JPH0439920B2 - - Google Patents
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- JPH0439920B2 JPH0439920B2 JP60092402A JP9240285A JPH0439920B2 JP H0439920 B2 JPH0439920 B2 JP H0439920B2 JP 60092402 A JP60092402 A JP 60092402A JP 9240285 A JP9240285 A JP 9240285A JP H0439920 B2 JPH0439920 B2 JP H0439920B2
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- JP
- Japan
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- end plug
- cladding
- fuel rod
- welding
- cladding tube
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-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
- G21C19/26—Arrangements for removing jammed or damaged fuel elements or control elements; Arrangements for moving broken parts thereof
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/06—Casings; Jackets
- G21C3/10—End closures ; Means for tight mounting therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Pipe Accessories (AREA)
- Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、原子炉の炉心の燃料集合体中に後に
組込まれる燃料棒を製造する際に燃料棒を閉ざす
ように燃料棒の先端に取付けるための端栓に関す
るものである。本発明の端栓によれば、特に溶接
作業がレーザー溶接技術を用いて行なわれる場合
に従来の燃料棒−端栓組立体の周溶接ビードの特
徴であつた有害な性質及び構造上の欠陥が除かれ
る。なお本発明の教示は、溶接作業がTIG溶接技
術に従つて行なわれる場合の燃料棒−端栓組立体
溶接ビードにも適用される。
組込まれる燃料棒を製造する際に燃料棒を閉ざす
ように燃料棒の先端に取付けるための端栓に関す
るものである。本発明の端栓によれば、特に溶接
作業がレーザー溶接技術を用いて行なわれる場合
に従来の燃料棒−端栓組立体の周溶接ビードの特
徴であつた有害な性質及び構造上の欠陥が除かれ
る。なお本発明の教示は、溶接作業がTIG溶接技
術に従つて行なわれる場合の燃料棒−端栓組立体
溶接ビードにも適用される。
原子力発電プラトン技術においては周知のよう
に、典型的な原子力発電所の原子炉の炉心には、
少くとも100個の燃料集合体が収容され、各々の
燃料集合体は、例えば数100本の燃料棒から成つ
ている。従来の燃料集合体は、例えば17×17配列
として知られる燃料棒の配列（17列の燃料棒位置
を含み、各列には17個の燃料棒位置を含む配列）
を有している。即ち各々の燃料集合体は、264本
の燃料棒から成り、残りの位置は、制御棒シンブ
ル（管）及び計装管を収納している。即ち炉心が
少くとも100個の燃料集合体を含む場合には、炉
心は、明らかなように、25000本よりも多くの燃
料棒を収納している。
に、典型的な原子力発電所の原子炉の炉心には、
少くとも100個の燃料集合体が収容され、各々の
燃料集合体は、例えば数100本の燃料棒から成つ
ている。従来の燃料集合体は、例えば17×17配列
として知られる燃料棒の配列（17列の燃料棒位置
を含み、各列には17個の燃料棒位置を含む配列）
を有している。即ち各々の燃料集合体は、264本
の燃料棒から成り、残りの位置は、制御棒シンブ
ル（管）及び計装管を収納している。即ち炉心が
少くとも100個の燃料集合体を含む場合には、炉
心は、明らかなように、25000本よりも多くの燃
料棒を収納している。
原子炉の炉心の燃料ピンないしは燃料棒は、通
常は、壁厚の小さい管即ち被覆管を含み、この被
覆管の内部には、核分裂性物質が装填され、原子
炉の運転中完全に封入された形態に支持されてい
る。被覆管は、核燃料と周囲の環境例えば加圧水
型原子炉（PWR）の冷却水との間に接触及び化
学反応が生起することを防止すると共に、補助的
には、言うまでもなく、核分裂可能な物質を内部
に閉じこめておくために用いられる。従つて被覆
管は、この目的を達成するために、耐食性−非反
応性−熱伝導性とする。燃料棒被覆管に製造に普
通に用いられている材料の例は、304ステンレス
鋼、又はジルコニウムを主成分とする合金例えば
ジルカロイ−２もしくはジルカロイ−４である。
ジルコニウム合金は、熱中性子の捕獲断面積が比
較的低いため、実際にステンレス鋼よりも好まし
い。
常は、壁厚の小さい管即ち被覆管を含み、この被
覆管の内部には、核分裂性物質が装填され、原子
炉の運転中完全に封入された形態に支持されてい
る。被覆管は、核燃料と周囲の環境例えば加圧水
型原子炉（PWR）の冷却水との間に接触及び化
学反応が生起することを防止すると共に、補助的
には、言うまでもなく、核分裂可能な物質を内部
に閉じこめておくために用いられる。従つて被覆
管は、この目的を達成するために、耐食性−非反
応性−熱伝導性とする。燃料棒被覆管に製造に普
通に用いられている材料の例は、304ステンレス
鋼、又はジルコニウムを主成分とする合金例えば
ジルカロイ−２もしくはジルカロイ−４である。
ジルコニウム合金は、熱中性子の捕獲断面積が比
較的低いため、実際にステンレス鋼よりも好まし
い。
慣用される燃料ピンもしくは燃料棒の製造技術
によれば、通常はＵ−235が濃縮された二酸化ウ
ラン（UO2）の円筒状ペレツトの形状を有する燃
料棒は、被覆管中に燃料を装填し、燃料棒被覆管
の両端を端栓ないしはキヤツプによつて塞ぎ、こ
れらの端栓を摩擦ばめ又は圧力ばめによつて一時
的に被覆管に固着することによつて、燃料棒被覆
管内に気密に封止される。端栓は溶接作業によつ
て被覆管内の所定位置に恒久的に封着される。こ
の溶接作業は、燃料棒被覆管を電極に対して相対
的に回動させることにより、被覆端−端栓の界面
に周溶接部を形成する自動溶接装置によつて例え
ば行なわれ、この結果として得られた被覆管−端
栓組立体は、完成した燃料棒ないしは燃料ピンを
形成する。
によれば、通常はＵ−235が濃縮された二酸化ウ
ラン（UO2）の円筒状ペレツトの形状を有する燃
料棒は、被覆管中に燃料を装填し、燃料棒被覆管
の両端を端栓ないしはキヤツプによつて塞ぎ、こ
れらの端栓を摩擦ばめ又は圧力ばめによつて一時
的に被覆管に固着することによつて、燃料棒被覆
管内に気密に封止される。端栓は溶接作業によつ
て被覆管内の所定位置に恒久的に封着される。こ
の溶接作業は、燃料棒被覆管を電極に対して相対
的に回動させることにより、被覆端−端栓の界面
に周溶接部を形成する自動溶接装置によつて例え
ば行なわれ、この結果として得られた被覆管−端
栓組立体は、完成した燃料棒ないしは燃料ピンを
形成する。
従来は、前述した数1000本の燃料被覆管−端栓
周溶接界面は、普通のタングステン不活性ガス
（TIG）溶接技術に従つて実際上全て行なわれて
いる。TIG溶接技術は、実際に、高信頼性であ
り、比較的故障が少なく、生産サイクル時間は比
較的早いが、レーザー溶接技術の到来と共に、
TIG溶接作業はレーサー溶接作業ほど高速ではな
いことが認識されている。そのため、溶接作業を
コスト的により有効に且つ経済的にするには、可
能な限り、TIG溶接技術の代りにレーザー溶接技
術を用いることが望ましいとされている。更に、
原子炉の燃料棒の特別の製造処理に関連して、特
に、原子炉の炉心に含まれる燃料棒の数について
必要とされる溶接界面の数に留意して、レーザー
溶接技術が使用されるならば、非常に大きな経済
上の利点が達成される。しかし従来は、溶接界面
を形成するために従来使用され従来から承認され
ていたTIG溶接技術の代りにレーザー溶接技術を
用いた場合には、燃料棒−端栓周溶接部に特に重
大な構造上の欠陥が発生する。
周溶接界面は、普通のタングステン不活性ガス
（TIG）溶接技術に従つて実際上全て行なわれて
いる。TIG溶接技術は、実際に、高信頼性であ
り、比較的故障が少なく、生産サイクル時間は比
較的早いが、レーザー溶接技術の到来と共に、
TIG溶接作業はレーサー溶接作業ほど高速ではな
いことが認識されている。そのため、溶接作業を
コスト的により有効に且つ経済的にするには、可
能な限り、TIG溶接技術の代りにレーザー溶接技
術を用いることが望ましいとされている。更に、
原子炉の燃料棒の特別の製造処理に関連して、特
に、原子炉の炉心に含まれる燃料棒の数について
必要とされる溶接界面の数に留意して、レーザー
溶接技術が使用されるならば、非常に大きな経済
上の利点が達成される。しかし従来は、溶接界面
を形成するために従来使用され従来から承認され
ていたTIG溶接技術の代りにレーザー溶接技術を
用いた場合には、燃料棒−端栓周溶接部に特に重
大な構造上の欠陥が発生する。
本発明は、原子炉用燃料棒の被覆管の先端部内
に溶接されるように適合した端栓であつて、前記
被覆管の内部に配設されるため、円周方向に延び
軸方向に配向されたランド面部分と、前記被覆管
の先端部に突合わせ接触状態で係合するように、
環状に延び半径方向に配向された肩部とを有し、
前記端栓を前記被覆管に溶接する個所即ち溶接領
域に近接して、前記ランド面部分及び前記肩部の
接合部に周溝がある、前記端栓において、前記周
溝は、前記周溝と、該周溝に対し鋭角をなして設
けられ、前記肩部の底部から前記ランド面部分ま
で前方へ半径方向外方に延びる円錐面とによつて
画成されると共に、溶接中のガスの逃げが最適に
行われるように形成されている、ことを特徴とす
るものである。
に溶接されるように適合した端栓であつて、前記
被覆管の内部に配設されるため、円周方向に延び
軸方向に配向されたランド面部分と、前記被覆管
の先端部に突合わせ接触状態で係合するように、
環状に延び半径方向に配向された肩部とを有し、
前記端栓を前記被覆管に溶接する個所即ち溶接領
域に近接して、前記ランド面部分及び前記肩部の
接合部に周溝がある、前記端栓において、前記周
溝は、前記周溝と、該周溝に対し鋭角をなして設
けられ、前記肩部の底部から前記ランド面部分ま
で前方へ半径方向外方に延びる円錐面とによつて
画成されると共に、溶接中のガスの逃げが最適に
行われるように形成されている、ことを特徴とす
るものである。
端栓は被覆管の先端部に嵌め合わされ、レーザ
ービーム溶接又はTIG溶接によつて該先端部に接
合される。周溝は、ランド面部分のレベルの下方
に延びる深さを有し、その開先角度は例えば45゜
のような鋭角である。このような周溝を端栓の小
径部分と大径部分の軸方向の境界に形成すること
は、レーザービーム溶接条件下に燃料棒被覆管と
端栓との間に形成される周溶接部の内部の構造的
欠陥（例えば多孔性）を除くうえに有用である。
ービーム溶接又はTIG溶接によつて該先端部に接
合される。周溝は、ランド面部分のレベルの下方
に延びる深さを有し、その開先角度は例えば45゜
のような鋭角である。このような周溝を端栓の小
径部分と大径部分の軸方向の境界に形成すること
は、レーザービーム溶接条件下に燃料棒被覆管と
端栓との間に形成される周溶接部の内部の構造的
欠陥（例えば多孔性）を除くうえに有用である。
また、明らかなように、本発明に従つて溶接領
域に上述の周溝を形成することにより、トラツプ
されたガスもしくは気泡を一層容易に逃がすこと
ができる。更に、TIG溶接はレーザービーム溶接
よりも大きなエネルギ入力を必要とするので、特
にTIG溶接を行う場合に、溝は、その半径方向及
び軸方向の寸法が適切に選択されていて、溶接中
の溶接領域からのガスの逃げが最適に行われるよ
うに形成されている。また、被覆管への端栓の溶
接時に、端栓の肩部と被覆管の端面との間に溜ま
るガスの量を少なくするには、従来の端栓のよう
に、肩部がランド面部分に対して直角に形成され
ていると、端栓及び被覆管の機械切削公差を非常
に厳しくしなければならないが、本発明に従つて
溶接領域に周溝を設けると、ガスの逃げが容易に
なるため端栓及び被覆管の機械切削公差をゆるく
することができるので、燃料棒製作コストの低減
になる。
域に上述の周溝を形成することにより、トラツプ
されたガスもしくは気泡を一層容易に逃がすこと
ができる。更に、TIG溶接はレーザービーム溶接
よりも大きなエネルギ入力を必要とするので、特
にTIG溶接を行う場合に、溝は、その半径方向及
び軸方向の寸法が適切に選択されていて、溶接中
の溶接領域からのガスの逃げが最適に行われるよ
うに形成されている。また、被覆管への端栓の溶
接時に、端栓の肩部と被覆管の端面との間に溜ま
るガスの量を少なくするには、従来の端栓のよう
に、肩部がランド面部分に対して直角に形成され
ていると、端栓及び被覆管の機械切削公差を非常
に厳しくしなければならないが、本発明に従つて
溶接領域に周溝を設けると、ガスの逃げが容易に
なるため端栓及び被覆管の機械切削公差をゆるく
することができるので、燃料棒製作コストの低減
になる。
次に、本発明がよりよく理解されるように、本
発明による端栓の好ましい実施例を示す図面を参
照して説明する。
発明による端栓の好ましい実施例を示す図面を参
照して説明する。
第１図を参照すると、燃料棒被覆管の先端をシ
ールするために通常用いられる普通のロングラン
ド端栓１０が示され、組立てられた燃料棒は、後
に17×17配列の炉心燃料集合体に使用されるもの
である。端栓１０は大径部分１２と小径部分１４
とを備えたほぼ正円筒状である。小径部分１４は
テーパー状の前方端１６を有し、テーパー角αは
例えば10゜であり、端栓１０の前方端がテーパー
状になつていることは、燃料棒被覆管に端栓１０
を挿入し易くする。端栓１０の小径部分１４の後
方部１８は、円筒状のランド域を形成し、このラ
ンド域は、端栓１０が図示しない被覆管に挿入さ
れる際に該被覆管の先端の内面と摩擦係合する。
小径部分１４と大径部分１２との直径の差によつ
て、円周上に延びるフランジ部分即ち肩部２０が
その間に形成されている。端栓１０は、ガス入口
孔２２も有し、この入口孔２２は、組立てられた
被覆管−端栓燃料棒を完成するために高圧の不活
性ガスを燃料棒の被覆管に導入するために用いら
れる。大径の同軸上の軸孔２４は、燃料棒の内部
とガス入口孔２２と燃料棒の内部との間を流体連
通させるために用いられる。加圧された不活性ガ
スを燃料棒の内部に充填した後に、入口孔２２を
適当な溶接操作によつてシールする。
ールするために通常用いられる普通のロングラン
ド端栓１０が示され、組立てられた燃料棒は、後
に17×17配列の炉心燃料集合体に使用されるもの
である。端栓１０は大径部分１２と小径部分１４
とを備えたほぼ正円筒状である。小径部分１４は
テーパー状の前方端１６を有し、テーパー角αは
例えば10゜であり、端栓１０の前方端がテーパー
状になつていることは、燃料棒被覆管に端栓１０
を挿入し易くする。端栓１０の小径部分１４の後
方部１８は、円筒状のランド域を形成し、このラ
ンド域は、端栓１０が図示しない被覆管に挿入さ
れる際に該被覆管の先端の内面と摩擦係合する。
小径部分１４と大径部分１２との直径の差によつ
て、円周上に延びるフランジ部分即ち肩部２０が
その間に形成されている。端栓１０は、ガス入口
孔２２も有し、この入口孔２２は、組立てられた
被覆管−端栓燃料棒を完成するために高圧の不活
性ガスを燃料棒の被覆管に導入するために用いら
れる。大径の同軸上の軸孔２４は、燃料棒の内部
とガス入口孔２２と燃料棒の内部との間を流体連
通させるために用いられる。加圧された不活性ガ
スを燃料棒の内部に充填した後に、入口孔２２を
適当な溶接操作によつてシールする。
燃料棒の端栓１０を製造するに当り、後方部１
８の製造公差だけでなく、フランジ部分又は肩部
２０の製造公差に特に関連して、品質管理を高度
にし、比較的直角に配向された表面の間の隅角部
を直角に且つ尖鋭にする。同様に端栓の対応する
表面及び隅角部の構造とはめ合う被覆管の縁面
は、これらのはめ合い面間の容認できない公差間
隙を除くように、正確に規定されているべきであ
り、これらの製造公差は、この公差が達成又は遵
守されなかつた場合に、TIG溶接作業が行なわれ
ることによつて、いろいろの内部構造の欠陥が発
生することに留意して、実際に非常に重要である
ことがわかつている。例えば構造上の健全性及び
強度上の問題を生じうる多孔性の状態が溶接ビー
ドにおいて観察される。同様にIDアンダーカツ
トとして知られる状態（溶接域に近接して被覆部
分又は管部分の厚さが減少する状態）によつて、
同様に、構造上の健全性及び強度上の問題を生ず
る。特に封入された燃料棒は内部から加圧される
ので、燃料棒被覆管及び溶接部内の構造的な弱さ
は特に望ましくない。この高度な品質管理基準を
遵守することの結果として、TIG溶接技術を使用
する普通の燃料棒の製造に関連して、構造上の欠
陥が実際に最小にされている。
８の製造公差だけでなく、フランジ部分又は肩部
２０の製造公差に特に関連して、品質管理を高度
にし、比較的直角に配向された表面の間の隅角部
を直角に且つ尖鋭にする。同様に端栓の対応する
表面及び隅角部の構造とはめ合う被覆管の縁面
は、これらのはめ合い面間の容認できない公差間
隙を除くように、正確に規定されているべきであ
り、これらの製造公差は、この公差が達成又は遵
守されなかつた場合に、TIG溶接作業が行なわれ
ることによつて、いろいろの内部構造の欠陥が発
生することに留意して、実際に非常に重要である
ことがわかつている。例えば構造上の健全性及び
強度上の問題を生じうる多孔性の状態が溶接ビー
ドにおいて観察される。同様にIDアンダーカツ
トとして知られる状態（溶接域に近接して被覆部
分又は管部分の厚さが減少する状態）によつて、
同様に、構造上の健全性及び強度上の問題を生ず
る。特に封入された燃料棒は内部から加圧される
ので、燃料棒被覆管及び溶接部内の構造的な弱さ
は特に望ましくない。この高度な品質管理基準を
遵守することの結果として、TIG溶接技術を使用
する普通の燃料棒の製造に関連して、構造上の欠
陥が実際に最小にされている。
前記の形式の燃料棒被覆管−端栓組立体にレー
ザービーム溶接技術を使用する研究において、
IDアンダーカツト欠陥は溶接金属内においては
現出されないが、TIG溶接を利用する同種の溶接
技術に関連して、多孔性の欠陥が実際に増大する
ことがわかつている。この多孔性の欠陥は、第
２，３図について示される。第２，３図には、球
状気孔、換言すれば、多孔性欠陥のストリングが
図示されている。第２，３図の顕微鏡写真は普通
の燃料棒被覆管とはめ合う第１図に示した普通の
燃料棒端栓に関連してレーザービーム溶接技術を
使用した場合に溶接ビームに現れるレーザー容接
部の中心面のそれぞれ倍率10X，50Xの拡大状態
を表わしている。この現象が溶接ビードの構造特
性に有害に影響をもつことについての明確な理由
は示されていないが、肩部２０及びこのランド
（前方端１６）によつて規定される端栓１０の内
側隅角部の近傍にあるガスが、例えば、レーザー
ビーム溶接作業を受けたことによる燃料棒端栓及
び被覆管並びにその間に画定される溶接部の種々
の気化、固化及び収縮特性によつて、溶融池に見
かけ上トラツプされるものと考えられている。従
つて、原子炉の燃料棒−端栓組立の製造に関連し
て実際にレーザービーム溶接を使用する場合に
は、溶接ビード内の前述した多孔性欠陥の発生は
防止すべきである。
ザービーム溶接技術を使用する研究において、
IDアンダーカツト欠陥は溶接金属内においては
現出されないが、TIG溶接を利用する同種の溶接
技術に関連して、多孔性の欠陥が実際に増大する
ことがわかつている。この多孔性の欠陥は、第
２，３図について示される。第２，３図には、球
状気孔、換言すれば、多孔性欠陥のストリングが
図示されている。第２，３図の顕微鏡写真は普通
の燃料棒被覆管とはめ合う第１図に示した普通の
燃料棒端栓に関連してレーザービーム溶接技術を
使用した場合に溶接ビームに現れるレーザー容接
部の中心面のそれぞれ倍率10X，50Xの拡大状態
を表わしている。この現象が溶接ビードの構造特
性に有害に影響をもつことについての明確な理由
は示されていないが、肩部２０及びこのランド
（前方端１６）によつて規定される端栓１０の内
側隅角部の近傍にあるガスが、例えば、レーザー
ビーム溶接作業を受けたことによる燃料棒端栓及
び被覆管並びにその間に画定される溶接部の種々
の気化、固化及び収縮特性によつて、溶融池に見
かけ上トラツプされるものと考えられている。従
つて、原子炉の燃料棒−端栓組立の製造に関連し
て実際にレーザービーム溶接を使用する場合に
は、溶接ビード内の前述した多孔性欠陥の発生は
防止すべきである。
第４図を参照すると、原子炉の燃料棒の端栓
は、全体が符号１００により示されている。な
お、第１図の端栓１０とこの端栓１００との両方
に共通の部分は、第１図に用いた符号に１００を
加えた符号により図示されている。
は、全体が符号１００により示されている。な
お、第１図の端栓１０とこの端栓１００との両方
に共通の部分は、第１図に用いた符号に１００を
加えた符号により図示されている。
端栓１００においては、第１図の端栓１０の正
確に製作された隅部の構造の代りに、端栓１００
の回りに環状に延びるように機械切削により溝な
いしは切欠き１２６が形成されている。図示した
ように、切欠き１２６は、径方向に配向され環状
に延長する肩部１２０と、円錐面１２８とによつ
て形成され、円錐面１２８は、肩部分１２０の径
方向に最も内方の部分から、円周上に延長し軸方
向に配向されたランド（後方部１１８）まで、径
方向外方に延長している。また、円錐面１２８
は、肩部１２０に対して角度β（45゜）に配向さ
れ、端栓１００のテーパー状の前方端１１６に向
かつて延長している。
確に製作された隅部の構造の代りに、端栓１００
の回りに環状に延びるように機械切削により溝な
いしは切欠き１２６が形成されている。図示した
ように、切欠き１２６は、径方向に配向され環状
に延長する肩部１２０と、円錐面１２８とによつ
て形成され、円錐面１２８は、肩部分１２０の径
方向に最も内方の部分から、円周上に延長し軸方
向に配向されたランド（後方部１１８）まで、径
方向外方に延長している。また、円錐面１２８
は、肩部１２０に対して角度β（45゜）に配向さ
れ、端栓１００のテーパー状の前方端１１６に向
かつて延長している。
前述したように、従来の原子炉の燃料棒の端栓
１０は、環状の肩部２０とランド面（後方部１
８）とによつて形成された特別の臨界的な寸法公
差の内側隅部の構造のため、周溶接がTIG溶接技
術及び装置を用いて形成された場合、内部欠陥の
ない燃料棒端栓−被覆管の周溶接の形成を容易に
したが、普通の端栓１０を使用し、レーザービー
ム溶接技術及び装置を用いた場合に、燃料棒端栓
−被覆管接合部の周溶接部に実際に多孔性欠陥が
現れる。この欠陥は、第２，３図に示されてい
る。しかし、本発明による新規な改良された端栓
１００を端栓−被覆管組立体に使用し、これをレ
ーザービーム溶接技術及び装置によつて溶接した
場合には、端栓１００と被覆管との間に生ずる溶
接部は、第５，６Ａ，６Ｂ図に最もよく示すよう
に、前述した多孔性の欠陥はほとんど示さない。
第５，６Ａ，６Ｂ図に示すように、端栓１００の
環状の肩部１２０と被覆管の壁部との間には、望
ましい隅肉が形成され、溶接部全体は多孔性欠陥
を示さない。レーザービーム溶接条件の下に本発
明による端栓１００を用いたことの結果として得
られた無欠陥の溶接部は、第７図の顕微鏡写真に
も示されている。
１０は、環状の肩部２０とランド面（後方部１
８）とによつて形成された特別の臨界的な寸法公
差の内側隅部の構造のため、周溶接がTIG溶接技
術及び装置を用いて形成された場合、内部欠陥の
ない燃料棒端栓−被覆管の周溶接の形成を容易に
したが、普通の端栓１０を使用し、レーザービー
ム溶接技術及び装置を用いた場合に、燃料棒端栓
−被覆管接合部の周溶接部に実際に多孔性欠陥が
現れる。この欠陥は、第２，３図に示されてい
る。しかし、本発明による新規な改良された端栓
１００を端栓−被覆管組立体に使用し、これをレ
ーザービーム溶接技術及び装置によつて溶接した
場合には、端栓１００と被覆管との間に生ずる溶
接部は、第５，６Ａ，６Ｂ図に最もよく示すよう
に、前述した多孔性の欠陥はほとんど示さない。
第５，６Ａ，６Ｂ図に示すように、端栓１００の
環状の肩部１２０と被覆管の壁部との間には、望
ましい隅肉が形成され、溶接部全体は多孔性欠陥
を示さない。レーザービーム溶接条件の下に本発
明による端栓１００を用いたことの結果として得
られた無欠陥の溶接部は、第７図の顕微鏡写真に
も示されている。
原子炉の燃料棒端栓−被覆管組立体は、実際に
は、YAGレーザーRAYTHEON550を用いた溶
接作業によつて製作されたものである。また切欠
き１２６は、ランド域（後方部１１８）の外面か
ら測定して径方向内側に2.5mmの深さまで端栓１
００の側部壁内に機械切削されたものである。し
かし、例えば第５図の吟味によつて、十分な溶け
込み溶接が適切に達成されたことと、例えばわず
か約1.3〜1.8mm（0.05〜0.07インチ）の深さまで
環状の切欠き１２６が機械切削されることによつ
て、同様の適切な熱影響域が実現されたことが明
らかにされた。また、燃料棒被覆管と本発明によ
る燃料棒の端栓との間の満足な溶接の実際の形成
に関連して、本発明による端栓１００の使用に起
因した別の利点は、端栓１００内に切欠き１２６
を形成したことの結果として、端栓１００の有効
なヒートシンクのほぼ半分が除かれたことにあ
る。そのため、レーザービーム技術を用いた端栓
−被覆管溶接部の形成の間に、この形式の満足な
溶接を得るために付随する標準化パラメータと共
に、例えば400ワツトの出力定格でレーザー装置
を作動させることを通常必要とする代りに、本発
明の端栓１００を用いた溶接工程に従つて、わず
か340ワツトの出力定格のレーザー装置を用いる
ことによつて、前述した十分満足な溶け込み溶接
が得られることが示された。これは、レーザー装
置をその最大出力定格において使用することが必
ずしも必要でなければ、使用寿命が延長するとい
う事実に留意して、端栓−被覆管組立体の製造に
関連して実現される肯定的な結果である。
は、YAGレーザーRAYTHEON550を用いた溶
接作業によつて製作されたものである。また切欠
き１２６は、ランド域（後方部１１８）の外面か
ら測定して径方向内側に2.5mmの深さまで端栓１
００の側部壁内に機械切削されたものである。し
かし、例えば第５図の吟味によつて、十分な溶け
込み溶接が適切に達成されたことと、例えばわず
か約1.3〜1.8mm（0.05〜0.07インチ）の深さまで
環状の切欠き１２６が機械切削されることによつ
て、同様の適切な熱影響域が実現されたことが明
らかにされた。また、燃料棒被覆管と本発明によ
る燃料棒の端栓との間の満足な溶接の実際の形成
に関連して、本発明による端栓１００の使用に起
因した別の利点は、端栓１００内に切欠き１２６
を形成したことの結果として、端栓１００の有効
なヒートシンクのほぼ半分が除かれたことにあ
る。そのため、レーザービーム技術を用いた端栓
−被覆管溶接部の形成の間に、この形式の満足な
溶接を得るために付随する標準化パラメータと共
に、例えば400ワツトの出力定格でレーザー装置
を作動させることを通常必要とする代りに、本発
明の端栓１００を用いた溶接工程に従つて、わず
か340ワツトの出力定格のレーザー装置を用いる
ことによつて、前述した十分満足な溶け込み溶接
が得られることが示された。これは、レーザー装
置をその最大出力定格において使用することが必
ずしも必要でなければ、使用寿命が延長するとい
う事実に留意して、端栓−被覆管組立体の製造に
関連して実現される肯定的な結果である。
ところで、本発明は、レーザービーム溶接技術
を用いて原子炉を燃料棒の端栓−被覆管溶接組立
体を製作するうえのいろいろの困難を克服し、製
造上及び構造上の欠陥を除きうるようにするため
に、実際に開発されたものであるが、本発明によ
る特別の端栓構造は、TIG溶接技術にも同様に適
用することができる。なお、TIG溶接技術は、燃
料棒端栓−被覆管組立体の溶接による製作に関連
して使用され成功しているが、これは単に、単栓
及びそのはめ合い被覆管の製造に関連して高度の
品質管理要件が課せられているためである。しか
し、本発明の結果として、製造公差のそうした厳
密さはもはや不可欠ではない。そのため、端栓−
被覆管組立体のための端栓及び被覆管の製造に関
連する機械加工コストは実質的に低減される。な
お、レーザービーム溶接のエネルギー入力要求に
比較してTIG溶接作業の特徴的なエネルギー入力
要求が高いため、本発明による端栓１００の切欠
き１２６の径方向の深さ及び軸方向の寸法を大き
くすると共に、切欠き１２６の形状も、第４図に
示すようにレーザービーム溶接技術に関連して有
効に使用されている三角形の切欠き１２６とす
る。
を用いて原子炉を燃料棒の端栓−被覆管溶接組立
体を製作するうえのいろいろの困難を克服し、製
造上及び構造上の欠陥を除きうるようにするため
に、実際に開発されたものであるが、本発明によ
る特別の端栓構造は、TIG溶接技術にも同様に適
用することができる。なお、TIG溶接技術は、燃
料棒端栓−被覆管組立体の溶接による製作に関連
して使用され成功しているが、これは単に、単栓
及びそのはめ合い被覆管の製造に関連して高度の
品質管理要件が課せられているためである。しか
し、本発明の結果として、製造公差のそうした厳
密さはもはや不可欠ではない。そのため、端栓−
被覆管組立体のための端栓及び被覆管の製造に関
連する機械加工コストは実質的に低減される。な
お、レーザービーム溶接のエネルギー入力要求に
比較してTIG溶接作業の特徴的なエネルギー入力
要求が高いため、本発明による端栓１００の切欠
き１２６の径方向の深さ及び軸方向の寸法を大き
くすると共に、切欠き１２６の形状も、第４図に
示すようにレーザービーム溶接技術に関連して有
効に使用されている三角形の切欠き１２６とす
る。
このように、本発明は、端栓１００に切欠き１
２６を形成したことによつて、TIG溶接技術を用
いるか又はレーザービーム溶接技術を用いるかと
いうこととは無関係に、多孔性欠陥又は構造的欠
陥を実際に除去しうることにより、従来から知ら
れた原子炉燃料棒端栓に比べて大きな利点を提供
する。なお本発明は、もともとは、原子炉の燃料
棒端栓−被覆管組立体の製造に関連して、レーザ
ービーム溶接作業において生ずる欠陥を克服する
ことを特に目的として開発されたものであるが、
前述した理由により、TIG溶接作業にも同様に適
用することができる。しかし、原子炉の燃料棒端
栓−被覆管組立体の製作に関連したTIG溶接技術
方法の開発に留意して、本発明による教示は、従
来の技術に対する大きな進歩と見るべきである。
特に、TIG溶接技術を用いた原子炉の燃料棒の端
栓−被覆管組立体の製造に関連して、多孔性の欠
陥が実際に現出されており、この欠陥は厳密な品
質管理による構造公差によつて制御し、有効に除
去することができる。従つて、同様の欠陥又は構
造上の不備が、レーザービーム溶接技術に従つて
製作された端栓−被覆管組立体において生じた場
合に、そうした製造公差又は益々厳密になる製造
公差を遵守するならば、レーザービーム溶接域の
多孔性欠陥の問題は改善されたであろう。しかし
実際はそうではなかつた。本発明は従来技術とは
全く異なつた方向の解決を与えるものである。本
発明は、製造公差を益々厳密にし、この製造公差
を厳密に遵守することを求める代りに、実効的
に、製造公差をゆるくする。
２６を形成したことによつて、TIG溶接技術を用
いるか又はレーザービーム溶接技術を用いるかと
いうこととは無関係に、多孔性欠陥又は構造的欠
陥を実際に除去しうることにより、従来から知ら
れた原子炉燃料棒端栓に比べて大きな利点を提供
する。なお本発明は、もともとは、原子炉の燃料
棒端栓−被覆管組立体の製造に関連して、レーザ
ービーム溶接作業において生ずる欠陥を克服する
ことを特に目的として開発されたものであるが、
前述した理由により、TIG溶接作業にも同様に適
用することができる。しかし、原子炉の燃料棒端
栓−被覆管組立体の製作に関連したTIG溶接技術
方法の開発に留意して、本発明による教示は、従
来の技術に対する大きな進歩と見るべきである。
特に、TIG溶接技術を用いた原子炉の燃料棒の端
栓−被覆管組立体の製造に関連して、多孔性の欠
陥が実際に現出されており、この欠陥は厳密な品
質管理による構造公差によつて制御し、有効に除
去することができる。従つて、同様の欠陥又は構
造上の不備が、レーザービーム溶接技術に従つて
製作された端栓−被覆管組立体において生じた場
合に、そうした製造公差又は益々厳密になる製造
公差を遵守するならば、レーザービーム溶接域の
多孔性欠陥の問題は改善されたであろう。しかし
実際はそうではなかつた。本発明は従来技術とは
全く異なつた方向の解決を与えるものである。本
発明は、製造公差を益々厳密にし、この製造公差
を厳密に遵守することを求める代りに、実効的
に、製造公差をゆるくする。
本発明の端栓の説明において、特別の角度及び
寸法が、本明細書に示されている場合、それらの
数値は、単に一般的に好ましい値と解釈すべきで
ある。また、第８図に示した典型的な燃料棒２０
０（燃料ペレツト２０４を収容している）は、第
４図に示すように被覆管２０２の一端に溶接した
一端側の端栓１００と、第４図に示したものと同
様であるが入口孔１２２及び軸孔１２４は備えて
いない第２の端栓１００′とを有し、この端栓１
００′（中実な端栓）は、被覆管２０２の他端に
溶接されている。また入口孔１２２は外側開口２
０６においてシール溶接により閉ざされている。
寸法が、本明細書に示されている場合、それらの
数値は、単に一般的に好ましい値と解釈すべきで
ある。また、第８図に示した典型的な燃料棒２０
０（燃料ペレツト２０４を収容している）は、第
４図に示すように被覆管２０２の一端に溶接した
一端側の端栓１００と、第４図に示したものと同
様であるが入口孔１２２及び軸孔１２４は備えて
いない第２の端栓１００′とを有し、この端栓１
００′（中実な端栓）は、被覆管２０２の他端に
溶接されている。また入口孔１２２は外側開口２
０６においてシール溶接により閉ざされている。
第１図は、従来の原子炉燃料棒端栓の横断面
図、第２図は、レーザービーム溶接を用いて溶接
を行なつた場合の、第１図に示した従来の端栓の
周溶接の横断面を倍率10Xにより撮影し、多孔性
欠陥を明瞭にした、顕微鏡写真、第３図は、第２
図に示された溶接欠陥を一層明らかにするために
第２図に示した溶接部分の横断面を倍率50Xによ
り撮影した顕微鏡写真、第４図は、本発明による
原子炉燃料棒端栓を示す第１図と同様の横断面
図、第５図は、第４図の端栓を用いた原子炉燃料
棒端栓−被覆管溶接組立体の垂直区画を3X倍率
を用いて撮影した顕微鏡写真、第６Ａ，６Ｂ図
は、それぞれ第５図に示した被覆管と燃料棒端栓
との間に画定された左側及び右側の周溶接域を倍
率50Xで撮影した顕微鏡写真、第７図は、第２図
と同様の半横断面を倍率10Xで撮影した、第５図
の原子炉燃料棒端栓−被覆管組立体の周溶接区画
を示す顕微鏡写真、第８図は第４図の端栓を備え
た被覆管を示し、一部は断面によつて示した、原
子炉燃料棒の断面図である。 １００……端栓、１１８……後方部（ランド面
部分）、１２０……肩部、１２６……切欠き又は
溝（周溝）。
図、第２図は、レーザービーム溶接を用いて溶接
を行なつた場合の、第１図に示した従来の端栓の
周溶接の横断面を倍率10Xにより撮影し、多孔性
欠陥を明瞭にした、顕微鏡写真、第３図は、第２
図に示された溶接欠陥を一層明らかにするために
第２図に示した溶接部分の横断面を倍率50Xによ
り撮影した顕微鏡写真、第４図は、本発明による
原子炉燃料棒端栓を示す第１図と同様の横断面
図、第５図は、第４図の端栓を用いた原子炉燃料
棒端栓−被覆管溶接組立体の垂直区画を3X倍率
を用いて撮影した顕微鏡写真、第６Ａ，６Ｂ図
は、それぞれ第５図に示した被覆管と燃料棒端栓
との間に画定された左側及び右側の周溶接域を倍
率50Xで撮影した顕微鏡写真、第７図は、第２図
と同様の半横断面を倍率10Xで撮影した、第５図
の原子炉燃料棒端栓−被覆管組立体の周溶接区画
を示す顕微鏡写真、第８図は第４図の端栓を備え
た被覆管を示し、一部は断面によつて示した、原
子炉燃料棒の断面図である。 １００……端栓、１１８……後方部（ランド面
部分）、１２０……肩部、１２６……切欠き又は
溝（周溝）。
Claims (1)
- １ 原子炉用燃料棒の被覆管の先端部内に溶接さ
れるように適合した端栓であつて、前記被覆管の
内部に配設されるため、円周方向に延び軸方向に
配向されたランド面部分と、前記被覆管の先端部
に突合わせ接触状態で係合するように、環状に延
び半径方向に配向された肩部とを有し前記端栓を
前記被覆管に溶接する個所に近接して、前記ラン
ド面部分及び前記肩部の接合部に周溝がある、前
記端栓において、前記周溝は、前記周溝と、該周
溝に対し鋭角をなして設けられ、前記肩部の底部
から前記ランド面部分まで前方へ半径方向外方に
延びる円錐面とによつて画成されていて、溶接中
のガスの逃げが最適に行われるように形成されて
いる、ことを特徴とする端栓。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US606424 | 1984-05-02 | ||
| US06/606,424 US4865804A (en) | 1984-05-02 | 1984-05-02 | Fuel rod end plug |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60238783A JPS60238783A (ja) | 1985-11-27 |
| JPH0439920B2 true JPH0439920B2 (ja) | 1992-07-01 |
Family
ID=24427913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60092402A Granted JPS60238783A (ja) | 1984-05-02 | 1985-05-01 | 管端部内に溶接される端栓 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4865804A (ja) |
| EP (1) | EP0163425A1 (ja) |
| JP (1) | JPS60238783A (ja) |
| KR (1) | KR850008433A (ja) |
| ES (1) | ES8702050A1 (ja) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62182693A (ja) * | 1986-02-06 | 1987-08-11 | 日本ニユクリア・フユエル株式会社 | 核燃料棒用端栓 |
| SE465900B (sv) * | 1989-05-09 | 1991-11-11 | Asea Atom Ab | Metod att foersluta en braenslestav |
| EP0524332A1 (de) * | 1991-07-23 | 1993-01-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstab für einen Kernreaktor und Verfahren zum Herstellen eines Schweissbereichs |
| JP3132875B2 (ja) * | 1992-01-07 | 2001-02-05 | 三菱原子燃料株式会社 | 燃料棒の製造方法及びそれに用いる端栓 |
| DE59206825D1 (de) * | 1992-09-14 | 1996-08-29 | Siemens Ag | Brennstab für einen Kernreaktor und Schweissvorrichtung zu dessen Herstellen |
| US5748691A (en) * | 1996-03-11 | 1998-05-05 | General Electric Company | Apparatus and methods for sealing end plugs for nuclear fuel rods |
| RU2127457C1 (ru) * | 1997-06-04 | 1999-03-10 | Акционерное Общество Открытого Типа "Новосибирский завод Химконцентратов" | Тепловыделяющий элемент энергетического ядерного реактора и способ его герметизации |
| RU2152084C1 (ru) * | 1998-06-22 | 2000-06-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Направляющий канал |
| RU2166215C2 (ru) * | 1999-04-12 | 2001-04-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ герметизации трубчатых изделий |
| US20030016777A1 (en) * | 2001-07-18 | 2003-01-23 | Alain Vandergheynst | TIG welded MOX fuel rod |
| RU2302673C2 (ru) * | 2005-09-27 | 2007-07-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
| US20070160178A1 (en) * | 2006-01-11 | 2007-07-12 | Eaton Corporation | Electrical enclosure, structural assembly, and insert therefor |
| RU2380206C2 (ru) * | 2007-03-09 | 2010-01-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ изготовления тепловыделяющего элемента ядерного реактора |
| RU2378091C2 (ru) * | 2007-04-10 | 2010-01-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой |
| RU2355533C2 (ru) * | 2007-04-10 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ герметизации тепловыделяющих элементов ядерного реактора |
| RU2381881C2 (ru) * | 2008-03-05 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ изготовления тепловыделяющих элементов ядерного реактора |
| KR100956763B1 (ko) | 2008-07-04 | 2010-05-12 | 한국원자력연구원 | 이중 냉각 핵연료봉의 역원추형 하부 봉단 마개 |
| RU2480314C2 (ru) * | 2011-06-10 | 2013-04-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Устройство для герметизации оболочек тепловыделяющих элементов контактно-стыковой сваркой с помощью заглушек |
| US9748009B2 (en) * | 2011-08-19 | 2017-08-29 | Holtec International | Container and system for handling damaged nuclear fuel, and method of making the same |
| US11515054B2 (en) | 2011-08-19 | 2022-11-29 | Holtec International | Method of retrofitting a spent nuclear fuel storage system |
| US9922731B2 (en) * | 2012-04-17 | 2018-03-20 | Bwxt Mpower, Inc. | Resistance welding of an end cap for nuclear fuel rods |
| US9418765B2 (en) * | 2013-03-14 | 2016-08-16 | Roger Ian LOUNSBURY | Nuclear reactor cores comprising a plurality of fuel elements, and fuel elements for use therein |
| RU2603355C1 (ru) * | 2015-11-26 | 2016-11-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ герметизации тепловыделяющих элементов ядерного реактора с оболочкой из высокохромистой стали |
| US10410754B2 (en) | 2016-10-11 | 2019-09-10 | Bwxt Mpower, Inc. | Resistance pressure weld for nuclear reactor fuel rod tube end plug |
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| CN109935356B (zh) * | 2017-12-19 | 2024-07-19 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构 |
| CN109994221A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 中核建中核燃料元件有限公司 | 一种核燃料棒上端塞 |
| CN111554422B (zh) * | 2020-04-10 | 2022-09-16 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种消除焊缝气胀缺陷的端塞 |
| US20220081169A1 (en) * | 2020-09-04 | 2022-03-17 | Ut-Battelle, Llc | Press-fit special form capsule |
| CN115091117A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-09-23 | 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 | 一种换热器换热管的封堵方法 |
| KR20240044343A (ko) | 2022-09-28 | 2024-04-04 | 바울 포 정 | 리셉터클을 폐쇄하기 위한 방법 및 시스템 |
Family Cites Families (9)
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|---|---|---|---|---|
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| JPS50717B2 (ja) * | 1971-11-30 | 1975-01-10 | ||
| FR2291578A1 (fr) * | 1974-11-15 | 1976-06-11 | Commissariat Energie Atomique | Element de combustible, pour reacteur nucleaire, et son procede de fabrication |
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-
1984
- 1984-05-02 US US06/606,424 patent/US4865804A/en not_active Expired - Fee Related
-
1985
- 1985-04-29 EP EP85303001A patent/EP0163425A1/en not_active Ceased
- 1985-04-30 ES ES542776A patent/ES8702050A1/es not_active Expired
- 1985-05-01 KR KR1019850002960A patent/KR850008433A/ko not_active Ceased
- 1985-05-01 JP JP60092402A patent/JPS60238783A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES8702050A1 (es) | 1986-12-01 |
| EP0163425A1 (en) | 1985-12-04 |
| ES542776A0 (es) | 1986-12-01 |
| KR850008433A (ko) | 1985-12-16 |
| JPS60238783A (ja) | 1985-11-27 |
| US4865804A (en) | 1989-09-12 |
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