JPH09512334A - 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

Abstract

(57)【要約】 多重当接結合を成す、少くとも３個の部材に溶接結合を形成する方法であって、この溶接結合をもっぱら一方の側のみから形成するため、また極めて強固な結合および完全に閉鎖された表面を形成するため、相互に溶接され得る少くとも第１および第２部材を、これらの分離継目に沿って間隔を置いて対向配置し、これら両部材の分離継目部分に凹窩を形成し、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部材の当接端部をこの凹窩内に差込み、この差込み作業の終了後、第１および第２部材を溶接継目により相互結合させる。この方法は、ことに使用済核燃料棒の輸送、貯蔵用容器を製造するために有利に使用され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 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 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、そ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１３１４４５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３３０６９４０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。 銅製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６ １（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６１１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。 核燃料棒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 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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．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。