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KEPIC WEEK 2013이상훈CONTENTS2 미지정재료란? 미지정재료의 용접인정 기준 미지정재료의 용접 사례 미지정재료의 용접요건 개선 제안 용접성 비교 실험 결과 KEPIC/ASME 재료규격과 기타 규격재료의 비교 Equivalent Table 제안 결론원자력공인검사단1

미지정재료란?3용접절차인정을 위한 모재‣지정재료(Assigned Material) – KEPIC MQW 표 2310(ASME QW-422)- 용접절차시방서의 인정 회수를 줄이기 위하여, 논리적으로 가능한 범위 내에서화학성분, 용접성 및 기계적 성질 등 특성에 따라 분류하여 P-번호를 지정한 모재- 예) MDF A 106 Gr.B (SA 106 Gr.B) : P-번호 1 / 그룹번호 1‣미지정재료(Unassigned Material) – KEPIC MQW 2314(ASME QW-424)-KEPIC 표 MQW 2310(ASME QW-422)에 표시되지 않은 모재- 예) BS-1503-161-32A : MDF A 105와 유사※ 압력유지재료 – KEPIC MNX 2121(ASME NX 2121)- KEPIC-MDP(ASME Sec.II Part D), 부록 ⅡA 및 ⅡB에 등재된 제품에 적용되는 모재원자력공인검사단 미지정재료의 용접인정 기준4미지정재료에 대한 참조기술기준의 용접요건‣ 모재 분류번호가 없는 재료(Unassigned Material)는개별인정필요‣ KEPIC 표 MQW 2314(ASME QW-424)인정시험재의 모재임의 미지정재료 + 동일 미지정재료임의 미지정재료 + 임의 P-번호 재료임의 미지정재료 + 다른 임의 미지정재료인정되는 모재시험재와 동일한 미지정재료시험재와 동일 미지정재료와 P-번호 재료시험재와 동일한 서로 다른 미지정재료※ ISO/TR 15608 : 모재 그룹 분류로서 재료의 지정이 아닌 분류기준 제시Group1Type of steelSteels with a specified minimum yield strength R eH ≤460N/mm 2(a) and with analysis in %:C ≤ 0.25, Si ≤ 0.60, Mn ≤ 1.8, Mo ≤ 0.70 (b) ,S≤0.045,P≤0.045,Cu≤0.40 (b), Ni ≤ 0.5 (b)Cr ≤ 0.3 (0.4 for castings) (b), Nb ≤ 0.06, V ≤ 0.1 (b), Ti ≤ 0.05원자력공인검사단2

미지정재료의 용접인정 기준5• 가동중원전의 보수 및 교체 수행절차(현행 기술기준)보수/교체 대상품목재료 사양 및 P-번호 확인KEPIC P-번호 지정재료KEPIC P-번호 미지정재료Yes용접성 확보를 위한용접절차시방서 개발보수/교체 수행보유 PQR 적용No동일 P-번호의 임의재료로 PQR 개발동일 미지정재료로PQR 개발 건설기간 경과에 따른 동일미지정 재료 확보의 어려움동일 사양 재료와 동등 이상의화학적/기계적 성질 나타내는P-번호 지정재료로 PQR 개발 동등 이상의 지정재료확보의 어려움원자력공인검사단 미지정재료의 용접 사례 (1/2)6고리1호기 계속운전 관련 보수/교체 사례‣ 적용대상 : Fitting(BS-1503-161-32A 1969Ed.) to Flange(SA-105 #1500 RF) 용접부‣적용 기술기준 : ASME Sec.XI 1989 Ed. / Sec.III 1995 Ed.‣ 문제점 : 적용 WPS가 P-No.1에만 유효(PQ 재료 SA106 Gr.B): 미지정 재료인 BS-1503-161-32A의 모재에는 적용할 수 없음‣처리 결과 : BS-1503-161-32A 자재 구매 불가: 가장 유사한 SA-105 재질 중 화학성분, 기계적 성질이 BS-1503 규격을만족하는 자재 구매 (소요 기간 2개월) 및 PQ 수행: PQ data에 BS-1503 추가하여 WPS 승인현재의 BS 1503 BS 1503 1969 Ed. ISO-2604/I 1975Ed.221-490 161 Grade 32 F17원자력공인검사단3

미지정재료의 용접 사례 (1/3)7고리1호기 미지정재료 적용 현황계통/기기 부품 적용 규격 출 처Containment VesselContainment Vessel &Reinforcing PlatesPenetrationsleevesBS 1501-223 Gr.32BBS 1501-224 Gr.32BFSAR 3.8CondensateStorage TankSupportsPlates BS 2654 part 1 clause 6 FSAR 9.2Rods BS 970 EN3B DWG No. 7118-Nuts BS 1580293Material List forPlatesBS 4360 43AsupportsSleevesBS 3603 HFS 27S LT50가압기 시료채취라가압기 시료채취 계통Tube sleeves BS 970 304S15-Part4인대체재질기술보고서End Supports BS 1502 Gr.28Main Steam Nozzle BS 1503-151 32A Detail DWG원자력공인검사단 미지정재료의 용접 사례 (2/2)8울진2호기 관련 보수/교체 사례‣ 적용대상 : Airlock 관련 fillet 용접부‣ 적용 기술기준 : KEPIC MI / RCC-M2000(Construction): NF P 22-472(Welding) / P235TR1 외 7종(Material)‣ 문제점 : 기술기준은 KEPIC 적용 가능하나, 이경우P235TR1 등이 미지정 재료로WPS 인정관련 어려움 발생: KEPIC 적용시 해당 미지정 재료로 용접인정 해야 하나, 서로 다른 형상의재료[예, P235TR1(판재)+A42AP(형강)]인경우용접인정불가: 가동중원전에 KEPIC 적용되어도 보수/교체는 시공기준 사용 불가피하게 함: 국내업체의 경우 RCCM에따른WPS 인정 어려움 호소로 AREVA 참여 요청했으나 경제성/단가 등의 이유로 참여 난색‣ 결과 : 프랑스 NF 재료 수입(2-3개월 소요)하여 국내업체 WPS 개발: RCCM에따라BV(프랑스 선급) 입회하여 10여종 WPS/PQR 승인: KEPIC MI에 따라 가동중공인검사원 WPS/PQR 검토 및 승인원자력공인검사단4

미지정재료의 용접 사례 (2/2)9울진1,2호기 RCCM재료 적용 현황구분 1종기기 2종기기 3종기기판M 2121, M 2122, M 2123,M 2321, M 4103M 1131, M 3307, M 1133,M 5130, M 3312, M 4103,M 3315M 1131, M 3307, M 1133단조품M 2113, M 2114, M 2111,M 2118, M 2117, M 3301,M 3309M 3301, M 3311, M 3202,M 1122, M 3302M 3301, M 3311, M 3202,M 1122주조품M 1111, M 3401, M 3403,M 3402M 3201, M 3402, M 1114M 3405, M 3402, M 1112,M 4301, M 3201파이프 M 3406, M 3304M 3304, M 1141, M 1145,M 3314M 3304, M 1141, M 1145,M 3314튜브 M 4102, M 4101 M 3303 M 3303봉M 2311, M 2312, M 2411,M 5140, M 2412, M 3306,M 5110M 5110, M 3306 M 5110, M 3306원자력공인검사단 미지정재료의 용접요건 개선 제안10최근 ASME의 동향 [I]‣ S-번호와 P-번호의 통합 (ASME 2007 Ed., 2009Add.)‣ S-번호(KEPIC MQW 2313/ASME QW 420.2)-S-번호는 KEPIC-MGE, “배관 기술기준” 또는 적용사례에는 포함되어 있으나 KEPIC-MDF,“철강재료 기술기준” 및 KEPIC-MDN, “비철금속재료 기술기준” 또는 ASME Sec. Ⅱ에는포함되어 있지 않은 재료에 대하여 지정한 것-P-번호와 동일개념으로 사용되었으나, ASME Sec.IX 2004 Ed. 이후 분리되어 절차인정시험시안전등급 경우 S-번호 사용 불가. 즉 P-번호인 MDF A-XXX(SA-XXX) 재료만 가능→ B31.1이 ANSI에서 ASME로 이관됨이 주요 이유‣ S-번호와 P-번호의 통합 이유-P 및 S-번호 모두 화학조성, 기계적 성질, 용접성에 따라 분류된 것임. P 및 S-번호의 지정은Sec.II part D 혹은 B31에 있는 모재의 design allowable stress에 근거하나, 현실적으로 designallowable stress가 용접 특성의 개선을 의미하지 않음- 출처 : BC04-1098, Section IX, QW/QB-422, Redesignating of S-numbers as P-numbers forWelding Qualification, Subcommittee of Welding(Sec.IX), ASME Code Week, April, 2008원자력공인검사단5

미지정재료의 용접요건 개선 제안11최근 ASME의 동향 [II]‣ P-번호에 ISO-15608에 따른 번호 부여하여 QW-422개정(ASME 2010 Ed.)※ ASME 미지정재료(KS/JIS/EN 등)는 ASME Sec.IX에 적용 어려우나, ASME지정재료는 EN/KS등 용접기준에서 사용 편의성 증대됨. 호혜성 문제 있음원자력공인검사단12ASME/ISO 분류에따른용접인정Q1)SA 516Gr70SA 516Gr70적용 가능KS D3540SCV 480KS D3540SCV 480Q2)WPS/PQR※ SA 516 Gr70 : P-1, Gr-1 (ASME): Group 11.1 (ISO)KS D3540 SCV 480 : none (ASME): Group 11.1 (ISO)KS D3540SCV 480WPS/PQRKS D3540SCV 480적용 가능적용 가능SA 516Gr70KS D3540SCV 480생산용접부생산용접부생산용접부SA 516Gr70KS D3540SCV 480적용 불가SA 516Gr70SA 516Gr70생산용접부원자력공인검사단6

용접성 비교실험15- KEPIC/ASME 재료와기타규격재료의용접성비교시험: 지정재료와 미지정재료에 대한 저온균열감수성 평가(탄소강): 지정재료와 미지정재료에 대한 고온균열감수성 평가(스테인리스강): 용접부 미세조직 평가ASME EN KS 시험방법탄소강 SA 3610025S235JR저온균열감수성 평가스테인리스강 SA 240D3705STS304고온균열감수성 평가원자력공인검사단 탄소강 - 저온균열 감수성 실험16▶ 임플랜트(Implant) 시험 (KS B ISO 17642-3:2004)150mmNotch200mm8 Ø 20mm이면 판재8 Ø200mm용접부용접법 : SMAW용접봉 : E7016(건조/수침)전류/전압 : 170A, 200V용접속도 : 150mm/min이면 판재임플랜트시험편임플랜트 시험편일정하중 부과, 파단도달시간 측정▶재료비교강종 Fe C Si Mn P S Cr Ni Cu Mo Nb VSA36(지정재료)EN10025(미지정재료)Bal. 0.17 0.23 1.24 0.025 0.08 0.02 0.02 0.02 0.002 0.002 0.002Bal. 0.15 0.27 0.86 0.012 0.04 0.06 0.04 0.02 0.01 - 0.005원자력공인검사단8

탄소강 – 용접시편 미세조직17Base Metal Heat Affected Zone Weld MetalASME SA36190 Hv 257 Hv 230 HvEN 10025원자력공인검사단180 Hv 242 Hv 224 Hv40um 탄소강 - 저온균열 감수성 실험 결과18▷ ASME SA36 ▷ EN 10025Applied Stress (N/mm 2 )700600500400300: 수침 2min(상온)Applied Stress (N/mm 2 )700600500400300: 수침 2min(상온)10 100 1000Time (min)10 100 1000Time (min)원자력공인검사단9

스테인리스강 - 고온균열 감수성 실험19▶ 바레스트레인트(Varestraint) 균열 시험TIG electrode시편125mm용접법 : GTAW (Bead on Plate)전류 : 150~230A전압 : 130V용접속도 : 150mm/min25mmDie blockVarestraint test3mm시편형상▶재료비교강종 Fe C Si Mn P S Cr NiSA240(지정재료)D3705(미지정재료)Bal. 0.06 0.44 0.84 0.031 0.004 18.2 8.11Bal. 0.049 0.39 1.07 0.028 0.003 18.25 8.06원자력공인검사단 스테인리스강 – 용접시편 미세조직20▶ 표면 고온균열▶ 내부 고온균열KS D3705 (170-3.2mm/sec)400um원자력공인검사단10

스테인리스강 - 고온균열 감수성 실험 결과21▷ ASME SA240▷ KS D3705원자력공인검사단 KEPIC/ASME 재료규격과 기타 재료규격의 비교(1/7)22원자력공인검사단11

KEPIC/ASME 재료규격과 기타 재료규격의 비교(2/7)23원자력공인검사단 KEPIC/ASME 재료규격과 기타 재료규격의 비교(3/7)24원자력공인검사단12

KEPIC/ASME 재료규격과 기타 재료규격의 비교(4/7)25원자력공인검사단 KEPIC/ASME 재료규격과 기타 재료규격의 비교(5/7)26원자력공인검사단13

KEPIC/ASME 재료규격과 기타 재료규격의 비교(6/7)27원자력공인검사단 KEPIC/ASME 재료규격과 기타 재료규격의 비교(7/7)28원자력공인검사단14

Equivalent Table 제안29원자력공인검사단 결론30• 현재 적용되는 KEPIC/ASME 기술기준 중 미지정재료에 대한 요건은 국내원전(고리1/울진1,2)의 보수교체 적용에 어려움이 있음• KEPIC/ASME 기준에서 용접인정을 위한 지정재료 분류기준은 재료의 용접성 및 화학성분에 기초하고 있으며, ISO에서는 재료별 지정이 아닌 분류기준을 제시하고 있음• 선정된 규격 재료들에 대한 용접성(고온/저온균열 감수성시험) 비교실험 및화학성분 비교결과, 규격별 재료의 용접성 및 화학성분은 큰 차이가 없는것으로 판단됨• 용접절차인정시험에 사용될 KEPIC/ASME 규격과 대응되는 미지정재료의화학성분 및 강도를 비교하여 Equivalent Table 작성 및 국내 가동중원전의현실에 맞는 지정재료 시스템을 제안함원자력공인검사단15