JPS63121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は中空体からジルカロイ管を製造する方
法に関する。

原子炉発電所において核燃料を詰めるためにジ
ルカロイ管が使用されている。このジルカロイ管
は使用期間が経過すると交換されなければならな
い。使用期間はジルカロイ管の品質に依存して決
められる。さて交換には多額の費用を要す。それ
は、交換部品が高価であること、交換作業が困難
であることに加えて、発電所をその間運休しなけ
ればならず、この休止時間は発電コストに影響を
与えるからである。

本発明により製造されたジルカロイ管は均一な
高品質のものであり、発電所における使用寿命が
長く、それでこの発電所で発電される電気の原価
を安くできるというものである。なぜならば、低
品質のジルカロイ管と比較して、高品質のジルカ
ロイ管は発電所をより長い期間にわたつて連続的
に運転するのを許容して全体の発電原価を低減さ
せるからである。

ところでジルカロイ管製造の従来の技術として
例えば特公昭36−4361号公報に示されるマツケイ
型ロツカーミルがある。その後に開発された技術
として米国特許第3487675号のピルガー製管法
（特公昭45−38409号公報参照）がある。この方法
は高品質のジルカロイ管を生産するものである。
従来のマツケイ型ロツカーミルによつて作られる
管と比較した時、このピルガー製管法で形成され
るジルカロイ管は長円形（Ovality）の観点から
および外径と内径において近似した許容差を有す
る。また管はより半径方向に配向した結晶構造、
より微細な粒子寸法、および改良された即ちほぼ
円周方向に沿つた水素化物配向を有し、かつ強度
対延性の比がより高いという特性を有する。

本発明の目的はかかる高品質のジルカロイ管を
より拘束で作るための改良法を提供することにあ
る。即ち、中空体から完成した管を形成するため
要求される時間を減少させることができるような
改良法を提供することにある。更に別の目的はか
かるジルカロイ管を形成するに当たつて壁厚の大
きな減少率を可能にし、過去において遭遇した困
難を克服する方法を提供することにある。

本発明は特に壁厚の大きな減少率を有すること
が望まれている場合の円筒状素材または中空体か
ら小さい内径のジルカロイ管を作ることにある。
本発明はマンドレルの破壊を避けることによつて
代表されるように低い工具原価と増大した減少率
をもつて大きな生産速度を可能にすることを見出
した。

以下に図面を参照して本発明を説明する。

第１図には固定基体４、管状素材または中空体
１８を堅く把持する可動チヤツク６および円筒状
マンドレル１７を備えたマツケイ型ロツカーミル
２を略示してある。マンドレル１７は素材内にあ
り、素材の内径より僅かに小さいだけの均一な外
径を有する。素材１８の左端は可動ロールスタン
ド９内に回転可能に装着された一対の成形ロール
１１および１２によつて行われる成形操作中、成
形域３３に示してある。スタンド９はクランクア
ーム構造体７によつて往復運動をし、その運動は
成形域３３が素材に対し軸方向に動かされるよう
になされている。

このように本発明の方法を実施する装置は基本
的にマツケイ型ロツカーミルのものであるが、異
なる点はマンドレル１７が軸線方向に可動になつ
ていることである。なお、このマンドレル１７の
運動はピルガー型とも異なる。ピルガー型では往
復運動をしながら段々と前進しているのである
が、ここでは往復運動はしない。

即ち、成形操作中、素材はチヤツク６のための
支持ブラケツト２６を通つて伸びるねじ切り軸２
２を有するスクリユウねじ構造体によつて成形域
を通りその中に段々と前進せしめられる。素材お
よびマンドレルの各段階運動中、素材は360゜に分
割し得ない予め定められた度数その軸のまわりを
回動する。この特長は後述する如く大きなもので
ある。

第２図および第３図を参照すると、ロール１１
および１２はそれぞれ軸１３および１４に装着さ
れており、それらは各々一次成形部３０、仕上げ
部３１および滞留部３２を含む溝（第３図参照）
を有する。各溝の部分３０および３１の表面は半
円形断面を有し、その軸は第４図に示す如く、成
形域で溝の各部分が嵌合するときマンドレルおよ
び素材の軸と共に同心状にある。しかしながら各
溝はその端で拡げられてレリーフ区域１５を作
る。ロールの周辺縁３５は素材の軸に交差するロ
ールの軸間の線に沿つて嵌合する。ロール軸に対
する滞留部３２の弧は通常60〜120度台である。
一次成形部３０は通常仕上げ部３１よりも長く、
滞留部はロールの円周の残部に伸びる。

操作中、ロールスタンドは第１図に示す位置か
ら右および左に往復運動する。そして実際には一
次管成形運動ストロークで左へと動く。その時溝
の部分３０は素材と係合し、ロール１１は時計と
逆方向に回転し、ロール１２は時計と同じ方向に
回転する。ロールの回転に対するロールを支持す
るロールスタンドの運動は、ロールスタンドおよ
びロールが一番左手部分にあるとき、溝の仕上げ
部３１が滞留部３２に隣接するその端で嵌合する
ようになる。運動は、ロールスタンドが右へロー
ルを動かし始めると同時にロールがそれぞれその
反対方向に回転し始めるよう同時に逆転される。
減少の大部分は右から左への前進ストローク時に
通常行われる。ロールが素材全体を圧延するとき
の素材の運動によつて、一定量の変形仕事が左か
ら右への戻りストローク中に行われる。

ロールスタンドが一番右手位置に近づいたと
き、ロールは溝の滞留部３２が嵌合するように回
転する。その時、段階供給運動は素材およびマン
ドレルを一段で左に供給するようにスクリユウ軸
２２を回転させることによつて作られる。同時に
チヤツク６は前述した如く予め定められた度数素
材を回転する。各運動は次いで逆転し、溝の部分
３０の前端（第３図の底で示す）は素材上に移動
し、最終段階進行によつて圧延の範囲内に動かさ
れた素材部分と係合する。それは一次管成形段階
を生ぜしめ、金属はマンドレルに沿つて軸方向に
流れる。マンドレルの右手端と左手端において、
素の部分に対左の方に素材の左手端を突出させ
る。

素材および成形ロールの運動を生ぜしめるため
の各駆動は当業者に知られている。成形ロールの
一般的構造は例えばピルガー型として米国特許第
3487675号明細書で当業者に知られている。マツ
ケイ型ロツカーの従来の管成形ミルは例えば特公
昭36−4361号公報に示されていて、先細にされた
固定マンドレルを有する。かかるミルはジルカロ
イ管を作るため使用するに当たつて一定の欠点を
有する。しかしそれらはこの目的のため工業的に
使用されてきた。米国特許第3487675号によつて
包括されているピルガー型式のミルは工業的基準
でジルカロイ管も作つており、かかる管は高品質
のものである。本発明は上述した各ミルの管成形
原理のあるものを利用する。

典型的な従来のマツケイ型ロツカーミルは管成
形域中に突出するその前端を有する固定保持され
ている先細マンドレルを有する、そして成形ロー
ルは可動スタンド上に装着され、クランクアーム
構造体によつて例示した如く往復運動される。

米国特許第3487675号明細書に記載されたピル
ガー型式のミルは固定スタンド上に支持された成
形ロールを有し、素材および円筒状マンドレルは
管形成域内で軸方向に往復運動する。

素材の内面が圧縮されるマンドレルの円筒状表
面は素材の外面に対してロールによつて作られる
力に対し反対に半径方向の力を与える。前述した
有利な機械的性質を得るため、円筒状マンドレル
を使用しなければならない。通常の設計のマツケ
イ型ロツカーにおいて、マンドレルは固定されて
いる。固定円筒状マンドレル上での揺動は特に減
少率が大であるとき、マンドレル中に大きな軸方
向引張り応力および大きな圧縮半径方向応力を生
ぜしめる。円筒状マンドレルを第１図において右
から左へと前進供給すると、素材が供給されるに
従つて同時にマンドレル中の圧縮半径方向に力が
僅かに低下する。軸方向引張り応力は大きく低下
し、管の揺動中マンドレルのいずれか一つの区域
での負荷サイクルの数は固定マンドレルを使用す
るときの状態と比較して小さくなる。引張り応力
の低下は、マンドレルの寿命が、応力の小さい変
化がマンドレル寿命に大きな変化をもたらしうる
場合Ｓ―Ｎ疲労曲線のその部分にあるとき特に重
要である。

円筒状（均一直径の）マンドレル１７（第２図
および第３図参照）を有するマツケイ型ロツカー
ミルを用いると、一次管成形運動開始時に素材の
非加工部分は滞留時間中左へと動かされ、溝部分
３０の前端（第３図の底で示す）は素材の非加工
部分上に降下する。即ちロールは、ロール１１が
反時計方向に回転し、ロール１２が時計方向に回
転して、溝部３２が素材を跨ぐようにそれらの嵌
合滞留部から移動する。その点で二つの溝は素材
壁を圧縮し変形するように素材上で近接する（第
４図参照）。素材の加工された端は先細になり、
ロール溝は先細端を降下させる。ロール回転運動
と同調して、ロールスタンドは直線運動で左へと
ロールを動かす、この直線運動は各ロールの軸の
まわりの周面３５の運動と実質的に同じである。
別に述べると、ロールスタンドの運動はクランク
アーム構造体のストロークの右手端での滞留時間
中停止し、ロールの回転運動は同時に停止せしめ
られ、これらの運動は同時に逆に開始され、両運
動は共に加速される。

第１図は右から左への最も早い運動期間中の機
構を示し、その後、両運動は共に反対の点まで減
速される。従つて溝面は素材を圧延し、成形域で
右から左へ金属を押す。溝面に対する形成される
金属の運動および金属の冷間流れを除き、素材に
対する溝面の運動は新しく形成された素材の先細
面上に圧延作用を有する。このとき全体的な関係
は、素材の先細端が第３図の底での非加工素材を
有する第３図におけるロール溝に沿つて位置した
ときと同じである。加工されつつある素材の上方
先細端は溝部３０および３１の一般形状を有し、
完成部分は溝部１２を通つて上方に伸びる。

前述した如くある金属は成形操作中溝の側面に
流れレリーフ区域１５中に入る。また素材はその
軸のまわりを、素材が一工程成形域中に進行する
時々一定度数回転する。その回転運動は「割り出
し」と称され、それは第４図に示す位置から予め
定められた度数レリーフ区域１５中にある素材の
位置を動かす。それは金属の加工における均一性
を確実にする。各割り出し運動は例示すると35〜
80゜であり、これは360゜を均一に分割されない。
従つて素材の完全回転後でさえも溝中の素材の配
向は正確には前と同じではない。

以上、縷々述べてきたが本発明を端的に要約す
ると、円筒状外側面を有するマンドレルに円筒状
素材を装着して、この円筒状素材を一対の金属成
形ロールで成形して管の肉厚を減少させる方法で
あつて、マンドレルおよび円筒状素材を静止させ
ている間に一対の金属成形ロールを円筒状素材の
外側面に沿つて往復動回転させ；一対の金属成形
ロールが元位置に来たときにマンドレルおよび円
筒状素材を所定の距離だけ送りかつ所定の回転角
だけ回転させ；るという工程を幾度も繰り返して
行うことを特徴とするものである。

本発明により、ピルガー製管法によつて達成さ
れたジルカロイ管の高品質を、その品質を低下さ
せることなくより大きな生産速度でジルカロイ管
を製造することができるのである。なお、生産速
度の基本的な比較データを以下に示す。

本発明方法 ピルガー製管法 速度（ストローク／分） 220 140 送り（mm） 1.5 1.8 注）本発明においては240（ストローク／
分）速度で操作してもミルは正常に作動
し、またできたジルカロイ管の高品質にも
何ら問題が認められなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様の略側面図であ
り、第２図は第１図の管成形ロールを示す拡大垂
直断面図であり、第３図は第１図および第２図の
管成形ロールの一つにおける溝を示す平面図であ
り、第４図は第２図の４―４での断面図である。 図において、２はマツケイ型ロツカーミル、４
は固定基体、６は可動チヤツク、７はクランクア
ーム構造体、９は可動ロールスタンド、１１およ
び１２は成形ロール、１３および１４は軸、１５
はレリーフ区域、１７は円筒状マンドレル、１８
は中空体または管状素材、２２はねじ切り軸、２
６は支持ブラケツト、３０は一次成形部、３１は
仕上げ部、３２は滞留部、３３は成形域である。
なお、図中同一符号は同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ほぼ円周方向に沿つた水素化物配向を有する
   ジルカロイ管を製造する方法であつて、多数の一
   連の形成段階で行う方法において、各形成段階
   は、 (a) ロール間に位置した円筒状素材に接する管加
   工面を備えた周辺管形成溝と円筒状素材に接し
   ない滞留部とを有し、管形成帯域において管形
   成弧にわたつてロールが回転するとき前記管形
   成溝が協働しかつ元位置で前記滞留部が向かい
   合うように位置決めされた一対の金属形成ロー
   ルを前記元位置から前進回転させ、その後反対
   方向に前記元位置へ復帰回転させ、かつ前記の
   一対の金属形成ロールの前進回転および復帰回
   転に同期してこの一対の金属形成ロールをユニ
   ツトとして直線的前進運動とその後の反対方向
   の同じ距離の復帰運動とをするように往復動さ
   せ； (b) 前記の一対の金属形成ロールが元位置に戻つ
   たとき、前記周辺管形成溝の初期部の管加工面
   の弧の半径と実質的に同じである外径を有しか
   つ前記周辺管形成溝の前記加工面の軸と同心状
   である円筒状素材を前記管形成帯域中へ軸方向
   に段階的に制御して前進させ、かつ前記円筒状
   素材の前記の各前進毎に同時に前記円筒状素材
   内に配置されてほぼ円筒状の外側面を備えたマ
   ンドレルならびにに前記円筒状素材を回動させ
   る； ことからなることを特徴とする方法。 ２ 円筒状素材は完成管の壁厚より実質的に大き
   い壁厚を有しかつ完成管の内径と実質的に同じ内
   径を有する円筒状管である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。