CZ223796A3 - Způsob vytvoření svařovaného spoje pro spojení nejméně tří dílů a kontejner vytvořený s jeho použitím - Google Patents

Description

Způsob vytvoření svařovaného spoje pro spojení nejméně tří dílů a kontejner vytvořený s jeho použitím

Oblast technik/

Vynález se týká způsobu vytvoření svařovaného spoje pro spojení nejméně tří dílů, ve kterém jsou nejméně dva díly přes dělicí spáru vzájemně spojeny svarem. Dále se vztahuje na přepravní a/nebo úložný kontejner, zejména pro vyhořelé kazety jaderného paliva, vytvořený použitím uvedeného způsobu.

Dosavadní stav techniky

V praxi bývá obvyklé, že se spoj pro spojení nejméně tří dílů vytváří tak, že se díly, které mají svařovaný spoj tvořit, spolu spojí více svary, vytvořenými s výhodou jako koutový svar, a to jednotlivě a po sobě (srov. Dubbel, Taschenbuch fur Maschinenbau, 18.vydání, str.13).

Takový způsob ovšem vyžaduje, aby vícedílný spoj spoj byl ve všech místech koutových svarů přístupný svářeči nebo automatickému svařovacímu zařízení. To je podstatnou nevýhodou uvedeného způsobu, kterým je tak omezen rozsah použití pro tento druh svarových spojů.

Tento způsob má také tu nevýhodu, že díly zhotovené z rozdílných materiálů se nedají vzájemné spolu svařovat, anebo se svařuji se značnými omezeními, pokud jde o kvalitu svařovaného spoje.

Rovněž optická kontrola nebo zkouška kvality svaru pomoci příslušných přístrojů je často neuskutečnitelná. Proto není možné použití takovýchto svarových spojů na objektech, na které jsou kladeny vysoké požadavky z hlediska bezpečnosti, jako jsou přepravní nebo úložné kontejnery pro vyhořelé kazety jaderného paliva.

-2• * · « * · * · • • v ♦ · * * • * *

V patentovém spisu USA 5 026 098 je navržen způsob souosého spojování dvou prvků. Oba prvky jsou s výhodou rotačně souměrné částí. Jsou opatřeny každý jedním nákružkem. Dvoudílné prstencové pouzdro, v němž je vždy každá z části buď spojena s jedním z nákružků nebo zapadá v tvarovém styku za tento nákružek prostřednictvím kuželové plochy, je svařena na horní ploše svarem do uzavřeného pouzdrového útvaru.

Smršťovacími silami tohoto svaru jsou nákružky a tím i prstencové díly jejich čelními plochami tlačeny proti sobě. Při pozdějším oddělovacím pochodu pro oddělování trubek je zapotřebí pouze oddělit pouzdro a dosedací plochy na čelních stranách zůstávají zachovány pro obnovený spojovací pochod.

Toto řešení zůstává omezené na svařované spoje, jimiž se vzájemně těsně spojují trubicové části stejné základní charakteristiky a velikosti, s výhodou okrouhlé částí. Takový svařovaný spoj a způsob jeho vytváření se nehodí pro vzájemné spojováni částí, které pokrývají jen zlomek povrchu velkoobjemového tělesa a nemají žádnou oporu na opačné straně tělesa.

Takové podmínky se objevují mimo jiné při výrobě dvoustěnných přepravních a/nebo úložných kontejnerů. Takové dopravní a úložné kontejnery se používají mimo jiné pro vyhořelé kazety jaderného paliva, jejich stěny jsou umístěny ve vzájemné spolehlivých odstupech žebry, uspořádanými k nim v podstatě kolmo.

Tyto přepravní nebo úložné kontejnery mají v podstatě dvoudílné stěny. Trubkovité základní těleso, jako prvý díl, má na své vnější straně vyčnívající žebra. Základní těleso »11 • ·

-3• · · je prostřednictvím těchto žeber spojeno s pláštěm, který tak tvoří druhý díl stěny. Tento plást dodatečně absorbuje záření a chrání mezi žebry upravenou výplň z pryskyřice. Plášť rovněž chrání žebra v případě havárie a mimo jiné i podporuje odvod tepla směrem ven.

Přihlašovatelem a jinými výrobci je používáno provedení spojení pláště se základním tělesem, u něhož sestává plást ze dvou polovičních skořepin, těsně ohnutých na vnější průměr žeber, která jsou spolu sepnuta upnuta a která jsou spojena se základním tělesem. Při obvyklém velikosti těchto kontejnerů a potřebné síle stěny skořepin pláště není možné vytvořit bezprostřední materiálový dotyk mezi hlavami všech žeber a vnitřní plochou skořepin. V každém případě je značně rušen tepelný přechod z povrchu žeber na plást. Dále vede chybějící materiálové spojení mezi hlavami žeber a pláštěm ke ztrátě pevnosti, která v případě havárie může mít značné a nebezpečné následky.

Pro odstraněni těchto nevýhod bylo navrženo podle německého patentového spisu č. 4.032 343 vytvořit vnější plást z jednotlivých segmentů. Tyto segmenty překlenují vždy prostor mezi dvěma navzájem sousedícími hlavami žeber. Jsou přitom jednak spolu a jednak s hlavami žeber navzájem svařeny ve formě spoje s vícenásobným srazem spojovaných dílů. K dodatečnému zabezpečení nespolehlivé clonícího svarového švu je na vícedilný spoj přiložen úhelníkový profil, který svarový sev dodatečné překrývá.

Velký počet svarů o značné délce a větší počet navzájem spojovaných dílů vede ke zvyšováni nákladů, které negativně ovlivňuji efektivitu výroby. Další nevýhodou je vznik napětí ve spojovaných částech vyvolávaných svařením. £ ohledem na náročné požadavky, pokud se týká přenosu tepla,

• I ·

-4se doporučuje zhotovit žebra umístěná na základním tělese z mědi, nebot měď výborně odvádí teplo.

Vynález si proto klade za úkol navrhnout svařovaný spoj, který by umožnil zejména v přepravních kontejnerech na radioaktivní paliva, které musí odpovídat nejvyšším požadavkům bezpečnosti, vytvářet racionálně vyrobitelně spojení, při zajištění průběžného materiálového kontaktu mezi částmi spoje. Klade si přitom za úkol vytvořit spoj, který by umožnil také spojení rozdílných materiálů ve spoji nejméně tří dílů, ve kterém jsou nejméně dva díly přes dělicí spáru vzájemně spojeny svarem, a zaručil by velmi vysokou pevnost a mohl být přitom svařován pouze z jedné strany.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je dosaženo způsobem vytvoření svařovaného spoje pro spojení nejméně tří dílů, ve kterém jsou nejméně dva díly přes dělicí spáru vzájemné spojeny svarem, jehož podstatou je, že se nejprve uloží první díl a druhý díl z těchto spojovaných dílů, které jsou vzájemně svařitelné, podél jejich dělicí spáry v odstupu od sebe, který je větší, než je absolutní velikost smrštění svaru, přičemž oba tyto díly jsou v oblasti dělicí spáry opatřeny vybráním, a tato vybráni dohromady vymezují na uvedených dílech, spolu s dělicí spárou odpovídající odstupu, zaváděcí vybrání, jehož šířka a tvar odpovídá konci třetího dílu, načež se tento třetí dil zavede do zaváděcího vybrání a první díl a druhý díl se na straně dělicí spáry, odvrácené od zaváděcího vybrání, vzájemné spolu svaří, a třetí díl zůstane po smrštění svaru pevně sevřen mezi prvním a druhým dílem ve smrštěném prostoru, vymezovaném jejich vybráními a smrštěnou dělicí spárou.

Podle výhodného provedení vynálezu, aplikovaného na · · « I « « « • » · · · · v * • · · vytváření dvoustěnného přepravního a/nebo úložného kontejneru, se jako první a druhé díly sestavuji k sobě se vzájemnými odstupy v dělicí spáře jednotlivé stěnové úseky vnější části dvojité stěny dvoustěnného dopravního a/nebo úložného kontejneru, zejména pro vyhořelé kazety jaderného paliva, se vzájemnými odstupy v děliči spáře, a jako třetí díly se připojují do spoje žebra dvojité stěny, která se vsouvají vždy svou hlavou, jejíž šířka odpovídá šířce zaváděcího vybrání a je větší, než je šířková velikost tohoto zaváděcího vybrání po smrštění svaru.

Vynález se dále přináší přepravní a/nebo úložný kontejner, zejména pro vyhořelé kazety jaderného paliva, vytvořený použitím výše uvedeného způsobu, sestávající z dutého válcového základního tělesa, které je spojeno z něj vystupujícími žebry s vnější stěnou, sestávající ze vzájemně svařených stěnových úseků, které jsou obvodově uloženy od jednoho žebra ke druhému a ve vzájemném spojení, také připojují žebra, jehož podstata spočívá v tom, že vždy dva k sobě přiléhající stěnové úseky jako první a druhý díl spoje jsou vzájemně k sobě přivařeny přes hlavu žebra jako třetího dílu spoje, zavedenou do odpovídajícího zaváděcího vybrání, do něhož je hlava žebra těsně zasunuta a v němž je pevné sevřena smrštěním svaru vytvořeného na opačné straně spoje mezi k sobě přiléhajícími stěnovými úseky.

S výhodou mají žebra kontejneru, uložená na základním tělese, tvar úhelníku a jsou zhotovena z měděného profilu, přičemž tato žebra jsou na obvodě základního tělesa upevněna pomocí šroubových spojů.

Vynález tak umožňuje spojovat ve svarovém spoji materiály, ktere by jinak nebylo možné spolu svařovat. Svařovány jsou pouze první a druhý díl, zatímco díl vsazený do úložné* *· * ♦♦ ·♦*«»« • · · · · · ·« · · · · · · ··» ho vybrání je sevřen smrštěním.

Při tomto způsobu je třetí díl, vložený tvarově těsně do odpovídajícího vybráni mezi vzájemné svařitelnými díly, natolik silné sevřen smršťovacími silami svarového spoje a vzhledem k relativné vysoké teplotě popřípadě v plastické oblasti, že se dosáhne materiálového spojení mezi vzájemně svařovanými díly a téměř materiálové spojení těchto částí s třetím dílem. Odpadne tak potřeba přídavných opěrných ploch na protilehlém povrchu kontejneru.

Pevnost spoje mezi spojovanými díly je jištěna samotným svarem. Nedochází k negativnímu ovlivňování vzniklých napětí.

Materiál třetího dílu je v určitých mezích volitelný. Pro volbu materiálu je rozhodující, aby v podmínkách svařovacího procesu si zachovávala tvar a poskytovala dostatečné velký odpor vůči smršťovacím silám.

získané spojení má velmi vysokou pevnost a zcela vylučuje zlom v důsledku působení iniciátorů trhlin s vrubovým účinkem, což je u kontejnerů pro dopravu a/nebo ukládání vyhořelých kazet jaderného paliva velmi důležité.

S jednotlivými pásy lze v důsledku jejich relativně malé hmotnosti snadno ručně manipulovat, čímž je lze s relativně vysokou přesností nasadit jejich vnitřním osazením na žebra a známým způsobem ručně nebo za pomoci svařovacího automatu spojit z vnějšku jednotlivými svarovými švy. Před svařováním mohou být do dutin vloženy bloky pryskyřice, které tak optimálně vyplní duté prostory a zabezpečují zároveň dobrou ochranu proti zářeni, Tlouštka pláště může být volena prakticky libovolně, neboť přesnost a sladění oblouku pláště »· ·«· · na větší délce není již více potřebné.

Prostřednictvím téměř materiálového spojení mezi žebry zhotovenými z mědi a pláště zhotoveného z ocele tak může být zaručen téměř optimální odvod tepla do vnějšího povrchu plášté. Tento způsob spojování rovněž podstatnou měrou zvyšuje odolnost přepravních kontejnerů proti vnějším mechanickým vlivům a splňuje tak požadavek na jejich vysokou bezpečnost .

Svary mohou být kontrolovány buď samotným svářečem, nebo s pomoci známých kontrolních zařízení a na základě zjištěných skutečností dodatečně upraveny. Podíl chyb při zhotovení tohoto kontejneru, který je mimo jiné nákladný, je tímto podstatně redukován.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedeni s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuji obr.l řez svařovaným spojem podle vynálezu, obr. 2 řez okrajovou oblastí přepravního kontejneru s žebry a pláštěm a obr.3 celkový pohled na přepravní kontejner, částečně v řezu.

Příklady provedeni vynálezu

Vynález je vysvětlen na zhotovování přepravního a úložného kontejneru 1 pro vyhořelé kazety jaderného paliva nebo pro vyhořelé tyče jaderného paliva. Svařovaný spoj zde sestává ze tři dílu, a to prvního stěnového úseku 610 (prvního dílu 61 spoje) ve formě pruhu stěnového materiálu a druhého stěnového úseku 610' (druhého dílu 61' spoje) ve formě pruhu stěnového materiálu, které spolu navzájem bezprostředně sousedí a hlavovou částí 41 žebra 4 (třetího dílu 64 spoje).

·· ·· ·

Žebra 4 jsou vytvořena jako měděný profil s pravidelné tvarovanou hlavovou částí 41. Oba tyto díly 61, 61¹ jsou podél jejich dělicí spáry 611 v odstupu A od sebe, který je větší, než je absolutní velikost smrštění svaru 62, kterým jsou posléze spojeny. Jsou v oblasti dělicí spáry 611 opatřeny vybráním 612, 612’, která dohromady vymezují na dílech 61, 61', umístěných v dělicí spáře 611 s odstupem A, zaváděcím vybráním 613, jehož šířka a tvar odpovídá konci třetího dílu 64. Do zaváděcího vybrání 613 se zavede třetí díl 64 a první díl 61 a druhý díl 61' se na straně dělicí spáry 611, odvrácené od zaváděcího vybrání 613, vzájemně spolu svaří, přičemž třetí díl 64 zůstane po smrštění svaru pevně sevřen mezi prvním a druhým dílem 61, 61¹ ve smrštěném prostoru, vymezovaném jejich vybráními 612, 612¹ a smrštěnou dělicí spárou 611.

Když první a druhý díl 61, 61' dolehnou svými vybráními 612, 612' na boční plochy žebra 4, zůstává mezi čely těchto dílů 61, 61' dělící spára 611 o tlouštce asi 1 mm. Ve vrchní části této dělící spáry 611 mají první a druhý díl 61, 61' spoje zkosené hrany zkoseny za účelem vytvoření následného svaru 62, který tak vytváří spojení mezi dvěma sousedícími pruhy 610, 610'. Hlavová část 41 žebra 4 přitom není natavena.

Smršťovací síly, vznikající při procesu svařování, stahují spojované díly 61, 61' k sobě tak silně, že hlavová část 41 žebra 4 je tvarové sevřena v zaváděcím vybrání, vytvořeném z vybrání 612, 612' ve stěnových úsecích 610, 610¹ a dělicí spáry 611.

Relativně velké smršťovací síly a poměrně vysoké teploty vzniklé při svařování zajišťují to, že se povrchy měkkých měděných žeber za působeni tlaku plasticky přetvoři

-9a všechny prvky se navzájem spojí do sestavy tvořící celek.

Tímto způsobem spojováni se předejde vzájemnému svařování rozdílných materiálů. Materiál třetího dílu, kterým je žebro 4, je volitelný v daných mezích. Rozhodující pro volbu materiálu je zachování jeho tvaru při použití svařovacího procesu a vznik dostatečně velkého odporu kladeného smršťujícím silám. Vytvořené spojení vykazuje vysokou celkovou pevnost a vylučuje lámavost, včetně vzniku trhlin s vrubovými účinky.

Uvolňované teplo z kazet vyhořelého jaderného paliva může prostřednictvím spojů měděných žeber 4 velmi dobře pronikat do pláště 6, odkud je dováděno do okolí. Tím je teplota přepravního a úložného kontejneru 1 pro kazety vyhořelého jaderného paliva udržována v přípustných mezích.

Přepravní a úložný kontejner l, znázorněný na obr.

v částečném řezu a na obr. 3 v celkovém pohledu, je v důsledku využití tohoto způsobu podle vynálezu zhotovena tak, že vykazuje podstatné zlepšené vlastnosti.

Žebra 4 jsou na obvodě válcového základního tělesa upevněna pomocí šroubového spojení 43. K tomuto spojení nezbytné závitové otvory zaujímají jen nepatrnou hloubku, přičemž šroubové spojení 43 upevňuje žebra 4 na povrchu základního tělesa 3 dostatečně pevně.

Mezi žebry 4, které vedou podél pláště 6 základního tělesa 3, jsou vloženy bloky 5 z pryskyřice, které pohlcují podstatnou část neutronového záření. Tyto bloky 5 z pryskyřice jsou vkládány z vnějšku s nepatrnou vůli a upevňovány v určité vzdálenosti od vrchní hrany žeber 4. Vrchní uzávěr dutých prostorů tvoří stěnové úseky 610, 610 ’ , ze kterých je

-10·· • · · • · ·Μ· sestaven vlastní plášť 6.

Tvar stěnových úseků 610 a 610 ' byl již popsán s odvoláním na obr. 1. Před začátkem svařování jsou stěnové úseky 610, 610¹ uchyceny prostřednictvím odnímatelných upevňovacích prostředků, čímž je dosaženo vysoké kvality svaru 62.

Pomocí odnímatelných upevňovacích prostředků lze přitom ještě volný konec stěnového úseku 610 s předpětím vyrovnat tak, aby se dělící spára 611, ohraničená hranami stěnových úseků 610, 610¹, nacházela proti hlavě 41 příslušného žebra 4. V důsledku úhlového smrštění svaru 62 je pak ještě volný konec stěnového úseku 610 nadzdvižen a hlava 41 žebra 4 vtažena s předpětím do osazeni vybrání 612.

Tímto způsobem je podstatně zjednodušeno zajištění polohy dílů při přípravě svařování a rovněž podstatně redukován vznik pnutí.

Tvar žeber 4 není vázán na profil znázorněný na obr. 2. Důležité je, že v oblasti spoje 60 jsou povrchové plochy stupňovitého vybrání 612 voleny tak, aby velké smršťovací síly byly odváděny do vnitřku průřezu stěnových úseků 610, 610 ' .

Žebra 4 mohou být rovněž tvořena dvěma zrcadlově navzájem protilehle orientovanými měděnými profily, jejichž horní vnější konce jsou vsazeny mezi stupňovitá vybrání dvou navzájem sousedících stěnových dílů 61, 61 a tvoří tak s nimi společně spoj 60 pro spojení tři dílů, ve kterém jsou nejméně dva díly přes dělicí spáru spojeny svarem.

Tvar žeber 4 se řídí především tím, jaké požadavky

-11t· mm t ·· v ·· ·*· · * · · · « · • · · · · «·«· • « · · · * · »··· * * * « · # · ··· ·· ··« ·· «· · jsou na přepravní a úložný kontejner 1 kladeny. Má-li kontejner tlumit silnější mechanické nárazy, jsou vhodnější jednostranné skloněná žebra. Je-li vyžadována vysoká tuhost pláště 6, pak by měla být žebra 4 směrována kolmo proti němu. Plášť je po položeni všech stěnových úseků samonosný a dodává přepravním a úložném kontejneru 1 vysokou pevnost.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob vytvoření svařovaného spoje pro spojení nejméně tří dílů, ve kterém jsou nejméně dva díly přes dělicí spáru vzájemně spojeny svarem, vyznačený tím, že se nejprve uloží první díl (61) a druhý díl (61') z těchto spojovaných dílů, které jsou vzájemné svařitelné, podél jejich dělicí spáry (611) v odstupu (A) od sebe, který je větší, než je absolutní velikost smrštěni svaru (62), přičemž oba tyto díly (61, 61') jsou v oblasti dělicí spáry (611) opatřeny vybráním (612, 612'), a tato vybrání na uvedených dílech (61, 61') vymezují spolu s dělicí spárou (611), odpovídající odstupu (A), zaváděcí vybrání (613), jehož šířka a tvar odpovídá konci třetího dílu (64), načež se tento třetí díl (64) zavede do zaváděcího vybrání (613) a první díl (61) a druhý díl (61') se na straně dělicí spáry (611), odvrácené od zaváděcího vybrání (613), vzájemně spolu svaří, a třetí díl (64) zůstane po smrštění svaru (62) mezi prvním a druhým dílem (61, 61') pevně sevřen mezi prvním a druhým dílem (61, 61') ve smrštěném prostoru, vymezovaném jejich vybráními (612, 612') a smrštěnou dělicí spárou (611).
2. 2. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že se jako první a druhé díly (61, 61') sestavují k sobě se vzájemnými odstupy v dělicí spáře (611) jednotlivé stěnové úseky (610, 610’) vnější části dvojité stěny dvoustěnného dopravního a/nebo úložného kontejneru (1), zejména pro vyhořelé kazety jaderného paliva, se vzájemnými odstupy (A) v dělicí spáře (611), a jako třetí díly (64) se připojuji do spoje žebra (4) dvojité stěny, která se vsouvají vždy svou hlavou (41), jejíž šířka odpovídá šířce zaváděcího vybrání (613) a je větší, než je šířková velikost tohoto zaváděcího vybrání (613) po smrštěni svaru.

   -13·· *#♦*
3. 3. Přepravní a/nebo úložný kontejner, zejména pro vyhořelé kazety jaderného paliva, vytvořený použitím způsobu podle nároku 1 nebo 2, sestávající z dutého válcového základního tělesa (3), které je spojeno z něj vystupujícími žebry (4) s vnější stěnou, sestávající ze vzájemné svařených stěnových úseků (610, 610'), které jsou obvodově uloženy od jednoho žebra (4) ke druhému a ve vzájemném spojení, také připojuji žebra (4), vyznačený tím, že vždy dva k sobě přiléhající stěnové úseky (610, 610') jako první a druhý díl (61, 61') spoje jsou vzájemně k sobě přivařeny přes hlavu (41) žebra (4) jako třetího dílu (64) spoje, zavedenou do odpovídajícího zaváděcího vybrání (613), do něhož je hlava (41) žebra těsně zasunuta a v němž je pevně sevřena smrštěním svaru (62) vytvořeného na opačné straně spoje mezi k sobě přiléhajícími stěnovými úseky (610, 610').
4. 4. Přepravní a úložný kontejner podle nároku 3 vyznačená tím, že žebra (4) uložená na základním tělese (3) mají tvar úhelníku a jsou zhotovena z měděného profilu, přičemž tato žebra (4) jsou na obvodě základního tělesa (3) upevněna pomocí šroubových spojů (43).