JPS5975183A - 核燃料棒の端栓溶接装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は核燃料棒の端部に端栓を浴接する装置に関する
。

〔発明の技術的背景〕

核燃料棒たとえば洲騰水形原子炉の核燃料棒は第１図お
よび第２図に示す如く構成されている。すなわち、１は
被覆管であって、ジルコニウム合金等から形成されてい
る。そして、この被覆管ノ内には短円柱状の燃料ペレッ
ト２・・・が収容されている。また、この被覆管１０両
端部には下部端栓３および上部端栓４が浴接され、この
被後管Ｉが密封されている。そして、この被覆管１内の
上部にはガスプレナム５が形成されており、燃料ペレッ
ト２・・・から放出された核分裂生成ガスはこのガスプ
レナム５に溜るように構成されている。また、このガス
プレナム５内にはプレナムスプリング６が収容されてお
り、このプレナムスプリング６は燃料ペレット２・・・
を下方に押圧し、軸方向の移動を規制している。

そして、上記下部端栓３および上部端栓４には溶接用の
フランジ部３ａ、４ａが形成されており、第２図に示す
如くこれらフランジ部３ａ。

４ａの周縁部と被後管Ｉの端部とが溶接されている。な
お、第２図中７は溶接ビードである。

ところで、この被覆管！内には製造時にヘリウム等の不
活性ガスがたとえは３１ｃＦＩ／ｃｒ／ｌ程度の圧力で
封入される。このため、この核燃料棒を製造する際には
、まず被覆管Ｉに下部端栓３を溶接し、次にこの被覆管
１内に燃料ペレット２・・・とプレナムスプリング６を
挿入し、次に第３図に示す如き端栓溶接装置を用いて被
覆管ノ内にヘリウムガス等の不活性ガスを封入すると同
時に上部端栓４を溶接する。

そして、この端栓溶接装置は以下の如く構成されている
。すなわち、１０は気密容器であってその一側部にはシ
ール支持機構１１が設けられている。そして、このシー
ル支持機構１１を通して被覆管Ｉの一端部がこの気密容
器１ｏ内に挿入されている。このシール支持機構２２は
被覆管１を回転自在に支持し、かつ気密を維持するよう
に構成されている。そして、この被覆管１は回転駆動機
構Ｉ２によって回転駆動されるように構成されている。

この回転駆動機構りは被覆管Ｉを把持する回転体Ｉ３と
、この回転体１３を歯車１４、プーリ１５，１６、ベル
ト１７を介して回転駆動するモータＩ８とから構成され
ており、このモータ１８によって被覆管Ｉを所定の速度
で回転駆動するように構成されている。また、上記被覆
管１の端部に対向して端栓押込機構１９が設けられてい
る。この端栓押込機構１９は上部端栓４を保持するホル
ダ２０を備え、このホルダ２０はピストン・シリンダ機
構２１によって被覆管Ｉの端部に向けて移動され、この
ホルダ２０に保持された上部端栓４を被覆管Ｉの端部に
嵌合するように構成されている。また、この気密容器１
０内は開閉弁２２．２３を介して真空ポンプ２４および
ヘリウム等の不活性ガス供給機構２５が接続されている
。また、この気密容器１０内にはＴＩＧ溶接電極２６が
設けられており、このＴＩＧ溶接電極２０によって上部
端栓４が被覆管Ｉに溶接されるように構成されている。

そして、このような端栓溶接装置によって上部端栓４の
溶接と不活性ガス封入をおこなう場合には、まず被擬管
１の端部を気密容器１ｏ内に挿入し、また端栓押込機構
Ｉ９のホルダ２０に上部端栓４を保持させる。次に開閉
弁２２を開弁するとともに真空ポンプ２４を作動させ、
この気密容器１０内および被覆管１内を真空に排気する
。そして、排気が完了したら開閉弁２３を開弁し、不活
性ガス供給機構２５からヘリウム等の不活性ガスを所定
圧力で供給する。

したがって、気密容器１０内には所定の圧力で不活性ガ
スが充填され、同時に被覆管１内にも所定の圧力で不活
性ガスが充填される。次に端栓押込機構Ｉ９のホルダ２
０を前進させ、上部端栓４を被覆管１の端部に嵌合させ
る。そして、回転駆動機構１２によって被覆管Ｉを回転
させながらＴＩＧ溶接電極２６によって上部端栓４を被
覆管Ｉに溶接する。よって被覆管Ｉ内への不活性ガスの
刺入と上部端栓４の溶接とを同時におこなうことができ
る。

〔背景技術の問題点〕

前記した従来の端栓溶接装置で端栓の溶接をおこなうと
第２図に示す如く溶接ビード７が被覆管Ｉの外周より突
出する。このため、このような核燃料棒を用いて燃料集
合体を組立てる際にこの溶接ビード７によって燃料集合
体のスペーサを損傷する可能性があり、組立に特別の注
意を払う必要があった。また、この溶接部分を検査する
場合、溶接ビード７が突出しているため超音波探触子の
密着性が悪くなり、超音波探傷をおこなうことができず
、能率の低いＸ線探傷に頼らざるを得ない不具合があっ
た。また、このような溶接では第２図に示す如く溶接部
の周囲に生じる熱影響部８の幅が広くなり、耐食性の低
下を招く不具合もあった。さらに、気密容器１０内に充
填する不活性ガスの圧力は被覆管Ｉ内に封入すべき不活
性ガスの圧力と等しい高圧としなければならない。この
ためＴＩＧ溶接電極２６の放熱が悪くなる等、溶接条件
が悪くなり、溶接不良が多くなる不具合があり、また溶
接作業も高度の熟練を要する不具合があった０ 〔発明の目的〕 本発明は以上の事情にもとづいてなされたもので、その
目的とするところは溶接ビード等が突出せず、組立時に
燃料集合体のスペーサ等を損傷する可能性がな（、また
溶接部を超音波探傷によって能率的に検査することがで
き、さらに高品質な溶接を容易におこなうことができる
核燃料棒の端栓溶接装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は端部内面に端栓が嵌合された被覆管の端部を収
容する気密容器と、この気密容器内に不活性ガスを充填
する不活性ガス供給機構と、上記被覆管の端部を囲んで
設けられた電磁石と、この電磁石にパルス状の電流を供
給する電源機構とを具備したものである。したがってこ
の電磁石によって生じる電磁圧により被覆管の端部が圧
縮され、この被覆管の内周面と端栓の外周面とが圧接さ
れる。よって溶接ビード等が被覆管の外周から突出する
ことはな（、組立の際に燃料集合体のスペーサ等を損傷
することはなく、また溶接部を超音波探傷によって能率
的に検査することができる。また、端栓と被覆管とは圧
接によって溶接されるものであるから、気密容器内に高
圧の不活性ガスが充填されていても圧接条件には恕影響
が与えられることはなく、容易に高品質な溶接をおこな
うことができるものである。

〔発明の実施例〕

以下第４図ないし第６図を参照して本発明の第１実施例
を説明する。

まず、第４図および第５図を参照して本発明の端栓溶接
装置によって製造される沸騰水形原子炉の核燃料棒の構
成を説明する。

図中１０１は被覆管であってジルコニウム合金から形成
されている。そして、この被覆管１０１内には短円柱状
の燃料ペレットＩＯ２・・が収容されている。また、こ
の被覆管１０１の両端部には下部端栓１０３および上部
端栓１０４が溶接され、この被覆管１０１が密封されて
いる０そして、この被覆管１０１内には不活性ガスたと
えはヘリウムがたとえば３に９／ｃｒｆｌの圧力で封入
されている。そして、この被覆管１０１内の上部にはガ
スプレナム１０５が形成されており、燃料ペレット１０
２・・・から放出された核分裂生成ガスはこのガスプレ
ナム１０５に溜るように構成されている。また、このガ
スプレナム１０５内にはプレナムスプリング１０６が収
容されており、このプレナムスプリング１０６は燃料ペ
レットＩＯ２・・・を下方に押圧し、軸方向の移動を規
制するように構成されている。また、上記下部端栓１０
３および上部端栓１０４には従来の如き溶接用のフラン
ジ部は形成されておらず、被覆管１０１の端部内に完全
に嵌入するように構成されている。そして、第２図に示
す如くこれら下部端栓１０３および上部端栓１０４の外
周面と被覆管１０１の端部内面とは圧接によって密封性
を保って溶接されている。

次にこのような核燃料棒の端栓を溶接する装置を第６図
を参照して説明する。図中１１０は真空容器であって、
その−側部にはシール支持機構ＩＩＩが設けられている
。そして、このシール支持機構１１１を通して被覆管１
０１の一端部がこの気密容器１０１内に挿入されるよう
に構成されている。そしてこのシール支持機構ＩＩＩは
被覆管１０１を把持固定するとともＩＣ気密性を雑持す
るように構成されている。また、上記気密容器１１０の
他側・部には上記被覆管１０１の端部に対向して端栓押
込機構１１２が設けられている。この端栓押込機構１１
２は上部端栓１０４等の端栓を保持するホルダ１１３を
備えており、このホルダ１１３はシリンダ１１４内に摺
動自在に収容されたピストン１１５に連結されている。

そして、このシリンダ１１４内の両端部には弁１１６，
１１７を介して油圧供給機構１１Ｂから作動油が供給さ
れ、ピストン１１５が移動してホルダ１１３が前進し、
被覆管１０１の端部に上部端栓１０４を嵌合するように
構成されている。また、この気密容器１１０内には開閉
９ｆ　Ｉ　Ｉ　９を介して真空ポンプ１２０が接続され
、また開閉弁１２１を介してヘリウム等の不活性ガスを
供給する不活性ガス供給機構１２２が接続されている。

また、この気密容Ｄｚｚｏ内の圧力を検出する圧力検出
器１２３が設けられている。また、この気密容器１１０
内には上記被覆管１θＩの端部を囲んで環状の電磁石１
２４が設けられている。そして、この電磁石１２４には
スイッチング機構１２５を介して電源機構１２６が接続
されている。この電源機構１２６は大容量の電気エネル
ギを貯蔵し、上記のスイッチング機構１２５が閉成され
ると電磁石１２４にパルス状の大電流を流すように構成
されている。

次に、上記第１笑施例の作用を説明する。まず、先に下
部端栓１０３が溶接され、被覆管１０１内に燃料ペレッ
トＩＯ２・・・およびブレナムスプリング１０６が挿入
された被覆管１０１の端部をシール支持機構ＩＩＩを通
して気密容器１１θ内に挿入し、また端栓押込機構１１
２のホルダ１１３に上部端栓１０４を保持させる。

次に開閉弁１１９を開弁するとともに真空ポンプ１２０
を作動させ、この気密容器１１０内および被覆管１０！
内を真空に排気する。次に開閉弁１２１を開弁じ、不活
性ガス供給機構１２２から気密容器１１０内に所定の圧
力で不活性ガスを供給する。したがってこの気密容器１
１０内および被覆管１０１内にＰＪＴ足の圧力で不活性
ガスが充填される。次に油圧供給機＠１１８かもシリン
ダ１１４内に作動油を供給し、ホルダ１１３を前進させ
て上部端栓１０４を被覆管１０１の端部に嵌合させる。

次にスイッチング機構１２５を閉成し、電源機構１２６
から電磁石１２４にパルス状の大電流を流す。したがっ
てこの電磁石１２４により被覆管Ｉθ１の端部に高密度
の電磁圧が作用し、被覆管１０１の端部が圧縮され、こ
の被浚管１０１の端部内周面と上部端栓１０４の外周面
とが圧接される。

なお、本発明は上記の第１実施例には限定されない。

たとえば第７図には本発明の第２実施例を示す。この第
２実施例は気密容器１１０’を小径とし、電磁石１２４
に対応する部分だけを膨出させ、この部分に電磁石１２
４を収容したものである。この第２実施例は気密容器１
１０’内の容積が小さいので内部の排気および不活性ガ
スの充填が短時間ですみ、またこの気密容器１１０′内
に残る不活性ガスの量が少な（てすむので不活性ガスの
無駄が少なくなる利点がある。なお、この第２実施例は
上記の点板外は前記第１実施例と同様の構成であり、第
７図中第１実施例と対応する部分には同符号を附してそ
の説明を省略する。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明は端部内面に端栓が嵌合された被覆管
の端部な収容する気密容器と、この気密容器内に不活性
ガスを充填する不活性ガス供給機構と、上記被覆管の端
部を囲んで設けられた電磁石と、この電磁石にパルス状
の電流を供給する電源機構とを具備したものである。し
たがってこの電磁石によって生じる電磁圧により被覆管
の端部が圧縮され、この被覆管の内周面と端栓の外周面
とが圧接される。よって溶接ピード等が被覆管の外周か
ら突出することはなく、組立の際に燃料集合体のスペー
サ等を損傷することはなく、また溶接部を超音波探傷に
よって能率的に検査することができる。また、端栓と被
覆管とは圧接によって溶接されるものであるから、気密
容器内に高圧の不活性ガスが充填されていても圧接条件
には悪影響が与えられることはなく、容易に高品質な溶
接をおこなうことができる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来例を示し、第１図は核燃料棒
の縦断面図、第２図は核燃料棒の一部を拡大して示す縦
断面図、第３図は端栓溶接装置の概略構成図である。第
４図ないし第６図は本発明のｈｌ実施例を示し、第４図
は核燃料棒の縦断面図、第５図は核燃料棒の一部を拡大
して示す縦断面図、第６図は端栓溶接装置の概略構成図
である。また、第７図は本発明の第２実施例のｔｆ！ｃ
ＩＩＩｉ′Ｉ構成図である。 １０１・・・被覆管、１０３・・・下部端栓（端栓）、
１０４・・・上部端栓（端栓）、１１０，１１０′・・
・気密容器、１１１・・・シール支持機構、１１２・・
・端栓押込機構、１２０・・・真空ポンプ、１２２・・
・不活性ガス供給機構、１２４・・・電磁石、１２６・
・・電源機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 端部内面に端栓が嵌合された被覆管の端部を収容する気
   密容器と、この気密容器内に不活性ガスを充填する不活
   性ガス供給機構と、上記被後管の端部を囲んで設けられ
   た電磁石と、この電磁石にパルス状の電流を供給する電
   源機構とを具備したことを特徴とする核燃料棒の端栓溶
   接装置。