DE2550079A1

DE2550079A1 - Verfahren zur verbindung von brennstabendkappen und brennstabhuellrohren

Info

Publication number: DE2550079A1
Application number: DE19752550079
Authority: DE
Inventors: Helmut Bezold
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1975-11-07
Publication date: 1977-05-12
Also published as: US4097712A; SE7611870L; FR2331126B1; BR7605685A; IT1067289B; BE848041A; GB1527175A; ZA766681B; FR2331126A1; ES453030A1; JPS5259288A; SE410368B

Description

KRAFTWERK TJiION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, "5. It. 75

75 P 9 3 4 3 BRD

Verfahren zur Verbindung von Brennstabendkappen und Brennstabhüllrohren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von Brennstabendkappen und Brennstabhüllrohren mit Hilfe der Widerstandspreßschweißtechnik innerhalb einer Schweißkammer sowie evtl. gleichzeitiger Evakuierung und Gasfüllung des Brennstabes. Die Verbindung zwischen Brennatabendkappen und Brennstabhüllrohren wird üblicherweise mit Hilfe des sogenannten WIG-Verfahrens durchgeführt. In Anbetracht der dafür benötigten verhältnismäßig langen Schweißzeit müssen zur Verhinderung von Oxidationserscheinungen, insbesondere bei Zirkonlegierungen, extrem hohe Anforderungen an die Schutzgasreinheit gestellt werden.

Für solche Verbindungen wurde außerdem schon die Widerstandspreßschweißtechnik vorgeschlagen, allerdings nur für verhältnismäßig kurze Hüllrohre mit einer Länge von ca. 50 cm. Diese wurden in die Schweißvorrichtung eingeführt und während des Schweißvorganges durch vom Schweißstrom erzeugte magnetische Kräfte nachgeschoben. Für lange brennstoffgefüllte Hüllrohre ist diese Methode mit Schwierigkeiten verbunden, da die für dieses Schweißverfahren benötigt exakte Führung der Rohre nur mit sehr großem technischen Aufwand reproduzierbar durchgeführt werden kann.

Da dieses Verfahren jedoch sehr kurze Schweißzeiten erlaubt, stellte sich die Aufgabe, dasselbe so abzuwendeIn, daß damit bei nur verhältnismäßig geringem technischen Aufwand auch beliebig lange Brennstabhüllrohre mit Endkappen verschlossen werden

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Ml 21 Ant / 31.10,1975

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können. Es sollte dabei außerdem gleichzeitig möglich sein, die Brennstäbe mit einem hohen Innendruck, dem sogenannten Vorinnendruck, zu versehen.

Die Lösung dieser Aufgabe wurde erfindungsgemäß in einer Verfahrensführung gefunden, bei der bei starrer Lagerung des Hüllrohres die Schweißvorrichtung bis zum Anschlag am Hüllrohrende herangeführt wird, dann eine geöffnete Spannzange sowie eine geteilte Schweißelektrode, die beide an der einen Stirnseite der Schweißkammer gelagert sind, über eine voreingestellte Länge über das Hüllrohrende vorgeschoben und mit diesem in Eingriff gebracht wird, anschließend durch pneumatischen Vorschub der in der Schweißkammer geführten zweiten Schweißelektrode, die von dieser mechanisch gefaßte Endkappe an das offene Hüllrohrende herangebracht wird und nach Abdichtung der Schweißkammer mit Hilfe an sich bekannter Dichtungselemente gegenüber dem Hüllrohr und der zweiten Elektrode, der Innenraum derselben evakuiert, anschließend mit Gas bzw. Druckgas gefüllt und die Endkappe auf das Hüllrohrende gepreßt sowie der Schweißstrom über einen Schweißtakter, vorzugsweise als maximal nur wenige Perioden dauernder Wechselstrom eingeschaltet wird. Im Hinblick auf die Einbringung des genannten Vorinnendruckes ist es zweckmäßig, daß bei starrer Lagerung des Hüllrohres je eine Schweißvorrichtung bis zum Anschlag auf je ein Hüllrohrende herangeführt wird und das bereits mit Kernbrennstoffüllung versehene Hüllrohr damit beiderseits mit durch diese zugeführte Endkappen verschlossen wird. Dieser gleichzeitige Verschluß des Hüllrohres an seinen beiden Enden erleichtert die Evakuierung desselben sowie die anschließende Gasfüllung. Der damit praktisch in einem Takt beiderseits verschlossene Brennstab kann dann ohne umständliche Wendebewegungen zur nächsten Bearbeitungsstation, z.B. zur Abarbeitung des Schweißwulstea geführt werden.

Die dieses Verfahren kennzeichnenden Schritte seien nun anhand der schemätischen Figuren 1 bis 6 näher erläutert.

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Die Hüllrohre befinden sich, zunächst - normalerweise bereits mit der Kernbrennstoffüllung versehen - in einem nicht dargestellten Magazin. Von dort werden sie nacheinander mit Hilfe an sich bekannter Vorrichtungen, wie z.B. Transportketten usw. zur Verschlußstation gebracht. In dieser Station werden sie gemäß Fig. 1 gelagert und mit Hilfe einer Spannvorrichtung 7 gegen ein axiales Verschieben gehaltert.

Seitlich des so gelagerten Hüllrohres 1 befinden sich die Preßschweißeinrichtungen, von denen in den Figuren nur eine dargestellt ist. Diese sind - wie durch Pfeile angedeutet - in axialer Richtung des Hüllrohres verschiebbar gelagert.

Die Schweißmaschinen fahren nun auf das Hüllrohr 1 zu bis zum Anschlag am Hüllrohrende und werden in dieser Lage arretiert. Der Anschlag kann rein mechanischer Art sein, könnte jedoch auch durch eine Lichtschranke oder andere bekannte Mittel gebildet werden. Diese Lage ist in Fig. 2 dargestellt.

Sodann fährt die Schweißkammer 6 über eine bestimmte Länge des Hüllrohres 1 vor, siehe Fig. 3. Sodann stellt ein Spannfutter 5, das sich, durch an sich bekannte Mittel am Hüllrohr 1 anlegt, eine kraftSchlussige Verbindung zwischen diesem und der Schweißkammer her. Außerdem wird das vordere Ende des Hüllrohres allseitig von einer zweigeteilten Schweißelektrode 3 kontaktiert, siehe Fig. 4. Die zweite Schweißelektrode 4 wurde in der Zwischenzeit in der dargestellten Weise mit einer Endkappe 2 bestückt, sie ist zu diesem Zweck mit einer federnden Aufnahmevorrichtung versehen, die in den Figuren nicht näher dargestellt ist.

Nach der Kontaktierung des Hüllrohres durch die Schweißelektrode wird nun die zweite Schweißelektrode 4 durch eine mit Isolierstoff 61 gefütterte Bohrung der Schweißkammerwandung 6 in das Innere der Schweißkammer 6 bis kurz vor das Hüllrohrende eingeführt. Alsdann wird dies Kammer durch Aufpressen der Dichtungsringe 63 und 62 gegenüber dem Hüllrohr 1 sowie der Schweißelektrode 4 gasdicht abgeschlossen. Über einen Stutzen 64 wird nun-

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mehr das Schweißkammervolumen sowie der Innenraum des Hüllrohres 1 evakuiert und anschließend mit einem inerten Gas, wie z.B. Helium, bis zu einem vorgegebenen Druck (Vorinnendruck) gefüllt.

Nach Erreichen dieses Zustandes fährt die Elektrode 4 bis zum Preßkontakt mit dem Hüllrohrende vor - dieser Weg beträgt normalerweise nur maximal 1 mm. Nach Erreichen eines vorgegebenen Anpreßdruckes wird entweder von Hand oder automatisch der Schweißstrom eingeschaltet. Der dafür benötigte Transformator, der Schweißtakter sowie die Zuleitung zu den Schweißelektroden 4 und sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Nach Beendigung des Schweißvorganges - die Schweißzeit beträgt beispielsweise nur 0,02 sek - gehen die Spannzange 5, die Elektroden 3 und 4 sowie die Dichtungen 63 und 62 in ihre Ausgangsstellungen zurück. Die Öffnung von Schweißelektrode 3 und Spannzange 5 ist so groß, daß beim anschließenden Zurückfahren der Schweißkammer 6 keine Berührung zwischen dem am Hüllrohr 1 gebildeten Schweißwulst 12 und diesen Teilen stattfinden kann. Diese Situation ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.

Fig. 6 zeigt im Schnitt das verschlossene Hüllrohrende. Hieraus ist zu sehen, daß letzteres durch den Schweißvorgang etwas nach außen gebogen wurde, was durch die angeschrägte Form der Schweißelektrode 3 zur Verbesserung des Schweißkontaktes bewirkt wurde. Der Schweißwulst 12 wird nach Entnahme des verschlossenen Hüllrohres 1 aus der Spannvorrichtung 7 in einer daneben angeordneten, nicht dargestellten, Arbeitsposition spanabhebend beseitigt.

Während dieses Arbeitsganges wird bereits ein neues Hüllrohr in die Schweißvorrichtung eingesetzt und in der vorbeschriebenen Weise verschlossen.

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Die Bewegungen der Schweißvorrichtung als Ganzes sowie der
Schweißkammer und der Elektrode 4 können in an sich bekannter Weise magnetisch, elektromotorisch oder pneumatisch durchgeführt werden. Nicht unerwähnt soll bleiben, daß es selbstverständlich möglich ist, noch Kontrolleinrichtungen für den Sitz der Endkappe in der Elektrode und im Hüllrohr vor Beginn des eigentlichen Schweißvorganges vorzusehen und diese funktionell in den Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte einzubauen.

Iangdauernde Versuche haben erwiesen, daß es nach diesem Verfahren, möglich ist, in besonders rationeller Weise absolut
einwandfreie Schweißverbindungen zwischen Endkappen und Hüllrohren von Kernreaktorbrennstäben herzustellen.

2 Patentansprüche
6 Figuren

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Verbindung von Brennstabendkappen und Brenn-

v ,y stabhüllrohren mit Hilfe der Widerstandspreßschweißtechnik innerhalb einer Schweißkammer sowie evtl. gleichzeitiger Evakuierung bzw. Gasfüllung des Brennstabes, dadurch gekennzeichnet, daß bei starrer Lagerung des Hüllrohres (1) die Schweißvorrichtung bis zum Anschlag am Hüllrohrende herangeführt wird, dann eine geöffnete Spannzange (5) sowie eine geteilte Schweißelektrode (3), die beide an der einen Stirnseite der Schweißkammer (6) gelagert sind, über eine voreingestellte länge über das Hüllrohrende vorgeschoben und mit diesem in Eingriff gebracht wird, anschließend durch pneumatischen Vorschub (8) der in der anderen Stirnseite der Schweißkammer (6) geführten zweiten Schweißelektrode (4), die von dieser mechanisch gefaßte Endkappe (2) an das offene Hüllrohrende herangebracht wird und nach Abdichtung der Schweißkammer (6) mit Hilfe an sich bekannter Dichtungselemente (62 und 63) gegenüber dem Hüllrohr (1) und der zweiten Elektrode (4) der Innenraum derselben evakuiert, anschließend mit Gas bzw. Druckgas gefüllt und die Endkappe auf das Hüllrohrende gepreßt sowie der Schweißstrom über einen Schweißtakter, vorzugsweise als maximal nur wenige Perioden dauernder Wechselstrom eingeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei starrer Lagerung des Hüllrohres je eine Schweißvorrichtung bis zum Anschlag auf je ein Hüllrohrende herangeführt und das bereits mit Kernbrennstoffüllung versehene Hüllrohr damit beiderseits mit durch diese zugeführten Endkappen in einem Arbeitstakt verschlossen wird.

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