could be evaluated with dominant frequency by wavelet analysis. Based on NDE analysis by time-frequency analysis method, it should also be possible to evaluate various damages and defects in piping members.