최근에 원자력 발전소 안전 3 등급 배관에 적용되고 있는 고밀도 폴리에틸렌 배관은 융착표면을가열한 후 축방향으로 가압하는 열 융착 공정을 이용하여 맞대기 융착되어진다. 이러한 열 융착공정은 맞대기 융착부에 비드 형상을 발생시킨다. 이러한 비드 형상의 응력집중에 기인하여 피로수명이 줄어들 수 있다. 따라서 피로거동에 미치는 맞대기 열 융착부 비드의 효과를 고찰하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 응력 제어 조건 하의 인장 피로 시험과 유한요소 탄성응력 해석을 수행하여 맞대기 열 융착부의 인장 피로 거동을 고찰하였다. 고찰 결과, 중주기 및 고주기 피로 영역에선 피로수명에 미치는 비드의 영향이 미미한 반면 저주기 피로 영역에선 비드의 존재가 피로 수명을 감소시킴을 확인하였다.
High-density polyethylene (HDPE) piping, which has recently been applied to safety class III piping in nuclear power plants, can be butt-joined through the thermal fusion process, which heats two fused surfaces and then subject to axial pressure. The thermal fusion process generates bead shapes on the butt fusion. The stress concentrations caused by the bead shapes may reduce the fatigue lifetime. Thus, investigating the effect of the thermal butt fusion beads on fatigue behavior is necessary. This study examined the fatigue behavior of thermal butt fusion via a tensile fatigue test under stress-controlled conditions using finite element elastic stress analysis. Based on the results, the presence of thermal butt fusion beads was confirmed to reduce the fatigue lifetime in the low-cycle fatigue region while having a negligible effect in the medium- and high-cycle fatigue regions.
