CN103189924B - 用于轴向保持细长形元件及将其设为绕自身轴线转动的设备 - Google Patents

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Abstract

用于将顶塞焊接到核燃料棒上的安装装置，包括：用于轴向保持该棒及将该棒设成转动的设备(D)；和焊接室(C)，其中，该设备(D)包括夹持器和用于将夹持器闭合在棒上的装置，该装置包括用于对夹持器施加轴向力的推进器(32)、具有与该设备的纵向轴线(X)平行的轴线(X2)的线性驱动器(44)、平移地紧固到该推进器的轭(46)，该轭能够绕与纵向轴线(X)垂直但不相交的固定轴线(Y)自由转动，该轭(46)被连接到线性驱动器(44)并且能够绕平行于垂直轴线(Y)的固定轴线(Y1)相对于线性驱动器(44)枢转，使得线性驱动器(44)致使轭(46)绕第一垂直轴线(Y)转动，并且致使推动器滑动，闭合棒上的夹持器。

Description

用于轴向保持细长形元件及将其设为绕自身轴线转动的设备
技术领域
本发明涉及一种用于轴向保持细长形元件及将其设为绕自身轴线转动的设备。该长形可以包括例如充填有核燃料的包层和顶塞(top plug)，该设备与将顶塞焊接到包层上以形成核燃料棒(crayon)的焊接室相关联。
背景技术
顶塞焊接到包层上是借助于在顶塞和包层之间的配合面中与包层的轴线成直角地放置的电极完成的。因此，在放置与顶塞相配合的包层时需要极大的精度以确保完成焊接。此外，由于焊接电极是不能动的，通过将包层和顶塞的组装件绕包层的轴线转动来在顶塞的整个周部实现焊接。
因此，用于在核燃料包层和塞之间产生焊接的设备包括如下设备，该设备在包层和顶塞组装件的给定轴向位置保持包层和顶塞组装件，并且在保持给定轴向位置的同时使组装件绕包层的轴线转动。
文献FR2683935描述了用于燃料棒端塞的焊接设备。该设备包括：安装在中空轴的端部的夹持器，夹持器在该端部沿径向划分；和用于关闭绕中空轴安装且能在中空轴的轴向移动的夹持器的关闭元件。配设有塞的棒被引入到中空轴和夹持器中，使用活塞来轴向移动关闭元件，其效果可以上紧在棒上的夹持器并且轴向保持该夹持器。提供转动中空轴的装置。该设备还包括轴向定位夹持器的架(rack)、借助液体而移动的用来移动架的活塞、以及对着焊接室中的止动件施压于棒的配合有塞的端部的施压机构。
该设备非常复杂，包括非常多的相对运动的部件，在焊接前安装棒包括很多步骤。
文献FR2245055描述了将塞焊接到燃料棒上的设备，该设备包括安装在套管保持件中来上紧棒的上紧套管。该套管借助于若干液压或气动千斤顶而被上紧到包层，该千斤顶移动套管保持件，迫使套管在棒上关闭。这些千斤顶被放置在入口附近，其中，包层通过该入口被引入到该设备中。
该设备需要若干千斤顶，这使得该设备笨重。此外，密封问题与所使用的千斤顶的数量成比例地形成。
本发明的一个目的是最终提供保持细长形元件及将其设为绕自身轴线转动的设备，该设备制造简单可靠。
发明内容
本发明的目的可以借助于保持细长形元件及将其设为绕自身轴线转动的设备而达到，该设备包括接收细长形元件的沿纵向轴线的凹部、以及上紧所述细长形元件的装置，所述上紧装置包括通过施加轴向作用而在细长形元件上闭合的夹持器，所述作用是由线性驱动器提供的并且经由推进器构件传递给夹持器。所述推进器构件自身借助于所连接的轭由线性驱动器移动，该轭能够绕与该凹部的轴线垂直的轴线转动，并且相对于纵向轴线在铰链轴线的相反侧连接到线性驱动器。当起动线性驱动器时，轭因此绕铰链轴线枢转，导致推进器沿着纵向轴线移动，这导致夹持器在细长形元件上变紧。夹持器被安装成能绕纵向轴线自由转动，以能够在保持夹紧细长形元件的同时将细长形元件设成转动。
因此，由于该设备仅包括单个线性驱动器，因此简化了夹紧装置。减少了密封问题。此外，因为仅与单个线性驱动器相关，简化了控制。
于是本发明的一个主题是用于轴向保持具有纵向轴线的细长形元件及将该细长形元件设成绕自身轴线转动的设备，具有纵向轴线的所述设备包括：
-夹持器，由如下装置形成：通过使所述装置靠近所述纵向轴线，能够在朝向所述纵向轴线对齐的所述细长形元件的周部施加径向上紧力；
-用于上紧所述夹持器的装置，由如下装置形成：该装置使得所述夹持器彼此更靠近，所述上紧装置包括：推进器，用于将轴向力施加到所述夹持器；反推力轴承，用于迫使所述夹持器在所述轴向力的作用下能够靠近所述纵向轴线；线性驱动器，其具有与所述设备的纵向轴线平行的轴线；轭，其平移地紧固到所述推进器，并且能够绕与所述纵向轴线垂直但不相交的第一轴线转动，所述第一垂直轴线被固定，所述轭被绕与所述第一垂直轴线平行的第二垂直轴线铰接到所述线性驱动器，该第二垂直轴线相对于所述纵向轴线位于所述第一轴线的相反侧，使得所述线性驱动器致使所述轭绕所述第一垂直轴线转动；以及根据所述轭的位置控制所述线性驱动器的装置，所述推进器能够在所述轭中自由转动，
-装置，用于导致所述夹持器和所述推进器的转动。
用于轴向保持及设成转动的设备可以包括：
-具有纵向轴线的中空轴，所述推进器在所述中空轴中被安装成能自由滑动，所述推进器被转动地紧固到所述轴；
-轴承，所述轴被安装在该轴承中；
-装置，用于导致能够在所述细长形元件的周部上施加径向上紧力的所述装置和所述推进器的转动，直接转动所述轴。
例如，导致转动的所述装置包括：电动机；第一齿轮，其与所述电动机接合；链条，其围绕所述第一齿轮；以及第二齿轮，其转动地紧固到所述轴并且与所述轴同轴。
控制所述驱动器的所述装置包括用于检测在所述上紧位置的所述轭的位置的至少一个传感器。例如，所述控制装置包括刚性连接到所述轭的金属部件，所述传感器是感应式传感器，其中，所述传感器检测到所述金属部件存在则对应于上紧位置。
用于轴向保持及设成转动的设备可以有利地包括用于检测未上紧位置的第二传感器。
根据另外的特征，所述线性驱动器可以是气动千斤顶，所述设备还包括连接所述千斤顶与所述轭的轴向力传动轴、在所述轴向力传动轴与所述轭之间的铰链，所述铰链包括绕所述第二垂直轴线铰接到所述轭的万向接头，所述万向接头被所述轴向力传动轴横穿，所述轴连接到所述万向接头。
用于轴向保持及设成转动的设备可以有利地包括弹性装置，该弹性装置被压缩安装在所述万向接头与所述轴的自由端之间。
用于轴向保持及设成转动的设备可以包括用于调节所述弹性装置的负载的装置。
用于轴向保持及设成转动的设备可以还包括用于限制所述轭的角度位移的机械止动装置。所述机械止动装置有利地包括安装在所述轴向力传动轴的自由端的至少一个止动件以及不可动的反推力轴承，所述轴向力传动轴横穿所述不可动的反推力轴承，所述止动件相对于位于所述轭与所述轴向力传动轴之间的所述铰链位于所述反推力轴承的另一侧。
另外，用于轴向保持及设成转动的设备可以包括第二止动件，该第二止动件在所述轴向力传动轴上在所述铰链与所述反推力轴承之间。其中一个和/或另一个止动件的沿着轴线的位置可以被调节。
根据另一特征，所述轭包括在第一垂直轴线和第二垂直轴线之间制成的孔、被安装成能在所述孔中绕与所述第一垂直轴线和第二垂直轴线平行的轴线枢转的毂、以及安装在所述毂中的滚动轴承，所述推进器被安装在所述滚动轴承中。
本发明的另一主题是用于将所述顶塞焊接到所述核燃料棒上的焊接安装装置，包括根据本发明的用于轴向保持及设成转动的设备，以及焊接室，其中，所述棒形成细长形元件，所述设备包括具有纵向轴线的通道，其中，所述棒将通过上紧而被轴向保持并且绕自身轴线枢转，所述焊接室被置于所述通道的与所述棒被引入的端部相反的一端，所述棒的配合有塞的端部在所述焊接室的焊接区域中从所述通道露出，并且所述焊接室包括焊接所述棒上的所述顶塞的装置。
所述焊接室有利地包括用于与所述设备的所述纵向轴线对齐的所述棒的所述顶塞的止动件。
所述焊接室可以包括：用于产生真空、注入惰性气体以及分析所述室的气氛的装置；与该装置连接的流体通路，其用以产生真空和在焊接区域中注入。
所述止动件优选地被穿透有纵向通路，其中，所述流体通路通过所述止动件的所述纵向通路被连接到所述焊接区域。所述流体通路例如由转动地紧固到所述止动件的管形成，其中，所述管被安装在轴承中，所述止动件由所述棒转动。
所述焊接安装装置还可以包括用于观察所述焊接装置相对于在所述顶塞与所述棒的所述包层之间的配合面的位置的装置。
所述焊接安装装置还可以包括检查装置，该检查装置根据所述棒的转动速度和/或所述气氛的品质和/或上紧的程度和/或所述焊接装置相对于所述配合面的位置来决定是否焊接。
本发明的又一主题是一种实施根据本发明的安装装置的焊接方法，包括如下步骤：
-将配合有所述顶塞的所述棒插入到所述设备的所述通路中，直到所述顶塞抵靠所述焊接室的所述止动件；
-操作所述棒上紧装置；
-将所述棒设成转动；
-在所述焊接区域产生真空；
-注入惰性气体；
-焊接。
在焊接之前，优选检查所述棒的转动速度和/或气氛的品质和/或上紧程度和/或所述焊接装置相对于所述配合面的位置。
附图说明
从以下说明和附图将更好地理解本发明，其中：
图1是从根据本发明的用于将顶塞焊接到核燃料包层的安装装置(installation)的示例性实施例的顶端所见的透视图；
图2是图1的焊接安装装置的俯视图；
图3是沿着图2的A-A面的剖视图；
图4是图3的细节图，示出用于轴向保持及设为转动的设备；
图5是用于轴向保持及设为转动的设备的位于所述设备的入口处的部分的四分之三透视图；
图6是图5所示的部分的纵向剖视图；
图7是图6沿着A-A面的部分剖视图；
图8是与图3相同的图，其中，棒被置于安装装置中；
图9是在焊接室中就位的顶塞的侧视图，其中，焊接电极面对顶塞和包层之间的配合面；
图10是配设有顶塞并且将被图1的焊接安装装置焊接的核燃料棒的示意图；
图11是保持设备的夹紧装置的变型例的分解透视图。
具体实施方式
下面将结合在核燃料棒的制造领域中用于在核燃料包层上焊接顶塞的安装装置说明用于轴向保持及设成转动的设备。然而，用于轴向保持及设成转动的设备可以实施于所有领域，只要该领域中必须通过夹紧(clamping)来保持细长形元件并且同时将该元件设成绕自身轴线转动。
即将说明的例子中的细长形元件是核燃料棒，它包括由一端密封而另一端开口的管形成的包层(cladding)，在该包层中放置核燃料，例如以堆叠的芯块(pellet)的形式；该棒包括用于密封包层的开口端的塞，称之为顶塞。顶塞和包层之间的密封通过在包层和顶塞之间的环形接合处的区域焊接来实现。焊接是在根据本发明的安装装置中执行的操作。顶塞包括在对棒的内部增压之后在稍后阶段被密封的通道(through passage)；该操作被称为密封焊接。
在以下说明中，术语“上游”和“下游”必须被考虑为与棒被引入到安装装置中的方向有关；在附图中这是左右方向。
在图1、图2和图3中，可以看到根据本发明的焊接安装的例子。这包括焊接室C和用于轴向保持棒及用于将该棒设成绕自身轴线转动的设备D。为了简洁起见，下文将用“保持设备”来指用于轴向保持棒及用于将该棒设成绕自身轴线转动的设备D。
保持设备D和焊接室C被置于平台(table)2上。该平台2配设有装配于支座2.2的板(plate)2.1。
保持设备D和焊接室C沿着纵轴线X对齐，形成具有焊接燃料棒的视野的、用于燃料棒的通道，其中，棒的配合有顶塞的端部穿过保持设备D，出现在焊接室C。
在图10中，可以看到将通过根据本发明的安装装置而被焊接的棒6。具有纵轴线X1的棒6包括在纵向一端开口的包层8，和顶塞10。包层8在顶塞就位之前充填有燃料。包层8与顶塞10之间的连接11被称作配合面，形状是环形且以轴线X1为中心。包层8的另一端被底塞12所密封，该底塞12在填充核燃料之前就已经被焊接到包层。
在图4中，可以看见保持设备D的纵向截面图；其包括附设到平台2的板2.1上的框13。在示例中，框13包括两个平行的支架(bracket)13.1、13.2，该两个平行的支架13.1、13.2与平台2的平面以及纵轴线X垂直，且通过连接到板2.1的横构件(cross-member)13.3相互连接。例如，横构件13.3通过螺钉13.4(在图2中可见)连接到该板。
支架13.1、13.2均具有沿纵轴线X的圆形通道(through passage)13.11、13.21。这些通道13.11、13.21与滚动轴承一起形成将在合适的时候说明的用于轴的轴阶(stages)。
该保持设备包括接收棒6的沿纵轴线X的通道14。通道14包括敞开以允许棒6被引入到壳体14中的第一纵向端16，和在焊接室C中露出的第二纵向端18。在布置有棒6的图8中尤其可以看到通道14。
保持设备D包括用于夹紧棒6的装置，更具体为包层8。当被安装在保持设备D中时，棒6被容置于夹紧装置中。此外，保持设备D允许棒6绕着纵轴线X转动。为此，夹紧装置被安装成能绕着纵轴线X枢转，导致棒与夹紧装置一起绕着纵轴线X转动。
为此，保持设备D包括被安装成能在支架13.1、13.2的通道13.11、13.21中枢转的轴(shaft)15。该轴包括沿纵轴线X的通道15.1以接收夹紧装置的纵向部分。
轴15被安装到滚动轴承17.1、17.2中，该滚动轴承17.1、17.2被分别安装到支架13.1、13.2的通道13.11、13.21中。
在示例中，滚动轴承17.1、17.2是被沿轴线X安装的滚柱轴承。
在示例中，滚动轴承17.1被保持在位于固定用凸缘(clamping flange)19.1和23.1之间的支架13.1中，通过螺钉附设到支架。滚动轴承17.2被固定安装到位于开口13.21中的台肩13.22与固定用凸缘19.2之间的支架13.2中。例如，固定用凸缘19.2由支架中的螺钉所保持。
其他安装是可以想到的。
轴15能在密封状态下枢转。为此，例如唇式的密封装置21.1、21.2绕轴安装在滚动轴承17.1、17.2的在棒被引入通道14的方向上的上游和下游。上游密封装置21.1被容置于凸缘23.1、23.2，该凸缘23.1、23.2被连接到支架13.1、13.2且与该滚动轴承的固定用凸缘19.1、19.2位于相反侧。下游密封装置21.2被容置在固定用凸缘19.1、19.2中。该密封装置防止轴承中容纳的油或者润滑剂类油脂物质在棒的方向上泄漏。
优选地，该轴由相互连接的同轴部件形成。
夹紧装置被转动地紧固(rotationally secured)到轴15上。
棒夹紧装置从保持设备D的入口端16延伸到出口端18。夹紧装置包括出现在图4中可见的焊接室中的套管(bushing)22。套管22沿着其长度的一部分被分割以形成连接到环件25的叶状体(lobe)24，其中，叶状体24用于径向靠近纵轴线X以抓紧包层8。套管22的外表面包括在焊接室C的相反侧对齐(align)的较小直径的第一部分22.1，和在焊接室C所在侧对齐的较大直径的第二部分22.2，其中，两个部分通过锥形台肩22.3连接。套管的上游端也与锥形台肩22.4相配合。
夹紧装置还包括由内径比套管22的外径大的管(tube)形成的夹持器上紧装置(gripper tightening device)26，且套管22被容置在该管中。除了向焊接室C对齐的一纵向端28之外，夹持器上紧装置26的管的内径大致均匀。该纵向端28配有内倒角30，该内倒角30形成有锥形轴承区域，使得当对着内倒角30施压于套管22时，套管22的叶状体24朝向纵轴收紧。
在图4中，夹紧装置允许被称为“近夹紧(near clamp)”焊接(welds)的焊接；例如，上紧的套管位于离将被焊接的配合面3mm远的位置。
利用图11中所示的变型例，可以产生被称为“远夹紧(far clamp)”焊接的焊接。例如，套管位于离将被焊接的配合面大约60mm远的位置。在图11的套管组件22的分解透视图中，可以看到夹持器上紧装置26和推进器(pusher)32。
夹紧装置20还包括用于对着夹持器上紧装置26的内倒角30施压套管22的装置。该装置由在套管和入口端之间延伸的推进器32形成。
在示例中，推进器32包括管状轴34，该管状轴34具有足以允许棒6通过的内径，和安装在轴34的一个纵向端38的尾端件36，该尾端件36支承在套管22上。
尾端件36是空的，以允许棒6通过。例如，尾端件36的一个纵向端螺纹连接到轴34的纵向端38，并且尾端件36在另一个纵向端包括围绕套管22的较小直径部分22.1的外周且抵靠锥形台肩22.3、22.4的两个内部基座(seating)40。
因此，当推进器32在朝向焊接室C的方向上轴向移动时，推进器尾端件36推压套管的在尾端件36内部的锥形台肩22.3、22.4，该锥形台肩22.3、22.4则压靠夹持器上紧装置26的内倒角30，这使得叶状体在纵轴线X的方向上移动到一起，夹紧包层8。
保持设备D还包括使得推进器32在纵轴线上移动的动力装置。纵向动力装置42包括具有与轴线X平行的轴线X2的线性驱动器44，如图2所示，该线性驱动器44能施加与纵向轴线平行的力，其中，轭(yoke)46围绕推进器32的上游端32.1。轭46通过相对于框13绕轴线Y枢转的第一侧端46.1被安装，该轴线Y包含在与纵轴线X垂直的平面中且不与轴线X相交。轭46还通过第二侧端46.2以绕与轴线Y平行的轴线Y1枢转的方式连接到线性驱动器44，使得线性驱动器的运动导致轭绕轴线Y枢转。
轭46被平移地紧固(translationally secured)到推进器32的上游端。在图5到图7中，可以看到实现该刚性连接的装置48的例子。
装置48包括围绕推进器32的上游端的滚动轴承50、在其中不可动地安装滚动轴承50的毂(hub)52，其中，环件53围绕毂52；毂52被连接成能在环件53中绕着与轴线Y平行的轴线Y2枢转。例如，借助于穿过环件53的螺钉54完成铰接。
借助于两个螺钉56将环件53本身不可动地安装在轭46的孔46.3中。在示例中，两个螺钉56均在与轴线Y2垂直的轴线上在直径方向彼此相对。本实施例从维护角度看是特别有利的，因为毂组件52、环件53和螺钉54都是市场上可以买到的零件，因此能容易地更换。
然而，毂52被直接安装到轭46中的实施例并不超出本发明的范围。
在示例中，滚动轴承50是双列球轴承。防松类型的螺母57被安装在轴承50上游的推进器上，以使轴承50不能在推进器32上轴向移动。
当线性驱动器44使轭46绕着轴线Y枢转时，推进器32由此沿轴线X移动，但是推进器32也能绕轴线X转动。
手轮螺母(handwheel nut)58被安装到推进器32的上游端32.1的从滚动轴承50伸出的部分。手轮螺母58被拧紧到该部分并且覆盖装置48。
头部刷(head brushes)60被安装到手轮螺母58的下方，且与手轮螺母58的外周接触。有两个这样的头部刷60，排列成V形，且连接到框。手轮螺母58和头部刷60将电源导入到棒以完成焊接。
现在我们详细说明轭46的组装。
轭46被连接且能在固定在支架13.1的上游面上的安装盘62上绕着轴线Y枢转；安装盘62被穿有开口64从而能绕轴15被安装。
轴66转动地紧固(rotationally secure)安装盘62和轭的侧端46.1。
线性驱动器44沿着焊接室C安装到平台2上。例如，线性驱动器是电动千斤顶。优选的是气动千斤顶，能更好地控制夹紧力，以及消除可能对棒或者对设备D造成损害的过度夹紧的风险。
千斤顶44经由传动轴68和铰链70连接到轭。
铰链70包括万向接头72和供轴68通过的孔74，该万向接头72绕轴线Y1铰接到轭46。
有利地，轴68不是通过万向接头直接连接到轭，而是通过在万向接头72与安装在轴68上的止动件(stop)78之间压缩安装的螺旋弹簧76连接到轭。优选地，止动件78能沿着轴68移动以调节螺旋弹簧76的负载。例如，止动件78由滚花和螺母形成。弹簧的使用使得可以保持恒定的夹紧力。的确，弹簧的负载被校准，使得弹簧被压缩超过一定的位移，轭就停止枢转。提供防止轴68在万向接头72中转动的装置；在所说明的实施例中，这是一个键(key)。此外，非常有利的是，提供机械停止装置80以限制轴68的轴向位移和由此导致的轭48的枢转以及推进器32的轴向位移。
在示例中，机械停止装置80包括具有槽口84的板(plate)82，该板82连接到轭48上游的板，其中，轴68的上游端被槽口84接收，止动件86被安装到板82上游的轴，使得轴在朝向焊接室C方向的轴向位移被限制。有利地，止动件86的位置也能沿着轴68调节，更有利地，该止动件由螺母和拇指转盘(thumble wheel)形成。
有利地，提供用于检测设备D的状态的装置，该状态即夹紧装置处于上紧或非上紧状态。在示例中，这些检测装置88包括紧固到轭46的由金属制成的被称为“旗帜(flag)”的元件90，和相对于旗帜90位于侧部的两个感应式传感器92、94。其中一个传感器92的位置对应于当夹紧装置处于上紧状态时旗帜必须具有的位置，另外一个传感器94的位置对应于当夹紧装置处于打开状态时旗帜必须具有的位置。
旗帜90位于距传感器92和94一定距离的位置，使得该旗帜90a是设备的被检测到的唯一一个金属部件。
优选地，旗帜90被安装到轴68；这是因为轴68的运动相对于轭46来说完全是轴向的。第一传感器92相对于第二传感器94处于下游位置。
可以清楚地知道，传感器的类型是不受限制的；它们可以是光学的或者其他类型的传感器。旗帜可以被安装到代表轭的位置的其他部件，例如，轭本身。
作为变型例，压力传感器可以被安装在机械停止装置80。
取决于所测量的压力，可以考虑也可以不考虑棒被夹紧。
在另外一个变型例中，可能只有一个传感器来检测夹紧装置的上紧状态，而例如由在板82上的机械止动件中的接触传感器来检测未上紧状态。传感器92、94与千斤顶44的控制相连接，检测到旗帜会使千斤顶44停止。
非常有利地，包括沿着轴调节传感器92、94的轴向位置的装置，以提供对传感器的非常高的定位精度，从而可以高精度地控制驱动器。这些装置可以允许传感器的轴向位置的微调。例如，刻度尺(未示出)沿着传感器的支架被安装到平台，可以改变支架沿着该刻度尺的位置。
该设备还包括使棒绕轴线X转动的装置96。
装置96沿着轴和千斤顶侧向布置；该装置96具有与纵轴线X平行的轴线X3。在示例中，装置96包括电动机98、与电动机98的轴接合的齿轮100、轴15上的齿轮102、以及连接齿轮100和102的链条(未示出)。在示例中，齿轮102形成轴15的周部的位于支架13.1、13.2之间的部分。
推进器32被转动地紧固(rotationally secured)到轴15。在示例中，借助于在图6中所见的销104完成刚性连接，该销104由推进器32承载并且穿过在轴15的通道壁上制成的槽(不可见)。可以提供转动地紧固轴15和推进器12以使之不转动的其他装置。选择键和槽的尺寸以使得推进器具有足够的轴向位移导致套管22关闭。
可以提供滑轮和皮带以将电动机的转动传递到棒。
优选地，由保护性盖(未示出)覆盖齿轮和链条二者。
现在，我们将说明焊接室C，其在图1、图3和图8中尤其可见。
焊接室C位于保持设备D的下游。
焊接室C由限定比外界环境的压力略高的有限空间107的机壳(casing)105形成，在该室中，在受控气氛中完成焊接。
焊接室C包括由穿过机壳105地安装并且与纵轴线成直角的电极108形成的焊接装置106。在图9中，可以看到电极的尖端(tip)110，该尖端110轴向面对顶塞10和包层8之间的配合面11，并且横向地尽可能靠近包层8。机壳105包括在电极区域中焊接室(图1)的两侧壁中形成的密封的侧窗111，以使得可以看见配合面11相对于电极108的位置。在图2中，可以看见照亮配合面的光源113，在对面的窗111的前方还提供照相机(camera)(未示出)。
焊接室C还包括将棒的配合面11布置成面对电极108的装置。在示例中，这些装置通过用于顶塞10的止动件112形成，可以根据顶塞的尺寸特别是长度来调节止动件的轴向位置。此外，取决于顶塞10的尺寸可以更换止动件112。
当棒6开始抵靠止动件112时，调整止动件112使得配合面11直接被布置成面对电极108。通过使电极108穿入焊接室C中的较大或较小的程度来调节电极108的横向位置。
焊接室C包括控制焊接室和棒中的气氛的装置。这些装置包括在焊接室和棒中产生真空以消除氧气的抽吸装置、注入例如氦气的惰性气体的装置、以及分析气氛和检查是否存在氧气的装置。
在示例中，止动件112是空的，抽吸和惰化通过止动件112和连接到抽吸和隋化装置的通路(channel)114而完成。通路114由从止动件向焊接室C的下游区域延伸的沿纵向轴线的管116形成。
在示例中，止动件112包括气体能从中流动的空棒112.1和空头112.2。空头112.2形成用于顶塞10的自由端的凹部。空棒112.1，就其本身而言，具有能使其被拧进通路的螺纹112.3。然后很容易通过旋拧棒112.1或深或浅地进入管116而轴向调节止动件112的位置。
优选地，止动件112由棒6绕着轴线X转动，防止塞被塞和止动件之间的相对运动作标记。管116，就其本身而言，也被转动；例如，其被一对滚动轴承118所支撑。作为一个变型例，可以独立驱动管116和止动件112；然后可以提供使驱动装置96及管116和止动件112各自的驱动装置同步的装置。
在图8所示的实例中，机壳105由承载焊接装置106的第一部分105.1和液体管116在其中延伸的第二部分105.2形成，其中，第二部分105.2例如以密封形式被螺纹联接到第一部分上。
非常有利地，为了设备D和焊接室C的维修，焊接室C可以相对于保持设备D轴向移动，使得可访问设备D的下游端，其中，棒6的顶塞10通过该设备D的下游端出去。
在示例中，机壳105包括具有两个与纵轴线X平行的通槽(through groove)122的基板120，该通槽被拧进平台2的板2.1中的螺钉124横穿(traverse)。当螺钉124未拧紧时，基板120可以沿着纵轴线X滑动；当螺钉124被拧紧时，基板120不能轴向移动。有利地，提供把手126以移动焊接室C。
我们现在说明根据本发明的安装装置的操作。
注意，在用于焊接核燃料棒的应用中，该安装装置被置于手套箱中，这是因为在操作开始的时候，包含核燃料的棒是没有密封的。
在起始位置，夹紧装置是未上紧的，推进器32因此在其后部位置上，旗帜90面对第二传感器94。
配设有顶塞10的棒6在顶塞10在前的状态下通过入口16被引入到通道14中。沿着纵轴线X移动棒6，直到顶塞10从焊接室C中的夹紧装置中露出并且停靠于止动件112。
优选地，棒6的插入和移除自动地完成。然后激活夹紧装置。
为了完成这个操作，打开千斤顶44，造成千斤顶44的传动轴68向下游移动；然后轭46绕着轴线Y沿逆时针方向枢转，使得推进器32在轴15中滑动，并且在对着内倒角30推套管22的夹持器上紧装置26中滑动，这将使叶状体24对着棒6的包层8朝向纵轴线X收紧。该收紧是在套管的两端和在台肩22.3中三点收紧。当旗帜90处于第一传感器92前面时停止千斤顶44。
优选地，检查棒发生的收缩。为了完成这个，在焊接前后测量棒的长度。如果长度差超出给定间隔，那么说明夹紧有问题。
然后在设备D和焊接室C中将棒6轴向固定。
优选地，通过照相机检查配合面11和电极108的相对位置。如果该相对位置不合适，则移动棒6。
当配合面11相对于电极108被正确定位时，起动电动机98以绕着纵轴线X转动轴15，还驱动棒6被固定在其中的夹紧装置；然后棒绕着纵轴线X转动。在焊接室C和在通过止动件112的棒中同时产生真空。必须重提的是，顶塞包括通孔；因此，即使有顶塞10存在，棒的内部也可以进入流体。这使得留在焊接室C和配合面11中的对焊接可能不利的氧气被排出。
然后使惰性气体流入焊接室C和棒6中。分析棒以确保氧气浓度低于给定阈值。
当氧气浓度足够低的时候，当棒的速度合适时，激活焊接装置。然后在顶塞10和包层8之间的配合面11上进行焊接。
当沿着棒6的整个外周的焊接完成时，停止焊接装置并且停止棒6的转动。
操作千斤顶44，使得传动轴68朝上游方向移动，导致轭46在顺时针方向转动。当旗帜90在第二传感器94的对面时，停止千斤顶44。然后往回移动推进器32，释放从棒6移开的套管22的叶状体，然后释放棒6。
然后，从安装装置卸载棒。然后将棒带到密封焊接站。
根据本发明的安装装置，特别是保持设备D，制造简单可靠，易于操作。此外，通过避免棒被标记而对于棒提供了很大的操作安全性，由于防止了安装装置意外损坏的风险，对于安装装置也提供了很大的操作安全性。
本安装装置也可以容易地适用于不同尺寸的棒，更具体地，适用于不同尺寸的棒顶塞。
由于千斤顶被置于焊接室的侧面而不是在保持设备的端部，因此，保持设备以及安装装置还具有小的轴向阻碍物(encumbrance)。最后，因为使用单个千斤顶，限制了横向阻碍物。

Claims (23)

1.一种用于轴向保持具有纵向轴线(X1)的细长形元件(6)及将该细长形元件设成绕自身轴线转动的设备，具有纵向轴线(X)的所述设备包括：
装置(22)，通过使所述装置(22)靠近所述设备的纵向轴线(X)，能够在向所述设备的纵向轴线(X)对齐的所述细长形元件(6)的周部施加径向上紧力；
使得能够施加所述径向上紧力的所述装置(22)靠近所述设备的纵向轴线(X)的装置，包括：推进器(32)，用于将轴向力施加到能够施加径向上紧力的所述装置(22)；反推力轴承(26)，用于迫使能够施加径向上紧力的所述装置(22)在所述轴向力的作用下靠近所述设备的纵向轴线(X)；线性驱动器(44)，其具有与所述设备的纵向轴线(X)平行的轴线(X2)；轭(46)，其平移地紧固到所述推进器(32)上，并且能够绕与所述设备的纵向轴线(X)垂直但不相交的第一轴线(Y)转动，所述第一轴线(Y)被固定，所述轭(46)被绕与所述第一轴线(Y)平行的第二轴线(Y1)铰接到所述线性驱动器(44)，该第二轴线(Y1)相对于所述设备的纵向轴线(X)位于所述第一轴线(Y)的相反侧，使得所述线性驱动器(44)致使所述轭(46)绕所述第一轴线(Y)转动；以及根据所述轭(46)的位置控制所述线性驱动器的装置，所述推进器(32)能够在所述轭(46)中自由转动，
导致转动的装置(96)，用于导致能够在所述细长形元件(6)的周部上施加径向上紧力的装置(22)和所述推进器(32)的转动。
2.根据权利要求1所述的设备，包括：
具有纵向轴线(X)的中空轴(15)，所述推进器(32)在所述中空轴(15)中被安装成能自由滑动，所述推进器被转动地紧固到所述中空轴(15)上；和
轴承，所述中空轴(15)被安装在该轴承中；
其中，所述导致转动的装置(96)直接导致所述中空轴(15)的转动。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述导致转动的装置(96)包括：电动机(98)；第一齿轮(100)，其与所述电动机(98)接合；链条，其围绕所述第一齿轮(100)；以及第二齿轮(102)，其转动地紧固到所述中空轴(15)上并且与所述中空轴(15)同轴。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述控制所述线性驱动器的装置包括用于检测在上紧位置的所述轭(46)的位置的至少一个第一传感器(92)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，控制所述线性驱动器的装置包括刚性连接到所述轭(46)的金属部件(90)，所述第一传感器(92)是感应式传感器(92)，所述第一传感器检测到所述金属部件(90)存在则所述轭(46)对应于上紧位置。
6.根据权利要求4所述的设备，所述设备包括用于检测所述轭(46)的未上紧位置的第二传感器(94)。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述线性驱动器(44)是气动千斤顶，所述设备还包括连接所述气动千斤顶与所述轭(46)的轴向力传动轴(68)、在所述轴向力传动轴(68)与所述轭(46)之间的铰链(70)，所述铰链(70)包括绕所述第二轴线(Y1)铰接到所述轭(46)的万向接头(72)，所述万向接头(72)被所述轴向力传动轴(68)横穿，所述轴向力传动轴(68)连接到所述万向接头(72)。
8.根据权利要求7所述的设备，包括弹性装置(76)，该弹性装置(76)被压缩安装在所述万向接头(72)与所述轴向力传动轴(68)的自由端之间。
9.根据权利要求8所述的设备，包括用于调节所述弹性装置(76)的负载的装置。
10.根据权利要求7所述的设备，包括用于限制所述轭(46)的角度位移的机械止动装置(80)。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述机械止动装置(80)包括安装在轴向力传动轴(68)的自由端的至少一个止动件(86)以及不可动的反推力轴承(82)，所述轴向力传动轴(68)横穿所述不可动的反推力轴承(82)，所述止动件(86)相对于位于所述轭(46)与所述轴向力传动轴(68)之间的铰链(70)位于所述不可动的反推力轴承(82)的另一侧。
12.根据权利要求11所述的设备，包括在所述轴向力传动轴(68)上处于所述铰链(70)与所述不可动的反推力轴承(82)之间的止动件(78)。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，在所述轴向力传动轴(68)上处于所述铰链(70)与所述反推力轴承(82)之间的止动件(78)和/或所述机械止动装置(80)的安装在轴向力传动轴(68)的自由端的至少一个止动件(86)的在所述线性驱动器(44)的与所述设备的纵向轴线(X)平行的轴线(X2)的方向上的位置可以被调节。
14.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述轭包括在第一轴线(Y)和第二轴线(Y1)之间制成的孔(46.3)、被安装成绕与所述第一轴线(Y)和第二轴线(Y1)平行的轴线(Y2)铰接在所述孔(46.3)中的毂(52)、以及安装在所述毂(52)中的滚动轴承(50)，所述推进器(32)被安装在所述滚动轴承(50)中。
15.一种用于将顶塞(10)焊接到核燃料棒(6)上的焊接安装装置，包括权利要求1-14中任一项所述的设备，以及焊接室(C)，所述核燃料棒(6)形成细长形元件，所述设备包括具有纵向轴线(X)的通壳(14)，在所述通壳(14)中，所述核燃料棒(6)将通过上紧而被轴向保持并且绕自身轴线枢转，所述焊接室(C)被置于所述通壳(14)的与所述核燃料棒被引入的端部(16)相反的一端(18)，所述核燃料棒(6)的配合有顶塞(10)的端部在所述焊接室(C)的焊接区域中从所述通壳(14)露出，并且所述焊接室(C)包括焊接所述核燃料棒(6)上的所述顶塞(10)的焊接装置(106)。
16.根据权利要求15所述的焊接安装装置，其特征在于，所述焊接室包括用于所述核燃料棒(6)的所述顶塞(10)的止动件(112)，所述用于所述核燃料棒(6)的所述顶塞(10)的止动件(112)与所述设备的所述纵向轴线(X)对齐。
17.根据权利要求16所述的焊接安装装置，其特征在于，所述焊接室(C)包括：用于产生真空、注入惰性气体以及分析所述室的气氛的装置；与该装置连接的流体通路(114)，其用以产生真空和在焊接区域中注入。
18.根据权利要求17所述的焊接安装装置，其特征在于，用于所述顶塞(10)的所述止动件(112)被穿透有纵向通路，其中，所述流体通路(114)通过用于所述顶塞(10)的所述止动件(112)的所述纵向通路被连接到所述焊接区域。
19.根据权利要求18所述的焊接安装装置，其特征在于，所述流体通路(114)由转动地紧固到用于所述顶塞(10)的所述止动件(112)上的管(116)形成，其中，所述管(116)被安装在轴承中，用于所述顶塞(10)的所述止动件(112)由所述核燃料棒(6)转动。
20.根据权利要求15或16所述的焊接安装装置，包括用于观察所述焊接装置(106)相对于在所述顶塞(10)与所述核燃料棒(6)的包层(8)之间的配合面(11)的位置的装置。
21.根据权利要求15或16所述的焊接安装装置，包括检查装置，该检查装置根据所述核燃料棒的转动速度和/或所述焊接室的气氛的品质和/或上紧的程度和/或所述焊接装置相对于配合面的位置来决定是否焊接。
22.一种实施权利要求15-21中任一项所述的焊接安装装置的焊接方法，包括如下步骤：
将配合有所述顶塞(10)的所述核燃料棒(6)插入到所述设备的所述通壳(14)中，直到所述顶塞(10)抵靠所述焊接室(C)的与所述设备的所述纵向轴线(X)对齐的止动件(112)；
操作能够施加径向上紧力的所述装置,用于上紧核燃料棒；
将所述核燃料棒(6)设成转动；
在所述焊接区域产生真空；
注入惰性气体；
焊接。
23.根据权利要求22所述的焊接方法，其特征在于，在焊接之前，检查所述核燃料棒的转动速度和/或所述焊接室的气氛的品质和/或上紧程度和/或所述焊接装置相对于在所述顶塞(10)与所述核燃料棒(6)的包层(8)之间的配合面的位置。
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