JPH1147938A - 核燃料棒の溶接装置 - Google Patents
核燃料棒の溶接装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被覆管への端栓の溶接時に発生する金属蒸気
が燃料棒の溶接部に付着して溶接部の品質が低下するこ
とを防止するとともに、溶接チャンバーの内壁面に上記
金属蒸気がスス状物質として付着することを防止する。 【解決手段】 被覆管２の開放端に端栓５を溶接する核
燃料棒の溶接装置において、溶接熱源７の外周に被包ガ
スを供給する第１のシールド１６を溶接熱源と同心状に
設けるとともに、その第１のシールド１６の外側にこれ
と同心状に第２のシールド１７を設け、両シールド１
６，１７によってガス吸引ノズル１８を形成した。
が燃料棒の溶接部に付着して溶接部の品質が低下するこ
とを防止するとともに、溶接チャンバーの内壁面に上記
金属蒸気がスス状物質として付着することを防止する。 【解決手段】 被覆管２の開放端に端栓５を溶接する核
燃料棒の溶接装置において、溶接熱源７の外周に被包ガ
スを供給する第１のシールド１６を溶接熱源と同心状に
設けるとともに、その第１のシールド１６の外側にこれ
と同心状に第２のシールド１７を設け、両シールド１
６，１７によってガス吸引ノズル１８を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、核燃料被覆管の一
端部に端栓を溶着するための核燃料棒の溶接装置に関す
る。
端部に端栓を溶着するための核燃料棒の溶接装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に核燃料棒においては、一端に端栓
を溶着した被覆管に核燃料物質を装填し内部にヘリウム
ガスを充填した後端栓を取り付けて封止溶接することが
行われている。この封止溶接の手段としては、被覆管と
端栓との接合部を円周上に溶着密閉するものと、一旦端
栓を被覆管に円周溶接した後、その端栓に穿設されてい
る細孔から被覆管内にヘリウムを加圧充填し、その後上
記細孔を封止溶接する方法とがある。
を溶着した被覆管に核燃料物質を装填し内部にヘリウム
ガスを充填した後端栓を取り付けて封止溶接することが
行われている。この封止溶接の手段としては、被覆管と
端栓との接合部を円周上に溶着密閉するものと、一旦端
栓を被覆管に円周溶接した後、その端栓に穿設されてい
る細孔から被覆管内にヘリウムを加圧充填し、その後上
記細孔を封止溶接する方法とがある。
【０００３】図４に、被覆管と端栓とを円周上に溶接す
るようにした従来の溶接装置の概要を示す。ところで、
核燃料棒１は図４に示すように、一端に端栓を溶着した
被覆管２の内部にウラン燃料であるペレット３を装填
し、押さえバネ４を入れた後、内部にヘリウムガスを充
填させ端栓５を溶接した構造となっている。しかして、
上記核燃料棒１の端栓５の溶接に際しては、被覆管２の
開放端側を溶接チャンバー６内に挿入し一旦内部を真空
排気した後ヘリウムガスに置換してから端栓５を被覆管
２に嵌合させ、核燃料棒１を回転させながらヘリウムガ
スを吹き付けるとともに、背圧制御弁７によって溶接チ
ャンバー６内を一定圧力に保ちながら、タングステン電
極７からアークを発生させることによって溶接を行って
いる。
るようにした従来の溶接装置の概要を示す。ところで、
核燃料棒１は図４に示すように、一端に端栓を溶着した
被覆管２の内部にウラン燃料であるペレット３を装填
し、押さえバネ４を入れた後、内部にヘリウムガスを充
填させ端栓５を溶接した構造となっている。しかして、
上記核燃料棒１の端栓５の溶接に際しては、被覆管２の
開放端側を溶接チャンバー６内に挿入し一旦内部を真空
排気した後ヘリウムガスに置換してから端栓５を被覆管
２に嵌合させ、核燃料棒１を回転させながらヘリウムガ
スを吹き付けるとともに、背圧制御弁７によって溶接チ
ャンバー６内を一定圧力に保ちながら、タングステン電
極７からアークを発生させることによって溶接を行って
いる。
【０００４】すなわち、図５は従来の溶接ガスノズル部
の構造を示す図であって、電極コレット９で固定された
タングステン電極７の外周に環状のガス供給路１０を形
成し、そのガス供給路１０を経てタングステン電極７の
外周部に不活性ガスであるヘリウムガスを吹き付けなが
ら溶接する。
の構造を示す図であって、電極コレット９で固定された
タングステン電極７の外周に環状のガス供給路１０を形
成し、そのガス供給路１０を経てタングステン電極７の
外周部に不活性ガスであるヘリウムガスを吹き付けなが
ら溶接する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、核燃料棒内
のヘリウムガス圧力はその燃料設計の機能上、大気圧の
数倍もしくは数十倍の圧力に封じ込める必要があり、そ
の際には高圧力下で溶接を行うこととなる。この高圧力
下の溶接では、例えばＴＩＧによるタングステン・アー
クを発生させると、高圧力の気中からアーク熱を奪われ
まいとしてアークが自己緊縮して溶接熱源としてのエネ
ルギー密度が高まる性質がある。そこでエネルギー密度
が高まると、溶接部は更に高温にさらされ溶接部の金属
の一部が金属蒸気となって気中に放出される。
のヘリウムガス圧力はその燃料設計の機能上、大気圧の
数倍もしくは数十倍の圧力に封じ込める必要があり、そ
の際には高圧力下で溶接を行うこととなる。この高圧力
下の溶接では、例えばＴＩＧによるタングステン・アー
クを発生させると、高圧力の気中からアーク熱を奪われ
まいとしてアークが自己緊縮して溶接熱源としてのエネ
ルギー密度が高まる性質がある。そこでエネルギー密度
が高まると、溶接部は更に高温にさらされ溶接部の金属
の一部が金属蒸気となって気中に放出される。
【０００６】また、レーザ溶接はＴＩＧ溶接よりも高エ
ネルギー密度の溶接であるが、レーザ光路中に溶接時に
発生する金属蒸気がプラズマ化する現象が起こり、高圧
となる程そのプラズマ量が増える。
ネルギー密度の溶接であるが、レーザ光路中に溶接時に
発生する金属蒸気がプラズマ化する現象が起こり、高圧
となる程そのプラズマ量が増える。
【０００７】しかして、上記いずれの場合においても、
金属蒸気がもたらすスス状の生成物が製品の溶接部近傍
に焼き付いたり、或は溶接チャンバーの窓材等に付着す
る等の問題がある。すなわち、製品に付着したスス状の
生成物は２次加工で除去する必要があり加工数が増えた
り、また溶接チャンバーの窓等にスス状の生成物が付着
した場合には内部の観察が行なえなくなり、頻繁に清掃
を行わねばならない等の不都合がある。
金属蒸気がもたらすスス状の生成物が製品の溶接部近傍
に焼き付いたり、或は溶接チャンバーの窓材等に付着す
る等の問題がある。すなわち、製品に付着したスス状の
生成物は２次加工で除去する必要があり加工数が増えた
り、また溶接チャンバーの窓等にスス状の生成物が付着
した場合には内部の観察が行なえなくなり、頻繁に清掃
を行わねばならない等の不都合がある。
【０００８】そこで、ガスの吹き付け方を調整したり或
は溶接部近傍のサイド方向からガスを吹き付けて製品へ
の金属蒸気生成物の付着を防止する方法も考えられる
が、これでも製品への保護が不十分であり、しかもチャ
ンバー窓材への汚染は軽減されない等の問題がある。
は溶接部近傍のサイド方向からガスを吹き付けて製品へ
の金属蒸気生成物の付着を防止する方法も考えられる
が、これでも製品への保護が不十分であり、しかもチャ
ンバー窓材への汚染は軽減されない等の問題がある。
【０００９】本発明は、このような点に鑑み、金属蒸気
発生物の周辺への撒き散らしによって生ずる不具合ポテ
ンシャルを一掃し、溶接部の品質を向上させると共に溶
接チャンバーへのススの付着を防止し得るようにした核
燃料棒の溶接装置を得ることを目的とする。
発生物の周辺への撒き散らしによって生ずる不具合ポテ
ンシャルを一掃し、溶接部の品質を向上させると共に溶
接チャンバーへのススの付着を防止し得るようにした核
燃料棒の溶接装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、被覆管の
溶接部側開放端を溶接チャンバー内に挿入し、その開放
端に端栓を溶接する核燃料棒の溶接装置において、溶接
熱源の外周に被包ガスを供給する第１のシールドを上記
溶接熱源と同心状に設けるとともに、上記第１のシール
ドの外周にこれと同心状に第２のシールドを設け、両シ
ールドによって形成される環状間隙によってガス吸引ノ
ズルを形成したことを特徴とする。
溶接部側開放端を溶接チャンバー内に挿入し、その開放
端に端栓を溶接する核燃料棒の溶接装置において、溶接
熱源の外周に被包ガスを供給する第１のシールドを上記
溶接熱源と同心状に設けるとともに、上記第１のシール
ドの外周にこれと同心状に第２のシールドを設け、両シ
ールドによって形成される環状間隙によってガス吸引ノ
ズルを形成したことを特徴とする。
【００１１】また、第２の発明は、さらにガス吸引通路
と連通する排気路に背圧弁を設けるとともに、溶接チャ
ンバーにはガス供給ポートを設けたことを特徴とする。
と連通する排気路に背圧弁を設けるとともに、溶接チャ
ンバーにはガス供給ポートを設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下図１乃至図３を参照して本発
明の実施の形態について説明する。
明の実施の形態について説明する。
【００１３】図１において、溶接チャンバー６の一側壁
部には、ペレット３及び押さえバネ４が充填された被覆
管２の上記押さえバネ挿入側端部が挿入自在となってお
り、その挿入された被覆管２の開口端に正対する他側壁
には、端栓５を保持しこれを被覆管端に圧接自在とする
端栓圧入機構１１が設けられている。
部には、ペレット３及び押さえバネ４が充填された被覆
管２の上記押さえバネ挿入側端部が挿入自在となってお
り、その挿入された被覆管２の開口端に正対する他側壁
には、端栓５を保持しこれを被覆管端に圧接自在とする
端栓圧入機構１１が設けられている。
【００１４】また、上記溶接チャンバー６には、上記挿
入された被覆管２の軸線に直交する方向に溶接トーチ１
２が設けられるとともに、ヘリウムガスの如き不活性ガ
スを供給するガス供給ポート１３が設けられ、そのガス
供給ポート１３に電磁弁１４を有するガス供給管１５が
接続されている。
入された被覆管２の軸線に直交する方向に溶接トーチ１
２が設けられるとともに、ヘリウムガスの如き不活性ガ
スを供給するガス供給ポート１３が設けられ、そのガス
供給ポート１３に電磁弁１４を有するガス供給管１５が
接続されている。
【００１５】図２は、上記溶接トーチ１２の概略構成を
示す部分断面図であり、先端側中心部には電極コレット
９によってタングステン電極７が保持固定されている。
上記タングステン電極７を保持している電極コレット９
の外周部には、上記タングステン電極７と同心状の筒状
の第１のシールド１６が設けられ、その第１のシールド
１６と電極コレット９との環状間隙によってガス供給路
１０が形成され、そのガス供給路１０が溶接トーチ１２
の中心開口を経て図示しないガス供給管に接続されてい
る。
示す部分断面図であり、先端側中心部には電極コレット
９によってタングステン電極７が保持固定されている。
上記タングステン電極７を保持している電極コレット９
の外周部には、上記タングステン電極７と同心状の筒状
の第１のシールド１６が設けられ、その第１のシールド
１６と電極コレット９との環状間隙によってガス供給路
１０が形成され、そのガス供給路１０が溶接トーチ１２
の中心開口を経て図示しないガス供給管に接続されてい
る。
【００１６】また、上記第１のシールド１６の外周には
さらに第１のシールド１６と同心的に筒状の第２のシー
ルド１７が設けられており、この第１のシールド１６と
第２のシールド１７とによって形成された環状間隙によ
りガス吸引ノズル１８が構成され、このガス吸引ノズル
１８部が背圧制御弁１９（図１）を介して図示しない吸
引装置に接続されている。
さらに第１のシールド１６と同心的に筒状の第２のシー
ルド１７が設けられており、この第１のシールド１６と
第２のシールド１７とによって形成された環状間隙によ
りガス吸引ノズル１８が構成され、このガス吸引ノズル
１８部が背圧制御弁１９（図１）を介して図示しない吸
引装置に接続されている。
【００１７】しかして、端栓５の溶接に際しては、図１
に示すように、ペレット３及び押さえバネ４を充填した
被覆管２の開放側端部を溶接チャンバー６内に挿入し、
溶接チャンバー６内の空気を排出し、高度の真空とした
後、溶接トーチ１２のガス供給路１０を介してヘリウム
ガスを注入し、被覆管２内にヘリウムガスを充填する。
その後端栓圧入機構１１を操作して端栓５を前進させそ
の端栓５を被覆管端に圧着嵌合し、被覆管２を回転させ
るとともにヘリウムガスを吹き付けながら溶接トーチ１
２のタングステン電極７によって被覆管２と端栓５との
接続部を溶接する。
に示すように、ペレット３及び押さえバネ４を充填した
被覆管２の開放側端部を溶接チャンバー６内に挿入し、
溶接チャンバー６内の空気を排出し、高度の真空とした
後、溶接トーチ１２のガス供給路１０を介してヘリウム
ガスを注入し、被覆管２内にヘリウムガスを充填する。
その後端栓圧入機構１１を操作して端栓５を前進させそ
の端栓５を被覆管端に圧着嵌合し、被覆管２を回転させ
るとともにヘリウムガスを吹き付けながら溶接トーチ１
２のタングステン電極７によって被覆管２と端栓５との
接続部を溶接する。
【００１８】一方、これと同時に吸引装置が作動され、
ガス吸引ノズル１８を介して上記タングステン電極７の
近傍部のガスが吸引され排出される。したがって、溶接
部から発生した金属蒸気が上記ガス吸引ノズル１８によ
って吸引排出され、金属蒸気によるスス状物質が燃料棒
外表面等に焼き付くようなことが防止される。
ガス吸引ノズル１８を介して上記タングステン電極７の
近傍部のガスが吸引され排出される。したがって、溶接
部から発生した金属蒸気が上記ガス吸引ノズル１８によ
って吸引排出され、金属蒸気によるスス状物質が燃料棒
外表面等に焼き付くようなことが防止される。
【００１９】ところで、溶接部に吹き付けるヘリウムガ
スの量よりも適度に吸引するガス量を増やした方が上記
効果が高くなることから、電磁弁１４を適宜制御して、
ガス供給ポート１３を介して適宜量のヘリウムガスを溶
接チャンバー６内に供給する。したがって、溶接チャン
バー６内に供給されるヘリウムガスと排出されるヘリウ
ムガスの収支バランスを保って溶接チャンバー内を一定
圧力に維持することができる。すなわち、上記ガス供給
ポート１３から供給されるヘリウムガスを調整すること
によってガス流量を任意に調整することができ、金属蒸
気の付着防止効果を一層高めることができる。
スの量よりも適度に吸引するガス量を増やした方が上記
効果が高くなることから、電磁弁１４を適宜制御して、
ガス供給ポート１３を介して適宜量のヘリウムガスを溶
接チャンバー６内に供給する。したがって、溶接チャン
バー６内に供給されるヘリウムガスと排出されるヘリウ
ムガスの収支バランスを保って溶接チャンバー内を一定
圧力に維持することができる。すなわち、上記ガス供給
ポート１３から供給されるヘリウムガスを調整すること
によってガス流量を任意に調整することができ、金属蒸
気の付着防止効果を一層高めることができる。
【００２０】また、上記実施の形態ではタングステン電
極を用いたＴＩＧ溶接について述べたが、図３に示すよ
うに、タングステン電極部に相当する溶接熱源をレーザ
光２０をレンズ２１で集光照射させて溶接する場合にお
いても、ガス吹き付け・吸引の方法を適用し、同様の効
果を奏せしめることができる。
極を用いたＴＩＧ溶接について述べたが、図３に示すよ
うに、タングステン電極部に相当する溶接熱源をレーザ
光２０をレンズ２１で集光照射させて溶接する場合にお
いても、ガス吹き付け・吸引の方法を適用し、同様の効
果を奏せしめることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は溶接部に
被包ガスを供給するための第１のシールドの外周にガス
吸引ノズルを形成したので、溶接部で発生した金属蒸気
が吸引され溶接チャンバー外へ排出され、金属蒸気によ
るスス状物質が燃料棒外表面や溶接チャンバーの窓材等
に付着することがなく、燃料棒の品質を向上させること
ができ、また製品や溶接チャンバーに付着したスス状物
質の除去作業等を行う必要もなくなる等の効果を奏す
る。また、溶接チャンバーにガス供給ポートを設けた場
合は、そのガス供給ポートから供給されるガス量を調整
するとともに背圧制御弁の制御によって溶接チャンバー
内を常に一定圧力に維持しガス吸引ノズルを介して溶接
チャンバー外にガスフローさせながら溶接が可能で、金
属蒸気の排出効果を一層向上させることができる。
被包ガスを供給するための第１のシールドの外周にガス
吸引ノズルを形成したので、溶接部で発生した金属蒸気
が吸引され溶接チャンバー外へ排出され、金属蒸気によ
るスス状物質が燃料棒外表面や溶接チャンバーの窓材等
に付着することがなく、燃料棒の品質を向上させること
ができ、また製品や溶接チャンバーに付着したスス状物
質の除去作業等を行う必要もなくなる等の効果を奏す
る。また、溶接チャンバーにガス供給ポートを設けた場
合は、そのガス供給ポートから供給されるガス量を調整
するとともに背圧制御弁の制御によって溶接チャンバー
内を常に一定圧力に維持しガス吸引ノズルを介して溶接
チャンバー外にガスフローさせながら溶接が可能で、金
属蒸気の排出効果を一層向上させることができる。
【図１】本発明の核燃料棒の溶接装置の概略構成を示す
部分断面図。
部分断面図。
【図２】本発明の核燃料棒の溶接装置の溶接トーチ部の
部分断面図。
部分断面図。
【図３】レーザ光を溶接熱源として使用する例を示す
図。
図。
【図４】従来の核燃料棒の溶接装置の概略構成を示す
図。
図。
【図５】従来の溶接トーチの部分断面図。
１ 核燃料棒 ２ 被覆管 ３ ペレット ４ 押さえバネ ５ 端栓 ６ 溶接チャンバー ７ タングステン電極 １０ ガス供給路 １２ 溶接トーチ １３ ガス供給ポート １６ 第１のシールド １７ 第２のシールド １８ ガス吸引ノズル １９ 背圧制御弁
Claims (2)
- 【請求項１】被覆管の溶接部側開放端を溶接チャンバー
内に挿入し、その開放端に端栓を溶接する核燃料棒の溶
接装置において、溶接熱源の外周に被包ガスを供給する
第１のシールドを上記溶接熱源と同心状に設けるととも
に、上記第１のシールドの外周にこれと同心状に第２の
シールドを設け、両シールドによって形成される環状間
隙によってガス吸引ノズルを形成したことを特徴とす
る、核燃料棒の溶接装置。 - 【請求項２】ガス吸引通路と連通する排気路に背圧弁を
設けるとともに、溶接チャンバーにはガス供給ポートを
設けたことを特徴とする、請求項１記載の核燃料棒の溶
接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9209418A JPH1147938A (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 核燃料棒の溶接装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9209418A JPH1147938A (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 核燃料棒の溶接装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1147938A true JPH1147938A (ja) | 1999-02-23 |
Family
ID=16572556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9209418A Pending JPH1147938A (ja) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | 核燃料棒の溶接装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1147938A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013046950A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | 株式会社日立製作所 | パウダ供給ノズルおよび肉盛溶接方法 |
| CN109877426A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-06-14 | 燕山大学 | 一种立体环绕气体保护焊焊接头 |
-
1997
- 1997-08-04 JP JP9209418A patent/JPH1147938A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN109877426A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-06-14 | 燕山大学 | 一种立体环绕气体保护焊焊接头 |
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