비산화 금속이 포함된 이종모재 절단용 레이저-산소 하이브리드 시스템 개발
Development of a laser-oxygen hybrid system for cutting clad metal containing non-oxidized metals
- 발행기관 한동대학교 일반대학원
- 지도교수 유태준
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 첨단융합학과
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 viii, 37
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/handong/200000716202
- UCI I804:47030-200000716202
- 본문언어 한국어
- 저작권 한동대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
노후화로 중지된 원전이 증가함에 따라 이를 해체하기 위한 기술의 수요가 증가하고 있다. 해체를 위해 원격조종과 자동화가 가능한 산소 절단, 레이저 절단과 같은 열적 절단이 주목받고 있다. 하지만 기존의 열적 절단법으로는 각 절단의 원리적 한계로 원전의 반응용기와 같은 두께 300 mm 이상의 비산화금속이 포함된 이종모재 구조체를 절단하기 어렵다. 이를 극복하고자 산소 절단과 레이저 절단의 장점을 융합한 레이저-산소 하이브리드 절단기술을 개발하여 그 유효성을 확인하였다. 두 절단을 융합하기 위해, 레이저 절단과 산소 절단이 동축으로 결합하여 동시에 작동하도록 구상하였다. 레이저 절단은 비산화금속을 제거하기 위한 보조역할을 하고 실질적인 절단은 산소절단에 의해 이루어지도록 구상하였다. 시스템의 융합을 위한 광학계를 설계했다. 기하광학을 기반으로 광선전달함수를 이용하여 광학계를 구성하고, 광학설계 프로그램 OpticStudio – Zemax를 이용한 시뮬레이션을 통해 최적화하였다. 최종적으로 개발된 레이저-산소 하이브리드 절단 헤드는 용도에 따라 산소 절단, LASOX 절단 그리고 하이브리드 절단, 이 세가지 절단이 하나의 헤드로 할 수 있도록 제작되었고, 이 헤드를 이용하여 절단실험을 진행할 시스템을 구성하였다. 하이브리드 절단의 유효성을 검증하기 이종모재를 모사하기 위한 스테인리스강과 탄소강으로 이루어진 총 두께 15 mm의 시편을 제작하고, 시편에 산소 절단, LASOX 절단, 하이브리드 절단 실험을 수행했다. 같은 절단속도, 압력, 스탠드오프에서 진행된 실험에서 산소 절단과 LASOX 절단은 실패하였지만, 하이브리드 절단은 성공하여 이종모재 절단에 대한 유효성을 검증하였다.
more초록/요약
As the number of nuclear power plants shut down due to age increases, the demand for technologies to dismantle them is growing. Thermal cutting, such as oxy-fuel cutting and laser cutting, which can be remotely controlled and automated, is gaining attention for dismantling. However, with conventional thermal cutting methods, it is difficult to cut a clad metal structure containing non-oxidized metals over 300 mm thickness, such as the reaction pressure vessel of a nuclear power plant, due to the principal limitations of each cut. To overcome this problem, a laser-oxygen hybrid cutting technology that fuses the advantages of oxygen cutting and laser cutting has been developed and validated. To fuse the two-cutting system, laser cutting and oxy-fuel cutting were conceived to be coaxially coupled and operate simultaneously. We envisioned that the laser cutting would act as an auxiliary to remove non-oxidized metals, while the oxygen cutting would do the actual cutting. The optical system for the fusion of the systems was designed. Based on geometric optics, the optical system was constructed using a ray transfer function and optimized through simulation using the optical design program OpticStudio - Zemax. The final laser-oxygen hybrid cutting head was designed to perform three types of cutting, including oxy-fuel cutting, LASOX cutting, and hybrid cutting, depending on the application, and a system was constructed to conduct cutting experiments using this head. Verifying the validity of hybrid cutting A total of 15 mm thickness of stainless steel and carbon steel specimens were made to simulate clad metal. Then oxy-fuel cutting, LASOX cutting, and hybrid cutting experiments were performed on the specimens. At the same cutting speed, pressure, and standoff, oxy-fuel cutting and LASOX cutting failed to cut the specimens but hybrid cutting succeeded. This validates the effectiveness of laser-oxygen hybrid cutting system for cutting clad metal.
more목차
Ⅰ. 서론 1
1.1 연구 목적 1
1.2 연구 배경 3
Ⅱ. 연구 방법 6
2.1 개념 설계 6
2.2 광학계 설계 10
2.3 실험 절차 10
Ⅲ. 결과 및 분석 24
3.1 설계 결과 24
3.2 실험 결과 및 분석 26
Ⅳ. 결론 및 후속연구 33
참고문헌 34