JPH01306087A - 溶接装置の溶接チャンバ内の容積測定装置並びに方法、燃料棒内の容積測定装置並びに方法、燃料棒内の内圧測定装置並びに方法、及び燃料棒のレーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉燃料棒の端栓を溶接する装置に係り、
特に圧力管型原子炉に用いるのに好適な原子炉燃料棒の
レーザ溶接装置と、その燃料棒の封入した内圧の測定装
置並びに方法、更にその測定のための溶接チャンバ内の
容積測定装置並びに方法、燃料棒内の容積測定装置並び
に方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、原子炉に使用される燃料棒は第３図に示される様
に、ジルコニウム合金製又はステンレス鋼管の被覆管１
内に所定数のペレット２が充填され、そのペレット２を
一方に押し付ける為のバネ３が挿入され、被覆管１内に
は不活性ガス（ヘリウム）６が充填されている。一般に
上記燃料棒を製作する場合には、ペレット２及びバネ３
を充填し、しかるのちに被覆管１内を不活性ガス６に置
換し、次いで他端に端栓５を取り付は密封溶接する方法
が取られている。密封溶接にはレーザ溶接、ＴＩＧ　（
タングステンイナートガス溶接）溶接方法等がある。

従来のレーザによる溶接方法は、特開昭６０−１１３１
９８号公報に記載のように、チャンバーの側壁に設けら
れた被覆管を挿入自在とする開口部から被覆管を溶接チ
ャンバー内に挿入し、上記開口部と直交する溶接チャン
バー側壁の一部に設けられたレーザ光導入窓からレーザ
光を集光投入し、不活性ガスで置換された溶接チャンバ
ー内で被覆管を回転させなから端栓と被覆管の溶接を行
なうものである。この場合のシールは、溶接チャンバー
内を不活性ガスに置換する為に真空排気時の洩れ防止、
不活性ガス導入後の圧力に耐えられる耐圧力、溶接時に
被覆管を回転する際の回転摺動によるすり傷、摩耗がな
いこと、被覆管挿入、取出し時に開閉が出来ること等々
の機能が要求される。前記従来方法では、不活性ガスの
圧力が大気圧又は大気圧に近い低圧力の場合は従来一般
のシールで満足されるが、燃料棒内を高圧力に加圧して
（一般に５〜３０気圧）溶接する場合は、前述シール機
能を全て満足するのは不可能に近いものである。

又、他の従来技術は、特開昭５３−３８３９６号或は特
開昭５８−１１５３９７号公報に記載の様に、溶接チャ
ンバー内に被覆管の一端を挿入し、燃料棒内部に連通ず
る小孔状のオリフィスを備えた端栓の接合部を被覆管を
回転させながら円周方向の溶接を行ない、しかるうちに
被覆管の回転を止めて、同一チャンバーあるいは別のチ
ャンバーにて不活性ガスを高圧力に加圧し、端栓のオリ
フィスをＴｌＯ２接又はレーザ溶接にて封止する方法か
、円周溶接と同時にオリフィスの封止溶接をＴＩＧ溶接
により密封する方法である。

又、不活性ガス導入後の所定圧力で溶接された燃料棒の
封入圧力の精度をサンプリング的に測定することは、燃
料保証上絶対必要なことである。

従来は特開昭５４−５０７８９号公報にて記載の如く、
レーザ光線にて溶接装置とは別ラインに別のチャンバー
を設けて、レーザ光線により穴あけし、ヘリウム供給系
の圧力変換器との基憎圧カ偏差を測定し、燃料棒の正円
検定をする方法が取られている。この方法による正確な
燃料棒の圧力測定は、基準圧力迄加圧して封入圧力との
偏差にて下記の式にて求めて封入圧力を検定している。

ｃ ＰＲ−ＰＮＯＭ＝　（１＋　−）　（Ｐｃ　−ＰＮＯＭ
）ＶＲ ここで、ＰＲ：燃料棒圧力 ＰＮＯＭ：基準圧力（燃料棒の希望圧力）■ｃ　：圧力
検定チャンバー容積 ＋燃料ボイド容積 ＶＲ：燃料棒ボイド容積 Ｐｌ　：圧力検定チャンバー圧力 ＋燃料棒の圧力 〔発明が解決しようとする課題〕 上記の式で燃料要素のボイド圧力を知る場合、正確に燃
料棒のボイド空間及び圧力検定チャンバー内の容積をす
る必要が有るのであるが、特開昭の５４−５０７８９号
公報記載の圧力検定チャンバーは、比較的簡単形状のチ
ャンバーで、しかも燃料要素を固定して基準圧力延加圧
するのでチャンバー内の容積を正確に測ることは比較的
簡単であるが、溶接チャンバーで圧力検定チャンバーを
兼用した場合、溶接チャンバー内の容積は、上部端栓支
持機構、或は被覆管回転機構のシール性が問題となり正
確に測定することが困難となる。その結果として燃料要
素のボイド空間容積も正確に測定出来ない等の問題が有
った。しかも圧力検定チャンバーは燃料棒の端栓溶接装
置とは別ラインに置くため、サンプリング校正をする場
合の結果が、迅速に端栓溶接装置の所定の加圧封入圧力
にて溶接する条件に反映されない。

本発明の目的は、溶接チャンバーにて燃料棒内の内圧検
定を行い、燃料棒内の圧力を正確に設定し得る燃料棒の
レーザ溶接装置を提供せんとするものである。また、そ
のために、必要となる溶接チャンバー内の容積、燃料棒
内の容積、及び燃料棒内の内圧を測定する装置並びに方
法を提供せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は内圧検出手段を備え
内部に燃料棒の被覆管が挿入される溶接チャンバと、該
被覆管に端栓を嵌める面枠手段と、溶接チャンバ内と弁
を介して連通された脱気手段と、溶接チャンバ内と弁を
介して連通された不活性ガス供給手段と、端栓と被覆管
との接合部を溶接して被覆管内を密閉する溶接手段と、
を備えた溶接装置の溶接チャンバ内の容積測定装置にお
いて、前記溶接チャンバ、脱気手段及び不活性ガス供給
手段と弁を介して連通された内圧検出手段を備えた容積
既知（ｖｃ２）の基準チャンバと、内部が密閉された燃
料棒が挿入された状態での溶接チャンバ及び基準チャン
バ内を前記脱気手段で脱気して前記内圧検出手段で圧力
（Ｐｏ）を検出し、基準チャンバ内に不活性ガスを供給
して該基準チャンバ内の圧力（Ｐｃ、□）を検出し、両
チャンバを連通させて１回目の平衡圧力（Ｐ□）を検出
し、次いで前記基準チャンバ内に不活性ガスを供給して
該基準チャンバ内の圧力（Ｐｃ２２）を検出し、両チャ
ンバを連通させて２回目の平衡圧力（Ｐ２）を検出し、
前記操作をｎ回繰返して各回毎の基準チャンバ内の圧力
（Ｐｃ２ｎ）及び平衡圧力（Ｐｎ）を検出するよう前記
答弁の開閉制御、脱気手段及び不活性ガス供給手段の作
動制御を規制する制御部と、前記内圧検出手段により検
出した前記各圧力から溶接チャンバ内の容積（Ｖｅ、、
）を演算する容積演算手段と、を備えたことを特徴する
溶接装置の溶接チャンバ内の容積測定装置である。

ここで、Ｐｃ２２＝ｐ（２２＝・・・・・・Ｐ　Ｃ２ｎ
としたり、溶接チャンバの容積をｖｃｏ、基準チャンバ
の容積を■ｃ２として、Ｖ　ｃｌ＞　＞　Ｖ　ｃ２とす
るのがよい。

本発明に係る溶接装置の溶接チャンバー内の容積測定方
法は、内部が密閉された燃料棒が挿入された溶接チャン
バと、容積既知の基準チャンバを連通状態で脱気して圧
力（Ｐｏ）を検出し、基準チャンバ内に不活性ガスを供
給して該基準チャンバ内の圧力（ＰＣｚｔ）を検出し、
両チャンバを連通させて１回目の平衡圧力（Ｐ１）を検
出し、次いで前記基準チャンバ内に不活性ガスを供給し
て該基準チャンバ内の（Ｐｃ２２）を検出し、両チャン
バを連通させて２回目の平衡圧力（Ｐ２）を検出し、前
記操作を０回繰返して各同町の基阜チャンバ内の圧力（
Ｐｃ２ｎ）及び平衡圧力（Ｐ　、、　）を検出し、前記
検出した各圧力の値から溶接チャンバ内の容積を演算す
るものである。

本発明の燃料棒内の容積測定装置は、前記（請求項１記
載）の容積測定装置に溶接チャンバ内に挿入された燃料
棒に穴をあける穴あけ手段を設け、制御部は穴あけ前後
の燃料棒について各圧力を検出するよう答弁の開閉制御
、脱気手段及び不活性ガス供給手段の作動制御を個別に
規制する構成とし、容積演算手段は穴あけ前の検出され
た各圧力から溶接チャンバ内の容積（Ｖｃ、）を演算し
、穴あけ後の検出された各圧力から溶接チャンバ内及び
燃料棒内の総和容積（Ｖ　ｃ　１＋　Ｖ　ｎ　）を演算
し、両容積の差から燃料棒内の容積（ｖＲ）を演算する
構成としたものである。

本発明の燃料棒内の容積測定方法は、前記（請求項２記
載）の方法により溶接チャンバ内の容積（Ｖｃ、）を測
定し、穴あけされた燃料棒に代えて再度前記（請求項２
記載）の方法により溶接チャンバ及び燃料棒内の総和容
積（Ｖ　ｃ工＋Ｖ　ｎ　）を４１１定し、両容積の差か
ら燃料棒内の容積（ＶＲ）を求めるものである。

本発明の燃料棒内の内圧測定装置は、内圧検出手段を備
え内部に燃料棒の被覆管が挿入される溶接チャンバと、
該被覆管に端栓を嵌める血栓手段と、溶接チャンバ内と
弁を介して連通された脱気手段と、溶接チャンバ内と弁
を介して連通された不活性ガス供給手段と、端栓と被覆
管との接合部を溶接して被覆管内を密閉する溶接手段と
、密閉された燃料棒に穴をあける穴あけ手段と、を儲え
た燃料棒内の内圧測定装置において、前記溶接チャンバ
内の容積（Ｖｃ、）と燃料棒内の容積（ＶＲ）が入力さ
れているデータ入力部と、密閉された燃料棒が挿入され
た溶接チャンバ内を前記脱気手段で脱気して前記内圧検
出手段により圧力（Ｐｃ１）を検出し、次いで前記穴あ
け手段で燃料棒に穴あけした後の溶接チャンバ内の圧力
（Ｐ　Ｃｚ　）を検出するよう前記弁の開閉制御及び脱
気手段の作動制御を規制する制御部と、前記内圧検出手
段によ０検出した各圧力が入力されて前記データ入力部
の入力データとから燃料棒内の内圧（ＰＲ）を演算する
内圧演算手段と、を備えたものである。

本発明の燃料棒内の内圧４１ｇ定方決方法前記（請求項
２記載）の方法により溶接チャンバ内の容積（Ｖｃ１）
を測定し、随記（請求項３記載）の方法により燃料棒内
の容積（ＶＲ）を測定し、内部が密閉された燃料棒が挿
入された状態の溶接チャンバ内を脱気して圧力（Ｐｉ１
）を検出し、次いで穴あけ手段により燃料棒に穴あけし
た後の溶接チャンバ内の圧力（Ｐｉ２）を検出し、前記
各容積（Ｖｃｔ＋ｖｎ）及び各圧力（ｐ＋□、Ｐ□）の
値から燃料棒内の内圧（ＰＲ）を求めるものである。

本発明の燃料棒のレーザ溶接装置は、内圧検出手段を備
え内部に燃料棒の被覆管が挿入される溶接チャンバと、
該被覆管に端栓を嵌める血栓手段と、溶接チャンバ内と
弁を介して連通された脱気手段と、溶接チャンバ内と弁
を介して連通された不活性ガス供給手段と、端栓と被覆
管との接合部を周溶接して被覆管内！！：密閉するレー
ザ溶接手段と、を備えた燃料棒のレーザ溶接装置におい
て、前記溶接チャンバは、レーザ透過部が周設されてお
り、レーザ溶接手段は、射光部が＾ｑ記レしザ透過部と
対向しつつ周方向に回転可能に形成されていると共に、
軸方向に移動可能に形成されて燃料棒に穴あけする穴あ
け手段を兼ねる構成とし、溶接チャンバは、該溶接チャ
ンバ内の容積（Ｖｃ、）を測定する手段と、前記穴あけ
手段で穴あけされた燃料棒内の容積（ＶＲ）を測定する
手段と、内部が密閉された燃料棒の内圧（Ｐｎ）を４１
す定する手段と、を備えているものである。

また、前記レーザ溶接装置（請求項７記載）に、溶接チ
ャンバ内で燃料棒の被覆管に端栓を嵌める際の不活性ガ
ス供給手段の操業圧力（ＰＴ）を設定する封入圧力設定
手段を設け、燃料棒内の内圧を測定する手段で前記レー
ザ溶接手段により周溶接された後の内圧（ＰＲ）を測定
し、前記圧力の値（ＰＴ、　ＰＲ）を突き合わせて燃料
棒内の圧力が設定圧力となるよう前記操業圧力を修正変
更する圧力修正手段を設けたものである。

〔作用〕

本発明の溶接チャンバー内の容積測定装置は、制御部か
らの出力信号によって■ｌ＠の測定を行なうことによっ
て、高精度で溶接チャンバー内の容積（Ｖｃ、）を測定
できる。ｎ＝５〜２０とすれば通常は足りる。この測定
のための前提原理としてボイルの法則（ＰＶ＝一定）を
用いる。

ここで、Ｐｃ２２＝Ｐｃ２２＝・・・・・・＝Ｐｃ、ｎ
とすると、Ｐ　ＣＺ　・Ｖｃｚ　　　　Ｖｃｌ ｐ　ｎ−−（１＋−＋−＋　（−５＝）０−　’）Ｖｃ
１＋　ＶＯ２Ｖｃ１＋　ｖＣ２Ｖｃ１＋　Ｖｃ２の式よ
り、Ｐｎをｎに対してプロットした曲線の傾きから前記
Ｖｃ、の値を求めることができるＶ　ｃ　ｘ　＞　＞　
Ｖ　Ｃ２とすると、上記式は下記式に近似でき、Ｖｃ工
の値を求めるのが単純となる。

Ｖ　Ｃ１＋　Ｖ　Ｃｚ 本発明の燃料棒内の容積測定装置は、前記溶接チャンバ
内の容積（Ｖ　ｃ１）を測定するのとは別に、燃料棒に
穴あけした状態で同様の手順を経れば、溶接チャンバ及
び燃料棒内の総容積（Ｖ　ｃ工＋Ｖ　Ｒ）が求まり、両
者の差として、燃料棒内の容積（ＶＲ）が求まる。

本発明の燃料棒内の内圧測定装置は、前記の如く測定し
た各容積の値（ＶＣｌ、　ＶＲ）を用い、更に測定した
圧力（Ｐ１□、Ｐ□２）とからボイルの法則を適用して
、下記式によって燃料棒内の内圧（Ｐｎ）が求まる。

本発明の燃料棒のレーザ溶接装置は、被覆管に端栓を嵌
めて両者の接合部をレーザ溶接手段で周溶接する溶接チ
ャンバーにて、周溶接後の燃料棒に穴あけ手段で穴あけ
することによって内圧（ＰＲ）を測定できる。

ここで、燃料棒の被覆管に端栓を嵌める際の不活性ガス
供給手段の操業圧力（ＰＴ）と、その圧力（ＰＴ）に対
応する実測した燃料棒内の内圧（ＰＲ）とを突き合せる
ことにより、その内圧が設定圧力からずれているとき、
そのずれを修正する方向に前記操業圧力（ＰＴ）を増減
することが可能となり、これにより燃料棒内の圧力を正
確に設定することができる。

尚、レーザ光は、燃料棒の外周面を固定しながら溶接チ
ャンバを所定圧にして溶接を行なうようにすることによ
り、燃料棒は回転が不要で固定とした装置とすることが
可能となり、溶接チャンバ内の燃料棒挿入用開口部のシ
ールは、開閉動作だけで良くなり、従来の様にシール面
で燃料棒が回転摺動することがない。

又１本溶接チャンバを用いて燃料棒の内圧を測定する為
にレーザにて該溶接チャンバ内の燃料要素に穴あけを兼
用することで、レーザの台数が１ケ少なくなる。ここで
、穴あけの位置を可変とする為１本レーザは軸方向に移
動可能となっているので、圧力検定後、本レーザにて再
溶接も可能で、次工程以後燃料要素の取扱いも比較的容
易である。

〔実施例〕

まず、溶接チャンバを一端真空引き後、圧力を測定し、
その後レーザにて燃料要素を穴あけし昇圧定常状態圧か
ら燃料要素の封入圧力を求めるボイド空間体積及び溶接
チャンバの体積測定につき、第２図により、基準チャン
バ■ｃ２及び溶接チャンバーＶＣ□と連結されたヘリウ
ム供給系（不活性ガス供給手段）、真空排気系（脱気手
段）につき説明する。まず溶接チャンバＶｃ工の体積を
正確に求めることが、前提で、これにより燃料要素のボ
イド空間体積燃料棒内の容積ＶＲを正確に求めることが
出来る。

まず燃料要素である燃料棒１を溶接チャンバ１４に挿入
し、車枠５ｂと被覆管５ａを脱気手段である真空排気系
の装置により所定真空（１０−”〜１０−’Ｔｏｒｒ程
度）まで溶接チャンバ１４を排気し、その後不活性ガス
供給手段であるヘリウム供給系により溶接チャンバー１
４を不活性ガスにて所定の圧力（設定圧力）に置換し、
レーザを回転しながら被覆管５ａと端栓５ｂとの接合部
を周溶接して内部を密閉した後、該チャンバ１４内のヘ
リウムガスを弁７を開として大気に開放する。その後、
大気側のＡｉｒ作動弁７を閉じて、ヘリウム供給系のＡ
ｉｒ弁１弁髪２とし、真空排気系にて溶接チャンバ１４
及び、容積既知の基準チャンバ１５の真空排気系のＡｉ
ｒ作動弁１０，１１．１３を開放させ、基準チャンバ１
５及び溶接チャンバ１４を所定の圧力逃真空排気する。

この時の両チャンバ１４．１５の圧力は共通で、それを
Ｐｏ（はぼ圧力零）とする。

次に未知容積の溶接チャンバ１４（Ｖｃ１）及び、容積
既知の基準チャンバ１５のＡｉｒ作動弁９，１０．１１
．１３を閉じて、基準チャンバ１５にヘリウム供給系の
ガスをＡｉｒ作動８を開として導入し、該チャンバ１５
内の圧力を例えば５ＴｏｒｒにしてＡｉｒ作動弁８を閉
とする。次に基準チャンバ１５　（Ｖｃｚ　）側のヘリ
ウム供給側のＡｉｒ作動弁９．１０を開として溶接チャ
ンバー１４と基亭チャンバー１５を連通させて平衡圧力
Ｐ２を圧力計１９により測定する。１回目の測定で、平
衡圧力Ｐ、は下記式（１）となる。

次に、Ａｉｒ作動弁９，１１を閉とし、再びヘリウム供
給系のＡｉｒ作動弁８を開としてヘリウム供給により基
準チャンバ１５の圧力Ｐｃ２２を例えば再び５　Ｔｏｒ
ｒ（Ｐｃ２．＝Ｐｃｚｚ）とする。これにより２回目の
平衡圧力Ｐ２は下記式（２）となる。

以後２回目以後の圧力を求める場合は同様の手順を経て
平衡圧力を求めればよい。

式（１）を式（２）に代入すると（Ｐｃ４１＝Ｐｃ２２
＝Ｐｃｚ）として同様にｎ回目の測定では 式（３）でわかる様にＶｃ、＞Ｖｃ２とすれば、同大（
３）は となる。すなわち、基準チャンバ１５の容積Ｖｃｚは１
回目の両チャンバー１４．１５の真空排気時間、及び２
回目以後のヘリウム供給時間を短く出来る為、溶接チャ
ンバー１４の容積ｖｃ１に比して極力小さくするのがよ
い。

尚、上記の説明ではＰｃ２１＝Ｐｃ２２＝・・・・・・
Ｐｃ２Ｉｌ＝Ｐｃよ（５Ｔｏｒｒ）として説明したが、
ＰＣ！□＝５Ｔｏｒｒ、Ｐｃｚｚ　＝　１０　Ｔｏｒｒ
というように異ならせても各式（１）〜（３）から個々
にＶＣ工が求まるため、それらを平均して正確なＶｃ１
を求まることもできる。

通常、溶接チャンバ１４の容積Ｖｃ工は約５Ｑ程度であ
り、基準チャンバ１５の容積ｖｃ２を５０ｃｃ程度にす
れば十分な測定精度で圧力及び容積Ｖｃ１を測定可能で
ある。式（４）より求めたｎ回目の測定値に対してＰｎ
を記録し、得られる直線の傾斜よりＶｃ工を求めれば良
い。本計算はＶ　ｃｌ＞　＞　Ｖ　ｃ２のもとて簡略的
にＶｃ工を求めたが１式（３）をそのまま計算して燃料
要素挿入の溶接チャンバ１４の容積Ｖｃ１を得られる曲
線の傾斜より該容積■ｃ０を求めることができる。

次に燃料棒１内の容積ＶＲすなわちボイド空間体積Ｖｎ
の求め方について説明する。燃料棒のボイド空間体積Ｖ
ｒｔは、被覆管５ａと上部端栓５ｂを所定の圧力で封入
溶接する。この時の溶接チャンバ１４へのヘリウム供給
の圧力を圧力計１７にて読み取っておく。次に、溶接チ
ャンバ１４の容積Ｖｃ、を求めた様に、該チャンバ１４
内のへりつムを大気側に開放する。その際、上部端栓５
ｂ又は被覆管５ａをレーザにて穴あけしておく。溶接チ
ャンバ１４の容積Ｖｃｘと該チャンバ１４内にある燃料
棒１のボイド空間容積ＶＲとの総和容積を測定する為、
以後溶接チャンバ１４のみの容積Ｖｃ１を求めた前記手
順にて燃料棒１のボイド空間を含む総容積のｎ回目の測
定は、 の式より、圧力をプロットとして曲線の傾斜を求めてそ
の傾斜より総和容積■。＋、　＋　Ｖ　Ｒを求めれば良
い。その結果燃料棒１のボイド空間の容積ＶＲを判定出
来る。本方法で求めた燃料棒のボイド空間容積Ｖ　Ｒ，
溶接チャンバ１４の容積Ｖｃｍは、常にほとんど一定で
ある為、本方法であらかじめＶｃｌ、ＶＲを一義的に測
定し、それらを定数として計算機等のデータ入力部に入
力しておけばよい。

その結果、一般的にボイド空間の封入圧力を推定するの
は、溶接チャンバ１４内に燃料要素を封入した後、該チ
ャンバ１４内を真空排気し、不活性ガスにて該チャンバ
１４内を所定圧力ＰＴ（例えば３０気圧）で、レーザヘ
ッドを回転させ被覆管５ａと端栓５ｂとの接合部を周溶
接させ、その後ヘリウムガスを該チャンバ１４内より大
気側に開放して大気側開放系のＡｉｒ作動弁７を閉とし
て該チャンバ１４内を真空排気し、そのときの該チャン
バ１４内の圧力Ｐ＋１を測定後、レーザを軸方向に移動
させて燃料棒１に穴あけした後の圧力ＰＩ□を測定して
、あらかじめ測定されて計算機に入力されている燃料要
素のボイド空間容積ＶＲ１及び溶接チャンバ１４の容積
Ｖｃより下記の式（６）で燃料要素の封入圧力を求める
ことが出来る。

Ｖ　ｎ　＋　Ｖ　ＣＬ ここでＰＲは封入圧力である故、 式（６）により燃料要素の封入圧力を測定出来る。

本方法によれば、ある操業圧力ＰＴにて不活性ガス導入
後に溶接した際の該圧力ＰＴと前記実測した圧力ＰＲと
をつき合わせすることにより、逆に操業圧力ＰＴをいく
らに設定しておけば良いかオンラインで即座に計算出来
、又燃料保証を端栓溶接との所で行えば、例えばサンプ
リング的に穴あけして燃料要素を再封入して取扱うこと
も可能である。又、真空排気系、或いはヘリウム供給系
管路を別個に設ける必要性もなく、しかも、別ラインに
内圧検定装置を置いた場合、そこまで燃料要素を搬入す
る装置も不要で大幅な合理化となる。

しかも通常端栓溶接装置では不活性ガスのガス分析をし
て９９．９９％以上の純度のガスを供給して溶接するこ
とが望まれる。この場合、燃料要素のガス分析をするの
には燃料棒１本を溶接するよりもはるかに時間がかかる
が、本発明によれば通常は遊んでいる基準チャンバ１５
にヘリウムを導入しヘリウム分析器を設置しておき、ガ
ス分析との兼用も可能である。

次に、本発明に係るレーザ溶接装置の一実施例を第１図
により詳しく説明する。

溶接チャンバ１４の中間にレーザ光導入窓１４Ｃが円環
上に強固に固定されている。このレーザ光導入窓１４Ｃ
は、一般にレーザ投射に使われているレンズの材質と等
価な材質で耐熱性があり、かつ透明なものを使用する。

溶接チャンバ１４の側方には被噌管５ａを溶接チャンバ
１４内に挿入するための開口部があり弾性体で出来てい
るシール２４が具備されている。このシール２４はシリ
ンダー２６及びラム２５により被覆管５ａの軸方向に押
付、解放されることにより被覆管５ａの外径に密層又は
同外径から離れ、伸縮開閉が可能である。すなわちシー
ル２４の内径が開閉することにより被覆管５ａと溶接チ
ャンバ１４との密封性の確保ならびに被覆管５ａの挿入
時のすきまを作ることが出来る。

レーザ加工ヘッドは、レーザ案内管１６に取りつけられ
、レーザ案内管１６はクランク軸より、その一方を被覆
管５ａの軸芯とした軸受２７に支持されている。レーザ
案内管１６は回転出来る様に、プリー２８、ベルト２９
を介してモータ３０に連結されている。又、レーザ案内
管１６は被覆管５ａの軸芯方向に動ける様に回転をする
モータを支えるベースフレーム２２がボールネジ２３に
よって、図示していないが別のモータによって動かすこ
とが出来るようになっている。

このレーザ案内管１６を軸方向に動かすことにより被覆
管５ａの任意の場所にレーザにて穴あけすることが出来
る。レーザを軸芯方向に動かす時は、レーザを回転させ
るモータ３０は原動を停止させる。また、溶接チャンバ
１４に挿入された被覆管５ａと上部端栓５ｂを所定の位
置迄挿入後、溶接チャンバ１４及び燃料要素をＡｉｒ作
動弁１０．１３を開とすることにより所定の圧力（１〇
−２〜１０−’Ｔｏｒｒ）迄真空排気する。この時、基
準チャンバ１５側の真空排気系とつながるＡｉｒ作動弁
９，１１は閉となっている。もちろんＨｅ供給系のＡｉ
ｒ作動弁８，１２も閉となっている。

二わらは図示しない制御部により規制される。その後、
真空排気系のＡｉｒ作動弁１０．１３を閉とし、Ｈｅ供
給系のＡｉｒ作動弁１２により溶接チャンバ１４に圧力
センサー１７、該チャンバ１４に取りつけられ高圧圧力
計２０により該チャンバ１４内を所定の圧力にする。そ
の後、シリンダ２５により上部端栓５ｂと被覆管５ａの
間隙をなくす為ぴったりと密着させる。レーザを上部端
栓５ｂと被覆管５ａの接合部に位置合わせした後、レー
ザを回転して周溶接する。上部端栓５ｂと、被覆管５ａ
の溶接は、以上述べた様に溶接チャンバ１４内の真空排
気、不活性ガス所定圧置換、周溶接、その後、該チャン
バ１４をＡｉｒ作動弁１２を閉、Ａｉｒ作動弁７を開と
して大気圧にした後、以後のくり返し手順にて行なう。

次に、燃料要素の封入圧力測定のために必要となる溶接
チャンバ１４と燃料棒１のボイド空間の各容積■ｃ１、
ＶＲの測定につき簡単に説明する。

未知量である溶接チャンバ内の容積Ｖｃｍと燃料要素ボ
イド空間容積ＶＲ測定の為に、容積既知の基準チャンバ
１５が設置されている。基準チャンバ１５は溶接チャン
バ１４とＡｉｒ作動弁９，１０を介して連結され、しか
もＨｅ供給系及び真空排気系とも弁８，１１．１３を介
して連結されている。

まず溶接チャンバ１４の容積測定は、Ｈｅ供給系のＡｉ
ｒ作動弁８，１２を閉とし、真空排気側とつながるＡｉ
ｒ作動弁１０，１１．１３を開として、溶接チャンバ１
４と基準チャンバ１５を所定の低圧にする。その時の圧
力Ｐ０を溶接チャンバ１４側の真空圧力計１９．及び基
準チャンバ側の圧力計１８にて読み取る。その後、Ａｉ
ｒ作動弁１．３．１１は閉のままとする。そして溶接チ
ャンバ１４と基準チャンバとを連結しているＡｉｒ作動
弁９，１０を閉じて、ヘリウム供給系のＡｉｒ作動弁８
を開いて所定圧迄基準チャンバ１５内昇圧させる。その
時の圧力Ｐｃ２１を読み取る。その後のヘリウム供給系
のＡｉｒ作動弁８を閉として、基準チャンバ１５と溶接
チャンバ１４を連結しているＡｉｒ作動弁９，１０を開
として溶接チャンバ１４と基準チャンバ１５の平衡圧力
Ｐ１を真空圧力計１８，１９を閉口してＡｉｒ作動弁８
を開とすることにより、基準チャンバ１５内にＨｅガス
を供給し、同じ様に圧力Ｐｃｏ及び平衡圧力Ｐ２を求め
る。この様にして前記式（３）を用いることにより、そ
の曲線の傾斜より溶接チャンバ１４の容積Ｖｃ工が求ま
る。燃料棒に穴あけした状態にて同様な手順で燃料要素
のボイド空間の容積ＶＲも求まる。これを定数として計
算機に入力しておく。

燃料棒１の内圧検定をする場合は（これは常時でなくサ
ンプリング的に検査する場合が多い。）溶接チャンバ１
４内にて燃料要素に所定圧の不活性ガス導入後、被覆管
５ａに端栓５ｂを嵌めた後、その接合部をレーザにて周
溶接し、その後、Ａｉｒ作動弁７を開としてチャンバ１
４内のＡｉｒ作動弁１０，１３を閉として真空排気設備
により溶接チャンバ１４を所定圧迄真空排気し、真空圧
力計１９によりその圧力Ｐｔｌを読み取る。その後し−
ザを軸方向に移動して被覆管５ａの任意位置に合わせて
レーザを回転させず固定として穴あけをする。そして溶
接チャンバ１４内の昇圧Ｐ１を測定し、ボイド空間の封
入圧力ＰＲを式（６）で求める。又、溶接する際の操業
圧力を圧力センサ１７で求め、実測した封入圧力ＰＲと
突き合わせるし、操業圧力を最適方法に修正することが
可能である、又、その内圧検定後、レーザにて再溶接も
出来る。

以上の如く、本発明によればレーザ溶接装置１台にて燃
料要素の溶接、穴あけによる燃料棒の内圧検定ができ、
しかもＨｅ供給系の設備が１台少なくなる。又、内圧検
定装置を別ライン１２に設けた時には、そこまでの搬送
系設備も不要となる。

端栓溶接では溶接チャンバ１４の保全性の上からも、基
準チャンバ１５と溶接チャンバ１４を連通させることが
該溶接チャンバ１４のシール等の破損によるバックラン
ド異常を簡単に真空排気系を兼用していることで見つけ
ることが出来る。

〔発明の効果〕

本発明に係る方法によれば、溶接チャンバ内の形状かは
純形状でなくとも、簡単且つ正確に該溶接チャンバ内の
容積、燃料棒内の容積を測定することができ、それに基
づいて、密閉した燃料棒内の内圧を簡単且つ正確に測定
することが出来る。

本発明に係る装置によれば、上記各測定方法を容易に実
施することが出来る。

本発明に係るレーザ溶接装置によれば、溶接チャンバを
燃焼棒の内圧検定のためのチャンバとして兼用でき、全
体として装置を小型化することが出来る。又、溶接チャ
ンバ内で内圧検定を行えるため、実測した内圧の値と、
不活性ガス供給の操業圧力とを突き合オ）せして、燃料
棒内の内圧が基準値となるよう自動制御することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレーザ溶接装置の一部を断面図で
示した全体ａ成因、第２図は同装置の概略構成図、第３
図は燃料棒の断面図である。 １・・・燃料棒、５ａ・・・被覆管、５ｂ・・・上部端
栓、６・・・不活性ガス、７〜１３・・・Ａｉｒ作動弁
、１４・・・溶接チャンバ、１５・・・基準チャンバ、
１６・・・レーザ案内管、１７・・・圧力センサー、１
８〜１９・・・真空圧力計、２０・・・高圧圧力計、２
１・・・モータ、２２・・・ベースフレーム、２３・・
・送りネジ、２４・・・シール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内圧検出手段を備え内部に燃料棒の被覆管が挿入さ
   れる溶接チャンバと、該被覆管に端栓を嵌める嵌栓手段
   と、溶接チャンバ内と弁を介して連通された脱気手段と
   、溶接チャンバ内と弁を介して連通された不活性ガス供
   給手段と、端栓と被覆管との接合部を溶接して被覆管内
   を密閉する溶接手段と、を備えた溶接装置の溶接チャン
   バ内の容積測定装置において、 前記溶接チャンバ、脱気手段及び不活性ガス供給手段と
   弁を介して連通された内圧検出手段を備えた容積既知（
   Ｖｃ＿２）の基準チャンバと、内部が密閉された燃料棒
   が挿入された状態での溶接チャンバ及び基準チャンバ内
   を前記脱気手段で脱気して前記内圧検出手段で圧力（Ｐ
   ｏ）を検出し、基準チャンバ内に不活性ガスを供給して
   該基準チャンバ内の圧力（Ｐｃ＿２＿１）を検出し、両
   チャンバを連通させて１回目の平衡圧力（Ｐ＿１）を検
   出し、次いで前記基準チャンバ内に不活性ガスを供給し
   て該基準チャンバ内の圧力（Ｐｃ＿２＿２）を検出し、
   両チャンバを連通させて２回目の平衡圧力（Ｐ＿２）を
   検出し、前記操作をｎ回繰返して各回毎の基準チャンバ
   内の圧力（Ｐｃ＿２＿ｎ）及び平衡圧力（Ｐ＿ｎ）を検
   出するよう前記各弁の開閉制御、脱気手段及び不活性ガ
   ス供給手段の作動制御を規制する制御部と、前記内圧検
   出手段により検出した前記各圧力から溶接チャンバ内の
   容積（Ｖｃ＿１）を演算する容積演算手段と、を備えた
   ことを特徴する溶接装置の溶接チャンバ内の容積測定装
   置。 ２、Ｐｃ＿２＿１＝Ｐｃ＿２＿２＝・・・・・・Ｐｃ＿
   ２＿ｎである請求項１記載の溶接装置の溶接チャンバ内
   の容積測定装置。 ３、溶接チャンバの容積をＶｃ＿１、基準チャンバの容
   積をＰｃ＿２として、Ｖｃ＿１＞＞Ｖｃ＿２とした請求
   項１又は２記載の溶接装置の溶接チャンバの容積測定装
   置。 ４、内部が密閉された燃料棒が挿入された溶接チャンバ
   と、容積既知の基準チャンバを連通状態で脱気して圧力
   （Ｐｏ）を検出し、基準チャンバ内に不活性ガスを供給
   して該基準チャンバ内の圧力（Ｐｃ＿２＿１）を検出し
   、両チャンバを連通させて１回目の平衡圧力（Ｐ＿１）
   を検出し、次いで前記基準チャンバ内に不活性ガスを供
   給して該基準チャンバ内の（Ｐｃ＿２＿２）を検出し、
   両チャンバを連通させて２回目の平衡圧力（Ｐ＿２）を
   検出し、前記操作をｎ回繰返して各回毎の基準チャンバ
   内の圧力（Ｐｃ＿２＿ｎ）及び平衡圧力（Ｐ＿ｎ）を検
   出し、前記検出した各圧力の値から溶接チャンバ内の容
   積を演算することを特徴とする容積装置の溶接チャンバ
   内の容積測定方法。 ５、請求項１記載の容積測定装置に溶接チャンバ内に挿
   入された燃料棒に穴をあける穴あけ手段を設け、制御部
   は穴あけ前後の燃料棒について各圧力を検出するよう各
   弁の開閉制御、脱気手段及び不活性ガス供給手段の作動
   制御を個別に規制する構成とし、容積演算手段は穴あけ
   前の検出された各圧力から溶接チャンバ内の容積（Ｖｃ
   ＿１）を演算し、穴あけ後の検出された各圧力から溶接
   チャンバ内及び燃料棒内の総和容積（Ｖｃ＿１＋Ｖ＿Ｒ
   ）を演算し、両容積の差から燃料棒内の容積（Ｖ＿Ｒ）
   を演算する構成としたことを特徴とする燃料棒内の容積
   測定装置。 ６、請求項２記載の方法により溶接チャンバ内の容積（
   Ｖｃ＿１）を測定し、 穴あけされた燃料棒に代えて請求項２記載の方法により
   溶接チャンバ及び燃料棒内の総和容積（Ｖｃ＿１＋Ｖ＿
   Ｒ）を測定し、両容積の差から燃料棒内の容積（Ｖ＿Ｒ
   ）を求めることを特徴とする燃料棒内の容積測定方法。 ７、内圧検出手段を備え内部に燃料棒の被覆管が挿入さ
   れる溶接チャンバと、該被覆管に端栓を嵌める嵌栓手段
   と、溶接チャンバ内と弁を介して連通された脱気手段と
   、溶接チャンバ内と弁を介して連通された不活性ガス供
   給手段と、端栓と被覆管との接合部を溶接して被覆管内
   を密閉する溶接手段と、密閉された燃料棒に穴をあける
   穴あけ手段と、を備えた燃料棒内の内圧測定装置におい
   て、 前記溶接チャンバ内の容積（Ｖｃ＿１）と燃料棒内の容
   積（Ｖ＿Ｒ）が入力されているデータ入力部と、 密閉された燃料棒が挿入された溶接チャンバ内を前記脱
   気手段で脱気して前記内圧検出手段により圧力（Ｐｉ＿
   １）を検出し、次いで前記穴あけ手段で年力棒に穴あけ
   した後の溶接チャンバ内の圧力（Ｐｉ＿２）を検出する
   よう前記弁の開閉制御及び脱気手段の作動制御を規制す
   る制御部と、 前記内圧検出手段により検出した各圧力が入力されて前
   記データ入力部の入力データとから燃料棒内の内圧（Ｐ
   ＿Ｒ）を演算する内圧演算手段と、を備えたことを特徴
   とする燃料棒内の内圧測定装置。 ８、請求項２記載の方法により溶接チャンバ内の容積（
   Ｖｃ＿１）を測定し、請求項３記載の方法により燃料棒
   内の容積（Ｖ＿Ｒ）を測定し、 内部が密閉された燃料棒が挿入された状態の溶接チャン
   バ内を脱気して圧力（Ｐｉ＿１）を検出し、次いで穴あ
   け手段により燃料棒に穴あけした後の溶接チャンバ内の
   圧力（Ｐｉ＿２）を検出し、前記各容積（Ｖｃ＿１、Ｖ
   ＿Ｒ）及び各圧力（Ｐｉ＿１、Ｐｉ＿２）の値から燃料
   棒内の内圧（Ｐ＿Ｒ）を求めることを特徴とする燃料棒
   内の内圧測定方法。 ９、内圧検出手段を備え内部に燃料棒の被覆管が挿入さ
   れる溶接チャンバと、該被覆管に端栓を嵌める嵌栓手段
   と、溶接チャンバ内と弁を介して連通された脱気手段と
   、溶接チャンバ内と弁を介して連通された不活性ガス供
   給手段と、端栓と被覆管との接合部を周溶接して被覆管
   内を密閉するレーザ溶接手段と、を備えた燃料棒のレー
   ザ溶接装置において、 前記溶接チャンバは、レーザ透過部が周設されており、 レーザ溶接手段は、射光部が前記レーザ透過部と対向し
   つつ周方向に回転可能に形成されていると共に、軸方向
   に移動可能に形成されて燃料棒に穴あけする穴あけ手段
   を兼ねる構成とし、溶接チャンバは、該溶接チャンバ内
   の容積 （Ｖｃ＿１）を測定する手段と、前記穴あけ手段で穴あ
   けされた燃料棒内の容積（Ｖ＿Ｒ）を測定する手段と、
   内部が密閉された燃料棒の内圧 （Ｐ＿Ｒ）を測定する手段と、を備えていることを特徴
   とする燃料棒のレーザ溶接装置。 １０、請求項７記載の装置に、溶接チャンバ内で燃料棒
   の被覆管に端栓を嵌める際の不活性ガス供給手段の操業
   圧力（Ｐ＿Ｔ）を設定する封入圧力設定手段を設け、燃
   料棒内の内圧を測定する手段で前記レーザ溶接手段によ
   り周溶接された後の内圧（Ｐ＿Ｒ）を測定し、前記圧力
   の値（Ｐ＿Ｔ、Ｐ＿Ｒ）を突き合わせて燃料棒内の圧力
   が設定圧力となるよう前記操業圧力を修正変更する圧力
   修正手段を設けたことを特徴とする燃料棒のレーザ溶接
   装置。