JPH0972992A - 燃料棒溶接用端栓保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料棒溶接用端栓保持装置において、溶接時
における軸線方向の圧縮、引張り及び回転方向捩れ等に
よる溶接部への悪影響を防止すること。 【解決手段】 溶接チャンバー１に挿入装着された燃料
棒の被覆管の軸線と同一軸線上に、被覆管７と同期して
回転するスピンドル１４を配設し、そのスピンドル１４
内にこれと同心的に端栓保持用中子５を軸線方向移動及
び回動可能に装着する。そして、その中子と同一軸線上
に端栓保持用中子５の後端面を支持し軸線方向に移動調
整可能な中子駆動機構２０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料棒の被覆管に
端栓を溶接するときにその端栓を保持する燃料棒溶接用
端栓保持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】燃料棒
溶接は、一般に被覆管の端部に端栓を装着し、燃料棒を
回転させながらタングステン・アーク溶接等の熱源によ
り端栓と被覆管との接合部分を円周方向に溶接すること
により行われている。

【０００３】図５は、上記端栓の溶接装置の概略構成を
示す図であって、図中符号１は気密状の溶接チャンバー
であり、その溶接チャンバー１の一側壁部に燃料棒２の
一端がその軸線回りに回動可能に挿入装着されている。
一方、上記溶接チャンバー１の対向壁部には、上記燃料
棒２と同一軸線上に端栓保持軸３が装着されており、そ
の端栓保持軸３の先端部にボールベアリング４を介して
端栓保持用中子５が端栓保持軸３と同心的にかつその軸
線回りに回動可能に装着されている。そして、その端栓
保持用中子５の先端部には端栓６の後端部を支持する空
所５ａが形成されており、前記燃料棒２の被覆管７の端
部に装着された端栓６の後端部が上記空所５ａ内に挿入
支持されている。

【０００４】しかして、溶接用電極８を所定の位置にセ
ットし、被覆管７を回転させ端栓６をこれに追随させて
回転させながら、電極８から溶接アークを発生させて溶
接が行われる。このように端栓６を保持しながら溶接す
ることにより、被覆管７の軸線に対して端栓６が曲がっ
た状態で取り付くことが防止される。

【０００５】ところで、上記図５に記載のものは、上述
のように、端栓６が被覆管７に追従して回転するもので
あるが、端栓保持軸３を積極的に燃料棒２と同期的に回
転させ、被覆管７と端栓６との間に相対的な回転が発生
しないようにしたものも提案されている。

【０００６】図６は上記端栓保持軸３を積極的に回転さ
せるようにしたものであって、端栓保持用中子５がねじ
部９によって端栓保持軸３に固着されており、またモー
タ１０によって回転駆動される軸１１にそれぞれプーリ
ー１２ａ，１２ｂが設けられており、各プーリー１２
ａ，１２ｂに巻装された駆動伝達ベルト１３ａ，１３ｂ
によって燃料棒２及び端栓保持軸３を互いに同期して回
転するようにしてある。

【０００７】しかして、端栓６の溶接時には、軸１１及
び駆動伝達ベルト１３ａ、１３ｂを介して燃料棒２と端
栓６が同期して回転され、両者間に回転方向のねじれが
発生することが防止される。

【０００８】ところが、燃料棒の端栓を溶接する場合、
その時の溶接入熱により端栓が燃料棒の軸線方向に膨張
・収縮するとともに回転方向にも捩れが生ずる可能性が
ある。

【０００９】すなわち、上記従来の装置では、端栓を保
持している端栓保持軸は軸方向に固定または放置状態に
なっているため、溶接時の入熱により例えば軸方向熱膨
張時には自由膨張が阻害されて溶接部に圧縮応力が生じ
たり、凝固に伴う熱収縮時には逆に溶接部に引張り応力
が働らくことが考えられる。また、燃料棒の軸線方向の
熱収縮により端栓保持用中子と端栓がわずかに離れるこ
とによっても端栓が被覆管の軸線に対して曲がりやすい
傾向を示す。さらに、溶接熱による回転方向の捩れが生
ずると、図６に示す装置におけるように、燃料棒と端栓
保持軸を同期して回転させただけでは必ずしも上記捩れ
に対しては対応できない。

【００１０】これらの溶接中に生ずる軸線方向の圧縮、
引張り及び回転方向捩れは、即不良につながるものでは
ないが、野放しにしておくと、他の応力との係わり合い
次第では溶接部に亀裂が発生する等の不具合の一因とな
る可能性がある。

【００１１】本発明はこのような点に鑑み、溶接時の応
力による不具合発生を防止し得るようにした燃料棒溶接
用端栓保持装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、気密状の溶接
チャンバーに挿入装着された燃料棒の被覆管の軸線と同
一軸線上に、上記被覆管と同期して回転するスピンドル
を配設し、そのスピンドル内にこれと同心的に端栓保持
用中子を軸線方向移動及び回動可能に装着するととも
に、端栓保持用中子と同一軸線上に、端栓保持用中子の
後端面を支持し軸線方向に移動調整可能な中子駆動機構
を設け、溶接時における燃料棒の熱膨張或は熱収縮に伴
う端栓の軸方向の動きに合わせて端栓保持用中子がフレ
キシブルに移動できるとともに、回転方向の捩れに対し
てもフレキシブルに対応可能とした。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図４を参照して本
発明の実施の形態について説明する。なお、図中図５、
図６と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省
略する。

【００１４】図１において、溶接チャンバー１には燃料
棒２が装着される壁面と対向する側壁面部に、上記溶接
チャンバー１に装着された燃料棒２と同一軸線上に円筒
状のスピンドル１４が軸線回りに回動可能に装着されて
いる。上記スピンドル１４は固定部材１５に軸受１６に
よって回転可能に軸支されており、そのスピンドル１４
の外端には被動プーリー１７が一体的に設けられ、モー
タ１０によって回転駆動される軸に設けられているプー
リ１２ｂとの間に駆動伝達ベルト１３ｂが巻装されてい
る。

【００１５】一方、上記スピンドル１４の中央空所には
端栓保持用中子５の基端部が同心的に挿入され、ストロ
ークボールベアリング１８によりスピンドル１４に対し
て相対的に回動可能に軸支されている。

【００１６】また、上記スピンドル１４の外端側には中
子駆動機構２０が配設されている。すなわち、基盤２１
上には前記端栓保持用中子５と同一軸線上にエアシリン
ダ２２が設けられており、そのエアシリンダ２２のピス
トンロッド２３には、圧縮、引張荷重測定用ロードセル
２４及び中継金具２５を介して支持杆２６が突設されて
おり、その支持杆２６の先端に回転受けベアリング２７
を介して端栓保持用中子５の端部が連結されている。さ
らに、上記支持杆２６の先端部には大径部２６ａが形成
されており、その大径部２６ａの外周には前記スピンド
ル１４の内面に摺接し、溶接チャンバー１内の気密を保
つための０リング２８が設けられている。

【００１７】また、中継金具２５にはこれと一体的に軸
線方向に動くＬ金具２９が連結されており、このＬ金具
２９に変位計３０の先端部が当接され、その変位計３０
によって端栓保持用中子５の軸方向の動きを検出するこ
とができるようにしてある。

【００１８】しかして、上記エアシリンダ２２のピスト
ンロッド２３の前後ストロークによって端栓保持用中子
５等を介して端栓部を押圧、或は被覆管から引き離す方
向に作動させることができる。

【００１９】次に、その作動について説明する。

【００２０】溶接前作業として端栓６を被覆管７に圧入
等により取り付ける必要があるが、その際はエアシリン
ダ２２の推進押圧力を高めて適正な圧入状態にする。圧
入後はエアシリンダ２２の推進力を弱めて通常の端栓保
持に必要な押圧力に変える。具体的にはその押圧力を
０．５〜５ｋｇｆ程度にすることが好ましい。

【００２１】このようにして端栓６の圧入が行われた
後、モータ１０によって駆動伝達ベルト１３ａ、１３ｂ
等を介して被覆管７とスピンドル１４を同期的に回転さ
せながらタングステン、アーク溶接等により接合部分を
周方向に溶接する。

【００２２】ところで、端栓保持用中子５はストローク
ボールベアリング１８によって軸支され自由回転するの
で、スピンドル１４の回転を省略することも考えられる
が、そのスピンドル１４の回転を省略した場合には、常
時端栓保持用中子５とストロークボールベアリング１８
が恒常的に回転するため耐摩耗性の観点から回転精度を
維持することが困難であり、さらに端栓保持用中子５の
回転慣性を被覆管７の回転力で受け持たせることになり
溶接部へのねじれ応力の発生の可能性がある。また、端
栓６と端栓保持用中子５との回転接触により摺り傷が発
生する可能性もある。

【００２３】これに対し、本発明においては、上述のよ
うに、スピンドル１４自体が被覆管７と同期して回転す
ることによって上述の如き問題が解消される。

【００２４】一方、溶接時には溶接入熱により溶接部が
熱膨張し軸線方向にエアシリンダ２２側に伸びるが、こ
の場合端栓保持用中子５の押圧力をロードセル２４でモ
ニタリングしながらエアシリンダ２２を制御することに
より、支持杆２６を介して端栓保持用中子５を上記被覆
管の溶接部の伸びに追従してフレキシブルに移動させる
ことができる。

【００２５】また、溶接後には溶接部の凝固収縮により
溶接部が被覆管側に縮むけれども、エアシリンダ２２に
よって端栓保持用中子もそれに追従して移動される。そ
の他、溶接中には溶接部の熱応力バランスにより機械の
回転角速度とは異なる回転方向の捩れ作用が生ずるが、
ストロークボールベアリング１８によって端栓保持用中
子５が自由回転して溶接部への捩れ応力の発生が緩和さ
れる。

【００２６】なお、上記実施の形態においてはエアシリ
ンダを使用したものを示したが、エアシリンダー以外に
アクチュエータ等の駆動源を使用することにより同様の
作用を行なわせることができる。

【００２７】図２は、上記装置におけるエアシリンダ２
２の押圧力制御方法を示す図であって、圧縮、引張荷重
測定用ロードセル２４と変位計３０の測定値がコンピュ
ータ部３１に入力され、適切な押圧力が電空変換器３２
によって空気圧に変換され、エアシリンダ２２に入力さ
れ、適切な押圧力になるようにエアシリンダ２２が作動
される。

【００２８】したがって、予め荷重パターンを設定して
おき、溶接時にはその設定した荷重が端栓に加わるよう
にエアシリンダ２２を作動して端栓を保持することがで
き、或は荷重測定値が或規定値範囲内になるようにエア
シリンダ２２の押圧力をフィードバック制御することが
できる。

【００２９】ところで、上記実施の形態においてはスピ
ンドル１４の気密性を維持するため支持杆２６の大径部
外周に０リング２８を設けたものを示したが、０リング
２８の摺動抵抗力は通常の３ｋｇｆ未満で静的或は動的
摩擦力が変動する。そこで、図３に示すように、スピン
ドル１４と支持杆２６の大径部２６ａとを金属製ベロー
ズ３３を使用したり、或は図４に示すようにゴム製ベロ
フラム３４を使用することにより、摺動抵抗を軽減さ
せ、端栓保持用中子の適正な押圧或は引き戻し力の制御
性を向上させることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
被覆管と同期して回転するスピンドル内に端栓保持用中
子を軸線方向移動及び回転可能に装着し、その端栓保持
用中子を中子駆動機構によって軸線方向移動調整可能と
したので、溶接中に端栓を軸方向に一定押圧力で保持す
ることができ、溶接部に無理な力を加えることなく溶接
でき、品質の一層の向上を図ることができる。また、端
栓保持用中子によって加わる荷重を計測するセンサを設
けた場合には、溶接中の溶接部に働く軸方向荷重と溶接
熱による軸方向膨張、収縮量を計測することもでき、溶
接作業の管理向上を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料棒溶接用端栓保持装置を示す部分
断面側面図。

【図２】図１の装置の押圧力制御方法を示す図。

【図３】溶接チャンバーのシール部の一例を示す図。

【図４】溶接チャンバーのシール部の他の例を示す図。

【図５】従来の端栓支持装置を示す部分断面図。

【図６】従来の端栓支持装置の他の例を示す部分断面
図。

【符号の説明】

１ 溶接チャンバー ２ 燃料棒 ５ 端栓保持用中子 ６ 端栓 ７ 被覆管 １３ａ，１３ｂ 駆動伝達ベルト １４ スピンドル １８ ストロークボールベアリング ２０ 中子駆動機構 ２２ エアシリンダ ２４ 圧縮、引張荷重測定用ロードセル ２５ 中継金具 ２６ 支持杆 ２７ 回転受ベアリング ２８ ０リング ３０ 変位計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料棒被覆管の端部への端栓の溶接時に、
   その溶接される端栓を保持する燃料棒溶接用端栓保持装
   置において、気密状の溶接チャンバーに挿入装着された
   被覆管の軸線と同一軸線上に、上記被覆管と同期して回
   転するスピンドルを配設し、そのスピンドル内にこれと
   同心的に端栓保持用中子を軸線方向移動及び回動可能に
   装着するとともに、上記端栓保持用中子と同一軸線上
   に、その端栓保持用中子の後端面を支持し軸線方向に移
   動調整可能な中子駆動機構を設けたことを特徴とする、
   燃料棒溶接用端栓保持装置。
2. 【請求項２】中子駆動機構には、中子によって加わる荷
   重値を計測するセンサ及び中子の軸方向移動量を計測す
   る装置が設けられていることを特徴とする、請求項１記
   載の燃料棒溶接用端栓保持装置。
3. 【請求項３】中子駆動機構は、端栓の溶接時に端栓保持
   用中子による荷重が設定値になるように調整されること
   を特徴とする、請求項２記載の燃料棒溶接用端栓保持装
   置。
4. 【請求項４】中子駆動機構の先端部に設けられた端栓保
   持用中子の支持部材の外周面には、スピンドルの内面と
   の間の気密を保つシール装置が設けられていることを特
   徴とする、請求項１記載の燃料棒溶接用端栓保持装置。