EP0169440B1 - Verfahren zum Schliessen eines Behälters zur Aufnahme von radioaktivem Material und Behälter zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Schliessen eines Behälters zur Aufnahme von radioaktivem Material und Behälter zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0169440B1
EP0169440B1 EP85108580A EP85108580A EP0169440B1 EP 0169440 B1 EP0169440 B1 EP 0169440B1 EP 85108580 A EP85108580 A EP 85108580A EP 85108580 A EP85108580 A EP 85108580A EP 0169440 B1 EP0169440 B1 EP 0169440B1
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EP
European Patent Office
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container body
face
closure cap
container
contact
Prior art date
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EP85108580A
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English (en)
French (fr)
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EP0169440A3 (en
EP0169440A2 (de
Inventor
Heinz Dipl.-Ing. Bienek
Wilhelm Dr. Dipl.-Ing. Wick
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Steag Kernenergie GmbH
Original Assignee
Steag Kernenergie GmbH
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Publication date
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Publication of EP0169440A3 publication Critical patent/EP0169440A3/de
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    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49758—During simulated operation or operating conditions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining
    • Y10T29/49863—Assembling or joining with prestressing of part

Definitions

  • the invention relates to a method for closing a container made of metallic material for receiving radioactive material, in particular radioactive material introduced into an inner container, in which a closure lid is at least partially inserted into a front receiving opening of a basic container body under radial guidance, the closure lid under a predetermined Contact force that significantly exceeds the weight of the closure lid is held in contact with a contact surface of the container base body formed in the region of the front receiving opening and is welded to the container base body in this position.
  • the invention further relates to a container suitable for carrying out this method.
  • the thermal loading during welding can lead to bulging or opening in both cover configurations, which corresponds to a stress load on the weld seam.
  • the invention has for its object to improve the method of the generic type and the container suitable for carrying out this method so that the welded seam with the container base body of corrosion-critical shear, shear and tensile stresses, in particular under the considerable mechanical long-term loads, with a high load capacity of the closure lid is largely exempt from final storage.
  • This object is achieved procedurally in that an at least on its inner surface domed closure cap is used and that the predetermined contact pressure between a radially extending bearing surface of the closure cover and a radially extending contact surface of the container body is made effective.
  • the sealing cover By pressing the sealing cover against the radially running contact surface of the container body, a surface contact is maintained during welding, which avoids bulges or gaps as a result of thermal stress during welding.
  • the dome-like arched inner surface of the cover when it is loaded under the rock pressure during final storage, practically no corrosion-critical loads and tensions are introduced into the weld seam, because the cover, which is curved at least on the inside, largely resists bulging inwards and to avoid corrosion-critical loads and tensions in the welded connection between the closure lid and the container base body in the repository, it is important to press the closure lid against the contact surface of the container base body with a contact force that significantly exceeds the weight of the closure lid during the construction of the welded connection.
  • the contact pressure is preferably selected in the amount of the external load expected in the final deposit.
  • a particularly simple procedure when closing the container in the hot cell can be achieved in a further development of the invention in that the contact pressure is built up by means of a pressing device acting on the cover from the outside and the pressing device is removed after the welding. After the pressing device has been removed, the weld itself bears the contact pressure or preload force until an external pressure builds up in the repository. In the repository, however, the welded connection becomes stress-free again, so that stress corrosion cracking is avoided.
  • This contact pressure is preferably removed by a positive or non-positive engagement between the closure lid and the container body, that is to say not at least not only by the welded connection.
  • the invention provides in a further development that the contact pressure is built up by means of a positive engagement between the closure lid and the container body, preferably by means of a thread engagement between an external thread of the closure lid and an internal thread of the container body. In this case, the flank load of the positive engagement is relieved in the case of the external pressure load on the closure cover.
  • a thread engagement as A bayonet lock or the like can also be provided in a form-fitting manner.
  • the container made of metallic material suitable for carrying out the method according to the invention which is provided with a container base body with an end-side receiving opening and a contact surface formed in the region of the end-side receiving opening and a radially guided sealing cover, wherein the sealing cover is welded to the front receiving opening of the basic container body and is held in contact with the contact surface of the basic container body under the action of a predetermined contact pressure, is characterized in that the closure lid is domed at least on its inner surface and is provided with a radially extending bearing surface which can be placed on the radially extending bearing surface.
  • the closure cover is preferably provided with an external thread which engages with an internal thread formed in the region of the front receiving opening. This results in a particularly simple application of the contact pressure and there is no stress on the weld seam when transport aids are attacked on the cover.
  • closure cover prefferably be provided with an external shrink engagement surface, which has an area in the region of the front-side receiving opening provided internal shrink engagement surface is in shrink engagement.
  • the production of external and internal threads or other positive engagement means can be dispensed with.
  • the outer surface of the closure lid can, for. B. be a radially extending flat surface. However, it is preferred that the lid is also domed on its outer surface.
  • the cover is provided on its dome-like curved outer surface with a ring-like projection, the outer diameter of which is adapted to the inner diameter of the front receiving opening at its free end.
  • the lid with a circumferential flange which rests and / or rests on a corresponding annular surface of the basic container body.
  • a transport mushroom When using a ring-like approach, a transport mushroom can advantageously be screwed into this.
  • a mold 2 with highly radioactive waste is introduced into a container base body 1, which consists of a double-domed base 1a, a straight-cylindrical jacket 1b and a receiving opening area 1c, a gap remaining with the inner surface 3 of the jacket 1b.
  • a relief groove 4 and a radially extending ring-like contact surface 5 are provided in the transition region between the casing 1b and the receiving opening region 1c (cf. FIG. 1).
  • Adjacent to the contact surface 5 are an axially extending guide surface 6, an internal thread 7, a shorter guide surface 6 'and a joining surface 8.
  • the internal thread 7 is preferably designed as a conical thread.
  • a cover 9 is screwed, which rests on the contact surface 5 with an annular bearing surface 10. Furthermore, it is guided with guide sections 11 and 11 'on the guide surface 6 or 6' and is in threaded engagement with the internal thread 7 with an external thread 12.
  • the inner surface 13 enclosed by the bearing surface 10 and the outer surface 14 of the cover 9 are domed like a dome.
  • the cover 9 is provided with a ring-like extension 15 which has a joint surface 16 corresponding to the joint surface 8.
  • the lid 9 is screwed in between the surfaces 5 and 10 until a predetermined contact pressure is reached. Then a sealing weld 17 is built up between the two joining surfaces 8 and 16.
  • the weld seam can be built up by introducing welding aids or by welding without a welding wire.
  • the dome-like design of the bottom 1 a and the cover 9 enables additional shields 18 and 19 to be introduced, the additional cover shield 19 being secured in the cover by a ring 20.
  • the ring extension 15 enables the screwing in of a transport mushroom shown in broken lines in FIG. 1, which can be unscrewed in the deposit.
  • the depth of the corrosion path is determined by the depth of the weld joint 17 and can be extended by a corresponding extension of the ring extension 15 and the container body.
  • the wall thicknesses of the container bottom 1a and lid 9 are made thinner than the wall thickness of the jacket 1b. As a result, the different radial deformation of the dome-shaped cover or the dome-like curved base is compensated for within certain limits.
  • the dome-like outer surface of the additional lid shield 19 is arranged at a certain distance from the inner surface 13 of the lid, so that the inner additional shield 19 is radially displaceable to a certain extent, so that the container jacket in the lid area is free under the external pressure load can deform without the shield 19 and thus the retaining ring 20 are loaded.
  • the additional shielding 18 is also designed relative to the floor 1a in such a way that it can be moved radially.
  • a peripheral flange 21a is provided on a closure cover 21, the underside 21b of which is welded to the free end face of the receiving opening area 1c.
  • the guide surface 6 'between the thread 7 and the free end face is designed to fit tightly in order to avoid a radial displacement of the cover 21.
  • a peripheral flange 23 is provided on a cover 22, the substantially axially extending outer surface 23a of which is welded to a partial surface of the receiving opening region 1c that extends in the circumferential direction.
  • the contact surface 5 of the basic container body 1 is followed by a smooth-faced, straight-cylindrical and axially extending engagement surface 24, which is followed by the joining surface 8; these areas together determine the receiving opening area 1c.
  • a closure cover 25 is shrunk, which rests with its ring-like contact surface 10 on the contact surface 5 under a predetermined contact force that exceeds the weight of the closure cover.
  • the closure cover 25, like the cover 9, has domed surfaces 13 and 14 and an annular extension 15 with a joint surface 16 corresponding to the joint surface 8.
  • the lid is provided with a shrink engagement surface 26 which is in shrink engagement with the surface 24.
  • the mold 2 is centered at its upper end with respect to the container and secured against axial displacement in the repository container by means of a fastening ring 27 with a welded-on slotted spring element 28, which rests on the securing ring 20.
  • This measure can also be used with advantage in the embodiments according to FIGS. 1-3.
  • the receiving opening area 1c is heated, preferably inductively from the outside. Then the lid, previously cooled to ambient temperature, is inserted into the receptacle and, while maintaining a force applied to the lid 25 from the outside by means of a pressing device, is held in abutment on the contact surface 5 until there is temperature compensation between the lid and the container body.
  • the geometry and fit of the lid and the receiving area are selected so that after the temperature has been equalized, the lid is held immovably in the base body of the container due to the adhesive forces caused by the compressive stress such that even after the forces acting from outside have been reduced (symbolically in FIG attacking arrows K) the predetermined contact pressure between the surfaces 5 and 10 is maintained.
  • the subsequent preheating of the lid and container body in the area of the joining surfaces 8 and 16 and the construction of the weld seam 17 uniformly heats both components and thus deforms them in such a way that the radially directed compressive stress and the axially directed predetermined contact force are retained.
  • a graduated fit for. B. to use a graded fit with approximately the same length of seat and different tolerance zones. You can e.g. B. to the weld 17 subsequent fit with a larger diameter than a press fit and the fit below and adjacent to the contact surface 5 of a smaller diameter can be designed as a transition fit.
  • a shrinking engagement can be provided instead of a threaded engagement to hold the contact pressure.
  • the diffusion welding can be the entire engagement surface or part of the z. B. cover like a ring, as indicated in Figure 4 by the reference character D.
  • the diffusion welding can at least partially relieve the external weld 17 or possibly completely replace it. For safety reasons, however, the construction of an externally controllable weld seam is always preferred.
  • Non-alloyed or low-alloyed steels or cast materials are preferably used as the metallic material for container base body 1 and cover 9, 21, 22 and 26. Between the contact surfaces 5 and 10, a seal can also be built, for. B. by Introducing a silver ring or foil or by diffusion welding according to P 33 34 660.
  • the weld can be built up by known methods, e.g. B. electron beam or inductive.
  • the embodiment according to FIG. 1 is preferred in terms of welding technology because in this embodiment relatively small masses of material have to be heated in order to build up the weld seam 17.
  • the weld seam is not subjected to tensile or shear stresses, and that when the high operating pressure is applied to the container body and lid as a result of the system and the dome-like design, at least the inner surface of the lid is stress-induced Corrosion in the weld seam is avoided.
  • the weld seam essentially only has to act as a sealing seam, since transport forces acting on the cover are absorbed by the positive engagement or shrink engagement.
  • the welded connection be it as an external weld seam or internal diffusion welded connection, contributes in a targeted manner to corrosion protection and / or to fastening the cover.
  • the shrink engagement increases the corrosion resistance, so that the axial length of the weld seam 17 can possibly be reduced to a corresponding extent.
  • welding chosen in the claims and in the description also includes soldering, unless explicit reference is made to "diffusion welding".
  • An annular surface 1d is formed between the container bottom 1a and the casing 1b (see FIG. 1), which corresponds to the annular end face of the opening area 1c and thus enables the containers to be stacked.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schließen eines Behälters aus metallischem Werkstoff zur Aufnahme von radioaktivem Material, insbesondere von in einen Innenbehälter eingebrachtem radioaktiven Material, bei dem ein Verschlußdeckel zumindest teilweise in eine stirnseitige Aufnahmeöffnung eines Behältergrundkörpers unter radialer Führung eingeführt wird, der Verschlußdeckel unter einer vorgegebenen Anpreßkraft, die das Gewicht des Verschlußdeckels wesentlich übersteigt, in Anlage an eine im Bereich der stirnseitigen Aufnahmeöffnung ausgebildeten Anlagefläche des Behältergrundkörpers gehalten wird und in dieser Lage mit dem Behältergrundkörper verschweißt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Behälter.
  • Aus der GB-A-2106442 ist ein Verfahren der gattungsgemäßen Art bekannt, bei dem der Behältergrundkörper mit einer nach außen erweiterten konischen Aufnahmeöffnung versehen ist und der Verschlußdeckel einen entsprechend konisch abgedrehten Mantel aufweist. Der Verschlußdeckel wird beim Schließen in die stirnseitige Öffnung axial eingedrückt, wobei die gleichkonischen zusammenwirkenden Flächen eine radiale Führung bilden. Danach wird der Verschlußdeckel durch eine umlaufende Schmelzflußverbindung mit der Aufnahmeöffnung des Behältergrundkörpers verschweißt. Aus der EP-A2-77 955 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zum einen ein flacher Deckel mit einem sich nach außen erstreckenden Randflansch in die stirnseitige Aufnahmeöffnung eines Behältergrundkörpers eingebracht und die Stirnseite des Behältergrundkörpers mit der Stirnseite des Flansches des Verschlußdeckels verschweißt wird und zum anderen auf einen sich am stirnseitigen Ende des Behälters erstreckenden Ringflansch ein flacher Deckel aufgelegt und mit dem Behältergrundkörper längs einer umlaufenden Schweißfuge verschweißt wird.
  • Bei dem bekannten Behälter mit zylinderartigem Deckel Figur 1 der EP-A2 77 955) wird im Fügebereich keine Anpreßkraft aufgebracht, während bei dem Behälter mit plattenartigem Deckel (Figur 2 der EP-A2 77 955) die Anpreßkraft nur durch das Gewicht des Deckels bestimmt ist.
  • Infolge fehlender oder nicht ausreichender Anpreßkraft kann es bei beiden Deckelkonfigurationen durch die thermische Beaufschlagung beim Schweißen zu einer Aufwölbung bzw. Aufklaffung kommen, was einer Spannungsbelastung der Schweißnaht entspricht.
  • Wenn ein solcher Behälter in eine Endlagerstätte eingebracht wird und der Verschlußdeckel durch eine geologische Formation, wie z. B. Salz oder Granit, belastet wird, wird die Schweißnaht darüber mit für den Werkstoff korrosionskritischen Schub- und Zugspannungen belastet, die durch Verformung der flachen Deckelscheibe hervorgerufen wird. Eine derartige Spannungsbelastung der Schweißnaht verschlechtert deren Korrosionsverhalten ganz wesentlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der gattungsgemäßen Art und den zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Behälter so zu verbessern, daß bei hoher Belastungsfähigkeit des Verschlußdeckels dessen Schweißnaht mit dem Behältergrundkörper von korrosionskritischen Scher-, Schub- und Zugbeanspruchungen insbesondere unter den erheblichen mechanischen Langzeitbelastungen bei der Endlagerung weitgehend befreit ist.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß ein zumindest auf seiner Innenfläche kuppelartig gewölbter Verschlußdeckel verwendet wird und daß die vorgegebene Anpreßkraft zwischen einer radial verlaufenden Auflagefläche des Verschlußdeckels und einer sich radial erstreckenden Anlagefläche des Behältergrundkörpers wirksam gemacht wird.
  • Durch Anpressen des Verschlußdeckels an die radial verlaufende Anlagefläche des Behältergrundkörpers bleibt beim Schweißen ein Flächenkontakt erhalten, der Aufwölbungen bzw. Aufklaffungen infolge thermischer Beaufschlagung beim Schweißen vermeidet. Infolge der kuppelartig gewölbten Innenfläche des Deckels werden bei seiner Belastung unter dem Gebirgsdruck bei der Endlagerung praktisch keine korrosionskritischen Belastungen und Spannungen in die Schweißnaht eingeleitet, weil der zumindest innen gewölbte Deckel einer Durchbeulung nach innen weitgehend widersteht Um Bewegungen des Deckels unter der Belastung im Endlager und korrosionskritische Belastungen und Spannungen in der Schweißverbindung zwischen Verschlußdeckel und Behältergrundkörper im Endlager zu vermeiden, ist es wichtig, den Verschlußdeckel während des Aufbaus der Schweißverbindung mit einer das Gewicht des Verschlußdeckels wesentlich übersteigenden Anpreßkraft gegen die Anlagefläche des Behältergrundkörpers zu pressen. Dabei wird die Anpreßkraft vorzugsweise in Höhe der in der Endlagerstätte erwartenden Außenbelastung gewählt.
  • Eine besonders einfache Verfahrensführung beim Verschließen des Behälters in der heißen Zelle läßt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß die Anpreßkraft mittels einer von außen auf den Deckel einwirkenden Preßeinrichtung aufgebaut wird und die Preßeinrichtung nach dem Verschweißen abgezogen wird. Nach Abzug der Preßeinrichtung trägt die Schweißung selbst bis zum Aufbau eines Außendrucks im Endlager die Anpreß- bzw. Vorspannkraft. Im Endlager wird die Schweißverbindung jedoch wieder spannungsfrei, so daß Spannungsrißkorrosionen vermieden werden.
  • Vorzugsweise wird diese Anpreßkraft durch einen formschlüssigen oder kraftschlüssigen Eingriff zwischen dem Verschlußdeckel und dem Behältergrundkörper abgetragen, also nicht, zumindest nicht allein von der Schweißverbindung aufgenommen. Hierzu sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, daß die Anpreßkraft mittels formschlüssigen Eingriffs zwischen Verschlußdeckel und Behältergrundkörper, vorzugsweise mittels eines Gewindeeingriffs zwischen einem Außengewinde des Verschlußdeckels und einem Innengewinde des Behältergrundkörpers, aufgebaut wird. Dabei wird im Falle der Außendruckbelastung des Verschlußdeckels die Flankenbelastung des Formschlußeingriffs entlastet. Anstelle eines Gewindeeingriffs als Formschluß kann auch ein Bajonettverschluß o. dgl. vorgesehen werden.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, den Verschlußdeckel unter Einwirkung der durch eine Preßeinrichtung aufgebrachten Anpreßkraft in die stirnseitige Öffnung des Behältergrundkörpers einzuschrumpfen, wobei die Anpreßkraft beibehalten wird, bis nach Temperaturausgleich der Deckel durch Schrumpfeingriff unverschiebbar im Behältergrundkörper gehalten wird.
  • Der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Behälter aus metallischem Werkstoff, der mit einem Behältergrundkörper mit stirnseitiger Aufnahmeöffnung und einer im Bereich der stirnseitigen Aufnahmeöffnung ausgebildeten Anlagefläche und einem radial geführten Verschlußdeckel versehen ist, wobei der Verschlußdeckel mit der stirnseitigen Aufnahmeöffung des Behältersgrundkörpers verschweißt und, unter Einwirking einer vorgegebenen Anpreßkraft in Anlage an die Anlagefläche des Behältergrundkörpers gehalten ist, zeichnet sich dadurch aus, daß der Verschlußdeckel zumindest auf seiner Innenfläche kuppelartig gewölbt ausgebildet und mit einer sich radial erstreckenden Auflagefläche versehen ist, die auf der radial verlaufenden Anlagefläche aufsetzbar ist.
  • Vorzugsweise ist der Verschlußdeckel mit einem Außengewinde versehen, daß mit einem im Bereich der stirnseitigen Aufnahmeöffnung ausgebildeten Innengewinde in Eingriff steht. Dadurch wird ein besonders einfaches Aufbringen der Anpreßkraft erzielt und bei Angriff von Transporthilfsmitteln am Deckel erfolgt keine Belastung der Schweißnaht.
  • Es ist aber auch möglich, daß der Verschlußdeckel mit einer außenliegenden Schrumpfeingriffsfläche versehen ist, die mit einer im Bereich der stirnseitigen Aufnahmeöffnung vorgesehenen innenliegenden Schrumpfeingriffsfläche in Schrumpfeingriff steht. Bei dieser Ausführungsform des Behälters kann die Herstellung von Außen- und Innengewinde oder anderer formschlüssiger Eingriffsmittel in Fortfall kommen.
  • Bei einem Behälter mit eingeschrumpften Deckel kann zwischen den Schrumpfeingriffsflächen eine Diffusionsschweißung aufgebaut sein, wie sie z. B. in der Patentanmeldung P 33 34 660.7-33 vom 24.09.1983 beschrieben ist.
  • Die Außenfläche des Verschlußdeckels kann z. B. eine sich radial erstreckende plane Fläche sein. Es wird jedoch bevorzugt, daß der Deckel auch auf seiner Außenfläche kuppelartig gewölbt ist.
  • Für die Lage der Schweißnaht gibt es eine Reihe von Möglichkeiten. Es wird jedoch bevorzugt, daß der Deckel auf seiner kuppelartig gewölbten Außenfläche mit einem ringartigen Ansatz versehen ist, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der stirnseitigen Aufnahmeöffnung an deren freien Ende angepaßt ist. Eine solche Konstruktion ist aus der EP-A2 77 955 (Figur 2) und aus der älteren Druckschrift KfK 3000, September 1980 - "Vergleich der verschiedenen Entsorgungsalternativen und Beurteilung ihrer Realisierbarkeit" -, Studie- "Entsorgungsalternativen" - Kernforschungszentrum Karlsruhe, ISSN 0303-4003, Seite 4-69, Abbildung 4.9 - "Zweischaliger Brennelementbehälter" -, bekannt. Die zuletzt genannte Literaturstelle betrifft einen zweischaligen Brennelementbehälter, bei dem die äußere Behälterschale mit einem entsprechend der Figur 2 der EP-A2 77 955 geformten äußeren Verschlußdeckel verschweißt ist.
  • Es ist aber auch möglich, den Deckel mit einem Umfangsflansch zu versehen, der auf einer entsprechenden Ringfläche des Behältergrundkörpers aufliegt und/oder anliegt.
  • Bei Verwendung eines ringartigen Ansatzes kann in diesem vorteilhaft ein Transportpilz eingeschraubt werden.
  • Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
    • Figur 1
      einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform,
    • Figuren 2 und 3
      Teilschnitte durch weitere Ausführungsformen mit Gewindeeingriff zwischen Verschlußdeckel und Behältergrundkörper und
    • Figur 4
      eine Ausführungsform mit Schrumpfeingriff zwischen Verschlußdeckel und Behältergrundkörper.
  • In einem Behältergrundkörper 1, der aus einem doppelkuppelartig gewölbten Boden 1a einem geradzylindrischen Mantel 1b und einem Aufnahmeöffnungsbereich 1c besteht, ist eine Kokille 2 mit hoch radioaktivem Abfall eingebracht, wobei zur Innenfläche 3 des Mantels 1b ein Spalt verbleibt. Im Übergangsbereich von Mantel 1b und Aufnahmeöffnungsbereich 1c sind eine Entlastungsnut 4 und eine sich radial erstreckende ringartige Anlagefläche 5 vorgesehen (vgl. Figur 1). An die Anlagefläche 5 schließen sich eine sich axial erstreckende Führungsfläche 6, ein Innengewinde 7, eine kürzere Führungsfläche 6' und eine Fügefläche 8 an. Das Innengewinde 7 ist vorzugsweise als Kegelgewinde ausgebildet. In den Aufnahmeöffnungsbereich 1c ist ein Verschlußdeckel 9 eingeschraubt, der mit einer ringartigen Auflagefläche 10 auf der Anlagefläche 5 auf liegt. Weiterhin ist er mit Führungsabschnitt 11 und 11' an der Führungsfläche 6 bzw. 6' geführt und steht mit einem Außengewinde 12 in Gewindeeingriff mit dem Innengewinde 7.
  • Die von der Auflagefläche 10 umschlossene Innenfläche 13 und die Außenfläche 14 des Deckels 9 sind kuppelartig gewölbt. Auf der Außenfläche ist der Deckel 9 mit einem ringartigen Ansatz 15 versehen, der eine der Fügefläche 8 entsprechende Fügefläche 16 besitzt.
  • Zum Verschließen des Behälters wird der Deckel 9 bis zum Erreichen einer vorgegebenen Anpreßkraft zwischen den Flächen 5 und 10 eingeschraubt. Danach wird zwischen den beiden Fügeflächen 8 und 16 eine Dicht-Schweißnaht 17 aufgebaut.
  • Die Schweißnaht kann durch Einbringen von Schweißhilfsgut oder durch Schweißen ohne Schweißdraht aufgebaut werden.
  • Bei Belastung des Verschlußdeckels 9 im Endlager werden keine Spannungen infolge Deckelverformung in die Schweißnaht 17 übertragen, so daß es in ihr im wesentlichen nicht zu einer Spannungsrißkorrosion kommen kann.
  • Die kuppelartige Ausbildung des Bodens 1a und des Deckels 9 ermöglicht das Einbringen von Zusatzabschirmungen 18 bzw. 19, wobei die Deckelzusatzabschirmung 19 in dem Deckel durch einen Ring 20 gesichert ist.
  • Der Ringansatz 15 ermöglicht bei Ausbildung eines Innengewindes auf seiner die äußere Kuppel 14 greifenden Innenfläche das Einschrauben eines in der Figur 1 strichpunktiert dargestellten Transport-Pilzes, der in der Lagerstätte abgeschraubt werden kann.
  • Durch die Tiefe der Schweißfuge 17 wird die Tiefe des Korrosionsweges bestimmt und kann durch entsprechende Verlängerung des Ringansatzes 15 und des Behältergrundkörpers verlängert werden.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung und insbesondere aus der Figur 1 ersichtlich ist, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, sind die Wanddicken von Behälterboden 1a und Deckel 9 dünner als die Wanddicke des Mantels 1b ausgeführt. Hierdurch wird in gewissen Grenzen die unterschiedliche radiale Verformung des kuppelartig gestalteten Deckels bzw. des kuppelartig gewölbten Bodens ausgeglichen.
  • Wie aus der Figur 1 ersichtlich, ist die kuppelartige Außenfläche der Deckelzusatzabschirmung 19 in einem gewissen Abstand von der Innenfläche 13 des Deckels angeordnet, so daß die innenliegende Zusatzabschirmung 19 im gewissen Maße radial verschiebbar ist, so daß der Behältermantel im Deckelbereich sich unter der Außendruckbelastung frei verformen kann, ohne daß die Abschirmung 19 und damit der Haltering 20 belastet werden. Auch die Zusatzabschirmung 18 ist relativ zum Boden 1a so gestaltet, daß eine radiale Verschiebbarkeit gegeben ist.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist ein Umfangsflansch 21a an einem Verschlußdeckel 21 vorgesehen, dessen Unterseite 21b mit der freien Stirnfläche des Aufnahmeöffnungsbereichs 1c verschweißt ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Führungsfläche 6' zwischen Gewinde 7 und freier Stirnfläche in enger Passung ausgeführt, um eine radiale Verschiebung des Deckels 21 zu vermeiden.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 ist an einem Deckel 22 ein Umfangsflansch 23 vorgesehen, dessen sich im wesentlichen axial erstreckende Außenfläche 23a mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Teilfläche des Aufnahmeöffnungsbereichs 1c verschweißt ist.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 schließt sich an die Anlagefläche 5 des Behältergrundkörpers 1 eine glattflächige geradzylindrische und sich axial erstreckende Eingriffsfläche 24 an, auf die die Fügefläche 8 folgt; diese Flächen bestimmen zusammen den Aufnahmeöffnungsbereich 1c.
  • In diesen ist ein Verschlußdeckel 25 eingeschrumpft, der mit seiner ringartigen Auflagefläche 10 auf der Anlagefläche 5 unter einer vorgegebenen Anpreßkraft anliegt, die das Gewicht des Verschlußdeckels übersteigt. Der Verschlußdeckel 25 weist - wie der Deckel 9 - kuppelartig gewölbte Flächen 13 und 14 und einen ringartigen Ansatz 15 mit einer der Fügefläche 8 entsprechenden Fügefläche 16 auf. Darüber hinaus ist der Deckel mit einer Schrumpfeingriffsfläche 26 versehen, die mit der Fläche 24 in Schrumpfeingriff steht.
  • In dem Behälter ist die Kokille 2 mittels eines Befestigungsrings 27 mit einem aufgeschweißten geschlitzten Federelement 28, das sich an den Sicherungsring 20 anlegt, an ihrem oberen Ende bezüglich des Behälters zentriert und gegen axiale Verschiebung im Endlagerbehälter gesichert. Diese Maßnahme kann auch mit Vorteil bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 1 - 3 angewandt werden. Der entsprechend der Kokillenform konisch gestaltete Sicherungsring 27 trägt zur Abschirmung gegen Streustrahlung in axialer Richtung bei.
  • Zum Verschließen des Behältergrundkörpers mit dem Verschlußdeckel 25 nach Einsetzen und Zentrieren der Kokille wird der Aufnahmeöffnungsbereich 1c erwärmt, vorzugsweise induktiv von außen. Danach wird in die Aufnahmeöffnung der zuvor gegenüber Umgebungstemperatur unterkühlte Deckel eingesetzt und unter Aufrechterhaltung einer von außen mittels einer Preßeinrichtung auf den Deckel 25 aufgebrachten Kraft so lange in Anlage an der Anlagefläche 5 gehalten, bis ein Temperaturausgleich zwischen Deckel und Behältergrundkörper erfolgt ist. Die Geometrie und Passung von Deckel und Aufnahmebereich sind so gewählt, daß nach Temperaturausgleich der Deckel aufgrund der durch die Preßspannung hervorgerufenen Haftkräfte unverschiebbar im Behältergrundkörper gehalten ist derart, daß auch nach Abbau der von außen einwirkenden Kräfte (symbolisch in der Figur 4 durch am Ansatz 15 angreifende Pfeile K dargestellt) die vorgegebene Anpreßkraft zwischen den Flächen 5 und 10 aufrechterhalten bleibt. Zum Aufbau des Schrumpfeingriffes kann es unter Umständen auch nur erforderlich sein, eines der Bauteile zu erwärmen oder zu kühlen.
  • Nach Einschrumpfen des Deckels werden beim anschließenden Vorwärmen von Deckel und Behältergrundkörper im Bereich der Fügeflächen 8 und 16 und Aufbau der Schweißnaht 17 beide Bauteile gleichmäßig erwärmt und somit derart verformt, daß die radial gerichtete Preßspannung und die axial gerichtete vorgegebene Anpreßkraft erhalten bleiben. Es ist auch möglich, anstelle einer durchgehenden Glattpassung im Bereich der Flächen 24 und 26 eine abgestufte Passung, z. B. eine einmal abgestufte Passung mit annähernd gleich langen Sitzflächen sowie verschiedenen Toleranzfeldern, zu verwenden. Man kann z. B. die an die Schweißnaht 17 anschließende Passung mit einem größeren Durchmesser als Preßpassung und die darunter liegende und der Anlagefläche 5 benachbarte Passung von kleinerem Durchmesser als Übergangspassung ausgeführt werden. Hierdurch wird erreicht, daß selbst bei ungünstigsten Ist-Maßen der beiden Passungen das kleinste Übermaß der oberen Passung annähernd gleich groß ist wie das größte Übermaß der unteren Passung. Somit liegt in der oberen an die schweißnaht 17 anschließende Passung immer eine ausreichende Schrumpfpressung zwischen den Fügeflächen von Deckel und Behältergrundkörper vor.
  • Auch bei den Deckelkonfigurationen gemäß Figuren 2 und 3 kann anstelle eines Gewindeeingriffes zum Halten der Anpreßkraft ein Schrumpfeingriff vorgesehen sein.
  • Schließlich ist es beim glattwandigen Schrumpfeingriff auch möglich, zwischen den Schrumpfeingriffsflächen eine Diffusionsschweißung aufzubauen, wie es in der anhängigen Patentanmeldung F 33 34 660 der Anmelderin vom 24.9.1983 beschrieben ist. Die Diffusionsschweißung kann dabei die gesamte Eingriffsfläche oder einen Teil derselben z. B. ringartig überdecken, wie dies in der Figur 4 durch das Bezugszeichen D angedeutet ist. Die Diffusionsschweißung kann die außenliegende Schweißung 17 wenigstens zum Teil entlasten oder möglicherweise ganz ersetzen. Aus Sicherheitsgründen wird jedoch stets der Aufbau einer außenliegenden kontrollierbaren Schweißnaht bevorzugt.
  • Als metallischer Werkstoff für Behältergrundkörper 1 und Deckel 9, 21, 22 und 26 werden bevorzugt un- oder niedrig legierte Stähle oder Gußwerkstoffe eingesetzt. Zwischen den Anlageflächen 5 und 10 kann zusätzlich eine Dichtung aufgebaut werden, z. B. durch Einbringen eines Silberrings oder -folie oder durch eine Diffusionsschweißung gemäß P 33 34 660.
  • Der Aufbau der Schweißnaht kann nach bekannten Verfahren erfolgen, z. B. Elektronenstrahl oder induktiv. Die Ausführungsform gemäß Figur 1 wird schweißtechnisch deshalb bevorzugt, weil bei dieser Ausführungsform relativ geringe Werkstoffmassen erwärmt werden müssen, um die Schweißnaht 17 aufzubauen.
  • Wichtig ist, daß infolge der Anpreßkraft an den Anlageflächen von Behältergrundkörper und Deckel die Schweißnaht nicht mit Zug- oder Schubspannungen beaufschlagt wird, und daß bei Aufbringen des hohen Betriebsdruckes auf Behältergrundkörper und Deckel infolge der Anlage und der kuppelartigen Gestaltung zumindest der Innenfläche des Deckels eine spannungsinduzierte Korrosion in der Schweißnaht vermieden wird. Bei Verwendung eines Deckels mit Gewindeeingriff oder einem vergleichbaren formschlüssigen Eingriff oder bei Schrumpfeingriff muß die Schweißnaht im wesentlichen nur als Dichtnaht wirken, da am Deckel angreifende Transportkräfte vom formschlüssigen Eingriff oder Schrumpfeingriff aufgenommen werden. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Schweißverbindung, sei es als außenliegende Schweißnaht oder innenliegende Diffusionsschweißverbindung, in gezielter Weise zum Korrosionsschutz und/oder zur Deckelbefestigung beiträgt. Bei der Ausführungsform mit eingeschrumpften Deckel erhöht der Schrumpfeingriff den Korrosionswiderstand, so daß die axiale Länge der Schweißnaht 17 evtl. in entsprechendem Umfang verringert werden kann.
  • Der in den Ansprüchen und in der Beschreibung gewählte Ausdruck "Schweißen" umfaßt auch Löten, solange nicht explizit auf "Diffusionsschweißen" Bezug genommen wird.
  • Zwischen Behälterboden 1a und Mantel 1b ist eine Kreisringfläche 1d ausgebildet (vgl. Figur), die der kreisringartigen Stirnfläche des Öffnungsbereiches 1c entspricht und somit ein Stapeln der Behälter ermöglicht.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Schließen eines Behälters aus metallischem Werkstoff zur Aufnahme von radioaktivem Material, insbesondere von in einen Innenbehälter (2) eingebrachtem radioaktiven Material, bei dem ein Verschlußdeckel zumindest teilweise in eine stirnseitige Aufnahmeöffnung eines Behältergrundkörpers (1) unter radialer Führung eingeführt wird, der Verschlußdeckel unter einer vorgegebenen Anpreßkraft, die das Gewicht des Verschlußdeckels wesentlich übersteigt, in Anlage an eine im Bereich der stirnseitigen Aufnahmeöffnung ausgebildeten Anlagefläche (5) des Behältergrundkörpers gehalten wird und in dieser Lage mit dem Behältergrundkörper verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest auf seiner Innenfläche (13) kuppelartig gewölbter Verschlußdeckel (9;21;22;25) verwendet wird und daß die vorgegebene Anpreßkraft zwischen einer radial verlaufenden Auflagefläche (10) des Verschlußdeckels (9;21;22;25) und einer sich radial erstreckenden Anlagefläche (5) des Behältergrundkörpers (1) wirksam gemacht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft (K) mittels einer von außen auf den Deckel (9;25) einwirkenden Preßeinrichtung aufgebaut wird und die Preßeinrichtung nach dem Verschweißen abgezogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft mittels formschlüssigen Eingriffs zwischen Verschlußdeckel (9;21;22) und Behältergrundkörper (1), vorzugsweise mittels eines Gewindeeingriffs zwischen einem Außengewinde (12) des Verschlußdeckels und einem Innengewinde (7) des Behältergrundkörpers (1), aufgebaut wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel (25) unter Einwirkung der durch eine Preßeinrichtung aufgebrachten Anpreßkraft (K) in die stirnseitige Öffnung des Behältergrundkörpers (1) eingeschrumpft wird, wobei die Anpreßkraft beibehalten wird, bis nach Temperaturausgleich der Deckel durch Schrumpfeingriff unverschiebbar im Behältergrundkörper gehalten wird.
  5. Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-4 geeigneter Behälter aus metallischem Werkstoff mit einem Behältergrundkörper (1) mit stirnseitiger Aufnahmeöffnung und einer im Bereich der stirnseitigen Aufnahmeöffnung (1c) ausgebildeten Anlagefläche (5) und einem radial geführten Verschlußdeckel, wobei der Verschlußdeckel mit der stirnseitigen Aufnahmeöffung des Behältergrundkörpers verschweißt und, unter Einwirking einer vorgegebenen Anpreßkraft in Anlage an die Anlagefläche des Behältergrundkörpers gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel (9;21;22;25) zumindest auf seiner Innenfläche (13) kuppelartig gewölbt ausgebildet und mit einer sich radial erstreckenden Auflagefläche (10) versehen ist, die auf. der radial verlaufenden Anlagefläche (5) aufsetzbar ist.
  6. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel (9;21;22) mit einem Außengewinde (12) versehen ist, das mit einem im Bereich der stirnseitigen Aufnahmeöffnung (1c) ausgebildeten Innengewinde (7) in Eingriff steht.
  7. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel (25) mit einer außenliegenden Schrumpfeingriffsfläche (26) versehen ist, die mit einer im Bereich der stirnseitigen Aufnahmeöffnung (1c) vorgesehenen innenliegenden Schrumpfeingriffsfläche (24) in Schrumpfeingriff steht.
  8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schrumpfeingriffsflächen (24,26) eine Diffusionsschweißung (D) aufgebaut ist.
  9. Behälter nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (9) auch auf einer Außenfläche (14) kuppelartig gewölbt ist.
  10. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (9) auf seiner kuppelartig gewölbten Außenfläche (14) mit einem ringartigen Ansatz (15) versehen ist, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der stirnseitigen Aufnahmeöffnung (1c) an deren freien Ende angepaßt ist.
  11. Behälter nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (21,22) mit einem Umfangsflansch (21a;23a) versehen ist, der auf einer entsprechenden Ringfläche des Behältergrundkörpers (1) aufliegt und/oder anliegt.
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