KR102273293B1

KR102273293B1 - 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치

Info

Publication number: KR102273293B1
Application number: KR1020200056125A
Authority: KR
Inventors: 박준연; 이보희; 정용태; 손세익; 소병욱; 정재민
Original assignee: 한전원자력연료 주식회사
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-07-06

Abstract

본 발명은 핵연료집합체의 충격흡수관 용접장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접을 통해 충격흡수관에 안내관 마개를 고정시키되, 양질의 진공 환경을 제공하여 충격흡수관과 안내관 마개간 용접 품질을 높일 수 있도록 한 핵연료집합체의 충격흡수관 용접장치에 관한 것이다.
이를 위해, 프레임의 일측에 설치된 진공챔버; 상기 진공챔버의 용접공간을 향해 설치된 토치부; 상기 진공챔버의 일측에서 상기 용접공간을 향해 설치되며, 상기 용접공간으로 삽입된 충격흡수관의 일단부를 상기 토치부에 대응하여 고정시키는 콜렛 척; 상기 콜렛 척을 회전시킬 수 있도록 설치된 제1회전체와, 상기 충격흡수관을 회전시킬 수 있도록 설치된 제2회전체; 및 상기 진공챔버의 타측에 설치되며, 상기 진공챔버에 삽입된 충격흡수관의 타단부를 통해 충격흡수관의 내부로 삽입되어 충격흡수관의 내부를 씰링시키는 씰링수단을 포함하며, 상기 제2회전체는 상기 충격흡수관이 진공챔버로 드나드는 출입공을 형성하며, 상기 출입공에는 충격흡수관의 둘레를 감싸는 씰이 마련되고, 상기 씰을 팽창시켜 상기 씰로 하여금 출입공에 위치된 충격흡수관을 가압하여 충격흡수관의 유동을 방지할 수 있게 한 공압부가 마련된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치를 제공한다.

Description

핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치{A Welding Machine for the Dashpot Tube and Guide Thimble End Plug of the Fuel Assembly}

본 발명은 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접 품질을 높일 수 있는 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치에 관한 것이다.

원자로란 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄의 생산, 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치를 말한다. 일반적으로 경수로 원전에서는 우라늄-235의 비율을 2∼5%로 높인 농축우라늄을 사용한다. 원자로에서 사용되는 핵연료로 가공하기 위하여 우라늄을 5g 정도 무게의 원통형 펠렛(Pellet)으로 만드는 성형가공을 한다. 이 펠렛들을 수백 개씩 다발 형태로 묶어서 지르칼로이 피복관에 장입하고 여기에 스프링과 헬륨기체를 넣은 후 상부봉단마개를 용접하여 연료봉을 제조한다. 연료봉은 최종적으로 핵연료집합체를 구성하여 원자로 내에서 핵반응을 통하여 연소하게 된다.

이러한 핵연료집합체는 도 1에 도시된 바와 같이, 상단고정체(4), 하단고정체(5), 지지격자(2), 안내관(3), 계측관(6)으로 이루어지는 골격체와, 지지격자(2) 내에 장입되어 지지격자(2) 내에 형성된 스프링(미도시) 및 딤플(미도시)에 의하여 지지되는 연료봉(1)으로 구성된다.

상기 안내관(3)은 지지격자(2)와 상하단고정체(4,5)와 결합되어 핵연료집합체의 골격을 이루어 집합체 내의 연료봉(1)들의 하중을 지지하며, 또한 원자로의 출력을 제어하는 제어봉의 삽입을 안내하는 채널 역할과 함께 제어봉 이외에도 독물질봉, 중성자원봉 등의 통로 채널로 기능하며, 재질은 핵연료봉의 피복관과 마찬가지로 지르코늄 합금이 사용된다. 안내관(3)은 원자로 운전 정지 출력제어에 필요한 제어봉이 삽입되는 통로를 제공하며, 원자로의 긴급 정지시 제어봉은 안내관(3) 내부로 자유 낙하한다. 이때 안내관(3) 내부의 하측에는 제어봉의 자유 낙하시 그 충격을 흡수하기 위한 충격흡수관(7)이 구비된다.

충격흡수관(7)은 도 2a에 도시된 바와 같이 안내관(3) 내부에 삽입되어 제어봉의 낙하 충격을 흡수할 수 있으며, 도 2b에 도시된 바와 같이, 안내관 마개(8)를 포함한다. 충격흡수관(7)은 일측에 안내관 마개(8)가 억지 끼움된 후, 충격흡수관(7)과 안내관 마개(8)의 경계부 용접을 통해 제공된다. 상기 충격흡수관(7)의 안내관 마개(8) 접합공정은 품질 확보를 위하여 매우 정밀한 작업을 요구하며 수작업으로 진행하는 경우에는 매우 오랜 공정 시간을 필요로 한다. 또한 충격흡수관(7)과 안내관 마개(8)간 용접은 재용접이 불가능하기 때문에 수작업만으로 충격흡수관(7)과 안내관 마개(8)를 접합하는 것은 매우 생산성이 낮고 품질 확보에도 어려움이 있다.

대한민국 등록번호 제10-1032867호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용접을 통해 충격흡수관과 안내관 마개의 접합이 이루어질 수 있도록 하여 작업 생산성을 높이고, 용접 품질을 높여 양질의 충격흡수관이 제공될 수 있도록 한 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 이를 위해, 프레임의 일측에 설치된 진공챔버; 상기 진공챔버의 용접공간을 향해 설치된 토치부; 상기 진공챔버의 일측에서 상기 용접공간을 향해 설치되며, 상기 용접공간으로 삽입된 충격흡수관의 일단부를 상기 토치부에 대응하여 고정시키는 콜렛 척; 상기 콜렛 척을 회전시킬 수 있도록 설치된 제1회전체와, 상기 충격흡수관을 회전시킬 수 있도록 설치된 제2회전체; 및 상기 진공챔버의 타측에 설치되며, 상기 진공챔버에 삽입된 충격흡수관의 타단부를 통해 충격흡수관의 내부로 삽입되어 충격흡수관의 내부를 씰링시키는 씰링수단을 포함하며, 상기 제2회전체는 상기 충격흡수관이 진공챔버로 드나드는 출입공을 형성하며, 상기 출입공에는 충격흡수관의 둘레를 감싸는 씰이 마련되고, 상기 씰을 팽창시켜 상기 씰로 하여금 출입공에 위치된 충격흡수관을 가압하여 충격흡수관의 유동을 방지할 수 있게 한 공압부가 마련된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치를 제공한다.

이때, 상기 씰링수단은, 상기 충격흡수관의 타단부를 향해 직진 동력을 제공하는 제1직진동력부; 상기 제1직진동력부의 동력에 의해 상기 충격흡수관의 내부를 출입하는 출입바; 상기 출입바의 둘레에 설치되며, 상기 충격흡수관의 내주면에 압입되어 충격흡수관 내부의 기밀을 유지시키는 기밀유지부재를 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 출입바는, 양측이 관통된 중공(中空)의 몸체; 상기 몸체의 내부에서 직진 이동될 수 있도록 설치되며, 상기 몸체의 외측으로 단부가 돌출된 슬라이더; 상기 슬라이더의 단부에 설치되며, 충격흡수관의 내부 유입을 가이드하는 가이드콘을 포함하고, 상기 기밀유지부재는 상기 가이드콘과 상기 슬라이더의 단부 사이에 개재되며, 상기 씰링수단은 상기 몸체의 내부에서 상기 슬라이더를 직진이동시키면서 상기 가이드콘으로 하여금 상기 기밀유지부재를 신축시키는 동력을 제공하는 제2직진동력부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 프레임의 타측에 설치되며, 상기 충격흡수관의 일단부에 안내관 마개를 압입시키는 압입기를 더 포함하며, 상기 압입기는, 충격흡수관이 안착되는 요홈을 형성하는 안착부; 상기 안착부의 상방에서 승강되며, 상기 충격흡수관을 가압하여 안착부에 고정시키는 고정부; 상기 충격흡수관의 일측에 마련되며, 상기 충격흡수관의 일단부에 안내관 마개가 대향되게 안착될 수 있도록 마련된 마개 지지부; 상기 마개 지지부를 통해 안내관 마개를 밀어 충격흡수관의 일단부 내부로 압입시키는 동력을 발생하는 압입실린더를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치는 일측의 압입기를 통해 충격흡수관에 억지끼움된 안내관 마개를 진공챔버에서 자동으로 용접시킬 수 있으므로, 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 충격흡수관의 내부 씰링작업을 자동으로 수행하되, 씰링부재의 팽창을 유도하여 충격흡수관의 기밀유지력을 극대화할 수 있으므로, 충격흡수관과 안내관 마개간 용접의 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 핵연료집합체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a는 핵연료집합체를 구성하는 안내관에 충격흡수관이 삽입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2b는 충격흡수관에 안내관 마개가 결합되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치의 압입기를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치의 용접기를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치의 용접기를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치의 용접기 요부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료집합체의 충격흡수관 용접장치를 구성하는 용접기의 씰링수단을 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치를 구성하는 용접기의 씰링수단 작용을 나타낸 작용도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료집합체의 충격흡수관 용접장치(이하, '용접장치'라 함)에 대하여 설명하도록 한다.

용접장치는 충격흡수관에 안내관 마개를 용접하는 일련의 과정을 효율적으로 수행하여 양질의 충격흡수관 용접작업이 이루어질 수 있도록 하였다.

용접장치는 프레임(100)과, 압입기(200)와, 용접기(300)를 포함한다.

프레임(100)은 용접장치의 구성이 설치되는 틀을 제공한다.

압입기(200)는 충격흡수관(7)에 안내관 마개(8)를 용접하기 전, 안내관 마개(8)를 충격흡수관(7)에 압입시키는 역할을 하며, 프레임(100)의 일측에 설치된다. 압입기(200)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 안착부(210)와, 고정부(220)와, 마개 지지부(230)와, 압입실린더(240)를 포함한다.

압입기(200)의 안착부(210)는 충격흡수관(7)을 지지하는 역할을 하며, 충격흡수관(7)의 길이 방향에 대응되는 요홈(211)을 형성한다. 요홈(211)은 충격흡수관(7)의 외주면 일부를 지지하며, V홈으로 형성됨이 바람직하다. 안착부(210)의 재질은 무방하지만 충격흡수관(7)의 손상을 방지하기 위하여 수지물로 제공됨이 바람직하다. 고정부(220)는 안착부(210)에 안착된 충격흡수관(7)을 상방에서 고정시키는 역할을 한다. 고정부(220)는 안착부(210)의 상방에서 안착부(210)와 대향되도록 설치된다. 고정부(220) 역시 V홈(221)을 형성하며, 수지물로 제공됨이 바람직하다. 고정부(220)는 승강실린더(222)를 통해 안착부(210)의 상부로 승강될 수 있도록 설치된다. 마개 지지부(230)는 충격흡수관(7)에 압입시키기 위한 안내관 마개(8)를 위치시키는 구성이다. 마개 지지부(230)는 충격흡수관(7)의 길이 방향으로 안착부(210)의 일측에 설치된다. 마개 지지부(230)에는 안내관 마개(8)를 충격흡수관(7)으로 밀어내기 위한 푸시공(231)이 형성되며, 푸시공(231)에 안내관 마개(8)가 밀착된다. 압입실린더(240)는 마개 지지부(230)에 위치된 안내관 마개(8)를 충격흡수관(7)의 일단부로 압입시키는 동력을 발생한다. 압입실린더(240)의 로드는 마개 지지부(230)의 푸시공(231)에 설치되며, 푸시공(231) 내에서 직진운동을 한다.

용접기(300)는 압입기(200)를 통해 안내관 마개(8)가 압입된 충격흡수관(7)과 안내관 마개(8)를 용접시키는 역할을 한다. 용접기(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 프레임(100)의 타측에 설치된다. 용접기(300)는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 진공챔버(310)와, 토치부(320)와, 콜렛 척(330)과, 회전체(340)와, 씰링수단(350)을 포함한다.

용접기(300)의 진공챔버(310)는 충격흡수관(7)과 안내관 마개(8)의 경계면 용접이 이루어지는 용접공간(311)을 제공하되, 진공의 상태를 제공한다. 진공챔버(310) 내에서의 용접은 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)방식으로 제공된다. 용접공간(311)은 진공챔버(310)의 중앙에 제공되며, 진공챔버(310)의 일측에는 콜렛 척(330)이 설치된다. 또한 진공챔버(310)의 타측은 용접을 위한 충격흡수관(7)이 용접공간(311)으로 출입될 수 있도록 제공된다. 진공챔버(310)에는 용접상태 확인을 위한 투명창(312)이 설치된다. 투명창(312)의 일측에는 용접품질을 면밀하게 살펴보기 위한 촬영수단(313)이 투명창(312)을 향해 마련되고, 촬영수단(313)을 통해 촬영된 영상을 디스플레이하는 모니터(미도시)가 마련된다.

용접기(300)의 토치부(320)는 자동용접을 수행하며, 진공챔버(310)의 상방에 설치된다. 토치부(320)는 진공챔버(310)의 상방에서 용접공간(311)을 향해 설치된다. 토치부(320)는 상기한 바와 같이 GTAW용접을 위한 구성이면 무방하며, 공지된 기술이 적용될 수 있다.

용접기(300)의 콜렛 척(330)은 용접공간(311)으로 유입된 충격흡수관(7)을 고정시키는 역할을 하며, 도 7에 도시된 바와 같이 진공챔버(310)의 일측에 설치된다. 콜렛 척(330)은 용접공간(311)에 위치된 충격흡수관(7)의 안내관 마개(8)를 고정시킨다. 이에 따라, 충격흡수관(7)의 용접위치가 진공챔버(310)에서 가이드될 수 있다.

용접기(300)의 회전체(340)는 용접대상체인 충격흡수관(7)을 회전시키는 역할을 한다. 진공챔버(310) 상방의 토치부(320)가 아크를 발생시키는 동안, 토치부(320)에 대응된 충격흡수관(7)은 회전체(340)를 통해 회전되면서 안내관 마개(8) 경계면의 용접이 자동으로 이루어질 수 있는 것이다. 회전체(340)는 진공챔버(310)의 양측에 마련되며, 설명의 편의상 제1회전체(341)와 제2회전체(342)라 한다. 제1회전체(341)는 진공챔버(310)의 일측에 설치되며 콜렛 척(330)을 회전시킬 수 있도록 설치된다. 제2회전체(342)는 진공챔버(310)의 타측에 설치되며, 충격흡수관(7)을 회전시킬 수 있도록 설치된다. 제2회전체(342)는 충격흡수관(7)이 진공챔버(310)로 드나들 수 있도록 출입공(342a)을 형성하는데, 출입공(342a)의 내경은 충격흡수관(7)의 외경에 비해 크게 형성되어야 함은 당연하다. 이때, 출입공(342a)과 충격흡수관(7)간에 직경차로 인해 유격이 발생하고 유격에 의해 충격흡수관(7)은 제2회전체(342)에서 유동될 수 있는바, 제2회전체(342)에는 도 7에 도시된 바와 같이 유격을 보상하기 위한 공압부(343)가 마련된다. 공압부(343)는 공압을 발생시키고, 공압 발생에 의해 씰(343a)이 팽창함에 따라 충격흡수관(7)은 제2회전체(342) 내에서 유동이 방지될 수 있다.

회전체(340)를 회전시키기 위한 동력수단(344)이 마련되며, 동력수단(344)은 도 6에 도시된 바와 같이 프레임(100)의 하부에 설치된다. 동력수단(344)은 모터(344a)와 벨트(344b)로 구성된다. 벨트(344b)는 모터(344a)의 축과 회전체(340) 사이에 연결되어 모터(344a)의 동력을 회전체에 전달한다.

용접기(300)의 씰링수단(350)은 진공챔버(310)에 유입된 충격흡수관(7)의 내부를 씰링하여 외기가 진공챔버(310)내로 유입되는 것을 방지한다. 충격흡수관(7)은 일단부만 진공챔버(310)에 유입되어 있으므로, 작업자는 진공챔버(310)의 외부로 노출된 충격흡수관(7)의 타단부를 씰링하여 진공챔버(310)로의 외기 유입을 차단해야하는 것이다.

씰링수단(350)은 진공챔버(310)의 타측에 마련되며, 도 8에 도시된 바와 같이 제1직진동력부(351)와, 출입바(352)와, 기밀유지부재(353)와, 제2직진동력부(354)를 포함한다. 씰링수단(350)은 이송레일(360)을 통해 프레임(100) 상에서 Y축으로 이송된다. 이송레일(360)은 LM가이드로 제공될 수 있다.

씰링수단(350)의 제1직진동력부(351)는 충격흡수관(7)을 향해 출입바(352)를 직진 이동시키는 동력을 발생한다. 제1직진동력부(351)는 충격흡수관(7)의 타단부에 출입바(352)를 삽입시키거나 충격흡수관(7)으로부터 출입바(352) 전체를 빼내는 동력을 발생시키는 것이다. 제1직진동력부(351)는 실린더로 제공됨이 바람직하다.

씰링수단(350)의 출입바(352)는 진공챔버(310)에 일단부가 삽입된 충격흡수관(7)의 타단부를 통해 충격흡수관(7)의 내부에 출입하면서 충격흡수관(7)의 내부를 씰링하는 역할을 한다. 출입바(352)는 도 7에 도시된 바와 같이 몸체(352a)와, 슬라이더(352b)와, 가이드콘(352c)을 포함한다.

출입바(352)의 몸체(352a)는 양측이 관통된 중공(中空)의 관체로 이루어지며, 제1직진동력부(351)에 의해 직진운동을 할 수 있도록 설치된다. 몸체(352a)의 둘레에는 도 8에 도시된 바와 같이 스토퍼(355)가 설치됨이 바람직하다. 스토퍼(355)는 출입바(352)가 충격흡수관(7)의 내부에 삽입되는 과정에서, 출입바(352)의 과도한 삽입을 제한하며, 충격흡수관(7)의 내부에 출입바(352)의 위치를 가이드하는 역할을 한다. 스토퍼(355)는 출입바(352) 몸체(352a)의 외경보다 큰 직경을 갖도록 형성되며, 스토퍼(355)의 전면에는 충격흡수관(7)의 타단부를 수용할 수 있는 수용홈(355a)이 형성된다. 수용홈(355a)은 충격흡수관(7) 수용이 원활하게 이루어질 수 있도록 경사면을 형성함이 바람직하다. 또한, 스토퍼(355)에는 완충스프링(355b)이 설치됨이 바람직하다. 완충스프링(355b)은 출입바(352)가 전진하여 충격흡수관(7)이 수용홈(355a)에 수용되는 과정에서 발생하는 충격을 완충시키기 위함으로써, 스토퍼(355)는 몸체(352a)에서 이동될 수 있도록 설치되되 완충스프링(355b)을 통해 지지되도록 설치된다.

출입바(352)의 슬라이더(352b)는 몸체(352a)의 내부에 삽입되며, 몸체(352a)의 내부에서 슬라이딩될 수 있도록 설치된다. 슬라이더(352b)는 기밀유지부재(353)를 팽창시키는 작용을 하며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다. 슬라이더(352b)는 후술하는 제2직진동력부(354)에 의해 움직일 수 있도록 설치된다. 슬라이더(352b)는 몸체(352a)를 통해 단부가 스토퍼(355)의 외측으로 돌출될 수 있을 정도의 길이로 제공된다.

출입바(352)의 가이드콘(352c)은 출입바(352)를 충격흡수관(7)의 내부로 원활하게 삽입시키는 역할을 하며, 슬라이더(352b)의 단부에 결합된다. 가이드콘(352c)은 경사면을 형성한 고깔(cone)의 형태로 이루어짐으로써 충격흡수관(7)으로의 출입바(352) 삽입을 원활하게 할 수 있다.

씰링수단(350)의 기밀유지부재(353)는 충격흡수관(7)의 내부에서 기밀을 유지시키는 역할을 하며, 가이드콘(352c)과 몸체(352a) 사이의 슬라이더(352b)에 설치된다. 기밀유지부재(353)는 연질임이 바람직하며, 실리콘임이 바람직하다. 기밀유지부재(353)는 출입바(352)의 충격흡수관(7) 삽입을 통해 기밀을 유지시킬 수 있으며, 슬라이더(352b)의 움직임을 통해 기밀유지력을 극대화시킬 수 있다. 즉, 슬라이더(352b)의 움직임(도면상 우측)을 통해 가이드콘(352c)이 기밀유지부재(353)를 길이 방향으로 수축시킴에 따라 기밀유지부재(353)는 원주 방향으로 팽창을 하면서 충격흡수관(7)의 내주면에 압착되어 씰링 효과를 극대화시킬 수 있는 것이다.

씰링수단(350)의 제2직진동력부(354)는 슬라이더(352b)를 직진이동시키는 동력을 발생하며, 출입바(352)와 제1직진동력부(351) 사이에 설치된다. 제1직진동력부(351)가 출입바(352) 전체를 움직이는 동력을 발생하는 것이라면, 제2직진동력부(354)는 출입바(352)를 구성하는 슬라이더(352b)만 움직여 기밀유지부재(353)를 신축시키는 역할을 하는 것이다. 제2직진동력부(354)도 실린더로 제공됨이 바람직하다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 용접장치를 통해 충격흡수관에 안내관 마개의 용접이 이루어지는 과정에 대하여 설명하도록 한다.

작업자는 충격흡수관(7)을 압입기(200)의 안착부(210)에 안착시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이 충격흡수관(7)의 일부는 안착부(210)의 V홈(211)에 안착되고 충격흡수관(7)의 단부는 마개 지지부(230)에 안착이 된다. 작업자는 마개 지지부(230)에 안내관 마개(8)를 올려놓고, 압입실린더(240)를 작동하여 안내관 마개(8)를 충격흡수관(7)의 단부에 압입시킨다. 이후, 작업자는 안내관 마개(8)가 압입된 충격흡수관(7)을 용접기(300)로 이동시킨다.

작업자는 안내관 마개(8)가 압입된 충격흡수관(7)의 일단부를 진공챔버(310) 내로 투입시킨다. 충격흡수관(7)의 일단부는 도 7에 도시된 바와 같이 콜렛 척(330)에 고정되며, 충격흡수관(7)과 안내관 마개(8)의 경계부위는 용접공간(311)에서 토치부(320)에 대응된다.

다음으로 작업자는 공압부(343)를 작동하여 제2회전체(342) 내에서 씰(343a)을 팽창시킨다. 이에 따라, 충격흡수관(7)은 팽창된 씰(343a)에 의해 압착됨에 따라 제2회전체(342) 내에서 움직임이 구속된다. 이후, 작업자는 제1직진동력부(351)를 작동하여 도 9a에 도시된 바와 같이 출입바(352)를 충격흡수관(7)의 내부에 삽입시킨다. 이때, 가이드콘(352c)에 의해 출입바(352)는 충격흡수관(7)에 유연하게 삽입되며, 스토퍼(355)가 충격흡수관(7)에 걸리면서 출입바(352)의 삽입이 정지된다. 이때, 완충스프링(355b)의 탄성에 의해 스토퍼(355)와 충격흡수관(7) 간 맞부딪힘 충격은 감쇠될 수 있다.

작업자는 제2직진동력부(354)를 작동하여 출입바(352)의 슬라이더(352b)를 도면상 우측으로 후진시킨다. 이때, 가이드콘(352c)은 슬라이더(352b)를 따라 움직이면서 도 9b에 도시된 바와 같이 기밀유지부재(353)를 기밀유지부재(353)의 길이 방향으로 수축시킨다. 기밀유지부재(353)가 길이 방향으로 수축됨에 따라, 기밀유지부재(353)는 원주 방향으로 팽창되어 충격흡수관(7)의 내주면에 압착된다. 이에 따라, 충격흡수관(7)의 내부는 씰링된다.

작업자는 용접 중 산화로 인한 용접부 변색 방지를 위해 진공 펌프를 이용해진공챔버(310) 내부를 진공 상태로 조성한다. 이후 작업자는 진공챔버(310) 내부에 아르곤 가스를 충압시킨다. 이로써, 진공챔버(310)내의 용접준비가 완료된다.

이후, 작업자가 동력수단(344)의 모터(344a)를 작동시키면 벨트(344b)는 모터(344a)의 동력을 각 회전체(340) 전달함으로써, 제1회전체(341) 및 제2회전체(342)가 회전되며 충격흡수관(7) 역시 회전된다. 이때, 작업자는 토치부(320)를 이용해 아크를 발생시키고, 아크열은 안내관 마개(8)와 충격흡수관(7)의 단부를 용융시켜 용접을 수행한다. 용접부위는 촬영수단(313)을 통해 촬영되어 모니터로 디스플레이되며, 작업자는 모니터를 통해 용접 과정 및 용접 품질을 확인한다.

용접이 완료되면 작업자는 아르곤 가스로 용접부위를 냉각시키고 동력수단(344)을 정지시킨다. 이후, 출입바(352)의 슬라이더(352b)는 도 9a에 도시된 바와 같이 도면상 좌측으로 이동하여 기밀유지부재(353)를 복원시키고, 제1직진동력부(351)의 동력에 의해 출입바(352)는 충격흡수관(7)으로부터 빠져나간다. 이후, 공압부(343)는 공압을 해제시키고, 콜렛 척(330)의 구속이 해제됨에 따라 충격흡수관(7)은 움직임이 자유로운 상태가 된다.

이후, 작업자는 진공챔버(310)로부터 충격흡수관(7)을 빼냄으로써, 충격흡수관(7)과 안내관 마개(8)의 용접 작업이 완료된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치는 충격흡수관에 안내관 마개가 자동 용접을 통해 결합될 수 있도록 하여 작업 생산성을 높였으며, 진공챔버 내의 진공 환경이 효과적으로 이루어질 수 있도록 하여 용접 작업의 품질을 높일 수 있도록 하였다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 프레임 200 : 압입기
210 : 안착부 211,221 : 요홈(V홈)
220 : 고정부 222 : 승강실린더
230 : 마개 지지부 231 : 푸시공
240 : 압입실린더 300 : 용접기
310 : 진공챔버 311 : 용접공간
312 : 투명창 313 : 촬영수단
320 : 토치부 330 : 콜렛 척
340 : 회전체 341 : 제1회전체
342 : 제2회전체 342a : 출입공
343 : 공압부 344 : 동력수단
344a : 모터 344b : 벨트
350 : 씰링수단 351 : 제1직진동력부
352 : 출입바 352a : 몸체
352b : 슬라이더 352c : 가이드콘
353 : 기밀유지부재 354 : 제2직진동력부
355 : 스토퍼 355a : 수용홈
355b : 완충스프링 360 : 이송레일
343a : 씰

Claims

프레임의 일측에 설치된 진공챔버;
상기 진공챔버의 용접공간을 향해 설치된 토치부;
상기 진공챔버의 일측에서 상기 용접공간을 향해 설치되며, 상기 용접공간으로 삽입된 충격흡수관의 일단부를 상기 토치부에 대응하여 고정시키는 콜렛 척;
상기 콜렛 척을 회전시킬 수 있도록 설치된 제1회전체와, 상기 충격흡수관을 회전시킬 수 있도록 설치된 제2회전체; 및
상기 진공챔버의 타측에 설치되며, 상기 진공챔버에 삽입된 충격흡수관의 타단부를 통해 충격흡수관의 내부로 삽입되어 충격흡수관의 내부를 씰링시키는 씰링수단을 포함하며,
상기 제2회전체는 상기 충격흡수관이 진공챔버로 드나드는 출입공을 형성하며, 상기 출입공에는 충격흡수관의 둘레를 감싸는 씰이 마련되고,
상기 씰을 팽창시켜 상기 씰로 하여금 출입공에 위치된 충격흡수관을 가압하여 충격흡수관의 유동을 방지할 수 있게 한 공압부가 마련된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 씰링수단은,
상기 충격흡수관의 타단부를 향해 직진 동력을 제공하는 제1직진동력부;
상기 제1직진동력부의 동력에 의해 상기 충격흡수관의 내부를 출입하는 출입바;
상기 출입바의 둘레에 설치되며, 상기 충격흡수관의 내주면에 압입되어 충격흡수관 내부의 기밀을 유지시키는 기밀유지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치.
제2항에 있어서,
상기 출입바는,
양측이 관통된 중공(中空)의 몸체;
상기 몸체의 내부에서 직진 이동될 수 있도록 설치되며, 상기 몸체의 외측으로 단부가 돌출된 슬라이더;
상기 슬라이더의 단부에 설치되며, 충격흡수관의 내부 유입을 가이드하는 가이드콘을 포함하고,
상기 기밀유지부재는 상기 가이드콘과 상기 슬라이더의 단부 사이에 개재되며,
상기 씰링수단은 상기 몸체의 내부에서 상기 슬라이더를 직진이동시키면서 상기 가이드콘으로 하여금 상기 기밀유지부재를 신축시키는 동력을 제공하는 제2직진동력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
프레임의 타측에 설치되며, 상기 충격흡수관의 일단부에 안내관 마개를 압입시키는 압입기를 더 포함하며, 상기 압입기는,
충격흡수관이 안착되는 요홈을 형성하는 안착부;
상기 안착부의 상방에서 승강되며, 상기 충격흡수관을 가압하여 안착부에 고정시키는 고정부;
상기 충격흡수관의 일측에 마련되며, 상기 충격흡수관의 일단부에 안내관 마개가 대향되게 안착될 수 있도록 마련된 마개 지지부;
상기 마개 지지부를 통해 안내관 마개를 밀어 충격흡수관의 일단부 내부로 압입시키는 동력을 발생하는 압입실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 충격흡수관과 안내관 마개 용접장치.