JPS6056425A - 金属管状部材の製造方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高精度の寸法を要求される比較的薄肉の長尺
金属管状部材に対する、異種金員間の熱膨張差を利用し
た成形加工法に関するものである。

〔発明の背景〕

薄肉の長尺金属管状部材の成形加工法として、従来、圧
延加工、引抜加工、バルジ成形、爆発成形、及び異種金
机の熱膨張差を利用した成形法などが知られている。こ
のうち異種全綱の熱膨張差をオリ用した成形法は、高精
度寸法を要求される長尺金属管状部材の最終成形法とし
て、特に量産が行われる場合非常に有効となる。

本成形法は、所定の直径寸法よシも若干小さな寸法まで
加工した金属管状部材に、該部材よシも大きな熱膨張係
数を有し、該部材よシも小さな直径の心細を挿入し、該
部材と心細の温度を上昇させ、その熱膨張差により、該
部材に塑性変形を生じ亡しめ、再び温度を下げて所定の
直径寸法を得るものである。本成形法は、米国特許Ａ９
２６８９８号公報（ＰＩＩＯＣＥＳＳ　ＯＦ　５ＩＺＩ
ＮＧ　ＡＮＤ　５ｌ（ＡＰＩＮＧ（１９０９））に記載
されてお夛、古くから公知となっている成形法である。

しかし、たとえば長尺金属管状部材の長手方向について
均一に高精度の内径を要求される場合、心細による径方
向の熱膨張差のみによる成形では該金属管状部材内面と
心動外面との密着の不均一あるいは心馳自身の長手方向
の曲シなどを生じる可能性があシ、安定した該部材を得
ることは困難である。また、心細による径方向の熱膨張
のみによる成形では、該部材内面と心動外面が密着する
までの熱膨張による変形は、該部材の成形に対し効果を
もたないので、非較的大きな成形量を必要とする場合該
部材と心細の間隙を小さくとる必要がある。これは長尺
金属管状部材の成形の際非常に不利で、該部材内へ心細
を挿入する際に心細による該部材内面への損傷、おるい
は該部材への８軸挿入困難といった事態を生じる可能性
がある。

そこで上述のような径方向の熱膨張差のみによる成形法
の欠点を解消するため、多軸の熱鯵張差を利用した成形
法が考えられる。本成形法を利用した公知例として特公
昭５７−５６４０８号公報（金属管状部材の製造方法）
に記載されたものがある。本公知例では長尺の金属管状
部材と、この金属管状部材よシ小さい直径を有し該部材
よシも熱膨張の大きな心細を使用し、冷却時に金属管状
部材と心細が互いに独立して収縮できるように両者を取
付け、金属管状部材と心細の加熱中に、まず上記心細の
膨張によって金属管状部材を長手方向に引伸して心細上
に収縮させ、引続き金属管状部材と心細との加熱を継続
して、長手方向に引伸ばした該金属管状部材を上記心細
の膨張によって所定の断面寸法となるまで直径方向に拡
大し、次いで心細と金属管状部材とを冷却して金属管状
部材を心細から取外すことを特徴としている。

上記成形法は、長尺金属管状部材を心細との熱膨張差に
よシ、該金属管状部材に長手方向、径方向とも変形を与
えているが、この方法では心馳自身にかかる圧縮応力に
よシ長手方向の曲がシを生じる可能性があシ、該金属管
状部材にも同時に曲がシの影響を受ける可能性がある。

また、長手方向に対する熱膨張差による変形量は、心細
の長さに依存しておシ、成形前の該部材と心細との間隙
量を独立して調整することは不可能である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記方法で発生する可能性のある心細
の曲が９による金属管状部材への影響を防止し、成形前
の該部材と心細との間隙を調整可能として、あらゆる寸
法の部材でも成形前の準備が容易で、かつ該部材内面の
損傷を防止し、寸法精度を向上する点にある。

〔発明の概要〕

すなわち本発明では、金属管状部材内に該金属管状部材
よシも熱膨張係数の大きな心細を挿入し、該金属管状部
材の外部には、該金属管状部材よシも長手方向長さ、外
径、熱膨張係数とも犬なる外枠を一定の間隙をもたせて
装着し、外枠の長手方向熱膨張による引張力で伸ばし、
その後心細によって成形する。

具体的には、第１段階として、冷却時には、該金属管状
部材と外枠が互いに独立して移動可能な構造としたうえ
で、上記の組合せを昇温し該部材と外枠との長手方向の
熱膨張差によシ該部材断面を減少させ心動外面と該部材
内面とを密層させる。

第２段階として昇温を続は該部材と心細との径方向の熱
膨張差によシ該部材に塑性変形を与え降温を行い所定の
寸法を得ることを特徴とする。この結果、外枠の長さを
十分大きくとれば、心細の曲がシを矯正し、該部材内面
と心細外面が均一に密層し、真直精度、断面寸法精度と
もに良好となる条件を安定して得るのに十分な長手方向
の熱膨張差を生じさせることができる。また、外枠と心
細の熱膨張率を適切に組合せることも可能となシ、非較
的短尺な該部材や異方性のめる該部材に対しても高精度
の寸法を得ることができる。

〔発明の実施例〕

本発明による加工法について沸騰水型原子炉の燃料に使
用される角筒管に適用した場合の利点について以下説明
する。

角筒管は、中性子吸収断面積が小さく耐食性が良好なジ
ルカロイを材料とするが、寸法として特に内面の内幅、
径方向真直度、長手方向真直度において高精度のものが
要求される。

通常ジルカロイ角筒管は、板拐を機械的にＵ字断面の長
尺材に加工し、２つの長尺材を長手方向の縁に沿って突
合せ溶接し、溶接ピードを平担化し、表面処理が様々な
方法によって仕上加工し、所定寸法を得る。上記工程中
には、成形後に角筒管の機能上有害となる変形や腐しよ
くの原因となる残留応力を発生させるものが含まれる。

したがって上記工程の最終には、再結晶ＩＡ度まで該角
筒管を昇温して有害残留応力を除去する熱処理工程が必
要である。本成形法を、上記工程に導入すれば、熱処理
温度と必要な仕上げ寸法とを調整することによシ、最終
仕上げ加工と残留応力除却を同時に可能とすることが可
能となる。更に本発明による成形法の他の利点を説明す
る。上記ジルカロイ角筒管は原子炉の型により様々の内
幅、肉厚、長手方向長さを有し、特にその内面の損傷に
ついて厳しく制限される。本発明による成形法を用いれ
は、該角筒管の外部に設けた外枠の長手方向長さや、外
枠と該角筒管内に挿入した心細の熱膨張係数を自由に組
合せることにより、様々な寸法の該角筒管を成形する際
、成形前の該角筒管内面と心細外面との間隙をすべて一
定にすることが可能であり、あるいは、熱膨張差による
長手方向の変形力と径方向の変形力を適切に調整するこ
とも可能となる。

これによシ、成形前に該角筒管内へ心細を挿入する際、
該角筒管内へ損傷を与えることを様々な寸法の該角筒管
について防止することが可能となる。

また、同一内径でも肉厚の異なるような該角筒管を成形
する際も、各々に応じた適切な長手方向及び径方向の熱
膨張差圧よる変形が可能となる。

次に本発明による具体的な実施例を、前述の沸騰水型原
子炉の燃料に使用するジルカロイ角筒管の成形に関して
第１図により説明する。

第１図（ａ）に示すように、内幅約１３０ｍｍ、肉厚約
３■、長手方向長さ約４ｍのジルカロイ角筒管３内に、
ジルカロイに比べ約３倍の熱膨張係数を有するステンレ
ス鋼よシなる角筒断面を有する心細２を挿入し、Ｌ字断
面形状を有する４本のステンレス鋼縦はシよりなる外枠
４に取付けられた上部遊動中子１及び下部遊動中子５と
、ジルカロイ角筒管３をボルト止めする。この際、下部
遊動中子５は、外枠４の熱膨張時には、外枠４の横はシ
と同様に移動するが、外枠４の収縮時には、各々独立し
て移動できるようにしておく。

次に第１図（ａ）の組合せを同時に、ジルカロイの再組
晶温度以上となる６００Ｃまで昇温する。この場合、ジ
ルカロイ角筒管３と外枠４との熱膨張差によシ、長手方
向に約５５００　Ｋｇの軸力が発生する。

寸法ｘ＝８０ｍｍ、ｔ＝５ｍｍ、　ｙ＝１８０−にとシ
、４本の縦はシを長手方向中央で径方向へ変形しないよ
うに束縛し、（Ａはシを５０叫角程度にとれば、前記軸
力により、外枠４は座屈や曲げによシ塑性変形すること
はなく、ジルカロイ角筒管３に十分な引張力を与えるこ
とが可能である。

次に第１図（ｂ）に示すように、ジルカロイ角筒管３は
、外枠４によシ引張力を受け内幅が減少し、６軸２外面
に密着する。この時外枠４に菱形を生じたとしても、外
枠４の長平方向伸び波形のみが上部遊動中子１及び下部
遊動中子５を通して、ジルカロイ角筒管３に作用してい
るので、ジルカロイ角筒管３及び心細２の長手方向面シ
を矯正し真直度を向上しつつ十分均一な密着を与える。

その後引続き昇温し６軸２が径方向に膨張しジルカロイ
角筒管３の内幅が冷却時に所定寸法となるまで塑性変形
を与える。そのまま一定時間恒温し、前工程までにジル
カロイ角筒管３に生じた残留応力を除却する。

次に第１図（Ｃ）に示すように、ジルカロイ角筒管３と
治具の組合せを室温にもどし、所定の内幅寸法となった
ジルカロイ角筒管３から６軸２が分離し長手方向の変形
は、下部遊動中子５が吸収して、ジルカロイ角筒管を取
シ出す。その後上部遊動中子１及び下部遊動中子５との
ボルト取付は位置付近の不用部を除去し、仕上げる。

前記実施例は、外枠４の縦はりを座屈を考慮しつつ可変
長にしておけば、ジルカロイ角筒管３に対する引張力を
調整することが可能で１上述の不用部除去量を最小とし
歩留を向上することもできる。

次に本発明の他の応用例について第２図よシ説明する。

第２図（ａ）に示すようにジルカロイ角筒管９内にステ
ンレス鋼心軸８を挿入し、上部遊動中子６、上部スペー
サ７、下部遊動中子１２、下部スペーサ１１を取付け、
上部のみステンレス鋼角筒治具１０にボルト止めする。

この組合せを前記実施例と同様に６００Ｃまで昇温する
。この場合、角筒治具１０の寸法Ｗ＝１６４ｍｍ、ｔ　
’　＝６ｒｒａｔ＋としておけば、ジルカロイ角筒管９
と角筒治具１０とに生じる軸力によ多角筒治具ｌＯが座
屈することなく、ジルカロイ角筒管９に十分な引張力が
与えられる。

次に第２図（ｂ）に示すように角筒治具ｌＯの長手方向
の熱膨張によりジルカロイ角筒管９及び６軸８は長手方
向の曲がシを矯正され真直度を向上しつつ均一な密着が
なされる。以後第２図（ｂ）より第２図（Ｃ）にかけて
の工程は、前述の本発明の実施例の第１図（ｂ）から第
１図（Ｃ）にかけての工程と同様でおる。

本応用例は、ジルカロイ角筒管９と角筒治具１０の長さ
を同一としているので、ジルカロイ角筒管９に対する引
張力？：調整することは不可能であるが、治具外幅及び
長手方向長さを小製にできるので、昇温に用いる限られ
た大きさの炉で一定寸法のジルカロイ角筒管９を量産す
るのに有効となる。

以上、沸騰水型原子炉用の燃料に使用するジルカロイ角
筒管の成形に関して本発明の実施例及び応用例を説明し
だが、本発明による成形法はこれに限らず他の金属材料
部材、特に長尺で非較的薄肉の部材の精密成形に対して
、熱膨張係数の比がｌＯよシ大、好ましくは２倍程度以
上でおる材料であれば、外枠に生じる曲げあるいは座屈
を十分考慮した上で有効な結果を得ることが可能である
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、６軸の曲がシによる金属管状部材への
影響を防止でき、成形前の該部材と６軸との間隙を調整
可能として、あらゆる寸法の部材でも成形前の準備が容
易で、かつ該部材内面の損傷を防止し、寸法ｆｉ１１度
を向上することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す正面図及び断面図でおる
。第２図は本発明の他の応用例を示す正面図及び上面図
である。 ｌ・・・上部遊動中子、２・・・６軸、３・・・ジルカ
ロイ角筒管、４・・・外枠、５・・・下部遊動中子、ｔ
・・・外枠り字製縦はシ肉厚、Ｘ・・・外枠り字壁縦は
シ呼び長さ、ｙ・・・外枠幅、６・・・上部遊動中子、
７用土部スペーサ、８・・・６軸、９・・・ジルカロイ
角筒管、１０・・・角筒治具、１１・・・下部スペーサ
、１２・・・下部遊動中姑　１　口 （Ｃ） 躬　２（２］ ２ １６３− （Ｃ） 第１頁の続き ０発　明　者　河　原　障

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長尺の金属管状部材と、該部材よシ大きな熱膨張係
   数を有し、この金属管状部材より小さな直径を有する長
   尺の心動、及びこの金属管状部材より大きな外径を有す
   る外枠を組合わせてなる治具を使用し、上記金属管状部
   材と治具とを共に加熱して温度を上げることにより成形
   加工し、その後冷却時に金属管状部材と治具が互いに独
   立して収縮できるように両者を取付けた製造方法におい
   て、金属管状部材と治具の加熱中に、まず上記外枠の膨
   張によって金属管状部材を長手方向に引伸ばして心細上
   に収縮させ、引続き金属管状部材と心動との加熱を継続
   して、長手方向に引伸ばした該金属管状部材を上記心動
   の膨張によって所定の断面寸法となるまで直径方向に拡
   大し、次いで治具と金属管状部材とを冷却して金属管状
   部材を治具から取出すことを特徴とする金属管状部材の
   製造方法。 ２　上記金属管状部材と上記治具とを金属管状部材の再
   結晶温夏以上の温度まで加熱すること、及びこの温度を
   実現するため治具を加熱炉に内装方式としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の金属管状部材の製
   造方法。 ３、上記外枠に４本のＬ字型縦はυを用いたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の金属
   管状部材の製造方法。 ４、上記外枠に角筒管を用いたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の金属管状部材の製
   造方法。