KEPIC은 해를 거듭할수록 국내 기술표준에 머무르지 않고, 글로벌 기술고도화 및 국제 표준화 추진에 한층 탄력을 받고 있다. 이 같은 성과는 지난 17년 동안 ‘KEPIC-Week’에서 발표된 다양한 논문들이 그 한 몫을 담당했다고 해도 과언이 아니다.
특히 올해‘KEPIC-Week’는 ‘Advanced Standards & Global Partner(KEPIC 2020 중장기 비전)’라는 주제로 오는 8월 27일부터 30일까지 나흘간 강원도 정선군 소재 하이원그랜드호텔에서 국내ㆍ외 전력산업계 인사와 관련 전문인력 등 약 1000여명이 참석할 예정이다.
특히 이번에는 논문 발표와 위원회 세미나, 기획워크숍, 특별세션 등이 일정별로 진행되는데 ▲품질보증(Q) ▲재료/용접(MW) ▲원자력기계(MN) ▲전기/계측(E) ▲구조(S) ▲화재(F) ▲방사선방호(NR) ▲화력발전 및 환경(MG) ▲원자력 공기정화(MH) ▲비파괴(ME) ▲원자력(N) ▲전문분야(기획) 워크숍 등 12개 전문분야에서 총 160여 편의 논문이 발표된다. 이에 본지는 눈여겨 볼 논문 8편을 선정해 지면에 담았다. <편집자주>
강석훈 한국원자력연구원 박사

후쿠시마 원전 사고 후,많은 원전 보유국들이탈원전을진행하고 있고,국내에서도 에너지 전환 정책이 도입되어당분간 신규 원전 건설은 없을 것으로 보인다. 세계적으로원전산업의 규모는 축소되어 가고 부품 공급자들은 폐업의 위기에 이를것이며, 원전 설비들은 노후화되면서 단종품들이발생하여도 즉시 공급이안되는상황으로 몰리게 될 것이다.

이에 대한 대응방법으로 다품종 소량생산이 가능한3D 프린팅(적층제조,Additive Manufacturing) 기법이 대두되고 있으며, 주조, 단조 등 기존 방법으로 제작된 품목들을 대체해 원전 산업설비들의 신속한 유지보수를 가능하게 할 것이다. 원전 선도 기업인 Westinghouse Electric Company LLC.(WEC), Global Nuclear Fuel-Americas, LLC(GNF), Electric Power Research Institute(EPRI), General Electric(GE)가 그러한 흐름의 주축을 이루고 있으며 특히 WEC 는 적층제조를기업의 우선순위기술로두고 있다.

국내도 원전 품목들에 대한 적층제조 국산화 일환으로 한국원자력연구원을 주축으로 비즈㈜, 한전원자력연료㈜, ㈜삼신, 성균관대, 광주테크노파크, 3D Controls가 참여해 핵연료지지체(지지격자체 및 하단고정체 유로판)와 원전 안전 1등급 3인치 밸브품목(Body, Bonnet, Cage) 제작에 적층제조를 적용하는 연구를 공동으로 진행하고 있다.

ASTM F42 표준위원회는 적층제조기법을 총 7가지(Powder Bed Fusion, Directed Energy Deposition, Binder Jetting, Sheet Lamination, Material Extrusion, Material Jetting, Vat Photo-Polymerization) 로 구별하였으나,금속에 적용 가능한 기법은 Powder Bed Fusion(PBF), Directed Energy Depositio(DED), Binder Jetting(BJ) 및 Sheet Lamination(SL) 이다.

미국 ASME 는 압력기기 제작에 대하여 상기 금속 적층제조 방안 중PBF 와DED 기법만을 선택하였다.ASTM 에서 발행한 적층제조 표준에 따라 PBF 기법은 열원으로 Laser 또는 Electron Beam을 사용할 수 있고, 공급재료는 분말이다. DED 기법은 열원으로 Laser, Electron Beam또는Arc를 사용할 수 있고,공급재료는 분말 및Wire이다.

연구팀은 핵연료 지지체에 대해 금속분말을 사용하여 Laser PBF 및 DED를 적용하고 있으며,더하여 세계 최초로 ME 기법을 적용한 적층제조 연구를 수행 중이다. 안전 1등급 3인치 밸브품목들은 금속분말을 이용한 LaserPBF및 DED를 적용하고,더하여 금속 WireArc를이용한 DED를 적용하고 있다. Wire Arc DED 의 장점은 대형 구조물 제작이 가능하고 특히 현장에서 바로 수리 보수할 수 있는 특징을 가진다.

이 기술들은 현재 ASME Code 에 요건화 되어 있지않다. 따라서 이를 원전 압력기기 부품제작에 적용하기 위해선 Code Case 에 등재하여ASME 승인을 받아야 한다. 미국EPRI는 PBF 기법으로 UNS S31603(316L) 재료에 대한 적층제조 표준인 ASTM F3184-16 의 재료사양을 원전 1등급 품목 건조에 적용하기 위한 ASME Code Case 상정을 준비하고 있으며, 이를통해 금속 적층제조를 활용한 원전품목 제작의 상용화를 추진 중이다.

국내 연구팀도 Powder Laser DED 및 Wire Arc DED 방식을 이용한 원전 안전 1등급 3인치 밸브 품목 적층 제조를 진행하고 있으며, 비즈㈜(안희성 박사)를 중심으로 ASME 내에 국내외 전문가 15인으로 Task Group(미국 EPRI 에서 PBF 적층제조 기법으로 Code Case 상정을 준비하고 있는 총 연구책임자도 위원으로 참여)을 구성해 ASTM 적층제조표준인 ASTM F3187-16 의 재료사양을 기반으로ASME Code Case 2개 상정을 추진 중이다.

국내 연구팀들은 매 분기마다 개최되는 ASME Code Week에서 해외 유관기관들과 적층제조 관련하여 협력 중이며, 특히 ASME 내에 적층제조를 위한2개 통합 Board(BPTCS, BNCS)가 운영하는 적층제조 Special Committee에서도 국내 연구활동을 보고하고 정보를 교류하고 있다.

이에 더해 연구팀들은 KEPIC 표준화를 위하여 현재 22개의 적층제조 관련 KEPIC 표준들을 개발하고 있으며, 일부 표준들은 미국 ASTM 에도 상정을 목표로 하고 있다.

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