JP2001239381A - 燃料棒の上部端栓溶接方法 - Google Patents

燃料棒の上部端栓溶接方法

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JP2001239381A
JP2001239381A JP2000054095A JP2000054095A JP2001239381A JP 2001239381 A JP2001239381 A JP 2001239381A JP 2000054095 A JP2000054095 A JP 2000054095A JP 2000054095 A JP2000054095 A JP 2000054095A JP 2001239381 A JP2001239381 A JP 2001239381A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料棒の上部端栓を被覆管に嵌合溶接する方
法に関し、従来のＴＩＧ溶接法による過大な入熱量によ
り封入不活性ガスが熱膨張し、これにより、溶接周部の
不完全封着が生ずる欠陥を、適切なＹＡＧレーザービー
ムの使用により解消する。 【解決手段】 下部端栓の溶接され、ペレット１０ｂや
スプリング１０ｃが装填された被覆管１０ａの開口端１
０ｄに、中実な上部端栓１２を嵌合して、チャンバ１１
内の規定高圧不活性ガス雰囲気Ｐ内に嵌合周部１２ａを
配装する。ＹＡＧレーザー溶接機１３のＹＡＧレーザー
ヘッド１３ａから、レーザービーム１３ｂを嵌合周部１
２ａに向け、均一な焦点距離を保って照射することによ
り、当該嵌合周部１２ａの周溶着を少ない入熱量下で実
現し、溶接の不備発生や封入不活性ガスの内圧不定化を
解消する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は原子力発電用などに
使用されている燃料集合体にあって、これに装設されて
いる燃料棒の製造に際し、その被覆管に下部端栓を溶接
後、二酸化ウランペレットとかＭＯＸペレットやスプリ
ングなどの内挿物を装填し、これをチャンバ内の規定高
圧不活性ガス雰囲気中にて、当該被覆管の開口部に上部
端栓を嵌合し、かくして形成された嵌合周部を溶接する
のに供し好適な燃料棒の上部端栓溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記従来の溶接方法としては、図８に示
す被覆管１の開口部に、中実な上部端栓２ａを嵌合し、
これを周溶接しようとすると、当該溶接熱によって被覆
管１に内封の規定高圧不活性ガスが熱膨張するため、そ
の内圧が不安定となったり、周溶接が不完全となること
から、同図に示されているように、ベントホール２ｂを
軸心に貫通させた開通上部端栓２ｃなるものが採択され
ている。すなわち当該従来の溶接方法にあっては、先ず
図９（Ａ）によって理解される通り、第１ＴＩＧ溶接機
ａ１を上壁ｂ１に設置した第１チャンバｃ１内にあっ
て、燃料棒２の前記した被覆管１と開通上部端栓２ｃと
の嵌合周部２ｄを挿入し、当該第１チャンバｃ１には第
１開閉通口ｄ１から不活性ガスＩＧを導入して、健全な
ジルカロイ溶接のために必要な所定圧の不活性ガス雰囲
気Ｐ’を形成する。
【０００３】次に、被覆管１を矢印Ｒ１のように軸線を
中心に回動させることで、上記第１Ｔ１Ｇ溶接機ａ１に
よって嵌合周部２ｄを周溶接し、これにより図９（Ｂ）
の如く溶接周部ｅを形成して第１工程を終わる。さらに
当該燃料棒２を同図（Ｂ）に開示の通り、第２チャンバ
ｃ２に移して、その開通上部端栓２ｃを燃料棒の設計内
部加圧値に対応した規定高圧不活性ガス雰囲気Ｐ内に装
入し、第２チャンバｃ２の側壁ｂ２に設置した第２ＴＩ
Ｇ溶接機ａ２によって、前記したベントホール２ｂを閉
塞するための封詰溶接である第２工程を行うのであり、
図中ｄ２は不活性ガスＩＧの供給と放出を行う第２開閉
通口を示している。
【０００４】このように燃料棒２と開通上部端栓２ｃと
の周溶接にあっては、中実な上部端栓２ａの周溶接だけ
で燃料棒２を形成すると、ＴＩＧ溶接に際しての大きな
入熱量によって前記の如き支障を生ずることから、これ
を回避するために周溶接工程の後に封詰溶接工程を施す
ようにして溶接を２分化し、これにより不活性ガスＩＧ
の体積膨張を抑制するようにしているのである。もちろ
ん上記の如きＴＩＧ溶接ではなしに、一般的には各種部
材の溶接に際し、入熱量の小さいＹＡＧレーザ溶接法も
使用されているのであるが、これまで当該燃料棒の溶接
分野では採択されていないだけでなく、図１０に開示の
通り他の被溶接部材ｆについて、その溶接周部ｇを周溶
接しようとするときには、図９につき説示した如く、や
はり被溶接部材ｆを矢印Ｒ２方向へ回転させることで、
ＹＡＧレーザ溶接機ｈにおけるＹＡＧレーザーヘッドｉ
からのレーザービームｊを、接合周部ｇに照射させるよ
うにして周溶接が実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上従来技術にあって
は、燃料棒と上部端栓との溶接手段として入熱量の大き
いＴＩＧ溶接法を採択していることから、一回で溶接し
ようとすれば被覆管１に封入した不活性ガスＩＧの体積
膨張を抑えて内圧を安定化することができず、このため
開通上部端栓２ｃを用いて周溶接と封詰溶接との２工程
を実施し、上記の体積膨張を抑制しなければならない。
このためベントホール２ｂを穿設したりして部品の加工
工程が多くなるだけでなく、ベントホール２ｂに係る溶
接不良も発生して、歩留まりにも影響が出るのはもちろ
ん、これを検査するための管理にも労力を費やさねばな
らず、さらに上記の２工程を不可欠とすることから、そ
のための設備も嵩む等の欠陥がある。また前記の如く嵌
合周部２ｄの周溶接には、被覆管１を回転駆動するよう
にしていることから、前記の如く二酸化ウランペレット
やＭＯＸペレットを内挿している燃料棒２の場合は、特
にこれを回転させることで当該ペレットが割れたり、欠
けたりするといった虞があり、このようなことが生ずる
と、その欠片がペレットと被覆管１の間隙に入り込ん
で、運転時にあって被覆管１に応力集中が発生すること
となる。
【０００６】本発明は上記従来例による諸欠陥を解消す
るため検討されたもので、請求項１に係る溶接方法にあ
っては、開通上部端栓を使用することなく、中実の上部
端栓のみを使用することによって、チャンバ内における
一回だけのＹＡＧレーザー溶接機によるレーザービーム
を照射するようにし、当該照射につき均一な焦点距離を
保つようにして、嵌合周部における周溶着を完結するの
であり、このことで不本意な封入ガスによる体積膨張を
抑えて内圧の安定化を図ると共に、封詰溶接を省略可能
として工程を簡素化し、不良率の低減により歩泊まりの
改善を実現しようとするのが、その目的である。
【０００７】次に請求項２によるときは、上記請求項１
の方法により嵌合周部を周溶着して溶接周部を形成した
後、さらに当該溶接周部に対して前記のＹＡＧレーザー
ヘッドによるレーザービームを低出力にて照射すること
で、その全表面の望ましい清浄化が得られるようにする
ことを目的としており、請求項３にあっては嵌合周部に
ＹＡＧレーザーヘッドを回転駆動することで、レーザー
ビームを均一な焦点距離に保持して照射することによ
り、燃料棒の被覆管を静止状態にて溶接するようにし、
これによって被覆管内のペレットに損傷が生ずることを
皆無となし、被覆管内における欠片箇所に応力集中が生
ずることを絶滅しようとしている。
【０００８】さらに請求項４の場合にあっては、前記請
求項１に対する請求項２の如く、請求項３による溶接完
了後に溶接周部の全表面に低出力としたＹＡＧレーザー
ヘッドからのレーザービームを照射して、当該全表面の
清浄化を簡易に実現しようとしている。そして請求項５
ないし請求項７では、上記のようにＹＡＧレーザーヘッ
ドからのレーザービームを直接に嵌合周部に対して照射
することなく、当該レーザービームをミラーの鏡面によ
って反射させ、当該反射レーザービームを利用するよう
にしている。そして先ず上記の請求項５では、ＹＡＧレ
ーザーヘッドとミラーとを同軸にて回転駆動させること
で、反射平面を有するミラーにより生ずるレーザービー
ムを、嵌合周部に照射することで周溶着を行うように
し、これによって、全体装置の小形化を可能にしようと
している。
【０００９】そして請求項６によるときは、請求項５の
ように反射平面をもったミラーではなしに、レーザービ
ームを回動することのない固設円錐状ミラーの反射内周
面に入射させて、その反射レーザービームを周溶着に利
用し得るようにすることで、さらに回転部分を小形化し
て装置全体の小規模化を図るようにしている。さらに請
求項７にあっては、請求項５、請求項６の場合と違って
ＹＡＧレーザー溶接機を回動させることなしに、先ずそ
のレーザービームを、反射平面をもった回動ミラーに入
射させるようにし、さらにその反射レーザービームを固
設円錐状ミラーの反射内周面に入射させ、その再反射レ
ーザービームによって嵌合周部の周溶接を行い得るよう
にし、これにより小形化可能な回動ミラーだけを動力に
より回動させればよい構成とすることで、全体構成を小
形化すると共に、電力の消費等ついても、これを大幅に
節減し得るようにするのが、その目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願発明では上記の目的
を達成するため、請求項１によるときは、下部端栓が溶
接されてペレットやスプリング等の内挿物が装填された
被覆管にあって、その開口端に上部端栓を溶接して燃料
棒を形成するようにした燃料棒の上部端栓溶接方法にお
いて、チャンバ内の規定高圧不活性ガス雰囲気中に配装
された前記被覆管の開口端に、中実の上部端栓を嵌合し
て形成された嵌合周部に向け、ＹＡＧレーザー溶接機に
おけるＹＡＧレーザーヘッドからのレーザービームを、
均一な焦点距離に保って照射することにより、当該嵌合
周部が周溶着されるようにしたことを特徴とする燃料棒
の上部端栓溶接方法を提供しようとしている。
【００１１】次に請求項２によるときは、上記請求項１
の構成に、嵌合周部を周溶接して溶接周部を形成した
後、この溶接周部の全表面にＹＡＧレーザーヘッドから
の低出力によるレーザービームを照射することにより、
当該全表面の清浄化が行われるようにしたことを付加し
ている。
【００１２】さらに請求項３にあっては、前記の請求項
１の構成に対して、燃料棒の被嵌管を回転駆動するので
はなく、一以上のＹＡＧレーザー溶接機におけるＹＡＧ
レーザーヘッドを回転駆動することで、そのレーザービ
ームを均一な焦点距離を保って照射することにより、当
該嵌合周部が周溶着されるようにしたことを付加するよ
うにしている。
【００１３】次に請求項４の場合には、上記請求項３に
よる工程の終了後にあって、溶接周部の全表面に低出力
によるＹＡＧレーザーヘッドからのレーザービームを照
射することにより、当該全表面の清浄化が行われるよう
にしている。
【００１４】また請求項５では、下部端栓が溶接されて
ペレットやスプリング等の内挿物が装填された被覆管に
あって、その開口端に上部端栓を溶接して燃料棒を形成
するようにした燃料棒の上部端栓溶接方法において、チ
ャンバ内の規定高圧不活性ガス雰囲気中に配装された前
記被覆管の開口端に、中実の上部端栓を嵌合して嵌合周
部を形成し、ＹＡＧレーザー溶接機におけるＹＡＧレー
ザーヘッドとミラーとを同軸にて回転駆動させて、その
レーザービームを上記ミラーの反射平面に入射させるこ
とで、その反射レーザービームを均一な焦点距離に保っ
て、前記した嵌合周部に照射することにより周溶着がな
されるようにしたことを特徴とする燃料棒の上部端栓溶
接方法を提供しようとしている。
【００１５】そして請求項６にあってはミラーを用いる
が、単に反射平面をもつミラーによるのではなく、ＹＡ
Ｇレーザー溶接機におけるＹＡＧレーザーヘッドを回転
駆動させて、そのレーザービームを固設円錐状ミラーの
反射内周面に入射させることで、その静止反射レーザー
ビームを均一な焦点距離に保って前記した嵌合周部に照
射することにより周溶着がなされるようにしたことを、
その内容としている。
【００１６】さらに、請求項７によるときは、ミラーの
使い方が相違して、ＹＡＧレーザー溶接機における固設
のＹＡＧレーザーヘッドからのレーザービームを回動ミ
ラーの回動反射平面に入射させると共に、当該回動ミラ
ーを動力により回動させることで、その反射レーザービ
ームを固設円錐状ミラーの反射内周面に入射させること
で、その再反射レーザービームを均一な焦点距離に保っ
て、前記した嵌合周部に照射することにより周溶着がな
されるようにしたことを、その内容としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明にあっても、前記従来例に
同じく図１（Ｂ）に示されている通り燃料棒１０を製造
するには、図示されていない下部端栓を被覆管１０ａに
溶接し、これにペレット１０ｂやスプリング１０ｃ等の
内挿物１０Ａを装填した後、当該被覆管１０ａの開口端
１０ｄに上部端栓を溶接することになる。そこで先ず請
求項１に係る燃料棒の上部端栓溶接方法によるときは、
図１（Ａ）に示されている通り、チャンバ１１内の規定
高圧不活性雰囲気Ｐにあって、これに配装された被覆管
１０ａにおける開口端１０ｄに対し、前説した通りであ
る中実の上部端栓１２を内嵌することにより、前記従来
例と同じく嵌合周部１２ａを形成し、これに向けて本発
明ではＹＡＧレーザー溶接機１３にあって、そのＹＡＧ
レーザーヘッド１３ａからのレーザービーム１３ｂを照
射するのである。この際ＹＡＧレーザーヘッド１３ａを
回動させるか、反対にＹＡＧレーザーヘッド１３ａは静
止させて、被覆管１０ａを軸線中心にて回動させるが、
その間にあって均一な焦点距離を保つようにして当該照
射を行うのである。なお同図の１１ａは、不活性ガスＩ
Ｇをチャンバ１１に供給または放出するための開閉通口
を示している。
【００１８】かくして、上記嵌合周部１２ａは周溶着さ
れることになり、この際前記の如くＴＩＧ溶接の場合と
違って、レーザービーム１３ｂによる溶接にあっては、
その入熱量が小さくてすむため、従来例の如く開通上部
端栓２ｃを用いることなしに、被覆管１０ａ内に封入し
た不活性ガスＩＧの体積膨張を抑制することができ、も
ちろん封詰溶接を行う必要もなくなることから、溶接工
程の簡素化が実現でき、不良率を改善することも可能と
なる。またＭＯＸ燃料棒の場合には、溶接による溶接周
部の幅長を小さくすることができることから、当該溶接
箇所における放射性物質による汚染を最小限に抑えるこ
ともできる。
【００１９】次に請求項２につき説示すると、上記した
請求項１による溶接方法を実施することで、嵌合周部１
２ａを周溶着させて溶接周部１２ｂを形成した後、図２
に示されている通り当該溶接周部１２ｂの全表面に対し
て、ＹＡＧレーザーヘッド１３ａからの低出力によるレ
ーザービーム１３ｃを再照射するのである。このことに
より当該全表面は、前記の溶接によって生じたスラグ
（溶接かす）や付着油脂等の酸化物などが、当該レーザ
ー光線によって弾きとばされることにより、短時間にし
て確実に除去され、その望ましい清浄化がなされること
になる。ここで図２によって理解される通り当該レーザ
ー光線の照射に際しては、単に前記の如く低出力にする
だけでなく、低出力によるレーザービーム１３ｃの焦点
距離よりも、ＹＡＧレーザーヘッド１３ａと溶接周部１
２ａとの離間距離を小さく設定して、低出力によるレー
ザービーム１３ｃが、溶接周部１２ｂの幅長よりも大き
な照射幅となるようにするのがよく、もちろん、この場
合にもＹＡＧレーザーヘッド１３ａを回動するか、燃料
棒１０の回動によって再照射を行うことができる。
【００２０】ここで上記の如くＹＡＧレーザーヘッド１
３ａを選定して溶接のための照射を行うようにしたの
は、もちろんレーザー溶接は一般に、その入熱量が少な
くてすむのであるが、炭酸ガスレーザーなどの場合に
は、光ファイバーによって、その進路を自在に変化させ
ることができないことから、諸設備の配置などに大きな
制約が生ずることになるのに反し、当該ＹＡＧレーザー
ヘッド１３ａによるときは、光ファイバーによって、任
意の箇所へレーザー光を導くことのできることでも、当
該溶接方法の実施に際しての利点となっている。
【００２１】次に請求項３にあっては、前記の請求項１
における溶接方法にあって、燃料棒１０側を一切回転さ
せることなく、要部だけを示した図３の通りＹＡＧレー
ザー溶接機１３側を回転させるのであり、中実の上部端
栓１２を嵌合して前同様に形成された嵌合周部１２ａに
向けて、当該ＹＡＧレーザーヘッド１３ａを回転駆動す
ることで、そのレーザービーム１３ｂを均一な焦点距離
に保って照射することにより、上記の嵌合周部１２ａを
周溶着するのである。従って図３によるときはＹＡＧレ
ーザー溶接機１３が、被覆管１０ａの軸心を中心に回動
する回動板部１３ｄによって矢印Ｓ１のように回動し、
これによって嵌合周部１２ａにレーザービーム１３ｂを
照射するようにしている。ここで、図４には図３が一つ
のＹＡＧレーザー溶接機１３によって溶接するようにし
ているのに対し、１８０°だけ位相をずらした一対のＹ
ＡＧレーザー溶接機１３を採択した場合につき例示して
おり、もちろん、このように複数のＹＡＧレーザー溶接
機１３を用いることで嵌合周部１２ａを全周にわたり溶
接するための回動角度は小さくてすむことになる。ここ
で当然のことながらＹＡＧレーザー溶接機１３が一つで
あるときでも、また一対である場合にも、その回動角度
は夫々３６０°、１８０°以上回転させて溶接を行うの
が好ましい。
【００２２】請求項３では上記の如く、ＹＡＧレーザー
溶接機１３側を回転させて、被覆管１０ａ側を静止状態
下で溶接するようにしたから、被覆管１０ａに装荷され
ているペレット１０ｂに対して、回転に基づく不本意な
外力が作用しないことから、ペレット１０ｂの割れや欠
けが発生することなく、しかも被覆管１０ａを回転させ
ることによる擦り傷等の生ずることもなくなる。
【００２３】そして請求項４では、上記した請求項３の
溶接方法が終わった後にあって、これを前記の請求項２
と同様にして溶接周部１２ｂの全表面にＹＡＧレーザー
ヘッド１３ａからの低出力によるレーザービーム１３ｃ
を照射するようにしたので、これにより既に説示した如
く溶接周部１２ｂの清浄化を行うことができる。
【００２４】請求項５以下は、ＹＡＧレーザーヘッド１
３ａからのレーザービーム１３ｂを嵌合周部１２ａに照
射するのではなく、各種のミラーを選定して、これらか
ら反射するレーザービームを使用して溶接を行うように
している。先ず請求項５にあっては図５に開示の如く、
既説の通り規定高圧不活性雰囲気Ｐ内における被覆管１
０ａの開口端１０ｄに、中実の上部端栓１２を嵌合して
嵌合周部１２ａを形成し、ＹＡＧレーザー溶接機１３に
おけるＹＡＧレーザーヘッド１３ａと、ミラー１４とを
同軸にて矢印Ｓ２の如く回転駆動させて、そのレーザー
ビーム１３ｂを上記のミラー１４における反射平面１４
ａに入射させることで、これによる反射レーザービーム
１３ｅを均一な焦点距離に保って、前記の嵌合周部１２
ａに照射するようにし、かくして上記の嵌合周部１２ａ
における周溶着がなされるようにするのである。ここで
図５にあって、１５はＹＡＧレーザー溶接機１３におけ
るＹＡＧレーザーヘッド１３ａの回転軸を示し、１６は
ＹＡＧレーザー溶接機１３と上記のミラー１４とを連設
した連結腕部であり、このことにより回転軸１５と共に
ミラー１４が回転するように構成されている。
【００２５】従って図５によるときは、ＹＡＧレーザー
溶接機１３のＹＡＧレーザーヘッド１３ａから発射する
レーザービーム１３ｂが、共転するミラー１４の反射平
面から反射レーザービーム１３ｅとして反射することに
なり、これが前記した嵌合周部１２ａに照射されて、被
覆管１０ａと中実の上部端栓１２とが溶接されることと
なる。従って請求項５によるときは、回転軸１５からＹ
ＡＧレーザーヘッド１３ａまでの半径を小さくして、ミ
ラー１４からの反射レーザービーム１３ｅと嵌合周部１
２ａとの離間距離を小さくとも、嵌合周部１２ａに対す
る反射レーザービーム１３ｅの適切なる照射が可能とな
り、この結果装置全体を小型化することができる。
【００２６】次に請求項６の場合について以下説示する
と、図６を参照して明らかな通り、ここでは上記の請求
項５と同じく中実の上部端栓１２を被覆管１０ａの嵌合
周部１２ａに嵌合して、ＹＡＧレーザー溶接機１３にお
けるＹＡＧレーザーヘッド１３ａを、回転軸１５によっ
て矢印Ｓ３の如く回転駆動させ、これによって静止状態
にて被覆管１０ａと軸心が合致するように設けられてい
る固設円錐状ミラー１７の反射内周面１７ａに入射させ
るのである。かくて、上記反射内周面１７ａからの静止
反射レーザービーム１３ｆが、均一な焦点距離を保って
前記した嵌合周部１２ａに照射され、その周溶接がなさ
れることになる。従って上記構成によるときはＹＡＧレ
ーザー溶接機１３側のみを回動させればよく、固設円錐
状ミラー１７は静止状態に保持すればよいので回転部分
の小型化が可能となり、かつ回転速度を大にして作業性
をよくすることも容易となる。
【００２７】そして請求項７にあっては、さらにＹＡＧ
レーザー溶接機１３側と請求項６における固設円錐状ミ
ラー１７とを、共に固設することで静止状態に保持し、
以下の通り回動ミラー１８を設けて、これを図７の仮想
線で示す矢印Ｓ４の如く特異な軌跡で回動させることに
より、その溶接目的を達成するよう構成されている。す
なわちＹＡＧレーザー溶接機１３のＹＡＧレーザーヘッ
ド１３ａは静止されており、そのレーザービーム１３ｂ
は回動ミラー１８の回動反射平面１８ａに照射される。
従って上記回動反射平面１８ａからは、図示の如く再反
射レーザービーム１３ｅが反射され、これが前記した通
りの固設円錐状ミラー１７の反射内周面１７ａに照射さ
れるよう構成されている。
【００２８】ここでもちろん上記固設円錐状ミラー１７
は、請求項６の場合と同様にして、軸心が被覆管１０ａ
のそれと合致するように配設されており、また請求項７
における上記した回動ミラー１８は、固設円錐状ミラー
１７との位置関係から、あらかじめ決定されるプログラ
マブルな回動を行わせるようにするのである。このた
め、図示例では電気制御部１９により駆動制御される回
動伝達機構２０が付設されており、これによりレーザー
ビーム１３ｂは回動反射平面１８ａから反射レーザービ
ーム１３ｅとして反射され、これが固設円錐状ミラー１
７の全周にわたり照射された後、さらに、その回転反射
平面１７ａからの再反射レーザービーム１３ｇが、均一
な焦点距離を保って前記の嵌合周部１２ａに照射される
こととなり、嵌合周部１２ａの周溶接がなされることに
なる。従って、この場合には軽量で小型の回動ミラー１
８だけを回動することにより溶接の目的を少ない電力で
達成することができる。なお、図７にあって回動ミラー
１８の位置は、固設円錐状ミラー１７の回転反射平面１
７ａが直視可能な位置であればよいこととなるが、図示
のように燃料棒１０の軸線上に回転ミラー１８を配設す
るのが望ましく、当該軸線から離れ過ぎると溶接周部１
２ｂの周方向において、照射強さ（入熱量）に変化が生
ずる可能性に留意すべきである。また上記したミラー１
４や固設円錐状ミラー１７、回転ミラー１８については
通常のものを用いてもよいが、レーザー光用のミラーを
採用することが好ましい。
【００２９】
【発明の効果】本発明は以上のようにして実施すること
ができるものであるから、請求項１によるときは、燃料
棒に関し中実の上部端栓を用いてＹＡＧレーザー溶接機
のレーザービーム照射による周溶接が、均一焦点距離を
保って行われるようにしたので、封詰溶接工程なしの一
回溶接ですみ、工程の簡素化と不良率の低減、ＭＯＸ燃
料棒における溶接幅の削減により、溶接周部における放
射性物質による汚染問題を解消することが可能となる。
そして請求項２では請求項１に比し、低出力によるＹＡ
Ｇレーザービームを溶接周部に照射するようにしたこと
から、その清浄化を労せずして短時間に高い信頼性をも
って行うことができる。
【００３０】請求項３では、請求項１にあって被覆管を
回動することなしに、ＹＡＧレーザーヘッドを回動する
ようにしたので、被覆管中のペレットを損傷する心配が
なくなり、被覆管内におけるペレットの欠片により応力
集中が生ずる問題を解消でき、請求項４では請求項３に
対して前記の如く低出力による当該レザービームの照射
するようにしたので、清浄化の効果が付加される。
【００３１】さらに請求項５によるときは、ＹＡＧレー
ザーヘッドとミラーとを同軸に回転させ、レーザービー
ムをミラーによって反射させた反射レザービームにより
周溶接を行うようにしたので、全体装置の小型化が可能
となり、またＹＡＧレーザー溶接機の光ファイバーに対
して、回動に際し屈曲などによる負担をかけずに周溶接
を行うことができる。また請求項６にあっては、請求項
５に比し回動させるのはＹＡＧレーザーヘッドのみで、
固設円錐状ミラーは静止しているので、さらに回転部分
の小型化が可能となる。そして請求項７によるときは、
ＹＡＧレーザーヘッドと固設円錐状ミラーは静止状態と
し、回転ミラーのみの回動だけでよいので、全体装置の
小型化、動力節減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は請求項１に係る溶接方法の実施状態を
示した縦断正面略示図で、（Ｂ）は燃料棒の一部である
溶接前の状態を示した被覆管を切欠した正面図である。
【図２】請求項２に係る溶接方法の溶接周部清浄化処理
状況を示した正面略示図である。
【図３】請求項３に係る溶接方法の実施状態を示した正
面略示図である。
【図４】前同請求項３に係る溶接方法の他実施態様を示
した正面略示説明図である。
【図５】請求項５に係る溶接方法の実施状態を示した縦
断正面略示図である。
【図６】請求項６に係る溶接方法の実施状態を示した縦
断正面略示図である。
【図７】請求項７に係る溶接方法の実施状態を示した縦
断正面略示図である。
【図８】燃料棒の被覆管に嵌着するための上部端栓と開
通上部端栓とを示した一部切欠の側面図である。
【図９】（Ａ）は従来のＴＩＧ溶接機による燃料棒上部
端栓溶接方法にあって、その第１工程を実施するための
装置を示す縦断側面図、（Ｂ）は同上方法の第２工程を
実施するための装置を示した縦断側面図である。
【図１０】従来のＹＡＧレーザ溶接機を用いる溶接方法
の実施状態における要部を示した側面説明図である。
【符号の説明】
１０ 燃料棒 １０Ａ 内挿物 １０ａ 被覆管 １０ｂ ペレット １０ｃ スプリング １０ｄ 開口端 １１ チャンバ １２ 中実な上部端栓 １２ａ 嵌合周部 １２ｂ 溶接周部 １３ ＹＡＧレーザー溶接機 １３ａ ＹＡＧレーザーヘッド １３ｂ レーザービーム １３ｃ 低出力によるレーザービーム １３ｅ 反射レーザービーム １３ｆ 静止反射レーザービーム １３ｇ 再反射レーザービーム １４ ミラー １４ａ 反射平面 １７ 固設円錐状ミラー １７ａ 反射内周面 １８ 回動ミラー １８ａ 回動反射平面 Ｐ 規定高圧不活性ガス雰囲気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 26/12 Ｂ２３Ｋ 26/12 26/16 26/16 Ｇ２１Ｃ 21/02 Ｇ２１Ｃ 21/02 Ａ // Ｂ２３Ｋ 101:06 Ｂ２３Ｋ 101:06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下部端栓が溶接されてペレットやスプリ
    ング等の内挿物が装填された被覆管にあって、その開口
    端に上部端栓を溶接して燃料棒を形成するようにした燃
    料棒の上部端栓溶接方法において、チャンバ内の規定高
    圧不活性ガス雰囲気中に配装された前記被覆管の開口端
    に、中実の上部端栓を嵌合して形成された嵌合周部に向
    け、ＹＡＧレーザー溶接機におけるＹＡＧレーザーヘッ
    ドからのレーザービームを、均一な焦点距離に保って照
    射することにより、当該嵌合周部が周溶着されるように
    したことを特徴とする燃料棒の上部端栓溶接方法。
  2. 【請求項２】 下部端栓が溶接されてペレットやスプリ
    ング等の内挿物が装填された被覆管にあって、その開口
    端に上部端栓を溶接して燃料棒を形成するようにした燃
    料棒の上部端栓溶接方法において、チャンバ内の規定高
    圧不活性ガス雰囲気中に配装された前記被覆管の開口端
    に、中実の上部端栓を嵌合して形成された嵌合周部に向
    け、ＹＡＧレーザー溶接機におけるＹＡＧレーザーヘッ
    ドからのレーザービームを、均一な焦点距離に保って照
    射することにより、当該嵌合周部を周溶着して溶接周部
    を形成した後、この溶接周部の全表面にＹＡＧレーザー
    ヘッドからの低出力によるレーザービームを照射するこ
    とにより、当該全表面の清浄化が行われるようにしたこ
    とを特徴とする燃料棒の上部端栓溶接方法。
  3. 【請求項３】 下部端栓が溶接されてペレットやスプリ
    ング等の内挿物が装填された被覆管にあって、その開口
    端に上部端栓を溶接して燃料棒を形成するようにした燃
    料棒の上部端栓溶接方法において、チャンバ内の規定高
    圧不活性ガス雰囲気中に配装された前記被覆管の開口端
    に、中実の上部端栓を嵌合して形成された嵌合周部に向
    け、一以上のＹＡＧレーザー溶接機におけるＹＡＧレー
    ザーヘッドを回転駆動することで、そのレーザービーム
    を均一な焦点距離に保って照射することにより、当該嵌
    合周部が周溶着されるようにしたことを特徴とする燃料
    棒の上部端栓溶接方法。
  4. 【請求項４】 下部端栓が溶接されてペレットやスプリ
    ング等の内挿物が装填された被覆管にあって、その開口
    端に上部端栓を溶接して燃料棒を形成するようにした燃
    料棒の上部端栓溶接方法において、チャンバ内の規定高
    圧不活性ガス雰囲気中に配装された前記被覆管の開口端
    に、中実の上部端栓を嵌合して形成された嵌合周部に向
    け、一以上のＹＡＧレーザー溶接機におけるＹＡＧレー
    ザーヘッドを回転駆動することで、そのレーザービーム
    を均一な焦点距離に保って、照射することにより、当該
    嵌合周部を形成した後、この溶接周部の表面にＹＡＧレ
    ーザーヘッドからの低出力レーザービームを照射するこ
    とにより、当該全表面の清浄化が行われるようにしたこ
    とを特徴とする燃料棒の上部端栓溶接方法。
  5. 【請求項５】 下部端栓が溶接されてペレットやスプリ
    ング等の内挿物が装填された被覆管にあって、その開口
    端に上部端栓を溶接して燃料棒を形成するようにした燃
    料棒の上部端栓溶接方法において、チャンバ内の規定高
    圧不活性ガス雰囲気中に配装された前記被覆管の開口端
    に、中実の上部端栓を嵌合して嵌合周部を形成し、ＹＡ
    Ｇレーザー溶接機におけるＹＡＧレーザーヘッドとミラ
    ーとを同軸にて回転駆動させて、そのレーザービームを
    上記ミラーの反射平面に入射させることで、その反射レ
    ーザービームを均一な焦点距離に保って、前記した嵌合
    周部に照射することにより周溶着がなされるようにした
    ことを特徴とする燃料棒の上部端栓溶接方法。
  6. 【請求項６】 下部端栓が溶接されてペレットやスプリ
    ング等の内挿物が装填された被覆管にあって、その開口
    端に上部端栓を溶接して燃料棒を形成するようにした燃
    料棒の上部端栓溶接方法において、チャンバ内の規定高
    圧不活性ガス雰囲気中に配装された前記被覆管の開口端
    に、中実の上部端栓を嵌合して嵌合周部を形成し、ＹＡ
    Ｇレーザー溶接機におけるＹＡＧレーザーヘッドを回転
    駆動させて、そのレーザービームを固設円錐状ミラーの
    反射内周面に入射させることで、その静止反射レーザー
    ビームを均一な焦点距離に保って、前記した嵌合周部に
    照射することにより周溶着がなされるようにしたことを
    特徴とする燃料棒の上部端栓溶接方法。
  7. 【請求項７】 下部端栓が溶接されてペレットやスプリ
    ング等の内挿物が装填された被覆管にあって、その開口
    端に上部端栓を溶接して燃料棒を形成するようにした燃
    料棒の上部端栓溶接方法において、チャンバ内の規定高
    圧不活性ガス雰囲気中に配装された前記被覆管の開口端
    に、中実の上部端栓を嵌合して嵌合周部を形成し、ＹＡ
    Ｇレーザー溶接機における固設のＹＡＧレーザーヘッド
    からのレーザービームを回動ミラーの回動反射平面に入
    射させると共に、当該回動ミラーを動力により回動させ
    ることで、その反射レーザービームを固設円錐状ミラー
    の反射内周面に入射させることで、その再反射レーザー
    ビームを均一な焦点距離に保って、前記した嵌合周部に
    照射することにより周溶着がなされるようにしたことを
    特徴とする燃料棒の上部端栓溶接方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US11819940B2 (en) 2019-02-05 2023-11-21 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding a workpiece with a laser beam that reaches inaccessible areas of the workpiece using multiple reflecting parts
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