JP2009052967A - Control rod and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control rod which can prevent cracking in a sheath from appearing, and to provide a method for manufacturing the control rod. <P>SOLUTION: A frame is composed by mounting a handle 3 and a lower part support member 5 on a tie rod 2 by welding. An upper part hafnium tubular body 9A and a lower part hafnium tubular body 9B are mounted on a handle 3 and the lower part support member 5, respectively. The tie rod 2 is heated. Tabs 10 formed on the lateral end of the sheath 8 are mounted on the heated tie rod 2 by welding. The upper end of the sheath 8 and its lower end are welded onto the handle 3 and the lower part support member 5, respectively. In this state, the upper part hafnium tubular body 9A and the lower part hafnium tubular body 9B are laid out in the sheath 8. The drop in the temperature of the sheath 8 and the frame to normal temperature imparts axial compressive residual stress extends over the entire axial length of the sheath 8. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、制御棒およびその製造方法に係り、特に、沸騰水型原子炉に用いるのに好適なタイロッド、ハンドル、下部支持部材およびシースを有する制御棒およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a control rod and a manufacturing method thereof, and more particularly to a control rod having a tie rod, a handle, a lower support member, and a sheath suitable for use in a boiling water reactor and a manufacturing method thereof.

沸騰水型原子炉に用いられる制御棒は、原子炉の運転中において燃料集合体が装荷された炉心に挿入されて原子炉出力を制御する。制御棒は、運転サイクルの末期には炉心から全て引抜かれる。その制御棒の一例が、特開平9−61576号公報に記載されている。この制御棒は、ブレードを構成するシース内に中性子吸収部材である扁平なハフニウム筒状体を配置している。2本のハフニウム筒状体が制御棒の軸方向に存在する。特開平9−61576号公報は、その制御棒の製造について以下のように説明している。   A control rod used in a boiling water reactor is inserted into a core loaded with a fuel assembly during operation of the reactor to control the reactor power. All control rods are withdrawn from the core at the end of the operating cycle. An example of the control rod is described in JP-A-9-61576. In this control rod, a flat hafnium cylindrical body, which is a neutron absorbing member, is disposed in a sheath constituting the blade. Two hafnium cylinders are present in the axial direction of the control rod. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-61576 describes the manufacture of the control rod as follows.

ハンドルがタイロッドの上端部に取り付けられる。ハンドルは、ハンドル本体およびハンドル本体から下方に向かって伸びる上部舌状部を有する。下部支持部材本体および下部支持部材本体から上方に向って伸びる下部舌状部を有する下部支持部材が、タイロッドの下端部に取り付けられる。ハンドル、タイロッドおよび下部支持部材の集合体をフレームと称する。   A handle is attached to the upper end of the tie rod. The handle has a handle body and an upper tongue extending downward from the handle body. A lower support member having a lower support member main body and a lower tongue-shaped portion extending upward from the lower support member main body is attached to a lower end portion of the tie rod. An assembly of the handle, the tie rod and the lower support member is referred to as a frame.

ハンドルの上部舌状部が上部ハフニウム筒状体の上端部に挿入され、上部ハフニウム筒状体が上部舌状部にピンで固定される。下部支持部材の下部舌状部が下部ハフニウム筒状体の課端部に挿入され、下部ハフニウム筒状体が下部下状部位にピンによって固定される。上部舌状部に取り付けられた複数の上部ハフニウム筒状体、および下部舌状部に取り付けられた複数の下部ハフニウム筒状体が、横断面がU字状であるステンレス鋼製のシース内に挿入される。その後、シースの上端、下端および側端が、ハンドル、下部指示部材およびタイロッドにそれぞれ溶接される。シースの側端部には制御棒の軸方向に複数のタブ(突起部)が形成されており、これらのタブがタイロッドに溶接される。   The upper tongue of the handle is inserted into the upper end of the upper hafnium cylinder, and the upper hafnium cylinder is fixed to the upper tongue with a pin. The lower tongue-like portion of the lower support member is inserted into the projecting end portion of the lower hafnium cylindrical body, and the lower hafnium cylindrical body is fixed to the lower lower portion by a pin. A plurality of upper hafnium cylinders attached to the upper tongue and a plurality of lower hafnium cylinders attached to the lower tongue are inserted into a stainless steel sheath having a U-shaped cross section. Is done. Thereafter, the upper end, the lower end and the side end of the sheath are welded to the handle, the lower indicating member and the tie rod, respectively. A plurality of tabs (projections) are formed in the axial direction of the control rod at the side end of the sheath, and these tabs are welded to the tie rod.

シースおよび複数のハフニウム筒状体で1つのブレードが形成される。制御棒は、タイロッドから四方に伸びる4枚のブレードを有する。沸騰水型原子炉で用いられる制御棒は、横断面が十字形をしている。   One blade is formed by the sheath and the plurality of hafnium cylinders. The control rod has four blades extending in all directions from the tie rod. The control rod used in the boiling water reactor has a cross-shaped cross section.

特開平9−61576号公報JP-A-9-61576

一般に、溶接を行うと溶接部には圧縮の塑性ひずみが発生する。圧縮塑性ひずみは、変形が拘束されない部位では収縮変形を生じさせる。一方、変形が拘束される部位では引張り残留応力が発生する。   Generally, when welding is performed, compressive plastic strain is generated in the welded portion. Compressive plastic strain causes shrinkage deformation at a site where deformation is not constrained. On the other hand, tensile residual stress is generated at a portion where deformation is constrained.

上記の制御棒においては、最初に、タイロッドとシースのタブとの溶接が行われる。この溶接部には引張残留応力、およびその溶接部の周囲には圧縮残留応力がそれぞれ発生する。次に、ハンドルとシースおよび下部支持部材とシースのそれぞれの溶接が行われる。これらの溶接によって生じる、制御棒軸方向におけるシースの変位が、上記タブとタイロッドの溶接部で拘束されるため、シースの広い領域に渡って引張残留応力が発生する。   In the control rod, first, the tie rod and the sheath tab are welded. Tensile residual stress is generated in the welded portion, and compressive residual stress is generated around the welded portion. Next, welding of the handle and the sheath, and the lower support member and the sheath is performed. Since the displacement of the sheath in the control rod axis direction caused by these weldings is restrained by the welded portion of the tab and the tie rod, a tensile residual stress is generated over a wide area of the sheath.

沸騰水型原子炉では、制御棒は運転期間中に中性子照射を受ける。発生因子である環境、材料および引張応力が重畳すると応力腐食割れ(SCC)が発生することがある。さらに発生したき裂が進展することがある。SCCは、3つの発生因子のうち一つを取り除くことにより発生を抑制できることが知られている。引張残留応力を低く抑え、さらには圧縮応力化することは、SCCの発生を抑制するため、および万一発生した場合であってもその進展を止めるために重要である。   In boiling water reactors, the control rods receive neutron irradiation during the operation period. Stress corrosion cracking (SCC) may occur when the environment, material, and tensile stress, which are generation factors, overlap. In addition, the cracks that have occurred may develop. It is known that SCC can be suppressed by removing one of the three generation factors. It is important to suppress the tensile residual stress to a low level and to make it compressive stress in order to suppress the occurrence of SCC and to stop the progress even if it occurs.

本発明の目的は、シースにおけるき裂の発生を防止できる制御棒およびその製造方法を提供する。   The objective of this invention provides the control rod which can prevent generation | occurrence | production of the crack in a sheath, and its manufacturing method.

上記した目的を達成する本発明の特徴は、シース部材のハンドル側の端部に軸方向の圧縮残留応力が付与されていることにある。この端部に軸方向の圧縮残留応力が付与されているので、シース部材におけるき裂の発生を防止することができる。   A feature of the present invention that achieves the above-described object resides in that axial compressive residual stress is applied to the handle-side end of the sheath member. Since compressive residual stress in the axial direction is applied to the end portion, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the sheath member.

上記した目的は、シース部材の軸方向全長に亘って軸方向の圧縮残留応力が付与されていることによっても達成できる。シース部材の軸方向全長に亘って軸方向の圧縮残留応力が付与されているので、シース部材におけるき裂の発生を防止することができる。   The above-described object can also be achieved by applying an axial compressive residual stress over the entire axial length of the sheath member. Since the compressive residual stress in the axial direction is applied over the entire axial length of the sheath member, the occurrence of cracks in the sheath member can be prevented.

上記した目的は、シース部材とタイロッドの溶接が終了した後、およびシース部材とタイロッド、ハンドルおよび下部支持部材の溶接が終了した後のいずれかにおいて、タイロッドに熱入射を行ってタイロッドの一部をタイロッドの軸方向に溶融させ、タイロッドの溶融した部分を凝固させてその軸方向に伸びる溶融部をタイロッドに形成することによっても達成できる。溶融部の形成によってタイロッドの軸方向の収縮変形が大きくなり、シース部材に軸方向における収縮変形をもたらす。この結果、シース部材に圧縮残留応力が付与され、シース部材にき裂が発生することを防止できる。   The above-described purpose is that after the welding of the sheath member and the tie rod is finished, or after the welding of the sheath member and the tie rod, the handle, and the lower support member is finished, heat is incident on the tie rod to remove a part of the tie rod. It can also be achieved by melting the tie rod in the axial direction, solidifying the melted portion of the tie rod, and forming a molten portion extending in the axial direction in the tie rod. The formation of the melted portion increases the contraction deformation in the axial direction of the tie rod, and causes the sheath member to contract in the axial direction. As a result, compressive residual stress is applied to the sheath member, and cracks can be prevented from occurring in the sheath member.

本発明によれば、シース部材にき裂が発生することを防止することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent a crack from occurring in the sheath member.

本発明の実施例を以下に説明する。   Examples of the present invention will be described below.

本発明の好適な一実施例を、図1および図2を用いて説明する。本実施例の制御棒1は、沸騰水型原子炉に用いられる。なお、後述の実施例2〜5の制御棒も沸騰水型原子炉に適用される。制御棒1は、タイロッド2、ハンドル3、下部支持部材5および4枚のブレード7を有する。ハンドル3は、下方に伸びる複数の上部舌状部4を含んでいる。下部支持部材5は、上方に伸びる複数の下部舌状部6を含んでいる。ハンドル3および下部支持部材5は横断面が十字形をしている。制御棒1は、図2に示すように、横断面が十字形をしており、4枚のブレード7がタイロッド2から四方に伸びている。各ブレード7は、中性子吸収部材である複数の扁平な上部ハフニウム筒状体9Aおよび複数の扁平な下部ハフニウム筒状体9Bを、横断面がU字状をした、ステンレス鋼製のシース8内に配置している。各シース8は、側端部に、制御棒1の軸方向に配置された複数のタブ10を有する。各タブ10はタイロッド2に溶接されている。シース8の上端はハンドル3に、シース8の下端は下部支持部材5に溶接にて取り付けられている。それぞれの上部舌状部4が別々の上部ハフニウム筒状体9Aの上端部内に挿入され、各上部ハフニウム筒状体9Aがピン11によって上部舌状部4に取り付けられている。それぞれの下部舌状部6が別々の下部ハフニウム筒状体9Bの上端部内に挿入され、各下部ハフニウム筒状体9Bがピン11によって下部舌状部6に取り付けられている。   A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The control rod 1 of this embodiment is used in a boiling water reactor. Note that control rods of Examples 2 to 5 described later are also applied to the boiling water reactor. The control rod 1 has a tie rod 2, a handle 3, a lower support member 5, and four blades 7. The handle 3 includes a plurality of upper tongues 4 extending downward. The lower support member 5 includes a plurality of lower tongue portions 6 extending upward. The handle 3 and the lower support member 5 are cross-shaped in cross section. As shown in FIG. 2, the control rod 1 has a cross-shaped cross section, and four blades 7 extend from the tie rod 2 in all directions. Each blade 7 includes a plurality of flat upper hafnium cylinders 9A and a plurality of flat lower hafnium cylinders 9B, which are neutron absorbing members, in a stainless steel sheath 8 having a U-shaped cross section. It is arranged. Each sheath 8 has a plurality of tabs 10 arranged in the axial direction of the control rod 1 at the side end. Each tab 10 is welded to the tie rod 2. The upper end of the sheath 8 is attached to the handle 3 and the lower end of the sheath 8 is attached to the lower support member 5 by welding. Each upper tongue 4 is inserted into the upper end of a separate upper hafnium cylinder 9 A, and each upper hafnium cylinder 9 A is attached to the upper tongue 4 by a pin 11. Each lower tongue 6 is inserted into the upper end of a separate lower hafnium cylinder 9B, and each lower hafnium cylinder 9B is attached to the lower tongue 6 by a pin 11.

制御棒1の製造は以下に説明する製造方法によって行われる。タイロッド2の上端に十字形をしたハンドル3が、タイロッド2の下端に十字形をした下部支持部材5が溶接により取り付けられる。その後、上部ハフニウム筒状体9Aが上部舌状部4に取り付けられ、下部ハフニウム筒状体9Bが下部舌状部6に取り付けられる。上部ハフニウム筒状体9Aおよび下部ハフニウム筒状体9BがU字状のシース8の内面の間に配置された状態で、シース8の側端、すなわち、タブ10がタイロッド2に向かって移動される。各タブ10がタイロッド2の表面に重ねられる。   The control rod 1 is manufactured by a manufacturing method described below. A cruciform handle 3 is attached to the upper end of the tie rod 2 and a cruciform lower support member 5 is attached to the lower end of the tie rod 2 by welding. Thereafter, the upper hafnium cylindrical body 9 </ b> A is attached to the upper tongue 4 and the lower hafnium cylindrical body 9 </ b> B is attached to the lower tongue 6. In a state where the upper hafnium cylindrical body 9A and the lower hafnium cylindrical body 9B are disposed between the inner surfaces of the U-shaped sheath 8, the side end of the sheath 8, that is, the tab 10 is moved toward the tie rod 2. . Each tab 10 is overlaid on the surface of the tie rod 2.

シース8をタイロッド2、ハンドル3および下部支持部材5に溶接する前に、タイロッド2、ハンドル3および下部支持部材5によって構成されるフレームを、加熱領域12(図1参照)で加熱する。加熱領域12は、少なくともシース8の上端とシース8の下端の間でタイロッド2に存在する。そのフレームの加熱は、フレームの温度がシース8の温度よりも高くなるように行われる。この加熱は、バーナーの火炎をフレーム全体にあてることにより行われる。フレームの加熱後に、シース8が、タイロッド2、ハンドル3および下部支持部材5に溶接される。まず、シース8とタイロッド2の溶接が行われる。シース8の両側端に位置し、タイロッド2を間に介在させて向かい合いタイロッド2の軸方向において中央に位置する2つのタブ10が、溶接トーチを用いてタイロッド2に溶接される。タイロッド2の両面において、溶接されたそれらのタブ10からハンドル3および下部支持部材5に向かって、順次、他のタブ10が溶接トーチを用いてタイロッド2に溶接される。   Before welding the sheath 8 to the tie rod 2, the handle 3 and the lower support member 5, the frame constituted by the tie rod 2, the handle 3 and the lower support member 5 is heated in the heating region 12 (see FIG. 1). The heating region 12 exists in the tie rod 2 at least between the upper end of the sheath 8 and the lower end of the sheath 8. The frame is heated so that the temperature of the frame is higher than the temperature of the sheath 8. This heating is performed by applying a burner flame to the entire frame. After heating the frame, the sheath 8 is welded to the tie rod 2, handle 3 and lower support member 5. First, the sheath 8 and the tie rod 2 are welded. Two tabs 10 located on both side ends of the sheath 8 and facing each other with the tie rod 2 interposed therebetween are located in the center in the axial direction of the tie rod 2 are welded to the tie rod 2 using a welding torch. On both sides of the tie rod 2, the other tabs 10 are sequentially welded to the tie rod 2 using a welding torch from the welded tabs 10 toward the handle 3 and the lower support member 5.

シース8とタイロッド2の溶接を、図2を用いて具体的に説明する。制御棒1は4枚のシース8を有しており、これらのシース8をタイロッド2に溶接する場合には、タイロッド2の軸方向において8箇所で溶接を行う必要がある。図2に示すように、ある横断面での8箇所の溶接位置に対してトーチ13がそれぞれ配置され、これらの溶接トーチ13を用いた、タブ10とタイロッド2の溶接が、それぞれ行われる。8個の溶接トーチ13を用いて8箇所の溶接を行うので、タイロッド2とシース8の溶接に要する時間を短縮することができる。もし、タイロッド2の周囲の8箇所に溶接トーチ13が配置できない場合には、シース8を1枚ずつ順番にタイロッド2に溶接してもよい。シース8を1枚ずつタイロッド2に溶接する場合には、フレームを加熱して1枚目のシース8とタイロッド2、シース8とハンドル3、およびシース8と下部支持部材5の溶接を終了させ、その後、順次、他のシース8の溶接を行う。   The welding of the sheath 8 and the tie rod 2 will be specifically described with reference to FIG. The control rod 1 has four sheaths 8, and when these sheaths 8 are welded to the tie rods 2, it is necessary to perform welding at eight points in the axial direction of the tie rods 2. As shown in FIG. 2, the torch 13 is arranged at each of eight welding positions in a certain cross section, and the tab 10 and the tie rod 2 are welded using these welding torches 13, respectively. Since eight welding torches 13 are used for welding, the time required for welding the tie rod 2 and the sheath 8 can be shortened. If the welding torch 13 cannot be disposed at eight locations around the tie rod 2, the sheath 8 may be welded to the tie rod 2 one by one in order. When welding the sheath 8 to the tie rod 2 one by one, the frame is heated to finish welding the first sheath 8 and the tie rod 2, the sheath 8 and the handle 3, and the sheath 8 and the lower support member 5, Thereafter, the other sheaths 8 are sequentially welded.

シース8とタイロッド2の溶接が終了した後、シース8の上端部とハンドル3、およびシース8の下端部と下部支持部材5の溶接が行われる。シース8とハンドル3及び下部支持部材5の溶接が完了した後、溶接にて接合された、制御棒1の中間製品は、低温状態になって全体が一様な温度になるまで長時間(例えば、12時間)放置される。この時間が経過した後、制御棒1の製造工程が終了する。製造された制御棒1は、制御棒1の軸方向において、シース8の全長に亘って圧縮残留応力が付与されている。制御棒1のシース8には、図3に示すように、制御棒1の軸方向において、実線14で示す残留応力の分布が形成される。実線14で示される、制御棒1の軸方向における残留応力分布は、圧縮残留応力である。このような圧縮残留応力がシース8の軸方向全長に亘って形成されるためシース8にき裂が生じる危険性を解消することができる。図3において、破線15で示される残留応力分布は、従来の制御棒(特開平9−61576号公報記載の制御棒)に対するものである。従来の制御棒では、破線15で示されるように、シース8の上端部および下端部に引張残留応力が形成される。シース8の軸方向全長をL0および引張残留応力が生じる領域のタイロッド2の軸方向における長さをL1としたとき、引張残留応力が生じる領域の、シース8の上端および下端からのそれぞれの長さL1は0.2L0となる。特に、従来の制御棒では、炉心に挿入されている期間が長いシース8の上端部にき裂が発生している。制御棒1は、シース8の上端部および下端部に圧縮残留応力が付与されるので、シース8の上端部でき裂が発生することが防止できる。   After the welding of the sheath 8 and the tie rod 2 is finished, the upper end of the sheath 8 and the handle 3 and the lower end of the sheath 8 and the lower support member 5 are welded. After the welding of the sheath 8 to the handle 3 and the lower support member 5 is completed, the intermediate product of the control rod 1 joined by welding is kept for a long time (for example, until the whole temperature becomes a uniform temperature). 12 hours). After this time has elapsed, the manufacturing process of the control rod 1 is completed. The manufactured control rod 1 is applied with compressive residual stress over the entire length of the sheath 8 in the axial direction of the control rod 1. In the sheath 8 of the control rod 1, a residual stress distribution indicated by a solid line 14 is formed in the axial direction of the control rod 1 as shown in FIG. 3. The residual stress distribution in the axial direction of the control rod 1 indicated by the solid line 14 is a compressive residual stress. Since such compressive residual stress is formed over the entire length of the sheath 8 in the axial direction, the risk of cracking in the sheath 8 can be eliminated. In FIG. 3, the residual stress distribution indicated by the broken line 15 is for a conventional control rod (the control rod described in JP-A-9-61576). In the conventional control rod, as shown by the broken line 15, tensile residual stress is formed at the upper end portion and the lower end portion of the sheath 8. The length from the upper end and the lower end of the sheath 8 of the region where the tensile residual stress occurs when the axial length of the sheath 8 is L0 and the length of the region where the tensile residual stress occurs in the axial direction of the tie rod 2 is L1. L1 is 0.2L0. In particular, in the conventional control rod, a crack is generated at the upper end portion of the sheath 8 that has been inserted into the core for a long time. Since the control rod 1 is provided with compressive residual stress at the upper end portion and the lower end portion of the sheath 8, it is possible to prevent a crack from occurring at the upper end portion of the sheath 8.

制御棒1において、シース8の上端部および下端部に圧縮残留応力が付与されるメカニズムを、図4を用いて説明する。タイロッド2の軸方向と直交してブレード7が伸びている方向におけるタイロッド2内部の応力評価ライン16、およびブレード7が伸びているその方向におけるシース8内部の応力評価ライン17を想定する。変形の拘束を行わずに自由に伸縮できる状態で置かれたフレームを、全体が一様な温度になるように加熱して、フレーム全体の温度を上昇させると、フレームは応力を生じることなく軸方向に一様に膨張する。この状態において、タイロッド2とシース8の溶接前での、応力評価ライン16に沿った制御棒の軸方向における応力分布18は0である。また、タイロッド2とシース8の溶接前での、応力評価ライン17に沿った制御棒の軸方向における応力分布19も0である。   A mechanism in which compressive residual stress is applied to the upper end portion and the lower end portion of the sheath 8 in the control rod 1 will be described with reference to FIG. Assume a stress evaluation line 16 inside the tie rod 2 in the direction in which the blade 7 extends perpendicular to the axial direction of the tie rod 2 and a stress evaluation line 17 in the sheath 8 in that direction in which the blade 7 extends. If a frame placed in a freely stretchable state without restraining deformation is heated to a uniform temperature throughout the frame, and the temperature of the entire frame is raised, the frame does not generate any stress. It expands uniformly in the direction. In this state, the stress distribution 18 in the axial direction of the control rod along the stress evaluation line 16 before welding of the tie rod 2 and the sheath 8 is zero. Further, the stress distribution 19 in the axial direction of the control rod along the stress evaluation line 17 before welding of the tie rod 2 and the sheath 8 is also zero.

フレームの加熱後にタブ10とタイロッド2を溶接により接合し、ハンドル3および下部支持部材5にシース4の上端部および下端部を開先合わせして溶接を行う。これらの溶接終了後に放置しておくと、シース8とフレームは溶接部でつながっているため、熱伝導によりフレームからシース8に熱が移動する。また、周囲の空気との熱伝達によりシース8とフレームの温度は十分に時間が経過した後には周囲の温度と等しくなる。シース8およびフレーム全体の温度が室温まで降下すると、タイロッド2とシース8の溶接後におけるタイロッド2の応力分布18は、図4に示すように、値Tの引張応力になる。その溶接後のシース8の応力分布19は、図4に示すように、値Sの圧縮応力になる。すなわち、タイロッド2には制御棒の軸方向におけるの引張残留応力が付与され、シース8の軸方向全長に亘ってその軸方向における圧縮残留応力が付与される。特に、本実施例は、シース8とフレームの溶接を開始するときに、シース8の温度がタイロッド2の温度よりも低くなっているので、フレームおよびシース8の温度が常温まで低下したときに、シース8の軸方向の全長に亘って、その軸方向の圧縮残留応力を付与できるのである。   After the frame is heated, the tab 10 and the tie rod 2 are joined by welding, and the upper end portion and the lower end portion of the sheath 4 are aligned with the handle 3 and the lower support member 5 to perform welding. If these are left after the end of welding, the sheath 8 and the frame are connected by a welded portion, so heat is transferred from the frame to the sheath 8 by heat conduction. Further, the temperature of the sheath 8 and the frame becomes equal to the ambient temperature after a sufficient time has elapsed due to heat transfer with the ambient air. When the temperature of the sheath 8 and the entire frame is lowered to room temperature, the stress distribution 18 of the tie rod 2 after the tie rod 2 and the sheath 8 are welded becomes a tensile stress having a value T as shown in FIG. The stress distribution 19 of the sheath 8 after the welding becomes a compressive stress having a value S as shown in FIG. That is, a tensile residual stress in the axial direction of the control rod is applied to the tie rod 2, and a compressive residual stress in the axial direction is applied to the entire length of the sheath 8 in the axial direction. In particular, in this embodiment, when the welding of the sheath 8 and the frame is started, the temperature of the sheath 8 is lower than the temperature of the tie rod 2, so when the temperature of the frame and the sheath 8 is lowered to room temperature, A compressive residual stress in the axial direction can be applied over the entire length of the sheath 8 in the axial direction.

フレームの加熱後にシース8の上端部よび下端部に圧縮残留応力が付与されるメカニズムについて説明する。図3において、シース端部で発生している引張残留応力は、モックアップ試験体を製作して測定したところ最大で180MPaであった。したがって、シースに絶対値が180MPaよりも大きくなる圧縮応力が生じるようなひずみを付与すれば良い。   A mechanism in which compressive residual stress is applied to the upper end portion and the lower end portion of the sheath 8 after the frame is heated will be described. In FIG. 3, the tensile residual stress generated at the end of the sheath was 180 MPa at the maximum when the mock-up specimen was manufactured and measured. Therefore, it is only necessary to give the sheath a strain that generates a compressive stress whose absolute value is greater than 180 MPa.

加熱前のフレームのハンドル3と下部支持部材5との間隔をLt(mm)とする。フレームに溶接される前のシースの長さを(Lt+d)(mm)とする。また、図2に図示している、タイロッド2の横断面積をA(mm)、4枚分のシースの横断面積をB(mm)とする。タイロッド2及びシース8は、それぞれ同じ材料であるSUS316Lステンレス鋼で構成されている。SUS316Lステンレス鋼のヤング率をE(MPa)、線膨張係数をα(1/℃)とする。 The distance between the handle 3 of the frame before heating and the lower support member 5 is Lt (mm). Let the length of the sheath before being welded to the frame be (Lt + d) (mm). Further, the cross-sectional area of the tie rod 2 shown in FIG. 2 is A (mm 2 ), and the cross-sectional area of four sheaths is B (mm 2 ). The tie rod 2 and the sheath 8 are made of SUS316L stainless steel, which is the same material. The Young's modulus of SUS316L stainless steel is E (MPa), and the linear expansion coefficient is α (1 / ° C.).

図5の(A)から(C)はタイロッド2及びシース8を模式的に棒で表している。図5(A),(B)及び(C)において、タイロッド2は便宜的にタイロッド2Aで表し、シース8も便宜的にシース8Aで表している。   5A to 5C schematically show the tie rod 2 and the sheath 8 as rods. 5A, 5B, and 5C, the tie rod 2 is represented by a tie rod 2A for convenience, and the sheath 8 is also represented by a sheath 8A for convenience.

図5(A)は、タイロッド2、ハンドル3及び下部支持部材5とシース8の溶接前でフレームも加熱されていない状態を、模式的に表している。タイロッド2Aの長さはLt(mm)であり、シース8Aの長さは(Lt+d)(mm)である。それぞれの横断面には応力は発生していない。タイロッド2は横断面積がAである棒状のタイロッド2Aで模擬され、ブレード7に設けられた4枚のシース8は横断面積がそれぞれB/4である棒状の4本のシース8Aで模擬されている。   FIG. 5A schematically illustrates a state in which the frame is not heated before welding of the tie rod 2, the handle 3, the lower support member 5, and the sheath 8. The length of the tie rod 2A is Lt (mm), and the length of the sheath 8A is (Lt + d) (mm). No stress is generated in each cross section. The tie rod 2 is simulated by a rod-shaped tie rod 2A having a cross-sectional area A, and the four sheaths 8 provided on the blade 7 are simulated by four rod-shaped sheaths 8A each having a cross-sectional area B / 4. .

図5(B)は、タイロッド2、ハンドル3及び下部支持部材5とシース8の溶接前でフレームを加熱した状態を、模式的に表している。加熱温度を調節してフレームの軸方向の伸びをd(mm)にする。フレームの加熱が完了した段階でも、フレームに伸び変形は発生するが、応力は発生していない。この段階でタイロッド2とシース8の溶接、ハンドル3とシース8の溶接、及び下部支持部材5とシース8の溶接を行う。   FIG. 5B schematically shows a state in which the frame is heated before welding the tie rod 2, the handle 3, the lower support member 5, and the sheath 8. The heating temperature is adjusted so that the axial elongation of the frame is d (mm). Even when the heating of the frame is completed, the frame is stretched and deformed, but no stress is generated. At this stage, the tie rod 2 and the sheath 8 are welded, the handle 3 and the sheath 8 are welded, and the lower support member 5 and the sheath 8 are welded.

図5(C)は、タイロッド2、ハンドル3及び下部支持部材5とシース8の各溶接が完了し、さらにフレーム全体の温度が初期温度まで降下した時点の状態を、模式的に表している。フレームとシース8は溶接部で接続されているため、軸方向の長さは等しくなる。シース8Aの初期状態からの収縮量をδLとする。タイロッド2Aの初期状態からの伸び量は(d−δL)である。   FIG. 5C schematically shows a state at the time when the welding of the tie rod 2, the handle 3, the lower support member 5 and the sheath 8 is completed and the temperature of the entire frame is lowered to the initial temperature. Since the frame and the sheath 8 are connected by a welded portion, the lengths in the axial direction are equal. The amount of contraction of the sheath 8A from the initial state is δL. The amount of elongation of the tie rod 2A from the initial state is (d−δL).

この状態において、タイロッド2Aの横断面には、E×(d−δL)/Lt(MPa)の引張応力が発生する。シース8Aの横断面には、E×δL/(Lt+d)(MPa)の圧縮応力が発生する。それぞれの横断面における内力は、それぞれの横断面積を乗じた値になり、タイロッド2Aでは、(E×(d−δL)/Lt)×Aの引張力、シース8Aでは、(E×δL/(Lt+d))×Bの圧縮力となる。内力のつりあいを考えると、タイロッド2Aの引張力とシース8Aの圧縮力は絶対値が等しくなる必要があり、(1)式が成り立つ。   In this state, a tensile stress of E × (d−δL) / Lt (MPa) is generated in the cross section of the tie rod 2A. A compressive stress of E × δL / (Lt + d) (MPa) is generated in the cross section of the sheath 8A. The internal force in each cross section is a value obtained by multiplying the respective cross-sectional areas. The tie rod 2A has a tensile force of (E × (d−δL) / Lt) × A, and the sheath 8A has (E × δL / ( Lt + d)) × B compression force. Considering the balance of internal forces, the absolute value of the tensile force of the tie rod 2A and the compressive force of the sheath 8A must be equal, and the equation (1) is established.

(E×(d−δL)/Lt)×A=(E×δL/(Lt+d))×B …(1)
(1)式を整理することによって(2)式が得られる。
(E × (d−δL) / Lt) × A = (E × δL / (Lt + d)) × B (1)
By arranging the expression (1), the expression (2) is obtained.

δL/(Lt+d)=d/(((A+B)/A)×Lt+d) …(2)
(2)式の左辺は、図5(C)の状態でシース8Aに発生している圧縮ひずみである。(2)式の右辺は収縮量δLを含んでいない。シース8Aに発生している歪みにヤング率を乗じることにより応力を求めることができる。フレームを加熱した後にフレームとシース8Aを溶接し、全体が初期温度になることによりシース8Aに発生する応力をσthとしたとき、応力σthは絶対値が(3)式で与えられる圧縮応力となる。
δL / (Lt + d) = d / (((A + B) / A) × Lt + d) (2)
The left side of the equation (2) is the compressive strain generated in the sheath 8A in the state of FIG. The right side of equation (2) does not include the contraction amount δL. The stress can be obtained by multiplying the strain generated in the sheath 8A by the Young's modulus. When the frame and the sheath 8A are welded after the frame is heated, and the stress generated in the sheath 8A due to the entire temperature is σth, the stress σth is a compressive stress whose absolute value is given by the equation (3). .

σth=E×d/(((A+B)/A)×Lt+d) …(3)
モックアップ試験体で測定されたシース部の引張残留応力の最大値である180MPaよりも、(3)式で与えられる圧縮応力の絶対値が大きい場合には、シース8Aの残留応力は圧縮応力になる。すなわち、シース8Aの伸び量dを含む(4)式の不等式が成り立つ場合には、シース8Aの残留応力を圧縮応力にすることができる。
σth = E × d / (((A + B) / A) × Lt + d) (3)
When the absolute value of the compressive stress given by the equation (3) is larger than 180 MPa, which is the maximum value of the tensile residual stress of the sheath portion measured by the mock-up specimen, the residual stress of the sheath 8A is reduced to the compressive stress. Become. That is, when the inequality (4) including the extension amount d of the sheath 8A is established, the residual stress of the sheath 8A can be made a compressive stress.

σth<E×d/(((A+B)/A)×Lt+d) …(4)
ここで、加熱によるフレームの伸び量dは、初期温度と加熱完了時の温度差をΔT(℃)としたとき、(5)式で求めることができる。
σth <E × d / (((A + B) / A) × Lt + d) (4)
Here, the amount of elongation d of the frame due to heating can be obtained by equation (5), where ΔT (° C.) is the temperature difference between the initial temperature and the completion of heating.

d=α×ΔT×Lt …(5)
(5)式を(4)式に代入し、温度差ΔTについて整理すると、(6)式が得られる。
d = α × ΔT × Lt (5)
By substituting the equation (5) into the equation (4) and arranging the temperature difference ΔT, the equation (6) is obtained.

ΔT>(1/α)×((A+B)/A)/(E/σth−1) …(6)
ここで、SUS316Lオーステナイト系ステンレス鋼では、ヤング率Eは195000(MPa)、線膨張係数αは1.52×10−5(1/℃)である。タイロッド2の横断面積をAは420(mm)、4枚分のシース8の横断面積をBは632(mm)である。また、σth=180(MPa)とする。これらの値を(6)式に代入することによって(7)式が得られる。
ΔT> (1 / α) × ((A + B) / A) / (E / σth−1) (6)
Here, in the SUS316L austenitic stainless steel, the Young's modulus E is 195000 (MPa), and the linear expansion coefficient α is 1.52 × 10 −5 (1 / ° C.). A cross-sectional area of the tie rod 2 is 420 (mm 2 ), and a cross-sectional area of four sheaths 8 is B is 632 (mm 2 ). Further, σth = 180 (MPa). By substituting these values into equation (6), equation (7) is obtained.

ΔT>152(℃) …(7)
したがって、シース8の初期温度が20℃の場合には、フレームの温度を温度差ΔTが152℃よりも大きくなるように、すなわち、フレームを172℃よりも高くなるように加熱して、その後にシース8とフレームの溶接を行うことにより、シース8の各端部の引張残留応力をそれぞれ圧縮にすることができる。
ΔT> 152 (° C.) (7)
Therefore, when the initial temperature of the sheath 8 is 20 ° C., the frame temperature is heated so that the temperature difference ΔT is larger than 152 ° C., that is, the frame is heated higher than 172 ° C. By welding the sheath 8 and the frame, the tensile residual stress at each end of the sheath 8 can be compressed.

一例として、フレームの加熱を行わないで溶接したときに、シース8の端部に180MPaの引張応力が発生した構造に対して、シース8の初期温度が20℃で、フレームを200℃まで加熱し、その後にフレームとシース8の溶接を行った場合を想定する。その溶接を開始する時点におけるシース8とフレームの温度差ΔTは、180℃になる。ここで、加熱前のフレームのハンドル3と下部支持部材5の間隔Ltを、3600(mm)とする。このとき、(5)式から、フレームの伸び量dは9.85mmになる。シース8の軸方向の長さは、発生させる温度差を考慮して、シース部材の加工の段階で3609.85(mm)になるようにしておく。このとき、ハンドル3とシース8、または下部支持部材5とシース8の間に隙間は生じない。次に、タイロッド2とシース8、ハンドル3とシース8、及び下部支持部材5とシース8の溶接を行う。これらの溶接が完了した後に全体の温度が降下した時点での残留応力は、初期温度になった状態で、32MPaの圧縮応力になる。また、シース8上で、シース8の端部から離れたシース8の中央部付近では、端部よりも絶対値が大きい、すなわち、絶対値が32MPaよりも大きい圧縮残留応力になる。なお、シース8とハンドル3及び下部支持部材5の各溶接において、溶接入熱によりシース8の端部は溶融する。このため、シース8の長さは、3609.85mmよりも長く設定する。例に示したように0.01mmのオーダーの寸法精度は必要ない。例えば3615mmとしてもよい。このとき、シース8の両端部はハンドル3及び下部支持部材5のそれぞれと2.575mm(=(3615−3609.85)/2)の幅で重なるが、例えばTIG溶接の場合には、溶融幅が約6mmあるため、余分なシース部材は溶接時に溶かして溶着部とすることが可能である。   As an example, for a structure in which a tensile stress of 180 MPa is generated at the end of the sheath 8 when welding without heating the frame, the initial temperature of the sheath 8 is 20 ° C. and the frame is heated to 200 ° C. Assume that the frame and the sheath 8 are subsequently welded. The temperature difference ΔT between the sheath 8 and the frame at the time of starting the welding becomes 180 ° C. Here, the distance Lt between the handle 3 of the frame before heating and the lower support member 5 is 3600 (mm). At this time, from equation (5), the amount of extension d of the frame is 9.85 mm. The length of the sheath 8 in the axial direction is set to 3609.85 (mm) at the stage of processing the sheath member in consideration of the temperature difference to be generated. At this time, there is no gap between the handle 3 and the sheath 8 or between the lower support member 5 and the sheath 8. Next, the tie rod 2 and the sheath 8, the handle 3 and the sheath 8, and the lower support member 5 and the sheath 8 are welded. The residual stress at the time when the overall temperature drops after these weldings are completed becomes a compressive stress of 32 MPa in the state where the initial temperature is reached. On the sheath 8, in the vicinity of the center portion of the sheath 8 that is away from the end portion of the sheath 8, the compressive residual stress is larger in absolute value than the end portion, that is, the absolute value is larger than 32 MPa. In each welding of the sheath 8, the handle 3, and the lower support member 5, the end of the sheath 8 is melted by welding heat input. For this reason, the length of the sheath 8 is set to be longer than 3609.95 mm. As shown in the example, a dimensional accuracy of the order of 0.01 mm is not necessary. For example, it may be 3615 mm. At this time, both ends of the sheath 8 overlap each of the handle 3 and the lower support member 5 with a width of 2.575 mm (= (3615-3609.85) / 2). For example, in the case of TIG welding, the melt width Is about 6 mm, the extra sheath member can be melted during welding to form a welded portion.

なお、シース8に形成されるタブ10の数が多い場合には、タイロッド2にタブ10を順次溶接するに伴って、加熱されたフレームの温度が低下する場合がある。このときには、タブ10の溶接が行われていないフレーム上の領域を再度加熱してタブ10、ハンドル3および下部支持部材5の溶接を行えばよい。   If the number of tabs 10 formed on the sheath 8 is large, the temperature of the heated frame may decrease as the tabs 10 are sequentially welded to the tie rod 2. At this time, the region on the frame where the tab 10 is not welded may be heated again to weld the tab 10, the handle 3, and the lower support member 5.

また、最初にフレーム全体を加熱するのではなく、シース8のタブ10とタイロッド2の溶接を行うとき、タイロッド2における、ある溶接が完了したタブ10と、溶接が進行する方向でこれと隣り合うタブとの間の1スパンの領域を加熱しながら、後者のタブを溶接する。このように順次、1スパンごとに加熱とタブの溶接を行っても良い。これによって、フレーム全体を加熱した場合において、ハンドル3または下部支持部材5に近いタブ10に到達したときにフレームの温度が低下することを避けることができる。   In addition, when the tab 10 of the sheath 8 and the tie rod 2 are welded instead of heating the entire frame first, the tie rod 2 is adjacent to the tab 10 that has undergone certain welding in the welding progress direction. The latter tab is welded while heating the one span area between the tabs. In this way, heating and tab welding may be performed sequentially for each span. Accordingly, when the entire frame is heated, it is possible to avoid a decrease in the temperature of the frame when the tab 10 close to the handle 3 or the lower support member 5 is reached.

フレームの加熱は、バーナーの火炎の替りに、例えば高周波誘導加熱を利用することも可能である。高周波誘導加熱を用いることによって、フレームを短時間に高い温度に予熱することが可能である。この高周波誘導加熱において、例えば、フレーム全体を一度に加熱できる高周波誘導加熱用のコイルを用いる。また、タイロッド2の軸方向に隣り合うタブ間の長さを有する高周波誘導加熱用のコイルを用いてもよい。   For the heating of the frame, for example, high frequency induction heating can be used instead of the flame of the burner. By using high frequency induction heating, it is possible to preheat the frame to a high temperature in a short time. In this high frequency induction heating, for example, a high frequency induction heating coil capable of heating the entire frame at a time is used. Alternatively, a high frequency induction heating coil having a length between tabs adjacent to each other in the axial direction of the tie rod 2 may be used.

タブ10のタイロッド2への溶接は、例えば、ハンドル3に最も近いタブ10から下部支持部材5側に向かって順次行うことによっても可能である。逆に、下部支持部材5側からハンドル3に向かってタブ10を溶接しても良い。   The welding of the tab 10 to the tie rod 2 is also possible, for example, by sequentially performing from the tab 10 closest to the handle 3 toward the lower support member 5 side. Conversely, the tab 10 may be welded from the lower support member 5 side toward the handle 3.

複数のタブ10のタイロッド3への溶接を、タイロッド4の軸方向における中央部に位置するタブからハンドル2および下部支持部材3付近に位置するタブに向かって順次行うことにより、タイロッド2の中央位置に対して、対称を保ちながら溶接を進めることができる。このため、タイロッド2の曲がり等の溶接変形を小さく抑えることができる。   The welding of the plurality of tabs 10 to the tie rod 3 is performed sequentially from the tab located in the central portion in the axial direction of the tie rod 4 toward the tab located in the vicinity of the handle 2 and the lower support member 3. On the other hand, welding can be performed while maintaining symmetry. For this reason, welding deformation such as bending of the tie rod 2 can be reduced.

溶接部の加熱は、例えば炭素鋼の溶接では予熱として一般的に行われている。このため、フレームを加熱する本実施例は、新たに設備を準備することなく残留応力の改善を行うことができる。したがって、割れを起こさない好ましい残留応力分布を持った制御棒をコストの増加を抑えて製作することが可能になる。   Heating of the welded portion is generally performed as preheating in, for example, carbon steel welding. For this reason, the present embodiment in which the frame is heated can improve the residual stress without newly preparing equipment. Therefore, it is possible to manufacture a control rod having a preferable residual stress distribution that does not cause cracking while suppressing an increase in cost.

制御棒1においてハンドル3、下部支持部材5及びタイロッド2とシース8の溶接は入熱量が小さいため、溶接変形の発生はほとんど見られない。このため、シース8とハンドル3、及びシース8と下部支持部材5のそれぞれの溶接が終了した後にシース8とタイロッド2の溶接を行っても、本実施例と同等の圧縮残留応力をシースに付与することができる。   In the control rod 1, the welding of the handle 3, the lower support member 5, the tie rod 2 and the sheath 8 has a small amount of heat input, so that almost no welding deformation occurs. Therefore, even if the sheath 8 and the tie rod 2 are welded after the welding of the sheath 8 and the handle 3 and the sheath 8 and the lower support member 5 is finished, the compressive residual stress equivalent to that of this embodiment is applied to the sheath. can do.

本発明の他の実施例である制御棒を、図6を用いて説明する。本実施例の制御棒1Aはタイロッド2の下部領域での加熱を省略して製造される。   A control rod according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The control rod 1A of this embodiment is manufactured by omitting heating in the lower region of the tie rod 2.

従来の制御棒は、引張残留応力が発生している最も広い領域が引張残留応力になるのは、前述したように、シース8の上端部および下端部である(図3参照)。シースにき裂が生じる箇所は、前述したように、シース8の上端部である。このため、本実施例は、フレームのタイロッド2の上端部(例えば、シース8の上端から0.2L0の範囲)を加熱し、その後、実施例1と同様に、タブ10をタイロッド2に溶接し、シース8の上端および下端をハンドル3および下部支持部材5にそれぞれ溶接する。シース8の下端部には引張残留応力が形成されているが、1つの運転サイクルにおいてシース8の下端部が原子炉の炉心内に挿入されている期間は短いので、シース8の下端部にはき裂が発生しない。   As described above, in the conventional control rod, the widest region where the tensile residual stress is generated becomes the tensile residual stress at the upper end portion and the lower end portion of the sheath 8 (see FIG. 3). The location where the sheath is cracked is the upper end portion of the sheath 8 as described above. For this reason, in the present embodiment, the upper end portion of the tie rod 2 of the frame (for example, a range of 0.2 L0 from the upper end of the sheath 8) is heated, and then the tab 10 is welded to the tie rod 2 as in the first embodiment. The upper end and the lower end of the sheath 8 are welded to the handle 3 and the lower support member 5, respectively. Although a tensile residual stress is formed at the lower end of the sheath 8, the period during which the lower end of the sheath 8 is inserted into the reactor core in a single operation cycle is short. Cracks do not occur.

制御棒1Aは、シース8でき裂が発生するシース8の上端からL1の長さの領域で、シース8に軸方向の圧縮残留応力を付与することができる。このため、実施例1の制御棒1に比べてタイロッド3の加熱領域が少なくなるので、制御棒1Aの製造に要する時間を短縮することができる。本実施例は、実施例1で生じる効果も得ることができる。   The control rod 1A can apply compressive residual stress in the axial direction to the sheath 8 in a region having a length L1 from the upper end of the sheath 8 where the sheath 8 is cracked. For this reason, since the heating area | region of the tie rod 3 decreases compared with the control rod 1 of Example 1, the time which manufactures 1A of control rods can be shortened. The present embodiment can also obtain the effects produced in the first embodiment.

本発明の他の実施例である制御棒の製造方法を、図7を用いて説明する。実施例1と同様にして、タイロッド2にハンドル3および下部支持部材5を溶接して、制御棒のフレームを構成する。本実施例の制御棒1Bの製造方法においては、引張装置21を使用する。   A method for manufacturing a control rod according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the same manner as in the first embodiment, the handle 3 and the lower support member 5 are welded to the tie rod 2 to constitute a control rod frame. In the manufacturing method of the control rod 1B of the present embodiment, the tension device 21 is used.

引張装置21の構成を簡単に説明する。引張装置21は、剛性が高いフレーム部材22、荷重付加軸25および軸回転装置26を備えている。フレーム部材22は、平行に配置された梁部材23,24を有する。梁部材23,24にそれぞれ設けられる引張機構30は、荷重付加軸25、軸回転装置26、保持部材27およびU字状をした荷重付加冶具28を有する。荷重付加軸25が、梁部材23,24を貫通し、梁部材23,24に設けられた軸回転装置26に噛み合っている。U字状をした4個の荷重付加冶具28が、荷重付加軸25の一端部に設けられた保持部材27に取り付けられている。それぞれの荷重付加冶具28にはピン29が取り付けられる。荷重付加軸25は外面にネジを形成しており、このネジが軸回転装置26に設けられたウォームギアと噛み合っている。   The configuration of the tensioning device 21 will be briefly described. The tension device 21 includes a highly rigid frame member 22, a load addition shaft 25, and a shaft rotation device 26. The frame member 22 has beam members 23 and 24 arranged in parallel. The tension mechanism 30 provided in each of the beam members 23 and 24 includes a load application shaft 25, a shaft rotating device 26, a holding member 27, and a U-shaped load application jig 28. The load application shaft 25 passes through the beam members 23 and 24 and meshes with a shaft rotation device 26 provided on the beam members 23 and 24. Four U-shaped load application jigs 28 are attached to a holding member 27 provided at one end of the load application shaft 25. A pin 29 is attached to each load application jig 28. The load application shaft 25 is formed with a screw on its outer surface, and this screw meshes with a worm gear provided on the shaft rotation device 26.

制御棒1Bのフレームが、梁部材23と梁部材24の間に配置される。梁部材23に設けられた引張機構30の4個の荷重付加冶具28を、それぞれピン29を用いてハンドル3に取り付ける。梁部材24に設けられた引張機構30の4個の荷重付加冶具28が、それぞれピン29を用いて下部支持部材5に取り付けられる。少なくとも一方の軸回転装置26を回転させて該当する荷重付加軸25をタイロッド2の軸方向に移動させ、ハンドル3と下部支持部材5をその軸方向に引張る。これにより、軸方向の引張応力がフレームに付与される。フレーム、特に、タイロッド2に引張応力が付与されている状態を保持し、実施例1と同様に、シース8の複数のタブ10をタイロッド2に順次溶接する。その後、シース8の上端とハンドル3の溶接、およびシース8の下端と下部保持部材5の溶接が行われる。シース8のフレームへの全ての溶接が終了した後、軸回転装置26を逆方向に回転させ、フレームに加えていた引張力を解除する。それぞれの荷重付加冶具28がハンドル3および下部支持部材5から取り外される。   The frame of the control rod 1 </ b> B is disposed between the beam member 23 and the beam member 24. The four load applying jigs 28 of the tension mechanism 30 provided on the beam member 23 are attached to the handle 3 using pins 29, respectively. Four load application jigs 28 of the tension mechanism 30 provided on the beam member 24 are attached to the lower support member 5 using pins 29, respectively. At least one of the shaft rotation devices 26 is rotated to move the corresponding load application shaft 25 in the axial direction of the tie rod 2, and the handle 3 and the lower support member 5 are pulled in the axial direction. Thereby, an axial tensile stress is applied to the frame. The frame, in particular, a state in which a tensile stress is applied to the tie rod 2 is maintained, and the plurality of tabs 10 of the sheath 8 are sequentially welded to the tie rod 2 as in the first embodiment. Thereafter, the upper end of the sheath 8 and the handle 3 are welded, and the lower end of the sheath 8 and the lower holding member 5 are welded. After all the welding of the sheath 8 to the frame is completed, the shaft rotating device 26 is rotated in the reverse direction to release the tensile force applied to the frame. Each load application jig 28 is removed from the handle 3 and the lower support member 5.

本実施例の製造方法によって製造された制御棒1Bにおいて、シース8に軸方向の圧縮残留応力が付与されるメカニズムを、図8を用いて説明する。引張装置21によって軸方向の引張応力を付与したフレームを構成するタイロッド2にシース8の開先を合せた状態では、シース8には軸方向の応力は発生していない。すなわち、応力評価ライン17に沿った制御棒の軸方向における応力分布19は0である。これに対し、タイロッド2には、引張装置21の引張力によって値T1の軸方向の引張応力が生じている。すなわち、応力評価ライン16に沿った制御棒の軸方向における応力分布18は値T1の引張応力である。前述したシース8とフレームの溶接が終了した後、引張装置21によってタイロッド2に作用していた引張力を除去することによって、シース8には軸方向の圧縮の変位が付加される。この結果、タイロッド2には値T1よりも減少した値T2の軸方向の引張残留応力が生じ、シース8に生じる応力分布19は、値Sの軸方向の圧縮残留応力となる。   A mechanism in which axial compressive residual stress is applied to the sheath 8 in the control rod 1B manufactured by the manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the state where the groove of the sheath 8 is aligned with the tie rod 2 constituting the frame to which the axial tensile stress is applied by the tension device 21, no axial stress is generated in the sheath 8. That is, the stress distribution 19 in the axial direction of the control rod along the stress evaluation line 17 is zero. On the other hand, the tie rod 2 is subjected to a tensile stress in the axial direction of the value T <b> 1 by the tensile force of the tension device 21. That is, the stress distribution 18 in the axial direction of the control rod along the stress evaluation line 16 is a tensile stress having a value T1. After the above-described welding between the sheath 8 and the frame is completed, the tensile force applied to the tie rod 2 is removed by the tension device 21, whereby a compressive displacement in the axial direction is applied to the sheath 8. As a result, an axial tensile residual stress having a value T2 that is smaller than the value T1 is generated in the tie rod 2, and the stress distribution 19 generated in the sheath 8 is an axial compressive residual stress having a value S.

本実施例で製造された制御棒1Bも、シース8の軸方向全長に亘って圧縮残留応力が付与されている。このため、シース8におけるき裂の発生を防止できる。さらに、本実施例は、引張装置21を用いているので、タイロッド2の伸びがタイロッド2の中心軸に沿って一様に発生する。フレームに曲げ変形のように製品の寸法精度に悪影響を与える変形を発生させずに、フレームへ引張力を付与することが容易に可能となる。その結果、完成した制御棒の寸法精度を確保することができる。   The control rod 1 </ b> B manufactured in this embodiment is also given compressive residual stress over the entire axial length of the sheath 8. For this reason, generation | occurrence | production of the crack in the sheath 8 can be prevented. Furthermore, since the present embodiment uses the tensioning device 21, the tie rod 2 is uniformly stretched along the central axis of the tie rod 2. It is possible to easily apply a tensile force to the frame without causing deformation that adversely affects the dimensional accuracy of the product, such as bending deformation, in the frame. As a result, the dimensional accuracy of the completed control rod can be ensured.

引張装置21によってフレームに付与された引張荷重は、シース8とフレームの溶接が完了する前、例えばシース8の複数のタブ10のうち一部のタブ10の溶接が終わった時点で解除しても良い。この場合には、引張荷重を付加した状態でタブ10の溶接が行われた軸方向の範囲では、その溶接によってシース8に生じる軸方向の引張応力を低減することができる。また、引張残留応力の低減を必要とする領域でタブ10の溶接を行うときにのみ、タイロッド2に引張荷重を付加しても、シース8の上端部に軸方向の圧縮残留応力が付与される。   The tensile load applied to the frame by the tensioning device 21 may be released before the welding of the sheath 8 and the frame is completed, for example, when the welding of some of the tabs 10 of the sheath 8 is completed. good. In this case, in the axial range where the tab 10 is welded in a state where a tensile load is applied, the axial tensile stress generated in the sheath 8 by the welding can be reduced. Further, only when the tab 10 is welded in a region where it is necessary to reduce the tensile residual stress, an axial compressive residual stress is applied to the upper end portion of the sheath 8 even if a tensile load is applied to the tie rod 2. .

軸方向においてタイロッド2の途中に荷重付加治具28を取り付けてタイロッド2に局所的に引張荷重を付加しても良い。例えば、タイロッド2に引張荷重を付加する位置に荷重付加治具28を予め取り付けておく。タイロッド1の軸方向の中央部に位置するタブ10からタイロッド2と接合する溶接を開始して、ハンドル2の近くのタブ10が溶接される状態になったときに、その荷重付加治具28に引張荷重を付加してタイロッド2に引張荷重を与える。次に残りの位置でのタブ溶接およびシース8とハンドル3および下部支持部材5の溶接を行う。付加していた引張荷重を取り除くことによって、タブの溶接中に引張荷重を付加していたタイロッド2の領域における引張残留応力を低減することができる。   A load applying jig 28 may be attached in the middle of the tie rod 2 in the axial direction to apply a tensile load locally to the tie rod 2. For example, a load applying jig 28 is attached in advance to a position where a tensile load is applied to the tie rod 2. When welding for joining the tie rod 2 is started from the tab 10 located in the center portion in the axial direction of the tie rod 1 and the tab 10 near the handle 2 is welded, the load applying jig 28 The tensile load is applied to the tie rod 2 by applying a tensile load. Next, tab welding at the remaining position and welding of the sheath 8 to the handle 3 and the lower support member 5 are performed. By removing the applied tensile load, it is possible to reduce the tensile residual stress in the region of the tie rod 2 to which the tensile load was applied during the welding of the tab.

また、シース8とフレームのすべての溶接が完了した後にハンドル3と下部支持部材5をタイロッド1に軸方向の引張応力が発生するように引張荷重を付加した後にこの引張荷重を除去しても良い。この場合には、シース8とフレームのすべての溶接部に塑性変形が発生し、それにより引張残留応力が低減される。溶接部で引張応力が発生している領域に引張荷重が付加されると、引張残留応力が発生している領域では、他の領域よりも低い引張荷重で引張側の降伏が起きる。このため、引張荷重を除去した後で溶接部には引張の塑性ひずみが残留する。引張の塑性ひずみによる変形が周囲の領域で拘束された場合には、その塑性ひずみは残留圧縮応力になる。すなわち、シース8の上端部に圧縮残留応力を付与することができる。   In addition, after the welding of the sheath 8 and the frame is completed, the handle 3 and the lower support member 5 may be removed after applying a tensile load so that an axial tensile stress is generated on the tie rod 1. . In this case, plastic deformation occurs in all the welds of the sheath 8 and the frame, thereby reducing the tensile residual stress. When a tensile load is applied to a region where tensile stress is generated in the welded portion, in the region where tensile residual stress is generated, yielding on the tensile side occurs at a lower tensile load than other regions. For this reason, the tensile plastic strain remains in the weld after the tensile load is removed. When deformation due to tensile plastic strain is constrained in the surrounding region, the plastic strain becomes residual compressive stress. That is, compressive residual stress can be applied to the upper end portion of the sheath 8.

本発明の他の実施例である制御棒の製造方法を、図9を用いて説明する。実施例1と同様にして、タイロッド2にハンドル3および下部支持部材5を溶接して、制御棒のフレームを構成する。このフレームに、実施例1と同様に、上部ハフニウム筒状体9Aおよび下部ハフニウム筒状体9Bが取り付けられる。本実施例の制御棒1Cの製造方法においては、圧縮装置31を使用する。   A method for manufacturing a control rod according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the same manner as in the first embodiment, the handle 3 and the lower support member 5 are welded to the tie rod 2 to constitute a control rod frame. Similar to the first embodiment, the upper hafnium cylindrical body 9A and the lower hafnium cylindrical body 9B are attached to the frame. In the manufacturing method of the control rod 1C of the present embodiment, the compression device 31 is used.

圧縮装置31の構成を、図9および図10を用いて簡単に説明する。圧縮装置31は、荷重付加軸32、軸回転装置33、梁部材34および爪部材35を備えている。軸回転装置33および梁部材34は2つずつ設けられる。荷重付加軸32は、外面にネジが切ってある。各軸回転装置33は、荷重付加軸32と噛み合うウォームギアが設けられ、荷重付加軸32に移動可能に取り付けられる。梁部材34は軸回転装置33に取り付けられる。一対の爪部材35が梁部材34に設けられる。   The configuration of the compression device 31 will be briefly described with reference to FIGS. 9 and 10. The compression device 31 includes a load addition shaft 32, a shaft rotation device 33, a beam member 34, and a claw member 35. Two shaft rotation devices 33 and two beam members 34 are provided. The load application shaft 32 is threaded on the outer surface. Each shaft rotation device 33 is provided with a worm gear that meshes with the load application shaft 32 and is movably attached to the load application shaft 32. The beam member 34 is attached to the shaft rotation device 33. A pair of claw members 35 is provided on the beam member 34.

フレームに溶接するシース8に圧縮装置31を取り付け、この圧縮装置31によりシース8に軸方向において圧縮変形を与える。この圧縮変形によってシース8に軸方向の圧縮応力が付与される。圧縮装置31のシース8への取り付けを、説明する。荷重付加軸32の一端部に存在する梁部材34に設けられた一対の爪部材35が、シース8の一端部に形成された2つの冷却孔36内に挿入され、シース8に引っ掛けられる。荷重付加軸32の他端部に存在する他の梁部材34に設けられた一対の爪部材35が、シース8の他端部に形成された2つの冷却孔36内に挿入され、シース8に引っ掛けられる。軸回転装置33を駆動して荷重付加軸32を回転させ、一対の梁部材34間の距離を狭くする。これにより、シース8に軸方向の圧縮応力が付与される。   A compression device 31 is attached to the sheath 8 welded to the frame, and the compression device 31 applies a compressive deformation to the sheath 8 in the axial direction. By this compressive deformation, axial compressive stress is applied to the sheath 8. The attachment of the compression device 31 to the sheath 8 will be described. A pair of claw members 35 provided on the beam member 34 existing at one end of the load application shaft 32 are inserted into two cooling holes 36 formed at one end of the sheath 8 and are hooked on the sheath 8. A pair of claw members 35 provided on the other beam member 34 existing at the other end of the load application shaft 32 are inserted into two cooling holes 36 formed at the other end of the sheath 8, Be hooked. The shaft rotating device 33 is driven to rotate the load adding shaft 32, and the distance between the pair of beam members 34 is narrowed. Thereby, axial compressive stress is applied to the sheath 8.

上記の圧縮応力が付与されたシース8が、実施例1と同様にして、タイロッド2、ハンドル3および下部支持部材5に溶接される。シース8とフレームとの全ての溶接が終了した時点で、軸回転装置33を逆方向に回転させ、シース8に付与している圧縮力を取り除く。   The sheath 8 to which the compressive stress is applied is welded to the tie rod 2, the handle 3, and the lower support member 5 in the same manner as in the first embodiment. When all the welding between the sheath 8 and the frame is completed, the shaft rotating device 33 is rotated in the reverse direction to remove the compressive force applied to the sheath 8.

本実施例の製造方法によって製造された制御棒1Cにおいて、シース8の軸方向全長に亘って軸方向の圧縮残留応力が付与されるメカニズムを、図11を用いて説明する。フレームを構成するタイロッド2に軸方向に圧縮応力を付加したシース8の開先を合せた状態では、応力評価ライン16に沿った制御棒の軸方向における応力分布18は0である。シース8には、応力評価ライン17に沿った制御棒の軸方向における応力分布19は値Sの圧縮応力となる。この状態で、シース8とタイロッド2、ハンドル3および下部支持部材3のそれぞれの溶接を行う。シース8とフレームの全ての溶接が終了した後、圧縮装置31によってシース8に付加していた軸方向の圧縮荷重が取り除かれる。これによって、シース8に付加されていた軸方向変位が解消される。タイロッド2には軸方向の引張の変位が付加さる。この結果、タイロッド2の応力分布18は値Tの引張残留応力となる。また、シース8に生じる応力分布19は値Sの圧縮残留応力が付与される。本実施例によれば、シース8の軸方向全長に渡って軸方向の圧縮残留応力が付与される。シース8にき裂が生じることを防止できる。   In the control rod 1C manufactured by the manufacturing method of the present embodiment, a mechanism in which an axial compressive residual stress is applied over the entire axial length of the sheath 8 will be described with reference to FIG. In a state where the groove of the sheath 8 to which compressive stress is applied in the axial direction is combined with the tie rod 2 constituting the frame, the stress distribution 18 in the axial direction of the control rod along the stress evaluation line 16 is zero. In the sheath 8, the stress distribution 19 in the axial direction of the control rod along the stress evaluation line 17 becomes a compressive stress having a value S. In this state, the sheath 8, the tie rod 2, the handle 3 and the lower support member 3 are welded. After the welding of the sheath 8 and the frame is completed, the compressive device 31 removes the axial compressive load applied to the sheath 8. As a result, the axial displacement added to the sheath 8 is eliminated. An axial tensile displacement is added to the tie rod 2. As a result, the stress distribution 18 of the tie rod 2 becomes a tensile residual stress having a value T. The stress distribution 19 generated in the sheath 8 is given a compressive residual stress of value S. According to this embodiment, an axial compressive residual stress is applied over the entire axial length of the sheath 8. It is possible to prevent the sheath 8 from being cracked.

シース8はタイロッド2と比較すると薄板である。そのため、実施例3においてタイロッド2に引張荷重を負荷する装置よりも小さい装置で、シース8に圧縮荷重を負荷することができる。   The sheath 8 is a thin plate compared to the tie rod 2. Therefore, the compressive load can be applied to the sheath 8 with a device smaller than the device that applies the tensile load to the tie rod 2 in the third embodiment.

本発明の他の実施例である制御棒の製造方法を、図12を用いて説明する。本実施例の製造方法で製造された制御棒1Dは、タイロッド2の表面に溶融部37を形成している。溶融部37は、例えば、ノンフィラーの溶融部であり、固まっている。   A method for manufacturing a control rod according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The control rod 1 </ b> D manufactured by the manufacturing method of the present embodiment forms a melting part 37 on the surface of the tie rod 2. The melting part 37 is a non-filler melting part, for example, and is solidified.

制御棒1Dを製造する方法について説明する。実施例1と同様に、タイロッド2、ハンドル3および下部支持部材5が一体化されたフレームが形成される。その後、シース8の複数のタブ10がタイロッド2に順次溶接される。シース8の上端がハンドル3に、シース8の下端が下部支持部材5にそれぞれ溶接される。上部ハフニウム筒状体9Aおよび下部ハフニウム筒状体9Bが、シース8内に配置される。制御棒1Dの製造方法におけるここまでの工程は、従来の制御棒の製造工程と同じである。   A method for manufacturing the control rod 1D will be described. As in the first embodiment, a frame in which the tie rod 2, the handle 3, and the lower support member 5 are integrated is formed. Thereafter, the plurality of tabs 10 of the sheath 8 are sequentially welded to the tie rod 2. The upper end of the sheath 8 is welded to the handle 3 and the lower end of the sheath 8 is welded to the lower support member 5. An upper hafnium cylindrical body 9A and a lower hafnium cylindrical body 9B are disposed in the sheath 8. The steps so far in the method of manufacturing the control rod 1D are the same as the conventional control rod manufacturing steps.

本実施例では、シース8のフレームへの溶接が全て終了した後、タイロッド2の表面に溶融部37を形成する。この溶融部37は、ハンドル3から下部支持部材5に向ってタイロッド2の軸方向に延びている。溶融部37の形成は、以下のようにして行われる。溶接トーチの火炎をタイロッド2の表面に当てながらその溶接トーチをタイロッド2の軸方向に沿って移動させる。その火炎の照射によってタイロッド2の表面に入熱(熱入射)が行われ、タイロッド2の上端からその下端に向う一層一パスの溶融部37が形成される。タイロッド2の軸方向における同じ位置でタイロッド2の周囲に4つの溶接トーチを配置し、これらの溶接トーチを一緒にタイロッド2の軸方向に移動させることによって、4本の溶融部37を同時にタイロッド2の表面に形成することができる。溶融部37が固まるときにその溶融部37に沿ってタイロッド2の表面に収縮変形が生じる。溶融部37に沿ったタイロッド2の収縮変形は、シース8に、軸方向において収縮する変形を発生させる。このシース8の軸方向における収縮変形により、シース8に軸方向の圧縮残留応力がシース8の全長に亘って付与される。このため、シース8にき裂が発生することを防止できる。   In the present embodiment, after all the welding of the sheath 8 to the frame is completed, the melting portion 37 is formed on the surface of the tie rod 2. The melting portion 37 extends from the handle 3 toward the lower support member 5 in the axial direction of the tie rod 2. The formation of the melting part 37 is performed as follows. The welding torch is moved along the axial direction of the tie rod 2 while the flame of the welding torch is applied to the surface of the tie rod 2. Due to the irradiation of the flame, heat is applied to the surface of the tie rod 2 (heat incidence), and a one-pass melting portion 37 is formed from the upper end of the tie rod 2 toward the lower end thereof. Four welding torches are arranged around the tie rod 2 at the same position in the axial direction of the tie rod 2, and these welding torches are moved together in the axial direction of the tie rod 2, so that the four melting portions 37 are simultaneously connected to the tie rod 2. Can be formed on the surface. When the melting part 37 is solidified, shrinkage deformation occurs on the surface of the tie rod 2 along the melting part 37. The contraction deformation of the tie rod 2 along the melting part 37 causes the sheath 8 to deform in the axial direction. Due to the contraction deformation in the axial direction of the sheath 8, an axial compressive residual stress is applied to the sheath 8 over the entire length of the sheath 8. For this reason, it can prevent that a crack generate | occur | produces in the sheath 8. FIG.

溶融部37を形成するためのタイロッド2の溶融は、シース8とタイロッド2の溶接が終了した後でシース8とハンドル3および下部支持部材5の溶接前、およびシース8とタイロッド2、ハンドル3および下部支持部材5の各溶接が終了した後の、いずれかで行われる。   The melting of the tie rod 2 to form the melting portion 37 is performed after the welding of the sheath 8 and the tie rod 2 is finished and before the sheath 8 and the handle 3 and the lower support member 5 are welded, and the sheath 8 and the tie rod 2, the handle 3 and It is performed either after each welding of the lower support member 5 is completed.

タイロッド2の表面に形成される溶融部37は、図13に示す制御棒1Eのように、タイロッド2の軸方向に不連続な溶融部37Aとしてタブ10とタイロッド2の各溶接部に沿ってその溶接部の近傍に形成しても良い。このような溶融部37Aの形成によっても、シース8の軸方向全長に亘って軸方向の圧縮残留応力を付与することができる。このため、シース8にき裂が生じることを防止することができる。   The melted portion 37 formed on the surface of the tie rod 2 is formed along the welded portion of the tab 10 and the tie rod 2 as a melted portion 37A discontinuous in the axial direction of the tie rod 2, as in the control rod 1E shown in FIG. You may form in the vicinity of a welding part. The formation of the melted portion 37 </ b> A can also apply an axial compressive residual stress over the entire axial length of the sheath 8. For this reason, it is possible to prevent the sheath 8 from being cracked.

制御棒1Eのシース8において引張残留応力が低減でき、圧縮残留応力が付与できるメカニズムを、図14を用いて説明する。シース8のタブ10とタイロッド2の溶接部38では、溶接線方向において溶接部38で引張応力、およびこの溶接部38の周囲で圧縮応力となる残留応力分布39が形成される。溶融部37により発生する応力分布40における圧縮応力の領域が溶接部38によって発生した引張応力の領域に重なるように、溶融部37をタイロッド2の表面に形成することによって、応力分布39の引張応力と応力分布40の圧縮応力を重ね合せることができる。このため、応力分布39の引張応力が応力分布40の圧縮応力によって低減される。制御棒1Eは、タイロッドの軸方向全長にわたって溶融部37を形成する場合よりも短い溶融部37Aによって図3の実線14に示すようにシース8の上端部および下端部に圧縮残留応力を付与することができる。制御棒1Eは制御棒1Dに比べてタイロッド2の表面に溶融部を形成するために要する時間を短縮することができる。   A mechanism by which the tensile residual stress can be reduced and the compressive residual stress can be applied in the sheath 8 of the control rod 1E will be described with reference to FIG. In the welded portion 38 between the tab 10 of the sheath 8 and the tie rod 2, a residual stress distribution 39 is formed which becomes a tensile stress in the welded portion 38 and a compressive stress around the welded portion 38 in the weld line direction. By forming the melted portion 37 on the surface of the tie rod 2 so that the compressive stress region in the stress distribution 40 generated by the melted portion 37 overlaps the region of the tensile stress generated by the welded portion 38, the tensile stress of the stress distribution 39 is obtained. And the compressive stress of the stress distribution 40 can be superimposed. For this reason, the tensile stress of the stress distribution 39 is reduced by the compressive stress of the stress distribution 40. The control rod 1E applies compressive residual stress to the upper end portion and the lower end portion of the sheath 8 as shown by the solid line 14 in FIG. 3 by a melting portion 37A shorter than the case where the melting portion 37 is formed over the entire axial length of the tie rod. Can do. The control rod 1E can shorten the time required to form the melted portion on the surface of the tie rod 2 as compared with the control rod 1D.

制御棒1Eにおいて、溶融部37A相互間に存在するタイロッド2の領域の温度が低いほど、溶融部37Aの形成によるタイロッド2の軸方向における収縮変形が大きくなる。このため、制御棒1Eの製造においては、シース8とフレームの全ての溶接が終了した時点から十分な時間を置いて、シース8およびフレームの温度が室温まで下がった後に複数の溶融部37Aを形成する作業を開始することが望ましい。制御棒1Dにおいて、4本の溶融部37を1本ずつタイロッド2の表面に形成する場合には、1本の溶融部37を形成した後、シース8およびフレームの温度が室温まで低下した後に、次の溶融部37をタイロッド2の表面に形成することが望ましい。このような溶融部37の形成によって、制御棒1Dのタイロッド2の軸方向における収縮変形が大きくなる。それだけ、シース8に付与される圧縮残留応力が大きくなる。   In the control rod 1E, the contraction deformation in the axial direction of the tie rod 2 due to the formation of the melting portion 37A increases as the temperature of the region of the tie rod 2 existing between the melting portions 37A decreases. For this reason, in the manufacture of the control rod 1E, a sufficient time is taken from the time when all the welding of the sheath 8 and the frame is finished, and the plurality of melting portions 37A are formed after the temperature of the sheath 8 and the frame is lowered to room temperature. It is desirable to start work to do. In the control rod 1D, when four melting portions 37 are formed one by one on the surface of the tie rod 2, after the formation of one melting portion 37, the temperature of the sheath 8 and the frame is lowered to room temperature, It is desirable to form the next melting part 37 on the surface of the tie rod 2. By forming such a melting part 37, the contraction deformation in the axial direction of the tie rod 2 of the control rod 1D increases. Accordingly, the compressive residual stress applied to the sheath 8 increases.

ハンドル3に最も近い溶接部38とその次にハンドル3に近い溶接部38の間でタイロッド2の表面に溶融部を形成することによって、シース8の上端部における引張残留応力を圧縮残留応力に変えることができる。   By forming a melted portion on the surface of the tie rod 2 between the welded portion 38 closest to the handle 3 and the welded portion 38 next to the handle 3, the tensile residual stress at the upper end of the sheath 8 is changed to a compressive residual stress. be able to.

タイロッド2の表面での溶融部の形成は、溶接金属(溶融する金属)の供給を行わないTIGトーチを用いた入熱により形成することができる。タイロッド2の表面で溶接金属の供給を行いながら溶融部を形成した場合には、溶接金属の収縮力を利用することができるため、タイロッド2の収縮変形が大きくなる。このため、シース8に付与される圧縮残留応力も大きくすることができる。   Formation of the molten part on the surface of the tie rod 2 can be formed by heat input using a TIG torch that does not supply weld metal (melting metal). When the molten portion is formed while supplying the weld metal on the surface of the tie rod 2, the contraction deformation of the tie rod 2 is increased because the contraction force of the weld metal can be used. For this reason, the compressive residual stress given to the sheath 8 can also be increased.

溶融部37および複数の溶融部37Aをタイロッド2の表面に形成することも可能である。これにより、シース8引張残留応力をより効果的に低減することができ、シース8の軸方向全長に亘って軸方向の圧縮残留応力を効果的に付与することができる。溶融部37および溶融部37Aをタイロッド2に形成する場合には、溶融部37を形成した後、溶融部37Aを形成すると良い。   It is also possible to form the melting portion 37 and the plurality of melting portions 37 </ b> A on the surface of the tie rod 2. Thereby, the sheath 8 tensile residual stress can be reduced more effectively, and the axial compressive residual stress can be effectively applied over the entire axial length of the sheath 8. When forming the melting part 37 and the melting part 37A on the tie rod 2, it is preferable to form the melting part 37A after forming the melting part 37.

タイロッド2に溶融部37または溶融部37Aを形成すると、タイロッド2ではデンドライド組織の間隔が広がる。このため、デンドライド組織が入熱を受けていない母材部よりも広くなるようにタイロッド2に溶融部37または溶融部37Aを形成することにより、シース8に圧縮残留応力を付与することができる。   When the melted portion 37 or the melted portion 37A is formed on the tie rod 2, the interval between the dendritic structures increases in the tie rod 2. Therefore, compressive residual stress can be applied to the sheath 8 by forming the melted portion 37 or the melted portion 37A in the tie rod 2 so that the dendritic structure is wider than the base material portion not receiving heat input.

本発明の好適な一実施例である実施例1の制御棒を製造する過程において、タイロッドを加熱する工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process of heating a tie rod in the process of manufacturing the control rod of Example 1 which is one suitable Example of this invention. 図1に示す制御棒の横断面において、シースとタイロッドの溶接時における溶接トーチの配置を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing the arrangement of a welding torch during welding of a sheath and a tie rod in the cross section of the control rod shown in FIG. 1. 図1に示す制御棒および従来例の制御棒のシースに発生する残留応力の分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution of the residual stress which generate | occur | produces in the sheath of the control rod shown in FIG. 1, and the control rod of a prior art example. 図1に示す制御棒の溶接前後の応力分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the stress distribution before and behind welding of the control rod shown in FIG. 図1に示す制御棒のタイロッド及びシースを模式的に示しており、(A)はタイロッド、ハンドル及び下部支持部材とシースの溶接前でフレームも加熱されていない状態を、模式的に示す説明図、(B)はタイロッド、ハンドル及び下部支持部材とシースの溶接前でフレームを加熱した状態を、模式的に示す説明図、(C)はタイロッド、ハンドル及び下部支持部材とシースの各溶接が完了し、さらにフレーム全体の温度が初期温度まで降下した時点の状態を模式的に示す説明図である。FIG. 1 schematically shows a tie rod and a sheath of the control rod shown in FIG. 1, and (A) is an explanatory view schematically showing a state in which the frame is not heated before welding of the tie rod, the handle and the lower support member to the sheath. , (B) is an explanatory view schematically showing a state in which the frame is heated before welding of the tie rod, handle, lower support member and sheath, and (C), each welding of the tie rod, handle, lower support member and sheath is completed. Furthermore, it is explanatory drawing which shows typically the state at the time of the temperature of the whole flame | frame falling to initial temperature. 本発明の他の実施例である実施例2の制御棒を製造する過程において、タイロッドを加熱する工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process of heating a tie rod in the process of manufacturing the control rod of Example 2 which is another Example of this invention. 本発明の他の実施例である制御棒の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the control rod which is the other Example of this invention. 図7の方法で製造された制御棒の溶接前後の応力分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the stress distribution before and behind the welding of the control rod manufactured by the method of FIG. 本発明の他の実施例である制御棒の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the control rod which is the other Example of this invention. 図9に示す圧縮装置のシースへの取り付け状態を示し、(A)は図9のIX部の拡大図、(B)は(A)のB−B断面図である。9 shows a state where the compression device shown in FIG. 9 is attached to the sheath, where (A) is an enlarged view of a portion IX in FIG. 図9の方法で製造された制御棒の溶接前後の応力分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the stress distribution before and behind the welding of the control rod manufactured by the method of FIG. 本発明の他の実施例である制御棒の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the control rod which is the other Example of this invention. 本発明の他の実施例である制御棒の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the control rod which is the other Example of this invention. 図9の方法で製造された制御棒のタブの溶接部付近における残留応力分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the residual stress distribution in the welding part vicinity of the tab of the control rod manufactured by the method of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A〜1E…制御棒、2…タイロッド、3…ハンドル、5…下部支持部材、7…ブレード、8…シース、9A…上部ハフニウム筒状体、9B…下部ハフニウム筒状体、10…タブ、12,20…加熱領域、21…引張装置、31…圧縮装置、37,37A…溶融部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A-1E ... Control rod, 2 ... Tie rod, 3 ... Handle, 5 ... Lower support member, 7 ... Blade, 8 ... Sheath, 9A ... Upper hafnium cylindrical body, 9B ... Lower hafnium cylindrical body, 10 ... Tab , 12, 20 ... heating region, 21 ... tensioning device, 31 ... compression device, 37, 37A ... melting part.

Claims (24)

タイロッドと、前記タイロッドの一端部に取り付けられたハンドルと、前記タイロッドの他端部に取り付けられた下部支持部材と、前記タイロッド、前記ハンドルおよび前記下部支持部材に取り付けられ、前記タイロッドから四方に延びて横断面がU字状をしている4つのシース部材と、各前記シース部材内に配置された中性子吸収部材とを備え、
前記シースの前記ハンドル側の端部に圧縮残留応力が付与されていることを特徴とする制御棒。
A tie rod, a handle attached to one end of the tie rod, a lower support member attached to the other end of the tie rod, and attached to the tie rod, the handle and the lower support member, and extends from the tie rod in all directions. And four sheath members having a U-shaped cross section, and a neutron absorbing member disposed in each sheath member,
A control rod, wherein a compressive residual stress is applied to an end of the sheath on the handle side.
タイロッドと、前記タイロッドの一端部に取り付けられたハンドルと、前記タイロッドの他端部に取り付けられた下部支持部材と、前記タイロッド、前記ハンドルおよび前記下部支持部材に取り付けられ、前記タイロッドから四方に延びて横断面がU字状をしている4つのシース部材と、各前記シース部材内に配置された中性子吸収部材とを備え、
前記シースの軸方向全長に亘って圧縮残留応力が付与されていることを特徴とする制御棒。
A tie rod, a handle attached to one end of the tie rod, a lower support member attached to the other end of the tie rod, and attached to the tie rod, the handle and the lower support member, and extends from the tie rod in all directions. And four sheath members having a U-shaped cross section, and a neutron absorbing member disposed in each sheath member,
A control rod, wherein a compressive residual stress is applied over the entire axial length of the sheath.
前記タイロッドに軸方向の引張残留応力が付与されている請求項1または請求項2に記載の制御棒。   The control rod according to claim 1, wherein an axial tensile residual stress is applied to the tie rod. タイロッドと、前記タイロッドの一端部に取り付けられたハンドルと、前記タイロッドの他端部に取り付けられた下部支持部材と、前記タイロッド、前記ハンドルおよび前記下部支持部材に取り付けられ、前記タイロッドから四方に延びて横断面がU字状をしている4つのシース部材と、各前記シース部材内に配置された中性子吸収部材とを備え、
前記タイロッドの軸方向に伸びて前記タイロッドが溶融して固まった溶融部が、前記タイロッドの表面に形成されていることを特徴とする制御棒。
A tie rod, a handle attached to one end of the tie rod, a lower support member attached to the other end of the tie rod, and attached to the tie rod, the handle and the lower support member, and extends from the tie rod in all directions. And four sheath members having a U-shaped cross section, and a neutron absorbing member disposed in each sheath member,
A control rod characterized in that a melted portion that extends in the axial direction of the tie rod and melts and hardens is formed on the surface of the tie rod.
前記溶融部は前記シース部材の上端と前記シース部材の下端の間で連続して形成されている請求項4に記載の制御棒。   The control rod according to claim 4, wherein the melting portion is continuously formed between an upper end of the sheath member and a lower end of the sheath member. 前記溶融部は前記タイロッドの軸方向に断続的に形成されており、この溶融部は前記タイロッドと前記シース部材の溶接部と並んで配置されている請求項4に記載の制御棒。   The control rod according to claim 4, wherein the melted portion is formed intermittently in the axial direction of the tie rod, and the melted portion is arranged alongside the welded portion of the tie rod and the sheath member. 前記溶融部を形成するために前記タイロッドに入熱を行った入熱領域におけるデンドライド組織の間隔が、前記タイロッドにおける、前記入熱領域以外の領域における前記デンドライド組織のそれよりも広くなっている請求項4ないし請求項6のいずれか1項に記載の制御棒。   The dendritic structure interval in the heat input region where heat is applied to the tie rod to form the melted portion is wider than that of the dendritic structure in the region other than the heat input region in the tie rod. The control rod according to any one of claims 4 to 6. タイロッドの一端部にハンドルを取り付けて前記タイロッドの他端部に下部支持部材を取り付けることによってフレーム部材を製作し、前記フレーム部材に中性子吸収部材を取り付け、前記フレーム部材の前記タイロッドを加熱し、横断面がU字状をしているシース部材を、前記シース部材内に前記中性子吸収部材が存在する状態で、加熱された前記タイロッド、前記ハンドルおよび前記下部支持部材に、前記シース部材を溶接することを特徴とする制御棒の製造方法。   A frame member is manufactured by attaching a handle to one end of the tie rod and attaching a lower support member to the other end of the tie rod, attaching a neutron absorbing member to the frame member, heating the tie rod of the frame member, and crossing Welding a sheath member having a U-shaped surface to the heated tie rod, the handle, and the lower support member in a state where the neutron absorbing member exists in the sheath member. A control rod manufacturing method characterized by the above. 前記加熱によって前記タイロッドの温度が前記シース部材の温度よりも高くなる請求項8に記載の制御棒の製造方法。   The method of manufacturing a control rod according to claim 8, wherein the temperature of the tie rod is higher than the temperature of the sheath member by the heating. 前記タイロッドの加熱が火炎バーナーにより行われる請求項8または請求項9に記載の制御棒の製造方法。   The method for manufacturing a control rod according to claim 8 or 9, wherein the tie rod is heated by a flame burner. 前記タイロッドの加熱が高周波誘導加熱により行われる請求項8または請求項9に記載の制御棒の製造方法。   The method of manufacturing a control rod according to claim 8 or 9, wherein the tie rod is heated by high frequency induction heating. 前記タイロッドの加熱は、前記シースの前記ハンドル側の端部に対応する領域で行われる請求項8に記載の制御棒の製造方法。   The method of manufacturing a control rod according to claim 8, wherein the tie rod is heated in a region corresponding to an end portion of the sheath on the handle side. 前記タイロッドへの前記シース部材の溶接は、前記タイロッドの軸方向に配置され、前記シース部材の一部である複数の突起部を、前記タイロッドに溶接することである請求項8ないし請求項12のいずれか1項に記載の原子炉用制御棒の製造方法。   The welding of the sheath member to the tie rod is arranged in the axial direction of the tie rod and welding a plurality of protrusions that are a part of the sheath member to the tie rod. The manufacturing method of the control rod for nuclear reactors of any one of Claims 1. 前記タイロッドの加熱の範囲は、前記タイロッドに溶接される前記突起部付近である請求項13に記載の制御棒の製造方法。   The method of manufacturing a control rod according to claim 13, wherein a range of heating of the tie rod is in the vicinity of the protrusion welded to the tie rod. タイロッドの一端部にハンドルを取り付けて前記タイロッドの他端部に下部支持部材を取り付けることによってフレーム部材を製作し、前記フレーム部材に中性子吸収部材を取り付け、前記タイロッドの軸方向の引張力を前記タイロッドに加え、横断面がU字状をしているシース部材を、前記シース部材内に前記中性子吸収部材が存在しかつ前記引張力が前記タイロッドに加わえられている状態で、前記タイロッド、前記ハンドルおよび前記下部支持部材に溶接することを特徴とする制御棒の製造方法。   A frame member is manufactured by attaching a handle to one end of the tie rod and attaching a lower support member to the other end of the tie rod, attaching a neutron absorbing member to the frame member, and applying an axial tensile force of the tie rod to the tie rod. In addition to the above, the sheath member having a U-shaped cross section is formed in the state that the neutron absorbing member exists in the sheath member and the tensile force is applied to the tie rod. And a control rod manufacturing method comprising welding to the lower support member. 前記引張力は、引張装置を用いて前記ハンドルおよび前記下部支持部材を反対方向に引っ張ることによって、前記タイロッドに加えられる請求項15に記載の制御棒の製造方法。   16. The method of manufacturing a control rod according to claim 15, wherein the tensile force is applied to the tie rod by pulling the handle and the lower support member in opposite directions using a tension device. タイロッドの一端部にハンドルを取り付けて前記タイロッドの他端部に下部支持部材を取り付けることによってフレーム部材を製作し、前記フレーム部材に中性子吸収部材を取り付け、前記タイロッドの軸方向の圧縮力を横断面がU字状をしているシース部材に加え、その圧縮力が加えられている前記シース部材を、前記シース部材内に前記中性子吸収部材が存在する状態で、前記タイロッド、前記ハンドルおよび前記下部支持部材に溶接することを特徴とする制御棒の製造方法。   A frame member is manufactured by attaching a handle to one end of the tie rod and attaching a lower support member to the other end of the tie rod, attaching a neutron absorbing member to the frame member, and cross-sectionally comparing the axial compression force of the tie rod. In addition to the U-shaped sheath member, the sheath member to which the compressive force is applied, the tie rod, the handle, and the lower support in a state where the neutron absorbing member exists in the sheath member. A control rod manufacturing method comprising welding to a member. 前記圧縮力は、圧縮装置を用いて前記シース部材を前記軸方向に圧縮することによって、前記シース部材に加えられる請求項17に記載の制御棒の製造方法。   The control rod manufacturing method according to claim 17, wherein the compressive force is applied to the sheath member by compressing the sheath member in the axial direction using a compression device. タイロッドの一端部にハンドルを取り付けて前記タイロッドの他端部に下部支持部材を取り付けることによってフレーム部材を製作し、前記フレーム部材に中性子吸収部材を取り付け、横断面がU字状をしているシース部材を、前記シース部材内に前記中性子吸収部材が存在する状態で、前記タイロッド、前記ハンドルおよび前記下部支持部材に溶接し、前記シース部材と前記タイロッドの溶接が終了した後、および前記シース部材と前記タイロッド、前記ハンドルおよび前記下部支持部材の溶接が終了した後のいずれかにおいて、前記タイロッドに熱入射を行って前記タイロッドの一部を前記タイロッドの軸方向に溶融させ、前記タイロッドの溶融した部分を凝固させて前記軸方向に伸びる溶融部を前記タイロッドに形成することを特徴とする制御棒の製造方法。   A sheath in which a handle is attached to one end of a tie rod and a lower support member is attached to the other end of the tie rod, a neutron absorbing member is attached to the frame member, and a cross section is U-shaped A member is welded to the tie rod, the handle and the lower support member in a state where the neutron absorbing member is present in the sheath member, and after the welding of the sheath member and the tie rod is completed, and the sheath member; After the welding of the tie rod, the handle and the lower support member is finished, heat is applied to the tie rod to melt a part of the tie rod in the axial direction of the tie rod, and the melted portion of the tie rod And forming a melted portion extending in the axial direction in the tie rod. Method of manufacturing that the control rod. 前記熱入射は前記シース部材の一端と前記シース部材の他端との間で前記タイロッドに対して連続して行われる請求項19に記載の制御棒の製造方法。   The method of manufacturing a control rod according to claim 19, wherein the heat incidence is continuously performed on the tie rod between one end of the sheath member and the other end of the sheath member. 前記タイロッドへの前記シース部材の溶接は、前記タイロッドの軸方向に配置され、前記シース部材の一部である複数の突起部を、前記タイロッドに溶接することであり、
前記熱入射は、前記軸方向において不連続で、前記突起部と前記タイロッドの溶接部に沿って行われる請求項19に記載の制御棒の製造方法。
The welding of the sheath member to the tie rod is to arrange a plurality of protrusions that are arranged in the axial direction of the tie rod and are a part of the sheath member to the tie rod,
The method of manufacturing a control rod according to claim 19, wherein the heat incidence is discontinuous in the axial direction and is performed along a welded portion of the protrusion and the tie rod.
前記熱入射はTIGトーチを用いて行われる請求項19ないし請求項21のいずれか1項に記載の制御棒の製造方法。   The method of manufacturing a control rod according to any one of claims 19 to 21, wherein the heat incidence is performed using a TIG torch. 前記熱入射は溶融する金属を供給しながら行われる請求項19ないし請求項21のいずれか1項に記載の制御棒の製造方法。   The method of manufacturing a control rod according to any one of claims 19 to 21, wherein the heat incidence is performed while supplying molten metal. 前記タイロッドから四方に伸びる4枚の前記シース部材と前記タイロッドの溶接が、一緒に行われる請求項8ないし請求項23のいずれか1項に記載の制御棒の製造方法。   The method for manufacturing a control rod according to any one of claims 8 to 23, wherein welding of the four sheath members extending in four directions from the tie rod and the tie rod is performed together.
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