CN103182593A - 压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压水堆核电燃料组件制造技术领域，具体公开了一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置。该装置中在焊室上端的空腔中设有焊枪调整机构，可以对焊枪电极进行调整；焊室侧壁安装有光学投影成像系统可以通过窥镜观察焊室内部；焊室的两相对侧壁空腔中分别设有端塞从动机构和夹紧机构，导向管焊件头部端塞顶在从动机构上，并通过夹紧机构夹紧，通过旋转机构带动夹紧机构和从动机构与导向管焊件一起转动，完成导向管焊件端塞焊缝的焊接。该装置中焊枪采用分体设计，便于钨极的快速更换；在焊室上增加光学投影成像系统，实现钨极的快速准确定位；导向管焊接件的夹紧、旋转、焊接可自动化控制，既满足了焊接工艺要求，又提高了生产效率。

Description

压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置

技术领域

本发明属于压水堆核电燃料组件制造技术领域，具体涉及一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置。

背景技术

压水堆核电燃料组件是由燃料棒和燃料组件骨架组成，而燃料组件骨架由上、下管座、定位格架、导向管部件和仪表管组成。导向管是一种锆合金的异形薄壁变径管，为了与上、下管座连接，导向管的上下端需要分别焊接带内螺纹的套管和下端塞后构成导向管部件，导向管与套管还可以采用其他机械方法进行连接。

当前国内外针对AFA3G燃料组件导向管下端塞的焊接方法主要有激光焊接和钨极气体保护焊(TIG)。国外法国AREVA NP公司ROMAN厂采用激光焊接方法，比利时FBFC厂采用钨极氩气气体保护焊焊接方法(TIG)。激光焊接方法焊接导向管下端塞，具有焊接效率高，焊缝窄细美观等优点，但是其设备结构复杂，购置费昂贵。钨极氩气气体保护焊焊接方法焊接导向管下端塞，虽然其焊接效率不如激光焊接高，焊缝不如激光焊接窄细美观，但是同样能够满足焊缝机械性能及外观要求，并且其设备构造相对简单，设备制造及维护成本低廉，应用范围更广泛。

比利时FBFC厂采用钨极氩气气体保护焊焊接设备对压水堆核电燃料元件导向管下端塞进行焊接，其设备制造技术和具体设计参数并没有对外公开，也没有调研到其他国家的相关文献。针对导向管的尺寸特点研制一套焊接装置，用于压水堆核燃料组件导向管下端塞焊接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，可以解决压水堆核电燃料组件导向管下端塞的焊接问题，实现对压水堆核电燃料组件导向管下端塞的自动化焊接，提供生产效率。

本发明的技术方案如下：一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，该装置包括工作台、焊室部件、旋转机构以及光学投影成像系统，其中，焊室部件包括焊室、焊枪调整机构、端塞从动机构以及夹紧机构；焊室为侧壁及上端开有相互连通空腔的方向壳体结构，在焊室上端的空腔中设有焊枪调整机构，可以实现对伸入焊室中焊枪电极的上下、左右、前后调整；焊室侧壁安装有可观察到焊室内部焊接过程的窥镜，利用固定在工作台上的光学投影成像系统可以通过窥镜观察焊室内部；与安装窥镜相邻的焊室的两相对侧壁空腔中分别设有端塞从动机构和夹紧机构，导向管焊件通过夹紧机构夹紧，且导向管焊件头部端塞顶在从动机构上，使通过固定在工作台上的旋转机构带动夹紧机构和从动机构与导向管焊件一起转动，完成导向管焊件端塞焊缝的焊接。

所述的焊枪调整机构包括法兰盘、过渡板、焊枪座、焊枪杆以及钨极，法兰盖与过渡板均为中心开有圆形通孔的平板结构，通过螺栓固定在焊室上，且在过渡板与调节座和焊室上壁的接触面上开设环形凹槽，并在凹槽内安装密封圈，在法兰盖与过渡板之间安装外壁带有凸楞阶梯圆柱筒结构的调节座，法兰盖的四侧安装有调节螺钉，通过旋转调节螺钉移动调节座，调节座带动焊枪座在焊室上方左右和前后移动；阶梯圆柱筒结构的焊枪座通过压紧螺母压紧卡合在调节座内壁的阶梯楞上，阶梯圆柱筒结构进气座下端密封固定在焊枪座的上端，进气座的上端与定位螺母固定连接，圆柱棒状结构的焊枪杆穿过定位螺母、进气座、焊枪座以及连接套，且焊枪杆的上端与定位螺母固定，焊枪杆的下端与钨极固定连接。

所述的焊枪杆下端与套有套环的夹头固定连接，夹头下端为中心开有通孔的锥形花瓣结构，夹头中安装有钨极，旋转夹头与枪杆之间的螺纹通过套环压紧夹头外锥面，从而实现夹头对钨极的夹紧；所述焊枪座的下端通过连接套固定有圆柱筒结构的喷气外罩。

所述的焊枪杆的上端通过穿过定位螺母的定位销固定，且在位于进气座上端的焊枪杆上固定有导向键，其中，进气座进气口上端通过密封圈与焊枪杆密封。

所述的端塞从动机构包括端塞从动轴承座、端塞从动轴以及端塞从动轴承，其中，一端带有凸檐圆柱筒结构的端塞从动轴承座通过密封圈密封固定在焊室侧壁的空腔中，并利用螺钉将端塞从动轴承座一端的凸檐固定在焊室侧壁上，端塞从动轴通过端塞从动轴承固定在端塞从动轴承座中，且端塞从动轴伸出焊室的外端安装有碳刷，端塞从动轴伸入焊室的内端套有隔套，并与“T”型棒状结构的压头固定连接，压头端面正中心具有与导向管焊件头部端塞外形相匹配的圆形凹坑。

所述的夹紧机构包括夹紧头、夹紧套、压紧弹簧以及轴承座，其中，一端带有凸檐的圆柱筒状结构的轴承座固定在与端塞从动机构相对应的焊室空腔中，阶梯圆柱筒状的转动体通过滚轮轴承固定在轴承座的内壁上，在阶梯圆柱筒结构夹紧套外侧的阶梯楞上放置有压紧弹簧后，将夹紧套匹配插入到转动体的内腔中，使压紧弹簧的另一端卡在转动体内壁的阶梯楞上，其中，夹紧套前端锥形内腔中活动安装有一端为花瓣结构的夹紧头，夹紧套后端的内腔中安装套有推力球轴承的圆柱筒状轴；

所述的轴的末端与压管固定连接，压管与棒状结构的杠杆上端活动连接，杠杆中部通过销轴与固定在焊室外壁上的支耳连接固定，杠杆的下端通过滑块与气缸中的气缸杆固定连接。

所述的旋转机构包括电机和齿形带，其中，电机与焊室平行设置，固定在工作台上，电机的输出轴通过齿形带与夹紧机构中伸出焊室的转动体末端连接。

所述的焊室下端面开有与焊室中心连通的通气孔，且在该通气孔端面依次安装有不锈钢丝网、进气压板以及进气压板中心安装的进气管；焊室侧壁上端开有连通中心的通气孔，且在该通气孔端安装有出气管。

所述的光学投影成像系统包括投影屏、直线导轨、垫板以及直线气缸，其中，在平板结构的垫板上安装有直线导轨以及直线导轨一端延长线上的直线气缸，直线气缸与直线导轨上滑块固定连接，利用直线气缸拉动固定在直线导轨滑块上的投影屏沿着直线导轨滑动，垫板与焊室部件平行设置固定在工作台上，使投影屏位于焊室中窥镜附近。

本发明的显著效果在于：本发明所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置中焊枪采用分体设计，便于钨极的快速更换；在焊室上增加光学投影成像系统，便于观察钨极装置，以及调整钨极与导向管焊接件的间距，实现钨极的快速准确定位；同时，导向管焊接件的夹紧、旋转、焊接都可以实现自动化控制，既满足了导向管焊接件的工艺要求，又提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置结构示意图；

图2为图1中焊室部件立体示意图；

图3为图2剖面图；

图4为图3局部放大图；

图5为图1中焊枪部件结构示意图；

图6为图1中光学投影成像系统结构示意图。

图中：1、工作台；2、电机；3、齿形带；4、导向管焊件；5、进气管；6、进气压板；7、不锈钢丝网；8、隔套；9、端塞从动轴承座；10、端塞从动轴；11、碳刷；12、端塞从动轴承；13、螺钉；14、压头；15、出气管；16、夹紧头；17、夹紧套；18、推力球轴承；19、轴；20、压紧弹簧；21、压管；22、转动体；23、滚轮轴承；24、轴承座；25、销轴；26、杠杆；27、支耳；28、滑块；29、气缸杆；30、气缸；31、窥镜；32、焊室；33、调节螺钉；34、法兰盖；35、压紧螺母；36、焊枪座；37、焊枪杆；38、定位销；39、定位螺母；40、导向键；41、进气座；42、密封圈；43、过渡板；44、连接套；45、喷气外罩；46、套环；47、夹头；48、钨极；49、投影屏；50、直线导轨；51、垫板；52、直线气缸；53、调节座。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1～6所示，一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，该装置包括工作台1、焊室部件、旋转机构以及光学投影成像系统，焊室部件包括焊室32、焊枪调整机构、端塞从动机构以及夹紧机构，其中，焊室32为侧壁及上端开有相互连通空腔的方形壳体结构，在焊室32上端的空腔中安装有焊枪调整机构，焊室32侧壁安装有可以观察到焊室32内部的窥镜31，且在与安装窥镜31相邻的焊室32的两相对侧壁空腔中分别安装有端塞从动机构和夹紧机构；焊室32通过支撑架固定安装在工作台1上，且在焊室32下方固定安装有气缸30；端塞从动机构包括端塞从动轴承座9、端塞从动轴10以及端塞从动轴承12，其中，一端带有凸檐圆柱筒结构的端塞从动轴承座9通过密封圈密封固定在焊室32侧壁的空腔中，并利用螺钉13将端塞从动轴承座9一端的凸檐固定在焊室32侧壁上，端塞从动轴10通过端塞从动轴承12固定在端塞从动轴承座9中，且端塞从动轴10伸出焊室32的外端安装有碳刷11，端塞从动轴10伸入焊室32的内端套有隔套8，并与“T”型棒状结构的压头14固定连接，压头14端面正中心具有与导向管焊件4头部端塞外形相匹配的圆形凹坑；在焊室32安装端塞从动机构相对应的空腔中密封固定安装有夹紧机构，夹紧机构包括夹紧头16、夹紧套17、压紧弹簧20以及轴承座24，其中，一端带有凸檐的圆柱筒状结构的轴承座24固定在与端塞从动机构相对应的焊室32空腔中，阶梯圆柱筒状的转动体22通过滚轮轴承23固定在轴承座24的内壁上，在阶梯圆柱筒结构夹紧套17外侧的阶梯楞上放置有压紧弹簧20后，将夹紧套17匹配插入到转动体22的内腔中，使压紧弹簧20的另一端卡在转动体22内壁的阶梯楞上，其中，夹紧套17前端锥形内腔中活动安装有一端为花瓣结构的夹紧头16，夹紧套17后端的内腔中安装套有推力球轴承18的圆柱筒状轴19；棒状结构的杠杆26中部通过销轴25与固定在焊室32外壁上的支耳27连接固定，杠杆26的上端通过压管21与轴19的末端固定连接，杠杆26的下端通过滑块28与气缸30中的气缸杆29固定连接；焊室32下端面开有与焊室中心连通的通气孔，且在该通气孔端面依次安装有不锈钢丝网7、进气压板6以及进气压板6中心安装的进气管5，焊室32侧壁上端开有连通中心的通气孔，且在该通气孔端安装有出气管15；旋转机构包括电机2和齿形带3，其中电机2与焊室32平行设置，固定在工作台1上，电机2的输出轴通过齿形带3与夹紧机构中伸出焊室32的转动体22末端连接；焊枪调整机构包括法兰盖34、过渡板43、焊枪座36、焊枪杆37以及钨极48，其中，法兰盖(34)与过渡板(43)均为中心开有圆形通孔的平板结构，通过螺栓固定在焊室(32)上，且在过渡板(43)与调节座(53)和焊室(32)上壁的接触面上开设环形凹槽，并在凹槽内安装密封圈，在法兰盖(34)与过渡板(43)之间安装外壁带有凸楞阶梯圆柱筒结构的调节座(53)，法兰盖(34)的四侧安装有调节螺钉(33)，通过旋转调节螺钉(33)移动调节座(53)，调节座(53)带动焊枪座(36)在焊室(32)上方左右和前后移动；阶梯圆柱筒结构的焊枪座36通过压紧螺母35压紧卡合在调节座53内壁的阶梯楞上，阶梯圆柱筒结构进气座41下端密封固定在焊枪座36的上端，进气座41的上端与定位螺母39固定连接，圆柱棒状结构的焊枪杆37穿过定位螺母39、进气座41、焊枪座(36)以及连接套(44)，焊枪杆37的上端通过穿过定位螺母39的定位销38固定，且在位于进气座41上端的焊枪杆37上固定有导向键40，其中，进气座41进气口上端通过密封圈42与焊枪杆37密封；圆柱筒结构的喷气外罩45通过连接套44固定在焊枪座36的下端，套有套环46的夹头47固定在焊枪杆37的下端，夹头47下端为中心开有通孔的锥形花瓣结构，夹头47中安装有钨极48，旋转夹头(47)与枪杆(37)之间的螺纹通过套环(46)压紧夹头(47)外锥面，从而实现夹头(47)对钨极(48)的夹紧；连接套(44)通过螺纹固定在焊枪座(36)上，喷气外罩(45)通过螺纹固定在连接套(44)上；焊枪调整机构中过渡板43密封固定在焊室32的上端，且使伸入焊室32上端空腔中焊枪座36下端的钨极48正好位于导向管焊件4的焊缝上方；光学投影成像系统包括投影屏49、直线导轨50、垫板51以及直线气缸52，其中，在平板结构的垫板51上安装有直线导轨50以及直线导轨50一端延长线上的直线气缸52，直线气缸52与直线导轨50上滑块固定连接，利用直线气缸52拉动固定在直线导轨50滑块上的投影屏49沿着直线导轨50滑动，垫板51与焊室部件平行设置固定在工作台1上，使投影屏49位于焊室32中窥镜31附近。

本发明所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置的具体工作流程为：首先利用焊室32中的进气管5为焊室部件中充入保护气体，使焊室32中的其他气体通过出气管15排出并保持正压，导向管焊件4伸入到焊室部件压管21以及轴19后，进入夹紧套17中的夹紧头16，气缸30推动杠杆26，使杠杆26沿着支耳27转动，通过压管21及轴19挤压夹紧套17，使夹紧套17内壁的锥形面挤压花瓣结构的夹紧头16，使夹紧头16夹紧导向管焊件4，并保证导向管焊件4的头部端塞顶在端塞从动机构压头14端面的圆形凹坑中；旋转机构中的交流伺服电机2通过行星减速机驱动齿形带3转动，从而带动焊室部件中转动体22转动，从而带动夹紧头16夹紧的导向管焊件4转动，调节焊枪调整机构中的定位螺母39，使焊枪调整机构中的钨极48相对于导向管焊件4的焊缝上下移动；通过调整调节螺钉33，使钨极相对于焊缝的位置左右、前后移动，使钨极48与导向管焊件4的端塞焊缝与钨极48保持对中，停止焊室32中的进气管5的通气，同时开启进气座41中的气体，利用钨极48对导向管焊件4的端塞缝隙进行焊接；同时利用光学投影成像系统中的直线气缸52推动直线导轨50上固定的投影屏49，使投影屏49对准焊室32中的窥镜31，通过投影屏49可以观察焊室32中的焊接情况；当完成对导向管焊件4的焊接后，进气座41中的气体停止，焊室32中的气体开启，气缸30驱动气缸杆29回缩，通过支耳27带动杠杆26推动压盖21向焊室32外部方向退回，夹紧套17在压紧弹簧20的反弹簧作用下，退使夹紧头16花瓣结构扩张，松开导向管焊件4，使导向管焊件4退出焊室32，完成一个完整的焊接过程；在更换钨极48时，可以通过旋出焊枪上端的两个定位销38来实现快速更换。

Claims (10)

1.一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：该装置包括工作台(1)、焊室部件、旋转机构以及光学投影成像系统，其中，焊室部件包括焊室(32)、焊枪调整机构、端塞从动机构以及夹紧机构；焊室(32)为侧壁及上端开有相互连通空腔的方向壳体结构，在焊室(32)上端的空腔中设有焊枪调整机构，可以实现对伸入焊室(32)中焊枪电极的上下、左右、前后调整；焊室(32)侧壁安装有可观察到焊室(32)内部焊接过程的窥镜(31)，利用固定在工作台(1)上的光学投影成像系统可以通过窥镜(31)观察焊室(32)内部；与安装窥镜(31)相邻的焊室(32)的两相对侧壁空腔中分别设有端塞从动机构和夹紧机构，导向管焊件(4)通过夹紧机构夹紧，且导向管焊件(4)头部端塞顶在从动机构上，使通过固定在工作台(1)上的旋转机构带动夹紧机构和从动机构与导向管焊件(4)一起转动，完成导向管焊件(4)端塞焊缝的焊接。

2.根据权利要求1所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：所述的焊枪调整机构包括法兰盘(34)、过渡板(43)、焊枪座(36)、焊枪杆(37)以及钨极(48)，其中，法兰盖(34)与过渡板(43)均为中心开有圆形通孔的平板结构，通过螺栓固定在焊室(32)上，且在过渡板(43)与调节座(53)和焊室(32)上壁的接触面上开设环形凹槽，并在凹槽内安装密封圈，在法兰盖(34)与过渡板(43)之间安装外壁带有凸楞阶梯圆柱筒结构的调节座(53)，法兰盖(34)的四侧安装有调节螺钉(33)，通过旋转调节螺钉(33)移动调节座(53)，调节座(53)带动焊枪座(36)在焊室(32)上方左右和前后移动；阶梯圆柱筒结构的焊枪座(36)通过压紧螺母(35)压紧卡合在调节座(53)内壁的阶梯楞上，阶梯圆柱筒结构进气座(41)下端密封固定在焊枪座(36)的上端，进气座(41)的上端与定位螺母(39)固定连接，圆柱棒状结构的焊枪杆(37)穿过定位螺母(39)、进气座(41)、焊枪座(36)以及连接套(44)，且焊枪杆(37)的上端与定位螺母(39)固定，焊枪杆(37)的下端与钨极(48)固定连接。

3.根据权利要求2述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：所述的焊枪杆(37)下端与套有套环(46)的夹头(47)固定连接，夹头(47)下端为中心开有通孔的锥形花瓣结构，夹头(47)中安装有钨极(48)，旋转夹头(47)与枪杆(37)之间的螺纹通过套环(46)压紧夹头(47)外锥面，从而实现夹头(47)对钨极(48)的夹紧；连接套(44)通过螺纹固定在焊枪座(36)上，喷气外罩(45)通过螺纹固定在连接套(44)上。

4.根据权利要求2述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：所述的焊枪杆(37)的上端通过穿过定位螺母(39)的定位销(38)固定，且在位于进气座(41)上端的焊枪杆(37)上固定有导向键(40)，其中，进气座(41)进气口上端通过密封圈(42)与焊枪杆(37)密封。

5.根据权利要求1所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：所述的端塞从动机构包括端塞从动轴承座(9)、端塞从动轴(10)以及端塞从动轴承(12)，其中，一端带有凸檐圆柱筒结构的端塞从动轴承座(9)通过密封圈密封固定在焊室(32)侧壁的空腔中，并利用螺钉(13)将端塞从动轴承座(9)一端的凸檐固定在焊室(32)侧壁上，端塞从动轴(10)通过端塞从动轴承(12)固定在端塞从动轴承座(9)中，且端塞从动轴(10)伸出焊室(32)的外端安装有碳刷(11)，端塞从动轴(10)伸入焊室(32)的内端套有隔套(8)，并与“T”型棒状结构的压头(14)固定连接，压头(14)端面正中心具有与导向管焊件(4)头部端塞外形相匹配的圆形凹坑。

6.根据权利要求1所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：所述的夹紧机构包括夹紧头(16)、夹紧套(17)、压紧弹簧(20)以及轴承座(24)，其中，一端带有凸檐的圆柱筒状结构的轴承座(24)固定在与端塞从动机构相对应的焊室(32)空腔中，阶梯圆柱筒状的转动体(22)通过滚轮轴承(23)固定在轴承座(24)的内壁上，在阶梯圆柱筒结构夹紧套(17)外侧的阶梯楞上放置有压紧弹簧(20)后，将夹紧套(17)匹配插入到转动体(22)的内腔中，使压紧弹簧(20)的另一端卡在转动体(22)内壁的阶梯楞上，其中，夹紧套(17)前端锥形内腔中活动安装有一端为花瓣结构的夹紧头(16)，夹紧套(17)后端的内腔中安装套有推力球轴承(18)的圆柱筒状轴(19)；

7.根据权利要求6所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：所述的轴(19)的末端与压管(21)固定连接，压管(21)与棒状结构的杠杆(26)上端活动连接，杠杆(26)中部通过销轴(25)与固定在焊室(32)外壁上的支耳(27)连接固定，杠杆(26)的下端通过滑块(28)与气缸(30)中的气缸杆(29)固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：所述的旋转机构包括电机(2)和齿形带(3)，其中，电机(2)与焊室(32)平行设置，固定在工作台(1)上，电机(2)的输出轴通过齿形带(3)与夹紧机构中伸出焊室(32)的转动体(22)末端连接。

9.根据权利要求1所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：所述的焊室(32)下端面开有与焊室中心连通的通气孔，且在该通气孔端面依次安装有不锈钢丝网(7)、进气压板(6)以及进气压板(6)中心安装的进气管(5)；焊室(32)侧壁上端开有连通中心的通气孔，且在该通气孔端安装有出气管(15)。

10.根据权利要求1所述的一种压水堆核电燃料组件导向管下端塞焊接装置，其特征在于：所述的光学投影成像系统包括投影屏(49)、直线导轨(50)、垫板(51)以及直线气缸(52)，其中，在平板结构的垫板(51)上安装有直线导轨(50)以及直线导轨(50)一端延长线上的直线气缸(52)，直线气缸(52)与直线导轨(50)上滑块固定连接，利用直线气缸(52)拉动固定在直线导轨(50)滑块上的投影屏(49)沿着直线导轨(50)滑动，垫板(51)与焊室部件平行设置固定在工作台(1)上，使投影屏(49)位于焊室(32)中窥镜(31)附近。

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