DE1159105B - Verfahren zum dichten Verschliessen von Kernreaktor-Brennstoffelementen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 25202 Vmc/21g

ANMELDETAG: 4. OKTOB ER 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 12. DEZEMBER 1963

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dichten Verschließen von Kernreaktor-Brennstoffelementen mit Umhüllungen aus gesinterten Stoffen, bei dem ein konkav ausgebildeter Stopfen in das offene Ende der Umhüllung eingesetzt wird.

Beryllium, Aluminium und Magnesium sind für die Umhüllung von Brennstoffelementen von Kernreaktoren wegen ihrer Neutroneneigenschaften von großem Nutzen. Ihre mechanischen Eigenschaften sind jedoch unbefriedigend, da sie einerseits — wie bei Aluminium und Magnesium — mit steigender Temperatur sehr schnell geschwächt werden und anderseits einen sehr geringen Widerstand gegen Fließen aufweisen.

Man hat auch gesintertes Aluminium verwendet, das durch Strangpressen eines Pulvers von überwachter Korngröße und Oxydation gebildet ist und eine zusammengesetzte Struktur aufweist, wie sie Keramikmetallen eigen ist. Letztere sind speziell für die Verwendung bei hohen Temperaturen entwickelt worden. Von da aus haben Forschungen es ermöglicht, ähnliche Körper auf der Grundlage von Magnesium und Beryllium zu verwenden.

Ein wesentliches technisches Problem, das sich bei der Verwendung dieser Stoffe ergibt, besteht in dem Zusammenbau, der nicht durch bekannte Verfahren ausgeführt werden kann, z. B. durch Verschweißen mittels eines Schmelzvorganges, bei dem die geschmolzene Zone nach dem Schweißvorgang die Verbindung darstellt. Beim Schmelzen werden nämlieh die Oxydhäute zerbrochen, und die Korngröße verliert jegliche Bedeutung. Die Oxydhäute steigen an die Oberfläche des Bades, die Ursprungsort für beträchtliche Entgasungsvorgänge ist.

Man wird daher zur Anwendung der Lichtbogenschweißung geführt, wobei gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel die Umhüllung 1 mit dem Stopfen 2, die beide aus gesintertem Material (Aluminium, Beryllium oder Magnesium) bestehen, miteinander verschweißt werden. Daraus ergeben sich die folgenden Schwierigkeiten:

Das durch den Lichtbogen weggedrückte Material bleibt von der Umhüllung eingeschlossen.
In der Patrone ist ein beträchtliches Gasvolumen eingeschlossen, das das dichte Schweißen des zweiten Stopfens erschwert, da die hervorgerufene Wärme dann einen Überdruck des eingeschlossenen Gases verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum dichten Verschließen von Brennstoffelementen mit Umhüllungen aus gesinterten Stoffen Verfahren zum dichten Verschließen von Kernreaktor-Brennstoffelementen

Anmelder: Commissariat ä FEnergie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz

und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 18. Oktober 1960 (Nr. 841 643)

Jacques Andre Stohr, Bures-sur-Yvette, Seine-et-Oise, und Claude Bridoux, Bagneux, Seine (Frankreich), sind als Erfinder genannt worden

zu schaffen, das die vorerwähnten Nachteile vermeidet.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden die Umhüllung, der eingesetzte Stopfen und ein konvex ausgebildeter Gegenstopfen gleichzeitig miteinander verschweißt, und der Gegenstopfen wird nachher durch maschinelle Bearbeitung abgenommen.

In Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung können der Stopfen und das innere Ende der Umhüllung mit Gewinde versehen werden, so daß der Stopfen vor dem Schweißvorgang in die Umhüllung eingeschraubt werden kann.

Der Stopfen und das innere Ende der Umhüllung können auch konisch ausgebildet werden, so daß der Stopfen vor dem Schweißen einfach in die Umhüllung eingedrückt werden kann.

Das Verfahren nach der Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen 2 bis 5 an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben.

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt den Zusammenbau der verschiedenen zu verschweißenden Elemente;

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Claims (1)

1. 3 4

   Fig. 3 zeigt im Längsschnitt das Ende der Umhül- Stromstärke 35 000 A

   lung nach dem Schweißvorgang; Stauchstrecke 4 mm

   Fig. 4 zeigt im Längsschnitt das Ende der Umhül- Stauchgeschwindigkeit 800 mm/sec

   lung mit eingeschraubtem Stopfen; Funkengeschwindigkeit 7 mm/sec

   Fig. 5 zeigt im Längsschnitt einen Verschluß mit 5 Stauchdruck 3 000 kg

   konisch ausgebildeten Bauteilen.

   In den Figuren sind lediglich die zum Verständnis An Schweißstellen ausgeführte Zugversuche durch der Erfindung nötigen Bauteile eingezeichnet, und Biegung, die den eigentlichen Widerstand des Geentsprechende Teile in den verschiedenen Figuren windes ausschalten, zeigen, daß die Schweißung ausweisen die gleichen Bezugsziffern auf. io gezeichnet ist und daß die Widerstandsfähigkeit nahe

   Man erkennt in Fig. 2 die Umhüllung 1, den kon- bei der des Grundmaterials liegt. Bei axialen Zug-

   kaven Stopfen 3, der im Innern derselben angeordnet versuchen rührt der Widerstand offensichtlich vom

   ist, um den Gegenstopfen 4; die Baugruppe Umhül- Gewindeeingriff her, und die Festigkeit des Stopfens

   lung 1 und Stopfen 3 einerseits und der Gegen- entspricht der der Umhüllung,

   stopfen 4 anderseits sind jeweils in die Backen 5 15 In Fig. 5 ist das Gewinde durch eine konische

   und 6 eines Schweißgerätes gespannt. Ausbildung 10 des Stopfens 3 und des inneren Endes

   In Fig. 3 erkennt man die Umhüllung 1, den der Umhüllung 1 ersetzt. Der Stauchdruck beim

   StopfenS und den Gegenstopfen 4, die zusammen Schweißen erhöht dann die Berührung zwischen der

   verschweißt sind, wobei das herausgedrückte Mate- Umhüllung und dem Stopfen und führt zu Ergeb-

   rial die Ausbauchung 7 bildet. Durch Abstechen in 20 nissen, die mit den bei Gewindeanordnungen erziel-

   der Ebene a-a des Gegenstopfens 4 läßt sich das in baren vergleichbar sind,
   dem Hohlraum 8 befindliche Gas herausbringen, und

   das beiseite gedruckte Material läßt sich durch ma- Patentansprüche:

   schinelle Bearbeitung entfernen. Bei diesem Ver- 1. Verfahren zum dichten Verschließen von

   fahren bestehen jedoch noch einige Nachteile, ins- 25 Kernreaktor-Brennstoffelementen mit Umhüllun-

   besondere die Gefahr einer fehlerhaften Schweißung gen aus gesinterten Stoffen, bei dem ein konkav

   zwischen der Umhüllung 1 und dem Gegenstopfen 4 ausgebildeter Stopfen in das offene Ende der

   und von Leckstellen der Verschweißung. Umhüllung eingesetzt wird, dadurch gekenn-

   Die im folgenden beschriebenen Ausführungs- zeichnet, daß die Umhüllung, der eingesetzte beispiele ermöglichen die Vermeidung dieser Nach- 30 Stopfen und ein konvex ausgebildeter Gegenteile, stopfen gleichzeitig miteinander verschweißt wer-

   Man erkennt in Fig. 4, daß das innere Ende der den und der Gegenstopfen nachher durch ma-

   Umhüllung 1 mit einem Gewinde 9 versehen ist, schinelle Bearbeitung abgenommen wird,

   ebenso wie der Stopfen 3, der in die Umhüllung vor 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

   dem Verschweißen eingeschraubt wird. Das Ge- 35 kennzeichnet, daß der konkav ausgebildete

   winde 9 ermöglicht einen guten elektrischen Kontakt Stopfen in das offene Ende der Umhüllung ein-

   zwischen der Umhüllung 1 und dem Stopfen 3 und geschraubt wird.

   eine mechanische Festigkeit dieser beiden Teile, so 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

   daß diese sich beim Schweißen wie ein einziges an kennzeichnet, daß die Außenmantelfläche des

   Masse gelegtes TeE verhalten. 40 Stopfens und die Innenmantelfläche des Endes

   Es sind Schweißversuche ausgeführt worden an der Umhüllung konisch ausgebildet werden.

   Rohren aus gesintertem Material und mit 26 bis 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,

   28 mm Durchmesser, und zwar mit den folgenden dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen nach

   Daten: dem Lichtbogenverfahren ausgeführt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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