CN103915121B - 核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于接合构成核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置，其由焊接腔室（100）、向管塞插入部（110）供给管塞（10）的管塞移送单元（210）及向导向管插入部（120）移送导向管（20）的导向管移送单元（220）构成，其中焊接腔室具备管塞插入部（110）、导向管插入部（120）、装配有等离子体焊枪的喷灯装配口（130）及供给及排出氩的氩出入端口（141、142），所述装置具有如下效果，即能够提高生产率，并且在焊接期间为了防止氧化，将焊接腔室内部设为氩气氛而非真空来进行焊接，因此无需其他的真空设备，并且能够满足焊接部外观或抗拉试验及腐蚀试验上的健全性。

Description

核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置
技术领域
本发明涉及一种在焊接构成核燃料组件的导向管和管塞时，能够提高生产率的导向管与管塞的等离子体焊接装置。
背景技术
原子炉是用于人工控制核分裂物质的核分裂连锁反应来将核分裂中产生的热能用作动力的装置。
原子炉中使用的核燃料通过将浓缩的铀成型为一定大小的圆筒形颗粒（Pellet）（以下，称为“烧结体”）之后，将多个烧结体装入燃料棒来制造，这种多个燃料棒构成核燃料组件而装填到原子炉的炉心之后通过核反应实现燃烧。
核燃料组件包括插入有燃料棒的支承格子体1，与该支承格子体1固定的多个导向管2，紧固于该导向管2的上端的上端固定体3，以及紧固于导向管2的下端的下端固定体4，燃料棒由形成于支承格子体1的凹槽及弹簧支承。
尤其，导向管与支承格子体及上、下端固定体结合来形成核燃料组件的框架，支承组件内的各燃料棒的荷重，并且与引导控制原子炉输出的控制棒的插入的通道作用一同发挥控制棒以外的毒物棒、中子源棒等的通道作用，作为材质，与核燃料棒的包覆管相同地使用镐合金。
导向管的下端开口部通过管塞密封，这种导向管结构发挥从上侧插入到导向管的控制棒等不会下降到管塞以下的作用。
这种导向管在原子炉内发挥非常重要的作用，因此需非常精密地制作，尤其是管塞的接合工序，为了确保品质而要求非常精密的作业，通过手工进行作业的情况下需要非常长的工序时间。
另外，导向管的长度为4m左右，非常长，因此难以处理且不能进行重新焊接，因此仅通过手工作业接合导向管和管塞时，生产率非常低且难以确保品质。
本发明的申请人为了这种导向管捆与管塞的焊接工序的自动化而在授权专利公报第10-0775577号（授权日期：2007.11.05）与授权专利公报第10-0775578号（授权日期：2007.11.05）中提出了核燃料组件的导向管与管塞的自动接合装置及方法。所述授权专利是为了向焊接腔室自动供给导向管和管塞，来实现焊接腔室内的自动化焊接作业。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种改良这种核燃料组件的导向管与管塞的自动接合装置来能够更加有效且提高生产率，尤其是利用等离子体焊接而非TIG焊接（Tungsten Insert Gas Welding）的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置。
（二）技术方案
为了实现本发明目的的本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置由焊接腔室，向所述管塞插入部供给管塞的管塞移送单元及向所述导向管插入部移送导向管的导向管移送单元构成，所述焊接腔室具备插入并固定有管塞的管塞插入部，与该管塞插入部形成于同一轴上且插入并固定有导向管的导向管插入部，与所述管塞插入部及导向管插入部正交地装配有等离子体焊枪的喷灯装配口及供给及排出氩的氩出入端口。
优选地，本发明的特征在于，所述管塞插入部和导向管插入部形成为可相对于所述焊接腔室旋转，由驱动马达进行旋转驱动，更优选所述管塞插入部及导向管插入部通过径向滚动轴承与所述焊接腔室组装。
优选地，本发明的特征在于，所述氩出入端口形成为氩从所述焊接腔室的下部流入并从上部排气。
优选地，本发明的特征在于，所述导向管插入部包括：夹头，插入有导向管；夹具，随着该夹头向前后水平移动来供给所述夹头用于固定导向管的紧固力；及操纵杆，用于对该夹具进行操作。
（三）有益效果
本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置中，管塞和导向管分别通过管塞移送单元和导向管移送单元移送而位于焊接腔室，在焊接腔室内使管塞和导向管通过等离子体焊枪进行焊接，由此可提高生产率，并且在焊接期间为了防止氧化，将焊接腔室内部设为氩气氛而非真空来进行焊接，因此无需其他的真空设备，并且能够满足焊接部外观或抗拉试验及腐蚀试验上的健全性。
附图说明
图1是表示通常的核燃料组件的结构的图。
图2是本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置的主视图。
图3是本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置的俯视图。
图4是在本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置中仅放大表示焊接腔室的图。
图5是本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置的侧视图。
附图标记说明
具体实施方式
以下，参考附图对本发明实施例详细说明如下。
参考图2及图3，本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置由如下部件构成：焊接腔室100，插入并固定有管塞10和导向管20来进行等离子体焊接；管塞移送单元210，向该焊接腔室100侧移送供给管塞10；及导向管移送单元220，以焊接腔室100为基准，位于管塞移送单元210的相反侧，向焊接腔室100侧移送供给导向管20。
焊接腔室100和管塞移送单元210形成于第1固定框架101上部，管塞移送单元210可通过如下部件来提供：圆盘送料器（bowl feeder）211，用于存储多个管塞并自动排列管塞来供给；管塞夹具212，用于加载从圆盘送料器211供给的管塞并将管塞插入并固定于焊接腔室100；及管塞插入驱动部，通过轴213a与管塞夹具212连接，用于前后驱动管塞夹具212。本实施例中，管塞插入驱动部可由向前后一次驱动管塞夹具212的空气气缸215及用于精密操作管塞夹具212的位置的伺服马达214。
导向管移送单元220为了向水平方向引导较长的导向管，与第1固定框架210邻接形成于独立的第2固定框架210上部，并在该第2固定框架201上部具备用于将导向管20引入/取出到焊接腔室100侧的结构。
例如，导向管移送单元220形成有投入用导轨221和取出用导轨222，所述投入用导轨用于从第2固定框架201上部向焊接腔室100侧投入导向管20，所述取出用导轨用于为下一工序而取出与管塞完成焊接的导向管并移送，并且在两个导轨221、222的中央形成有用于向焊接腔室100侧进行导向管20的投入/取出操作的导向管移送驱动部223。
导向管移送驱动部223上形成用于抓握固定导向管的导向管夹具，投入用导轨221及取出用导轨222形成为相对导于向管移送方向向直角方向具有缓和的倾斜，移送到投入用导轨221的导向管通过导向管移送驱动部223投入到焊接腔室100并与管塞进行等离子体焊接，完成焊接的导向管从焊接腔室100取出并从导向管移送驱动部223移动到取出用导轨222，随着取出用导轨222移送到下一工序。
导向管移送驱动部223上可形成有用于向移送方向支承并引导导向管的多个惰轮224。
图4是在本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置中仅放大表示焊接腔室的图，本发明的焊接腔室100包括：管塞插入部110，插入并固定有管塞；导向管插入部120，与该管塞插入部110形成于同一轴上且插入并固定有导向管；喷灯装配口130，与所述管塞插入部110及导向管插入部120正交地装配有等离子体焊枪131；及氩出入端口141、142，供给及排出氩。
焊接腔室100具有构成外观形状的腔室主体101，腔室主体101具有管塞插入部110、导向管插入部120、喷灯装配口130及氩出入端口141、142。
管塞插入部110形成为管塞10通过管塞夹具212的前进驱动插入并安置，发挥在焊接期间在焊接腔室100内固定支承管塞10的作用。
导向管插入部120与管塞插入部110形成于同一轴上，插入并安置有导向管20。
优选地，本发明的特征在于，导向管插入部120包括：夹头122，插入有导向管；夹具123，沿着该夹头122向前后水平移动来提供所述夹头122用于固定导向管20的紧固力；及操纵杆124，用于操作该夹具123。
夹头122中，沿着一侧开口部形成有多个狭缝S而具有弹性，并且通过插座部件125支承，在夹头122的外周面形成有可相对夹头122前后移动并提供夹头122用于固定导向管20的紧固力的夹具123，该夹具123上安装有操纵杆124来进行夹具123的前后驱动。
由此，若对操纵杆124进行操作，则夹具123向插座部件125侧对夹头122加压，夹头122夹住导向管20来固定，另一方面，在固定于管塞夹具212的管塞10支承于空气气缸215的状态下，导向管20固定于夹头122，可维持管塞10与导向管20接合的状态的同时进行焊接。
喷灯装配口130相对于管塞插入部110及导向管插入部120位于直角方向，插入并固定有等离子体焊枪131。
插入并固定于管塞插入部110和导向管插入部120的管塞与导向管的接合部将位于等离子体焊枪131的前端部的焊接位置。
另一方面，喷灯装配口130上可追加形成有可向上下驱动等离子体焊枪的气缸，通过气缸的操作，能够在喷灯装配口130上组装有等离子体焊枪的状态下进行等离子体焊枪的上下位置调整。并且，可形成有用于调节等离子体焊枪的微细位置的调节螺丝。
本发明中，等离子体焊枪131可利用众所周知的利用等离子体电弧焊接的通用的等离子体焊枪，通过狭缝高速喷出电弧等离子体，利用由此产生的高温火花喷出10,000～30,000℃的高温等离子体来进行焊接。
等离子体焊接在非消耗性钨棒与母材之间产生焊接这一点上与TIG焊接类似，但是与TIG焊接相比，等离子体焊接的熔入较深且开槽准备作业较少，因此具有热熔入量引起的热变形较少的优点。
尤其，等离子体焊接的电弧的指向性和直进性优异，因此向母材的焊接入热的控制较容易，能够进行精密焊接，若电弧的长度较长而容许较长的电弧长度的变化，则即使电弧长度发生变化，熔融金属的量也没有较大差异，因此可得到均匀的焊接部，与TIG焊接相比，具有焊接部的失配或安装（fit up）稍微不良也无妨的优点，并且由于传递高密度能量，因此可得到较高的焊接速度，并且电弧非常稳定且受磁场影响较少，具有指向性优异的优点等。
氩出入端口141、142用于在焊接管塞10与导向管20期间将焊接腔室100内部维持为氩气氛，防止在焊接期间焊接部有可能暴露于氧而产生氧化。
优选地，本发明中的氩出入端口141、142在腔室主体101的下部形成流入端口141，在腔室主体101的上部形成排气端口142，氩从腔室主体101的下部流入并从上部排气。
尤其，本发明的特征在于，管塞插入部110和导向管插入部120形成为可相对于焊接腔室100旋转，由驱动马达310进行旋转驱动。
作为具体例，参考图4及图5，腔室主体101与管塞插入部110及导向管插入部120之间形成有多个径向滚动轴承102，管塞插入部110和导向管插入部120可相对于腔室主体101进行旋转运动。
管塞插入部110和/或导向管插入部120的外周面形成有链轮111、121，该链轮111、112可通过链条311与驱动马达310连接。附图符号103是用于支撑具备有径向滚动轴承102的腔室主体101的轴承箱，通过螺栓与第1固定框架固定。
由此，在管塞10与导向管20固定于焊接位置之后，若驱动马达310进行驱动，则驱动马达310的驱动力通过链条311旋转驱动管塞插入部110及导向管插入部120，固定于管塞插入部110及导向管插入部120的管塞及导向管的接合部相对于等离子体焊枪131以一定速度进行旋转，从而对接合部进行等离子体焊接。
利用如此构成的本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置的导向管与管塞的焊接方法如下。
从圆盘送料器211供给的管塞10加载到管塞夹具212并通过管塞插入驱动部而插入并位于焊接腔室100的管塞插入部110，与此同时，导向管20通过导向管移送单元220的导向管移送驱动部223插入位于焊接腔室100的导向管插入部120，管塞10与导向管20的接合部位于焊接腔室100内的焊接位置。
接下来，在喷灯装配口130上组装有等离子体焊枪131的状态下通过氩出入端口141、142向焊接腔室100内供给氩，焊接腔室100内部维持为氩气氛，等离子体焊枪131的前端部位于焊接位置。
在如此准备的状态下，驱动马达310进行驱动，固定于管塞插入部110和导向管插入部120的管塞10及导向管20进行旋转，同时等离子体焊枪131作动来对管塞10与导向管20的接合部进行焊接。
焊接完成之后，等离子体焊枪131向上方移动，中断向焊接腔室100内供给氩。
接着，向焊接腔室100外取出与管塞结束焊接的导向管20，并通过导向管移送单元220向下一工序移动。
虽未具体提及，但可知本发明的等离子体焊接装置可通过其他的控制部自动化各驱动要件的驱动来控制，并且可为此形成用于检测各驱动要件的位置或状态的多种周知的动作检测手段（传感器）。
这种本发明的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置可自动化导向管与管塞的焊接来提高生产率。
尤其，本发明的等离子体焊接装置与通常利用TIG焊接的导向管与管塞的焊接相比，可确认到利用等离子体焊接的情况下，焊接电极的交换次数减少，基于自动化的生产率增加了100%以上。
并且可确认到，在等离子体焊接过程中，为了防止氧化而将腔室内部设为氩气氛非真空状态来进行焊接，由此可排除用于维持真空的复杂结构，并且仅通过氩供给就能够满足焊接部外观或抗拉试验及腐蚀试验中的健全性。
以上说明的本发明并不限定于前述的实施例及附图，本领域技术人员可知在不脱离本发明技术思想的范围内可进行多种置换、变形及变更。

Claims (5)

1.一种核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置，其特征在于，由如下部件构成：
焊接腔室，其具备插入并固定有管塞的管塞插入部，与该管塞插入部形成于同一轴上且插入并固定有导向管的导向管插入部，以与所述管塞插入部及导向管插入部正交地装配有等离子体焊枪的喷灯装配口，以及供给及排出氩的氩出入端口；
管塞移送单元，向所述管塞插入部供给管塞；及
导向管移送单元，向所述导向管插入部移送导向管，
其中，所述导向管移送单元形成有投入用导轨和取出用导轨，所述投入用导轨用于向所述焊接腔室侧投入导向管，所述取出用导轨用于为下一工序而取出与管塞完成焊接的导向管并移送，并且在两个导轨的中央形成有用于向所述焊接腔室侧进行导向管的投入/取出操作的导向管移送驱动部，并且所述导向管移送驱动部上形成有用于向移送方向支承并引导导向管的多个惰轮。
2.根据权利要求1所述的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置，其特征在于，
所述管塞插入部和导向管插入部形成为可相对于所述焊接腔室旋转，由驱动马达进行旋转驱动。
3.根据权利要求2所述的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置，其特征在于，
所述管塞插入部及导向管插入部通过径向滚动轴承和所述焊接腔室组装。
4.根据权利要求1所述的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置，其特征在于，
所述氩出入端口形成为氩从所述焊接腔室的下部流入并从上部排气。
5.根据权利要求1所述的核燃料组件的导向管与管塞的等离子体焊接装置，其特征在于，
所述导向管插入部包括：夹头，插入有导向管；夹具，随着所述夹头向前后水平移动来供给所述夹头用于固定导向管的紧固力；及操纵杆，用于对所述夹具进行操作。
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