JPS6340317Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は内部にプレナムガスを加圧封入して
なる原子炉用燃料棒の自動ガス加圧溶接装置に関
する。

従来、原子炉には燃料集合体が装荷されてお
り、この燃料集合体には燃料棒が組み込まれてい
る。この燃料棒を製作するには、第１図に示すよ
うに被覆管１内に、複数個の燃料ペレツト２と、
この燃料ペレツト２の移動、損傷を防止するため
のスプリング３とを嵌入し、次いで被覆管１の両
端部に端栓４，５を嵌め込み、これら端栓４，５
と被覆管１との合わせ目を溶接し、さらに被覆管
１内にプレナムガス（例えばヘリウムガス）６
を、貫通小孔７を有する一方の端栓から加圧充填
した状態でこの貫通小孔７部を溶封している。

従来、この貫通小孔７を溶封するには一例とし
て第２図に示すガス加圧溶接装置が用いられてい
る。この溶接装置においては、まず、溶接チヤン
バ８内に貫通小孔７を有する端栓５を先にして燃
料棒を所定量挿通した後、この燃料棒を燃料棒保
持具９により保持する。

次いで、配管１０から溶接チヤンバ８内にプレ
ナムガスを導入してこの室内のガス圧を所定圧に
加圧した状態で、電極１１に通電して貫通小孔７
部を溶封している。この溶封（TIG溶接）は充分
な溶け込み量を確保するためアーク（スタート）
電流が大で、従つて電極の消耗がはげしく消耗後
の電極形状によつてはアークスタートが不良であ
つたり貫通小孔７の溶けこみ位置が中心から外れ
ることがあつた。このため電極と溶接部との間の
間隔（ギヤツプ）の調節や、電極の交換等をひん
ぱんに行なわなければならなかつた。

また、この溶接には高融点のタングステン電極
棒が使用されるが、燃料棒端と電極との間隔がせ
ますぎたときは大電流が流れるためタングステン
電極棒が溶けてジルカロイからなる端栓の溶封部
に巻きこまれるという問題が生じた。

また、これらのギヤツプの調節や、電極の交換
は従来いずれも手動で行なわれていたため、作業
者によつて溶接品質にバラツキが生じるという問
題があつた。

この考案は前記事情に鑑みてなされたもので、
電極位置決め機構及び電極交換機構等を備えるこ
とにより、タングステン電極棒が溶けて溶接部へ
混入するのを防ぐことができ、また電極形状の変
化に起因するアークスタート不良を回避すること
ができ、また作業者による溶接品質のバラツキを
解消することができ、さらに自動化によりコスト
の低減をはかることができる原子炉用燃料棒の自
動ガス加圧溶接装置を提供することを目的とす
る。

以下、この考案の一実施例を第３図乃至第５図
に基づいて説明する。第３図中２１は基台であ
り、この基台２１の上面には溶接室２２を有する
溶接室本体２３が連結部材２４を介して固定的に
取り付けられている。

溶接室本体２３の第３図における左右両端壁に
は貫通孔２５，２６が基台２１に対し平行な同一
軸線上に位置して形成されている。

貫通孔２５には、溶接室２２内に設けられたパ
ツキン受け２７が嵌合されて気密的に取り付けら
れている。パツキン受け２７内にはパツキン２８
が密嵌合状態で嵌め込まれ、さらにフランジ２９
を有するパツキン押え３０が移動可能にゆるく嵌
合して挿入されている。フランジ２９は溶接室本
体２３外に突出している。パツキン受け２７，パ
ツキン２８，パツキン押え３０の各中心には燃料
棒３１を挿通するための貫通孔が形成されてい
る。

パツキン押え３０の第３図における左側には押
圧機構３２が設けられている。この押圧機構３２
は基台２１に設けられたブラケツト（図示せず）
に取り付けられた軸３３と、この軸３３に回動自
在に取り付けられたレバー３４と、このレバー３
４の一端に回動自在に取り付けられかつ基台２１
に設けられたブラケツト（図示せず）に回動自在
に取り付けられたシリンダ機構３５とからなつて
いる。レバー３４の他端には燃料棒３１がゆるく
嵌入し得る貫通孔が形成されている。

押圧機構３２の第３図における左側には、この
押圧機構３２から若干離間しチヤツク機構３６が
基台２１に図示しない適宜の手段により取り付け
られて設けられている。そして、パツキン受け２
７，パツキン２８，パツキン押え３０，押圧機構
３２，チヤツク機構３６により燃料棒３１を溶接
室本体２３に密嵌合状態として保持する保持機構
が構成されている。

また、チヤツク機構３６の第３図における左側
には燃料棒送りローラ３７と燃料棒押えローラ３
８とが上下に離間対向して設けられている。燃料
棒送りローラ３７，燃料棒押えローラ３８間には
燃料棒３１が挿入可能とされ、この燃料棒３１は
燃料棒送りローラ３７の回転により第３図におい
て矢印Ａ，Ｂ方向に移動自在とされている。

また、溶接室本体２３の上壁及び下壁には同一
垂直線上に位置してそれぞれ窓３９，光源４０が
設けられている。窓３９には透明な窓ガラス４１
が取り付けられている。

窓３９の上方にはリニアイメージセンサ４２が
設けられている。このリニアイメージセンサ４２
は、基台２１に設けられたブラケツト４３により
支持されている。

溶接室本体２３の第３図における右側には台４
４が基台２１に固定して設けられている。台４４
上には、トーチ本体４５が摺動自在にかつ絶縁さ
れて設けられている。トーチ本体４５は、基台２
１に取り付けられたシリンダ機構４６の連結杆４
７に絶縁されて連結され、このシリンダ機構４６
により第３図において矢印Ａ，Ｂ方向に移動自在
とされている。

トーチ本体４５の中央部には貫通孔４８が形成
され、この貫通孔４８にはその右端部を若干残し
てスリーブ（電極保持部）４９が摺動自在に嵌合
されている。このスリーブ４９はトーチ本体４５
の溶接室本体２３側端面より若干突出している。
この突出部分には絶縁板５０が嵌合されてトーチ
本体４５に取り付けられている。スリーブ４９の
周壁には第４図に示すように孔５１が形成されて
いる。また、スリーブ４９の側壁には板ばね５２
が埋設されている。この板ばね５２は孔５１を通
りスリーブ４９の内孔５３へ付勢して突出してい
る。また、スリーブ４９の第３図における右端部
には雌ねじ部が形成されている。また、スリーブ
４９の同図における右端上部には切欠部５４が形
成されている。

また、台４４上にはパルスモータ５５が摺動自
在に設けられている。このパルスモータ５５の回
転軸５５ａには調整ねじ５６が絶縁継手を介して
連結されている。調整ねじ５６はスリーブ４９の
雌ねじ部に螺合されている。

また、トーチ本体４５には段付孔５７が形成さ
れ、この段付孔５７にはピン５８が嵌入され、こ
のピン５８は切欠部５４に嵌入させられている。
ピン５８の先端は調整ねじ５６には達していな
い。

一方、トーチ本体４５の近傍には電極ストツク
機構６１が基台２１に設けられた支柱６２に支持
されて設けられている。

電極ストツク機構６１は円板の一側に多数の電
極（タングステン電極）６３が円周方向に所定の
間隔をおいて着脱自在に装着され、前記円板と共
にこれら多数の電極６３が回転自在に保持された
ものである。

また、電極ストツク機構６１に対向して電極交
換機構６４が設けられている。この電極交換機構
６４は第３図及び第５図に示すように基台２１に
連結して設けられたシリンダ機構６５と、このシ
リンダ機構６５のピストンロツド６５ａに回動自
在に取り付けられたアーム６６と、このアーム６
６の先端に設けられたチヤツク６７とからなつて
いる。チヤツク６７は保持爪６７ａ，６７ｂと、
保持爪６７ａ，６７ｂに連結されたシリンダ機構
６８とからなつている。シリンダ機構６５のピス
トンロツド６５ａは、シリンダ機構６５のシリン
ダに対し進出，退入することができると共に回転
することができるようになされている。

なお、リニアイメージセンサ４２は窓３９の真
上に位置して設けられ、溶接室本体２３内に挿入
された燃料棒３１の先端と電極６３の先端との間
の間隔を窓３９を介して正確に測定することがで
きるようになされている。

また、溶接室本体２３の上壁には溶接室２２内
にプレナムガスを導入するための配管６９が気密
的に設けられている。

次に前記のように構成された溶接装置の作用に
ついて説明する。

(1) 電極ストツク機構６１に、先端を研削成形し
た多数の電極６３をセツトする。

(2) 端栓に形成された貫通小孔を溶封すべき燃料
棒３１を、その貫通小孔を先にして燃料棒押え
ローラ３８と燃料棒送りローラ３７との間に挿
通し、燃料棒送りローラ３７を第３図において
矢印Ｃ方向に回転させる。すると、燃料棒３１
の前記端栓側先端部は開口しているチヤツク機
構３６内を通過し、レバー３４，パツキン押え
３０，パツキン２８，パツキン受け２７の各貫
通孔を通り溶接室２２内の所定位置まで入る。

(3) 次に、シリンダ機構３５が作動してそのピス
トンロツドがシリンダから進出し、レバー３４
が回動してパツキン押え３０を第３図において
矢印Ｂ方向へ押圧する。すると、パツキン押え
３０がパツキン２８を押しつぶすのでこのパツ
キン２８が溶接室２２の第３図における左端壁
部の気密性を保つ。

(4) 次に、チヤツク機構３６が作動して燃料棒３
１を保持する。

(5) 次に、シリンダ機構４６が作動して連結杆４
７を介しトーチ本体４５を第３図において矢印
Ｂ方向へ移動させる。このとき、パルスモータ
５５もトーチ本体４５と共に同方向へ移動す
る。

(6) 次に、電極ストツク機構６１の電極６３から
電極交換機構６４が離間した状態で、電極スト
ツク機構６１が回転して、新しい電極６３がチ
ヤツク６７に対向する。

(7) 次に、シリンダ機構６８が作動してチヤツク
６７が開き、次いでシリンダ機構６５が作動し
てアーム６６が電極ストツク機構６１側へ移動
し、保持爪６７ａ，６７ｂ間に電極６３を位置
させ、次いでシリンダ機構６８が作動して保持
爪６７ａ，６７ｂを閉じ、保持爪６７ａ，６７
ｂ間に電極６３を保持する。

(8) 次に、シリンダ機構６５が作動してアーム６
６が電極ストツク機構６１から遠ざかる側へ移
動する。すると、電極６３はチヤツク６７に保
持された状態で、電極ストツク機構６１から引
き抜かれる。

(9) 次に、シリンダ機構６５が作動してアーム６
６が90゜回動して水平状態となり、溶接室本体
２３とトーチ本体４５の絶縁板５０との間に電
極６３が位置する。

(10) 次に、シリンダ機構６５が作動してアーム６
６がトーチ本体４５側へ移動する。すると、チ
ヤツク６７に保持された電極６３はスリーブ４
９内に嵌入し、所定位置で停止してスリーブ４
９にセツトされる。このとき、電極６３のくぼ
み部６３ａは第４図に示す板ばね５２の先端部
位置に達し、この板ばね５２がくぼみ部６３ａ
に係合してこれを押圧するのでスリーブ４９か
らの電極６３の抜け止めがされる。

(11) 次に、シリンダ機構６８が作動してチヤツク
６７が開き、スリーブ４９にセツトされた電極
６３を解放し、次いでシリンダ機構６５が作動
してアーム６６を第３図において矢印Ａ方向に
移動させた後90゜回動させて直立させる。

(12) 次に、シリンダ機構４６が作動して連結杆４
７を介しトーチ本体４５が第３図において矢印
Ａ方向に移動する。すると、スリーブ４９にセ
ツトされた電極６３が溶接室２２内に嵌入し、
電極６３の先端が溶接室２２内の燃料棒３１の
先端に対向し、この先端から若干離間した位置
で電極６３は停止する。またこのとき、絶縁板
５０が溶接室本体２３の端壁に圧接して貫通孔
２６部を閉塞する。

(13) 次に、配管６９よりプレナムガス（ヘリウ
ムガス）が溶接室２２内に送入され、燃料棒３
１の端栓に形成された貫通小孔を通つて燃料棒
３１の被覆管３１ａ内を規定圧のヘリウムガス
（約30気圧）で加圧充填する。

(14) 次に、光源４０が点灯された状態でリニア
イメージセンサ４２で電極６３の先端と燃料棒
３１の先端との間の間隔を測定し、この間隔が
規定の間隔になるまでパルスモータ５５を作動
させて電極６３を第３図において矢印Ａまたは
Ｂ方向に移動調節する。ここで、パルスモータ
５５を作動させると、その回転軸５５ａと共に
調整ねじ５６が回転する。すると、この調整ね
じ５６にスリーブ４９が螺合されており、かつ
このスリーブ４９の切欠部５４にピン５８が嵌
入しているため、スリーブ４９は回転できず、
第３図において矢印ＡまたはＢ方向に移動す
る。スリーブ４９には電極６３がセツトされて
いるのでこの電極６３もスリーブ４９と共に移
動し、燃料棒３１の先端と電極６３の先端との
間の間隔が調整される。

(15) 次に、燃料棒及び溶接室２２がプレナムガ
ス加圧された状態で電極６３に通電手段（図示
せず）により通電する。これにより、電極６３
よりアークが発生し、燃料棒３１の端栓の貫通
小孔が溶封される。

(16) この貫通小孔の溶封が終ると、プレナムガ
ス加圧が配管６９から解放されシリンダ機構３
５が作動し、レバー３４によるパツキン押え３
０の押圧が解放される。これにより、燃料棒３
１へのパツキン２８の押し付けが解除され、次
いでチヤツク機構３６が開き、次いで燃料棒送
りローラ３７が第３図において矢印Ｄ方向に回
転して燃料棒３１を第３図において矢印Ａ方向
に移動させて溶接室本体２３，押圧機構３２，
チヤツク機構３６，燃料棒押えローラ３８と燃
料棒送りローラ３７との間から外方へ取り出
す。

(17) 次に、前記(2)，(3)及び(4)の動作が行なわれ
る。

(18) 次に、前記（13）及び（15）の動作が行な
われる。

(19) 次に、前記（16）から（18）の動作がくり
返される。

(20) そして、貫通小孔の溶封においては大電流
が流れるため電極６３が消耗し、規定内電流で
アークスタート不能となると自動的にシリンダ
機構４６が作動し、連結杆４７を介しトーチ本
体４５が第３図において矢印Ｂ方向に移動す
る。これにより溶接室本体２３から電極６３が
抜け、トーチ本体４５は停止する。

(21) 次に、チヤツク６７が開いた状態で直立し
ている電極交換機構６４のシリンダ機構６５が
作動し、アーム６６が90゜回動して水平状態と
なる。次いでシリンダ機構６５が作動してアー
ム６６が第３図において矢印Ｂ方向に移動し、
前記使用済電極６３にチヤツク６７が嵌合す
る。すると、シリンダ機構６８が作動し、チヤ
ツク６７が閉じて使用済電極６３を把持する。

(22) 次に、シリンダ機構６５が作動し、アーム
６６が第３図において矢印Ａ方向に移動する。
これにより、スリーブ４９から使用済電極６３
が抜き取られる。

(23) 次に、シリンダ機構６５が回転作動し、ア
ーム６６が90゜回動して直立する。すると、電
極ストツク機構６１が回転し、その電極挿入用
空所が、チヤツク６７に把持された使用済電極
６３に対向し、電極ストツク機構６１の回転は
停止する。

(24) 次に、シリンダ機構６５が作動し、アーム
６６が第３図において矢印Ｂ方向に移動する。
これにより、使用済電極６３が電極ストツク機
構６１の前記空所に挿入され保持される。

(25) 次に、シリンダ機構６８が作動し、チヤツ
ク６７が開けられ、次いでシリンダ機構６５が
作動し、アーム６６が第３図において矢印Ａ方
向に移動し所定位置で停止する。

(26) 一方、前記貫通小孔の溶封が終り電極６３
が溶接室本体２３から抜かれる時（前記（16）
作動時）シリンダ機構３５が作動し、レバー３
４によるパツキン押え３０の押圧が解放され
る。これにより、燃料棒３１へのパツキン２８
の押し付けも解除され、次いで、チヤツク機構
３６が開き、次いで燃料棒送りローラ３７が第
３図において矢印Ｄ方向に回転して燃料棒３１
を第３図において矢印Ａ方向に移動させて溶接
室本体２３，押圧機構３２，チヤツク機構３
６，燃料棒押えローラ３８と燃料棒送りローラ
３７との間から外方へ取り出す。

(27) 以下、前記(1)〜（26）の作動がくり返さ
れ、自動的に燃料棒３１内へのヘリウムガスの
充填と、端栓の貫通小孔の溶封とが行なわれ、
さらに電極６３がアークスタート不能まで消耗
するとこの電極６３の交換が自動的に行なわれ
る。

なお前記各動作はこの実施例の装置に付設され
た自動制御装置（図示せず）により自動的に行な
われる。

以上説明したようにこの考案によれば、溶接室
本体内の所定位置に燃料棒を挿入し、溶接室本体
に対し接離可能とされたトーチ本体に着脱自在に
供給された電極を、溶接室本体内に前記燃料棒の
先端に対向させて挿入し、溶接室にプレナムガス
を送給し、前記燃料棒の先端と電極の先端との間
の間隔を調整して燃料棒の端栓の貫通小孔を溶封
し、使用限界の消耗電極を交換するものであるか
ら、燃料棒の先端と電極の先端との間の間隔が一
定となり、電極の溶けた部材が溶接部へ混入する
のを防ぐことができ、また電極形状の変化に起因
するアークスタート不良をも回避することがで
き、さらに自動化することができるため作業者に
よる溶接品質のバラツキを解消することができる
と共に省力化し得て、コストの低減をはかること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料棒の一例を示す縦断面図、第２図
は従来のガス加圧溶接装置の概略側断面図、第３
図はこの考案の一実施例を示す概略側断面図、第
４図はその要部の断面図、第５図はその斜視図で
ある。 ２１……基台、２２……溶接室、２３……溶接
室本体、２７……パツキン受け、２８……パツキ
ン、３０……パツキン押え、３１……燃料棒、３
２……押圧機構、３５，４６，６５，６８……シ
リンダ機構、３６……チヤツク機構、３７……燃
料棒送りローラ、３８……燃料棒押えローラ、４
２……リニアイメージセンサ、４５……トーチ本
体、４９……スリーブ（電極保持部）、６１……
電極ストツク機構、６３……電極、６４……電極
交換機構、６６……アーム、６９……配管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃料棒の被覆管内にプレナムガスを加圧充填し
   た後このプレナムガスの導入口を溶封する溶接装
   置において、基台と、溶接室を有し前記基台上に
   設けられた溶接室本体と、この溶接室本体に設け
   られこの溶接室本体内に挿入された燃料棒を前記
   溶接室本体に密嵌合状態として保持する保持機構
   と、電極保持部を有し前記溶接室本体に隣接して
   設けられ、この溶接室本体に対し接離可能とさ
   れ、かつ供給された電極を前記燃料棒と同一軸線
   上に着脱自在に保持するトーチ本体と、このトー
   チ本体の近傍に設けられた電極ストツク機構と、
   電極保持機構を有し、前記電極ストツク機構に対
   し進退自在とされかつ所定の支点を中心に回動自
   在に設けられ、前記電極ストツク機構から電極を
   取り出して保持しこの電極を前記トーチ本体に供
   給する電極交換機構と、前記溶接室本体に設けら
   れ、前記燃料棒の一端とこの一端に対向して前記
   溶接室に挿入された電極の先端との間隔量を検出
   するリニアイメージセンサとからなることを特徴
   とする原子炉用燃料棒の自動ガス加圧溶接装置。