JP2902483B2 - 溶接結合形成方法およびこの方法により製造された減衰核燃料棒の輸送、貯蔵用容器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少くとも３個の部材片を、多重当接部分
（突き合わせ部分）の分離継目における溶接により結合
する、溶接結合形成方法に関する。

本発明は、また中空円筒状容器本体、この円筒状本体
の周面において固定された、ほぼ半径方向に延びる複数
本のリブ、およびこれらリブを包囲して閉鎖するスチー
ル製外装体から成る、使用済（減衰）核燃料棒のための
輸送、貯蔵用容器を製造する場合における上記方法の用
途に関する。

現行の実際的仕様では、複数部材片の多重当接ないし
突き合わせ結合は、複数個所の溶接相互結合（隅肉溶接
によるのが望ましい）により行われるのが一般的であ
る。（例えばドゥベル編「タッシェンブーフ、フュー
ル、マシーネンバウ」第17版13頁参照）。

しかしながら、この方法では、溶接工または自動溶接
装置は、このような多重当接ないし突き合わせのすべて
の隅角部に逐一溶接しなければならないが、これは不便
であり、このような溶接結合のための空間には制約があ
る。

さらにこの方法には、異なる材料の複数部材片を相互
結合する場合、その溶接の質に関して著しく制約がある
点において欠点がある。

光学的装置による、溶接の質の制御および検査も、必
ずしも有効ではない。溶接の質が高度に保証されねばな
らない溶接結合に関しては、このような制御、検査の対
象になり得ない。

このように高質の溶接が要求されるのは、ことに使用
済核燃料棒の輸送、貯蔵用容器である。

このような使用済核燃料棒ケーシングは、本質的に二
重壁から成る。第１は筒状の容器本体であって、この外
周面に突出する複数本のリブを有する。この容器本体
は、リブと共に第２の外装体で包囲、被覆されている。
この外装体が、追加的に放射能を吸収する。この外装体
が、各リブ間に装填された吸収性樹脂とリブを破損しな
いように保護する。外装体は、また熱を周囲に放散させ
る。

このような輸送、貯蔵用容器は、ことに東独特許1314
45号および西独特許4032343号各公報に記載されてい
る。

本出願人および他の容器製造業者は、外装体を容器本
体に結合するために特定の方法を採用しているが、これ
によれば外装体は、リブの外径に正確に適合する２個の
湾曲半部から成り、これらは相互に支承され、容器本体
に結合される。

このような燃料棒用ケーシングないし容器の慣用の寸
法および外装体半部の必要な壁厚寸法では、すべてのリ
ブの頭部と湾曲半部内面間に直接的材料接触をもたらす
ことは不可能である。

従って、各リブ上端面と外装体壁面との間の熱伝達
は、著しく阻害される。

またリブ外方端面と外装体壁面との間の材料的結合の
欠除は、事故の際に甚大で危険な結果をもたらす強度の
不足につながる。

これらの欠点を回避するため西独特許4032343号公報
において、外装体を複数のセグメントから構成すること
が提案されている。これらセグメントは、それぞれ、隣
接する２本のリブの頭部間の空間を被覆し、各セグメン
トとリブ頭部は、多重当接ないし突き合わせ溶接され
る。

多重当接個所における不確実な溶接継目を追加的に確
実ならしめるため、その溶接継目を被覆するアングル材
が付加される。

しかしながら、何個所にも及ぶ長い溶接継目、さらに
は当接溶接されるべき部材片の数から、そのためのコス
トは著しく高くなるのに対して、充分な溶接結合効果は
あまり期待できない。

また結合されるべき部材片において生起する応力も、
溶接により充分に達成されない欠点がある。

また熱伝導性に関する要求から、容器本体におけるリ
ブも高熱伝導性の銅を使用する必要性がある。

しかしながら、このような材料を使用すると、多重当
接個所の溶接は、事実上解決が困難な別の問題が生起す
る。

東独特許228924号公報は、この解決策を記述している
が、これは輸送、貯蔵用容器における追加的な外装体の
使用を断念するものである。しかしながら、この発明の
実施態様において、容器本体の壁厚は極めて厚いものと
なり、樹脂ブロックによる追加的放射能遮蔽のための空
間が与えられなくなる。

このような輸送、貯蔵用容器は、有効な保守関連規則
に適合しない。

そこで、西独特許330940号公報は、外装体内面に従来
と同様にリブを配設するが、これらは容器本体上で各リ
ブ間に中間空間を設ける。

しかしながら、この実施態様は、輸送用容器の外壁
が、複数リブの対向端の相互組合せ装着を可能ならしめ
る面で形成される必要がある。

この構造の欠点は、ことに容器本体と外装体のリブ間
において、材料的接触がないか、あっても極めて僅かな
ものであって、外方への熱の放散と容器強度が不充分な
ことである。

また搬送容器を直方体として構成することは、事故の
際における強度の観点から極めて不利である。

そこで、本発明の課題は、 溶接結合部材片間における連続的な材料接触をもたら
し、 多重当接部分における異なる材料の相互溶接結合をも
可能ならしめ、 極めて高い強度の多重当接溶接結合をもたらし、 多重当接結合の一方の側からの溶接を可能ならしめ、 ことに極めて高度の安全保証を必要とする放射能核燃
料搬送用容器における、複数部材片間結合を合理的に形
成し得る溶接結合方法を提供することである。

しかるに、この課題は、特許請求範囲の請求項１に示
される方法により解決され得る。

この方法により、相互に溶接結合される両部材片間に
差込まれる第３の部材片は、溶接結合の収縮力と、場合
により可塑性化範囲の、比較的高い温度とにより、強力
に締付けられ、これにより第１および第３部材片間に、
また第２および第３部材片間にほぼ材料的な結合がもた
らされる。

第１および第２部材片間の結合の強度は、溶接自体に
より保証される。

この本発明方法の場合、溶接結合内の応力は、分配さ
れ、均斉化される。

この溶接結合特性は、使用済核燃料棒用の輸送、貯蔵
用容器の製造のためにことに適する。

容器外装体は複数の帯状板体から構成され、それぞれ
対を成す２枚の帯状板体が、１本のリブと多重当接的に
まとめられ、次いで溶接される。

個々の帯状板体は、その限定された重量のために、取
扱いが簡単であって、その内方に在る切欠ないし凹窩の
段部をリブに正確に当接させ、次いで溶接工または自動
溶接機により、もっぱら外方から溶接すればよい。

樹脂ブロックは、溶接前に各リブ対間の空間に装填さ
れ、これにより放射能遮蔽がもたらされる。

外装体の厚さは、事実上任意に選定され得る。外装体
面の正確な湾曲はもはや不必要だからである。

銅性リブとスチール製の外装体ないし帯状板体間の強
固な材料的結合により、外装体表面への理想的な熱伝導
をもたらし得る。

また、この材料的結合により、輸送容器の各種の機械
的外力に対する抵抗力を高め、容器の安全に対する保証
を万全ならしめる。

溶接自体は、溶接作業管理者により、また公知の検査
装置により管理され、場合により補修され得る。

以下において、本発明の実施態様を例示的に示す添付
図面を参照して、さらに具体的に説明する。

図１は本発明による多重当接結合を示す横断面図、 図２はリブおよび外装体を有する輸送容器の縁辺部分
を示す横断面図、 図３は輸送容器全体を示す一部断面図である。

本発明は、使用済核燃料棒用の輸送容器を例として説
明される。

添附図面において、３個の構成部材（61、61′、４）
は、第１帯状板体61（第１構成部材）および第２帯状板
体61′（第２構成部材）と、リブ４（第３構成部材）の
先端部分41として示されている。

リブ４は、規準に従って形成された先端部分41を有す
る銅製棒材から成る。

帯状板体61、61′は、それぞれ対向端部に段状の、も
しくは肩状の切除部分ないし凹窩612、612′を持ってお
り、これらは両者一体となって、リブ４の頭部41が正確
に嵌合され得るようになされている。

これらの段状切除部分612、612′は、リブ４の側面に
接触し、対向縁辺間において、その上方に約1mmの間隙6
11を残す。

この間隙611の上方部分において、帯状板体61、61′
には、その後に行われる溶接処理のための面取り切除部
分ないし凹窩が設けられている。

この溶接62は、間隙611から始まって、上方に向けて
積重ねられ、隣接する両帯状板体61、61′間の結合が行
われる。リブ４の頭部41は、これにより溶融することは
ない。

溶接後にもたらされる収縮力は、相互結合された帯状
板体61、61′を強く引き寄せ、リブ４の頭部41は、帯状
板体61、62の頭部41の形状、寸法に対応する段状切除部
分（612、612′）に対して、ほとんど材料結合と同様に
強固に結合される。

溶接による比較的大きい収縮力と高い熱伝達により、
軟質の銅製リブの表面は、圧力下に塑性変形し、その全
表面が完全に構造的に結合される。

このような結合により、異なる材料を相互に溶接結合
しなければならない事態が回避され得る。

第３構成部材（４）の材料の選択には制約がある。材
料選択に決定的であるのは、これが溶接処理条件下にお
いてその形状を保持し、収縮力に対して充分な抵抗力を
有しなければならないことである。

このようにして形成される溶接結合は、極めて高い強
度を示し、疲労に伴う亀裂の結果の破損に対して充分な
抵抗力がある。

各燃料棒２から放出される熱は、銅製リブ４から、結
合個所を経て、極めて良好に外装体６に伝導され、周囲
に放散される。すなわち、輸送、貯蔵容器１内の熱は、
許容範囲内に維持される。

図２の断面図により、また図３の拡大部分断面図によ
り示される輸送、貯蔵容器は、本発明方法により著しく
改善された特性を以て製造され得る。

リブ４は、円筒状容器本体３の周面にボルト／ナット
43により結合される。これに必要なねじ孔は、リブ４が
充分に強固に容器本体３の表面に結合される範囲でなる
べく短く形成される。

容器本体３の周面に沿って、各リブ４の間には中性子
放射能を遮蔽する樹脂ブロック５が充填される。この樹
脂ブロック５は、若干の間隙を残してリブ４の上方縁辺
により固定される。

外装体空間の上方ないし外周は、外装体６を構成する
帯状板体61、61′により閉鎖される。この形状について
は、図１に関して上述した、溶接作業の開始前に、各帯
状片61、61′は、除去可能の保持具により係止し、従っ
て極めて精密な溶接がもたらされ得るようにしなければ
ならない。

除去可能の保持具により、未だ端部が自由状態に在る
帯状板体61と、最も近い溶接の分離継目を形成する縁辺
とを、そこに存在するリブ４の頭部41に対する初張力の
作用下に、対向させることができる。

溶接継目62のアングル収縮により、未だ自由状態に在
る帯状板体61の端部が、持ち上げられ、リブ頭部は初張
力の作用下に切欠部ないし凹窩612の段部に当接せしめ
られる。

このようにして、溶接のための準備としての各部材片
の位置関係の固定が著しく簡単に行われ、張力生起はさ
らに低減される。

リブ４の形状は図２に示されるものに限定されない。
問題となるのは、多重当接結合部分60において、帯状板
体の上面が大きい収縮力を帯状板体61、61′横断面内方
に及ぼし得るように選定されることである。

リブ４は、また２個の対向する対称的半部から構成さ
れることもできる。これらの上方外端部は合体して隣接
する両帯状板体61、61′の切欠段部間に差込まれ、多重
当接結合60を構成する。

リブ４の形状は、容器に対する要求により決定され
る。強い機械的衝撃を減衰させる必要がある場合には、
一方に傾斜したリブを設けることが重要である。外装体
の高い剛性が要求される場合には、相互に対向するリブ
４が使用されるべきである。

外装体それ自体は、それを構成する帯状板体全部を結
合することにより、自立的となり、輸送容器に高い強度
を附与する。

使用符号一覧表 １……輸送、貯蔵用容器 ２……核燃料棒 ３……容器本体 ４……リブ（プロフィル、異形材） 41……頭部 42……足部 43……ボルト／ナット ５……樹脂ブロック ６……外装体 61、61′……帯状板体 611……分離継目 612、612′…切欠部分 62……溶接（継目）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラウク，ライナー ドイツ国、Ｄ−63546、ハマースバッハ、 ゴルトベルクシュトラーセ、９ (72)発明者 ボツェム，ヴェルナー ドイツ国、Ｄ−63755、アルツェナウ− ヘルスタイン、ヴォルフスヴィンゲル ト、12 (56)参考文献 特開 昭58−202899（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−46320（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G21F 5/00 G21F 9/36 G21C 19/32

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少くとも３個の部材を、分離継目の溶接に
   より結合して溶接結合を形成する方法において、 相互に溶接され得る少くとも第１および第２部材が、こ
   れらの間の分離継目に沿って、溶接ビードに基因する収
   縮の絶対寸法より大きい寸法の間隔を置いて定置され、 これら両部材が、その分離継目の範囲において形成され
   た凹窩を有し、この凹窩が溶接収縮方向において両部材
   の対向両端面間において包囲され、 第３部材の当接端部がこの凹窩に差込まれ、 この差込み作業終了後に、第１および第２部材が溶接継
   目により結合されることを特徴とする溶接結合形成方
   法。
2. 【請求項２】中空円筒状容器本体と、この容器本体の周
   面に固定され、かつこの容器本体周面に対してほぼ半径
   方向に延びる複数本のリブと、これらリブ全体の外周を
   包囲閉鎖するスチール製外装体とから成る、使用済核燃
   料棒の輸送および／または貯蔵用の容器を製造するため
   の、請求項１の方法であって、 上記溶接結合の第３部材が各リブの頭部で構成され、 上記外装体が、容器本体の軸線に対して平行に、かつ両
   隣接リブ間の間隔にわたって広がっている複数の帯状板
   体で構成され、 これら帯状板体の各２枚が、第１および第２部材とし
   て、リブ頭部と共に多重当接結合体を構成し、かつ相互
   に溶接結合されることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】請求項１または２の方法により形成され
   る、使用済核燃料棒（２）のための輸送、貯蔵用容器
   （１）であって、 容器本体（３）から突出する各リブ（４）が、角度を成
   して延びる、ことに銅製の異形材から成り、 各リブ（４）がボルト／ナット手段により容器本体
   （３）の周面に結合固定され、 全リブ（４）のそれぞれの頭部（41）において、隣接す
   る各２枚の帯状板体（61、61′）が、溶接継目（62）に
   より相互に結合され、 各リブ（４）の頭部（41）が、隣接する各２枚の帯状板
   体（61,61′）の凹窩（612、612′）における段部間に
   おいて摩擦係合保持されていることを特徴とする容器。