CZ290566B6 - Způsob vytvoření svařovaného spoje pro spojení nejméně tří dílů a kontejner vytvořený s jeho pouľitím - Google Patents

Abstract

P°i zp sobu se nejprve ulo prvn d l /61/ a druh² d l /61'/, kter jsou vz jemn sva°iteln , pod l jejich d lic sp ry /611/ v odstupu od sebe, kter² je v t , ne je absolutn velikost smr t n svaru /62/, p°i em oba tyto d ly /61, 61'/ jsou v oblasti d lic sp ry /611/ opat°eny vybr n m /612, 612'/, kter dohromady vymezuj na d lech /61, 61'/, um st n²ch v d lic sp °e /611/ s odstupem /A/, zav d c vybr n /613/, jeho °ka a tvar odpov d konci t°et ho d lu /64/, na e se tento t°et d l /64/ zavede do zav d c ho vybr n /613/ a prvn d l /61/ a druh² d l /61'/ se na stran d lic sp ry /611/, odvr cen od zav d c ho vybr n /613/, vz jemn sva° , a t°et d l /64/ z stane po smr t n svaru pevn sev°en mezi prvn m a druh²m d lem /61, 61'/ ve smr t n m prostoru, vymezovan m jejich vybr n mi /612, 612'/ a smr t nou d lic sp rou /611/. e en se t²k rovn p°epravn ho a/nebo ·lo n ho kontejneru, zejm na pro vyho°el kazety jadern ho paliva, vytvo°en ho za pou it zp sobu a sest vaj c ho z dut ho v lcov ho z kladn ho t lesa /3/, kter je spojeno z n j vystupuj c mi ebry /4/ s vn j st nou, tvo°enou vz jemn sva°en²mi pruhy /610, 610'/, kter jsou obvodov ulo eny od jednoho ebra /4/ ke druh mu a ve vz jemn m spojen tak p°ipojuj ebra (4).\

Description

Oblast techniky

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 fůr Maschinenbau, 18.vydání, str. 13).

Takový způsob ovšem vyžaduje, aby vícedílný 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 vzájemně spolu svařovat, anebo se svařují se značnými omezeními, pokud jde o kvalitu svařovaného spoje.

Rovněž optická kontrola nebo zkouška kvality svaru pomocí 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.

V patentovém spisu US 5 026 098 je navržen způsob souosého spojování dvou prvků. Oba prvky jsou s výhodou rotačně souměrné části. Jsou opatřeny každý jedním nákružkem. Dvoudílné prstencové pouzdro, v němž je vždy každá z částí 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 části. Takový svařovaný spoj a způsob jeho vytváření se nehodí pro vzájemné spojování 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 vzájemně spolehlivých odstupech pomocí žeber, uspořádaných 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 je prostřednictvím těchto žeber spojeno s pláštěm, který tak tvoří druhý díl stěny. Tento plášť dodatečně

- 1 CZ 290566 B6 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 ajinými výrobci je používáno provedení spojení pláště se základním tělesem, u něhož sestává plášť ze dvou polovičních skořepin, těsně ohnutých na vnější průměr žeber, která jsou spolu sepnuta a která jsou spojena se základním tělesem. Při obvyklé velikosti těchto kontejneru 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 plášť. Dále vede chybějící materiálové spojení mezi hlavami žeber 10 a pláštěm ke ztrátě pevnosti, která v případě havárie může mít značné a nebezpečné následky.

Pro odstranění těchto nevýhod bylo navrženo podle německého patentového spisu DE 4 032 343 vytvořit vnější plášť z jednotlivých segmentů. Tyto segmenty překlenují vždy prostor mezi dvěma navzájem sousedícími hlavami žeber. Jsou přitom jednak spolu a jednak s hlavami žeber 15 navzájem svařeny ve formě spoje s vícenásobným srazem spojovaných dílů. K dodatečnému zabezpečení nespolehlivě clonícího svarového švu je na vícedílný spoj přiložen úhelníkový profil, který svarový šev dodatečně překrývá.

Velký počet svarů o značné délce a větší počet navzájem spojovaných dílů vede ke zvyšování 20 nákladů, které negativně ovlivňují efektivitu výroby. Další nevýhodou je vznik napětí ve spojovaných částech vyvolávaných svařením. S ohledem na náročné požadavky, pokud se týká přenosu tepla, se doporučuje zhotovit žebra umístěná na základním tělese z mědi, neboť 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 vyrobitelné 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 30 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 vzájemně 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 40 smrštění svaru, přičemž oba tyto díly jsou v oblasti dělicí spáry opatřeny vybráním, a tato vybrání 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 díl zavede do zaváděcího vybrání a první díl a druhý díl se na straně dělicí spáry, odvrácené od zaváděcího vybrání, vzájemně spolu svaří, a třetí díl zůstane po smrštění svaru pevně sevřen mezi prvním 45 a druhým dílem ve smrštěném prostoru, vymezovaném jejich vybráními a smrštěnou dělicí spárou.

Podle výhodného provedení vynálezu, aplikovaného na vytváření dvoustěnného přepravního a/nebo úložného kontejneru, se jako první a druhé díly sestavují k sobě se vzájemnými odstupy 50 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 dělicí 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.

-2 CZ 290566 B6

Vynález 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 zněj vystupujícími žebry svnější 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 vtom, že vždy dva ksobě 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 pevně 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, které by jinak nebylo možné spolu svařovat. Svařovány jsou pouze první a druhý díl, zatímco díl vsazený do úložného vybrání je sevřen smrštěním.

Při tomto způsobu je třetí díl, vložený tvarově těsně do odpovídajícího vybrání mezi vzájemně svařitelnými díly, natolik silně sevřen smršťovacími silami svarového spoje a vzhledem k relativně 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 zachovával tvar a poskytoval dostatečně 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 záření. Tloušťka 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 pláště. 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 pomocí 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.

-3 CZ 290566 B6

Přehled obrázků na výkrese

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, na kterých znázorňují obr. 1 řez svařovaným spojem podle vynálezu, obr. 2 5 řez okrajovou oblastí přepravního kontejneru s žebry a pláštěm a obr. 3 celkový pohled na přepravní kontejner, částečně v řezu.

( Příklady provedení vynálezu t 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 tří dílů, 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, 15 které spolu navzájem bezprostředně sousedí a hlavové části 41 žebra 4 (třetího dílu 64 spoje).

Žebra 4 jsou vytvořena jako měděný profil s pravidelně tvarovanou hlavovou částí 4L Oba o díly 61, 61' 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 20 vybráními 612, 612', která dohromady vymezují na dílech 61, 6Γ, umístěných v dělicí spáře 611 s odstupem A, zaváděcí vybrání 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 6Γ 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, 6Γ ve smrštěném 25 prostoru, vymezovaném jejich vybráními 612, 612' 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, 6Γ dělicí spára 611 o tloušťce asi 1 mm. Ve vrchní části této dělicí spáry 611 mají první a druhý díl 61, 61' zkosené hrany za účelem vytvoření následného 30 svaru 62, který tak vytváří spojení mezi dvěma sousedícími pruhy 610, 610'. Hlavová část 44 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 tvarově sevřena v zaváděcím vybrání, vytvořeném z vybrání 612, 35 612' ve stěnových úsecích 610, 610' a dělicí spáry 611.

Relativně velké smršťovací síly a poměrně vysoké teploty vzniklé při svařování zajišťují to, že se povrchy měkkých měděných žeber za působení tlaku plasticky přetvoří a všechny prvky se navzájem spojí do sestavy tvořící celek.

Tímto způsobem spojování 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 klade^ř ného 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 odváděno do okolí. Tím je teplota přepravního a úložného kontejneru 1 pro kazety vyhořelého jaderného paliva udržována v přípustných 50 mezích.

Přepravní a úložný kontejner 1, znázorněný na obr. 2 v částečném řezu a na obr. 3 v celkovém pohledu, je v důsledku využití tohoto způsobu podle vynálezu zhotoven tak, že vykazuje podstatně zlepšené vlastnosti.

-4 CZ 290566 B6

Žebra 4 jsou na obvodě válcového základního tělesa 3 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, která 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 vůlí a upevňovány v určité vzdálenosti od vrchní hrany žeber 4. Vrchní uzávěr dutých prostorů tvoří stěnové úseky 610, 610', ze kterých je 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, 610' 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 dělicí spára 611, ohraničená hranami stěnových úseků 610, 610'. 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 osazení 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 tří dílů, ve kterém jsou nejméně dva díly přes dělicí spáru spojeny svarem.

Tvar žeber 4 se řídí především tím, jaké požadavky jsou na přepravní a úložný kontejner 1 kladeny. Má-li kontejner tlumit silnější mechanické nárazy, jsou vhodnější jednostranně skloněná žebra. Je-li vyžadována vysoká tuhost pláště 6, pak by měla být žebra 4 směrována kolmo proti němu. Plášť je po položení všech stěnových úseků samonosný a dodává přepravnímu a úložnému 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 (6Γ) z těchto spojovaných dílů, které jsou vzájemně svařitelné, podél jejich dělicí spáry (611) v odstupu (A) od sebe, který je větší, než je absolutní velikost smrštění svaru (62), přičemž oba tyto díly (61, 6Γ) jsou v oblasti dělicí spáry (611) opatřeny vybráním (612,612'), a tato vybrání na uvedených dílech (61, 6Γ) 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

   -5CZ 290566 B6 svaří, a třetí díl (64) zůstane po smrštění svaru (62) mezi prvním a druhým dílem (61, 6Γ) pevně sevřen mezi prvním a druhým dílem (61, 6Γ) ve smrštěném prostoru, vymezovaném jejich vybráními (612, 612') a smrštěnou dělicí spárou (611).

   5
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se jako první a druhé díly (61, 6Γ) 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 připojují do spoje žebra (4) dvojité stěny, která se vsouvají vždy svou hlavou (41), to jejíž šířka odpovídá šířce zaváděcího vybrání (613) aje větší, než je šířková velikost tohoto zaváděcího vybrání (613) po smrštění svaru.
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

   15 (3), které je spojeno zněj vystupujícími žebry (4) svnější stěnou, sestávající ze vzájemně svařených stěnových úseků (610, 610'), které jsou obvodově uloženy od jednoho žebra (4) ke druhému a ve vzájemném spojení také připojují žebra (4), vyznačený t í m , že vždy dva k sobě přiléhající stěnové úseky (610, 610') jako první a druhý díl (61, 6Γ) spoje jsou vzájemně ksobě přivařeny přes hlavu (41) žebra (4) jako třetího dílu (64) spoje, zavedenou do odpoví20 dajícího 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, vyznačený tím. že žebra (4) uložená 25 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).