JPS59153874A - 高耐食燃料被覆管の製造方法 - Google Patents
高耐食燃料被覆管の製造方法Info
- Publication number
- JPS59153874A JPS59153874A JP58024631A JP2463183A JPS59153874A JP S59153874 A JPS59153874 A JP S59153874A JP 58024631 A JP58024631 A JP 58024631A JP 2463183 A JP2463183 A JP 2463183A JP S59153874 A JPS59153874 A JP S59153874A
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- JP
- Japan
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- fuel cladding
- cladding tube
- pipe
- beams
- mirror
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/186—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/073—Shaping the laser spot
- B23K26/0734—Shaping the laser spot into an annular shape
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、新規な原子炉燃料要素特にバリヤ型燃料被覆
管の製造方法に関する。
管の製造方法に関する。
原子炉の核燃料は、燃料被覆管中に充填され、燃料被覆
管には高耐食性、高熱伝導性及び中性子・吸収断面積が
小さいという性質が必要である。ジルコニウム合金は、
前記諸性有しているため従来燃料被俊管用材料として使
用されてきた。とくにジルカロイ−２材がその主要材料
である。
管には高耐食性、高熱伝導性及び中性子・吸収断面積が
小さいという性質が必要である。ジルコニウム合金は、
前記諸性有しているため従来燃料被俊管用材料として使
用されてきた。とくにジルカロイ−２材がその主要材料
である。
しかし、中性子減速材である高温高圧水あるいは水蒸気
中に長時間さらされると、厚膜化し皮酸化被膜が形成さ
れるために熱伝達係数が低下したり、局所に集中した酸
化（ノジュラ腐食）の進行によυ局所加熱を生じ、時に
は原子炉の運転に支障をきたす。被覆管内面においては
、核燃料から放出づれる核燃料生成物と−ｑフレットび
被覆管との機械的相互作用による応力とが相伴って応力
腐食割れが生じる。
中に長時間さらされると、厚膜化し皮酸化被膜が形成さ
れるために熱伝達係数が低下したり、局所に集中した酸
化（ノジュラ腐食）の進行によυ局所加熱を生じ、時に
は原子炉の運転に支障をきたす。被覆管内面においては
、核燃料から放出づれる核燃料生成物と−ｑフレットび
被覆管との機械的相互作用による応力とが相伴って応力
腐食割れが生じる。
このような問題点全解決するための手段として、βクエ
ンチ技術及びＣｕ／ｌヤ層あるいは純ジルコニウムライ
ナ層を管内面に被覆する技術が公知である。
ンチ技術及びＣｕ／ｌヤ層あるいは純ジルコニウムライ
ナ層を管内面に被覆する技術が公知である。
βクエンチ技術とはジルコニウム合金全β相が生成する
温度軸回に加熱後急冷させる熱処理であり高耐食化金目
的としている。Ｃｕノくリヤ層は核分装生底物であるヨ
ウ素をトラップする効果を有し、純Ｚｒライナ層は、そ
の硬さが低いだめ燃料ベレットと被覆管内面とが接触し
た場合における応力緩和の効果ヲ弔している。このよう
な燃料核ａ管金以後バリヤ型燃料被横管と称する。
温度軸回に加熱後急冷させる熱処理であり高耐食化金目
的としている。Ｃｕノくリヤ層は核分装生底物であるヨ
ウ素をトラップする効果を有し、純Ｚｒライナ層は、そ
の硬さが低いだめ燃料ベレットと被覆管内面とが接触し
た場合における応力緩和の効果ヲ弔している。このよう
な燃料核ａ管金以後バリヤ型燃料被横管と称する。
バリヤ型燃料被覆管は、ひ肉厚が約０．９扉の薄肉管で
あるため、高周波による誘導加熱あるいは電気炉中で９
００Ｃ前後に加熱後急冷するβクエンチ技術ヲ逸用する
とＣｕバリヤ層あるいは純７、ｒライナノーは、被覆管
と反応し本来の効果が消失する。
あるため、高周波による誘導加熱あるいは電気炉中で９
００Ｃ前後に加熱後急冷するβクエンチ技術ヲ逸用する
とＣｕバリヤ層あるいは純７、ｒライナノーは、被覆管
と反応し本来の効果が消失する。
純７．ｒライナ層は厚さ７５μｍ前後であるが高温に加
燈されるとライナ層中にジルカロイ中のＳｎ、Ｆｅｌ
Ｃｒ及びＮｉが拡散し、硬さ上昇をきたす。さらに結晶
粒が粗大化し本来の効果が消失する。Ｃｕバリヤ層は、
厚さ５μｍ前後であるが同様に７．ｒカロイとの相互拡
散によシ効果が消失する。
燈されるとライナ層中にジルカロイ中のＳｎ、Ｆｅｌ
Ｃｒ及びＮｉが拡散し、硬さ上昇をきたす。さらに結晶
粒が粗大化し本来の効果が消失する。Ｃｕバリヤ層は、
厚さ５μｍ前後であるが同様に７．ｒカロイとの相互拡
散によシ効果が消失する。
表面層のみをβクエンチするためにレーザビーム照射に
よる加熱法が知られている。この従来方法によれば、１
バスのレーザビーム走査によシはぼビーム直径に相当し
た帯状のβクエンチ層が形成される。しかし、被覆管全
回転をβクエンチするためには、複数のパスを重ねなけ
ればならない。
よる加熱法が知られている。この従来方法によれば、１
バスのレーザビーム走査によシはぼビーム直径に相当し
た帯状のβクエンチ層が形成される。しかし、被覆管全
回転をβクエンチするためには、複数のパスを重ねなけ
ればならない。
帯状βクエンチ層の隣接領域は高温の相温度範囲に再加
熱されるため、合金元素であるｐｅ、Ｃｒ。
熱されるため、合金元素であるｐｅ、Ｃｒ。
Ｈｌ及びＺｒの金属間化合物相が析出し、耐食性が劣下
する。すなわち、第１図に示すように扇形のβクエンチ
層１０（１−周期的に繰返すと、パスの重なり部隣接領
域１０１の耐食性が劣下し、使用中に白色の局部酸化（
ノジュラ腐食）が生じるおそれがある。
する。すなわち、第１図に示すように扇形のβクエンチ
層１０（１−周期的に繰返すと、パスの重なり部隣接領
域１０１の耐食性が劣下し、使用中に白色の局部酸化（
ノジュラ腐食）が生じるおそれがある。
本発明の目的は優れた耐食性を有する燃料被覆管の製造
方法全提供することにある。
方法全提供することにある。
本発明の要点は、バリヤ型燃料被覆管へリング状に集光
したレーザビーム全照射し、被覆管表面層のみを高温に
加熱しノ＜リヤ層の高温加熱を防止すると共に、被覆管
全回転させかつ軸方向に移動させることにより全外周面
を１ノシスで加熱する点にある。
したレーザビーム全照射し、被覆管表面層のみを高温に
加熱しノ＜リヤ層の高温加熱を防止すると共に、被覆管
全回転させかつ軸方向に移動させることにより全外周面
を１ノシスで加熱する点にある。
（実施例１）
第２図は、レーザ照射方法及び被覆管の移動方法全示す
。第３図〜第６図は、各反射鏡の斜視図を示す。第７図
〜第９図は第２図の各位置（Ａ−Ａ’。
。第３図〜第６図は、各反射鏡の斜視図を示す。第７図
〜第９図は第２図の各位置（Ａ−Ａ’。
ｌ３−Ｂ ’及びｃ−ｃ’の位置）におけるビーム断面
形状を示す。
形状を示す。
第７図に示すように円形断面を有する入射レーザビーム
１は、外円離層１１（第２図）で反射し、内円錐鏡１２
（第３図）へ導かれる。内円離層１２で反射したレーザ
ビーム２は、第８図に示すように円環状となり平面鏡１
３へと導かれるが、円環状ビームの１部は燃料被覆管３
０にさえぎられ ｃ Ｑ／断面においては第８図に示
すように円環の１部が欠落した断面形状を有するレーザ
ビー４３．！：な、！１１球面鏡１４へ導かれる。球面
鏡で反射シタレーザビーム４は、集光され、燃料被覆管
表面に照射される。第１０図は、燃料被覆管表面におけ
るレーザビーム４の照射領域２０及びノ＜リヤ型燃料被
覆管断面金示す。ビーム照射領域２０は、１部欠′Ｐ１
！ｒｋ有するリングとなるが、燃料被覆管を高速で回転
させることにより表面全リング状に均一に加熱すること
ができる。さらに軸方向に所定の速度で移動させること
により燃料被覆管全表面は１パスのレーザビームで加熱
することができる０ 第１１図は燃料被覆管光面上のある点における温度履歴
を示す。第１１図に示すように、１回の加熱冷却の温度
サイクルを受けるのみであり冷却後前び高温の相温度範
囲に再加熱されることはない。
１は、外円離層１１（第２図）で反射し、内円錐鏡１２
（第３図）へ導かれる。内円離層１２で反射したレーザ
ビーム２は、第８図に示すように円環状となり平面鏡１
３へと導かれるが、円環状ビームの１部は燃料被覆管３
０にさえぎられ ｃ Ｑ／断面においては第８図に示
すように円環の１部が欠落した断面形状を有するレーザ
ビー４３．！：な、！１１球面鏡１４へ導かれる。球面
鏡で反射シタレーザビーム４は、集光され、燃料被覆管
表面に照射される。第１０図は、燃料被覆管表面におけ
るレーザビーム４の照射領域２０及びノ＜リヤ型燃料被
覆管断面金示す。ビーム照射領域２０は、１部欠′Ｐ１
！ｒｋ有するリングとなるが、燃料被覆管を高速で回転
させることにより表面全リング状に均一に加熱すること
ができる。さらに軸方向に所定の速度で移動させること
により燃料被覆管全表面は１パスのレーザビームで加熱
することができる０ 第１１図は燃料被覆管光面上のある点における温度履歴
を示す。第１１図に示すように、１回の加熱冷却の温度
サイクルを受けるのみであり冷却後前び高温の相温度範
囲に再加熱されることはない。
Ｃ０２レーザを用いビーム照射出カニ２に！、燃料被覆
管回転速度：２００几ＰＭ 、軸方向移動速度９．５
ｍ／ ｍの条件で熱処理したジルカロイ−２製バリヤ型
燃料被覆管には、約０．３ ｗ前後の高耐食層３１が形
成されノジュラ腐食の発生は認められなかった。腐食試
験は、温度５００１：’、圧力１５０ Ｋｇ／ｍ”の水
蒸気中で５０時間保持するという条件下で行った。
管回転速度：２００几ＰＭ 、軸方向移動速度９．５
ｍ／ ｍの条件で熱処理したジルカロイ−２製バリヤ型
燃料被覆管には、約０．３ ｗ前後の高耐食層３１が形
成されノジュラ腐食の発生は認められなかった。腐食試
験は、温度５００１：’、圧力１５０ Ｋｇ／ｍ”の水
蒸気中で５０時間保持するという条件下で行った。
管内面には、厚さ７５μｍのＺｒライナＩＩＩ及び厚さ
５μｍのＣｕバリヤ層がうもけられていたが、ｚｒライ
チ層の硬さ上昇、結晶粒の粗大化及びＣＩＪバリヤ層の
拡散は認められなかった。
５μｍのＣｕバリヤ層がうもけられていたが、ｚｒライ
チ層の硬さ上昇、結晶粒の粗大化及びＣＩＪバリヤ層の
拡散は認められなかった。
（灰施例２）
第１２図はジルカロイ−２製燃料被榎管の耐食性に及は
すレーザ加熱による表面温度の影響を示す。第１３図は
、表面近傍におけるｐｅ、Ｃｒ及びＮｉの固溶量と光面
加熱温度との関係を示す。
すレーザ加熱による表面温度の影響を示す。第１３図は
、表面近傍におけるｐｅ、Ｃｒ及びＮｉの固溶量と光面
加熱温度との関係を示す。
表面加熱温［ｋ８７０Ｕ以上とすることにより、表面は
高耐食化し、ノジュラ腐食の発生は防止できる。高耐食
層においては０．２６重量％以上のＦｅ１Ｃｒ及びＮＩ
がマトリックス中に固溶しており、金属間化合物相の析
出は極めてわずかであった。
高耐食化し、ノジュラ腐食の発生は防止できる。高耐食
層においては０．２６重量％以上のＦｅ１Ｃｒ及びＮＩ
がマトリックス中に固溶しており、金属間化合物相の析
出は極めてわずかであった。
（実施例３）
ＣＯ２レーザによシ前記熱処理を施した後、加工度７０
ｇ６の冷間圧延と焼なましとを２回繰返した。第１５図
は、燃料被覆管の製造工程を示し、第１４図は、ノジュ
ラ腐食の発生のないレーザによる表面加熱温度範囲及び
冷間圧延後の焼なましレーザによる表面加熱温度範囲：
９００［以上ゝΔ 延後の焼なまし温度範囲：６３０Ｃ以下とすることによ
ジノジュラＩＩ４負発生のない高耐食燃料被覆管を製造
することができる。
ｇ６の冷間圧延と焼なましとを２回繰返した。第１５図
は、燃料被覆管の製造工程を示し、第１４図は、ノジュ
ラ腐食の発生のないレーザによる表面加熱温度範囲及び
冷間圧延後の焼なましレーザによる表面加熱温度範囲：
９００［以上ゝΔ 延後の焼なまし温度範囲：６３０Ｃ以下とすることによ
ジノジュラＩＩ４負発生のない高耐食燃料被覆管を製造
することができる。
本発明によれば、バリヤ型燃料被偵管のバリヤ層を変質
させることなく外表面を高耐食化することができる。か
かる熱処理音節したバリヤ型燃料被覆管で構成した燃料
集合体の使用により燃料の高燃料度化（原子炉運転期間
の長期化）が可能となシ原子炉の負荷追従運転時におけ
る高い信頼性が得られる。
させることなく外表面を高耐食化することができる。か
かる熱処理音節したバリヤ型燃料被覆管で構成した燃料
集合体の使用により燃料の高燃料度化（原子炉運転期間
の長期化）が可能となシ原子炉の負荷追従運転時におけ
る高い信頼性が得られる。
なお、本発明のレーザビームによる加熱法は他の金属、
セラミックスからなる管、棒等の加熱にも使用できる。
セラミックスからなる管、棒等の加熱にも使用できる。
第１図は、従来のレーザβクエンチ法を示す斜視図、第
２図は、レーザ照射方法及び反射鏡の構成図、第３図〜
第６図は各反射鏡の斜視図、第７図〜第９図はレーザビ
ームの断面形状、第１０図はビーム照射部形状及びバリ
ヤ型燃料被覆管断面、第１１図は、被覆管表面の温度履
歴、第１２図及び第１３図は耐食性と金属組織とに及ぼ
す加熱温度の影響、第１４図は、レーザ加熱後、冷間圧
延と焼なましとを繰返し施した燃料被覆管の適正熱処理
条件範囲金示す図及び第１５図は本発明のバリヤ型燃料
被覆管の製造工程を示す図である。 １．２．３及び４・・・レーザビーム、１１・・・外円
離層、１２・・・内円離層、１３・・・平面鏡、１４・
・・球面鏡、３０・・・燃料被覆管、３１、・・・高耐
食層、３３．・・・めＺ 区 眉３刃 察４囚 ψぼ 第ら国 蛸 １０ 区 茅１２ 図 革１３ 目 □□□」 りσＩ 表釦加梗温渡（・Ｃ９ 茅１４ 固 表面力ａ熱晟炙（’ｃ〕
２図は、レーザ照射方法及び反射鏡の構成図、第３図〜
第６図は各反射鏡の斜視図、第７図〜第９図はレーザビ
ームの断面形状、第１０図はビーム照射部形状及びバリ
ヤ型燃料被覆管断面、第１１図は、被覆管表面の温度履
歴、第１２図及び第１３図は耐食性と金属組織とに及ぼ
す加熱温度の影響、第１４図は、レーザ加熱後、冷間圧
延と焼なましとを繰返し施した燃料被覆管の適正熱処理
条件範囲金示す図及び第１５図は本発明のバリヤ型燃料
被覆管の製造工程を示す図である。 １．２．３及び４・・・レーザビーム、１１・・・外円
離層、１２・・・内円離層、１３・・・平面鏡、１４・
・・球面鏡、３０・・・燃料被覆管、３１、・・・高耐
食層、３３．・・・めＺ 区 眉３刃 察４囚 ψぼ 第ら国 蛸 １０ 区 茅１２ 図 革１３ 目 □□□」 りσＩ 表釦加梗温渡（・Ｃ９ 茅１４ 固 表面力ａ熱晟炙（’ｃ〕
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、リング状のレーザビーム照射によシ燃料被覆管外周
面を加熱するとともに、前記被覆管を回転させかつ軸方
向に＃動させることを特徴とする高耐食燃料被覆管の製
造方法。 ２、％許請求範囲第１項において、燃料被覆管がバリヤ
型燃料被覆管であシ、該被覆管の銅バリヤノーあるいは
ジルコニウムライナ層の最高加熱温度が６００Ｃ以下で
あることを特徴とする高耐食燃料被覆管の製造方法。 ３、％許ＭＷ求の範囲第１項及び第２項において、該被
覆管はＳｎ：１〜２重ｊｉｉｉ ％ 、 Ｆ ｅ ：
０．０５〜０２重量％、 Ｃｒ ７０．０５〜０．２重
１ｔ％、Ｎｉ：Ｏ〜０．１重′ｊｉｋ％全含み、残部が
実質的に７．ｒからなり、前記熱処理後の表面層のｐｅ
、Ｃｒ及びＮｉのマトリックス中への総固溶−ＪＬを０
．２６重量係以上とすること金％徴とする高耐食燃料被
覆管の製造方法。 ４、％許請求の範囲第１項において、該被覆管外表面の
加熱温度が９００Ｃ以上となるように加熱した後、冷間
圧延と６３０Ｃ以下の焼なましと金少なくとも２回施す
ことを特徴とする高耐食燃料被覆管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58024631A JPS59153874A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | 高耐食燃料被覆管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58024631A JPS59153874A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | 高耐食燃料被覆管の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59153874A true JPS59153874A (ja) | 1984-09-01 |
Family
ID=12143477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58024631A Pending JPS59153874A (ja) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | 高耐食燃料被覆管の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59153874A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5297177A (en) * | 1991-09-20 | 1994-03-22 | Hitachi, Ltd. | Fuel assembly, components thereof and method of manufacture |
-
1983
- 1983-02-18 JP JP58024631A patent/JPS59153874A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5297177A (en) * | 1991-09-20 | 1994-03-22 | Hitachi, Ltd. | Fuel assembly, components thereof and method of manufacture |
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