DE1146832B

DE1146832B - Verfahren zum Herstellen doppelwandiger Rohre fuer Brennstaebe von Atomreaktoren

Info

Publication number: DE1146832B
Application number: DES66729A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Heinz Stehle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-01-21
Filing date: 1960-01-21
Publication date: 1963-04-11

Description

Verfahren zum Herstellen doppelwandiger Rohre für Brennstäbe von Atomreaktoren In Atomreaktoren, die überhitzten Dampf erzeugen sollen, kann als Hüllmaterial für Brennstäbe nach dem heutigen Stand der Technik praktisch nur nichtrostender Stahl-verwendet werden. Dieser Stahl besitzt jedoch einen großen Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen, so daß mit stark angereichertem Spaltstoff gearbeitet werden muß, was die Wirtschaftlichkeit derartiger Reaktoren verschlechtert. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, für die Umhüllung von Brennstäben doppelwandige Rohre zu verwenden, bei denen die mechanische Festigkeit durch ein inneres Zirkonrohr und die Korrosionsfestigkeit durch ein darübergeschobenes sehr dünnes Stahlrohr erzielt wird. Ein derartiges Rohr besitztinsgesamt einen wesentlich niedrigeren Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen als ein äußeres Stahlrohr und ist bei gleicher mechanischer Festigkeit einem solchen vorzuziehen. Seine Herstellung ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, da ungewöhnlich dünne Stahlwandstärken erreicht werden müssen und außerdem ein extrem guter Wärmekontakt zwischen beiden Hüllen unerläßlich ist.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen doppelwandiger Rohre für Brennstäbe von Atomreaktoren, bei dem das äußere zweier ineinandergesteckter Rohre fortschreitend örtlich erwärmt, im Durchmesser herabgesetzt und auf das innere Rohr aufgeschrumpft wird.
Erfindungsgemäß wird ein dünnwandiges äußeres Rohr in plastischem Zustand durch Ziehstrecken im Durchmesser herabgesetzt. Das äußere Rohr wird also, wie es ähnlich aus der Technik zum Ziehen einfacher Rohre her bekannt ist, unter gleichmäßig wirkender Zugkraft fortschreitend zonenweise erwärmt, so daß es sich dem Innenrohr anschmiegt und mit diesem eine Schrumpfverbindung eingeht.
Im Falle des eingangs erwähnten Beispiels kann der Stahlanteil niedriger als bei anderen Verfahren gehalten werden, außerdem wird ein zusätzlicher Wärmeübergangswiderstand zwischen den beiden Hüllen vermieden. Durch die in der heißen Zone ablaufende axiale plastische Dehnung des Rohres wird gleichzeitig eine Reduktion der Wandstärke erreicht.
Die Fig. 1 und 2 zeigen Aufbau und'' Herstellungsverfahren einer solchen doppelwandigen Umhüllung für Brennstäbe, die ohne besondere Vorkehrungen in bekannter Weise zu Brennelementen zusammengebaut werden können.
Nach Fig. 1 befindet sich der Spaltstoff 1, z. B. Urandioxyd, in einem Hüllrohr 2, z. B. aus Zircoloy 2, das oben und unten mit einer Abschlußkappe 3 ebenfalls aus Zircoloy 2 dicht verschweißt ist. Diese Abschlußkappe ist mit einem Verlängerungsteil 4 aus Stahl z. B. durch Verschraubung fest verbunden.
Über diesen so vorbereiteten Brennstab wird nun nach Fig. 2 ein Stahlrohr 5 geschoben, das einen etwas größeren und daher unkritischeren Innendurchmesser aufweisen kann als jene Stahlrohre, die für die bekannten Verfahren Anwendung finden. Anschließend wird das eine Ende des aufgezogenen Stahlrohres mit dem zugehörigen stählernen Abschlußkappenverlängerungsteil fest verbunden und in die eine Spannklaue einer Zugvorrichtung eingesetzt. Das überstehende freie Ende dies Stahlrohres auf der anderen Seite wird durch die andere Spannklaue der Zugeinrichtung erfaßt. ' Nach Einschaltung einer konstanten vorgewählten Zugkraft wird .eine Ringzone am unteren Ende der Brennstabanordnung z. B. mit einem Spezialbrenner oder wie in der Zeichnung durch die Induktionsspule 6 erwärmt. Dadurch wird das Stahlrohr in dieser Zone plastisch und legt sich unter Einwirkung des Längszuges an das innere Zirkonrohr an. Gleichzeitig wird die Heizeinrichtung langsam nach oben bewegt, so daß durch diese fortschreitende zonenweise Wärmebehandlung das Außenrohr unter stets gleichen Bedingungen auf das Innenrohr aufgeschrumpft wird. Da sich das Außenrohr nach dem Erkalten zusätzlich noch weiter zusammenzieht, wird damit eine sehr feste und sehr gute wärmeleitende Verbindung zwischen den beiden konzentrischen Hüllrohren hergestellt. Nach Beendigung dieses Vorganges und Abschneiden der überstehenden Länge des Stahlrohres wird dasselbe mit der anderen Abschlußkappe aus Stahl verlötet oder verschweißt.
ES ist natürlich auch möglich, die vorherige Verschweißung am einen Ende des Brennstabes zu umgehen und ähnlich wie am anderen Ende das Stahlrohr zunächst selbst länger zu halten und allein in der Spannklaue der Zugeinrichtung einzusetzen. Dies ist insbesondere dann anzuraten, wenn das innere oder das äußere Rohr vor dem Erwärmungsvorgang mit einer galvanischen oder auf anderem Wege aufgebrachten Lotschicht versehen ist und durch die zonenweise über die ganze Länge fortschreitende Wärmebehandlung gleichzeitig eine Lötverbindung zwischen Innen- und Außenrohr hergestellt wird. In diesem Falle ist nach dem Abschneiden der entstehenden Stahlrohrenden keine zusätzliche Lot- oder Schweißverbindung mit den stählernen Endkappen erforderlich, da eine solche bereits durch den Aufschrumpf- und Lötvorgang hergestellt wurde. in diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, unter Ausschluß von Sauerstoff, also z. B. in Vakuum oder unter inertem bzw. aktivem Schutzgas zu arbeiten.
Dieses Verfahren ist natürlich nicht nur auf Rohre mit kreisrundem Querschnitt beschränkt. Es können z. B. auch ovale Rohre oder solche mit eckigem Querschnitt nach dem gleichen Verfahren aufgezogen oder aufgeschrumpft werden. Außerdem sei betont, daß dieses Verfahren natürlich auch für andere doppelwandige Gegenstände, auch aus anderen Materialien, geeignet ist, wenn es darauf ankommt, eine äußerst innige Verbindung zwischen den beiden konzentrischen rohrartigen Körpern zu erzielen. Durch entsprechende Koppelung von Aufheizungsgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Zugkraft ist es dabei möglich, die Wandstärke des äußeren Hiillrohres auf ein vorgegebenes Maß genau zu reduzieren.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Herstellen doppelwandiger Rohre für Brennstäbe von Atomreaktoren, bei dem das äußere zweier ineinandergesteckter Rohre fortschreitend örtlich erwärmt, in Durchmesser herabgesetzt und auf das innere Rohr aufgeschrumpft wird, dadurch -gekennzeichnet, daß ein dünnwandiges äußeres Rohr in plastischem Zustand durch Ziehstrecken im Durchmesser herabgesetzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 695 503, 860 035, 896782.