EP0141967A1 - Verfahren zum Schliessen eines Behälters für die Lagerung radioaktiver Substanzen - Google Patents

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EP0141967A1
EP0141967A1 EP84110939A EP84110939A EP0141967A1 EP 0141967 A1 EP0141967 A1 EP 0141967A1 EP 84110939 A EP84110939 A EP 84110939A EP 84110939 A EP84110939 A EP 84110939A EP 0141967 A1 EP0141967 A1 EP 0141967A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
lid
layer
line
support surface
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP84110939A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Dipl.-Ing. Bienek
Wilhelm Dr.-Ing. Wick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Steag Kernenergie GmbH
Original Assignee
Steag Kernenergie GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Steag Kernenergie GmbH filed Critical Steag Kernenergie GmbH
Publication of EP0141967A1 publication Critical patent/EP0141967A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/06—Details of, or accessories to, the containers
    • G21F5/12—Closures for containers; Sealing arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for closing a container made of brittle fracture and / or tensile stress-sensitive materials for the storage of radioactive substances, in particular spent fuel elements, with a corresponding cover, in which a corrosion-resistant, metallic layer is applied between the bearing surfaces of the container and cover.
  • This object is achieved in that the contact surfaces of the container and the lid are diffusion-welded by means of a suitable welding agent layer.
  • Diffusion welding methods are known per se (wt magazine for industrial production 71 (1981), pages 13-18; Maschinengon 88 (1982), pages 1933-1936).
  • Process parameters for diffusion welding in the case of smooth-surfaced welding agent layers are essentially a relatively high temperature and a relatively high pressing force which leads to a correspondingly high pressure, as well as the welding time and the welding atmosphere.
  • T S melting temperature of the lowest melting connection partner
  • Diffusion welding thus results in a lower temperature or thermal load on the container and lid, so that this closure technique is particularly suitable for containers made of materials sensitive to brittle fracture and / or tensile stress, which are generally also not resistant to temperature changes.
  • the lower temperature also has advantages for working in the hot cell.
  • the container is intended for final storage, it is sufficient if during the diffusion welding process such a large proportion of the joining surfaces is connected to one another that an essentially liquid-tight connection is established and the connection can absorb the mechanical forces that occur in the repository as a result of the external pressure (mountain pressure) applied there. Under the conditions prevailing in the repository, the diffusion welding process is continued and ultimately a fully welded connection is achieved. However, it is preferred to achieve a dense and corrosion-resistant diffusion welding over the entire joining surface when the container is closed in the hot cell.
  • any oxide skins that may be present are preferably at least partially destroyed before or at the start of diffusion welding.
  • the destruction can take place in that at the beginning of the diffusion welding, after setting the welding parameters, there is a relative movement, preferably rotation, of the lid lying on the diffusion layer relative to the container.
  • a surface structure is provided on at least one of the support surfaces to be joined (container part surface and / or surface of the intermediate layer) such that when joining, i. H. when brought together, the metallic intermediate layer is deformed to the extent to destroy the oxide skins.
  • a single metal such as e.g. B. Au, Cu, A1, Ti, Pt, Ag, Cr, Ni. Au, Cu, A1, in particular Au, are preferred.
  • a metal doped with another metal Au or Cu doped with Li can preferably be used to close a container made of Al 2 0 3 .
  • Brittle fracture and / or tensile stress-sensitive materials for containers and lids are, in addition to the ceramic materials already mentioned above, which include not only Al 2 0 3 but also carbides such as SiC, carbon (also in graphite form), and cast iron, such as, for. B. nodular cast iron, cast steel or cast iron with a higher silicon content, such as. B. silicon casting with a silicon content up to about 17%. Cast iron with a higher silicon content is preferred.
  • the actual silicon casting is said to have a silicon content of 14.5-17%, the carbon being 0.4-0.8%.
  • a silicon casting with a minimum content of approx. 15% Si and a minimum carbon content of approx. 0.7% is particularly suitable for storage in brine. When stored in areas accessible to normal groundwater, a silicon content of at least 3% is desirable.
  • the container and lid are also understood to mean such a configuration in which the container base body and lid have essentially the same axial extension, i. H. also container configurations in which the connecting line between the two container parts lies approximately in the middle of the closed container.
  • the layer can be as. prefabricated molded part can be inserted between the container and the lid or the layer can be built up as a firmly adhering pre-coating on at least one of the contact surfaces.
  • a preferred method is therefore to be specified in which, with a predetermined external force, a relatively high surface pressure is achieved at the start of the welding process.
  • This object is achieved in that when the container is closed, a substantially evenly distributed line and / or point-like contact is built up between the layer and at least one of the support surfaces.
  • At least one of the support surfaces is preferably profiled in a line and / or point-like manner and a smooth, prefabricated component is inserted.
  • molded part should also be understood to mean a discrete particle which is applied to the contact surface with a multiplicity of particles of essentially the same design, for. B. in spherical form. The tightness must be guaranteed.
  • the invention also applies if the rings, the network and the discrete particles are formed directly on the one bearing surface or if the firmly adhering precoating, such as the film mentioned above, is profiled in lines and / or points.
  • the invention is also directed to a container according to claims 19 to 21.
  • the support surfaces can extend substantially perpendicular to the container axis or they are inclined towards the container axis. In the latter case, it is preferred that the bearing surfaces of the container are inclined inwards and the cover outwards if the cover is a flat cover.
  • At least one support surface is preferably profiled in a line and / or point-like manner by the container.
  • Gold is again preferred as the layer material for line and / or point contact.
  • FIG. 2 shows a partial representation of a container, the contact surface of which is provided with a system of concentric grooves and a smooth-surface molded part is placed on the contact surface,
  • a cover 4 rests on the molded part 3.
  • Container 1 and lid 4 are z.
  • a pressure is applied to the cover 4 by a suitable pressure device, so that the molded part 3 is held under a pressure sufficient for diffusion welding between the cover 4 and the container 1.
  • a suitable heating device e.g. inductive heats the molded part 3, the container 1 and the lid 4 in the area of the contact surfaces to a temperature below the melting point of the materials for the container 1, lid 4 and molded part 3 and holds it for a long time until the diffusion weld connection is established along the contact surfaces.
  • a container 5 is provided on its contact surface with a plurality of annular grooves 6 concentric with the container.
  • a prefabricated flat ring 7 is placed on the contact surface.
  • a large number of rings 9 are placed on the smooth contact surface of a container 1.
  • a high surface pressure as a result of the linear contact of the rings of square cross section with the contact surface.
  • the number, the spacing and the diameter of the rings are selected such that an essentially closed joining layer is obtained after the deformation.
  • the materials of the rings can be selected differently from the inside to the outside.
  • Such rings 9 can also be used in FIG. 2 instead of the closed film 7, whereby they are placed on the ring surfaces 6a, for example. H. here the contact surface and molded parts are profiled.
  • a film 10 with a rectangular profile on both sides or a film 11 with a rectangular profile on one side is placed.
  • Other forms of profiling e.g. B. wavy, sawtooth-like, are possible.
  • an unprofiled film can be applied outside the hot cell at higher temperatures and then profiled with a suitable tool.
  • the bearing surface of the container 12 is provided with uniformly distributed depressions 13 in the form of grooves corresponding to themselves in the partial circumferential direction, which are arranged in such a way that polygonal lines of contact enclosing the container opening are also formed here. It is Z. B. also possible to use alone or in combination extending in the radial direction, the groove length is less than the radial extent of the bearing surface.
  • Figures 1-6 are schematic representations to explain the principle. The number of contact lines and / or points and the assigned profile depth together with the layer thickness must be determined depending on the application.
  • the contact surfaces extend essentially perpendicular to the container axis.
  • Other designs such as a stepped molded part and corresponding contact surfaces, are conceivable.
  • the contact surfaces can also be designed to be conically inclined. The conical or straight cylindrical surfaces do not have to be completely covered by the sealing or joining layer, as long as an adequate connection is ensured.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Schliessen eines Behälters aus sprödbruch- und/oder zugspannungsempfindlichen Werkstoffen für die Lagerung radioaktiver Substanzen, insbesondere abgebrannter Brennelemente, mit einem Deckel, bei dem zwischen den Auflageflächen von Behälter und Deckel eine korrosionsfeste, metallische Schicht aufgebracht wird, ist zur Verringerung der Temperaturbelastung erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Auflageflächen von Behälter (1) mittels einer geeigneten Schweissmittelschicht (3; 7; 9; 10; 11) diffusionsverschweisst werden. Durch den Aufbau einer Diffusionsschweissverbindung wird die Belastung von Behälter und Deckel herabgesetzt und gleichzeitig eine gute Verbindung zwischen den beiden Bauteilen aufgebaut. Um eine besonders gute Verbindung zu erzielen ist vorgesehen, dass bei Schliessen des Behälters zwischen der Schicht und wenigstens einer der Auflageflächen eine im wesentlichen gleichmässig verteilte linien- und/oder punktartige Berührung (6a, 7; 9; 10; 11; 13, 7) aufgebaut wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schließen eines Behälters aus sprödbruch- und/oder zugspannungsempfindlichen Werkstoffen für die Lagerung radioaktiver Substanzen, insbesondere abgebrannter Brennelemente, mit einem entsprechenden Deckel, bei dem zwischen den Auflageflächen von Behälter und Deckel eine korrosionsfeste, metallische Schicht aufgebracht wird.
  • Aus der DE-OS 32 O1 884 ist ein solches Verfahren zum dichten Verschließen eines Behälters mit einem Deckel aus keramischem Werkstoff bekannt, bei dem Deckel und Behälter mit einem metallischen Lot verbunden werden. Während des Vorganges des Verschließens in einer Heißen Zelle ist ein vollständiges Aufschmelzen des Lotes notwendig, wobei Behälter und Verschlußdeckel im Bereich der Fügeflächen ebenfalls im wesentlichen auf die Schmelztemperatur des verwendeten metallischen Lots erwärmt werden. Bei Keramiken besteht dabei die Gefahr, daß durch die partielle Erwärmung auf die Schmelztemperatur und den damit verbundenen großen Temperaturgradienten über die Behälter- bzw. Deckelwandung ein Bauteilversagen auftritt. Lotverbindungen sind darüber hinaus nicht immer so korrosionsfest wie der Behälterwerkstoff. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der vorstehend genannten Art zu schaffen, bei dem Behälter und Deckel einer geringeren Temperaturbelastung ausgesetzt werden und zugleich eine gegenüber einer Lotverbindung korrosionsfestere Verbindung aufgebaut wird.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Auflageflächen von Behälter und Deckel mittels einer geeigneten Schweißmittelschicht diffusionsverschweißt werden.
  • Diffusionsschweißverfahren sind an sich bekannt (w. t. - Zeitschrift für die industrielle Fertigung 71 (1981), Seiten 13 - 18; Maschinenmarkt 88 (1982), Seiten 1933 - 1936). Verfahrensparameter für das Diffusionsschweißen bei glattflächigen Schweißmittelschichten sind im wesentlichen eine relativ hohe Temperatur und eine relativ hohe und zu einem entsprechend hohen Druck führende Preßkraft sowie die Schweißzeit und die Schweißatmosphäre. Als Richtwert für die Schweißtemperatur kann etwa 0,5 - 0,7 TS (TS = Schmelztemperatur des niedrigst schmelzenden Verbindungspartners) angegeben werden. Beim Diffusionsschweißen erfolgt somit eine geringere Temperatur bzw. Wärmebelastung von Behälter und Deckel, so daß diese Verschlußtechnik für Behälter aus sprödbruch-und/oder zugspannungsempfindlichen Werkstoffen, die in der Regel auch nicht temperaturwechselbeständig sind, besonders geeignet ist. Durch die niedrigere Temperatur ergeben sich auch Vorteile für das Arbeiten in der Heißen Zelle.
  • Falls der Behälter für die Endlagerung vorgesehen ist, genügt es, wenn beim Diffusionsschweißvorgang ein solch großer Flächenanteil der Fügeflächen miteinander verbunden wird, daß eine im wesentlichen flüssigkeitsdichte Verbindung aufgebaut wird und die Verbindung die mechanischen Kräfte aufnehmen kann, die im Endlager infolge des dort aufgebrachten Außendrucks (Bergdruck) auftreten. Bei den im Endlager herrschenden Bedingungen wird der Diffusionsschweißprozeß fortgesetzt und letztlich eine vollständig durchgeschweißte Verbindung erreicht. Es wird jedoch bevorzugt, beim Verschließen des Behältes in der Heißen Zelle über die gesamte Fügefläche eine dichte und korrosionsfeste Diffusionsverschweißung zu erzielen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Diffusionsschweißverfahren ist die Herstellung spannungsarmer und im wesentlichen homogener Verbindungen zwischen verschiedenen Werkstoffen möglich. Hierbei können auch Werkstoffkombinationen verschweißt werden, die in einem Schmelz-, Schweiß- oder Lötprozeß nicht miteinander verbunden werden können, deren Schmelzpunkte und Wärmedehnungen sehr unterschiedlich sind und/oder die bei partieller Erwärmung unzulässig hohe Wärmespannungen aufbauen.
  • Es ist möglich, daß eine Werkstoffkombination verwendet wird und/oder die Schweißparameter so eingestellt werden, daß ausschließlich ein Festkörperdiffusionsschweißen ohne flüssige Phase erfolgt.
  • Andererseits ist es möglich, eine solche Werkstoffkombination zu verwenden und/oder die Schweißparameter so einzustellen, daß zumindest in den Bindungszonen zwischen metallischer Schicht einerseits und Deckel bzw. Behälter andererseits durch Diffusion die Bildung einer niedrig schmelzenden eutektischen Konzentration der Werkstoffkombination durchlaufen wird. Bei dieser Verfahrensführung läuft der Aufbau der Verbindung somit über eine flüssige Phase. Diese flüssige Phase wird jedoch nicht durch Erwärmen der Werkstoffe für-Behälter, Deckel oder Zwischenschicht auf deren Schmelztemperatur erreicht, sondern durch den Diffusionsvorgang.
  • Um im Bereich der Verbindungszonen die Auflageflächen von Deckel und Behälter und ggf. Zwischenschicht während des Verbindungsvorgangs zu aktivieren, werden vorzugsweise vor oder zu Beginn des Diffusionsschweißens etwaig vorhandene Oxidhäute zumindest teilweise zerstört. Die Zerstörung kann erfolgen, indem zu Beginn des Diffusionsschweißens nach Einstellung der Schweißparameter eine Relativbewegung, vorzugsweise Drehung, des auf der Diffusionsmittelschicht aufliegenden Deckels relativ zum Behälter erfolgt. Es ist auch möglich, daß mindestens auf einer der zu fügenden Auflageflächen (Behälterteiloberfläche und/oder Oberfläche der Zwischenschicht) eine Oberflächenstruktur vorgesehen ist derart, daß beim Fügen, d. h. beim Zusammenbringen, die metallische Zwischenschicht zur Zerstörung der Oxidhäute im vorgegebenem Ausmaß verformt wird. Auch ist es möglich, die mit Oxidhäuten versehenen Oberflächen chemisch zu ätzen oder chemisch reduzierenden Bedingungen, z. B. einer Wasserstoffatmosphäre, auszusetzen. Kombinationen der vorstehenden Maßnahmen sind möglich.
  • Es ist möglich, daß für die Diffusionsmittelschicht ein einziges Metall verwendet wird, wie z. B. Au, Cu, A1, Ti, Pt, Ag, Cr, Ni. Bevorzugt werden Au, Cu, A1, insbesondere Au. Es kann aber auch zweckmäßig sein, ein mit einem anderen Metall dotiertes Metall zu verwenden. Zum Verschließen eines Behälters aus Al203 kann vorzugsweise mit Li dotiertes Au oder Cu eingesetzt werden.
  • Sprödbruch- und/oder zugspannunsempfindliche Werkstoffe für Behälter und Deckel sind neben den bereis vorstehend erwähnten Keramikwerkstoffen, zu denen neben Al203 auch die Karbide wie SiC, Kohlenstoff (auch in Graphitform) gehören, auch Gußeisen, wie z. B. Sphäroguß, Stahlguß oder Gußeisen mit einem höheren Siliciumgehalt, wie z. B. Siliciumguß mit einem Siliciumgehalt bis ca. 17 %. Bevorzugt wird Gußeisen mit einem höheren Siliciumgehalt. Vom eigentlichen Siliciumguß spricht man bei einem Siliciumgehalt von 14,5 - 17 %, wobei der Kohlenstoff bei einem Gehalt von 0,4 - 0,8 % liegt. Für die Lagerung in Salzlaugen ist ein Siliciumguß mit einem Mindestgehalt von ca. 15 % Si und einem Kohlenstoffmindestgehalt von ca. 0,7 % besonders geeignet. Bei Lagerung in normalem Grundwasser zugänglichen Bereichen ist ein Siliciumgehalt von mindestens 3 % anzustreben.
  • In den vorstehenden Ansprüchen und in der vorliegenden Beschreibung wird unter Behälter und Deckel auch eine solche Konfiguration verstanden, bei der Behältergrundkörper und Deckel im wesentlichen gleiche axiale Erstreckung haben, d. h. auch Behälterkonfigurationen, bei denen die Verbindungslinie zwischen den beiden Behälterteilen etwa in der Mitte des geschlossenen Behälters liegt.
  • Die Schicht kann als. vorgefertigtes Formteil zwischen Behälter und Deckel eingelegt werden oder die Schicht kann als fest anhaftende Vorbeschichtung auf mindestens einer der Anlageflächen aufgebaut werden.
  • Bei glattflächiger Ausbildung des Formteils, z. B. als glatter Flachring, bzw. der Vorbeschichtung einerseits und bei glattflächiger Ausbildung der Auflageflächen andererseits erfolgt bei konstanter Kraftbeaufschlagung des Systems Behälter-Deckel beim Schließen des Behälters auch eine im wesentlichen konstante Flächenpressung des Schichtmaterials, d. h. die Flächenpressung kann nur durch Erhöhung der von außen aufgebrachten Kraft erhöht werden.
  • Es hat sich aber in überraschender Weise herausgestellt, daß für den Aufbau der Verbindung eine anfänglich hohe Flächenpressung und die daraus resultierende große Anfangsverformung wesentlich für die Festigkeit der Verbindung ist, wenn die Verbindung bei relativ niedrigen Temperaturen aufgebaut werden soll.
  • In Weiterbildung der Erfindung soll daher ein bevorzugtes Verfahren angegeben werden, bei dem bei vorgegebener äußerer Kraft zu Beginn des Schweißvorgangs eine relativ hohe Flächenpressung erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Schließen des Behälters zwischen der Schicht und wenigstens einer der Auflageflächen eine im wesentlichen gleichmäßig verteilte linien- und/oder punktartige Berührung aufgebaut wird.
  • Bei Aufbringen der vorgegebenen äußeren Kraft auf das System Deckel-Behälter baut sich infolge der linien- und/oder punktartigen Berührung an den Berührstellen eine höhere Flächenpressung auf, die dort zu Spitzenspannungen mit entsprechenden sich im Material einstellenden Druckkegeln in dem Material und zu einer Verformung des Materials führt, wodurch im Bereich der Berührstellen eine besonders gute Schweißverbindung und in den dazwischen liegenden Bereichen eine ausreichende Verbindung aufgebaut werden. Nach Abschluß der Verformung stellt sich in der Schicht eine niedrige und über die Schicht im wesentlichen konstante Flächenpressung und damit eine Spannung ein, die kleiner ist als die anfängliche Spitzenspannung und sich aus der aufgebrachten äußeren Kraft und der gesamten nach der Verformung vorliegenden Berührfläche errechnet.
  • Bei dickeren Schweißmittelschichten ist es zweckmäßig, die bevorzugte linien- und/oder punktartige Berührung auch an der anderen Auflagefläche aufzubauen.
  • Es wurde festgestellt, daß bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung mit relativ niedrigen äußeren Kräften bei relativ niedrigen Temperaturen die zu Beginn des Schweißvorgangs auftretenden hohen Spitzenspannungen und die entsprechenden Verformungen zu einem gleichmäßigen Verschließen des Fügespalts und zum Aufbau einer besseren Verbindung führen, als wenn ein vorgefertigter glatter Flachring oder eine glattflächige Beschichtung auf glatten Auflageflächen bei vorgegebener äußerer Kraft und vorgegebener Temperatur eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise wird dafür Sorge getragen, daß eine die Aufnahmeöffnung des Behälters umschließende Berührlinie aufgebaut wird.
  • Vorzugsweise wird mindestens eine der Auflageflächen linien- und/oder punktartig profiliert und ein glattflächiges vorgefertigtes Bauteil eingelegt.
  • Es kann aber auch zweckmäßig sein, auf eine im wesentlichen plane Auflagefläche mindestens ein Formteil aufzulegen, das die Auflagefläche linienartig und/oder punktartig berührt.
  • Es fällt auch unter die Erfindung, sowohl die Auflagefläche(n) und das Formteil zu profilieren, um die linien- und/oder punktartige Berührung zu erzielen.
  • So ist es bei runden Behältern zweckmäßig, auf mindestens einer Auflagefläche ein System von zur Behälterachse konzentrischen, vorzugsweise geschlossenen, Ringnuten und/oder Radialnuten auszubilden und einen Flachring einzulegen. Es kann eine besonders einfache Verfahrensführung zur gleichmäßigen Überdeckung der Fügefläche bei runden Behältern erzielt werden, wenn auf eine plane Auflagefläche mehrere zum Behälter konzentrische Ringe aufgelegt werden.
  • Eine andere Möglichkeit zur Abdeckung planer Auflageflächen, insbesondere planer ringförmiger Auflageflächen, ist gegeben, wenn auf die Auflagefläche ein entsprechend gestaltetes vorgefertigtes Netzwerk aufgelegt wird.
  • Genauso ist es möglich, daß als vorgefertigtes Bauteil eine linien- und/oder punktartig profilierte Folie aufgelegt wird.
  • Schließlich wird eine besonders einfache Verfahrensführung erreicht, wenn als vorgefertigte Bauteile mehrere zueinander konzentrische Ringe aufgelegt werden, insbesondere Ringe aus verschiedenen Werkstoffen.
  • In der Beschreibung und in den Ansprüchen soll unter dem Begriff "Formteil" auch ein diskretes Teilchen verstanden werden, das mit einer Vielzahl von im wesentlichen gleichartig gestalteten Teilchen auf die Berührfläche aufgebracht wird, z. B. in Kugelform. Hierbei muß die Dichtheit gewährleistet sein.
  • Selbstverständlich fällt auch unter die Erfindung, wenn die Ringe, das Netzwerk und die diskreten Teilchen direkt auf der einen Auflagefläche ausgebildet werden oder wenn die fest anhaftende Vorbeschichtung wie die vorstehend erwähnte Folie linien- und/oder punktartig profiliert wird.
  • Bei Profilierung mindestens einer der Auflageflächen, die zu der erfindungsgemäßen linien- und/oder punktartigen Berührung führt, wird vorzugsweise so viel Schichtmaterial eingebracht, daß nach der Verformung des Schichtmaterials und Erreichung des großflächigen Eingriffs das Profil unter Ausbildung einer gleichmäßigen Schicht aufgefüllt ist. Andererseits wird bei glattflächigen Auflageflächen so viel Material in den Fügespalt eingebracht, daß nach Abbau der linien- und/oder punktförmigen Berührung eine geschlossene Schicht zwischen Behälter und Deckel aufgebaut ist.
  • Die Erfindung richtet sich auch auf einen Behälter nach den Ansprüchen 19 bis 21.
  • Bei dem Behälter können die Auflageflächen sich im wesentlichen senkrecht zur Behälterachse erstrecken oder sie sind zur Behälterachse hin geneigt. Im letzteren Falle wird bevorzugt, daß die Auflageflächen des Behälters nach innen und des Deckels nach außen hin geneigt sind, wenn der Deckel ein Flachdeckel ist.
  • Vorzugsweise ist mindestens eine Auflagefläche vom Behälter linien- und/oder punktartig profiliert.
  • Als Schichtmaterial bei Linien- und/oder Punktberührung wird wiederum Gold bevorzugt.
  • Anhand der beigefügten Figuren sollen verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Behälters näher erläutert werden. Es zeigt:
    • Figur 1
  • einen Behälter mit glattflächigen Anlageflächen, der mittels eines ringförmigen vorgefertigten Bauteils verschlossen ist,
    • Figur 2
  • eine Teildarstellung eines Behälters, dessen Anlagefläche mit einem System von konzentrischen Nuten versehen ist und auf dessen Auflagefläche ein glattflächiges Formteil aufgelegt ist,
    • Figur 3
  • eine Darstellung vergleichbar Figur 2, wobei auf die Auflagefläche des Behälters ein System von zueinander konzentrischen Ringen aufgelegt ist,
    • Figur 4
  • eine Darstellung vergleichbar Figur 3, wobei das Formteil auf der Oberseite profiliert ist,
    • Figur 5
  • eine Darstellung vergleichbar Figur 4,- bei der die Folie auf der Oberseite und auf der Unterseite profiliert ist und
    • Figur 6
  • eine Darstellung vergleichbar Figuren 2 - 3, jedoch nicht mit einer Profilierung von stetig geschlossenen Linien.
  • Ein zylindrischer Behälter 1, der an einem Ende durch einen einstückig mit ihm ausgebildeten Boden la verschlossen ist, ist mit einem radioaktives Material aufnehmenden Innenbehälter 2 gefüllt. Auf der Auflagefläche des Behälters 1 liegt ein vorgefertigtes Formteil 3 in Form eines Flachrings aus einem für eine Diffusionsschweißverbindung geeignetem metallischem Werkstoff auf. Auf dem Formteil 3 liegt ein Deckel 4 auf. Behälter 1 und Deckel 4 bestehen z. B. aus Al203 und das Formteil 3 aus mit Li dotiertem Au. Durch eine geeignete Druckvorrichtung wird auf den Deckel 4 ein Druck aufgebracht, so daß das Formteil 3 unter einem für das Diffusionsschweißen ausreichenden Druck zwischen Deckel 4 und Behälter 1 gehalten ist.
  • Durch eine geeignete Heizvorrichtung (z. B. induktiv) werden das Formteil 3, der Behälter 1 und der Deckel 4 im Bereich der Anlageflächen auf eine unterhalb der Schmelzpunkte der Werkstoffe für Behälter 1, Deckel 4 und Formteil 3 liegende Temperatur erwärmt und so lange gehalten, bis die Diffusionsschweißverbindung längs der Anlageflächen aufgebaut ist.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist ein Behälter 5 auf seiner Anlagefläche mit mehreren zum Behälter konzentrischen Ringnuten 6 versehen. Auf die Anlagefläche ist ein vorgefertigter Flachring 7 aufgelegt. Bei Beaufschlagung des nicht gezeigten Deckels mit einer äußeren Kraft stellt sich auf den Ringflächen 6a zunächst eine höhere Flächenpressung ein. Diese führt zu einer Verformung der Folie. Nach Verformung und Auffüllen der Nuten 6 stellt sich eine niedrigere Flächenpressung ein.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 ist auf die glatte Auflagefläche eines Behälters 1 eine Vielzahl von Ringen 9 aufgelegt. Nach Aufsetzen des Deckels und Beaufschlagung des Deckels mit der äußeren Kraft erfolgt zunächst eine hohe Flächenpressung infolge der Linienberührung der Ringe von quadratischem Querschnitt mit der Auflagefläche. (Andere Querschnittsformen, z. B. kreisförmig, rautenförmig, sind möglich.) Die Zahl, der Abstand und der Durchmesser der Ringe ist so gewählt, daß sich nach der Verformung eine im wesentlichen geschlossene Fügeschicht einstellt. Die Werkstoffe der Ringe können von innen nach außen unterschiedlich gewählt sein. Solche Ringe 9 können bei Figur 2 auch anstelle der geschlossenen Folie 7 verwendet werden, wobei sie beispielsweise auf die Ringflächen 6a aufgelegt werden, d. h. hier sind Auflagefläche und Formteile profiliert.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figuren 4 und 5 wird anstelle der Ringe 9 eine beidseitig rechteckig profilierte Folie 10 bzw. eine einseitig rechteckig profilierte Folie 11 aufgelegt. Andere Profilierungsformen, z. B. wellenförmig, sägezahnähnlich, sind möglich. Bei Figur 5 kann eine unprofilierte Folie außerhalb der Heißen Zelle bei höheren Temperaturen aufgebracht und danach mit einem geeigneten Werkzeug profiliert werden.
  • Während bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 2 - 5 eine linienartige Berührung zwischen vorgefertigten Formteilen und der Anlagefläche erzielt wird, wird bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 eine Berührung zwischen der Anlagefläche eines Behälters 12 und einer glattflächigen Folie, z. B. Flachring 7, ohne stetig geschlossene Linienberührung erzielt. Zu diesem Zwecke ist die Auflagefläche des Behälters 12 mit gleichmäßig verteilten Vertiefungen 13 in Form an sich in Teilumfangsrichtung entsprechenden Nuten versehen, die so angeordnet sind, daß sich auch hier die Behälteröffnung umschließende polygonale Berührlinien ausbilden. Es ist z. B. auch möglich, alleine oder in Kombination sich in Radialrichtung erstreckende Nuten zu verwenden, wobei die Nutenlänge kleiner ist als die radiale Erstreckung der Auflagefläche.
  • Die Figuren 1 - 6 sind schematische Darstellungen zur Erläuterung des Prinzips. Die Anzahl der Berührlinien und/oder -punkte und die zugeordnete Profiltiefe zusammen mit der Schichtdicke müssen in Abhängigkeit vom Anwendungsfall bestimmt werden.
  • Bei den Ausführungsformen erstrecken sich die Anlageflächen im wesentlichen senkrecht zur Behälterachse. Andere Ausbildungen, wie gestuftes Formteil und entsprechende Anlageflächen, sind denkbar. Die Anlageflächen können auch - wie in der Beschreibungseinleitung bereits erwähnt - konisch geneigt ausgebildet sein. Die konischen oder geradzylindrischen Flächen müssen nicht zur Gänze von der Dichtungs- bzw. Fügeschicht abgedeckt werden, so lange eine ausreichende Verbindung sichergestellt ist.
  • Es ist auch möglich, auf den konischen oder geradzylindrischen Flächen Gewinde auszubilden.

Claims (21)

1. Verfahren zum Schließen eines Behälters aus sprödbruch- und/oder zugspannungsempfindlichen Werkstoffen für die Lagerung radioaktiver Substanzen, insbesondere abgebrannter Brennelemente, mit einem entsprechenden Deckel, bei dem zwischen den Auflageflächen von Behälter und Deckel eine korrosionsfeste, metallische Schicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auflageflächen von Behälter (1) und Deckel (4) mittels einer geeigneten Schweißmittelschicht (3;7;9;10;11) diffusiönsverschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Werkstoffkombination verwendet wird und/oder die Schweißparameter so eingestellt werden, daß ausschließlich ein Festkörperdiffu- sionsschweißen ohne flüssige Phase erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Werkstoffkombination verwendet wird und/oder die Schweißparameter so eingestellt werden, daß zumindest in den Bindungszonen zwischen metallischer Schicht einerseits und Deckel bzw. Behälter andererseits durch Diffusion die Bildung einer niedrig schmelzenden eutektischen Konzentration der Werkstoffkombination durchlaufen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet,
daß vor oder zu Beginn des Diffusionsschweißens etwaig vorhandene Oxidhäute zumindest teilweise zerstört werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Diffusionsmittelschicht ein einziges Metall verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein mit einem anderen Metall dotiertes Metall verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht als vorgefertigtes Formteil zwischen Behälter und Deckel eingelegt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht als festhaftende Vorbeschichtung (3;11) auf mindestens einer der Auflageflächen aufgebaut wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 - 8, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Schließen des Behälters zwischen der Schicht und wenigstens einer der Auflageflächen eine im wesentlichen gleichmäßig verteilte linien-und/oder punktartige Berührung (6a;7;9;10;11;13,7) aufgebaut wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Aufnahmeöffnung des Behälters umschließende Berührlinie aufgebaut wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine der Auflageflächen (6;13) linien- und/oder punktartig profiliert wird und ein glattflächiges vorgefertigtes Bauteil (7) eingelegt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß auf eine im wesentlichen plane Auflagefläche mindestens ein Formteil (9;10;11) aufgelegt wird, das die Auflagefläche linienartig und/oder punktartig berührt.
13. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Auflagefläche linien- und/oder punktartig profiliert wird und auf die Auflagefläche mindestens ein linienartig und/oder punktartig profiliertes Formteil aufgelegt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf mindestens einer Auflagefläche ein System von zur Behälterachse konzentrischen Ringnuten (6) und/oder Radialnuten ausgebildet wird und ein Flachring (7) eingelegt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf die Auflagefläche ein vorgefertigtes Netzwerk aufgelegt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß als vorgefertigtes Bauteil eine linien- und/oder punktartig profilierte Folie (10;11) aufgelegt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß als vorgefertigte Bauteile mehrere zueinander konzentrische Ringe (9) unterschiedlichen Durchmessers aufgelegt werden, insbesondere Ringe aus verschiedenen Werkstoffen.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstoffe für Behälter und Deckel ausgewählt sind aus der Gruppe folgender sprödbruch-und/oder zugspannungsempfindlicher Werkstoffe: Keramikwerkstoffe, Gußeisen, insbesondere Gußeisen mit einem höheren Siliciumgehalt.
19. Mit einem Deckel geschlossener Behälter für die Lagerung radioaktiver Substanzen, bei dem zwischen den Auflageflächen von Behälter und Deckel, die aus sprödbruch- und/oder zugspannungsempfindlichen Werkstoffen bestehen, eine korrosionsfeste metallische Schicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter (1) und der Deckel (4) durch eine mittels der metallischen Schicht (3;7;9;10;11) aufgebaute Diffusionsschweißverbindung miteinander verbunden sind.
20. Behälter nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auflageflächen sich im wesentlichen senkrecht zur Behälterachse erstrecken oder zur Behälterachse hin geneigt sind.
21. Behälter nach Anspruch 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Auflagefläche von Behälter (1;5;12) oder Deckel linien- und/oder punktartig profiliert ist.
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