JPH08129090A - 燃料棒の端栓及びその溶接方法 - Google Patents
燃料棒の端栓及びその溶接方法Info
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- JPH08129090A JPH08129090A JP6265882A JP26588294A JPH08129090A JP H08129090 A JPH08129090 A JP H08129090A JP 6265882 A JP6265882 A JP 6265882A JP 26588294 A JP26588294 A JP 26588294A JP H08129090 A JPH08129090 A JP H08129090A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度低下による管の延性低下や溶接領域の材
質劣化を防止する。 【構成】 端栓１５は、管内径よりわずかに大きい最大
外径の圧入部１６と管外径にほぼ等しい外径の溶接部１
７との間にＶ字形の凹部１９を形成する。端栓１５の圧
入部１６を管内壁に圧入させ、溶接部１７の先端側傾斜
面１７ｂを管の端面１ａに当接させた押圧状態で、抵抗
溶接して、内側膨出部６を凹部１９と管内壁との空間２
０に充填させる。燃料棒の、燃料ペレット７が当接する
一方の端部では、圧入部１６のγ発熱によって原子炉稼
働時の温度低下が小さくなる。他方の端部では、圧入部
１６による高温状態のために、管中に溶け出した水素が
溶接領域４に移動するのを阻止できる。
質劣化を防止する。 【構成】 端栓１５は、管内径よりわずかに大きい最大
外径の圧入部１６と管外径にほぼ等しい外径の溶接部１
７との間にＶ字形の凹部１９を形成する。端栓１５の圧
入部１６を管内壁に圧入させ、溶接部１７の先端側傾斜
面１７ｂを管の端面１ａに当接させた押圧状態で、抵抗
溶接して、内側膨出部６を凹部１９と管内壁との空間２
０に充填させる。燃料棒の、燃料ペレット７が当接する
一方の端部では、圧入部１６のγ発熱によって原子炉稼
働時の温度低下が小さくなる。他方の端部では、圧入部
１６による高温状態のために、管中に溶け出した水素が
溶接領域４に移動するのを阻止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核燃料集合体の燃料棒
の製造過程において、被覆管の端部に溶接によって固定
する燃料棒の端栓、及び端栓の溶接方法に関する。
の製造過程において、被覆管の端部に溶接によって固定
する燃料棒の端栓、及び端栓の溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子炉の燃料として用いられる燃料棒
は、円筒形の被覆管内に多数の燃料ペレットが挿入さ
れ、被覆管の両端にそれぞれ端栓が固定されて封止され
ている。更に、被覆管内には、一端側の端栓と燃料ペレ
ットとの間にプレナムスプリングが介装されて燃料ペレ
ットを他端側に押圧保持すると共に、ヘリウムガス等が
封入されている。このような構成を有する燃料棒の各端
栓を被覆管に溶接する方法として、例えば図８乃至図１
０に示すような、抵抗溶接方法が採られていた。この溶
接方法では、まず図８に示すように、被覆管１の端面１
ａに、端栓３をはめ込む。端栓３は被覆管１の端面１ａ
との当接部が面取りされて、テーパ面２とされている。
そして、このテーパ面２を被覆管１の端面１ａに圧接さ
せつつ、図示しない通電手段を介して端栓３と被覆管１
との間に電流を通じ、両者の当接面を抵抗溶接する。
尚、通常、被覆管１と端栓３とは、ジルコニウム合金
（ジルカロイ）によって構成されている。
は、円筒形の被覆管内に多数の燃料ペレットが挿入さ
れ、被覆管の両端にそれぞれ端栓が固定されて封止され
ている。更に、被覆管内には、一端側の端栓と燃料ペレ
ットとの間にプレナムスプリングが介装されて燃料ペレ
ットを他端側に押圧保持すると共に、ヘリウムガス等が
封入されている。このような構成を有する燃料棒の各端
栓を被覆管に溶接する方法として、例えば図８乃至図１
０に示すような、抵抗溶接方法が採られていた。この溶
接方法では、まず図８に示すように、被覆管１の端面１
ａに、端栓３をはめ込む。端栓３は被覆管１の端面１ａ
との当接部が面取りされて、テーパ面２とされている。
そして、このテーパ面２を被覆管１の端面１ａに圧接さ
せつつ、図示しない通電手段を介して端栓３と被覆管１
との間に電流を通じ、両者の当接面を抵抗溶接する。
尚、通常、被覆管１と端栓３とは、ジルコニウム合金
（ジルカロイ）によって構成されている。
【０００３】この溶接方法によれば、図９に示すよう
に、被覆管１と端栓３との溶接領域４の外周面に溶接時
の加圧による外側膨出部（盛り上がり）５が生じる一
方、この溶接領域４の被覆管１の内側において、被覆管
１内壁と端栓３のテーパ面２との間にも同様に内側膨出
部６が生じることになる。外側膨出部５は、溶接領域４
の外径が被覆管１の外径より大きくなるために、溶接領
域４の外周を研削して、図１０に示すように、外側膨出
部５を除去する後処理が行われている。内周面の膨出部
６は研削作業ができないので、燃料ペレット７と直接当
接する他端側端栓３の被覆管内挿入長さは、図１３に示
すような膨出部６と燃料ペレット７との干渉が起こらな
いように、テーパ面２の軸線方向長さが比較的大きく設
定されている。
に、被覆管１と端栓３との溶接領域４の外周面に溶接時
の加圧による外側膨出部（盛り上がり）５が生じる一
方、この溶接領域４の被覆管１の内側において、被覆管
１内壁と端栓３のテーパ面２との間にも同様に内側膨出
部６が生じることになる。外側膨出部５は、溶接領域４
の外径が被覆管１の外径より大きくなるために、溶接領
域４の外周を研削して、図１０に示すように、外側膨出
部５を除去する後処理が行われている。内周面の膨出部
６は研削作業ができないので、燃料ペレット７と直接当
接する他端側端栓３の被覆管内挿入長さは、図１３に示
すような膨出部６と燃料ペレット７との干渉が起こらな
いように、テーパ面２の軸線方向長さが比較的大きく設
定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような理由で、燃
料ペレット７が直接当接する側の端栓３（これを符号３
Ａで示す）の領域では、図１１に示すように燃料ペレッ
ト７が当接するテーパ面２と被覆管内壁１ｂとの間に内
側膨出部６が張り出す空間９がリング状に形成されてい
る。そして、原子炉の稼動時には、燃料ペレット７が発
熱してその領域の被覆管１に熱伝導すると共に、端栓３
Ａもγ発熱するが、空間９が接する被覆管１の部分１ｃ
は両発熱部の中間に位置して管の温度が比較的低い（低
温部１ｃという）という現象が発生し、燃料棒の軸線方
向に図１２に示すような温度分布を呈することになる。
料ペレット７が直接当接する側の端栓３（これを符号３
Ａで示す）の領域では、図１１に示すように燃料ペレッ
ト７が当接するテーパ面２と被覆管内壁１ｂとの間に内
側膨出部６が張り出す空間９がリング状に形成されてい
る。そして、原子炉の稼動時には、燃料ペレット７が発
熱してその領域の被覆管１に熱伝導すると共に、端栓３
Ａもγ発熱するが、空間９が接する被覆管１の部分１ｃ
は両発熱部の中間に位置して管の温度が比較的低い（低
温部１ｃという）という現象が発生し、燃料棒の軸線方
向に図１２に示すような温度分布を呈することになる。
【０００５】一方、被覆管１の外部には冷却水が流れて
いるために、被覆管１の表面の微細な亀裂等から水素が
溶け込み、被覆管１を構成する素材であるジルコニウム
合金中で、水素は温度のより低い方向に移動するという
特性を有するために、被覆管１の上述した低温部１ｃに
水素が偏析し、これがジルコニウム合金と反応して、被
覆管１の延性等の機械的性能を低下させる水素脆化につ
ながるおそれがある。
いるために、被覆管１の表面の微細な亀裂等から水素が
溶け込み、被覆管１を構成する素材であるジルコニウム
合金中で、水素は温度のより低い方向に移動するという
特性を有するために、被覆管１の上述した低温部１ｃに
水素が偏析し、これがジルコニウム合金と反応して、被
覆管１の延性等の機械的性能を低下させる水素脆化につ
ながるおそれがある。
【０００６】又、図１４に示すように、燃料棒のプレナ
ムスプリングが設けられた側の端栓３（これを符号３Ｂ
で示す）の領域では、被覆管１内において、端栓３Ｂの
近傍には燃料ペレット７が存在しないために、原子炉稼
働時に、被覆管１に水素が偏析するような部分的な低温
部１ｃは発生しない。しかしながら、プレナムスプリン
グ１１が介装される空間１２が大きいために、原子炉停
止時に徐冷された場合、被覆管１の端部は、図１５に示
すような温度分布を呈することになり、空間１２の領域
では広く低温であり、端栓３Ｂの領域では端栓３Ｂのγ
発熱のために高温となる。そして、溶接領域４が温度分
布の勾配の途中にさらされることになる。そのため、上
述のように被覆管１に溶け込んだ水素が低温部に隣接す
る溶接領域４方向に移動することになり、その経路上に
存在する水素の偏析し易い（溶接領域４とその周辺の）
被覆管熱影響部が水素脆化を起こし、溶接領域４及びそ
の近傍の被覆管１の延性が低下するという問題がある。
ムスプリングが設けられた側の端栓３（これを符号３Ｂ
で示す）の領域では、被覆管１内において、端栓３Ｂの
近傍には燃料ペレット７が存在しないために、原子炉稼
働時に、被覆管１に水素が偏析するような部分的な低温
部１ｃは発生しない。しかしながら、プレナムスプリン
グ１１が介装される空間１２が大きいために、原子炉停
止時に徐冷された場合、被覆管１の端部は、図１５に示
すような温度分布を呈することになり、空間１２の領域
では広く低温であり、端栓３Ｂの領域では端栓３Ｂのγ
発熱のために高温となる。そして、溶接領域４が温度分
布の勾配の途中にさらされることになる。そのため、上
述のように被覆管１に溶け込んだ水素が低温部に隣接す
る溶接領域４方向に移動することになり、その経路上に
存在する水素の偏析し易い（溶接領域４とその周辺の）
被覆管熱影響部が水素脆化を起こし、溶接領域４及びそ
の近傍の被覆管１の延性が低下するという問題がある。
【０００７】本発明は、このような実情に鑑みて、溶接
部近傍の管の温度低下を小さくすることができるととも
に、端栓の溶接部等に水素が偏析しにくくして、管や溶
接部の延性の低下を抑止できるようにした燃料棒の端栓
及び端栓の溶接方法を提供することを目的とする。
部近傍の管の温度低下を小さくすることができるととも
に、端栓の溶接部等に水素が偏析しにくくして、管や溶
接部の延性の低下を抑止できるようにした燃料棒の端栓
及び端栓の溶接方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による燃料棒の端
栓は、被覆管の端部に、抵抗溶接法によって溶接される
燃料棒の端栓において、端栓は、被覆管の内側に位置す
る圧入部と、この圧入部の外側に位置し且つ被覆管に溶
接される溶接部とからなると共に、圧入部と溶接部の境
界外周に凹部が形成されてなることを特徴とするもので
ある。端栓は、圧入部と溶接部が一体又は別体に構成さ
れていることを特徴とする。端栓は、圧入部と溶接部が
別体に構成されていて、圧入部は、その外周面が被覆管
内壁に圧接するコレット構造に形成されていてもよい。
栓は、被覆管の端部に、抵抗溶接法によって溶接される
燃料棒の端栓において、端栓は、被覆管の内側に位置す
る圧入部と、この圧入部の外側に位置し且つ被覆管に溶
接される溶接部とからなると共に、圧入部と溶接部の境
界外周に凹部が形成されてなることを特徴とするもので
ある。端栓は、圧入部と溶接部が一体又は別体に構成さ
れていることを特徴とする。端栓は、圧入部と溶接部が
別体に構成されていて、圧入部は、その外周面が被覆管
内壁に圧接するコレット構造に形成されていてもよい。
【０００９】本発明による燃料棒の端栓の溶接方法は、
被覆管の端部に、端栓が抵抗溶接法によって溶接される
ようにした燃料棒の端栓の溶接方法において、端栓は、
請求項１乃至３のいずれかに記載の端栓であって、抵抗
溶接時に、凹部と被覆管内壁との間に形成される空間に
溶接部の内側膨出部が充填されて、被覆管内で端栓の外
側に内側膨出部が露出しないようにしたことを特徴とす
るものである。被覆管の端部に、端栓が抵抗溶接法によ
って溶接されるようにした燃料棒の端栓の溶接方法にお
いて、被覆管の内壁に請求項３に記載の端栓の圧入部が
圧接された後、この圧入部に同軸的に溶接部が当接させ
られた状態で抵抗溶接が行われ、凹部と被覆管内壁との
間に形成される空間に溶接部の内側膨出部が充填され
て、被覆管内で端栓の外側に内側膨出部が露出しないよ
うにしたことを特徴とするものである。
被覆管の端部に、端栓が抵抗溶接法によって溶接される
ようにした燃料棒の端栓の溶接方法において、端栓は、
請求項１乃至３のいずれかに記載の端栓であって、抵抗
溶接時に、凹部と被覆管内壁との間に形成される空間に
溶接部の内側膨出部が充填されて、被覆管内で端栓の外
側に内側膨出部が露出しないようにしたことを特徴とす
るものである。被覆管の端部に、端栓が抵抗溶接法によ
って溶接されるようにした燃料棒の端栓の溶接方法にお
いて、被覆管の内壁に請求項３に記載の端栓の圧入部が
圧接された後、この圧入部に同軸的に溶接部が当接させ
られた状態で抵抗溶接が行われ、凹部と被覆管内壁との
間に形成される空間に溶接部の内側膨出部が充填され
て、被覆管内で端栓の外側に内側膨出部が露出しないよ
うにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】端栓は、抵抗溶接の際に、被覆管内側に張り出
す膨出部が被覆管内壁と凹部とで形成される空間に充填
され、端栓の外側に露出しないから、端栓と管内壁と管
内の内装物との間の空間が小さくてすみ、しかも、原子
炉稼働時に内装物と溶接部とにおける各高温部の間に圧
入部が位置することでこの領域が比較的高温となるか
ら、空間に接する管の温度低下は小さくなり、この領域
に水素が偏析することを抑制でき、しかも膨出金属が管
内部に露出して飛散したり、内装物と干渉することもな
い。端栓は、圧入部と溶接部が一体に構成されていれ
ば、両者の管に対する同軸度が高く、圧入部と溶接部が
別体に構成されていれば、管内への挿入が比較的容易と
なる。端栓の圧入部は、管への挿入時に縮径させ、挿入
後にこれを解除することで拡径してその外周面が管内壁
に圧接される。
す膨出部が被覆管内壁と凹部とで形成される空間に充填
され、端栓の外側に露出しないから、端栓と管内壁と管
内の内装物との間の空間が小さくてすみ、しかも、原子
炉稼働時に内装物と溶接部とにおける各高温部の間に圧
入部が位置することでこの領域が比較的高温となるか
ら、空間に接する管の温度低下は小さくなり、この領域
に水素が偏析することを抑制でき、しかも膨出金属が管
内部に露出して飛散したり、内装物と干渉することもな
い。端栓は、圧入部と溶接部が一体に構成されていれ
ば、両者の管に対する同軸度が高く、圧入部と溶接部が
別体に構成されていれば、管内への挿入が比較的容易と
なる。端栓の圧入部は、管への挿入時に縮径させ、挿入
後にこれを解除することで拡径してその外周面が管内壁
に圧接される。
【００１１】本発明による燃料棒の端栓の溶接方法で
は、管と溶接部を抵抗溶接法によって溶接する際、溶接
部の膨出部が凹部と被覆管内壁との間の空間を充填して
埋めることになり、膨出部が管内で端栓の外部に露出す
ることがなく、そのために、燃料棒を原子炉で稼働する
時に発熱部である燃料ペレットと端栓の間の温度低下が
小さいために、管中の水素の偏析や、管を構成する金属
との反応による水素脆化による延性の低下を抑え、しか
も膨出金属が管内部で飛散したり、内装物と干渉するこ
ともない。又、端栓の圧入部は、縮径状態で管内へ容易
に挿入できると共に、その後に拡径して管内壁に圧接で
き、しかも管内の圧入部に溶接部を同軸的に当接させる
ことで、管との同軸度を高く保持できる。
は、管と溶接部を抵抗溶接法によって溶接する際、溶接
部の膨出部が凹部と被覆管内壁との間の空間を充填して
埋めることになり、膨出部が管内で端栓の外部に露出す
ることがなく、そのために、燃料棒を原子炉で稼働する
時に発熱部である燃料ペレットと端栓の間の温度低下が
小さいために、管中の水素の偏析や、管を構成する金属
との反応による水素脆化による延性の低下を抑え、しか
も膨出金属が管内部で飛散したり、内装物と干渉するこ
ともない。又、端栓の圧入部は、縮径状態で管内へ容易
に挿入できると共に、その後に拡径して管内壁に圧接で
き、しかも管内の圧入部に溶接部を同軸的に当接させる
ことで、管との同軸度を高く保持できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面により説明
するが、上述の従来技術と同様の部分または部材には同
一の符号を用いてその説明を省略する。図１乃至図４は
本発明の第一実施例を示すものであり、図１は溶接前の
被覆管と端栓の嵌合構造を示す要部断面図、図２は溶接
後の被覆管と端栓の嵌合構造を示す要部断面図、図３は
原子炉稼動時における燃料棒端部の被覆管及び端栓の温
度の変化を示す図、図４は原子炉停止時における徐冷の
際の、燃料棒端部の被覆管及び端栓の温度の変化を示す
図である。図１に示す燃料棒端部の溶接前の段階におい
て、端栓１５は例えばジルコニウム合金からなり、被覆
管１の内径より若干外径の大きい圧入部１６と、その後
端側に連結されていてその外径が被覆管１の外径にほぼ
等しい溶接部１７とによって構成されている。そして、
圧入部１６と溶接部１７との連結部１８の外周は、圧入
部１６の最大外径より小さい外径となるように断面視Ｖ
字型の凹部１９が全周に亘って形成されている。
するが、上述の従来技術と同様の部分または部材には同
一の符号を用いてその説明を省略する。図１乃至図４は
本発明の第一実施例を示すものであり、図１は溶接前の
被覆管と端栓の嵌合構造を示す要部断面図、図２は溶接
後の被覆管と端栓の嵌合構造を示す要部断面図、図３は
原子炉稼動時における燃料棒端部の被覆管及び端栓の温
度の変化を示す図、図４は原子炉停止時における徐冷の
際の、燃料棒端部の被覆管及び端栓の温度の変化を示す
図である。図１に示す燃料棒端部の溶接前の段階におい
て、端栓１５は例えばジルコニウム合金からなり、被覆
管１の内径より若干外径の大きい圧入部１６と、その後
端側に連結されていてその外径が被覆管１の外径にほぼ
等しい溶接部１７とによって構成されている。そして、
圧入部１６と溶接部１７との連結部１８の外周は、圧入
部１６の最大外径より小さい外径となるように断面視Ｖ
字型の凹部１９が全周に亘って形成されている。
【００１３】圧入部１６の周側面に関して、後端側が凹
部１９の底部に続く傾斜面１６ａとされた最大外径部１
６ｂは、被覆管１の内径よりわずかに大きい最大外径を
有して被覆管１内に圧接されており、その先端側に被覆
管１内への挿入が容易となるように小さい傾斜角のテー
パ面１６ｃと面取り面１６ｄが順次形成されている。
又、溶接部１７は凹部１９の底部と円柱状本体部１７ａ
との間に傾斜面１７ｂが形成され、更に後端が面取りさ
れて面取り面１７ｃとされている。そして、端栓１５の
嵌合状態で、被覆管１の端面１ａは凹部１９の溶接部１
７側の傾斜面１７ｂに当接した状態に保持されて、凹部
１９と被覆管端面１ａ近傍の内壁とで仕切られた内側膨
出部６用のリング状の空間２０が、形成されたことにな
る。図２は、抵抗溶接後の段階において、外側膨出部５
が研削によって除去された状態を示すものである。図
中、図１における凹部１９には、被覆管１と溶接部１７
との間の抵抗溶接の際に、内周側に押し出される内側膨
出部６が充填されている。そして、被覆管１の外周面の
延長線上に溶接領域４を介して溶接部１７の外周面が一
体化して形成された形状とされている。
部１９の底部に続く傾斜面１６ａとされた最大外径部１
６ｂは、被覆管１の内径よりわずかに大きい最大外径を
有して被覆管１内に圧接されており、その先端側に被覆
管１内への挿入が容易となるように小さい傾斜角のテー
パ面１６ｃと面取り面１６ｄが順次形成されている。
又、溶接部１７は凹部１９の底部と円柱状本体部１７ａ
との間に傾斜面１７ｂが形成され、更に後端が面取りさ
れて面取り面１７ｃとされている。そして、端栓１５の
嵌合状態で、被覆管１の端面１ａは凹部１９の溶接部１
７側の傾斜面１７ｂに当接した状態に保持されて、凹部
１９と被覆管端面１ａ近傍の内壁とで仕切られた内側膨
出部６用のリング状の空間２０が、形成されたことにな
る。図２は、抵抗溶接後の段階において、外側膨出部５
が研削によって除去された状態を示すものである。図
中、図１における凹部１９には、被覆管１と溶接部１７
との間の抵抗溶接の際に、内周側に押し出される内側膨
出部６が充填されている。そして、被覆管１の外周面の
延長線上に溶接領域４を介して溶接部１７の外周面が一
体化して形成された形状とされている。
【００１４】本実施例による燃料棒の端栓は上述のよう
な構成を有しており、次にその溶接方法について説明す
る。先ず、被覆管１の端部に、端栓１５の圧入部１６を
テーパ面１６ｄ側から挿入して、最大外径部１６ｂを被
覆管１の内壁に圧接させ、被覆管１の端面１ａが凹部１
９の溶接部１７側の傾斜面１７ｂに当接するまで圧入す
る（図１参照）。この状態で、凹部１９と被覆管１の内
周壁との間に全周に亘って断面略三角形のリング状の閉
鎖空間２０が形成される。そして、従来技術と同様にし
て、端栓１５の傾斜面１７ｂを被覆管１の端面に圧接さ
せつつ、図示しない通電手段を介して端栓１５と被覆管
１との間に電流を通じ、両者の当接面を抵抗溶接する。
な構成を有しており、次にその溶接方法について説明す
る。先ず、被覆管１の端部に、端栓１５の圧入部１６を
テーパ面１６ｄ側から挿入して、最大外径部１６ｂを被
覆管１の内壁に圧接させ、被覆管１の端面１ａが凹部１
９の溶接部１７側の傾斜面１７ｂに当接するまで圧入す
る（図１参照）。この状態で、凹部１９と被覆管１の内
周壁との間に全周に亘って断面略三角形のリング状の閉
鎖空間２０が形成される。そして、従来技術と同様にし
て、端栓１５の傾斜面１７ｂを被覆管１の端面に圧接さ
せつつ、図示しない通電手段を介して端栓１５と被覆管
１との間に電流を通じ、両者の当接面を抵抗溶接する。
【００１５】この溶接方法によれば、図２に一点鎖線で
示すように、被覆管１と端栓１５の溶接部１７との溶接
領域４の外周面に溶接時の加圧による外側膨出部５が突
出する。他方、被覆管１の内周側の空間２０内にも、溶
接部１７の傾斜面１７ｂから内側膨出部６が張り出す
が、この場合、内側膨出部６は、溶融状態で凹部１９内
に充填されて、空間２０が埋められることになる。その
ため、内側膨出部６は被覆管１の内側に突出して露出す
ることはない（図２参照）。そして、冷却後に外側膨出
部５を研削して除去すれば、被覆管１と端栓１５の溶接
部１７との溶接領域４は、被覆管１の外周面の延長上
に、則ち同一円筒面状に形成されることになり、ＴＩＧ
溶接等で得られる燃料棒とほぼ同様な形状となる。
示すように、被覆管１と端栓１５の溶接部１７との溶接
領域４の外周面に溶接時の加圧による外側膨出部５が突
出する。他方、被覆管１の内周側の空間２０内にも、溶
接部１７の傾斜面１７ｂから内側膨出部６が張り出す
が、この場合、内側膨出部６は、溶融状態で凹部１９内
に充填されて、空間２０が埋められることになる。その
ため、内側膨出部６は被覆管１の内側に突出して露出す
ることはない（図２参照）。そして、冷却後に外側膨出
部５を研削して除去すれば、被覆管１と端栓１５の溶接
部１７との溶接領域４は、被覆管１の外周面の延長上
に、則ち同一円筒面状に形成されることになり、ＴＩＧ
溶接等で得られる燃料棒とほぼ同様な形状となる。
【００１６】さて、このようにして得られた燃料棒が燃
料集合体に組み立てられて、原子炉内で使用される場
合、原子炉稼働時における燃料棒の、端栓１５に燃料ペ
レット７が当接する側の端部の温度分布は図３に示すよ
うになる。図中、従来の燃料棒端栓では、燃料ペレット
７と端栓との間に大きな空間９が形成されるために、こ
の領域の温度変化は、一点鎖線で示すように下に凸をな
す比較的低温状態となるが、本実施例による燃料棒端栓
によれば、この領域に端栓１５の圧入部１６が被覆管１
内壁に圧接されて配置されているから、圧入部１６のγ
発熱によって実線で示すような温度分布となり、温度低
下が抑制される。そのため、テーパ面１６ｃと面取り面
１６ｄとを臨む領域ｐで、若干の温度低下がみられるに
すぎず、全体に低温部の温度が従来技術よりかなり高い
という効果が得られる。従って、被覆管１の外部から管
中に水素が溶け込むとしても、低温部の温度低下が小さ
いために、被覆管１中の水素の量が少なく、水素脆性に
よる延性の低下を抑制できる。
料集合体に組み立てられて、原子炉内で使用される場
合、原子炉稼働時における燃料棒の、端栓１５に燃料ペ
レット７が当接する側の端部の温度分布は図３に示すよ
うになる。図中、従来の燃料棒端栓では、燃料ペレット
７と端栓との間に大きな空間９が形成されるために、こ
の領域の温度変化は、一点鎖線で示すように下に凸をな
す比較的低温状態となるが、本実施例による燃料棒端栓
によれば、この領域に端栓１５の圧入部１６が被覆管１
内壁に圧接されて配置されているから、圧入部１６のγ
発熱によって実線で示すような温度分布となり、温度低
下が抑制される。そのため、テーパ面１６ｃと面取り面
１６ｄとを臨む領域ｐで、若干の温度低下がみられるに
すぎず、全体に低温部の温度が従来技術よりかなり高い
という効果が得られる。従って、被覆管１の外部から管
中に水素が溶け込むとしても、低温部の温度低下が小さ
いために、被覆管１中の水素の量が少なく、水素脆性に
よる延性の低下を抑制できる。
【００１７】又、本実施例による端栓１５が、プレナム
スプリング１１が介装されている側に溶接されている場
合、原子炉停止時に燃料棒が徐冷されると、燃料棒端部
は、図４に示すような温度分布を呈することになる。則
ち、プレナムスプリング１１が介装された空間１２（図
１４参照）に接する被覆管１の領域では広く低温状態と
なり、溶接部１７の領域ではγ発熱のために高温状態と
なることは従来例と同様であるが、空間１２と溶接部１
７との間に圧入部１６が位置してγ発熱しているため
に、低温領域と高温領域との境界付近に、圧入部１６に
よる高温部ｑが存在する。そのため、圧入部１６と溶接
部１７との間の溶接領域４における温度低下は小さく、
しかも溶接領域４の最低温度は高温部ｑの最高温度より
も小さくなる。従って、被覆管１の空間１２に接する低
温部で外部から水素が溶け込んで、溶接領域４の低温部
に移動しようとしても、その途中に圧入部１６による高
温部ｑが存在するために、溶接領域４迄には移動しにく
くなり、溶接領域４での水素の偏析による、ジルコニウ
ム合金との反応による水素脆化が抑えられるから、溶接
領域４が保護されることになる。そのため、溶接領域４
の材質劣化が抑えられる。
スプリング１１が介装されている側に溶接されている場
合、原子炉停止時に燃料棒が徐冷されると、燃料棒端部
は、図４に示すような温度分布を呈することになる。則
ち、プレナムスプリング１１が介装された空間１２（図
１４参照）に接する被覆管１の領域では広く低温状態と
なり、溶接部１７の領域ではγ発熱のために高温状態と
なることは従来例と同様であるが、空間１２と溶接部１
７との間に圧入部１６が位置してγ発熱しているため
に、低温領域と高温領域との境界付近に、圧入部１６に
よる高温部ｑが存在する。そのため、圧入部１６と溶接
部１７との間の溶接領域４における温度低下は小さく、
しかも溶接領域４の最低温度は高温部ｑの最高温度より
も小さくなる。従って、被覆管１の空間１２に接する低
温部で外部から水素が溶け込んで、溶接領域４の低温部
に移動しようとしても、その途中に圧入部１６による高
温部ｑが存在するために、溶接領域４迄には移動しにく
くなり、溶接領域４での水素の偏析による、ジルコニウ
ム合金との反応による水素脆化が抑えられるから、溶接
領域４が保護されることになる。そのため、溶接領域４
の材質劣化が抑えられる。
【００１８】以上のように、本実施例によれば、燃料棒
１の一方の端部においては、燃料ペレット７と端栓１５
の溶接部１７との間の温度低下を圧入部１６によって抑
えて、この領域における被覆管１の水素の偏析による延
性低下を抑制できて、被覆管１の水素脆化を抑えられ
る。又、燃料棒１の他方の端部においても、プレナムス
プリングが設けられた空間１２に接する被覆管１と溶接
領域４との間の温度勾配領域に圧入部１６による高温部
ｑが存在することで、水素の偏析を抑え、これによる溶
接領域４の材質の劣化を抑えて、溶接領域４を保護する
ことができる。更に、内側膨出部６が凹部１９と被覆管
内壁による空間２０内に張り出して充填されるようにし
たから、内側膨出部６の金属が溶接時に被覆管１内に飛
散したり、内側膨出部６が大きく張り出して燃料ペレッ
ト７等の内装物と干渉したりするおそれがないという利
点もある。又、溶接部１７と一体形状の圧入部１６の最
大外径部１６ａが被覆管１の内壁に嵌合圧接すること
で、溶接時の被覆管１と端栓１５との軸精度を高く保持
できる。
１の一方の端部においては、燃料ペレット７と端栓１５
の溶接部１７との間の温度低下を圧入部１６によって抑
えて、この領域における被覆管１の水素の偏析による延
性低下を抑制できて、被覆管１の水素脆化を抑えられ
る。又、燃料棒１の他方の端部においても、プレナムス
プリングが設けられた空間１２に接する被覆管１と溶接
領域４との間の温度勾配領域に圧入部１６による高温部
ｑが存在することで、水素の偏析を抑え、これによる溶
接領域４の材質の劣化を抑えて、溶接領域４を保護する
ことができる。更に、内側膨出部６が凹部１９と被覆管
内壁による空間２０内に張り出して充填されるようにし
たから、内側膨出部６の金属が溶接時に被覆管１内に飛
散したり、内側膨出部６が大きく張り出して燃料ペレッ
ト７等の内装物と干渉したりするおそれがないという利
点もある。又、溶接部１７と一体形状の圧入部１６の最
大外径部１６ａが被覆管１の内壁に嵌合圧接すること
で、溶接時の被覆管１と端栓１５との軸精度を高く保持
できる。
【００１９】次に、本発明の第二実施例を図５により説
明する。本実施例では、端栓１５の圧入部１６と溶接部
１７との連結部１８の外周側に、上述のＶ字型の凹部１
９に代えて断面コの字型の凹部２２が全周に亘ってリン
グ状に形成されている。そして、この凹部２２と溶接部
１７の円柱状本体部１７ａとの境界は、被覆管１の端面
１ａが当接する傾斜面１７ｃとされている。又、圧入部
１６の外周面にはテーパ面１６ｃは形成されておらず、
最大外径面１６ｅはその外径が被覆管内径よりわずかに
大きい円柱状とされ、その先端に面取り面１６ｄが設け
られている。本第二実施例の場合、凹部２２によって、
内側膨出部６の充填領域がより大きくなる。又、圧入部
１６には円柱状の最大外径面１６ｅが形成されているこ
とで、この領域の高温領域が広くなり、被覆管１や溶接
領域４の水素脆化による延性低下や材質の劣化が一層小
さくなると共に、被覆管１と端栓１５との軸精度が更に
高くなるという利点もある。
明する。本実施例では、端栓１５の圧入部１６と溶接部
１７との連結部１８の外周側に、上述のＶ字型の凹部１
９に代えて断面コの字型の凹部２２が全周に亘ってリン
グ状に形成されている。そして、この凹部２２と溶接部
１７の円柱状本体部１７ａとの境界は、被覆管１の端面
１ａが当接する傾斜面１７ｃとされている。又、圧入部
１６の外周面にはテーパ面１６ｃは形成されておらず、
最大外径面１６ｅはその外径が被覆管内径よりわずかに
大きい円柱状とされ、その先端に面取り面１６ｄが設け
られている。本第二実施例の場合、凹部２２によって、
内側膨出部６の充填領域がより大きくなる。又、圧入部
１６には円柱状の最大外径面１６ｅが形成されているこ
とで、この領域の高温領域が広くなり、被覆管１や溶接
領域４の水素脆化による延性低下や材質の劣化が一層小
さくなると共に、被覆管１と端栓１５との軸精度が更に
高くなるという利点もある。
【００２０】次に、本発明の第三実施例を図６及び図７
により説明する。図６は本実施例による燃料棒の溶接前
の端部の要部断面図、図７は図６のＡ−Ａ線断面図であ
る。本実施例においては、端栓２４は圧入部２５と溶接
部２６とが別体として形成されている。圧入部２５は最
大外径が被覆管１の内径よりわずかに大きい略リング状
を呈しており、その外周面において、最大外径部２５ａ
の先端側にテーパ面２５ｂと面取り面２５ｃが形成さ
れ、最大外径部２５ａの後端側にテーパ状の傾斜面２５
ｄが形成されている。しかも、この圧入部２５は、その
外周面から内周面に至る径方向のスリット２７がほぼ等
間隔に複数穿設されて断面略円弧状の複数の小片２８に
分割されており、これら小片２８が径方向に進退するコ
レット構造をなしている。又、溶接部２６はその外径が
被覆管１の外径に等しい略円柱形状を呈しており、その
先端側には被覆管１の端面が当接する傾斜面２６ａが設
けられ、後端側は面取りが施されている。
により説明する。図６は本実施例による燃料棒の溶接前
の端部の要部断面図、図７は図６のＡ−Ａ線断面図であ
る。本実施例においては、端栓２４は圧入部２５と溶接
部２６とが別体として形成されている。圧入部２５は最
大外径が被覆管１の内径よりわずかに大きい略リング状
を呈しており、その外周面において、最大外径部２５ａ
の先端側にテーパ面２５ｂと面取り面２５ｃが形成さ
れ、最大外径部２５ａの後端側にテーパ状の傾斜面２５
ｄが形成されている。しかも、この圧入部２５は、その
外周面から内周面に至る径方向のスリット２７がほぼ等
間隔に複数穿設されて断面略円弧状の複数の小片２８に
分割されており、これら小片２８が径方向に進退するコ
レット構造をなしている。又、溶接部２６はその外径が
被覆管１の外径に等しい略円柱形状を呈しており、その
先端側には被覆管１の端面が当接する傾斜面２６ａが設
けられ、後端側は面取りが施されている。
【００２１】本実施例においては、溶接に先だって被覆
管１の端部に、圧入部２５を圧入すると、各小片２８が
縮径しつつ挿入されて被覆管１の内壁に圧接する。次い
で、この圧入部２５の後端面に溶接部２６を当接させる
ように同軸的に押しつけて、その傾斜面２６ａを被覆管
１の端面に当接させる。この状態で、圧入部２５の傾斜
面２５ｄと溶接部２６の先端面２６ａとで凹部３０が形
成され、この凹部３０被覆管１の内壁との間に、内側膨
出部６を受け入れる空間２９が形成されることになる。
そして、溶接部２６を圧入部２５と被覆管１の端面１ａ
とに押圧させた状態で抵抗溶接を行えば、溶接部２６と
圧入部２５と被覆管１とが一体化されて、図２に示す第
一実施例と同一の断面形状を有する、燃料棒の端栓の固
定状態が得られる。
管１の端部に、圧入部２５を圧入すると、各小片２８が
縮径しつつ挿入されて被覆管１の内壁に圧接する。次い
で、この圧入部２５の後端面に溶接部２６を当接させる
ように同軸的に押しつけて、その傾斜面２６ａを被覆管
１の端面に当接させる。この状態で、圧入部２５の傾斜
面２５ｄと溶接部２６の先端面２６ａとで凹部３０が形
成され、この凹部３０被覆管１の内壁との間に、内側膨
出部６を受け入れる空間２９が形成されることになる。
そして、溶接部２６を圧入部２５と被覆管１の端面１ａ
とに押圧させた状態で抵抗溶接を行えば、溶接部２６と
圧入部２５と被覆管１とが一体化されて、図２に示す第
一実施例と同一の断面形状を有する、燃料棒の端栓の固
定状態が得られる。
【００２２】本実施例によれば、圧入部２５はコレット
構造によって被覆管１の内壁に各小片２８毎に個別に圧
接されるので、被覆管１との高い密着度を保持すること
ができ、この領域のγ発熱による熱を一層確実に被覆管
１に伝導できることになる。尚、圧入部２５の内周円を
形成する孔に嵌合する、例えばテーパ状の凸部を溶接部
２６の先端面に形成してもよく、これによって圧入部２
５と溶接部２６の同軸度が向上すると共にコレット構造
の複数の小片２８を拡径させることができる。又、圧入
部２５は溶接部２６と別体で構成する場合でも、必ずし
もコレット構造に形成する必要はなく、例えば第一、第
二実施例における端栓１５を適宜の境界（例えば溶接部
１７と連結部１８又は圧接部１６と）で分離した構成と
してもよいし、或いはそれぞれ略円柱形状としてもよい
し、その際、いんろう関係等による溶接部２６との嵌
合、連結等の構造を設けるようにしてもよい。尚、内側
膨出部６の充填領域を規定する凹部１９、２２、３０の
断面形状は上述の各実施例のものに限定されることな
く、適宜形状に形成できる。
構造によって被覆管１の内壁に各小片２８毎に個別に圧
接されるので、被覆管１との高い密着度を保持すること
ができ、この領域のγ発熱による熱を一層確実に被覆管
１に伝導できることになる。尚、圧入部２５の内周円を
形成する孔に嵌合する、例えばテーパ状の凸部を溶接部
２６の先端面に形成してもよく、これによって圧入部２
５と溶接部２６の同軸度が向上すると共にコレット構造
の複数の小片２８を拡径させることができる。又、圧入
部２５は溶接部２６と別体で構成する場合でも、必ずし
もコレット構造に形成する必要はなく、例えば第一、第
二実施例における端栓１５を適宜の境界（例えば溶接部
１７と連結部１８又は圧接部１６と）で分離した構成と
してもよいし、或いはそれぞれ略円柱形状としてもよい
し、その際、いんろう関係等による溶接部２６との嵌
合、連結等の構造を設けるようにしてもよい。尚、内側
膨出部６の充填領域を規定する凹部１９、２２、３０の
断面形状は上述の各実施例のものに限定されることな
く、適宜形状に形成できる。
【００２３】
【発明の効果】上述のように、本発明による燃料棒の端
栓及び端栓の溶接方法によれば、燃料棒の一方の端部に
おいては、原子炉稼働時に、内装物と端栓の溶接部との
間の温度低下を圧入部による発熱によって抑えて、この
領域における管中の水素の偏析による延性低下を抑制で
きる。又、燃料棒の他方の端部においても、原子炉停止
後の徐冷時に、空間に接する管の領域と溶接領域との間
の温度勾配領域に圧入部による高温部が存在すること
で、水素の偏析を抑え、これによる溶接領域の材質の劣
化を抑えて、溶接領域を保護することができる。更に、
膨出部が管内で端栓の外側に露出していないから、膨出
部の金属が溶接時に管内に飛散したり、膨出部が大きく
張り出して燃料ペレット等の内装物と干渉したりするお
それがないという利点もある。又、端栓は、圧入部と溶
接部が別体に構成されていて、圧入部は、その外周面が
管内壁に圧接するコレット構造に形成されているから、
圧入部の管内への挿入が容易であると共に、確実にかつ
大きな圧力で管内壁に当接することになり、この領域の
温度低下を一層抑制できる。
栓及び端栓の溶接方法によれば、燃料棒の一方の端部に
おいては、原子炉稼働時に、内装物と端栓の溶接部との
間の温度低下を圧入部による発熱によって抑えて、この
領域における管中の水素の偏析による延性低下を抑制で
きる。又、燃料棒の他方の端部においても、原子炉停止
後の徐冷時に、空間に接する管の領域と溶接領域との間
の温度勾配領域に圧入部による高温部が存在すること
で、水素の偏析を抑え、これによる溶接領域の材質の劣
化を抑えて、溶接領域を保護することができる。更に、
膨出部が管内で端栓の外側に露出していないから、膨出
部の金属が溶接時に管内に飛散したり、膨出部が大きく
張り出して燃料ペレット等の内装物と干渉したりするお
それがないという利点もある。又、端栓は、圧入部と溶
接部が別体に構成されていて、圧入部は、その外周面が
管内壁に圧接するコレット構造に形成されているから、
圧入部の管内への挿入が容易であると共に、確実にかつ
大きな圧力で管内壁に当接することになり、この領域の
温度低下を一層抑制できる。
【図１】本発明の第一実施例による燃料棒の一方の端部
を示すものであって、溶接前の被覆管と端栓の嵌合構造
を示す要部断面図である。
を示すものであって、溶接前の被覆管と端栓の嵌合構造
を示す要部断面図である。
【図２】溶接後の被覆管と端栓の嵌合構造を示す要部断
面図である。
面図である。
【図３】原子炉稼動時における燃料棒端部の被覆管及び
端栓の温度の変化を示す図である。
端栓の温度の変化を示す図である。
【図４】原子炉停止後の徐冷時の、燃料棒端部の被覆管
及び端栓の温度の変化を示す図である。
及び端栓の温度の変化を示す図である。
【図５】本発明の第二実施例による燃料棒の端部につい
て、溶接前の被覆管と端栓の嵌合構造を示す要部断面図
である。
て、溶接前の被覆管と端栓の嵌合構造を示す要部断面図
である。
【図６】本発明の第三実施例による燃料棒の端部につい
て、溶接前の被覆管と端栓の嵌合構造を示す図７のＢ−
Ｂ線要部断面図である。
て、溶接前の被覆管と端栓の嵌合構造を示す図７のＢ−
Ｂ線要部断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】従来の燃料棒の端部について、溶接前の被覆管
と端栓の嵌合構造を示す要部断面図である。
と端栓の嵌合構造を示す要部断面図である。
【図９】従来の燃料棒の端部について、溶接後の被覆管
と端栓の接合構造を示す要部断面図である。
と端栓の接合構造を示す要部断面図である。
【図１０】図９の燃料棒の端部について、外側膨出部を
研削した後の状態を示す図である。
研削した後の状態を示す図である。
【図１１】図１０の燃料棒端部について燃料ペレットが
装着された部分拡大図である。
装着された部分拡大図である。
【図１２】図１０の燃料棒の端部に関して、原子炉稼動
時における燃料棒端部の被覆管及び端栓の温度の変化を
示す図である。
時における燃料棒端部の被覆管及び端栓の温度の変化を
示す図である。
【図１３】膨出部用のスペースを小さくした状態の図１
２と同様な図である。
２と同様な図である。
【図１４】燃料棒端部についてプレナムスプリングが装
着された部分拡大図である。
着された部分拡大図である。
【図１５】燃料棒の端部に関して、原子炉停止後の徐冷
時における燃料棒端部の被覆管及び端栓の温度の変化を
示す図である。
時における燃料棒端部の被覆管及び端栓の温度の変化を
示す図である。
１…被覆管、４…溶接領域、７…燃料ペレット、１５，
２４…端栓、１６，２５…圧入部、１７，２６…溶接
部。
２４…端栓、１６，２５…圧入部、１７，２６…溶接
部。
Claims (5)
- 【請求項１】 被覆管の端部に、抵抗溶接法によって溶
接される燃料棒の端栓において、前記端栓は、被覆管の
内側に位置する圧入部と、この圧入部の外側に位置し且
つ被覆管に溶接される溶接部とからなると共に、前記圧
入部と溶接部の境界外周に凹部が形成されてなることを
特徴とする燃料棒の端栓。 - 【請求項２】 前記端栓は、圧入部と溶接部が一体又は
別体に構成されていることを特徴とする請求項１に記載
の燃料棒の端栓。 - 【請求項３】 前記端栓は、圧入部と溶接部が別体に構
成されていて、前記圧入部は、その外周面が被覆管内壁
に圧接するコレット構造に形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の燃料棒の端栓。 - 【請求項４】 被覆管の端部に、端栓が抵抗溶接法によ
って溶接されるようにした燃料棒の端栓の溶接方法にお
いて、前記端栓は、請求項１乃至３のいずれかに記載の
端栓であって、抵抗溶接時に、前記凹部と被覆管内壁と
の間に形成される空間に前記溶接部の内側膨出部が充填
されて、被覆管内で端栓の外側に内側膨出部が露出しな
いようにしたことを特徴とする燃料棒の端栓の溶接方
法。 - 【請求項５】 被覆管の端部に、端栓が抵抗溶接法によ
って溶接されるようにした燃料棒の端栓の溶接方法にお
いて、被覆管の内壁に請求項３に記載の端栓の前記圧入
部が圧接された後、この圧入部に同軸的に前記溶接部が
当接させられた状態で抵抗溶接が行われ、前記凹部と被
覆管内壁との間に形成される空間に前記溶接部の内側膨
出部が充填されて、被覆管内で端栓の外側に内側膨出部
が露出しないようにしたことを特徴とする燃料棒の端栓
の溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6265882A JPH08129090A (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 燃料棒の端栓及びその溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6265882A JPH08129090A (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 燃料棒の端栓及びその溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08129090A true JPH08129090A (ja) | 1996-05-21 |
Family
ID=17423415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6265882A Withdrawn JPH08129090A (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 燃料棒の端栓及びその溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08129090A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337311A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | 水素添加方法および水素添加試験片 |
| WO2011091926A1 (de) * | 2010-01-27 | 2011-08-04 | Magna Powertrain Ag & Co Kg | Verfahren zum verbinden einer welle und einer nabe durch schweissstrom und einpressen; anordnung aus welle und nabe mit einer solchen verbindung |
| US8891724B2 (en) | 2009-04-15 | 2014-11-18 | Korea Atomic Energy Research Institute | Dual-cooled nuclear fuel rod having annular plugs and method of manufacturing the same |
| JP2021503427A (ja) * | 2017-10-19 | 2021-02-12 | ゼネラル・アトミックスＧｅｎｅｒａｌ Ａｔｏｍｉｃｓ | 加圧されたセラミック構成体の接合および封止 |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP6265882A patent/JPH08129090A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337311A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | 水素添加方法および水素添加試験片 |
| JP4628875B2 (ja) * | 2005-06-06 | 2011-02-09 | 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン | 水素添加方法および水素添加試験片 |
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