| 초록 |
핵연료피복관은 얇은 두께(0.5mm 내외)와 작은 직경(9~10mm)으로 인한 형상의 제약으로 인하여 평판화한 특성시험을 주로 실시하였다. 그러나 원자력발전소의 가동 중에 발생하는 열화거동을 규명하기 위해선 본래의 형상을 유지한 시험이 요구됨에 따라, 원형을 유지한 피복관을 대상으로 균열진전에 따른 파괴저항을 정량적으로 측정하기 위한 시험기술을 개발하였다. 본 연구에서는 일반적인 3-점 굽힘시험을 응용하여 지그에 시험편을 고정하는 방법(KAERI Embedded Charpy, KEC)으로 균열진전에 따른 파괴저항성을 측정하는 기술을 제안하였다. KEC 시험편은 길이 10mm의 피복관에 균열진전면을 얻기 위하여 축방향으로 초기 균열비가 0.4가 되도록 30°의 V-노치를 가공한 형상으로 하였다. 지그는 ASTM 1820 규격의 SEB(Single Edge Bend) 시험편에서 제시한 기준에 의해 폭, 스팬, 그리고 전체길이를 결정하였다. 예비균열은 피복관의 인장특성 값을 고려한 하중값을 이용하여 하중비 감소법을 이용하여 삽입하였다. 균열진전저항을 측정하기 위하여 복수 시험편을 이용하는 방법과 단수시험편을 이용하는 방법을 이용하였다. 전자의 경우에는 유럽파괴연구그룹(EGF: European Group on Fracture)에서 제안한 해석을 이용하였으며, 후자의 경우에는 전위차 균열측정법을 이용하여 균열길이를 측정하여 ASTM에서 제안한 해석 방법을 이용하였다. 제안한 방법으로 시험을 실시한 결과에 따르면 복수 KEC 시험편을 이용한 시험은 기존의 방법보다 용이하였으며, 피복관의 형상에 따른 신뢰할 수 있는 특성 값을 얻을 수 있었다. 한편 단수 KEC 시험편을 이용아여 전위차 균열길이 측정방법으로 얻은 균열진전 저항선도는 복수 시험편 방법을 이용하여 얻은 결과와 유사하게 일치하였으며, 이 결과로부터 두 시험의 객관적 유효성을 확인하였다. 피복관의 KEC시험편 파단면 검사를 통하여 균열 발생 시에는 평면변형률인 균열선단의 3축 응력상태로 인한 딤플이 주된 파괴기구이었으나, 균열이 성장함에 따라 평면응력에 의한 의사벽계의 파괴기구도 공존함도 확인하였다. |
