CN109935356A - 一种用于燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核燃料技术领域，具体涉及一种用于燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构。括内包壳焊接台、母管和外包壳焊接台阶，三者形成中空通管结构；内包壳焊接台阶的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接；外包壳焊接台阶的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接。通过内包壳与端塞焊接结构台阶将焊点设置于环形燃料中心孔内部，不易形成影响内流冷却剂流道的凸起，进而焊接完成后无需机械加工，降低损坏燃料棒概率。该结构时内包壳与端塞焊接方式适用于焊缝无损检测标准，能够通过射线检测保证焊接质量，提高环形燃料棒安全性。适用于内径5‑15mm包壳与端塞。
Description
技术领域
本发明属于核燃料技术领域，具体涉及一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构。
背景技术
包壳与端塞焊接通常采用对接焊，容易在焊接位置形成残渣凸起，造成环形燃料内流道堵塞，增大流动阻力，使冷却剂内管流量减小，恶化环形燃料传热条件，而且对于细长燃料棒不易进行机加工消除端部凸起，且可增加损燃料棒风险。包壳与端部焊接完成后再进行无损检测时由于环形燃料棒为细长结构，无法按照无损射线探伤标准进行焊缝检测，难以保证焊缝质量。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构。
本发明的技术方案如下：
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，包括内包壳焊接台、母管和外包壳焊接台阶，三者形成中空通管结构；
内包壳焊接台阶的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接；外包壳焊接台阶的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接。
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，所述内包壳焊接台阶、母管和外包壳焊接台阶为一体加工形成。
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，所述内包壳焊接台阶的环形凸起高度与环形燃料棒内包壳的厚度一致。
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，外包壳焊接台阶的环形凸起高度与环形燃料棒外包壳的厚度一致。
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，所述内包壳焊接台阶与外包壳焊接台阶的距离为10mm-50mm。
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，所述内包壳焊接台阶的台阶面高度大于内包壳厚度。
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，所述外包壳焊接台阶的台阶面高度大于外包壳厚度。
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：所述母管可以与环形燃料棒上端塞连接，也可以与环形燃料棒下端塞连接。
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，所述母管的厚度小于等于环形燃料芯块的厚度一致。
一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，所述焊接结构适用于内径5-15mm的环形包壳管。
本发明的有益效果在于：
通过内包壳与端塞焊接结构台阶将焊点设置于环形燃料中心孔内部，不易形成影响内流冷却剂流道的凸起，进而焊接完成后无需机械加工，降低损坏燃料棒概率。该结构时内包壳与端塞焊接方式适用于焊缝无损检测标准，能够通过射线检测保证焊接质量，提高环形燃料棒安全性。适用于内径5-15mm包壳与端塞。
附图说明
图1为本发明所述焊接结构示意图。
图中：1、内包壳焊接台阶；2、母管；3、外包壳焊接台阶。
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。
本焊接结构用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接，包括内包壳焊接台阶1、母管2和外包壳焊接台阶3，三者形成中空通管结构。内包壳焊接台阶1、母管2 和外包壳焊接台阶3为一体加工形成。内包壳焊接台阶1的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接，内包壳焊接台阶1的环形凸起高度与环形燃料棒内包壳的厚度一致；外包壳焊接台阶3的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接，外包壳焊接台阶3的环形凸起高度与环形燃料棒外包壳的厚度一致。
内包壳焊接台阶1与外包壳焊接台阶3的距离为10mm-50mm。
内包壳焊接台阶1的台阶面高度大于内包壳厚度。
外包壳焊接台阶3的台阶面高度大于外包壳厚度。
应用这种焊接结构对环形燃料棒进行焊接时，焊料会通过自身重力流入本结构与环形燃料棒内包壳和外包壳之间的夹缝中，不会形成焊接凸起，无需额外机械加工，并且能够采用标准无损焊缝检测技术进行焊缝检验。
母管2可以与环形燃料棒上端塞连接，也可以与环形燃料棒下端塞连接。
母管2的厚度小于等于环形燃料芯块的厚度一致。
本装置适用于内径5-15mm的环形包壳管。
一种环形燃料棒，所述上端塞和下端塞与内外包壳的焊接采用上述的焊接结构，焊接结构包括内包壳焊接台阶1的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接；外包壳焊接台阶3的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接；
所述内包壳焊接台阶1的环形凸起高度与环形燃料棒内包壳的厚度一致；
外包壳焊接台阶3的环形凸起高度与环形燃料棒外包壳的厚度一致。
本发明的结构将环形燃料棒下端与下管座固定，所述固定结构为与环形燃料棒下端塞连接部分、过渡段、与下管座连接部分组成的一体结构的中心通孔。连接部分用于将过渡段和环形燃料棒下端塞连接，连接部分用于将过渡段和下管座连接。连接部分比过渡段的内径大，固定结构在连接部与过渡段连接处内壁形成台阶面；在连接部分和过渡段连接处，过渡段外径减小，二者连接处外壁面形成锥面过度，在进行推棒操作时，圆角作用防止环形燃料棒与定位格架发生钩挂；所述锥面与下管座开孔倒角相配合，以保证环形燃料棒的圆心与下管座对应的开口圆心重合，保证环形燃料棒的定位稳定。
过渡段的外径与连接部分的外径一致，在二者连接处，连接部分的内径变小，连接部分与下管座连接端的外表面设置有凸起倒钩，形成卡扣结构，以便插入下管座时对连接部分进行挤压，最终与下管座固定。
所述连接部分沿着轴向方向开有偶数个相对于中轴线对称的凹槽，以便插入下管座时连接部分受到挤压力收紧，待插到最深处的时候利用其自身弹性恢复原形状，使卡扣结构与下管座卡紧。凹槽的深度应满足插入时不会导致连接部分发生塑性变形。
所述与环形燃料棒下端塞连接部分为一套筒状结构，内部设置有内螺纹，与环形燃料棒下端塞外壁的外螺纹配合；完成配合之后，在二者连接处的端面进行点焊来进一步加固二者的连接。完成连接后，在连接部分的侧壁对称开设侧孔，侧孔为贯穿孔，侧孔数量为偶数，防止内流道堵流，冷却剂无法流入。开孔位置要避开连接部分与环形燃料棒下端塞螺纹连接段，从而避免破坏二者的连接稳定性。
侧孔的孔面面积总和不小于内流道的横截面面积。
本发明的结构将环形燃料棒下端与下管座固定，所述固定结构为与环形燃料棒下端塞连接部分、过渡段、与下管座连接部分组成的一体结构的中心通孔。连接部分用于将过渡段和环形燃料棒下端塞连接，连接部分用于将过渡段和下管座连接。连接部分比过渡段的内径大，固定结构在连接部与过渡段连接处内壁形成台阶面；在连接部分和过渡段连接处，过渡段外径减小，二者连接处外壁面形成锥面过度，在进行推棒操作时，圆角作用防止环形燃料棒与定位格架发生钩挂；所述锥面与下管座开孔倒角相配合，以保证环形燃料棒的圆心与下管座对应的开口圆心重合，保证环形燃料棒的定位稳定。
过渡段的外径与连接部分的外径一致，在二者连接处，连接部分的内径变小，连接部分与下管座连接端的外表面设置有凸起倒钩，形成卡扣结构，以便插入下管座时对连接部分进行挤压，最终与下管座固定。
所述连接部分沿着轴向方向开有偶数个相对于中轴线对称的凹槽，以便插入下管座时连接部分受到挤压力收紧，待插到最深处的时候利用其自身弹性恢复原形状，使卡扣结构与下管座卡紧。凹槽的深度应满足插入时不会导致连接部分发生塑性变形。
所述与环形燃料棒下端塞连接部分为一套筒状结构，内部设置有内螺纹，与环形燃料棒下端塞外壁的外螺纹配合；完成配合之后，在二者连接处的端面进行点焊来进一步加固二者的连接。完成连接后，在连接部分的侧壁对称开设侧孔，侧孔为贯穿孔，侧孔数量为偶数，防止内流道堵流，冷却剂无法流入。开孔位置要避开连接部分与环形燃料棒下端塞螺纹连接段，从而避免破坏二者的连接稳定性。
侧孔的孔面面积总和不小于内流道的横截面面积。
环形燃料棒由下端塞，上端塞，内包壳、外包壳、压紧弹簧、环形燃料芯块组成。
上端塞、下端塞与内包壳、外包壳组成空腔用来容纳环形燃料芯块，上端塞与环形燃料芯块之间形成气腔，气腔内设置有压紧弹簧，压紧弹簧一端顶在环形燃料芯块上，另一端顶在上端塞上，在压紧弹簧的推力作用下，环形燃料芯块压紧在下端塞上；压紧弹簧在运输燃料时提供推力，防止环形燃料芯块窜动，避免造成环形燃料芯块破损。
气腔内充入氦气用来导热。
上端塞设置有和内包壳、外包壳连接的结构，使其与内包壳和外包壳紧密配合，上端塞上设置有充气孔，用于给环形燃料棒充入氦气。
压紧弹簧的上下两端都做削平处理，增大了压紧弹簧与环形燃料芯块和上端塞的接触面积，由一般的点接触变为面接触，这样的接触方式更加稳定，可以有效压紧环形燃料芯块，防止环形燃料芯块碎裂；压紧弹簧的两端均设置有 4-5圈的并圈，以增大压紧弹簧的稳定性；所述压紧弹簧的丝径形状可以为圆形、椭圆形、方形。
本发明的结构将环形燃料棒下端与下管座固定，所述固定结构为与环形燃料棒下端塞连接部分、过渡段、与下管座连接部分组成的一体结构的中心通孔。连接部分用于将过渡段和环形燃料棒下端塞连接，连接部分用于将过渡段和下管座连接。连接部分比过渡段的内径大，固定结构在连接部与过渡段连接处内壁形成台阶面；在连接部分和过渡段连接处，过渡段外径减小，二者连接处外壁面形成锥面过度，在进行推棒操作时，圆角作用防止环形燃料棒与定位格架发生钩挂；所述锥面与下管座开孔倒角相配合，以保证环形燃料棒的圆心与下管座对应的开口圆心重合，保证环形燃料棒的定位稳定。
过渡段的外径与连接部分的外径一致，在二者连接处，连接部分的内径变小，连接部分与下管座连接端的外表面设置有凸起倒钩，形成卡扣结构，以便插入下管座时对连接部分进行挤压，最终与下管座固定。
所述连接部分沿着轴向方向开有偶数个相对于中轴线对称的凹槽，以便插入下管座时连接部分受到挤压力收紧，待插到最深处的时候利用其自身弹性恢复原形状，使卡扣结构与下管座卡紧。凹槽的深度应满足插入时不会导致连接部分发生塑性变形。
所述与环形燃料棒下端塞连接部分为一套筒状结构，内部设置有内螺纹，与环形燃料棒下端塞外壁的外螺纹配合；完成配合之后，在二者连接处的端面进行点焊来进一步加固二者的连接。完成连接后，在连接部分的侧壁对称开设侧孔，侧孔为贯穿孔，侧孔数量为偶数，防止内流道堵流，冷却剂无法流入。开孔位置要避开连接部分与环形燃料棒下端塞螺纹连接段，从而避免破坏二者的连接稳定性。
侧孔的孔面面积总和不小于内流道的横截面面积。
侧孔最优选择开孔方向与冷却剂流动方向成锐角，便于冷却剂流入内流道。
Claims (28)
1.一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，包括内包壳焊接台阶(1)、母管(2)和外包壳焊接台阶(3)，三者形成中空通管结构；
内包壳焊接台阶(1)的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接；外包壳焊接台阶(3)的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接。
2.如权利要求1所述的一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：所述内包壳焊接台阶(1)、母管(2)和外包壳焊接台阶(3)为一体加工形成。
3.如权利要求1所述的一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：所述内包壳焊接台阶(1)的环形凸起高度与环形燃料棒内包壳的厚度一致。
4.如权利要求1所述的一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：外包壳焊接台阶(3)的环形凸起高度与环形燃料棒外包壳的厚度一致。
5.如权利要求1-2所述一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：所述内包壳焊接台阶(1)与外包壳焊接台阶(3)的距离为10mm-50mm。
6.如权利要求1或2所述一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：所述内包壳焊接台阶(1)的台阶面高度大于内包壳厚度。
7.如权利要求1或2所述一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：所述外包壳焊接台阶(3)的台阶面高度大于外包壳厚度。
8.如权利要求1所述的一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：所述母管(2)可以与环形燃料棒上端塞连接，也可以与环形燃料棒下端塞连接。
9.如权利要求1或8所述的一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：所述母管(2)的厚度小于等于环形燃料芯块的厚度一致。
10.如权利要求1所述的一种用于环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，其特征在于：所述焊接结构适用于内径5-15mm的环形包壳管。
11.一种环形燃料棒，其特征在于：所述上端塞和下端塞与内外包壳的焊接采用权利要求1所述的焊接结构，焊接结构包括内包壳焊接台阶(1)的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接；外包壳焊接台阶(3)的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接；
所述内包壳焊接台阶(1)的环形凸起高度与环形燃料棒内包壳的厚度一致；
外包壳焊接台阶(3)的环形凸起高度与环形燃料棒外包壳的厚度一致。
12.一种环形燃料棒，包括下端塞，上端塞，内包壳、外包壳、压紧弹簧、环形燃料芯块；内包壳焊接台阶、母管和外包壳焊接台阶，三者形成中空通管结构；
内包壳焊接台阶的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接；外包壳焊接台阶的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接。
所述上端塞、下端塞与内包壳、外包壳组成空腔用来容纳环形燃料芯块，上端塞与环形燃料芯块之间形成气腔；
其特征在于：气腔内设置有压紧弹簧，压紧弹簧一端顶在环形燃料芯块上，另一端顶在上端塞上，在压紧弹簧的推力作用下，环形燃料芯块压紧在下端塞上。
13.如权利要求12所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：所述气腔内充入氦气用来导热。
14.如权利要求12所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：上端塞设置有和内包壳、外包壳连接的结构，使其与内包壳和外包壳紧密配合。
15.如权利要求13所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：上端塞上设置有充气孔，用于给环形燃料棒充入氦气。
16.如权利要求12所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：所述压紧弹簧的上下两端都做削平处理，增大了压紧弹簧与环形燃料芯块和上端塞的接触面积。
17.如权利要求16所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：所述压紧弹簧(3)的两端均设置有4-5圈的并圈。
18.如权利要求17所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：所述压紧弹簧的丝径形状为圆形、椭圆形或方形。
19.一种环形燃料棒，包括下端塞，上端塞，内包壳、外包壳、压紧弹簧、环形燃料芯块；内包壳焊接台阶、母管和外包壳焊接台阶，三者形成中空通管结构；
内包壳焊接台阶的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接；外包壳焊接台阶的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接。
所述上端塞、下端塞与内包壳、外包壳组成空腔用来容纳环形燃料芯块，上端塞与环形燃料芯块之间形成气腔；
其特征在于：气腔内设置有压紧弹簧，压紧弹簧一端顶在环形燃料芯块上，另一端顶在上端塞上，在压紧弹簧的推力作用下，环形燃料芯块压紧在下端塞上。
还包括与环形燃料棒下端塞连接部分、过渡段、与下管座连接部分，三者为中心通孔式一体结构，其特征在于：连接部分比过渡段的内径大，固定结构在连接部与过渡段连接处内壁形成台阶面；在连接部分和过渡段连接处，过渡段外径减小；
过渡段的外径与连接部分的外径一致，在二者连接处，连接部分的内径变小；
所述与环形燃料棒下端塞连接部分为一套筒状结构，内部设置有内螺纹，与环形燃料棒下端塞外壁的外螺纹配合；
连接部分与下管座连接端外表面设置有凸起倒钩，形成卡扣结构，与下管座稳固连接。
20.如权利要求19所述的一种将环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，其特征在于：所述在连接部分和过渡段连接处，二者连接处外壁面形成锥面过度，锥面与下管座开孔倒角相配合。
21.如权利要求19所述的一种将环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，其特征在于：在连接部分的侧壁对称开设侧孔，侧孔为贯穿孔，侧孔数量为偶数，防止内流道堵流，冷却剂无法流入。
22.如权利要求21所述的一种将环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，其特征在于：侧孔的孔面面积总和不小于内流道的横截面面积。
23.如权利要求21所述的一种将环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，其特征在于：侧孔开孔方向与冷却剂流动方向成锐角，便于冷却剂流入内流道。
24.如权利要求21所述的一种将环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，其特征在于：所述侧孔的开孔位置要避开连接部分与环形燃料棒下端塞螺纹连接段。
25.如权利要求19所述的一种将环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，其特征在于：连接部分与环形燃料棒下端塞完成螺纹配合之后，在二者连接处的端面进行点焊来进一步加固二者的连接。
26.如权利要求19所述的一种将环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，其特征在于：连接部分沿着轴向方向开有相对于中轴线对称的凹槽。
27.如权利要求26所述的一种将环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，其特征在于：所述凹槽的数量为偶数。
28.如权利要求26所述的一种将环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，其特征在于：凹槽的深度应满足插入时不会导致连接部分发生塑性变形，并且可以利用自身弹性回弹，使卡扣结构与下管座卡紧。
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| CN208767030U (zh) * | 2017-12-19 | 2019-04-19 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构 |
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2017
- 2017-12-19 CN CN201711369575.0A patent/CN109935356A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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