KR100454322B1 - 핵연료봉조립체용가이드튜브제조방법과가이드튜브성형맨드릴및핵연료봉조립체용가이드튜브 - Google Patents

Abstract

필그림 롤링 밀에서 튜브형 블랭크(22)를 맨드릴(14) 상으로 롤시킨다. 제 1 롤링 단계에서, 제 1 블랭크 부분(22)은 맨드릴(14)의 제 1 부분(18, 19) 상에 롤되며, 블랭크(22)의 외경은 가이드 튜브의 외경으로 감소하고, 블랭크(22) 벽 두께는 제 1 벽 두께(e1)와 제 1 벽 두께(e1)를 초과하는 제 2 벽 두께(e2) 중의 하나로 동시에 감소한다. 블랭크(22)의 제 2 부분은 축방향에서 제 1 부분에서 이격된 맨드릴의 제 2 부분(20, 21) 상에 롤되며, 블랭크의 외경은 가이드 튜브의 외경으로 감소하고 블랭크(22)의 벽 두께는 제 1 벽 두께(e1)와 제 2 벽 두께(e2) 중의 하나로 동시에 감소한다.

Description

핵연료봉 조립체용 가이드 튜브 제조 방법과 가이드 튜브 성형 맨드릴 및 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브

본 발명은 핵연료봉 조립체의 가이드 튜브를 제조하기 위한 공정과, 가이드 튜브를 형성하기 위한 맨드릴. 및 이렇게 하여 얻어진 가이드 튜브에 관한 것이다.

핵연료봉 조립체, 특히 수냉식 원자로용 핵연료봉 조립체는, 일반적으로 핵연료봉이 서로에 대해 평행하게 클러스터를 구성하는 핵연료봉이 삽입되고 유지되는 프레임워크를 포함한다. 프레임워크는 특히 프레임워크의 구조 부재와 (중성자) 흡수봉 가이드 부재의 양자를 구성하고 있는 클러스터의 핵연료봉에 평행하게 배치되는 가이드 튜브와, 병렬 배치된 핵연료봉 조립체로 구성되는 원자로의 코어의 반응성을 제어하기 위해 사용되는 제어봉을 구비한다. 핵연료봉 조립체는 원자로의 코어 내에서 수직으로. 즉 조립체 클러스터의 핵연료봉과 가이드 튜브가 수직인 위치로 배치된다. 원자로의 제어 클러스트의 흡수봉을 가이드하는 가이드 튜브는, 단부 부분에서 코어의 서비스 위치에서 조립체의 가이드 튜브의 하부 단부 부분을 구성하며, 감소된 직경 또는 좁아진 영역은 제어봉의 투하에 뒤이어 프로그램된 정지 또는 의도하지 이유로 인해 원자로가 정지하는 경우 원자로 제어봉의 흡수봉이 제동되거나 느려지는 영역을 의도적으로 설계한다. 제어 바의 흡수봉과 가이드 튜브의 감소된 직경의 하부 부분 사이에서 원자로의 냉각 유체를 조절하여(throttle) 제어봉을 제동하기 위한 상기 장치는 완충 효과(dash-pot effect)라고 불리는 제동 효과에 의해 작동된다.

연료봉 조립체의 가이드 튜브의 하부 부분은 제어봉의 낙하, 특히 감소된 직경 영역에서 핵연료봉 조립체의 가이드 튜브의 내측 벽과 접촉하는 냉각 매체의 압축에 의해 매우 응력을 받은 상태이다. 원자로 작동이 전이 주기인 경우 조립체는 냉각 매체에 의해 약간 들려지며, 원자로로 내려질 때 벽 두께가 튜브의 전체 길이에 걸쳐 일정하고 가이드 튜브의 하부 부분의 직경의 감소를 튜브를 넥킹(necking)시켜 얻은 경우, 핵연료봉 조립체의 관성력은 튜브의 약한 부분을 구성하는 가이드 튜브의 감소된 직경 부분의 만곡 및/또는 비틀림을 초래한다.

따라서 하부 단부 부분 또는 베이스가 제어봉의 낙하 및 전이 주기 중에 생성되는 응력에 견디도록 보강된 가이드 튜브를 채택할 필요가 있다. 제 1 해답은 가이드 튜브와 공축이며, 대향 위치하고 양 단부에서 가이드 튜브에 용접되는 튜브형 슬리브에 의해 가이드 튜브의 하부 부분을 보강하는 것을 포함한다. 그러나, 지르코늄 합금 가이드 튜브의 보강 부분의 용접점은 잔류 응력을 초래하며, 가이드 튜브의 기계적 저항 및 부식 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 정렬 결함이 조립될 두 튜브 영역 사이에서 발생할 수도 있다.

따라서 FR-A-2714516에 하나의 피이스로 보강 베이스를 가진 가이드 튜브를 제조하는 것이 제안되었다. 상기 가이드 튜브는 핵연료봉 조립체의 단부 부재에 가이드 튜브를 부착시키는 단부 영역만 제외하고 일정한 직경을 가진 실린더형 외측면을 구비하며, 튜브 벽은 하부 부분에서 증가하여 전체 튜브 길이의 10 % 내지 30 % 사이에 들어간다.

상기 가이드 튜브는 두께가 일정하고, 이 두께는 70 % 내지 90 % 사이에서 길이의 몇분의 일로 감소하지만, 내측 직경은 일정하게 유지되는 튜브형 블랭크를 제조하여 얻어진다. 원래 두께를 유지하는 블랭크 부분은 이후에 내측을 향해 업세팅(upsetting)하여 일정한 외경을 가지는 튜브를 구성하도록 한다. 두께의 감소와 업세팅은 회전형 해머 기계를 사용하면 가능하다.

지르코늄 합금의 가이드 튜브를 얻는 상기 방법은 수행하기 곤란한 점이 있다.

또한, 블랭크의 두께를 감소시켜 얻어진 제 1 두께와 내측을 향해 업세팅된 튜브의 제 2 부분을 가지는 주요 또는 몸체 부분이라고 이름 붙여진 튜브 부분 사이에, 정점 각도가 약 10°정도인 원뿔꼴 모떼기 형태를 한 내측면을 가지는 전이 영역이 있다. 가이드 튜브의 내측 실린더형 면에서의 불연속성은 흡수봉의 가이드 품질을 저하시키며 제어봉의 낙하 속도를 한정한다. 또한, 상기 전이 영역은 가이드 튜브의 약화된 영역이다.

지르코늄 합금 원자로 핵연료봉 조립체 막대를 보호하는 튜브를 생산하기 위해서, 통상적인 필그림 또는 필거 롤링 밀에서 롤링에 의해 튜브형 블랭크를 제조한다. 롤링은 다수의 연속적인 롤링 동작 중에 최종 치수를 가진 보호용 튜브를 획득하도록 한다.

상기 공정은 또한 지르코늄 합금의 가이드 튜브를 형성하는 데도 채택된다.

그러나, 상기 공정은 일정한 직경의 실린더형 외측면과, 제 1 두께를 가지는 가이드 튜브의 몸체 또는 주요 부분과 주요 부분의 두께를 초과하는 제 2 두께를 가지는 가이드 튜브의 하부 단부 부분을 가지는 가이드 튜브의 제조에 현재까지 채택된 적이 없다.

본 발명의 목적은 일정한 외경을 가지며, 제 1 벽 두께를 가지는 하나 이상의 주요 부분과 상기 제 1 벽 두께를 초과하는 제 2 벽 두께를 가지는 가이드 튜브 길이의 몇 분의 일인 보강 부분을 구비하며, 필그림 롤링 밀의 맨드릴 상에서 튜브형 블랭크를 롤하는 단계를 포함하는 원자로 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브를 제조하기 위한 공정을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 위해서, 상기 공정은 또한: 제 1 단계에서, 맨드릴의 제 1 부분 상의 블랭크의 제 1 영역의 롤하는 동시에 블랭크의 외경이 가이드 튜브의 외경으로 감소하고 블랭크 벽 두께가 상기 제 1 벽 두께 및 제 2 벽 두께 중의 하나로 감소시키는 단계와, 블랭크의 축방향으로 맨드릴을 위치시키는 단계와, 제 2 단계에서, 맨드릴의 축방향에서 상기 제 1 부분에서 이격된 맨드릴의 제 2 부분 상의 블랭크의 제 2 영역의 롤은, 동시에 블랭크의 외경을 가이드 튜브의 외경으로 감소시키고 블랭크의 벽 두께를 상기 제 1 벽 두께 및 제 2 벽 두께 중의 하나로 감소시키는 단계를 포함한다.

본 발명을 설명하기 위해서, 후술하겠지만, 첨부되는 도면을 참조한 비한정적인 실시예에 의해, 본 발명에 따르는 공정, 상기 공정을 수행하기 위해 채택된 맨드릴 및 가이드 튜브가 얻어진다.

도 1에 도시한 것은 공통적으로 참조 부호 1로 지정된 가압수 원자로용 핵연료봉 조립체의 가이드 튜브이다. 가이드 튜브(1)는 지르코늄 합금으로 형성되며 직경이 튜브의 길이를 따라 일정한 실린더형 외부면을 가지지만, 다만 튜브의 상부 부분(2)은 종모양 입구를 가지며 예를 들어 업세팅된 내측 보어를 가지는 점은 차이점이다. 상기 튜브의 상부 부분은 핵연료봉 조립체의 상부 단부 부재에 튜브를 고정하며, 분리 가능한 고정 수단을 선택적으로 사용한다. 가이드 튜브(1)는 또한 튜브를 핵연료봉 조립체의 하부 단부 부재에 고정시키는 수단에 의해 내측으로 업세팅된 하부 단부를 구비한다.

가이드 튜브(1)는 주요 부분(1a)이 제 1 벽 두께(e1)를 가지고, 하부 단부 부분(1b)이 상기 두께(e1)를 초과하는 제 2 벽 두께(e2)를 가진다는 점에서 서로에 대해 다른 주요 또는 몸체 부분(1a)과 하부 단부 부분(1b)을 구비한다. 따라서, 부분(1b)은 튜브의 보강 부분을 구성한다.

일부 경우에, 가이드 튜브는 보강 단부 부분 대신에, 보강 부분 보다 더 작은 두께를 가지는 두 개의 주요 부분 사이에서 증가된 두께의 보강 부분을 구비할 수도 있다.

튜브의 외경은 튜브의 주요 부분에서 및 보강 부분(1b)에서 일정하며 동일하다.

주요 부분(1a)에서 튜브의 내측 직경은 따라서 부분(1b)에서의 튜브 내측 직경 보다 크며, 가이드 튜브(1)는 부분(1a 및 1b) 사이에 전이 영역(1c)을 가진다. 전이 영역(1c)에서, 튜브의 내측면은 정점의 각도가 약 10°인 원뿔형 또는 테이퍼진 모떼기 형상으로 형성된다.

튜브의 하부 단부 부분의 벽은 예를 들어 3과 같은, 관통 개구를 구비하며, 이는 흡수봉이 가이드 튜브의 가이드로 낙하하는 경우 가이드 튜브의 하부 부분에서 원자로의 냉각 매체의 과잉 압력을 제한하여 더욱 점진적으로 클러스터의 낙하에 의한 흡수봉의 제동이 가능하도록 한다.

가이드 튜브의 하부 단부 부분(1b)에서의 가이드 튜브 벽의 증가된 두께(e2)는 가이드 튜브의 하부 부분을 보강하도록 하며, 제어 클러스터의 흡수봉의 낙하에 의한 과잉 압력 및 원자로로의 전이 기간 중에 하부 부분의 악화를 피할 수 있게 한다. 그러나, 내측벽이 원뿔꼴 또는 테이퍼진 모떼기 형상을 가지는 중간 영역(1c)의 존재는 가이드 튜브 내의 흡수봉의 가이드에 관한한 불연속점을 생성한다. 또한, 중간 영역은 튜브의 약한 영역이 될 수도 있다.

또한, 도 1에 도시한 튜브를 제조하기 위해서는, 가이드 튜브의 주요 부분의, 즉 튜브 길이의 중요 부분을 따라 벽 두께를 감소시키고, 이후에 튜브의 하부 부분의 두꺼운 벽을 내부로 업세팅하기 위해서는 예를 들면 로터리 해머링과 같은 형성 공정을 채택해야 한다.

상기와 같은 형성 공정은 수행하기 곤란하며 상대적으로 긴 작업 시간을 필요로 한다.

본 발명에 따른 공정은 단일 피이스의 튜브를 제조할 수 있으며, 필그림 또는 필거 롤링 밀의 롤링 기술에 의한 보강 부분을 가진다.

도 2에 개념적으로 도시한 것은 튜브형 블랭크에서 튜브를 형성하기 위한 필그림 롤링 밀의 주요 구성 요소이다.

필그림 롤링 밀은 공통적으로 5의 참조 부호에 의해 지정되며 대개 축에 대해 회전 가능하게 장착된 스플라인 결합 실린더의 형태로 제 1 다이(6a)와 제 2 다이(6b)와, 회전 대칭 형상을 가진 맨드릴(7)을 구비한다.

다이(6a 및 6b)는 양날 화살표(9)로 개념적으로 도시한 바와 같이, 구동 수단과 결합된 회전 가능하게 장착된 케이지 내에서 각각의 축(8a 및 8b)에 의해 회전 가능하게 장착되어 일정한 진폭으로 한쪽 방향 또는 다른 방향으로 이동 가능하다.

각각의 다이(6a 및 6b)는 반원 형태를 닮은 다이의 축방향 단면을 가지는, 스플라인(spline)이라고 불리는 각각의 주변 그루브(10a 또는 10b)를 구비한다.

다이(6a 및 6b)의 그루브(10a 및 10b) 단면은 그루브의 주변을 따라 연속적으로 변화하는 치수를 가지며, 상기 단면은 그루브의 도입 부분에서 최대 치수를, 탈출 부분에서 최소 영역을 가진다.

다이(6a 및 6b)는 양날 화살표(9)로 개념적으로 도시한 바와 같이 왕복 변위 중에 한쪽 방향 또는 다른 방향으로의 케이지 변위로 인하여 한쪽 방향 또는 다른쪽 방향으로 각각 축에 대해 회전하도록 구동된다.

도 2에 도시한 필그림 롤링 밀이 맨드릴(7)과 결합된 튜브형 블랭크(11)의 벽을 롤 함에 따라 블랭크의 직경과 벽 두께를 점진적으로 감소시켜서 밀의 출력 단부에서 직경 및 벽 두께는 블랭크(11)의 직경과 벽 두께 보다 작은 직경과 벽 두께를 가지는 튜브(12)를 얻게 얻게 된다. 롤링으로 인하여, 블랭크(11)는 신장되는데, 축방향으로 상당히 클 수도 있다.

블랭크(11)가 표면에 결합된 맨드릴(7)은 로드(13)에 연결되어 맨드릴(7)이 축에 대해 병진 및 회전 이동을 가능하게 한다.

필그림 롤링 밀(5)은 또한 클램프에 의해 블랭크(11)에 고정되는 캐리지(도시하지 않음)를 구비한다. 캐리지는 필그림 롤링 밀에 의한 각 단계 이후에 롤링 방향으로 블랭크를 전진시킨다. 블랭크를 전진시키는 장치는 또한 각 롤링 단계의 마지막에 축에 대해 캐리지를 회전시킨다.

맨드릴(7)은 블랭크(11)의 내측 직경보다 작은 직경을 가지는 제 1 실린더형 부분(7a)과, 자오 곡선(meridian curve)이 포물선의 형태를 가지는 제 2 회전 대칭 부분(7b)과, 직경이 제조될 튜브(12)의 최종 내측 직경이거나 상기 최종 내측 직경에 근접하는 약간 원뿔꼴 또는 테이퍼진 단부 부분(7c)을 구비한다.

다이(6a 및 6b)는 블랭크(11)와 튜브(12)가 롤링 중에 결합되는 맨드릴(7)의 대향 측면 상에 배치되어, 그루브(10a 및 10b)가 축상 방향으로의 이동과 다이의 회전 중에, 대략 원형 단면을 가지는 튜브 형성면을 구성하게 된다. 그루브(10a 및 10b)의 단면 치수가 다이의 주변을 따라 연속적인 방식으로 변화한다는 사실 때문에, 튜브의 실린더 형성면의 치수는 케이지와 다이의 변위 중에 최대 치수와 최소 치수 사이에서 변화된다.

케이지는 블랭크의 감소 영역(7b)과 튜브(12)의 캘리브레이션(calibration) 영역(7c)을 따라 맨드릴의 길이에 대응하는 진폭으로 축 방향으로 이동하며; 블랭크(11)의 직경과 두께는 점진적으로 튜브(12)의 직경과 두께 값으로 감소한다.

롤링 케이지의 각 변위의 마지막에, 블랭크는 축 방향으로 일정한 진폭으로 맨드릴을 따라 전진하며, 블랭크는 일정한 각도로 그 축에 대해 회전하게 된다. 동시에, 맨드릴(7)은 로드(13)에 의해 그 축에 대해 회전하게 된다.

롤링은 로드(13)와 맨드릴(7) 상에서 블랭크를 연속하여 맞물리게 하고, 롤링 밀의 출력 단부에서 튜브(12)를 모으는 연속적인 방법으로 수행할 수도 있다.

상술한 필그림 롤링법은, 튜브의 중요부의 벽 두께에 비해 상대적으로 증가된 두께의 벽을 가지는 하부 단부 부분을 구비하는 가이드 튜브의 제조에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 가이드 튜브를 제조하기 위한 공정을 수행하기 위해서, 도 3에 도시한 것과 같은 특별한 형태의 맨드릴을 구비한 필그림 또는 필거 롤링 밀이 채택된다.

회전 대칭형의 맨드릴(14)은 맨드릴을 유지 및 구동 로드에 연결되는 나사 형성 단부(15)를 구비한다. 축 방향(16)의 나사 형성부에 이어서, 맨드릴은 직경이 가이드 튜브 형성에 사용된 시작 블랭크의 내측 직경보다 작은 제 1 실린더형 부분(17)과, 감소하는 회전 대칭 단면과 파라볼라 형태 또는 파라볼라와 유사한 형태의 제 1 부분(18)과, 직경이 제조될 가이드 튜브의 보강된 하부 단부 부분의 내측 직경과 거의 동일한 약간 원뿔꼴 또는 테이퍼진 제 3 부분(21)을 포함한다.

따라서 맨드릴(14)은 서로 다른 가이드 튜브 형성 과정을 구성하는, 축 방향으로 다수의 연속적인 형성 영역을 포함한다.

계단 형성 맨드릴(14)은 도 4a 및 도 4b에서 따로 도시된 연속적인 두 단계에서 도시된 바와 같이 튜브 블랭크의 연속 영역에서 수행되는 순서 또는 도시된 것과는 반대의 순서로 수행되어 절단에 의해 단일 작동으로 보강된 부분을 가지는 다수의 가이드 튜브를 제조할 수 있는 본 발명에 따른 가이드 튜브를 제조하는 데 사용된다.

도 4a는 직경과 벽 두께의 양자가, 제조될 가이드 튜브의 직경과 벽 두께를 초과하는 튜브형 블랭크(22)의 제 1 필그림 롤링 단계에서의 맨드릴(14)을 도시한다.

필그림 롤링 밀은 도 2에 도시된 필그림 롤링 밀(5)의 경우에서 설명한 다이와 유사한 두 개의 다이(10a 및 10b)를 구비한다.

본 발명의 공정을 수행하고자 사용되고, 도 4a 및 도 4b에 도시된 필그림 롤링 밀은 도 2에 도시된 종래 형태의 필그림 롤링 밀과 단지, 계단 맨드릴(14)을 사용한다는 점과 맨드릴의 축 방향 변위의 기계화란 점에서만 차이를 나타낼 뿐이다.

다이(10a 및 10b)는 맨드릴(14)의 축 방향(16)으로 변위될 수 있는 케이지 내에 자유롭게 회전 가능하게 장착되며, 블랭크(22)의 직경과 두께를 감소시킨다.

블랭크(22)는 필그림 롤링 공정을 포함할 수도 있는 종래 제조 방법 및 성형 공정에 의해 획득된다.

블랭크(22)는 맨드릴(14)의 실린더형 부분(17)의 외경 보다 약간 큰 내측 직경 및 벽 두께가 최대인 하부 단부 부분 내에서 가이드 튜브의 벽 두께를 초과하는 벽 두께를 가진다.

도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, 필그림 롤링 밀은 롤링 밀의 케이지 내에 회전 가능하게 장착된 다이(10a 및 10b)가 맨드릴(14)의 부분(18 및 19)를 따라 왕복 운동하는 방식으로 배치된 맨드릴(14)과 함께 제 1 롤링 단계에서 효과를 발휘한다.

이런 식으로, 롤링 밀의 출력 단부, 즉 맨드릴(14) 영역(19)의 하류측 영역에서 획득된 튜브형 제품(24)의 내측 직경 및 외경은, 제조된 가이드 튜브의 주요 부분의 내측 직경 및 외경과 동일하다. 보다 자세하게는, 맨드릴(14)의 부분(19)은 제품(24)을 캘리브레이션하는 영역을 구성하여 내측 직경이 가이드 튜브를 제조하기 위해 필요한 내측 직경인 정확한 치수를 가지게 된다.

다이(10a 및 10b)의 치수 및 배치는 롤링 밀의 출력 단부에서 제품(24)의 외경이 정확하게 제조되는 가이드 튜브에 적합한 필요한 외경에 정확하게 대응하게 된다.

제 1 롤링 단계는 블랭크(22)가 그 축에 대해서 앞으로 나아가고 회전하는 중의 다수의 연속적인 롤링 단계에 의해 수행되며, 맨드릴(14) 또한 연속적인 롤링 단계에서 특정한 각도로 회전한다.

필그림 롤링 밀과 연결된 코딩 장치(coding device)는 롤링 밀의 출력 단부에서 획득된 제품(24)의 길이를 매우 정밀하게 결정하도록 한다. 소정 길이의 제품을 롤링 밀의 출력 단부에서 얻어낸 경우, 코딩 장치는 맨드릴(14)을 축 방향으로 변위시키는 신호를 전달하고 롤링 밀을 정지시킨다.

제 2 롤링 단계는, 도 4b에 도시한 바와 같으며, 필그림 롤링 밀의 상류 단부를 향해 축 방향으로 맨드릴(14)의 변위가 생긴 이후에 실제로 수행되며, 따라서 맨드릴의 부분(20 및 21)을 롤링 밀의 작업 영역, 즉 다이(10a 및 10b)의 변위 영역 내에 위치시키게 된다.

제 1 롤링 단계를 수행하기 위한 도 4a에 도시한 위치에서 제 2 롤링 단계를 수행하기 위한 도 4b에 도시된 위치로의 맨드릴(14)의 변위는 필그림 롤링 작업을 정지한 이후에 달성되고, 다이(10a 및 10b)가 장착된 케이지가 고정되거나, 롤링을 정지시키지 않은 경우, 다이가 장착된 케이지는 계속 운동한다.

제 2 단계의 롤링에서, 회전 다이(10a 및 10b)는 롤링 밀의 케이지에 의해 축 방향으로 변위되며, 롤링 밀의 출력 단부, 즉 맨드릴의 부분(21)의 하류측 상에서. 맨드릴의 부분(21)에 의해 캘리브레이션된 내측 직경이, 보강된 하부 단부 영역에서 가이드 튜브를 제조하기에 적합한 소정의 내측 직경과 동일한 롤된 튜브형 제품(25)을 얻을 수 있도록 블랭크의 치수를 감소시킨다.

제품(25)의 외경은 채택된 다이(10a 및 10b)가 제 1 롤링 단계에서 사용된 것과 같다는 사실 때문에 제 1 롤링 단계에서 획득된 제품(24)의 내측 직경과 동일하다.

맨드릴(14)은, 대개, 단면 직경이 블랭크의 내측 직경보다 작은 값에서 제조될 튜브의 주요 부분의 내측 직경과 동일한 값까지 감소하는 제 1 부분과, 단면 직경이 맨드릴의 축 방향으로 제조될 튜브의 주요 부분의 내측 직경과 동일한 값에서 제조될 튜브의 하부 단부 부분의 내측 직경과 동일한 값까지 감소하는 제 2 부분을 구비한다.

롤링 밀의 출력 단부에서의 제품(25)의 벽 두께는 따라서 매우 정확하게 가이드 튜브의 하부 단부 부분에서 획득되는 벽 두께와 일치한다. 코딩 장치는, 상술한 바와 같이, 롤링 밀의 출력 단부에서 소정 길이의 제품(25)이 획득되는 순간 제 2 롤링 단계를 정지시킨다. 맨드릴은 이후에 제 2 위치에서 제 1 위치로 변위된다.

제 1 롤링 단계와, 맨드릴의 제 1 변위와, 제 2 롤링 단계 및 맨드릴의 제 2 변위는 블랭크(22)를 완전하게 롤링할 때까지 필요한 횟수만큼 반복된다. 또한, 제 1 및 제 2 롤링 단계를 역전할 수 있는 것도 명백하다.

상술한 바와 같이, 필그림 롤링 밀의 출력 단부에서 내측 직경 및 벽 두께가 제조될 가이드 튜브(25)의 주요 부분의 내측 직경과 벽 두께에 대응하고, 내측 직경 및 벽 두께가 제조될 가이드 튜브의 하부 단부 부분의 직경과 벽 두께와 일치하는 연속적인 영역(24)을 포함하는 롤된 튜브형 제품을 획득할 수 있다.

롤링 밀의 출력 단부에서 획득된 상기와 같은 제품은 도 5에 도시되며, 여기에서 벽 두께의 차이점이 매우 과장되어 있다.

가압 경수로용 핵연료봉용으로 가이드 튜브를 제조하는 경우, 가이드 튜브의 주요 또는 몸체 부분(24)은 두께(e1)가 0.5 mm이다. 가이드 튜브의 보강 하부 단부 부분은 두께(e2)가 1.2 mm이다.

필그림 롤링 밀 상에서 본 발명에 따른 제조 공정은 180 mm의 길이(l)를 가진 가이드 튜브의 주요 부분과 보강 부분 사이의 전이 영역을 획득할 수 있게 된다. 모든 경우에, 상기 전이 영역의 길이는 100 mm를 초과한다. 가이드 튜브 자체가 12.5 mm 정도의 직경을 가짐에 따라, 주요 부분과 보강 부분 사이의 가이드 튜브의 내측 직경의 변화는 점진적으로 된다. 튜브의 내측면의 서로 다른 직경의 부분 사이의 전이 영역은 모떼기 형상에서 서로 다르며, 이는 본 발명에 따른 가이드 튜브와 종래 기술의 가이드 튜브 사이의 차이를 나타낸다.

또한, 연속 튜브 형성 공정은 금속이 무결점인 전이 영역을 획득할 수 있게 하며 따라서 튜브에서 약한 영역을 형성하지 않게 된다.

도 6에서 도시한 바와 같이, 롤링 밀의 출력 단부에서 획득되고 서로 다른 벽 두께를 가지는 연속 영역(24 및 25)를 구비하는 튜브형 제품(26)은 일정한 외경을 가진다.

또한. 영역(24 및 25)의 길이는 롤링시에 선택되며, 주어진 영역에서 튜브(26)를 절단하거나 구획지워서, 각각 필요한 길이 및 벽 두께를 가지는 주요 또는 몸체 부분(27a)와 보강 하부 단부(27b)를 구비하는 다수의 가이드 튜브(27)를 제공한다. 적합하게는. 영역(24 및 25)은 제조될 가이드 튜브의 주요 부분 길이의 두 배 및 보강 부분 길이의 두 배와 동일한 길이를 가진다.

공구(29)가 롤된 튜브형 제품(26)을 연속적으로 절단하게 되는 절단선(28)이 놓이게 되는 장소는 서로 다른 두께의 튜브형 제품(26) 부분 사이의 전이 영역(27c)에 정확하게 위치시키는 장치를 사용하여 가능하다. 튜브형 제품(26)의 영역(25)의 단부는 길이 180 mm의 전이 영역(27c)에 연결되며, 여기를 따라서 벽은 제 1 두께(e1)에서 제 2 두께(e2)로 정확하게 변경된다. 영역(25 및 27c)의 단부의 정확한 위치는 튜브형 제품(26) 내측에 축상으로 결합되는 파이프(31)와 그 단부의 노즐(32)을 구비하는 에어 게이지(30)를 사용하여 얻어진다. 에어 게이지(30)로 확인되는 노즐(32)을 통하는 공기의 흐름 특성을 사용하여 두께(e2)를 가지는 영역(25)의 단부와 서로 다른 두께를 가지는 튜브형 제품의 부분 사이의 전이 영역(27c)을 매우 정확하게 결정할 수 있다.

절단 디스크로 형성된 절단 공구(29)는 선(28)을 따라 튜브를 절단하도록 놓이게 되는 위치에서 일정한 거리에 놓인다.

절단 공구(29)는 롤링 밀의 출력 단부에서 튜브형 제품(26)과 동시에 변위되는 플라잉 절단 장치인 공구라도 좋다.

또한, 영역(25)의 단부와 전이 영역(27)의 위치는, 튜브를 감싸고 와전류 센서(eddy current sensor)를 구성하는 코일(33)을 사용하여 결정할 수도 있다.

롤된 튜브형 제품(26)의 연속 영역(25)과 전이 영역(27c)의 단부를 위치시키면, 튜브형 제품(26)의 연속 영역으로 형성되는 가이드 튜브(27, 27', 27")를 절단할 수 있다.

길이가 4 m 정도 되는 네 개 또는 다섯 개의 가이드 튜브를 획득하는 블랭크 및 필그림 롤링 밀 작업도 가능하다.

또한 롤링 밀의 출력 단부에서 및 롤링 공정 중에 가이드 튜브의 형태로 롤된 제품을 절단하기 위해서는, 일정한 시간 지연을 가지거나, 상술한 바와 같이 전이 영역의 단부를 위치시키기 위한 장치에 의해 서로 다른 롤링 단계 사이에서 맨드릴의 전진 또는 후진에 의해 구동되는 플라잉 또는 모빌 절단 장치를 채택하는 것도 좋다. 전이 영역의 정확한 위치를 지정하는 것 및 롤링 밀의 출력 단부에서 플라잉 절단 장치에 의한 가이드 튜브의 절단을 수행하는 것에 의하면, 롤된 제품의 서로 다른 벽 두께(24 및 25)의 연속 영역의 길이의 원하지 않는 변이를 회피할 수 있게 되고, 간이한 절단으로 가이드 튜브를 획득할 수 있다.

튜브의 주요 부분의 벽 두께를 초과하는 벽 두께를 가진 튜브의 하부 단부 영역의 길이는, 통상적으로, 가이드 튜브 전체 길이의 10 % 내지 30 %를 나타낸다.

본 발명은 따라서, 쉽게 자동화 할 수 있고 매우 높은 생산성을 나타내는 롤링 공정을 사용하여 예를 들어 하부 부분에서 보강된 단일한 가이드 튜브를 획득할 수 있다.

본 발명의 범위가, 설명한 실시예로 한정되는 것이 아님은 명백하다.

따라서 맨드릴 상에서의 필그림 롤링은 설명한 것과는 다른 형태로 수행될 수도 있다.

본 발명의 공정은 지르코늄 합금과는 다른 재료로 구성된 가이드 튜브를 제조하는 데도 사용될 수 있다.

일반적으로, 본 발명은 제어봉의 이동이 완충 효과에 의해 속도가 느려지는 어떠한 형태의 핵연료봉 가이드 튜브의 생산에도 적용 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 단일 피이스로 제조된 보강 베이스를 가지는 가이드 튜브의 축상 단면도.

도 2는 튜브형 블랭크의 롤 중에서 필그림 롤링 밀의 정면도 및 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 가이드 튜브를 제조하기 위한 공정에서 채택된 맨드릴의 측면도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 가이드 튜브를 형성하기 위한 공정의 두 단계에서 블랭크를 형성하는 중의 맨드릴과 블랭크를 도시한 부분 측면도.

도 5는 본 발명에 따른 가이드 튜브를 제조하는 중에 필그림 롤링 밀의 출력 단부에서 얻어진 제품의 축상 단면도.

도 6은 가이드 튜브를 얻기 위한 절단 공정 중의 필그림 롤링 밀의 출력 단부에서 얻어진 롤된 제품의 축상 단면도.

Claims (11)

1. 일정한 외경을 가지며, 제 1 벽 두께를 가지는 하나 이상의 주요 부분과, 상기 제 1 벽 두께를 초과하는 제 2 벽 두께를 가지는 가이드 튜브 길이의 일부인 보강 부분을 포함하고, 필그림 롤링 밀의 맨드릴 상에서 튜브형 블랭크를 롤하는 단계를 포함하는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브를 제조하기 위한 방법에 있어서,

   제 1 단계에서, 블랭크의 외경을 가이드 튜브의 외경으로 감소시키고 블랭크 벽 두께를 상기 제 1 벽 두께 및 제 2 벽 두께 중의 하나로 감소시키는 상태로, 맨드릴의 제 1 부분 상에서 블랭크의 제 1 영역을 롤하는 단계와,

   블랭크의 축방향으로 맨드릴을 위치시키는 단계와;

   제 2 단계에서, 블랭크의 외경을 가이드 튜브의 외경으로 감소시키고 블랭크의 벽 두께를 상기 제 1 벽 두께 및 제 2 벽 두께 중의 다른 하나로 감소시키는 상태로, 상기 맨드릴의 제 1 부분에서 축방향으로 이격된 맨드릴의 제 2 부분 상에서 블랭크의 제 2 영역을 롤하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 롤링 단계, 맨드릴의 제 1 중간 변위, 제 2 롤링 단계, 및 상기 제 1 변위에 대향하는 맨드릴의 제 2 변위를 동일 블랭크의 길이를 따라 연속 방식으로 계속적으로 수행하는 단계를 포함하고,

   상기 맨드릴의 제 1 중간 변위는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 축방향으로 발생하여 각각 제 1 단계와 제 2 단계에서 블랭크의 직경 및 벽 두께를 감소시키고,

   제 1 벽 두께와 제 2 벽 두께를 각각 구비하는 연속적인 영역을 가지는 롤된 튜브형 제품을 필그림 롤링 밀의 출력 단부에서 수용하는 단계와,

   제 1 벽 두께를 가지는 주요 부분과 제 1 벽 두께를 초과하는 제 2 벽 두께를 가지는 보강 부분을 각각 구비하는 다수의 가이드 튜브를 얻기 위해 상기 롤된 튜브형 제품을 주어진 영역 내에서 부분들로 절단하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 튜브는 플라잉 절단 장치를 사용하여 절단되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브 제조 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 롤된 제품을 절단하기 전에, 제 1 및 제 2 벽 두께를 각각 구비하는 롤된 튜브형 제품의 부분들 사이의 전이 영역의 한쪽 단부의 위치를 상기 롤된 제품상에 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 파이프에 의해 연결된 공기 게이지를 사용하여 전이 영역의 단부를 튜브형 제품 내측에 삽입되는 노즐에 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브 제조 방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 롤된 제품의 전이 영역의 단부 위치를 롤된 튜브형 제품을 둘러싸는 코일에 의해 형성된 와전류 센서를 사용하여 위치시키는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브 제조 방법.
7. 제 1 항에 따르는 방법을 수행하기 위한 필그림 롤링 밀의 성형 맨드릴에 있어서,

   블랭크의 내측 직경 보다 작은 제 1 값에서 가이드 튜브의 주요 부분의 내측 직경과 동일한 값까지 맨드릴의 축 방향을 따라 감소하는 단면 직경을 가지는 제 1 회전 대칭 부분과, 가이드 튜브의 주요 부분의 내측 직경과 동일한 값에서 가이드 튜브의 보강된 부분의 내측 직경과 동일한 제 2 값까지 맨들링의 축 방향을 따라 감소하는 단면 직경을 가지는 제 2 회전 대칭 부분을 그 길이를 따라 연속적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 필그림 롤링 밀의 성형 맨드릴.
8. 제 7 항에 있어서, 맨드릴의 각각의 연속적인 부분은 회전 대칭면 및 포물선 형태의 정점을 가지는 맨드릴 영역과, 각각 가이드 튜브의 주요 부분 및 보강 부분을 측정하기 위한 부분을 구성하는 원뿔형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 필그림 롤링 밀의 성형 맨드릴.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 블랭크의 내측 직경 보다 작은 직경을 가지는 실린더형 초기 부분을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필그림 롤링밀의 성형 맨드릴.
10. 제 1 벽 두께를 가지는 하나 이상의 주요 부분과, 제 1 벽 두께를 초과하는 제 2 벽 두께를 가지는 가이드 튜브 길이의 일부인 보강 부분를 구비하는 일정한 외경을 가지는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브에 있어서,

    가이드 튜브의 벽이 제 1 벽 두께와 제 2 벽 두께 사이에서 점진적으로 변화하는 두께를 가지는 100 mm를 초과하는 길이를 가지는 하나 이상의 전이 영역을 상기 주요 부분과 보강 부분 사이에 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 벽 두께를 가지는 가이드 튜브의 보강 부분의 길이는 가이드 튜브의 전체 길이의 10 % 내지 30 % 사이인 것을 특징으로 하는 핵연료봉 조립체용 가이드 튜브.