JP3065516B2 - 燃料棒溶接用端栓保持装置 - Google Patents

燃料棒溶接用端栓保持装置

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JP3065516B2
JP3065516B2 JP7226754A JP22675495A JP3065516B2 JP 3065516 B2 JP3065516 B2 JP 3065516B2 JP 7226754 A JP7226754 A JP 7226754A JP 22675495 A JP22675495 A JP 22675495A JP 3065516 B2 JP3065516 B2 JP 3065516B2
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料棒の被覆管に
端栓を溶接するときにその端栓を保持する燃料棒溶接用
端栓保持装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】燃料棒
溶接は、一般に被覆管の端部に端栓を装着し、燃料棒を
回転させながらタングステン・アーク溶接等の熱源によ
り端栓と被覆管との接合部分を円周方向に溶接すること
により行われている。
【0003】図5は、上記端栓の溶接装置の概略構成を
示す図であって、図中符号1は気密状の溶接チャンバー
であり、その溶接チャンバー1の一側壁部に燃料棒2の
一端がその軸線回りに回動可能に挿入装着されている。
一方、上記溶接チャンバー1の対向壁部には、上記燃料
棒2と同一軸線上に端栓保持軸3が装着されており、そ
の端栓保持軸3の先端部にボールベアリング4を介して
端栓保持用中子5が端栓保持軸3と同心的にかつその軸
線回りに回動可能に装着されている。そして、その端栓
保持用中子5の先端部には端栓6の後端部を支持する空
所5aが形成されており、前記燃料棒2の被覆管7の端
部に装着された端栓6の後端部が上記空所5a内に挿入
支持されている。
【0004】しかして、溶接用電極8を所定の位置にセ
ットし、被覆管7を回転させ端栓6をこれに追随させて
回転させながら、電極8から溶接アークを発生させて溶
接が行われる。このように端栓6を保持しながら溶接す
ることにより、被覆管7の軸線に対して端栓6が曲がっ
た状態で取り付くことが防止される。
【0005】ところで、上記図5に記載のものは、上述
のように、端栓6が被覆管7に追従して回転するもので
あるが、端栓保持軸3を積極的に燃料棒2と同期的に回
転させ、被覆管7と端栓6との間に相対的な回転が発生
しないようにしたものも提案されている。
【0006】図6は上記端栓保持軸3を積極的に回転さ
せるようにしたものであって、端栓保持用中子5がねじ
部9によって端栓保持軸3に固着されており、またモー
タ10によって回転駆動される軸11にそれぞれプーリ
ー12a,12bが設けられており、各プーリー12
a,12bに巻装された駆動伝達ベルト13a,13b
によって燃料棒2及び端栓保持軸3を互いに同期して回
転するようにしてある。
【0007】しかして、端栓6の溶接時には、軸11及
び駆動伝達ベルト13a、13bを介して燃料棒2と端
栓6が同期して回転され、両者間に回転方向のねじれが
発生することが防止される。
【0008】ところが、燃料棒の端栓を溶接する場合、
その時の溶接入熱により端栓が燃料棒の軸線方向に膨張
・収縮するとともに回転方向にも捩れが生ずる可能性が
ある。
【0009】すなわち、上記従来の装置では、端栓を保
持している端栓保持軸は軸方向に固定または放置状態に
なっているため、溶接時の入熱により例えば軸方向熱膨
張時には自由膨張が阻害されて溶接部に圧縮応力が生じ
たり、凝固に伴う熱収縮時には逆に溶接部に引張り応力
が働らくことが考えられる。また、燃料棒の軸線方向の
熱収縮により端栓保持用中子と端栓がわずかに離れるこ
とによっても端栓が被覆管の軸線に対して曲がりやすい
傾向を示す。さらに、溶接熱による回転方向の捩れが生
ずると、図6に示す装置におけるように、燃料棒と端栓
保持軸を同期して回転させただけでは必ずしも上記捩れ
に対しては対応できない。
【0010】これらの溶接中に生ずる軸線方向の圧縮、
引張り及び回転方向捩れは、即不良につながるものでは
ないが、野放しにしておくと、他の応力との係わり合い
次第では溶接部に亀裂が発生する等の不具合の一因とな
る可能性がある。
【0011】本発明はこのような点に鑑み、溶接時の応
力による不具合発生を防止し得るようにした燃料棒溶接
用端栓保持装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、気密状の溶接
チャンバーに挿入装着された燃料棒の被覆管の軸線と同
一軸線上に、上記被覆管と同期して回転するスピンドル
を配設し、そのスピンドル内にこれと同心的に端栓保持
用中子を軸線方向移動及び回動可能に装着するととも
に、端栓保持用中子と同一軸線上に、端栓保持用中子の
後端面を支持し軸線方向に移動調整可能な中子駆動機構
を設け、溶接時における燃料棒の熱膨張或は熱収縮に伴
う端栓の軸方向の動きに合わせて端栓保持用中子がフレ
キシブルに移動できるとともに、回転方向の捩れに対し
てもフレキシブルに対応可能とした。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図1乃至図4を参照して本
発明の実施の形態について説明する。なお、図中図5、
図6と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省
略する。
【0014】図1において、溶接チャンバー1には燃料
棒2が装着される壁面と対向する側壁面部に、上記溶接
チャンバー1に装着された燃料棒2と同一軸線上に円筒
状のスピンドル14が軸線回りに回動可能に装着されて
いる。上記スピンドル14は固定部材15に軸受16に
よって回転可能に軸支されており、そのスピンドル14
の外端には被動プーリー17が一体的に設けられ、モー
タ10によって回転駆動される軸に設けられているプー
リ12bとの間に駆動伝達ベルト13bが巻装されてい
る。
【0015】一方、上記スピンドル14の中央空所には
端栓保持用中子5の基端部が同心的に挿入され、ストロ
ークボールベアリング18によりスピンドル14に対し
て相対的に回動可能に軸支されている。
【0016】また、上記スピンドル14の外端側には中
子駆動機構20が配設されている。すなわち、基盤21
上には前記端栓保持用中子5と同一軸線上にエアシリン
ダ22が設けられており、そのエアシリンダ22のピス
トンロッド23には、圧縮、引張荷重測定用ロードセル
24及び中継金具25を介して支持杆26が突設されて
おり、その支持杆26の先端に回転受けベアリング27
を介して端栓保持用中子5の端部が連結されている。さ
らに、上記支持杆26の先端部には大径部26aが形成
されており、その大径部26aの外周には前記スピンド
ル14の内面に摺接し、溶接チャンバー1内の気密を保
つための0リング28が設けられている。
【0017】また、中継金具25にはこれと一体的に軸
線方向に動くL金具29が連結されており、このL金具
29に変位計30の先端部が当接され、その変位計30
によって端栓保持用中子5の軸方向の動きを検出するこ
とができるようにしてある。
【0018】しかして、上記エアシリンダ22のピスト
ンロッド23の前後ストロークによって端栓保持用中子
5等を介して端栓部を押圧、或は被覆管から引き離す方
向に作動させることができる。
【0019】次に、その作動について説明する。
【0020】溶接前作業として端栓6を被覆管7に圧入
等により取り付ける必要があるが、その際はエアシリン
ダ22の推進押圧力を高めて適正な圧入状態にする。圧
入後はエアシリンダ22の推進力を弱めて通常の端栓保
持に必要な押圧力に変える。具体的にはその押圧力を
0.5〜5kgf程度にすることが好ましい。
【0021】このようにして端栓6の圧入が行われた
後、モータ10によって駆動伝達ベルト13a、13b
等を介して被覆管7とスピンドル14を同期的に回転さ
せながらタングステン、アーク溶接等により接合部分を
周方向に溶接する。
【0022】ところで、端栓保持用中子5はストローク
ボールベアリング18によって軸支され自由回転するの
で、スピンドル14の回転を省略することも考えられる
が、そのスピンドル14の回転を省略した場合には、常
時端栓保持用中子5とストロークボールベアリング18
が恒常的に回転するため耐摩耗性の観点から回転精度を
維持することが困難であり、さらに端栓保持用中子5の
回転慣性を被覆管7の回転力で受け持たせることになり
溶接部へのねじれ応力の発生の可能性がある。また、端
栓6と端栓保持用中子5との回転接触により摺り傷が発
生する可能性もある。
【0023】これに対し、本発明においては、上述のよ
うに、スピンドル14自体が被覆管7と同期して回転す
ることによって上述の如き問題が解消される。
【0024】一方、溶接時には溶接入熱により溶接部が
熱膨張し軸線方向にエアシリンダ22側に伸びるが、こ
の場合端栓保持用中子5の押圧力をロードセル24でモ
ニタリングしながらエアシリンダ22を制御することに
より、支持杆26を介して端栓保持用中子5を上記被覆
管の溶接部の伸びに追従してフレキシブルに移動させる
ことができる。
【0025】また、溶接後には溶接部の凝固収縮により
溶接部が被覆管側に縮むけれども、エアシリンダ22に
よって端栓保持用中子もそれに追従して移動される。そ
の他、溶接中には溶接部の熱応力バランスにより機械の
回転角速度とは異なる回転方向の捩れ作用が生ずるが、
ストロークボールベアリング18によって端栓保持用中
子5が自由回転して溶接部への捩れ応力の発生が緩和さ
れる。
【0026】なお、上記実施の形態においてはエアシリ
ンダを使用したものを示したが、エアシリンダー以外に
アクチュエータ等の駆動源を使用することにより同様の
作用を行なわせることができる。
【0027】図2は、上記装置におけるエアシリンダ2
2の押圧力制御方法を示す図であって、圧縮、引張荷重
測定用ロードセル24と変位計30の測定値がコンピュ
ータ部31に入力され、適切な押圧力が電空変換器32
によって空気圧に変換され、エアシリンダ22に入力さ
れ、適切な押圧力になるようにエアシリンダ22が作動
される。
【0028】したがって、予め荷重パターンを設定して
おき、溶接時にはその設定した荷重が端栓に加わるよう
にエアシリンダ22を作動して端栓を保持することがで
き、或は荷重測定値が或規定値範囲内になるようにエア
シリンダ22の押圧力をフィードバック制御することが
できる。
【0029】ところで、上記実施の形態においてはスピ
ンドル14の気密性を維持するため支持杆26の大径部
外周に0リング28を設けたものを示したが、0リング
28の摺動抵抗力は通常の3kgf未満で静的或は動的
摩擦力が変動する。そこで、図3に示すように、スピン
ドル14と支持杆26の大径部26aとを金属製ベロー
ズ33を使用したり、或は図4に示すようにゴム製ベロ
フラム34を使用することにより、摺動抵抗を軽減さ
せ、端栓保持用中子の適正な押圧或は引き戻し力の制御
性を向上させることができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
被覆管と同期して回転するスピンドル内に端栓保持用中
子を軸線方向移動及び回転可能に装着し、その端栓保持
用中子を中子駆動機構によって軸線方向移動調整可能と
したので、溶接中に端栓を軸方向に一定押圧力で保持す
ることができ、溶接部に無理な力を加えることなく溶接
でき、品質の一層の向上を図ることができる。また、端
栓保持用中子によって加わる荷重を計測するセンサを設
けた場合には、溶接中の溶接部に働く軸方向荷重と溶接
熱による軸方向膨張、収縮量を計測することもでき、溶
接作業の管理向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料棒溶接用端栓保持装置を示す部分
断面側面図。
【図2】図1の装置の押圧力制御方法を示す図。
【図3】溶接チャンバーのシール部の一例を示す図。
【図4】溶接チャンバーのシール部の他の例を示す図。
【図5】従来の端栓支持装置を示す部分断面図。
【図6】従来の端栓支持装置の他の例を示す部分断面
図。
【符号の説明】
1 溶接チャンバー 2 燃料棒 5 端栓保持用中子 6 端栓 7 被覆管 13a,13b 駆動伝達ベルト 14 スピンドル 18 ストロークボールベアリング 20 中子駆動機構 22 エアシリンダ 24 圧縮、引張荷重測定用ロードセル 25 中継金具 26 支持杆 27 回転受ベアリング 28 0リング 30 変位計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−196895(JP,A) 特開 平5−196790(JP,A) 実開 昭56−17599(JP,U) 実開 平6−15000(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 21/02 G21C 3/10 B23K 9/00 B23K 37/053

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料棒被覆管の端部への端栓の溶接時に、
    その溶接される端栓を保持する燃料棒溶接用端栓保持装
    置において、気密状の溶接チャンバーに挿入装着された
    被覆管の軸線と同一軸線上に、上記被覆管と同期して回
    転するスピンドルを配設し、そのスピンドル内にこれと
    同心的に端栓保持用中子を軸線方向移動及び回動可能に
    装着するとともに、上記端栓保持用中子と同一軸線上
    に、その端栓保持用中子の後端面を支持し軸線方向に移
    動調整可能な中子駆動機構を設けたことを特徴とする、
    燃料棒溶接用端栓保持装置。
  2. 【請求項2】中子駆動機構には、中子によって加わる荷
    重値を計測するセンサ及び中子の軸方向移動量を計測す
    る装置が設けられていることを特徴とする、請求項1記
    載の燃料棒溶接用端栓保持装置。
  3. 【請求項3】中子駆動機構は、端栓の溶接時に端栓保持
    用中子による荷重が設定値になるように調整されること
    を特徴とする、請求項2記載の燃料棒溶接用端栓保持装
    置。
  4. 【請求項4】中子駆動機構の先端部に設けられた端栓保
    持用中子の支持部材の外周面には、スピンドルの内面と
    の間の気密を保つシール装置が設けられていることを特
    徴とする、請求項1記載の燃料棒溶接用端栓保持装置。
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