RU2082574C1 - Fuel elements, method of manufacture of fuel elements and device for its embodiment - Google Patents
Fuel elements, method of manufacture of fuel elements and device for its embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2082574C1 RU2082574C1 RU9595116803A RU95116803A RU2082574C1 RU 2082574 C1 RU2082574 C1 RU 2082574C1 RU 9595116803 A RU9595116803 A RU 9595116803A RU 95116803 A RU95116803 A RU 95116803A RU 2082574 C1 RU2082574 C1 RU 2082574C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- plug
- current
- thickness
- welding
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/06—Casings; Jackets
- G21C3/10—End closures ; Means for tight mounting therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкции твэлов и технологии их изготовления. The invention relates to nuclear engineering, in particular to the design of fuel elements and the technology for their manufacture.
Известен твэл, содержащий оболочку и ввареннуюв нее с углублением заглушку (авт.св. СССР N 1762694, кл. B 23 K 11/02, 1989 [1]). В известном твэле для повышения работоспособности выполняют складку из оболочки вблизи зоны сварки. Недостатком известного твэла является сложность его изготовления, недостаточно высокие конструкционная прочность соединения и его коррозионная стойкость. A fuel rod is known containing a cladding and a plug welded into it with a recess (ed. St. USSR N 1762694, class B 23 K 11/02, 1989 [1]). In the well-known fuel rod, in order to increase the operability, a fold is made from the sheath near the welding zone. A disadvantage of the known fuel rod is the complexity of its manufacture, insufficiently high structural strength of the joint and its corrosion resistance.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является известный твэл, содержащий трубчатую оболочку и вваренную в нее с заглублением заглушку, в зоне сварки которых создана область с измененной структурой металла (заявка ФРГ N 4222180, кл. G 21 C 21/00, B 23 K 11/02, 1922 [2]). Closest to the claimed one in its technical essence is a known fuel rod containing a tubular cladding and a plug welded into it with a recess, in the welding zone of which a region with a changed metal structure is created (German application No. 4222180, class G 21 C 21/00, B 23 K 11/02, 1922 [2]).
Недостатком известного твэла является недостаточно высокая конструкционная прочность и коррозионная стойкость, обусловленные конфигурацией и соотношением размеров созданной области с измененной структурой металла. A disadvantage of the known fuel rod is not enough high structural strength and corrosion resistance, due to the configuration and size ratio of the created area with a modified metal structure.
Известен способ изготовления твэлов контактной стыковой сваркой (авт. св. СССР N 1520763, кл. В 23 К 11/02, 1987 [3]). Способ предусматривает изготовление заглушки с наружным диаметром меньше наружного диаметра оболочки, но больше внутреннего, фиксацию оболочки в токоподводе с заглублением, приложение к свариваемым деталям усилия сжатия и пропускание через них сварочного тока. A known method of manufacturing fuel elements by flash butt welding (ed. St. USSR N 1520763, class. 23 K 11/02, 1987 [3]). The method involves the manufacture of plugs with an outer diameter smaller than the outer diameter of the shell, but larger than the inner one, fixing the shell in the current lead with deepening, applying a compressive force to the parts to be welded and passing a welding current through them.
Недостатком известного способа является невозможность получения области изменения структуры металла в зоне сварки с оптимальным соотношением размеров и требуемой конфигурации, которая обеспечивает повышение конструкционной прочности и коррозионной стойкости. The disadvantage of this method is the inability to obtain the area of change in the structure of the metal in the weld zone with the optimal ratio of sizes and the required configuration, which provides increased structural strength and corrosion resistance.
Наиболее близким к заявляемому является известный способ контактной стыковой сварки сопротивлением трубы с заглушкой, используемый при изготовлении твэлов (авт. св. СССР N 1596576, кл. В 23 К 11/02, 1987 [4]). Способ включает изготовление заглушки с наружным диаметром большим внутреннего диаметра оболочки, но меньшим наружного, фиксацию оболочки в токоподводе с заглублением, сжатие оболочки с заглушкой и нагрев свириваемых деталей электрическим током с одновременным обеспечением теплоотвода от наружной поверхности оболочки. Closest to the claimed is a known method of flash butt welding by resistance of a pipe with a plug used in the manufacture of fuel rods (ed. St. USSR N 1596576, CL 23 K 11/02, 1987 [4]). The method includes manufacturing a plug with an outer diameter larger than the inner diameter of the shell, but smaller than the outer, fixing the shell in the current lead with deepening, compressing the shell with a plug and heating the parts to be sewn with electric current while providing heat removal from the outer surface of the shell.
Недостатком известного способа является невозможность получения области с измененной структурой металла в зоне сварки с заданным соотношением размеров и конфигурацией, обеспечивающей повышение конструкционной прочности и коррозионной стойкости. The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining a region with a changed metal structure in the welding zone with a given size ratio and configuration, which provides increased structural strength and corrosion resistance.
Известно устройство для формирования соединений при изготовлении твэлов контактной стыковой сваркой, содержащее разъемный кольцевой токоподвод, часть которого, контактирующая с приторцевой частью оболочки, выполнена из металлических пластин, электрически изолированных друг от друга (авт. св. СССР N 664785, кл. В 23 К 11/02, 1977 [5]). A device for forming joints in the manufacture of fuel elements by flash butt welding, comprising a detachable ring current supply, a part of which is in contact with the front part of the shell is made of metal plates electrically isolated from each other (ed. St. USSR N 664785, class. 23 K 11/02, 1977 [5]).
Известное устройство обеспечивает эффективный теплоотвод из зоны сварки, однако не позволяет регулировать соотношение токов, протекающих через токоподвод и оболочку, и в результате не обеспечивает возможности создания в зоне сварки области с измененной структурой металла требуемого соотношения размеров, наличие которой в твэле повышает его эксплуатационные характеристики. The known device provides efficient heat removal from the welding zone, but does not allow you to adjust the ratio of the currents flowing through the current lead and the shell, and as a result does not provide the possibility of creating in the welding zone of the region with the changed metal structure of the required size ratio, the presence of which in the fuel rod increases its operational characteristics.
Наиболее близким к заявляемому является известное устройство для формирования соединения при изготовлении твэлов методом контактной стыковой сварки, содержащее кольцевой токоподвод в изоляционной обойме, часть которого, контактирующая с приторцевой областью оболочки, выполнена из набора металлических пластин, электрически изолированных между собой и соединенных электрическим шунтом (авт. св. СССР N 1508458, кл. В 23 К 11/02, 1987 [6]). Closest to the claimed is a known device for forming a joint in the manufacture of fuel elements by flash butt welding, containing an annular current supply in an insulating cage, part of which is in contact with the near-edge region of the casing, made of a set of metal plates that are electrically isolated between themselves and connected by an electric shunt (automatic St. USSR N 1508458, class B 23 K 11/02, 1987 [6]).
Недостатком известного устройства, несмотря на возможность регулирования величин токов, протекающих через токоподвод и оболочку, является то, что оно не позволяет сформировать в изготавливаемом изделии требуемую область с измененной структурой металла. A disadvantage of the known device, despite the possibility of regulating the magnitude of the currents flowing through the current lead and the casing, is that it does not allow to form in the manufactured product the desired region with a changed metal structure.
Заявляемый твэл направлен на повышение его конструкционной прочности и коррозионной стойкости, а заявляемые способ его изготовления и устройство для осуществления способа направлены на обеспечение формирования в твэле области с измененной структурой металла с соотношением размеров, обеспечивающим указанный результат. Кроме того, заявляемый способ направлен на упрощение технологии производства твэлов за счет получения сварного соединения без внешнего грата. The inventive fuel rod is aimed at increasing its structural strength and corrosion resistance, and the claimed method of its manufacture and device for implementing the method are aimed at ensuring the formation in the fuel rod of a region with a changed metal structure with a size ratio that provides the specified result. In addition, the inventive method aims to simplify the technology of production of fuel rods by obtaining a welded joint without external weld.
Указанный результат достигается тем, что твэл содержит оболочку и вваренную в него с заглублением заглушку, в зоне сварки которых выполнена область с измененной структурой металла на глубину заглубления заглушки, равной (2-5)δ, и толщиной со стороны внутренней поверхности оболочки не более 0,9d, где d толщина стенок оболочки. The indicated result is achieved in that the fuel rod contains a cladding and a plug welded into it with a deepening, in the welding zone of which there is a region with a changed metal structure to a depth of deepening of the plug equal to (2-5) δ, and the thickness from the side of the inner surface of the cladding is not more than 0 , 9d, where d is the shell wall thickness.
Отличительными признаками заявляемого твэла являются соотношение размеров выполняемой области с измененной структурой металла и ее расположение, а именно: по длине оболочки размер области составляет величину заглубления заглушки (т. е. от торца оболочки до торца заглушки) и равен двум пяти толщинам оболочки, а по глубине, со стороны внутренней поверхности оболочки, не превышает 0,9 от ее толщины. Distinctive features of the claimed fuel element are the ratio of the size of the performed area with a changed metal structure and its location, namely: along the length of the shell, the size of the region is the depth of the plug (i.e., from the end of the shell to the end of the plug) and is equal to two five shell thicknesses, and depth, from the side of the inner surface of the shell, does not exceed 0.9 of its thickness.
Изменение структуры материала в зоне сварки, как показывает практика, обеспечивает надежную герметизацию твэлов и их высокие эксплуатационные характеристики. При этом установлено, что соотношение размеров и расположение области с измененной структурой металла влияет на конструкционную прочность и коррозионную стойкость твэла. В частности, при соотношении размера области с измененной структурой вдоль оболочки меньше двух ее толщин ухудшается как коррозионная стойкость твэла, так и его конструкционная прочность, а при увеличении протяженности области до 5d заметное повышение эксплуатационных характеристик не отмечается, но увеличивается материалоемкость изделия, что, учитывая стоимость материала, становится экономически нецелесообразным. Changes in the structure of the material in the weld zone, as practice shows, provide reliable sealing of fuel elements and their high performance characteristics. It was found that the ratio of sizes and the location of the region with the changed metal structure affects the structural strength and corrosion resistance of the fuel rod. In particular, when the size ratio of the region with the changed structure along the cladding is less than two of its thicknesses, both the corrosion resistance of the fuel element and its structural strength deteriorate, and with an increase in the length of the region to 5d, a noticeable increase in performance is not observed, but the material consumption of the product increases, which, given the cost of the material becomes economically impractical.
Экспериментально установлено, что если толщина созданной области с измененной структурой металла со стороны внутренней поверхности оболочки на протяжении (2-5)d от ее торца составляет хотя бы несколько микрон, то уже становится заметным улучшение эксплуатационных характеристик изделия, но если толщина этой зоны возрастает до размеров более 0,9d, то начинает снижаться коррозионная стойкость. Оптимальным соотношением размеров, как показали эксперименты, является толщина в (0,2-0,5)d. It was experimentally established that if the thickness of the created region with a changed metal structure from the side of the inner surface of the shell for at least (2-5) d from its end is at least several microns, then an improvement in the operational characteristics of the product becomes noticeable, but if the thickness of this zone increases to sizes over 0.9d, corrosion resistance begins to decline. The optimal size ratio, as shown by experiments, is a thickness of (0.2-0.5) d.
Указанный результат достигается тем, что способ изготовления твэлов с необходимой конфигурацией области с измененной структурой металла в изделии включает изготовление заглушки с внешним диаметром, большим внутреннего диаметра оболочки на (0,2-1,4)d, где d толщина стенок оболочки, фиксацию оболочки в токоподводе с заглублением, сжатие оболочки с заглушкой и нагрев свариваемых деталей электрическим током, который распределяют по токоподводу и оболочке таким образом, чтобы ток, протекающий на участке оболочки длиной (2,5-5)d от ее торца, составлял 0,3-0,9 тока сварки, обеспечивая при этом отвод тепла с наружной поверхности оболочки. This result is achieved by the fact that the method of manufacturing fuel rods with the necessary configuration of the region with a changed metal structure in the product includes the manufacture of a plug with an external diameter greater than the inner diameter of the shell by (0.2-1.4) d, where d is the thickness of the shell walls, fixing the shell in the current lead with deepening, the compression of the shell with the plug and the heating of the parts to be welded with electric current, which are distributed along the current lead and the shell so that the current flowing on the section of the shell with a length of (2.5-5) d from its end, is yal 0.3-0.9 welding current, while providing heat removal from the outer surface of the shell.
Указанный результат достигается тем, что в частных случаях реализации способа изготовления твэла заглушку изготавливают ступенчатой одну часть, обращенную к оболочке, изготавливают диаметром D + (0,2-1,4)d с высотой (0,5-3,0)d, а вторую с диаметром, равным D ± 0,2d, где D - внутренний диаметр оболочки. The specified result is achieved by the fact that in particular cases of the implementation of the method of manufacturing a fuel rod, the plug is made stepped one part facing the shell, is made with a diameter of D + (0.2-1.4) d with a height of (0.5-3.0) d, and the second with a diameter equal to D ± 0.2d, where D is the inner diameter of the shell.
Кроме того, в частных случаях реализации способа на торце оболочки выполняют внешнюю фаску так, чтобы диаметр заглушки был больше внешнего диаметра торцевого кольца оболочки на (0,1-0,3)d. In addition, in particular cases of implementing the method, an external chamfer is performed at the end of the shell so that the diameter of the plug is greater than the external diameter of the end ring of the shell by (0.1-0.3) d.
Отличительными признаками заявляемого способа являются: изготовление заглушки с внешним диаметром, превышающим внутренний диаметр оболочки на (0,2-1,4)d; формирование распределения тока, протекающего через оболочку и токоподвод таким образом, чтобы величина тока, протекающего по участку оболочки от ее торца до точки, отстоящей от него на расстоянии (2,0-5)d, составляла 0,3-0,9 тока сварки; изготовление заглушки двухступенчатой так, что диаметр части, обращенной к оболочке, был равным D + (0,2-1,4)d и высотой (0,5-3,0)d, а диаметр второй части равным D ± 0,2d, где D - внутренний диаметр оболочки. Distinctive features of the proposed method are: the manufacture of stubs with an external diameter exceeding the inner diameter of the shell by (0.2-1.4) d; the formation of the distribution of current flowing through the shell and the current lead so that the amount of current flowing along the portion of the shell from its end to a point spaced from it at a distance of (2.0-5) d is 0.3-0.9 welding current ; the manufacture of a two-stage plug so that the diameter of the part facing the shell was D + (0.2-1.4) d and height (0.5-3.0) d, and the diameter of the second part equal to D ± 0.2d where D is the inner diameter of the shell.
За счет использования всей совокупности признаков, приведенной в независимом пункте формулы изобретения, характеризующей способ, обеспечивается формирование в изготавливаемом твэле области с измененной структурой металла в зоне сварного соединения с необходимым соотношением размеров и конфигурацией. Due to the use of the entire set of features described in the independent claim characterizing the method, the formation of a region with a changed metal structure in the welded joint zone with the necessary size ratio and configuration is ensured in the fuel element being manufactured.
При этом, в результате проведения технологических экспериментов установлены граничные значения отдельных параметров, влияющих на достигаемый результат. Кроме того, было установлено, что подбором параметров процесса возможно не только формирование в изделии размеров, но и изготовление изделия без внешнего грата, что позволяет исключить в технологическом процессе операцию по его удалению. Moreover, as a result of technological experiments, the boundary values of individual parameters are established that affect the achieved result. In addition, it was found that the selection of process parameters allows not only the formation of dimensions in the product, but also the manufacture of the product without external burrs, which eliminates the operation to remove it in the process.
В частности, превышение внешнего диаметра заглушки над внутренним диаметром оболочки на величину больше чем 1,4d повышает вероятность образования внешнего грата и ухудшает качество сварного соединения, поскольку расширяется зона термовлияния в оболочке. При превышении же упомянутого размера меньше чем на 0,2d возможен частичный непровар по периметру, а следовательно, это может привести к нарушению герметизации твэла в процессе эксплуатации. In particular, the excess of the outer diameter of the plug over the inner diameter of the shell by an amount greater than 1.4d increases the likelihood of formation of an external weld and affects the quality of the welded joint, since the zone of thermal influence in the shell expands. If the mentioned size is exceeded by less than 0.2d, partial lack of penetration around the perimeter is possible, and therefore, this can lead to a violation of the fuel rod sealing during operation.
Установлено, что для обеспечения образования области с измененной структурой металла необходимого соотношения размеров нужно создать локальный нагрев оболочки в зоне сварки, а именно участка длиной (2-5)d от торца оболочки. Для создания такого нагрева электрическим током соответствующим образом создают требуемое распределение токов, протекающих через токоподвод и нагреваемый участок оболочки. Например, на поверхность данного участка оболочки наносят изоляционное покрытие с расчетным сопротивлением или это покрытие выполняют на соответствующем участке токоподвода, контактирующего с оболочкой, либо подбирают материал с заданным сопротивлением, из которого изготавливают ту часть токоподвода, которая контактирует с указанным участком оболочки. It was established that to ensure the formation of a region with a changed metal structure of the required size ratio, it is necessary to create a local heating of the shell in the welding zone, namely, a section of length (2-5) d from the end of the shell. To create such heating by electric current, the required distribution of currents flowing through the current lead and the heated portion of the shell is suitably created. For example, an insulation coating with a design resistance is applied to the surface of a given section of the shell, or this coating is performed on the corresponding section of the current supply in contact with the shell, or material with a given resistance is selected from which the part of the current supply that is in contact with the specified section of the shell is made.
При этом, как показали опыты, каждый из описанных приемов имеет свои достоинства и недостатки. В частности, в случае использования изолирующих покрытий в соответствующих участках, усложняет технологию, не позволяет регулировать достигаемые соотношения токов или не обеспечивает наиболее оптимального соотношения размеров области с измененной структурой металла. Наиболее целесообразным оказалось использование для формирования распределения токов специального устройства, описанного ниже, часть токоподвода которого выполнена из набора изолированных пластин. Соответствующие параметры подбирают таким образом, чтобы через этот участок оболочки протекало от 0,3 до 0,9 тока сварки. Если величина тока, протекающего через участок оболочки от торца до расстояния от него (2,0-5)d будет меньше 0,3 от тока сварки, то оболочка будет нагрета до температуры существенно ниже температуры заглушки, что ухудшает качество сварного соединения. Такая же картина наблюдается и при токе больше 0,9, но в этом случае перегретой становится оболочка. Moreover, as experiments have shown, each of the described techniques has its own advantages and disadvantages. In particular, in the case of the use of insulating coatings in the corresponding areas, it complicates the technology, does not allow to adjust the achieved current ratio or does not provide the most optimal ratio of the size of the region with the changed metal structure. The most appropriate was the use of a special device for forming the current distribution, described below, part of the current supply of which is made of a set of insulated plates. The relevant parameters are selected so that from 0.3 to 0.9 welding current flows through this portion of the shell. If the current flowing through the section of the shell from the end to the distance from it (2.0-5) d is less than 0.3 from the welding current, then the shell will be heated to a temperature significantly lower than the temperature of the plug, which affects the quality of the welded joint. The same picture is observed at a current greater than 0.9, but in this case the shell becomes overheated.
В частных случаях реализации способа целесообразно выполнять на торце оболочки внешнюю фаску. Наличие фаски позволяет повысить воспроизводимость результатов сварки, т. е. обеспечить производство изделий с одинаковым качеством, так как устраняется влияние несоосности расположения заглушки и оболочки на распределение токов в зоне сварки, поскольку площадь контакта заглушка оболочка будет всегда постоянной, а значит будет обеспечен равномерный нагрев свариваемых деталей по их периметру. При этом, как показали опыты, результат достигается во всех случаях выполнения фаски в указанном диапазоне соотношений геометрических параметров. In special cases, the implementation of the method, it is advisable to perform at the end of the shell an external chamfer. The presence of a chamfer allows to increase the reproducibility of welding results, i.e., to ensure the production of products with the same quality, since the influence of the misalignment of the stub and shell on the distribution of currents in the welding zone is eliminated, since the contact area of the stub shell will always be constant, which means uniform heating will be ensured parts to be welded around their perimeter. Moreover, as experiments have shown, the result is achieved in all cases of the chamfer in the specified range of ratios of geometric parameters.
Изготовление заглушки двухступенчатой с указанными соотношениями размеров позволяет в результате осуществления способа получать твэлы с наиболее оптимальной конфигурацией области с измененной структурой металла, а именно: от 0,2 до 0,5d толщиной со стороны внутренней поверхности оболочки. The manufacture of a two-stage plug with the indicated size ratios makes it possible, as a result of the method, to obtain fuel elements with the most optimal configuration of a region with a changed metal structure, namely, from 0.2 to 0.5 d thick from the side of the inner surface of the cladding.
Указанный результат достигается с помощью предлагаемого устройства для формирования соединения при изготовлении твэлов контактной стыковой сваркой оболочки с заглушкой, которое содержит кольцевой токоподвод, часть которого, контактирующая с приторцевой областью, выполнена из набора электрически изолированных пластин, соединенных между собой электрическим шунтом при следующих соотношениях размеров: каждая из пластин выполнена толщиной (0,2-2)d, где d толщина оболочки, а размер наборной части токоподвода вдоль оси его отверстия выполнен длиной (2,5-6)d. The indicated result is achieved using the proposed device for forming a joint in the manufacture of fuel elements by flash butt welding of a cladding with a plug that contains an annular current supply, a part of which is in contact with the front-end region, made of a set of electrically isolated plates interconnected by an electric shunt with the following size ratios: each of the plates is made of a thickness of (0.2-2) d, where d is the shell thickness, and the size of the type-setting part of the current supply along the axis of its hole is made length (2.5-6) d.
Отличительным признаком заявляемого устройства является соотношение размеров наборной части токоподвода, выполненной из пластин. За счет указанного соотношения размеров в изготавливаемом твэле формируется область с измененной структурой металла требуемой конфигурации. Отклонения от указанных соотношений в ту или иную сторону приводит к изменению соотношения размеров области с измененной структурой металла до такой степени, что повышения эксплуатационных характеристик изготовленных изделий не наблюдается. Наличие электрического шунта в устройстве позволяет создать требуемое для осуществления заявляемого способа распределение тока. Характеристики шунта подбираются, исходя из материала токоподвода, оболочки и их размеров. Для обеспечения универсальности устройства шунт следует выполнить сменным и изготавливать из материалов с различным сопротивлением. Форма шунта может быть любой из известных, например, в виде ленты или конусной шпильки [6] Токоподвод может не снабжаться изоляционной обоймой, как в прототипе, поскольку ее роль может выполнять слой изоляционного покрытия, которое наносят на губки цанг сварочной машины. A distinctive feature of the claimed device is the size ratio of the type-setting part of the current lead, made of plates. Due to the specified size ratio, a region with a changed metal structure of the required configuration is formed in the fuel element being manufactured. Deviations from these ratios in one direction or another leads to a change in the aspect ratio of the region with the changed metal structure to such an extent that there is no increase in the operational characteristics of the manufactured products. The presence of an electric shunt in the device allows you to create the current distribution required for the implementation of the proposed method. The characteristics of the shunt are selected based on the material of the current lead, the sheath and their size. To ensure the versatility of the device, the shunt should be removable and made of materials with different resistance. The shape of the shunt can be any of the known ones, for example, in the form of a tape or a cone pin [6]. The current lead may not be provided with an insulating sleeve, as in the prototype, since its role can be played by an insulating coating layer that is applied to the lips of the welding machine collets.
На фиг.1 представлен твэл, продольный разрез до сварки, на фиг.2 то же, продольный разрез после сварки; на фиг.3 фотография шлифа сварного соединения; на фиг.4 устройство для формирования соединения при изготовлении твэлов, поперечный разрез; на фиг.5 частный случай реализации способа с двухступенчатой заглушкой. Figure 1 presents the fuel rod, a longitudinal section before welding, figure 2 the same, a longitudinal section after welding; figure 3 photograph of a thin section of a welded joint; figure 4 a device for forming a connection in the manufacture of fuel rods, cross section; figure 5 is a special case of the implementation of the method with a two-stage plug.
Твэл включает (фиг.2) оболочку 1, заполненную ядерным топливом (не показано), и вваренную в нее с заглублением заглушку 2, в зоне сварки которых сформирована область 3 (выделена пунктиром) с измененной структурой металла. A fuel rod includes (Fig. 2) a
Устройство для изготовления твэлов (фиг.4) содержит кольцевой токоподвод 4. A device for the manufacture of fuel elements (figure 4) contains an annular
Часть токоподвода 4, контактирующая с приторцевой областью оболочки 1, выполнена из металлических пластин 5, изолированных электрически друг от друга. The part of the
Пластины соединены между собой электрическим шунтом (не показан). The plates are interconnected by an electric shunt (not shown).
Заявляемый способ изготовления в общем случае реализуется в процессе работы заявленного устройства следующим образом. The inventive manufacturing method is generally implemented in the process of operation of the claimed device as follows.
В устройстве устанавливают электрический шунт с параметрами (определяемыми расчетным путем, исходя из электрического сопротивления оболочки, ее размеров, материала шунта и т.п.), обеспечивающими заданное распределение тока между оболочкой и наборной частью токоподвода (размер наборной части токоподвода устройства равен длине участка оболочки, в котором нужно создать необходимый ток плюс величина заглубления оболочки в токоподводе). An electric shunt is installed in the device with parameters (determined by calculation based on the electrical resistance of the shell, its dimensions, shunt material, etc.) that provide a given current distribution between the shell and the type-setting part of the current supply (the size of the type-setting part of the current supply of the device is equal to the length of the section of the shell in which it is necessary to create the necessary current plus the size of the shell deepening in the current lead).
Оболочку 1 закрепляют в токоподводе 4 с заглублением на (0,5-2)d, заглушку 2 вставляют в ее электрод-держатель (на чертежах не показан) и сжимают осевым усилием оболочку с заглушкой, одновременно подавая импульс сварочного тока, например, от серийно выпускаемой конденсаторной машины МТК-5001. The
В результате, в соответствии с законом Ома токи распределяются через оболочку и токоподвод (шунт), формируя в зоне сварки область с измененной структурой металла. Наборная часть токоподвода одновременно выполняет и функцию отвода тепла от наружной поверхности оболочки. As a result, in accordance with Ohm's law, currents are distributed through the shell and current lead (shunt), forming in the welding zone a region with a changed metal structure. The type-setting part of the current supply simultaneously performs the function of heat removal from the outer surface of the shell.
После снятия сварочного усилия твэл освобождают из зажимов и извлекают из сварочной машины. After removing the welding force, the fuel rod is released from the clamps and removed from the welding machine.
Изготавливаемые с применением заявляемого способа и предлагаемого для его реализации устройства твэлы имели высокое качество сварных соединений: отсутствие дефектов, большая протяженность сварного соединения, расположенность его вдоль продольной оси оболочки. Кроме того, у полученных изделий отсутствовал внешний грат, что исключало их последующую механическую обработку, а в наружных слоях оболочки в зоне сварки сохранялась исходная структура металла. The fuel rods manufactured using the proposed method and the device proposed for its implementation had high quality welded joints: no defects, a large length of the welded joint, its location along the longitudinal axis of the cladding. In addition, the products obtained did not have an external burr, which excluded their subsequent machining, and the initial metal structure was preserved in the outer layers of the shell in the welding zone.
Для проверки свойств изготовленных твэлов с выполненной в них в зоне сварки области с измененной структурой металла были проведены соответствующие испытания, которые включали: контроль внешнего вида путем сравнения с эталоном; ультразвуковую дефектоскопию; создание давления газа в оболочке; анализ шлифов сварных соединений; коррозионные испытания; проверку прочностных свойств путем ударного отгиба наружу сектора оболочки шириной 2-3 мм (разрушения оболочки по месту ее сопряжения с заглушкой не происходило даже при угле отгиба 180oC).In order to verify the properties of the fabricated fuel rods with the regions with a changed metal structure made in them in the welding zone, the corresponding tests were carried out, which included: control of the appearance by comparison with the standard; ultrasonic flaw detection; creating gas pressure in the shell; analysis of thin sections of welded joints; corrosion tests; verification of strength properties by impact bending to the outside of the shell sector 2-3 mm wide (destruction of the shell at the place of its mating with the plug did not occur even at a bending angle of 180 o C).
По результатам испытаний твэлов, изготовленных с использованием различных параметров процесса (всего было изготовлено и испытано 300 изделий), были установлены оптимальные, позволяющие получать область с измененной структурой металла заданной конфигурации. According to the test results of fuel rods manufactured using various process parameters (300 products were manufactured and tested in total), optimal ones were established that made it possible to obtain an area with a changed metal structure of a given configuration.
Повышение эксплуатационных характеристик твэлов, изготовленных в соответствии с изобретением, по сравнению с прототипом объясняется тем, что в прототипе область с измененной структурой металла ориентирована поперек оболочки, а в соответствии с изобретением -вдоль нее. The increase in the operational characteristics of the fuel rods made in accordance with the invention, in comparison with the prototype, is explained by the fact that in the prototype the region with the changed metal structure is oriented across the cladding, and along with it in accordance with the invention.
Claims (3)
3. Способ изготовления твэлов контактной стыковой сваркой, включающий изготовление заглушки с наружным диаметром, большим внутреннего, но меньшим наружного диаметра оболочки, фиксацию оболочки в токоподводе с заглублением, сжатие оболочки с заглушкой и нагрев свариваемых деталей электрическим током с одновременным обеспечением теплоотвода от наружной поверхности оболочки, отличающийся тем, что заглушку изготавливают с внешним диаметром, равным
D+(0,2-1,4)δ,
где D внутренний диаметр оболочки,
и в процессе нагрева электрический ток, протекающий через токоподвод и оболочку, распределяют по длине зоны сварки, обеспечивая на участке оболочки длиной, равной (2,0 - 5)δ, от ее торца силу тока, равную 0,3 0,9 силы тока сварки.2. A fuel rod according to claim 1, characterized in that the region with a metal structure changed from welding from the side of the inner surface of the shell is made of a thickness equal to (0.2-0.5) δ.
3. A method of manufacturing fuel elements by flash butt welding, including the manufacture of a plug with an outer diameter larger than the inner but smaller outer diameter of the shell, fixing the shell in the current lead with deepening, compressing the shell with the plug and heating the parts to be welded with electric current while providing heat removal from the outer surface of the shell characterized in that the plug is made with an external diameter equal to
D + (0.2-1.4) δ,
where D is the inner diameter of the shell,
and during the heating process, the electric current flowing through the current lead and the shell is distributed along the length of the welding zone, providing a current strength of 0.3 0.9 of the current from the end of the shell with a length of (2.0 - 5) δ welding.
5. Устройство для изготовления твэла путем формирования соединения при контактной стыковой сварке оболочки с заглушкой, содержащее кольцевой токоподвод, часть которого, контактирующая с приторцевой областью оболочки, выполнена из набора электрически изолированных пластин, соединенных между собой электрическим шунтом, отличающееся тем, что каждая из пластин выполнена толщиной (0,2 - 2)δ, а размер наборной части токоподвода вдоль оси внутреннего отверстия составляет (2,5 - 6)δ.У4. The method according to claim 3, characterized in that the plug is made with a length of (0.5-3.0) δ and supply it with a trailer with a diameter equal to D ± 0.2 δ.
5. A device for the manufacture of a fuel rod by forming a joint in flash butt welding of a sheath with a plug, containing an annular current supply, a part of which is in contact with the near-edge region of the sheath, is made of a set of electrically isolated plates interconnected by an electric shunt, characterized in that each of the plates made with a thickness of (0.2 - 2) δ, and the size of the type-setting part of the current supply along the axis of the inner hole is (2.5 - 6) δ.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9595116803A RU2082574C1 (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Fuel elements, method of manufacture of fuel elements and device for its embodiment |
| PCT/RU1996/000274 WO1997012374A2 (en) | 1995-09-29 | 1996-09-26 | Fuel element, method and device for manufacturing the same |
| AU20018/97A AU2001897A (en) | 1995-09-29 | 1996-09-26 | Fuel element, method and device for manufacturing the same |
| CN96198062A CN1125469C (en) | 1995-09-29 | 1996-09-26 | Fuel element, method and device for manufacturing same |
| DE19681580T DE19681580T1 (en) | 1995-09-29 | 1996-09-26 | Fuel element, method and device for its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9595116803A RU2082574C1 (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Fuel elements, method of manufacture of fuel elements and device for its embodiment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2082574C1 true RU2082574C1 (en) | 1997-06-27 |
| RU95116803A RU95116803A (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=20172485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9595116803A RU2082574C1 (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Fuel elements, method of manufacture of fuel elements and device for its embodiment |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1125469C (en) |
| AU (1) | AU2001897A (en) |
| DE (1) | DE19681580T1 (en) |
| RU (1) | RU2082574C1 (en) |
| WO (1) | WO1997012374A2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4397631B2 (en) * | 2003-06-27 | 2010-01-13 | 株式会社オーハシテクニカ | Press-fit joint structure and joint parts |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE792371A (en) * | 1971-12-08 | 1973-03-30 | Gen Electric | NUCLEAR FUEL CARTRIDGE |
| FR2162286A1 (en) * | 1971-12-09 | 1973-07-20 | Westinghouse Electric Corp | Reactor fuel rod - with tabletted fuel stacked in argon filled pressurised zircalloy container |
| FR2264621B1 (en) * | 1974-03-20 | 1976-12-17 | Chausson Usines Sa | |
| DE2550079A1 (en) * | 1975-11-07 | 1977-05-12 | Kraftwerk Union Ag | METHOD OF CONNECTING FUEL END CAPS AND FUEL TUBES |
| IT1110295B (en) * | 1979-02-05 | 1985-12-23 | Getters Spa | NON-EVAPORABLE TERNARY GETTERING ALLOY PARTICULARLY FOR THE ABSORPTION OF WATER AND WATER VAPOR IN FUEL BARS OF NUCLEAR REACTORS |
| JPH0640137B2 (en) * | 1986-08-01 | 1994-05-25 | 株式会社日立製作所 | Fuel assembly and boiling water reactor |
-
1995
- 1995-09-29 RU RU9595116803A patent/RU2082574C1/en active
-
1996
- 1996-09-26 WO PCT/RU1996/000274 patent/WO1997012374A2/en active Application Filing
- 1996-09-26 CN CN96198062A patent/CN1125469C/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-09-26 AU AU20018/97A patent/AU2001897A/en not_active Abandoned
- 1996-09-26 DE DE19681580T patent/DE19681580T1/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 1762694, кл. B 23 K 11/02, 1989. Патент ФРГ N 4222180, кл. G 21 C 3/10, 1993. 3. Авторское свидетельство СССР N 1520763, кл. B 23 K 111/02, 1987. 4. Авторское свидетельство СССР N 1596576, кл. B 23 K 11/02, 1987. 5. Авторское свидетельство СССР N 664785, кл. B 23 K 11/02, 1977. 6. Авторское свидетельство СССР N 1508458, кл. B 23 K 11/02, 1987. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1997012374A2 (en) | 1997-04-03 |
| DE19681580T1 (en) | 1998-10-08 |
| WO1997012374A3 (en) | 1997-05-29 |
| CN1125469C (en) | 2003-10-22 |
| AU2001897A (en) | 1997-04-17 |
| CN1201549A (en) | 1998-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1472854B (en) | Spark plug and manufacture thereof | |
| DE10112781B4 (en) | Method for producing a glow plug | |
| DE68913203T2 (en) | METHOD OF PRODUCING A SPARK PLUG ELECTRODE. | |
| JP2023536781A (en) | Method for manufacturing assembly for spark plug and spark plug | |
| DE4203626C2 (en) | WELDING SLEEVE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
| RU2082574C1 (en) | Fuel elements, method of manufacture of fuel elements and device for its embodiment | |
| US6833658B2 (en) | Middle electrode with precious metal reinforcement and a process for producing the same | |
| US5530313A (en) | Spark plug with copper cored ground electrode and a process of welding the electrode to a spark plug shell | |
| DE102017102067B4 (en) | Temperature sensor and method for its manufacture | |
| De et al. | Analysis and optimisation of electrode life for conventional and compound tip electrodes during resistance spot welding of electrogalvanised steels | |
| JP3823003B2 (en) | Seeds type glow plug and manufacturing method thereof | |
| JP2003520403A (en) | Spark plug and manufacturing method | |
| EP3956639B1 (en) | Method for producing a probe of a thermal flowmeter, probe of a thermal flowmeter, and thermal flowmeter | |
| CN1628402A (en) | Spark plug for an internal combustion engine | |
| RU2293636C1 (en) | Method of resistance butt-welding of pipes with plugs | |
| US12027828B2 (en) | Method for manufacturing an assembly for a spark plug and spark plug | |
| JPH0424420A (en) | Sheathed type glow plug | |
| RU2268811C2 (en) | Method for contact-butt welding of tube with plug | |
| HRP970513A2 (en) | Welded connecting plastic element for the production of a separation connecting part on tubes of plastic material | |
| JPS6316874A (en) | Butt welding method for steel pipe | |
| DE102022214319A1 (en) | Pre-chamber spark plug with ultrasonically welded cap | |
| JPS6311120B2 (en) | ||
| RU2293634C1 (en) | Method of resistance butt-welding of pipes with plugs | |
| SU1549687A1 (en) | Method of soldering telescopic joints | |
| RU2194313C2 (en) | Method for inspecting welds of fuel elements |