KR880000443B1

KR880000443B1 - Induction heating device for hard soldering

Info

Publication number: KR880000443B1
Application number: KR1019850001206A
Authority: KR
Inventors: 서경수; 정성훈; 강명수
Original assignee: 한국 에너지연구소; 한필순
Priority date: 1985-02-27
Filing date: 1985-02-27
Publication date: 1988-04-06
Also published as: KR860006304A

Abstract

The device includes a base plate (10) provided with a plurality of projective fixtures (12) for holding the bottom ends of workpieces and arranged to hold a central support shaft (11), on which are alternatimely fitted height adjusters (13) and inductive bodies (14) with holes (16) for holding workpieces. A cover plate (15) provided with projective fixtures (12') for holding the top ends of the workpieces is put on the top of the support shaft (11) to be secured by means of a nut (11a) onto the threaded part (11') of the shaft. The holes (16) are cut open to the outer circumferential surface of the inductive bodies (14).

Description

Secondary induction heating device for hardening the attachment to the nuclear fuel rod cladding

제1도는 현재 사용되는 유도가열장치를 나타낸 설명도.1 is an explanatory diagram showing an induction heating apparatus currently used.

제2도는 대기중에서 산소등과 반응성이 있는 가공물의 유도가열장치를 나타낸 설명도.2 is an explanatory diagram showing an induction heating apparatus for a workpiece that is reactive with oxygen in the atmosphere.

제3도는 핵 연료 피복관의 정면도.3 is a front view of a nuclear fuel cladding tube.

제4도는 핵 연료 피복관의 확대평면도.4 is an enlarged plan view of a nuclear fuel cladding tube.

제5도는 본 발명장치의 요부를 나타내기 위하여 일부를 절결한 정면도.5 is a front view of a part cut away to show the main parts of the present invention.

제6도는 유도체의 일실시예를 나타낸 평면도.6 is a plan view showing an embodiment of the derivative.

제7도는 본 발명장치의 요부를 나타내기 위하여 일부를 절결한 사시도.7 is a perspective view of a part cut away to show the main part of the apparatus of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

3 : 고주파발생기 4 : 코일3: high frequency generator 4: coil

5 : 밀폐용기 6 : 진공장치5: sealed container 6: vacuum device

7 : 핵연료피복관 8 : 합금편7: nuclear fuel cladding tube 8: alloy piece

10 : 저판 11 : 지지축10: bottom plate 11: support shaft

12, 12' : 가공물 상, 하단고정구 13 : 높이 조절구12, 12 ': Workpiece upper, lower fixture 13: Height adjuster

14 : 유도체 15 : 덮판14: derivative 15: cover plate

16 : 가공물장전구멍 16' : 연결홈16: workpiece loading hole 16 ': connecting groove

본 발명은 핵연료봉의 제조시 지르코늄 합금으로 된 핵연료피복관의 외면에 지르코늄 합금 부착물을 효과적으로 경납땜하기 위한 유도가열장치에 관한 것이다.The present invention relates to an induction heating apparatus for effectively brazing zirconium alloy deposits on the outer surface of a nuclear fuel cladding tube made of a zirconium alloy in the manufacture of nuclear fuel rods.

핵열료봉의 제조공정중에는 지르코늄 합금관 외부에 용가제로서 베릴룸(Beryllium)을 저면에 코팅시킨 지르코늄 합금편을 스포트 용접으로 고정시킨후 경납땜으로 그 부착물을 완전히 고정시키는 과정이 있는데 대부분의 경우 핵연료피복판이 500mm 정도 되면 그 중단부에는 5-6개의 합금편을 경납땜으로 고정시키고 양단부 가까운 곳에서는 1개정도의 합금편을 경납땜으로 고정시킨다.In the manufacturing process of nuclear fuel rod, there is a process of fixing a zirconium alloy piece coated with beryllium on the bottom of the zirconium alloy tube as a solvent by spot welding and then completely fixing the attachment by brazing. When the cover plate is about 500mm, 5-6 alloy pieces are fixed by brazing at the stop and about 1 alloy piece is fixed by brazing near the both ends.

이 합금편들은 수개의 핵연료피복관들을 다발화할 때 그 간격들을 일정하게 유지시키고 핵연료피복관들이 진동되는 것을 방지하여주는 목적으로 핵연료피복관의 외면에 고정되는 것인데 핵연료피복관의 양단부 가까운 곳에 부착되어 합금편과 중단부에 부착되는 합금편중 1개는 길이가 길고 그 나머지의 합금편들은 그 길이가 상기의 것보다 약간 짧게 된다.These alloy pieces are fixed to the outer surface of the fuel cladding tube to keep the gaps constant when multiple fuel cladding tubes are bundled and to prevent the fuel cladding from vibrating. One of the alloy pieces attached to the portion is long in length, and the remaining alloy pieces are shorter in length than the above.

상기의 작업시에는 가열온도가 매우 정밀하게 관리되어야 하고 또한 핵연료피복관의 재료인 지르코늄 합금과 산소의 반응성 때문에 진공 상태하에서 수행되어야 하는 바 이러한 공정은 일반적으로 핵연료봉의 제조공정중 가장 어려운 공정중의 하나이었으며 본 발명은 이러한 경납땜 공정을 효과적으로 수행가기 위하여 이차 유도가열방법을 도입하므로서 작업상의 난이점을 해결하였다.In the above operation, the heating temperature must be controlled very precisely, and must be carried out under vacuum due to the reactivity of the zirconium alloy, which is a material of the fuel cladding tube, and oxygen. The present invention solves the difficulties in operation by introducing a secondary induction heating method in order to perform this brazing process effectively.

종래에 상기의 경납땜 곤정을 하기 위하여는 밀폐용기내에서 일차 유도가열방법에 의하여 일회가열에 한개의 가공물을 경납땜하는 장치를 사용하였는바 이와같은 장치에서의작업은 많은 작업시간을 필요로 하기 때문에 양산공정에 적용하기 어렵고 작업회수가 많아져서 균일한 품질을 유지하기가 곤란하게 된다.Conventionally, in order to perform the brazing process described above, a device which brazes a work piece in one heating by a primary induction heating method in a sealed container is used. It is difficult to apply to the mass production process and the number of working times increases, making it difficult to maintain uniform quality.

첨부도면 제1도, 제2도에 표시한 것은 현재 일반적으로 사용되고 있는 유도가열장치인데 제1도의 것은 핵연료피복관 등의 가공물(1)의 양단어 고정구(2)에 의하여 고정되어 있고 가공물(1)의 가열부위는 고주파 발생기(3)와 연결된 코일(4)이 그 주위에 감겨져 있으므로 코일(4)에 전류가 흐르게 되면 가공물(1)에는 코일(4)에 흐르는 전류의 반대방향으로 유도전류가 흐르게 되어 가공물(1)의 표면이 가열되는 것이다.In FIG. 1 and FIG. 2, the induction heating apparatus generally used is shown in FIG. 1. In FIG. 1, the workpiece 1 is fixed by the two-terminal fixtures 2 of the workpiece 1, such as a fuel coating tube. In the heating part of the coil 4 connected to the high frequency generator 3 is wound around it, when a current flows in the coil 4, the workpiece 1 causes the induced current to flow in the opposite direction to the current flowing in the coil 4. The surface of the workpiece 1 is then heated.

제2도는 산소와의 반응성이 있는 가공물(1)의 가열에 사용되고 있는 유도가열장치로서 제1도와 같은 장치에 가공물(1)이 산화되는 것을 방지하기 위하여 가공물(1)을 석영 또는 내열유리등으로 제조된 밀폐용기(5)로 밀폐시킨 후 진공장치(6)로서 밀폐용기(5) 내부를 진공상태로 만든후 제1도의 설명에서와 같은 방법으로 가열시키는 것이다.2 is an induction heating apparatus used for heating a workpiece 1 that is reactive with oxygen. In order to prevent the workpiece 1 from being oxidized in the apparatus as shown in FIG. 1, the workpiece 1 is made of quartz or heat-resistant glass. After sealing with the manufactured hermetic container (5), the inside of the hermetic container (5) as a vacuum device 6 is made into a vacuum state and then heated in the same manner as described in FIG.

본 발명에서 사용되는 가공물은 핵연료봉의 제조시에 필요한 것으로 지르코늄 합금인 지르카로리-4(Zircaloy-4)로 된 핵연료피복관(7)에 저면에 베릴룸의 용가제(9)가 코팅된 지르카로리-4 합금편(8) 저면 양측에 돌설된 소돌기(8')를 이용하여 핵연료피복관(7)과 소돌기(8')가 스포트 용접이 되도록 한다.The workpiece to be used in the present invention is required for the manufacture of the nuclear fuel rods, the zircalori-coated berylum solvent (9) coated on the bottom surface of the nuclear fuel sheath (7) made of zircaloy-4, a zirconium alloy 4 Using the small protrusions 8 'protruding from both sides of the bottom surface of the alloy piece 8, the nuclear fuel coating pipe 7 and the small protrusions 8' are spot welded.

그런데 여기에서 핵연료피복관(7)은 그 대부분이 관의 두께(t)가 0.42mm 정도의 것을 사용하고 합금편(8)은 그 두께(t)가 0.8-2mm 정도의 것을 사용하는데 합금편(8) 저면에 돌설되는 소돌기(8')의 돌설부분은 약 0.05mm 정도로 아주 미세하게 사용한다.By the way, the nuclear fuel cladding tube 7 uses a thing whose thickness (t) is about 0.42 mm, and the alloy piece (8) uses a thing whose thickness (t) is about 0.8-2 mm here. ) The projection of the small projection (8 ') which is bulging on the bottom is used very finely about 0.05mm.

따라서 합금편(8)의 소돌기(8')를 핵연료피복관(7)의 외면에 스포트 용접을 하게 되면 그 용접이 순간적으로 일어나게 되므로 핵연료 피복관(7)의 외면이나 조직상에 있어 변화를 일으키지 않게 되는 것이다.Therefore, when spot welding 8 'of the alloy piece 8 is spot-welded to the outer surface of the fuel cladding tube 7, the welding is instantaneously generated, so that no change occurs in the outer surface or structure of the fuel cladding tube 7. Will be.

상기의 과정으로 핵연료피복관(7)을 경납땜하기 위한 준비작업은 완료되며 상기의 공정은 현재 핵연료피복관(7)에 합금편(8)을 부착시킬 때의 방법과 동일하며 합금편(8)이 소정위치와 수정의 개수로 핵연료피복관(7)에 부착이 완료되면 본 발명의 2차 유도가열장치 내에 삽입되어 합금편(8)을 핵연료피복관(7)에 견고하게 경납땜시키게 되는 것이다.The preparation process for brazing the nuclear fuel cladding tube 7 is completed by the above process, and the above process is the same as the method for attaching the alloy strip 8 to the fuel cladding tube 7 at this time. When the attachment to the nuclear fuel cladding tube 7 is completed by a predetermined position and the number of modifications, the alloy piece 8 is firmly brazed to the nuclear fuel cladding tube 7 by being inserted into the secondary induction heating apparatus of the present invention.

본 발명의 2차 유도가열장치의 구성은 첨부도면 제5도, 제7도와 같이 저판(10)에

형의 가공물하단고정구(12)를 수개 돌설시키고 저판(10)의 중아부에는 지지축(11)을 고정시키고 지지축(11)에 소정의 높이를 가진 높이조절구(13)와 구리등과 같이 저항이 극히 미소한 재질로된 유도체(14)를 순차적으로 삽입시키며 그 지지축(11)의 상부에는

형의 가공물상단고정구(12')가 돌설된 덮판(15)을 고정시킨다.The configuration of the secondary induction heating apparatus of the present invention is attached to the bottom plate 10 as shown in Figs.

The lower end fixture 12 of the mold is projected several times, and the support shaft 11 is fixed to the middle part of the bottom plate 10, and the height adjusting tool 13 having a predetermined height on the support shaft 11 and copper, etc. Inductors 14 made of extremely low resistance materials are sequentially inserted, and the upper portion of the support shaft 11

The cover plate 15 in which the upper end fixture 12 'of the mold protrudes is fixed.

그리고 지지축(11)의 상단부에는 나선부(11')가 나설되어 낫트(11a)로서 지지축(11)과 덮판(15) 등을 고정시키게 하였다.The spiral 11 'is screwed on the upper end of the support shaft 11 to fix the support shaft 11 and the cover plate 15 as the nat 11a.

한편, 구리 등과 같이 저항이 극히 미소한 재질로된 유도체(14)에는 가공물장전구멍(16)이 핵연료피복관(7)의 외경보다 약간 크게 뚫어져 있고 그 가공물장전구멍(16)은 유도체(14)의 바깥주연부와 연결홈(16')으로 연결되어 있는데 여기에서 가공물장전구멍(16)의 개수는 임의의 개수로 설정할 수 있다.On the other hand, the workpiece loading hole 16 is drilled slightly larger than the outer diameter of the nuclear fuel cladding tube 7 in the derivative 14 made of a material having extremely low resistance such as copper, and the workpiece loading hole 16 is formed of the derivative 14. It is connected to the outer periphery and the connecting groove 16 ', where the number of workpiece loading holes 16 can be set to any number.

본 발명에서 핵연료피복관(7)을 유도체(14)의 가공물장전구멍(16)에 삽입시킬때에는 지지축(11) 상부의 낫트(11a)를 나선부(13')와 이완시키면 덮판(15)을 지지축(11)에서 이완시킬 수 있게 되는데 이때 필요개수의 핵연료피복관(7)들을 제일 상단부에 위치한 유도체(14)의 가공물장전구멍(16)부터 핵연료피복판(7)을 삽입시켜 핵연료피복관(7)의 하단부가 저관(10)의 가공물하단고정구(12) 외부로 삽입되도록 한다음 덮판(15)의 저면으로 돌설된 가공물상단고정구(12')가 핵연료 피복관(7)의 상단부 내면으로 삽입되도록 하고 덮판(15)을 지지축(11)의 나선부(11')와 낫트(11a)를 이용하여 고정시키고 밀폐용기(5)로서 상기의 장치를 덮어 씌운다.In the present invention, when inserting the nuclear fuel cladding 7 into the workpiece loading hole 16 of the derivative 14, the cover plate 15 is loosened by loosening the nat 11a on the support shaft 11 with the spiral portion 13 '. It is possible to relax in the support shaft (11) at this time insert the required number of fuel cladding (7) from the workpiece loading hole (16) of the workpiece loading hole (16) of the derivative (14) located at the top of the nuclear fuel cladding (7) The lower end of the bottom tube 10 is inserted into the outside of the lower end fixture 12 of the bottom tube 10, and then the upper end fixture 12 'protruding into the bottom of the cover plate 15 is inserted into the inner surface of the upper end of the nuclear fuel cladding 7. The cover plate 15 is fixed using the spiral portion 11 'and the nat 11a of the support shaft 11, and the apparatus is covered with the sealed container 5.

다음 밀폐용기(5) 내에 있던 공기를 진공장치(6)의 배관라인(6')을 통하여 밀폐용기(5) 밖으로 배출시켜 밀폐용기(5) 내부의 진공상태가 10^-2-10^-6Torr로 유지되도록 한다.Next, the air in the sealed container 5 is discharged out of the sealed container 5 through the pipe line 6 'of the vacuum apparatus 6 so that the vacuum state inside the sealed container 5 is 10 ^-2 -10 ^-6 Torr. To be maintained.

상기에서 가공물장전구멍(16)과 핵연료피복관(7) 사이의 간격(d)은 너무 가까워도 안되고 너무 멀어도 전도효율이 저하되므로 그 간격(d)은 0.2mm 정도가 적합하다.In the above, the distance d between the workpiece loading hole 16 and the nuclear fuel cladding 7 is not too close or too far, so that the conduction efficiency is lowered, so that the distance d is about 0.2 mm.

상기 과정이 끝나면 이동성 실린더(17)로서 코일(4)을 고정하고 있는 코일고정구(18)를 상하로 이동시켜 코일(4)이 밀폐용기(5)의 외주연부중 유도체(14)의 바깥부분에 해당되는 부분에 위치되게 한 다음, 고주파발생기(3)로서 전류를 코일(4)에 공급시키면 첨부도면 제6도의 화살표방향으로 일차전류가 흐르게되면 유도체(14)에서는 그 반대방향으로 유도되는 이차전류가 유도체(14)의 표면을 흐르게 되므로서 이차전류는 유도체(14)의 연결홈(16')을 통하여 가공물장전 구멍(16)으로 흐르게 되어 가공물장전구멍(16) 내에 위치된 핵연료 피보관(7)의 외부로 이차유도전류가 흐르면서 그 핵연료피복관(7)과 합금편(8)을 가열시켜 핵연료 피복관(7)에 합금편(8)이 견고하게 부착되는 것인데 그 과정이 끝나면 이동성 실린더로서 밀폐용기(5)의 외주연부를 이동시키면서 핵연료피복관(7)의 세부분에 합금편(8)을 부착시키게 한다.After the above process, the coil fixing tool 18 fixing the coil 4 as the movable cylinder 17 is moved up and down so that the coil 4 is placed on the outer portion of the derivative 14 in the outer periphery of the sealed container 5. When the current is supplied to the coil 4 as the high frequency generator 3, the primary current flows in the direction of the arrow of FIG. 6, and the derivative 14 is induced in the opposite direction. The secondary current flows into the workpiece loading hole 16 through the connecting groove 16 'of the derivative 14, so that the secondary current flows through the surface of the derivative 14, and thus the nuclear fuel retainer 7 located in the workpiece loading hole 16 After the secondary induction current flows to the outside, the fuel cladding tube 7 and the alloy piece 8 are heated, so that the alloy piece 8 is firmly attached to the nuclear fuel cladding tube 7. While moving the outer periphery of (5) The alloy piece 8 is attached to the details of the nuclear fuel cladding tube 7.

이차유도가열에 의한 경납땜 조건은 처음 10초간에 용가제(9)인 베릴륨과 모재인 지르칼로이가 공정합금을 형성하는데 필요한 온도인 1100℃ 이상까지 상승시키고 그 온도에서 10초간 유지하여 공정합금이 충분히 형성되게 한후 자연냉각시키면 피복관과 합금편은 완전하게 경납땜된다.The brazing conditions by secondary induction heating were carried out in the first 10 seconds until the temperature of the beryllium, the solubilizer (9), and the base material, zircaloy, was raised to 1100 ° C or more, which is required to form the process alloy, and maintained at that temperature for 10 seconds. After sufficient formation and natural cooling, the cladding tube and alloy piece are completely brazed.

그리고 고주파발생기(3)의 용량은 유도체(14)에 장전되는 핵연료 피복관(7)의 개수와 비례하게 되고 일차코일(4)의 외주연부에는 냉각수관(4')이 위치되어 있다.In addition, the capacity of the high frequency generator 3 is proportional to the number of nuclear fuel claddings 7 loaded in the derivative 14, and the cooling water pipe 4 'is positioned at the outer periphery of the primary coil 4.

상기와 같은 방법으로 핵연료피복관(7)의 세부분에 합금편(8)을 부착시킨 다음에는 약 1100℃ 정도까지 가열되었던 밀폐용기(5)내의 온도를 200℃ 정도까지 되도록 자연 또는 인공 냉각시킨 다음 핵연료피복관(7)을 유도체(14)에서 이완시키고 경납땜 공정을 거쳐야 할 또다른 핵연료피복관(7)을 유도체(14)의 가공물장전구멍(16)에 고정시킨 다음 상기의 공정을 반복시키게 되는 것이다.After attaching the alloy piece 8 to the details of the nuclear fuel cladding tube 7 as described above, the temperature in the sealed container 5, which was heated to about 1100 ° C., was naturally or artificially cooled to 200 ° C. The nuclear fuel cladding tube 7 is to be relaxed in the derivative 14 and another nuclear fuel cladding tube 7 to be subjected to the brazing process is fixed to the workpiece loading hole 16 of the derivative 14 and then the above process is repeated. .

또한 유도체(14)는 고주파발생기(4)의 용량이 작을 경우 첨부도면 제6도와 같이 가공물장전구멍(16)을 세개 뚫어서 사용하고 고주파 발생기(3)의 용량이 크고 대량의 핵연료피복관(7)에 합금편(8)을 용착시킬 경우에는 첨부도면 제7도와 같이 12개 정도를 뚫어서 사용하면 그 효과는 더욱 커지게 된다.In addition, when the capacity of the high frequency generator 4 is small, the derivative 14 is used by drilling three workpiece loading holes 16, as shown in FIG. 6, and the high frequency generator 3 has a large capacity. In the case of welding the alloy piece 8, as shown in Fig. 7 of the accompanying drawings, the effect of the drill is increased even more.

그리고 유도체(14)는 가공물장전구멍(16)을 원주방향으로 배열시켜 유도체(14)의 중심부에 지지축(11)을 삽입시키는데 지장이 없도록 하여야 하며 지지축(11) 자체는 유도체(14)와 직접 연결되어 있지 않기 때문에 유도전류가 흐르지 않게 되며 유도체(14)는 이미 상술한 바와같이 구리등과 같이 저항이 극히 미소한 재질로 되어 있으므로 핵연료피복관(7)의 외주연부를 고온도로 가열시키면서도 유도체(14) 자체는 전기 저항이 극히 미소하므로서 그다지 가열되지 않는다.In addition, the inductor 14 should arrange the workpiece loading hole 16 in the circumferential direction so that the support shaft 11 can be inserted into the center of the inductor 14. Since the inductive current does not flow because it is not directly connected, and the inductor 14 is made of a very low resistance material such as copper, as described above. 14) It itself is extremely low in electrical resistance and does not heat up very much.

따라서 본 발명의 유도체(14)의 가공물장전구멍(16)에는 실제로 이차전류가 흐르고 있어 단락현상이 발생할 수 있으므로 핵연료피복관(7)과 유도체(14)가 접촉되지 않도록 특별한 주의를 필요하게 된다.Therefore, since the secondary current actually flows in the workpiece loading hole 16 of the derivative 14 of the present invention, a short circuit may occur, so special care is required to prevent the fuel coating tube 7 and the derivative 14 from contacting each other.

상술한 바와같은 본 발명은 유도체(14)에 많은 개수의 가공물장전구멍(16)을 갖는 형태로 제조할 수 있고 한개의 지지축(11)에 다수개의 유도체(14)를 고정시킬 수 있어 다수개의 핵연료피복관(7)에 합금편(8)을 한공정에서 간단하게 용착시킬 수 있을뿐만 아니라 석영 또는 내열유리 등으로 되는 밀폐용기(5)에 의하여 일차코일(4)과 핵연료 피복관(7)의 가공물이 격리되고 유도체(14)의 가공물장전구멍(16)과 핵연료피복관(7) 사이의 간격(d)이 매우 적기 때문에 일차코일(4)을 사용한 종래의 장치보다 더욱 정밀하게 가열 부위를 조정할 수 있는 지대한 효과가 있는 발명이다.As described above, the present invention can be manufactured in a form having a large number of workpiece loading holes 16 in the derivative 14, and a plurality of derivatives 14 can be fixed to one support shaft 11 The workpiece of the primary coil 4 and the nuclear fuel cladding tube 7 can be easily welded to the nuclear fuel cladding tube 7 in one step, and also by a sealed container 5 made of quartz or heat-resistant glass. This isolation and the spacing d between the workpiece loading hole 16 of the derivative 14 and the fuel cladding tube 7 are very small, so that the heating portion can be adjusted more precisely than the conventional apparatus using the primary coil 4. It is an invention with great effect.

Claims

On the bottom tube (10)

The lower end fixture 12 of the mold is projected several times, and the support shaft 11 is fixed to the central portion of the bottom pipe 10 so that the height adjustment tool 13 and the workpiece loading hole 16 are several perforated derivatives 14. Insert sequentially and to the top of the support shaft 11

The support shaft 11 and the cover plate 15 are inserted into the spiral plate 11 'which is formed in the upper end of the support shaft 11 by inserting the cover plate 15 protruding from the upper end fixture 12' of the mold. Secondary induction heating apparatus for brazing the attachment to the nuclear fuel rod cladding tube characterized in that it is fixed.

2. The secondary induction heating apparatus according to claim 1, wherein a connection groove (16 ') is connected between the outer periphery of the derivative (14) and the workpiece loading hole (16').

1 or 2, wherein the distance d between the inner diameter of the workpiece loading hole 16 and the outer diameter of the nuclear fuel cladding tube 7 with the known alloy piece 8 is processed so as to be about 0.2 mm. Secondary induction heating apparatus for brazing the attachment to the nuclear fuel rod cladding tube.