KR100390013B1 - Apparatus of laser welding for attachment of bearing pads of nuclear fuel elements - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자력분야의 핵연료봉 제조시 지지체 부착을 위한 레이저용접장치에 관한 것으로서, 핵연료봉의 지지체는 연소시 로내의 인접 연료봉과 일정간격으로 유지되면서, 또한 연료봉에 냉각수가 흐르는 방향으로 부착하게 되어 연료봉과 압력관사이의 마찰로 발생될 수 있는 피복관 마모를 방지해 준다. 특히 용융점이 높고 산화가 잘 되는 지르코늄합금을 가지는 피복관과 정밀부품을 레이저를 이용한 용접의 성능향상은 물론 제조시의 다량생산, 생산비 절감 등의 모든 경제적인 측면에서 유효하게 적용할 수 있다. 또한 용접공의 기능수준에 관계없이 레이저가 광섬유로 전송되어 정밀용접이 될 수 있도록 핵연료봉 지지체 부착을 위한 레이저용접장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser welding device for attaching a support in the manufacture of nuclear fuel rods in the field of nuclear power, the support of the nuclear fuel rod is maintained at a constant interval with the adjacent fuel rods in the furnace during combustion, and is also attached to the fuel rod in the direction of the coolant flow fuel rod This prevents sheath wear, which can be caused by friction between the and pressure tubes. In particular, the coated tube and precision parts having a high melting point and good oxidation of zirconium alloy can be effectively applied in all economic aspects such as the improvement of welding performance using laser, mass production in production, and reduction of production cost. The present invention also relates to a laser welding device for attaching a nuclear fuel rod support such that a laser beam can be transmitted to an optical fiber and subjected to precision welding regardless of a welder's functional level.

본 발명에 사용되는 광섬유를 이용한 레이저용접공정장치는 야그레이저발진부(1), 광섬유(2), 보호가스상자(3), 동시다발분기부(4), 용접감시부(5), 지지체고정구(6), 피용접물이동대(7) 및 봄베(8)로 구성되며, 핵연료봉 지지체 부착을 위한 레이저용접방법은 야그레이저발진부(1)에서 광섬유(2)로 전송된 레이저가 보호가스상자(3)내의 피용접물인 지지체에 정확하게 초점이 맺히도록 광학커플러로 구성된 동시다발분기부(4)가 연결되었으며, 지지체부착을 위한 용접고정구(6)에 의해서 사용하게 된다. 이때 지지체의 위치는 다이오드레이저를 이용하여 정확하게 초점을 맺히게 한 다음 용접감시부(5)의 CCD카메라를 통하여 결정하게 하였다.Laser welding process apparatus using the optical fiber used in the present invention is a yag laser oscillator 1, optical fiber 2, protective gas box (3), simultaneous bundle branch (4), welding monitoring unit (5), support fixture ( 6), the welding object movement table (7) and the cylinder (8), the laser welding method for attaching the nuclear fuel rod support is the laser gas transmitted from the yag laser oscillator (1) to the optical fiber (2) the protective gas box (3) The simultaneous bundle diverging portion 4 composed of an optical coupler is connected to accurately focus on the support, which is the object to be welded, and is used by the welding fixture 6 for attaching the support. At this time, the position of the support was accurately focused using a diode laser and then determined by the CCD camera of the welding monitoring unit 5.

Description

핵연료봉 지지체 부착을 위한 레이저용접 장치{Apparatus of laser welding for attachment of bearing pads of nuclear fuel elements}Apparatus of laser welding for attachment of bearing pads of nuclear fuel elements

본 발명은 광섬유를 이용한 핵연료봉 지지체 부착용 레이저용접장치에 관한 것으로서, 특히 레이저용접은 정밀도가 매우 높고 자동화가 용이할 뿐만 아니라 고속용접이 가능하여 생산성을 높일 수 있으며, 현재까지 핵연료봉의 지지체나 간격체의 부착은 기존의 저항용접이나 전기아크용접으로는 도저히 불가능한 것으로 알려져 왔다. 그래서 핵연료봉 제조시 생산성 향상을 위해서는 고도의 정밀용접기술이 요구됨에 따라 그 활용의 증가 추세에 있는 레이저가공은 첨단기술이며 또한, 높은 용융점소재인 지르코늄합금과 두께가 얇은 피복관을 레이저용접시의 품질향상은 물론 제조시의 다량생산, 생산비 절감 등의 모든 경제적인 측면에서 유효하게 적용할 수 있으며, 동시에 용접공의 기능수준에 관계없이 단순히 용접기에 전원을 공급하므로써 레이저가 광섬유로 전송되어 정밀용접되는 제조기술에 관한 것이다.The present invention relates to a laser welding device for attaching a nuclear fuel rod support using an optical fiber, in particular, laser welding is very high precision, easy to automate and high-speed welding can increase the productivity, to date, the support or spacer of the nuclear fuel rod Has been known to be impossible with conventional resistance welding or electric arc welding. Therefore, as the high precision welding technology is required to improve the productivity in the manufacture of nuclear fuel rods, the laser processing, which is increasing in utilization, is a high technology, and the quality of the laser welding is made of high melting point material, zirconium alloy and thin coated tube. It can be effectively applied in all economic aspects such as improvement of mass production during production, reduction of production cost, and at the same time, the laser is transmitted to optical fiber by precisely welding power regardless of the welder's functional level. It's about technology.

일반적으로 핵연료봉 지지체 부착을 위한 접합법으로는 브레이징 및 솔더링 방법 등이 사용되어 왔다.In general, brazing and soldering methods have been used as a bonding method for attaching a nuclear fuel rod support.

종래의 핵연료봉에 부착되는 지지체의 접합은 대부분 수작업으로 이루어지고 있으며 제조장비의 자동화 설비가 되어 있지 않은 실정이다. 또한 지지체의 접합방법은 일반적으로 브레이징 및 솔더링이며, 이때 섬세한 부위를 접합할 경우 이음부의 열분포가 균일하지 않거나 용가재의 흡수불량으로 접합강도가 약한 편이다. 또한 핵연료봉 지지체 부착시 접합부에 대한 감시기능이 전혀 없는 문제점도 있었다.Bonding of a support attached to a conventional nuclear fuel rod is mostly made by hand and does not have an automated facility for manufacturing equipment. In addition, the joining method of the support is generally brazing and soldering. In this case, when joining a delicate part, the heat distribution of the joint is not uniform or the bonding strength is weak due to poor absorption of the filler material. In addition, there was a problem that there is no monitoring function for the junction when the fuel rod support is attached.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 레이저용접은 고밀도 열원을 미세 부위에 집속하기 때문에 기존의 핵연료봉 지지체접합에 사용되고 있는 브레이징방법보다 금속학적으로 열영향부가 작고 열변형을 최소로 줄일 수가 있으며, 또한 용접물과의 비접촉 공정이므로 브레이징에 의한 오염, 표면흠집을 근본적으로 제거하고 고속용접과 용접자동화 및 생산성 향상을 기할 수 있다. 즉, 본 발명에 사용된 광섬유전송의 레이저용접은 단일 파장의 집속도가 높은 광자의 열에너지를 광섬유로 목표 소재에 집속하게 된다. 전송된 레이저는 흡수에 의해 열에너지로 전환되며 레이저빔의 크기를 작게 조절할 수 있기 때문에 초정밀 용접이 가능하다. 특히 높은 용융점을 가지는 지르코늄합금의 소재로 구성된 핵연료봉과 미소한 접합구조를 이루는 지지체에 매우 적합하다. 이때 핵연료봉의 지지체용접를 위해서는 0.3 내지 0.4mm 정도의 레이저빔 크기를 이용한 심용접(seam welding)이 요구되기 때문에 광섬유를 이용한 레이저용접장치를 적용할 수 있게 한 것을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the laser welding focuses the high-density heat source to the micro-site, the metal thermal effect is smaller than the brazing method used for conventional nuclear fuel rod support bonding, and the thermal deformation is minimal In addition, since it can be reduced, and also non-contact process with the welded material, it is possible to fundamentally remove the contamination and surface scratches caused by brazing, and to achieve high speed welding, welding automation, and productivity improvement. That is, laser welding of the optical fiber transmission used in the present invention focuses thermal energy of photons with a high focusing speed of a single wavelength on a target material as an optical fiber. The transmitted laser is converted into thermal energy by absorption and the ultra-precision welding is possible because the size of the laser beam can be adjusted small. In particular, it is very suitable for the support having a small junction structure with a nuclear fuel rod made of a material of zirconium alloy having a high melting point. In this case, the purpose of the present invention is to provide a laser welding apparatus using an optical fiber because seam welding using a laser beam size of about 0.3 to 0.4 mm is required for supporting the support of the nuclear fuel rod.

도 1 은 본 발명의 레이저용접장치 전체의 구성 개략도1 is a schematic view of the whole laser welding apparatus of the present invention;

도 2a 는 본 발명에 의해 레이저용접장치에 필요하는 지지체고정구의 개략사시도로서,2A is a schematic perspective view of a support fixture required for a laser welding device according to the present invention;

도 2b 는 핵연료봉 지지체 부착을 위한 용접고정구 구조를 이루는 정면예시도Figure 2b is a front view showing the structure of the welding fixture for attaching the fuel rod support

도 2c 는 핵연료봉과 용접고정구를 이용할 때 지지체를 고정시켜주는 스프링고정판 구조를 이루는 상세예시도Figure 2c is a detailed example of a spring fixing plate structure for fixing the support when using the fuel rod and the welding fixture

도 3 은 핵연료피복관과 지지체의 접합단면으로서3 is a cross-sectional view of the nuclear fuel cladding tube and the support;

(a)는 종래의 브레이징 접합방식(a) is a conventional brazing bonding method

(b)는 본발명에의해 레이저용접으로 겹치기 이음된 방식(b) is overlapped by laser welding according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

(1) : 야그레이저발진부 (2) : 광섬유(1): Yagra laser oscillator (2): Optical fiber

(3) : 보호가스상자 (4) : 동시다발분기부(3): Protective gas box (4): Simultaneous bundle branch

(5) : 용접감시부 (6) : 지지체고정구(5): welding monitoring part (6): support fixture

(7) : 피용접물이동대 (8) : 봄베(7): welded object moving table (8): Bomb

(9) : 지지체 (10) : 피복관(9): support 10: sheath

(11) : 스프링고정판(11): spring fixing plate

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention with reference to the accompanying drawings.

본발명의 구성요지는 핵 연료봉피복관에 부착될 지지체의 레이저용접을 수행함에 있어서, 야그레이저 발진부에서 광섬유로 연결된 동시다발분기부(4)와, 이 동시다발분기부(4)가 중단에 위치하고 또 피용접물이동대에 안치된 지지체고정구(6)가 하단에 위치하며 또 용접감시부(5)가 상단에 위치된 보호가스상자(3)와로 구성되어 핵연료봉에 지지체를 초정밀 레이저용접을 수행할수 있게한 것과 동시다발분기부(4)는 광학커플러로 구상되며 레이저빔 크기가 0.3~0.4m/m의 크기를 갖는 심용접이 각각 지지체의 용접구조에 자동적으로 원격용접을 수행 할 수 있게한것과 핵연료봉 피복관(10)이 지지체고정구(6)에 내장되고 지지체 고정구(6)는 피용접물이동대(7)에 안치되며 지지체고정구(6)의 상단 절개부 일측에는 스프링고정판(11)이 설치되여 지지체(9)를 핵연료봉피복관(10)면위에 크램핑시켜 줄 수있게한 것과 방법론으로서 야그레이저발진부(1), 광섬유(2), 보호가스상자(3), 동시다발분기부(4), 용접감시부(5), 지지체고정구(6), 피용접물이동대(7) 및 봄베(8)로 구성된 초정밀 레이저 용접장치를 이용하되 광학커플러로서 구성된 동시다발분기부에 의해 야그레이저발진부에서 광섬유로 전송된 레이저가 보호가스상자내의 지지체고정구에 의해 지지된 지지체에 정확하게 초점이 맺히도록한 다음 용접감시부의 CCD카메라를 통하여 결정한 0.3 ~ 0.4mm의 크기를 갖는 레이저빔 심용접이 각각 마련된 지지체에 자동적으로 원격용접을 수행하는것과 레이저평균출력 50-60W, 반복율 6-8PPS, 펄스당에너지 7-9J, 용접속도는 분당 20-30cm의 용접조건과 광섬유전송시 동시다발분기부에서 연결된 4개의 광섬유코어직경 400um, 광학커플러에 대한 집광렌즈의 초점거리 95mm, 커플러의 광학렌즈비는 0.7로 설정 한 것을 특징으로 하는 핵연료봉의 지지체 부착을 위한 레이저용접 장치로 완성되어있다.The constituent aspect of the present invention is that in performing laser welding of a support to be attached to a nuclear fuel rod coating tube, a simultaneous bundle diverging portion 4 connected to an optical fiber by a yag laser oscillation portion, and the simultaneous bundle diverging portion 4 are located at a middle point and The support fixture 6 placed on the target plate to be welded is located at the bottom, and the welding monitoring part 5 is composed of a protective gas box 3 located at the top to perform ultra-precision laser welding of the support to the nuclear fuel rod. Simultaneous bundle diverging part 4 is designed as an optical coupler, and the core welding with the laser beam size of 0.3 ~ 0.4m / m enables the remote welding of the welding structure of each support and the nuclear fuel automatically. The rod cladding tube 10 is embedded in the support fixture 6, and the support fixture 6 is placed in the welding target 7 and the spring fixing plate 11 is installed at one side of the upper cutout of the support fixture 6, Nuclear fuel 9 It is possible to clamp on the surface of the encapsulated tube (10), and as a methodology, the yaw laser oscillator (1), the optical fiber (2), the protective gas box (3), the simultaneous bundle branch (4), and the welding monitoring unit (5). The laser transmitted from the Yagra laser oscillator to the optical fiber by a simultaneous bundle branch configured as an optical coupler using an ultra-precision laser welding device composed of a support fixture (6), a weldable movable table (7) and a cylinder (8). After focusing accurately on the support supported by the support fixture in the box, and automatically performing remote welding on the support provided with each laser beam core welding having a size of 0.3 ~ 0.4mm determined by the CCD camera of the welding monitoring unit. Laser average output 50-60W, repetition rate 6-8PPS, energy 7-9J per pulse, welding speed is 20-30cm per minute, and 4 fiber core diameter 400um connected at the same time at optical fiber transmission, optical couple The focal length 95mm of the condenser lens and the optical lens ratio of the coupler are set to 0.7, and the laser welding device for attaching the support of the nuclear fuel rod is completed.

도 1 에 도시한 바와같이 핵연료봉 지지체 부착을 위한 레이저용접공정장치로는 야그레이저발진부(1), 광섬유(2), 보호가스상자(3), 동시다발분기부(4), 용접감시부(5), 지지체고정구(6), 피용접물이동대(7) 및 봄베(8)로 구성되며, 핵연료봉 지지체 부착을 위한 레이저용접공정은 야그레이저발진부(1)에서 광섬유(2)로 전송된 레이저가 보호가스상자(3)내의 피용접물인 지지체에 정확하게 초점이 맺히도록 광학커플러로 구성된 동시다발분기부(4)를 사용하여 정렬시켰다. 이때 피용접물의 위치는 다이오드레이저를 이용하여 피용접물의 소재에 초점을 맺히게 한 다음 용접감시부(5)의 CCD카메라를 통하여 결정하였다. 도 1 의 동시다발분기부(4)에서 연결되어 나오는 4개의 광섬유(2)는 정밀용접용으로 사용되는 코어직경 600um의 GI(Grade Index) 멀티모드형이며 광섬유(2)의 개구수(Numerical Aperture)는 0.2로하였다. 광섬유(2)로 전송된 레이저는 광학커플러로 구성된 동시다발분기부(4)에서 집속되어 정밀용접을 수행하게 되는데, 이때 핵연료봉 지르코늄합금의 소재특성상 강한 산화성이 있으므로 오염이나 변색을 방지하기 위하여 보호가스상자(3)가 사용되었으며, 이때 보호가스는 봄베(8)에서 공급되는 불활성가스의 아르곤(UPC grade)을 사용하였고, 아르곤의 유량은 분당 20 ∼ 30 리터로 하였다. 또한 핵연료봉 지지체(9)의 용접를 위한 X-Y-Z축의 피용접물이동대(7) 및 지지체고정구(6)가 제작되어 사용하였다.As shown in FIG. 1, a laser welding process apparatus for attaching a nuclear fuel rod support includes a yaw laser oscillator 1, an optical fiber 2, a protective gas box 3, a simultaneous bundle branch 4, and a welding monitoring unit ( 5), the support fixture (6), the object to be moved (7) and the cylinder (8), the laser welding process for attaching the nuclear fuel rod support is the laser transmitted to the optical fiber (2) from the laser oscillator (1) Was aligned using a simultaneous bundle diverging portion 4 composed of an optical coupler so that the focus is precisely on the support being the weldment within the protective gas box 3. At this time, the position of the welded object was focused on the material of the welded object by using a diode laser, and then determined by the CCD camera of the weld monitor 5. The four optical fibers 2 connected from the simultaneous bundle diverging part 4 of FIG. 1 are GI (Grade Index) multi-mode type with a core diameter of 600 um used for precision welding and the numerical aperture of the optical fiber 2 (Numerical Aperture). ) Was 0.2. The laser transmitted to the optical fiber 2 is focused at the simultaneous bundle branch 4 composed of an optical coupler to perform precision welding. At this time, since the material of the nuclear fuel rod zirconium alloy has a strong oxidation property, it is protected to prevent contamination or discoloration. A gas box (3) was used, wherein the protective gas was argon (UPC grade) of inert gas supplied from the bomb 8, and the flow rate of argon was 20 to 30 liters per minute. In addition, an X-Y-Z axis to-be-welded table 7 and a support fixture 6 for welding the fuel rod support 9 were manufactured and used.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 핵연료봉 지지체 부착을 위한 레이저용접방법을 설명하면 다음과 같다.The laser welding method for attaching the nuclear fuel rod support according to the present invention configured as described above is as follows.

레이저를 이용한 용접은 작은 비드폭과 깊은 용입을 얻을 수 있고, 실시간으로 용접상태를 관찰할 수 있는 특성을 가지고 있다. 이와같이 종래의 접합방법인 브레이징은 도 3의 (a)에 도시한 바와같이 핵연료봉 피복관(10)과 지지체(9)에 용가재를 삽입하여 접합하는 상태로 수행되어왔으나, 본 발명에서는 상기와 같은 종래의 접합방법에 따른 문제점을 개선하고자 한 것으로서, 도 3의 (b)에서 도시한 바와같이 핵연료봉 피복관(10)과 지지체(9)로만 연결할 수 있는 간단한 겹치기이음구조를 마련할 수 있으며, 레이저를 이용한 섬세한 용접을 수행하게 되었다. 또한 레이저를 이용한 용접은 수평방향으로 도 1의 광학커플러로 구성된 동시다발분기부(4)를 사용하여 연속적으로 2곳을 자동적으로 수행할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의한 장치는 용접부의 열변형과 변색이 없는 빔크기와 비드폭이 작으면서 깊은 용입을 얻을 수 있어서 용접품질, 생산성향상 및 원가절감이 가능하며, 더 나아가 용접공정의 자동화를 이룰 수 있다.Welding using laser has the characteristics that small bead width and deep penetration can be obtained and the welding state can be observed in real time. As described above, brazing, which is a conventional bonding method, has been performed in a state in which a filler material is inserted into and bonded to the nuclear fuel rod cladding tube 10 and the support 9, as shown in FIG. As to improve the problem according to the bonding method of, as shown in (b) of Figure 3 it can provide a simple overlapping structure that can be connected only to the nuclear fuel rod cladding tube 10 and the support (9), the laser Delicate welding was performed. In addition, the welding using the laser can be automatically performed in two places using the simultaneous bundle diverging portion 4 composed of the optical coupler of FIG. 1 in the horizontal direction. As described above, the apparatus according to the present invention can obtain a deep penetration while the beam size and the bead width without thermal deformation and discoloration of the welded part can be obtained, thereby improving welding quality, productivity and cost reduction, and furthermore, automating the welding process. Can be.

상기와 같이 레이저용접의 제조는 매우 간단하고 신속, 용이하게 작업이 진행될 수 있을 뿐만아니라 아무런 용접기능도 요구되지 않은 단순한 용접방법이다. 또한 겹치기이음구조의 용접을 접합할 수 있을 뿐만아니라 실제로 티타늄, 니켈 등 용접이 까다로운 소재의 용접구조에서도 많이 이용되고 있는 필렛이음, 맞대기이음 및 겹치기이음을 레이저용접하게 되면 종래의 베릴륨의 용가재를 사용하는 브레이징과 달리 공정시간을 단축시킬 수 있다. 레이저용접공정은 용접길이를 자동으로 제어될 수 있으며 열변형이 없고 용접강도가 높고 결함이 전혀 없는 건전한 용접부를 얻을 수가 있는 효과를 가지고 있어서, 이것은 바로 용접능률 및 생산성 향상을 기할 수 있게 된다.As described above, the manufacture of laser welding is a simple welding method that can be performed very simply, quickly and easily, and requires no welding function. In addition, it is possible not only to join welding of overlapping joint structure but also to fillet joint, butt joint and overlap joint which are widely used in welding structures of difficult materials such as titanium and nickel. Unlike brazing, the process time can be shortened. The laser welding process can automatically control the welding length, and has the effect of obtaining a healthy weld without thermal deformation, high welding strength, and no defects, thereby improving welding efficiency and productivity.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

실시예Example

레이저평균출력 50-60W, 반복율 6-8PPS, 펄스당에너지 7-9J, 용접속도는 분당 20-30cm의 용접조건과 광섬유전송시 동시다발분기부에서 연결된 4개의 광섬유코어직경 600um, 광학커플러에 대한 집광렌즈의 초점거리 95mm, 커플러의 광학렌즈비는 0.7로 준비하여, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 지르칼로이 핵연료봉 지지체의 용접을 수행하였고 용접후 용입깊이 및 용입단면을 도 3에서 도시되었다. 다만,상기의 레이저조건은 동시다발분기부(4)에서 4개의 광섬유(2)를 전송한 것이다.Laser average power 50-60W, repetition rate 6-8PPS, energy 7-9J per pulse, welding speed is 20-30cm per minute, and 4 fiber core diameter 600um connected at the same time at optical fiber transmission, optical coupler The focal length 95mm of the condenser lens and the optical lens ratio of the coupler were prepared as 0.7, and the welding of the Zircaloy nuclear fuel rod support using the laser according to the present invention was carried out. However, the above laser condition is that four optical fibers 2 are transmitted from the simultaneous multiple branching unit 4.

도 3은 본 발명과 종래의 방법에 따른 접합단면을 나타낸 것으로, 이에 의하면 본 발명의 레이저용접된 사시도와 종래의 방법에 의한 사시도에는 큰 차이가 보여주고 있다. 본 발명의 경우에는 확대종단면도 사진상에서 기공, 언더컷 등의 결함은 발생하지 않은 건전한 용접부가 얻어짐에 반하여 종래의 경우에는 브레이징방법에서 발생하는 계면의 분리현상 등이 나타내는 것으로 알 수 있다. 도 3은 본 발명에 의한 레이저용접방법과 종래의 접합방법과는 약간의 차이가 있으나 종래의 공통적인 문제점으로는 모든 소재에 있어서 열에 의한 접합부위가 산화에 의해 검게 변색되고 강도가 현저하게 약하다는 것이다. 또한 도 3의 (a)에서 도시된 바와같이 지르코늄합금소재는 종래의 브레이징으로 접합하기 위해 베릴륨 용가재를 두껍게 입혀서 접합하고 있으며, 용가재의 삽입으로 제조공정상에 늘어나는 불필요한 경비발생과 제품에 대한 엄격한 품질검사가 요구되고 있다. 이에 반하여 본 발명의 경우 광섬유를 이용한 도 1에서 도시된 바와같이 레이저용접장치의 용접조건만으로 사용하게 되면 비드폭과 용입깊이를 조절할 수 있어서 종래의 접합방법과 달리 제 3도의 (b)에서 도시된 바와같이 우수한 강도를 가지는 용접물이 얻어지게 된다.Figure 3 shows a bonded cross section according to the present invention and the conventional method, which shows a large difference between the laser welded perspective view and the perspective view of the conventional method of the present invention. In the case of the present invention, on the enlarged longitudinal cross-sectional view, a healthy welded part in which no defects such as pores and undercuts are obtained is obtained, whereas in the related art, it is understood that the separation of interfaces occurs in the brazing method. Figure 3 is slightly different from the laser welding method according to the present invention and the conventional bonding method, but the common problem is that the bonding region by heat in all materials black color by oxidation and the strength is significantly weak will be. In addition, as shown in (a) of FIG. 3, the zirconium alloy material is bonded with a thick beryllium filler metal in order to join by conventional brazing, and unnecessary expenses generated in the manufacturing process by inserting the filler metal and strict quality inspection for the product. Is required. On the contrary, in the case of the present invention, the bead width and the depth of penetration can be adjusted by using only the welding conditions of the laser welding apparatus as shown in FIG. 1 using the optical fiber. As described above, a welded material having excellent strength is obtained.

(변형예, 응용예 및 법적 해석)(Variants, applications and legal interpretations)

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고,그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes are intended to fall within the scope of the claims.

이와같이 본 발명에 의한 광섬유를 전송하여 핵연료봉 피복관에 부착될 지지체의 용접구조를 갖는 연결부를 마련하므로서, 이를 일렬로 용이하게 정렬된 특수 고정구에 설치하고 지르코늄합금 뿐만아니라 니켈 및 티타늄소재의 용접구조인 겹치기이음과 맞대기이음방법을 적용할 경우, 정밀부품에 대한 소량다품종 제조시 생산비 절감 및 수출효과 등의 모든 경제적인 면에서 유효하게 적용시킬 수 있음과 동시에 용접공의 기능수준에 관계없이 용접기능을 전혀 보유하지 않은 경우에도 단순히 레이저장치에 전원을 연결하므로서 자동으로 원격용접을 수행할 수 있는 유익한 유익한 발명이다.In this way, by providing a connection having a welding structure of the support to be attached to the nuclear fuel rod cladding by transmitting the optical fiber according to the present invention, it is installed in a special fastener easily aligned in a line and not only a zirconium alloy but also a welding structure of nickel and titanium materials When the overlap joint and butt joint method is applied, it can be applied effectively in all economic aspects, such as production cost reduction and export effect, when manufacturing small quantities of various types of precision parts, and at the same time, welding function is completely irrespective of the welder's functional level. Even if not possessed, it is a beneficial and beneficial invention that can automatically perform remote welding by simply connecting the power to the laser device.

Claims (5)

레이저 광선을 발생하는 야그레이저발진부와, 내부로 불황성가스가 유입되는 밀폐형 보호가스상자와, 상기 보호가스상자와 연결되어 불활성가스를 공급하는 봄베와, 상기 보호가스상자 내부 상단에 설치되는 다수개의 CCD 카메라와, 상기 보호가스 상자 내부 하단에 설치되는 피용접물 이동대를 포함하여 구성된 중수로용 핵연료봉의 지지체 용접장치에 있어서;Yagra laser oscillation unit for generating a laser beam, a closed protective gas box into which the inert gas is introduced, a bomb connected to the protective gas box to supply an inert gas, and a plurality of installed at the upper end of the protective gas box. Claims [1] A support welding device for a nuclear fuel rod for a heavy water reactor comprising a CCD camera and a welding target moving table installed at an inner lower end of the protective gas box; 상기 핵연료봉 피복관의 지지체 용접장치는,The support welding device of the nuclear fuel rod cladding tube, 상기 피용접물 이동대 상부에 안치되고 내부에 핵연료봉 피복관이 삽입/안치되며, 내부에 안치된 피복관의 일부가 노출되도록 상단에 절개부를 구비함과 동시에, 노출된 피복관의 상부면에 접촉되게 지지체를 클램핑하는 스프링 고정판이 절개부에 설치된 지지체 고정구와,The support is placed in the upper part of the welded object moving table and the nuclear fuel rod cladding tube is inserted / secured therein, and the support is provided in contact with the upper surface of the exposed cladding tube while having a cutout at the top thereof to expose a portion of the cladding tube placed therein. A support fixture provided with a spring fixing plate for clamping, 상기 야그레이저 발진부와 코어직경 600um을 구비하는 4개의 광섬유에 의해 각각 연결되고, 광학렌즈비 0.7을 구비하는 광학커플러로 구성된 동시다발 분기부를 포함하여 구성되어,It is configured to include a simultaneous bundle branch consisting of the optical coupler having an optical lens ratio of 0.7, each connected by the four optical fibers having a yaw laser oscillator and a core diameter of 600um, 레이저평균출력 50-60W, 반복율 6-8 PPS, 펄스당에너지 7-9 J, 분당 20-30㎝의 용접속도로 중수로용 핵연료봉 피복관과 지지체를 초정밀 레이저 용접하는 것을 특징으로하는 핵연료봉의 지지체 부착을 위한 레이저 용접장치.Support for nuclear fuel rods characterized by ultra-precision laser welding of nuclear fuel rod cladding and support for heavy water reactors at a laser speed of 50-60 W, repetition rate of 6-8 PPS, energy per pulse of 7-9 J, and 20-30 cm per minute. Laser welding device for machine. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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