JPS59171892A - 燃料棒端栓溶接部の健全性及び成分測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉用燃料棒の品質管理検査に関し、特に
、漏止めされた燃料棒にある端栓のティグ（Ｔ工Ｇ：タ
ングステン・イナート・ガス）溶接部を検査する装置に
関するものである。

核燃料棒は、核燃料ペレットの入った細長い被覆管と、
該被覆管の底部に周溶接される底部端栓と、該被覆管の
頂部に周溶接される頂部端栓とを有するのが典型的であ
る。この頂部端栓は通常、軸向きの孔を有し、該孔を通
じて被覆管の内部をヘリウムのようなガスで加圧する。

その後、軸向きの孔を漏止め溶接により閉じる１゜周溶
接及び漏止め溶接は一般にティグ溶接である。製造され
た燃料棒の品質管理検査には頂部端栓の周溶接部及び漏
止め溶接部並びに底部端栓の周溶接部の検査が含まれる
。

従来の溶接部のＸ線検査技術では、溶接部領域について
のＸ線写真フィルムを現像し、それを検査官が主観的に
評価していた。また、作業員の放射線被ばく量を可能な
限り少なくするた酷、比較的に大規模な遮蔽が必要であ
った。Ｘ線装置は頂部端栓の漏止め溶接部中のタングス
テン巻込みを検査していた。漏止め溶接は加圧の下に行
なわれるので、溶接電極については、加圧ガスの誘電体
に勝つ高電位が必要であった。

そして、Ｔ工Ｇ溶接火口からのタングステンが噴射され
溶接物内に入っていた。加圧されない周溶接部では、タ
ングステン巻込みはそれ程問題ではなかった。また、Ｘ
線装置は周溶接部及び漏止め溶接部中のボイドを検出し
ていた。′ボイド″とは、溶接物を有するべきにもかか
わらず溶接物のない領域を意味しており、該ボイドには
、溶接物内のキャビティや、所定の厚さに足りない溶接
物がある。

従来の超音波探傷技術は、一般に非核燃料管の分野にお
いて材料検査及び溶接検査に応用されていた。現行の超
音波探傷装置は、ボイドをよりよく検出するためζこ複
数の変換器を使用したり、自動試験の能力を有していた
り、傷警報付モニタを使用するものであった。管は、ら
旋並進運動をしながら、浸液技術に従って一時在留タン
ク（ｔｒａｎｓｉｔ　ｔａｎｋ　）内で試験されていた
。

該タンクの入口及び出口は、試験中に管が十分な深さま
で沈んでいるように、封止されている。

原子炉用燃料要素の被覆管を浸液法により、完全に管が
浸液しそしてプローブが走行する長いタンクを使用して
、又は管がら腕運動をして送られそしてプローブが静止
している一時在留タンクを使用して、試験していた。溶
接部の超音波探傷装置は（厚さの足りない薄肉タイプで
あってもキャビティタイプであっても）ボイドの材料・
空気間の境界を検出するが、ＴＩＧ　ｔ＋止め溶接によ
り生ずるタングステン巻込み（これは材料・材料間の境
界を与える）を確実に検出することはできない。前もっ
て算定される量のタングステンが存在することは溶接欠
陥であり、これは、伺らかの核燃料棒端栓溶接部検査装
置により、検査しなければならない。

本発明の目的は、溶接部検査装置の改良を促進すること
である。

この目的から本発明は、広義には、漏止めされた原子炉
用燃料棒にある端栓のティグ溶接部の健全性及び成分を
測定するものであって、ボイド検出のための超音波式溶
接部検査装置と、前記燃料棒にある端栓を受は容れるた
めの孔を有すると共に、タングステンを検出するべく較
正されたＸ線けい光分光器を有するセンサーと、前記端
栓、Ｘ線けい光分光器及び超音波式溶接部検査装置を所
定の方法で制御する制御装置とを備える、燃料棒端栓溶
接部の健全性及び成分測定装置に存するものである。

簡略に述べると、本発明は、漏止めされた核燃料棒にあ
る端栓のＴＩＧ溶接部を検査する装置に向けられている
。該検査装置は、溶接部中のタングステンを検出するＸ
線けい光分光器と、溶接部中のボイドを検出する超音波
式溶接部検査装置とを有する。また、端栓をＸ線けい光
分光器ζこ対して送入、送出したり、超音波式溶接部検
査装置に対して送入、送出したり、該Ｘ線けい光分光器
及び超音波式溶接部検査装置間に移動したりする３種の
端栓移動装置もある。制御装置は、この３種の端栓移動
装置、Ｘ線けい光分光器、及び超音波式溶接部検査装置
を（所定の方法で）制御する。

また本発明は、上述した検査装置に組み合わせて使用さ
れる第コの超音波式溶接部検査装置に向けられており、
その場合、第コの超音波式溶接部検査装置がボイドにつ
いて底部端栓の周溶接部を試験し、Ｘ線けい光分光器が
タングステンについて頂部端栓の漏止め溶接部の試験を
し、第１の超音波式溶接部検査装置がボイドについて頂
部端栓の周溶接部及び漏止め溶接部の試験をする。

更に本発明は、漏止めされた核燃料棒にある端栓のＴ工
Ｇ溶接部を検査する方法にも向けられている。この方法
では、溶接部のボイドを超音波式溶接部検査装置で試験
し、溶接部のタングステンをＸ線けい光分光器で試験す
る。

本発明の要旨は特許請求の範囲に明らかに記載されてい
る。しかし、本発明の構成、作用及び効果は添付図面に
関する次の記載を参照することによって最もよく理解さ
れよう。

同−又は対応部分は同一符号で示す図面には、漏止めさ
れた原子炉用燃料棒Ａ、Ｂ、（！、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧに
ある端栓のＴ工Ｇ溶接部を検査する装置が示されている
。

頂部端栓ｌツは、Ｘ線けい光分光器３ｇによりタングス
テン巻込みを試験される漏止め溶接部／ｇ（第７図）を
有する。このＸ線けい光分光器はタングステンを検出す
るため、当業者周知のようにすでに較正されている。基
本的には、Ｘ線けい光分光器が７次放射線束を漏止め溶
接部ｉｇの表面ｌこ当てる。この放射線によって漏止め
溶接部／ｇが２次放射線を放出し、２次放射線には溶接
部中に存在する各元素の特性線が含まれている。溶接部
の全元素からの特性放射はコリメータを経由して、単一
の水晶及び検出器を含む可変角度計組体に向けられる。

水晶は、種々の元素から放出された種々の波長を分離す
る回折格子として作用する。角度計組体を規定角度に設
定することによって、タングステンからのピーク応答を
検出し評価する。Ｘ線けい光分光器の遮蔽カウント室ｙ
’　ｏは頂部端栓／２を受は容れる適当な大きさの孔グ
コを有する。漏止め溶接部ｉｇ内にタングステンが多く
存在すればするほど、Ｘ線けい光分光器によって検出さ
れる所定時間内の２次放射線カウントが多くなる。前も
って算定した値を超えるカウントは、欠陥のある漏止め
溶接部を有すると言う理由で燃料棒を不合格にすべきこ
とを指示する。

頂部端栓／２は、核燃料棒端栓を試験するために修正さ
れた多重変換器からなる第１の超音波式溶接部検査装置
、２−によってボイド（即ち、溶接物内のキャビティに
よる空間、又は適切な厚さに欠ける溶接物による空間）
を試験される周溶接部／Ａ及び漏止め溶接部／ｇを有す
る。

修正には、多重超音波変換器２ｇを浸液クンクパッキン
箱、２グに設けることが含まれる。該パッキン箱２夕は
、多重変換器２ｇによって周溶接部１６及び漏止め溶接
部／ｇを検査するべく頂部端栓１２を受は容れるシール
（例えばパツキン押えシールコ乙）ヲ有する。第１の超
音波式溶接部検査装置、２コは、全溶接範囲をカバーし
つるように燃料棒の回転及び並進運動を採用している。

多重変換器２ｇの方角及びゲインは、既知の大きさの孔
又は自然的欠陥を含むテスト用溶接部を使用することに
よって前もって選定した値を超える溶接部のボイドを検
出するため、当業者に既知のように設定される。頂部端
栓／２を適切に試験するには、５台の変換器、即ち周溶
接部／乙に対してグ台、漏止め溶接部７ｇに対して１台
が必要であることが分かった。

基本的には、超音波式溶接部検査装置は変換器を使用し
て、超音波信号を送信し、そして適切なゲート動作によ
って、不連続部を示す検査領域からの反射信号を検出す
る。最も簡羊且っ確実に検出される溶接不連続部は溶接
物領域中のボイド（即ち、溶接物内のキャビティ、或は
薄い溶接物の反対側の空間）である。反射信号の大きさ
はボイドの程度に依存する。超音波式溶接部検査装置は
、本発明の場合、欠陥漏止め溶接部又は周溶接部を有す
るために燃料棒を不合格にすべきことを指示する前もっ
て選択した値以上の反射信号が検出された時にトリガー
する普通の警報回路を備えている。

底部端栓ｌダは、前述した第１の超音波式溶接部検査装
置２２と実質的に同一であり且つ同様に修正された第２
の超音波式溶接部検査装置３０によってボイドを試験さ
れる周溶接部コθを有する。第２のパツキン押えシール
３グヲ通って受容される底部端栓ダグの周溶接部、２ｏ
を検査するには、ダ台の変換器３乙が第コの浸液タンク
パッキン箱３コについて必要であることが分かった。

頂部端栓／２を軸方向に移動してカウント室り０に入れ
たりカウント室グθがら出したりする移動装置、頂部端
栓１２を長手方向に移動して第１の浸液タンクパッキン
箱２グに入れたりパッキン箱２グから出したりする移動
装置、及び底部端栓／グを長さ方向に移動して第２の浸
液タンクパツキン箱３２に入れたりパツキン箱３２から
出したりする移動装置が設けられている。好ましいのは
、これ等の移動装置が実質的に同一であり、そして３組
の被動ローラクク。

グ６及びグｇを有することである。被動ローラダグ、ダ
６及びりざの各々は燃料棒を受けるように設けられた円
周溝ＳＯを有する（例えば第２図参照。燃料棒Ｂがロー
ラ４ｔグ上Ｒ１：ｉかれている）。これ等のローラはモ
ータにより直接に又はチェーン等を介して駆動しうる。

このようなその他の装置には、可動トレー、コンベアベ
ルト、普通の燃料棒取扱い装置がある。

燃料棒Ａ、Ｂ、Ｏ，Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧを第１のパツキン
箱とカウント室グ０と第コのパツキン箱３．２との間に
搬送するために搬送装置が設けられている。該搬送装置
は移動ビームを含むことが好ましい。好適な実施例にお
いては、ローラクダ。

４１６及びりｇの各組は平行であり、λつの移動ビーム
を使用して燃料棒Ａ、Ｂ、Ｃ！、Ｄ、に、Ｆ及びＧをロ
ーラｐ＋、ｌＩ６及びｑｇの各平行組の円周溝５０間？
こ運搬する。ローラクダ、グ６及び＜ｔｇｃｖ平行組（
それぞれＸ線けい光分光器３８１第１の超音波式溶接部
検査装置ユλ及び第２の超音波式溶接部検査装置３Ｑに
関連している）は、燃料棒Ａ、Ｂ、Ｏ，Ｄ、に、Ｆ及び
Ｇをどんな順番でも試験しつるように、配設されている
。図示した本発明の実施例は、任意的にではあるが最初
にＸ線けい光分光器３ｇを使って頂部端栓２−２の漏止
め溶接部／ｇをタングステンについて試験を行ない、次
に第１の超音波式溶接部検査装置、２２を使って頂部端
栓／２の漏止め溶接部ｉｇ及び周溶接部１６をボイドに
ついて試験し、最後に第ユの超音波式溶接部検査装置３
０を使用して底部端栓／＆の周溶接部２０をボイドζこ
ついて試験するように配設されている。

第１図に示した好適な燃料棒搬送装置においては、燃料
棒Ａ、Ｂ、Ｏ，Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧは傾斜した入口ランプ
Ｓ６上に最初置かれ、ランプストッパＳ７に向かってす
でに転動している。第１の移動ビームＳ２がその切欠き
５３内の燃料棒を搬送する。移動ビーム左コは７本の燃
料棒を入口ランプＳＡからローラ１１．ｌｌへ搬送する
と同時に、別の燃料棒をローラクダから搬送ランプ５ｇ
へ搬送する。第２図１こ示すように、移動ビーム５２は
燃料棒Ｂを入口ランプＳ６からローラグｌＩ鰐、燃料棒
Ａをローラ４ｔ４ｔから搬送ランプ５ｇに移送した。燃
料棒Ａはそれが置かれた位置Ａ′から搬送ランプ５ｇを
下方へ転動して、ストッパＳ９に鮨接する位ＲＩこいる
。第コの移動ビームｓｑがその切欠きＳＳ内の燃料棒を
搬送する。移動ビームｔｐは同時に、１本の燃料棒を搬
送ランプ５ｇからローラグ６ζこ、別の燃料棒をローラ
＋４からローラｔｉ−ｇへ、更に別の燃料棒ヲローラｌ
Ｉｔから出口ランプロ０へ搬送する。第５図に示すよう
に、移動ビームＡ−’Ｉは同時に、燃料棒Ｃを搬送ラン
プ５ｇからローラ弘乙へ、燃料棒Ｂをローラダ乙からロ
ーラグｇへ、燃料棒Ａをローラグｇから出口ランプロ０
へ搬送した。出口ランプロθにおいては、燃料棒Ａはす
でに転勤しストッパ６７に当接している。このような燃
料棒搬送装置にはその他、燃料棒を選びそれを配置する
タイプの通常の取扱い装置がある。

所定の方法で、頂部端栓の軸方向移動装置と、Ｘ線けい
光分光器３ｇと、燃料棒搬送装置と、頂部端栓の長手方
向移動装置と、第１の超音波式溶接部検査装置２−と、
′底部端栓の長さ方向移動装置と、第２の超音波式溶接
部検査装置とを制御する制御装置が設けられている。か
かる制御装置は、マイクロプロセッサであるコントロー
ラ６２と、当業者に既知であるように被制御要素にイン
ターフェースする関連周辺装置とを含むのが好ましい。

その他のかかる制御装置には、移動ビーム、ローラ、超
音波式溶接部検査装置及びＸ線けい光分光器の駆動源に
接続される回路を有し、スイッチを手動操作しうる、集
中制御盤がある。

また、制御装置は、Ｘ線けい光分光器３Ｅが所定値を超
える量のタングステンを検出した時に第１不合格信号を
発生する装置を含むことが好ましい。例えば、マイクロ
プロセッサであるコントローラＡコは、Ｘａけい光分光
器３ｇによって検出された前述の２次放射線カウントを
監視し、当業者にとって既知であるように、カウントが
前もって算定した値に達した時に溶接欠陥信号を出力す
ることができる。同様に、制御装置は、超音波式溶接部
検査装置２．２及び３０のどちらか一方が所定の大きさ
以上の溶接ボイドを検出した時に別の不合格信号を発生
する装置を含んでいることが好ましい。例えば、マイク
ロプロセッサであるコントローラ６２は、所定の大きさ
を超える検出ボイドによってトリガーされる超音波式溶
接部検査装置の前記警報回路を尚業者ζことって既知で
あるように監視し、そしてトリガーされた際に溶接欠陥
信号を発生することができる。

本発明装置の実施例に関する上述の記載から分かるよう
こと、本発明は、漏止めされた原子炉用燃料棒にある端
栓のＴＩＧ溶接部の健全性及び成分を測定する方法とし
ても記載しうる。この方法は、多重変換器からなる超音
波式溶接部検査装置で溶接部のボイドを試験し、Ｘ線け
い光分光器で溶接部のタングステンを試験し、そして好
ましくは自動的に、各超音波式溶接部検査装置及びＸ線
けい光分光器における試験のため燃料棒を位置決めし、
超音波式溶接部検査装置及びＸ線けい光分光器間に燃料
棒を移動する工程を含む。

マイクロプロセッサからなるコントローラ６２によって
制御されるような典型的な運転サイクルは、燃料棒を第
１の移動ビームＳ２により入ロランプ！乙からローラｐ
＋に搬送させる。

ローラ＋＜ｚが燃料棒の頂部端栓１２を移動させてＸ線
けい光分光器３ｇの中に入れ、Ｘ線けい光分光器３ｇが
タングステンについて試験し、そしてローラ＜ｚｐが燃
料棒の頂部端栓１２を移動させてＸ線けい光分光器３ｇ
々）ら出す。次に、第１の移動ビーム５２が燃料棒を移
送ランプｓｔｒへ搬送する。しかる後、第コの移動ビー
ムｓｑが燃料棒をローラグ６へ搬送する。ローラクロは
燃料棒の頂部端栓／コを移動させて第１の超音波式溶接
部検査装置２２の中に入れ、該検査装置２２がボイドに
ついて試験し、ローラグ６が燃料棒の頂部端栓１２を前
記検査装置、２２から出す。次いで第２の移動ビームタ
グが燃料棒をローラａｔへ搬送する。ローラグざは燃料
棒の底部端栓ダグを移動させて第２の超音波式溶接部検
査装置３０の中に入れ、該体査装Ｂ３ｏがボイドについ
て試験し、そしてローラグｇが燃料棒の底部端栓／グを
移動させて前記検査装置３０力）ら出す。しかる後、第
コの移動ビームタグが燃料棒を出口ランプロθへ搬送す
る。前述したように、第１の移動ビーム！２は同時に、
燃料棒を入ロランプＳ乙からローラ＋２へ搬送し、別の
燃料棒をローラ＋ｐから搬送ランプｓｇへ搬送する。同
様に、第２の移動ビーム、１＋は同時ζこ、１本の燃料
棒を搬送ランプｓｇからローラ＋乙へ搬送し、別の燃料
棒をローラグ６からローラグｇへ搬送して、更ζこ別の
燃料棒をローラｌ／−ｇから出口ランプロ０へ搬送する
。

上述の記載から考えて多くの修正及び改変が可能である
ことは明らかである。従って、本発明は特許請求の範囲
内で実施例以外の形態で実施しつるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、数本の燃料棒が端栓溶接部検査ラインに入る
ところにある本発明の実施例の概略平面図、第二図は第
１図の燃料棒のあるものがＸ線けい光分光器部に到達し
た時の概略平面図、第３図は第一図の燃料棒のあるもの
が超音波式溶接部検査装置に到達した時の概略平面図、
第９図は頂部端栓の超音波式溶接部検査装置の拡大断面
図、第５図は底部端栓の超音波式溶接部検査装置の拡大
断面図である。 図中、Ａ、Ｇは燃料棒、１２は頂部端栓、／４１は底部
端栓、１６及び２０は周溶接部、ｉｇは漏止め溶接部、
２２及び３０は超音波式溶接部検査装置、３ｇはＸ線け
い光分光器、ダコは孔、６２は制御装置（コントローラ
）である。 特許出願人　　ウェスランプハウス・エレクトリック・
コーポレーション 代理人　曽　我　道　照 鎮４図 どじ 第５霞

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 漏止めされた原子炉用燃料棒にある端栓のティグ溶接部
   の健全性及び成分を測定するものであって、ボイド検出
   のための超音波式溶接部検査装置と、前記燃料棒にある
   端栓を受は容れるための孔を有すると共に、タングステ
   ンを検出するべく較正されたＸ線けい光分光器を有する
   センサーと、前記端栓、Ｘ線けい光分光器及び超音波式
   溶接部検査装置を所定の方法で制御する制御装置とを備
   える、燃料棒端栓溶接部の健全性及び成分測定装置。