CH638333A5

CH638333A5 - Verfahren zur herstellung einer geschweissten kernumfassung und nach dem verfahren hergestellte kernumfassung.

Info

Publication number: CH638333A5
Application number: CH61979A
Authority: CH
Inventors: Juergen Tautz; Lothar Werres; Gerd Reimer
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1979-01-22
Publication date: 1983-09-15
Also published as: FR2424608B1; BR7902534A; ES480030A1; AT362474B; FR2424608A1; JPS54155390A; DE2818886C2; DE2818886B1; US4410487A; ATA314479A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer die Brennelemente eines Druckwasserreaktors einschliessenden geschweissten Kernumfassung mit mehreren parallelen Formrippenringen, die horizontal angeordnet sind und Ausnehmungen mit einer vieleckigen Kontur entsprechend dem Reaktorkern aufweisen, und mit senkrecht an den Formrippenringen befestigten Umfassungsblechen, die einen der Kontur der Ausnehmung angepassten Mantel bilden. Solche Kernumfassungen werden im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit aus austenitischem Stahl hergestellt, der bekanntlich im Schweissen besondere Sorgfalt erfordert. Die Kernumfassungen haben einen Durchmesser von etwa 4 m und eine Länge von etwa 5 m. Durch diese Baugrösse ist die Grösse des nichtkalkulierbaren Schweissverzuges im Hinblick auf eine wirtschaftliche Fertigung und auf die Festigkeit (möglichst gleiche Wanddicken der Umfassungsbleche) von grosser Bedeutung.

Kernumfassungen unterliegen darüber hinaus im normalen Betrieb erheblichen Beanspruchungen durch die Kühlmittelströmung und durch unterschiedliche Wärmedehnungen. Gleichzeitig sind die Toleranzen der Innenkontur aus Gründen der Führung der Brennelemente sehr eng begrenzt.

Aus den vorstehenden Gründen hat man Kernumfassungen bisher nahezu ausschliesslich aus einzelnen Teilen zusammengeschraubt. Dies bedeutet, dass die einzelnen Teile massgenau gefertigt werden müssen, um die vorgegebenen Masse in montiertem Zustand zu erreichen. Ausserdem ergeben sich dabei grosse Montagekosten und zusätzliche Montagezeiten in einem besonders kritischen Zeitabschnitt.

Bei Versuchen, Kernumfassungen durch Schweissen herzustellen, ergaben sich bisher Schwierigkeiten durch den durch das Schweissen verursachten Verzug. Deshalb sucht die Erfindung ein Verfahren, mit dem der Verzug in engen Grenzen gehalten werden kann.

Gemäss der Erfindung ist vorgesehen, dass a) Rippen mit einer dem Abstand der Formrippenringe entsprechenden Höhe einseitig auf den Formrippenringen durch Schweissen befestigt werden,

b) die Formrippenringe sukzessiv Formrippenring nach Formrippenring zu einem Käfig verschweisst werden,

c) die teilweise zu Profilen gebogenen Umfassungsbleche durch Verspannen gegen den Käfig zu dem Mantel zusammengesetzt werden,

d) die Umfassungsbleche sukzessiv mit den Formrippenringen des Käfigs verschweisst werden.

e) die Umfassungsbleche untereinander zu einem dichten Mantel verschweisst werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren liefert mit dem Käfig ein «Konstruktionselement», das die bestimmende Grösse für die Herstellung des von den Umfassungsblechen gebildeten Mantels ist und umständliches Nacharbeiten an diesem Mantel vermeiden hilft.

Andererseits erfolgt die Herstellung des Käfigs selbst in einzelnen kleinen Schritten, bei denen der Schweissverzug kontrolliert und in Grenzen gehalten werden kann. Das Auf-schweissen der Rippen auf die Formrippenringe kann durch eine Begrenzung der Schweissnahtlänge ohne nennenswerten Verzug durchgeführt werden. Dies gilt auch für das «Zusammensetzen» der einzelnen Formrippenringe, bei denen auf die freien Enden der Rippen, die bereits mit einem Formrippenring verbunden sind, ein weiterer Formrippenring aufgesetzt wird, der seinerseits bereits Rippen trägt. Dabei ist die richtige Lage der Formrippenringe zueinander durch Vorrichtungen oder Lehren einstellbar. Solche Lehren können insbesondere in einer der Form der Ausnehmung entsprechenden Ausbildung eingesetzt werden und zwar in gleicher Weise für alle Schweissverbindungen zwischen jeweils zwei mit Rippen versehenen Formrippenringen. Ausserdem ist es jederzeit möglich, den Käfig vor dem Einbringen der Umfassungsbleche zu vermessen und bei Bedarf nachzuarbeiten.

Die Umfassungsbleche werden, wie schon gesagt, mit Hilfe des Käfigs zu dem gewünschten, die Brennelemente des Reaktorkerns einhüllenden Mantel zusammengesetzt. Dabei werden sie mit jeweils einzelnen Formrippenringen verschweisst, bevor die Schweissung mit dem nächsten und zwar vorzugsweise benachbarten Formrippenring erfolgt. Hierfür kann es wesentlich sein, dass die Schweissnaht zwischen den Umfassungsblechen und einem Formrippenring vollständig erkaltet ist, bevor an der Schweissnaht zu dem nächsten Formrippenring gearbeitet wird. Man erreicht damit eine Verbindung der Umfassungsbleche mit dem Käfig, die wiederum einfach, massgenau und weitgehend ohne Schweissverzug herstellbar ist. Erst danach werden die Umfassungsbleche durch Längsnähte, die über die Kernhöhe reichen, miteinander zu einem dichten Mantel verschweisst. Hierbei verhindert der Käfig als

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formsteifes Konstruktionselement die sonst zu einem Schweissverzug führenden Verformungen des Mantels.

Die Schweissnähte zwischen den Umfassungsnähten können vorteilhaft von zwei Seiten so hergestellt werden, dass zunächst die Aussenseite einer Naht von Hand geschweisst 5 und dann die andere Seite der Naht als Unter-Pulver-Schweis-sung ausgeführt wird. Aussenseite ist dabei die den Formrippenringen zugekehrte Seite des Mantels, die durch die Rippen und die Formrippenringe teilweise abgedeckt ist. Die andere Seite (Innenseite) ist dagegen für den Einsatz von Schweissau- 10 tomaten für die Unter-Pulver-Schweissung zugänglich.

Die an den Formrippenringen angeschweissten Rippen sollen die Formrippenringe zu einem Käfig verbinden und aussteifen. Damit sie selbst keinen nennenswerten Schweissverzug in den Formrippenringen hervorrufen, kann man die 15 Schweissnahtlänge auf das für die Festigkeit des Käfigs erforderliche Mass begrenzen. Deshalb weisen die Rippen bei einer nach der Erfindung hergestellten Kernumfassung vorteilhaft an ihren der Formrippenringen zugekehrten Kanten Ausnehmungen auf. Beispielsweise kann die Länge der Ausnehmun- 20 gen etwa ebenso gross wie die Länge der mit den Formrippenringen verschweissten Kantenbereiche sein. Dabei ist es denkbar, dass im Verlauf einer Rippe mehrere Ausnehmungen und Kantenbereiche aufeinanderfolgen.

Es kann ferner vorteilhaft sein, wenn man eine Verbindung 25 des Käfigs mit den Umfassungsblechen nicht nur im Bereich der Formrippenringe vorsieht. Deshalb können die Rippen, die zwischen den Formrippenringen als Distanzstücke sitzen, den Umfassungsblechen zugekehrte Vorsprünge aufweisen, die dort mit diesen verschweisst sind. 30

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 in vereinfacht perspektivischer Darstellung einen Teil einer Kernumfassung nach der Erfindung; 35

Fig. 2 einen vertikal verlaufenden Teilschnitt der Kernumfassung;

Fig. 3 eine Draufsicht und

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Messvorrichtung zum Aufbau der Kernumfassung; 40 Fig. 5 eine Draufsicht auf die Kernumfassung Fig. 6 ein Schema mit der Schweissfolge der einzelnen Formrippenringe und

Fig. 7 Einzelheiten einer Ecknaht in wesentlich grösserem Massstab. 45

In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung ein Bruchstück einer vollständig geschweissten Kernumfassung dargestellt, wie sie in Druckwasser-Leistungsreaktoren eingesetzt wird. Sie sitzt dort bekanntlich zwischen dem aus Brennelementen zusammengesetzten Reaktorkern und dem Kernbehälter, der so seinerseits vom Reaktordruckbehälter umschlossen wird.

Die Kernumfassung 1 besteht aus einem Käfig 2 und einem Mantel 3, der aus einzelnen Umfassungsblechen 5,6,7 usw. zusammengesetzt ist. Die Bleche 5, 6,7 sind Profilbleche, so dass der Mantel 3 insgesamt der durch die Brennelemente 55 gegebenen vieleckigen Kontur des nicht gezeichneten Reaktorkerns entspricht. Die gleiche Kontur ist als Ausnehmung 10 in den übereinander liegenden Formrippenringen 11 vorgesehen, die parallel zueinander horizontal verlaufen und durch Rippen 12 verbunden sind. 60

Alle Teile der Kernumfassung 1 bestehen aus austeniti-schem Material und sind miteinander ausschliesslich durch Schweissnähte verbunden, deren Herstellung anschliessend geschildert wird.

Wie in Fig. 2 angedeutet ist, werden die Formrippenringe 65 11 zunächst jeweils einzeln mit den Rippen 12 verschweisst. Damit entstehen die Schweissnähte 13. Sie erstrecken sich, wie deutlich zu sehen ist, nur etwa über die Hälfte der Länge L der den Formrippenringen zügekehrten Kante, weil in diesem Bereich Ausnehmungen 14 vorgesehen sind, die sich über die Hälfte der Länge L erstrecken. Danach werden die einzelnen Formrippenringe mit ihren Rippen 12 übereinander gestapelt und mit jeweils dem nächsten Formrippenring verbunden, indem bei 15 in der Fig. 2 nicht dargestellte Schweissnähte von Hand hergestellt werden. Dies erfolgt sukzessiv in dem Sinne, dass zunächst alle Rippen 12 eines Formrippenringes 11 bei 15 mit dem benachbarten Formrippenring verschweisst werden, bevor der nächste Formrippenring aufgesetzt und dann verschweisst wird. In Fig. 3 ist in einer Draufsicht zu sehen, dass die Formrippenringe 11 für das Schweissen in einer Messvorrichtung 16 angeordnet werden. Die Messvorrichtung 16 dient zur Ausrichtung und Vermessung der Formrippenringe 11 beim Schweissen.

Die MessVorrichtung 16 umfasst eine Grundplatte 17, Messsäulen 18 und Aussteifungsträger 19. Sie erstreckt sich, wie Fig. 4 zeigt, über die gesamte Höhe H der Kernumfassung, die praktisch gleich der Kernhöhe des Reaktors ist. Die Messsäulen 18 sind mindestens an den der Kontur 20 der Ausnehmung 10 zugekehrten Seiten der Formrippenringe, d.h. an den rechtwinklig benachbarten Flächen 21 fein bearbeitet, so dass eine Messbasis für die Ausrichtung der Formrippenringe 11 und für das Nachmessen nach und während der Herstellung der Schweissverbindung gegeben ist.

Die Messvorrichtung 16 kann noch durch Versteifungen verstärkt werden, die durch die Mitte der Ausnehmung 10 verlaufen. Sie kann ferner als Schweissvorrichtung in dem Sinne ausgeführt werden, dass eine unmittelbare Ausrichtung der Formrippenringe 11 durch Anlage an Messflächen 21 erfolgt.

Nach dem Fertigstellen des Käfigs 2 werden die Umfassungsbleche 5, 6, 7 usw. in die Ausnehmung 10 eingebracht. Die Bleche können dabei ebene Teile sein, so dass jedem gradlinigen Teilstück der Kontur 20 ein Blech des Mantels 3 entspricht. Sie können aber auch zu Profilen gebogen sein. Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Bleche 5 und 6 L-Profil haben und das Blech 7 ein U-Profil hat.

In Fig. 5 ist in einer Draufsicht dargestellt, dass der Mantel 3 aus den Umfassungsblechen 5,6,7 usw. in der Ausnehmung 10 des Käfigs 2 mit Hilfe von Stützen 24 verspannt wird. Die Stützen drücken die Bleche mit einer einstellbaren Kraft gegen den Käfig 2. In dieser Lage werden die Umfassungsbleche mit dem Käfig 2 verschweisst. Dies geschieht mit der in Fig. 6 dargestellten Schweissfolge. Man erkennt, dass der Mantel 3 mit der Höhe H von der Mitte ausgehend mit den Formrippenringen 11 des Käfigs 2 verschweisst wird, wobei die Rippen zwischen den Formrippenringen der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind.

Als erstes wird von den hier dargestellten neun Formrippenringen 11 die Schweissverbindung mit dem mittlersten Formrippenring vorgenommen. Danach wird jeweils abwechselnd die Schweissverbindung auf benachbarten Seiten hergestellt, wie durch die Zahlen I bis IX angedeutet ist. Danach erfolgt als letzter Schritt die Verbindung der einzelnen Umfassungsbleche 5,6,7 usw. zu dem geschlossenen Mantel 3. Die dazu notwendigen Schweissnähte 25 zwischen den Umfassungsblechen zum Beispiel 5 und 6 werden, wie die Fig. 7 zeigt, von zwei Seiten aus hergestellt. Von der mit A bezeichneten Aussenseite wird zunächst im Bereich einer Auskehlung 26 von Hand der Schweissnahtteil 27 hergestellt. Anschliessend wird die Gegenseite 28 der Schweissnaht 25 in bekannter Weise als Unter-Pulver-Schweissung mit bekannten Maschinen hergestellt. Hierzu steht auf der Innenseite B der volle Querschnitt der Ausnehmung 10 für den Einsatz von Schweissautomaten zur Verfügung, während an der Aussenseite A die Formrippenringe 11 und Rippen 12 diesen Maschineneinsatz behindern.

In Fig. 1 ist an einer Rippe 12 ein Vorsprung 30 angedeu

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tet, dessen Innenkante mit der Innenkontur der Formrippenringe 11 fluchtet. Mit diesem Vorsprung 30 können die Umfassungsbleche 5, 6, 7 usw. ebenfalls verschweisst werden, wenn eine Befestigung des Mantels zwischen den Formrippenringen 11 zweckmässig ist. 5

Beim Einschweissen des Mantels 3 in den Käfig 2 verwendet man vorteilhaft eine Vorrichtung, die ein Drehen und Wenden des Käfigs mit den Umfassungsblechen ermöglicht, damit die jeweils zu schweissenden Nähte die günstigste Lage haben.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum Herstellen einer die Brennelemente eines Druckwasserreaktors einschliessenden geschweissten Kernumfassung mit mehreren parallelen Formrippenringen, die horizontal angeordnet sind und Ausnehmungen mit einer vieleckigen Kontur entsprechend dem Reaktorkern aufweisen, und mit senkrecht an den Formrippenringen befestigten Umfassungsblechen, die einen der Kontur der Ausnehmung angepassten Mantel bilden, dadurch gekennzeichnet, dass a) Rippen mit einer dem Abstand der Formrippenringe entsprechenden Höhe einseitig auf den Formrippenringen durch Schweissen befestigt werden,

d) die Umfassungsbleche sukzessiv mit den Formrippenringen des Käfigs verschweisst werden und e) die Umfassungsbleche untereinander zu einem dichten Mantel verschweisst werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfassungsbleche von der Mitte ausgehend mit den Formrippenringen verschweisst werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissnähte zwischen den Umfassungsblechen von zwei Seiten so hergestellt werden, dass zunächst die Aussenseite der Naht von Hand hergestellt und dann die andere Seite der Naht als Unter-Pulver-Schweissung ausgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig vor dem Einbringen der Umfassungsbleche vermessen und bei Bedarf nachgearbeitet wird.

5. Kernumfassung hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Kernumfassung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (12) an ihren den Formrippenringen (11) zugekehrten Kanten Ausnehmungen (14) aufweisen.

7. Kernumfassung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Ausnehmungen (14) etwa so gross wie die Länge der mit den Formrippenringen (11) verschweissten Kantenbereiche (15) ist.

8. Kernumfassung nach einem der Ansprüche 5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (12) den Umfassungsblechen (5,6,7) zugekehrte Vorsprünge (30) aufweisen und dort mit diesen verschweisst sind.