In several locations of the pressurized water reactors, dissimilar metal welds using inconel welding wires are used to join the low alloy steel components to stainless steel pipes. To evaluate the integrity and design the dissimilar welds, tensile and fracture property variations are needed. In this study, dissimilar metal welds composed of SA508 Gr.3, inconel 82/182 weld, and TP316 stainless steel were prepared by gas tungsten are welding and shield metal arc welding technique. Different tensile properties were observed depending on the specimen sampling position at room temperature and 320 °C using round bar and mini-sized tensile specimen. In addition, fracture toughness were also observed at the bottom, middle, and top of the welds at the same temperature condition. Using small punch (SP) test method, correlations between mechanical property and SP data for estimating tensile and fracture toughness were carried out. Also, SP test was simulated by Abaqus program, finally from the FEM model of small punch test, detailed fracture toughness could be calculated and compared with CT specimen test results.
SA508 Gr.3 저합금강과 TP316 스테인리스강을 인코넬 82/182를 이용하여 용접한 이종금속 용접부의 기계물성에 대한 연구를 수행하였다. 실험은 용접부를 모사한 목업시편을 제작하여, 미세구조 관찰, 인장 특성 평가, 파괴인성 평가를 실시하였다. 또한 파괴인성치의 자세한 변화를 알아보기 위해 small punch 시험을 유한요소법을 이용하여 시뮬레이션 하였다.
이종금속 용접부의 미세조직 관찰결과 덴드라이트 조직을 관찰 할 수 있었으며, 데드라이트 사이로 개재물들을 발견할 수 있었다. 또한 덴드라이트 간격은 용접부의 상단부에서 하단부로 갈수록 줄어드는 것을 관찰 하였다. 또한 용접부의 인장시험 결과 용접부의 상단부에서 하단부로 갈수록 인장강도가 증가하는 것을 관찰하였으며, 이는 용접부의 위치에 따른 잔류응력과 미세조직의 차이에 기인한 것으로 판단된다. 이러한 경향은 미소인장 시편을 이용한 시험과 마이크로 하드니스 시험에서도 확인을 할 수 있었다. 미소인장 시편을 이용한 시험은 표준인장 시편을 이용한 시험과 비교할 때, 용접부에서 최대인장응력이 더 낮게 평가되는 것을 관찰 할 수 있었다. 이는 용접부의 grain의 크기에 기인한 것으로써, 용접부에 대한 인장 물성치를 제대로 측정하기 위해서 보다 두꺼운 시편이 필요함을 확인 하였다. 또한 파괴인성 시험 결과, 상온에서 위치별로 파괴인성치가 변하는 것을 관찰하였다. 파단면의 관찰 결과 용접부의 하단부에서 상단부로 갈수록 dimple 모드에서 shear-stretch 모드로 변하는 것을 확인하였으며, 이 모드 변호로 인해 하단부에서 상단부로 갈수록 파괴인성치가 증가한다고 판단된다. 고온에서의 파괴인성치는 상온에서의 결과보다 증가하였으나, 위치별 변화는 관찰되지 않았다. 또한 small punch 시험을 수행하여, small punch 시험 데이터와 인장물성 및 파괴인성값을 관련시키는 관련 식을 만들었다. 이 관계식을 이용하여 인장물성치의 변화를 보다 자세하게 평가하였다. Small punch 시험에 대한 모델링을 수행하여, 용접부의 각 위치별로 수행된 인장물성치에 따른 파괴인성치을 유도하여 실제 수행된 파괴인성치와 비교한 결과 거의 유사한 값을 보임을 확인하였다.
