CN1201549A - 释热元件及其制作方法和构造装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术,特别是涉及可用于原子能工程技术的释热元件的结构及其制作工艺。释热元件包括充填有核燃料的外壳和焊到里面的管堵。焊接区内可以获得给定尺寸的金属可变结构的区域。释热元件制作方法如下:将带管堵的外壳箝位于埋深的导电体内,然后加以压紧,接着通过电流予以加热。流过外壳各区段的电流值,限制在焊接电流(0.3—0.9)倍的范围内,而外壳的长度相当于它厚度(2—5)倍。焊接用装置包括有导电体。部分导电体是用一定型号尺寸的一组绝缘薄片制成。

Description

释热元件及其制作方法和构造装置

本发明涉及核工程技术领域，特别是涉及释热元件的结构和制作工艺。

已有技术水平

从所周知，释热元件包括外壳和焊到里面的管堵。为提高工作能力，在通常的释热元件中充满由在焊接区附近的外壳组成的褶皱。这种通常的释热元件的缺点是制作复杂，不能满足较高的连接结构强度和耐蚀性。

包括有管状的外壳和焊到里面深埋管堵的释热元件已为大家熟知。释热元件在焊接区内设置有一种金属可变结构的区域。

所述的释热元件当作标准原型。

释热元件标准原型的缺点是不能满足较高的结构强度和耐蚀性。所述强度和耐蚀性是由可变金属构造产生区域的尺寸比值和外形所决定。

用接触对焊来制作释热元件的方法已为人熟知。该方法预先规定了管堵的制作，使其外直径小于外壳的外直径，但大于外壳的内直径。同时也规定了埋深入导电体内的外壳的箝位、向焊接零件施加压紧力以及通过焊接电流。

所述方法的缺点是在焊接区内不可能获取具有最佳尺寸比值和所需求的能确保结构强度与耐蚀性的提高的构形的金属构造变化区域。

用管子与制作释热元件时所用的管堵相阻抗的接触对焊方法已为大家所知。

该方法包括：管堵的制作，使该管堵外直径小于外壳的外直径，而大于其内直径；以及在埋深导电体内的外壳的箝位、带管堵的外壳的压紧和用电流加热焊接零件，而确保导电体从外壳外表面的散热。

所述的方法当作标准原型。

这种标准原型方法的缺点就在于不可能在焊接区内获取具有给定尺寸比值和能确保结构强度和耐蚀性提高的构形的金属构造变化区域。

在用接触对焊制作释热元件时，用于成形接头的装置已为大家所知，这种装置包括可卸开的环状导电体，部分导电体与外壳修齐端面部分相接触，并用相互绝缘的金属薄片构成。

所述装置确保了有效导电体在焊接区工作，但不能调节流经导电体和外壳的电流比，从而就不能确保焊接区内建立所需尺寸比值的金属可变结构的区域，而在释热元件中，存在这个区域范围就能提高它的使用特性。

用接触对焊法制作释热元件以定形接头的装置已为人熟知。这种装置包括了成绝缘圈环套的环状导电体，部分导电体与外壳修齐端面部分相接触，并由相互以分流器电绝缘的金属薄片所构成。

所述的这种装置当作标准原型。

尽管流经导电体和外壳的电流值可以调节，该装置在制成品中不能形成所要求的金属可变结构区域，仍是该装置标准原型的缺点。

发明的揭示

本申请的释热元件的技术效果就在于能提高其结构强度和耐蚀性。本申请的制作方法和实施该方法的装置能以保证上述效果实现的尺寸比值确保在释热元件中形成金属可变结构区域。此外，本申请的方法可因无外部焊瘤而获焊接接合，使释热元件的生产工艺得予以简化。

释热元件，如同在标准原型中那样，包括充填核燃料的外壳、至少一个深埋地焊入其中的管堵，但与标准原型不同的是，焊缝和焊接金属可变构造的区域是这样实现，即使管堵埋入深度为(2-5)δ以及它们在外壳的内表面方向上的厚度不大于0.9δ。这里δ一为外壳壁厚。

在外壳内表面方向上的金属构造焊接的变动区域以(0.2-0.5)δ的厚度来实现。

释热元件采用接触焊接的制作方法，如同标准原型那样，包括制作其外径大于外壳的内径但小于外壳外径的管堵，箝位管堵，以及通过电流加热焊接件，同时保证从外壳外表面将热量散出。但与标准原型不同的是：管堵制作成其外径为D+(0.2-1.4)δ，(式中D为外壳的内径)以及，在加热过程中，通过导电体和外壳的电流按焊接区长度方向分布，以确保离开其端面长度为(0.2-5)δ的外壳段上的电流强度为焊接电流强度的(0.3-0.9)倍。

制作长度为(0.5-3.0)δ的管堵，而以直径为D+0.2δ的尾部进行补给。

通过接触对焊外壳与管堵借助整形接头来制作释热元件的装置，如同标准原型那样，包括环状导电体，部分导电体与壳体的修齐端面区域相接触，并用电分流器相联结的一组电绝缘薄片所制成；但与标准原型不同的是：每个薄片厚度为(0.2-2)δ，而沿内孔轴线的导电体合成部分的尺寸为(2.5-6)δ。

正如在实践中表明的那样，焊接区材料构造的变化能确保释热元件的可靠密封性和它们的高使用性能。此时还证明，尺寸大小比值和金属可变构造的区域分布会影响释热元件的结构强度和耐蚀性。特别是，当沿外壳的可变构造区域的尺寸与厚度之比值小于2，则释热元件的耐蚀性和结构强度均会变坏。当该区域扩展增加到5δ时，未看出明显提高使用特性，但成品的材料用量却增加。考虑到材料的价格，从经济角度看，这显然是不适当的。

实验表明，在外壳内表面方向上到离其端部的2-5δ距离的厚度，(即所建立的金属构造不变区域)即便是几个微米，则已足够明显破坏成品的使用特征，而如果该区域厚度增加到0.9δ大小以上，则开始降低它的耐蚀性。如同实验表明的那样，厚度为0.2-0.5δ是尺寸的最佳比值。

不仅具有所要求的尺寸比值的金属可变构造区域的成品成形，而且无外部焊瘤的成品制作都可能成为该工艺的参数选用，这样就可在工艺流程中去掉排除工序。

特别是对外壳的内径而言，管堵的外径增大值大于1.4δ，则就提高了外部焊瘤生成概率，进而由于外壳内热量作用区域扩大而降低焊接接头的质量。另外，当所述尺寸增大小于0.2δ，这就可能造成沿周长局部的未焊透现象发生，因而这可能导致释热元件在使用过程中密封的破坏。

已经证明，为确保形成具有必需尺寸比值的金属可变构造区域，就需要建立在焊接区即在离外壳端的2-5δ长度段上对外壳局部加热。为用该相应方法通过电流实现这种加热，就要建立一个所需要的通过导电体和外壳加热段的电流分布。例如，在外壳的给定区段表面上设置具有设计计算电阻的绝缘层，即在导电体相应区段内该绝缘层实现与外壳接触，或者挑选出已知电阻的材料，用这种材料按技术条件制成与外壳的所述段相接触的那部分导电体。

如果在相应区段内采用绝缘层，这就导致工艺复杂化，而且也不能调整激流绕组OB电流所达到的比值，或者不能保证金属可变构造区域尺寸的最佳比值。最合理的是为形成电流均布而利用下列专门装置，即该装置导电体部分是由一组绝缘薄片制成。可用下列方法选用相关参数，即经外壳区段流过0.3-0.9倍的焊接电流。若经离端面的距离为2.0-5δ外壳段的电流值小于焊接电流0.3倍时，则外壳将加热到基本低于管堵温度的温度，这就降低了焊接接头的质量。这种情景在电流大于0.9倍时也可以观察到，但此时外壳已经过热。

在个别情况下，在包括薄壳端部设外倒角来实施该方法被认为是合理的。倒角的存在，就可提高焊接结果的再现性，即确保生产具有同样质量的成品。由于“管堵-外壳”接触面积始终不变，因此能克服管堵与外壳不同心度的布置对焊接区电流分布的影响。这就意味着将确保焊接件沿其周长的均匀加热。此时，如同试验表明那样，在给定的几何尺寸关系范围内完成倒角情况下，都能达到这样的效果。

由于实施该方法以给定尺寸比值制作二级管堵，就可获得具有金属可变构造区域的最佳构形的释热元件，即其金属可变构造区域在外壳内表面方向上的厚度为0.2到0.5δ。

在用接触对焊外壳与管堵以制作释热元件时用于成形接头的装置，它包括环状导体，而与修齐端面区域相接触的部分导电体，是相互间由电分流器连结的一组电绝缘薄片制成，它们采用下列尺寸比值：每一个薄片厚度为0.2-2δ(式中：δ为外壳厚度)，而沿其孔轴线的导电体合成部分的尺寸为2.5-6δ大小；其特点在于由薄片制成的导电体合成部分的尺寸比值。藉助于在制成释热元件中给定的尺寸比值，构成了所需外形的金属可变构造的区域。从这个或那个方向的所述比值的误差，会使金属可变构造区域尺寸比值变动到未观察到制成品使用特性提高的这种程度。装置内存在有电分流器，将允许建立为实施所述方法所需的电流分布。分流器的特性是从导电体、外壳的材料及其尺寸角度来加以选用。为确保装置的通用性，分流器应可更换，并可由具有各种电阻的材料制成。分流器的制作形式可以是通常的任意形式。例如：带条状或锥形双头螺栓式。导电体如标准原型那样，不提供绝缘环圈，因为它起着绝缘复盖层的作用，这将给焊接机带来弹性夹头压缝条。

附图简要说明

现通过附图进一步说明本发明的释热元件和制作释热元件装置及方法。

图1是焊接前释热元件的纵剖面图；

图2根据本发明的焊接后的释热元件的纵剖面图；

图3给出焊接接合的显微切片的照相；

图4为制作释热元件时用于成形接头的装置的横剖面图，具体说明了其制作方法；

图5是采用二级管堵的方法的实施例。

释热元件包括(见图2)充填有核燃料(图2未表示出)的外壳1和焊入其深处的管堵2；在外壳和管堵的焊接区内形成了一个金属可变构造区域3(以虚线划开)。

用于制造释热元件的装置(见图4)包括环状导电体4。

与外壳1修齐端面区相接触的部分导电体4是由相互电绝缘的金属薄片5制成。这些薄片用电分流器相互连接(图中未表示出)。

本发明的较佳实施方案

一般情况下所述的制作方法，是在所述装置以下列方式进行工作过程中得予实施的：

装置内装设有具有一系列参数(由外壳电阻，其尺寸大小，分流器的材料等等因素综合考虑计算确定)的电分流器。这些参数能确保外壳和导电体合成部分之间电流的给定分布(该装置导电体合成部分的尺寸等于可建立必需电流的壳体段长度，加上在导电体内外壳埋入的深度)。

将外壳固定于埋入0.5-2δ的导电体4内，管堵插入于电极架座内(图中未表示出)中，用轴向力将常管堵的外壳压紧，同时供给例如来自于成批生产的电容器机械MTK-5001的焊接电流脉冲。

根据欧姆定律，结果是电流通过外壳和导电体“分流器”进行分布，焊接区内形成金属可变构造区域。导电体组合部分同时能完成由外壳外表面排出热量的功能。

取掉焊接力后，释热元件从夹具工脱开，并自焊接机中取出。

工业适用性

采用所述方法和所提出的用于实施该方法的装置制成的释热元件，具有高质量的焊接接头，它没有缺陷，焊接接头的延展性好、沿外壳纵向轴线的布置合理。此外，所得到的成品没有外部焊瘤。这就免去了下一步的机加工。在外壳外层，焊接区内保持了原有的金属构造。

为检验已制成的在其焊接区内形成有金属可变构造区域的释热元件性能，曾进行过下列相关试验，其中包括：

-采用与标准样件相比较的方法进行外观检查；

-超声波探伤；

-在外壳内建立气体压力；

-焊接接头显微切片分析；

-耐蚀性试验；

-用撞击朝外弯边法检验其强度性能。

外壳部分的宽度为2-3毫米(外壳就地破坏)，甚至在折弯角为180°情况下，不会发生它与管堵共轭状况。

根据已使用各种工艺参数制成的释热元件的试验结果(曾制成和试验了300个成品)。表明了它可获得给定外形的最佳金属可变构造区域。

根据本发明制成的释热元件与标准标准原型相比之所以能提高使用特性，可以解释成在标准标准原型中外壳的可变金属构造区域的取向是沿外壳横向方向，而按本发明的可变金属构造的取向区域只沿着外壳的纵向方向。

1.SU发明人证书，No.1762694，B23K11/02，1989

2.DE申请，No.4222180，C21C 21/00，B23K 11/02，1992

3.SU发明人证书，No.1520763，B23K 11/02，1987

4.SU发明人证书，No.1596576，B23K 11/02，1987

5.SU发明人证书，No.6647785，B23K 11/02，1977

6.SU发明人证书，No.1508458，B23K 11/02，1987

Claims (5)

1.一种释热元件，它包括有外壳(1)和深埋里面的管堵(2)，在它们的焊接区建立有金属可变构造区域(3)，其特征在于：所述金属可变构造区域(3)是充填到管堵(2)埋入深度为2-5δ处，以及在外壳(1)内表面方向上的厚度不大于0.9δ；所述δ为外壳的壁厚。

2.如权利要求1所述的释热元件，其特征在于，在外壳(1)内表面方向上金属可变构造区域(3)形成比值为(0.2-0.5)δ。

3.一种用接触对焊制作释热元件的方法，它包括：制作其外径大于外壳(1)内径但小于外壳外径的管堵、将外壳箝位在深埋的导电体(4)内、用管堵(2)压紧外壳(1)、以及通过电流使焊接件受热，同时确保热量从外壳的外表面散出；其特征在于：先制作其外径大于外壳(1)内径0.2-1.4δ的管堵(2)，所述δ为外壳(1)的厚度；以及以这样的方法形成通过导电体(4)和外壳(1)的电流分布，即沿离开其端部2.0-5δ长度的外壳(1)段通过的电流值为焊接电流的0.3-0.9倍。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：将管堵(2)制成二级型式，朝向直径为D+(0.2-0.4)δ的外壳(1)部分的高度为0.5-3.0δ；以及第二部分直径为D+0.2δ，式中D为外壳(1)的内径。

5.一种在外壳与管堵的接触对焊制作释热元件时用于整形接头的装置，它包括：环状导电体(4)，部分导电体与外壳(1)修齐端面区域相接触，该部分是由一组由电分流器相互连接的电绝缘薄片(5)组成；其特征在于：每个薄片(5)的厚度均为0.2-2δ，式中δ为外壳(1)的厚度，而导电体(4)沿内孔轴线的合成部分的尺寸为2.5-6δ。

Images