JP3117778B2 - 管の封緘溶接方法及び装置 - Google Patents
管の封緘溶接方法及び装置Info
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Description
に、一端が封じられた管内に固体物質と気体又は気体の
みを充填し、その後上記管の開口端に端栓を取付け、そ
の端栓と管とを密封溶接するようにした管の封緘溶接方
法及びその装置に関する。
示すように、被覆管1内に燃料ペレット2及びコイルス
プリング3を充填するとともに、空間4に不活性ガスを
封入し、両端に端栓5,6を溶接密封した構成となって
いる。
場合には、被覆管1の一端に予め端栓5を溶接してお
き、他方の開口端から核燃料ペレット2及びコイルスプ
リング3を装填し、図6に示すような溶接装置の溶接チ
ャンバー10内に、上記被覆管1の開口端部を挿入し、
溶接チャンバー10内を気密状態にする。その後、真空
排気装置11によって溶接チャンバー10内及び被覆管
1内を排気する。このようにして溶接チャンバー10内
が排気真空になったら、真空排気装置11の弁を閉じ、
溶接トーチ12のガス導入管よりヘリウムガス又は他の
ガス(以下充填ガスという)を流し込み、チャンバー内
及び被覆管内空隙を上記充填ガスで充満し、その後端栓
圧入装置13によって端栓6を被覆管1の開口端に圧入
し、被覆管を気密状態にする。しかる後上記被覆管1を
回転機構14によって回転しながら、溶接トーチ12の
先端に取付けられた電極15によって上記被覆管1と端
栓6との溶接を行ない、被覆管1の密閉を行う。
の封緘を行なう場合には、管内の充填ガスが溶接熱を受
けて圧力を上昇し、この圧力増加によって図7に示すよ
うに溶融金属16が内部から押し出され、膨れ欠陥17
が生じたり、場合によっては管内の充填ガスが溶融金属
を破って管外に放出され、密閉不能となることがある。
止するため、端栓圧入後、溶接チャンバー10内の圧力
を被覆管1の管内圧力の最大値又はそれ以上の圧力にし
た状態で溶接する手段が提案されている(特公昭52−
25519号公報、実公昭55−52400号公報、特
開昭60−113196号公報参照)。
バー10には充填ガス圧力制御装置20及び溶接チャン
バー内圧制御装置21を有する導管22が接続してあ
る。上記シールドガス圧力制御装置20及び溶接チャン
バー内圧制御装置21は、それぞれ電磁開閉弁20a,
21a及びリリーフ弁20b,21bを有しており、リ
リーフ弁20bは溶接チャンバー内の圧力を充填ガス圧
P1 に保持するように設定され、他のリリーフ弁21b
は上記充填ガス圧P1 より△P0 だけ高い圧力P2 に溶
接チャンバー内の圧力を保持するように設定されてい
る。
ては、溶接チャンバー10及び被覆管1の内部を真空排
気した後、溶接トーチ12から充填ガスを溶接チャンバ
ー10内に導入して充満させる。このとき、電磁開閉弁
20aが開かれ電磁開閉弁21aは閉じられている。し
たがって、溶接チャンバー10内はリリーフ弁20bに
よって前記充填ガス圧P1 に保たれる。
し、その後電磁開閉弁20aを閉じリリーフ弁20bを
非作動状態とするとともに、電磁開閉弁21aを開き、
リリーフ弁21bを作動状態とする。したがって、溶接
チャンバー10内の圧力は被覆管1の内圧P1 よりも△
P0 だけ高い圧力P2 に保たれ、この状態で上記端栓6
の溶接を行なう。
たような構造で管内部に充填ガスを充満させて端栓を機
械的に嵌合して溶接すると、管内のガス圧力は、図9の
曲線aに示すようにその溶接熱によって溶接時間ととも
に増加する。
ー内を所定圧に保持させるものにおいては、溶接チャン
バー10内の圧力すなわち管の外圧が、図9のb線で示
すように一定であるため、被覆管1の内外の圧力差ΔP
が、内圧上昇の無い溶接初期の圧力差ΔP0から溶接によ
る内圧上昇とともに徐々に減少し、全周に亘る溶接が常
に同一の条件では行われないという問題がある。
め測定しておき、その最大圧力上昇ΔPmax を求め、Δ
P≧ΔPmax を溶接中に加えると、確かに膨れ欠陥の防
止はできるが、内圧上昇の少ない溶接初期においては圧
力差が大きすぎて、図10に示すように溶融金属16を
管内に押し込んでしまうことがある等の問題がある。
勢によっては加圧下のため、図10に示すような溶融形
態を示す他、図11に示すように、溶融金属16がボイ
ド22を捕獲し、気孔23等の溶接欠陥を発生させ、溶
接健全性に係る品質上の問題及び収率の低下等のコスト
上の問題が生じることがある。
おける膨れ欠陥や押し込み欠陥、又はボイドや気孔のな
い健全な溶接部を得ることができる管の封緘溶接方法及
び溶接装置を得ることを目的とする。
じられた管内に固体物質と気体又は気体のみを充填し、
その後上記管の開口端に端栓を取付け、その端栓と管と
を密封溶接するようにした管の封緘溶接方法において、
溶接熱による管内圧力の上昇に対応して、溶接時間の経
過とともに上記管に加えられる外圧を管内と前記外圧と
の差圧が、溶融金属に膨れ欠陥を生じさせる圧力以下の
所定圧力になるように段階的に増圧することを特徴とす
る。
開口端部を挿入装着する溶接チャンバーに、上記溶接チ
ャンバー内の圧力を溶接熱による管内圧力の上昇に対応
して上記管内圧力との差が一定値以内になるように順次
増圧する圧力制御装置を接続したことを特徴とする。
のチャンバー内の圧力すなわち管の外部に加わる加圧力
を小さくしておき、溶接の進行と共に段階的に又は連続
的に増圧するので、溶接による管内圧の上昇に対して管
外圧が適切な圧力差になるように保持され、溶接部にお
ける膨れ欠陥や押し込み欠陥が防止され溶融金属による
ボイドの捕獲等も防止され、気孔等の溶接欠陥の発生が
防止される。
例について説明する。
緘溶接装置の概略構成を示す図であり、溶接チャンバ1
0の一側壁部には、ウラン酸化物又はプルトニウム酸化
物の焼結体からなる核燃料ペレットを装填した被覆管1
の開口端部をその溶接チャンバー10内に挿入保持する
開口部が形成されており、上記被覆管1の開口端と対向
する位置には端栓圧入装置13が設けられている。ま
た、上記溶接チャンバー10の上壁部には、下端に電極
15が装着された溶接トーチ12が装着され、さらに溶
接チャンバー10の下部には真空排気装置(図示せず)
が接続されている。
ス圧力制御装置20、溶接チャンバー内圧制御装置2
3、24が導管22を介して接続してある。この溶接チ
ャンバー内圧制御装置23、24もそれぞれ電磁開閉弁
23a、24a及びリリーフ弁23b、24bを有して
おり、リリーフ弁23b、24bは、それぞれ被覆管1
内の圧力上昇に対応して溶接チャンバー10内の圧力と
の差圧が一定範囲になるように溶接チャンバー10内の
圧力を保持するように設定してある。さらに電磁開閉弁
23a、24aにはそれぞれタイマー25、26が接続
され、溶接開始後の時間t1 後にタイマー25によって
電磁開閉弁20aが閉じるとともに電磁開閉弁23aが
開らき、また時間t2 後にタイマー26によって電磁開
閉弁23aが閉じるととともに電磁開閉弁24aが開く
ようにしてある。
と同様に溶接チャンバー10内に充填ガスを充填し、溶
接チャンバー10及び被覆管1内の圧力を充填ガス圧P
1 に保持し、端栓6を上記被覆管1の開口端部に圧入し
た後、溶接トーチ12によりその端栓6の溶接を開始す
る。このようにして溶接開始後、時間t1 経過すると、
タイマー25が作動し、電磁開閉弁20aが閉じ電磁開
閉弁23aが開らき、リリーフ弁23bによって、図2
に示すように溶接チャンバー10内の圧力が、被覆管1
内の圧力上昇曲線PR により近い圧力P3 にまで上昇さ
れ、その圧力Pa が保持される。ところで、上記時間t
1 は、溶接による被覆管内圧の上昇に伴ない、被覆管内
圧と溶接チャンバー10内の圧力との最大差圧が溶融金
属に膨れ欠陥を生じさせる圧力以下の所定圧力になる時
点が選ばれている。
ると、次にタイマー26が作動し、電磁開閉弁23aが
閉じ、電磁開閉弁24aが開らかれ、リリーフ弁24b
が作動状態とされ、そのリリーフ弁24bによって溶接
チャンバー10内の圧力が、上記被覆管内の圧力上昇に
対応してさらに高い圧力P4 に保持される。
ー10内の圧力が3段階に制御され、被覆管内圧の上昇
曲線PR により近い圧力になるように制御される。その
結果被覆管内の圧力と溶接チャンバー内の圧力との差が
大きくなることがなく、前述の如き溶接時における膨れ
欠陥や押込み欠陥が発生することがなく、溶接部全周に
わたって均一で正常な溶接部を得ることができる。
ー内の圧力を3段階に制御するようにしたものを示した
が、図3にC、C′で示したように、溶接チャンバー1
0の内圧を被覆管1の内圧PR に追従して多数段にわた
って順次上昇させ、差圧が欠陥発生最小差圧以内になる
ようにしてもよい。また、段階式でなく図4に線D、
D′で示すように連続式加圧制御としてもよく、さらに
多段に圧力調整弁やリリーフ弁を併設せず、例えば時間
と共に圧力をプログラム制御できる機構によって正確に
行なわせることもできる。
mmのジルカロイ−2の管1及び同材質の端栓5、6を用
い、内部にセラミックペレット2及びステンレス鋼製ス
プリング3を装填し、溶接チャンバー10内で端栓6の
密閉溶接を実施した場合に、従来の溶接法で、管内空隙
にヘリウムガスを1気圧(0.1013MPa)で充填
した後、端栓6を圧入し、然る後図9のbに示すように
圧力差△Pが0.125MPaになるように溶接チャン
バー内のヘリウムガス圧を上昇し、溶接を行なったとこ
ろ、溶接全周にわたって膨れ欠陥は完全に防止できた
が、溶接開始点から約1/3周にわたって図10に示す
ような溶融金属の押込みを生じて全周にわたって均一で
良好な溶接結果は得られなかった。
圧入後、溶接開始と共に溶接チャンバー内のヘリウムガ
ス圧を、図3のように予め測定した管内圧上昇曲線PR
の圧力より常に差圧が一定範囲(±△P)即ち線C、
C′又はこの間に収まるように段階式に昇圧して溶接し
たところ、溶接全周で膨れ欠陥もなくまた押込み欠陥も
なく、均一で正常な溶接部が得られた。また、溶接チャ
ンバー内のヘリウムガス圧を図4のD、D′のように連
続して直線的に昇圧して溶接した場合も良好な結果が得
られた。
溶接について説明したが、その他管の内部に種々のガス
を充填して密閉溶接する場合にも適用することができ
る。
は、溶接熱による管内圧力の上昇に対応して、上記管に
加えられる外圧を溶接時間の経過とともに順次増圧する
ようにしたので、管の内外の圧力差によって溶接部に膨
れ欠陥或は押込み欠陥等が発生することを確実に防止す
ることができ、高品質の製品を得ることができる。
との関係線図。
時の溶接時間と圧力との関係線図。
時の溶接時間と圧力との関係線図。
接欠陥を示す溶接部の断面図。
部の断面図。
Claims (6)
- 【請求項1】一端が封じられた管内に固体物質と気体又
は気体のみを充填し、その後上記管の開口端に端栓を取
付け、その端栓と管とを密封溶接するようにした管の封
緘溶接方法において、溶接熱による管内圧力の上昇に対
応して、溶接時間の経過とともに上記管に加えられる外
圧を管内と前記外圧との差圧が、溶融金属に膨れ欠陥を
生じさせる圧力以下の所定圧力になるように段階的に増
圧することを特徴とする、管の封緘溶接方法。 - 【請求項2】一端が封じられた管内に固体物質と気体又
は気体のみを充填し、その後上記管の開口端に端栓を取
付け、その端栓と管とを密封溶接するようにした管の封
緘溶接方法において、溶接熱による管内圧力の上昇に対
応して、溶接時間の経過とともに上記管に加えられる外
圧を管内と前記外圧との差圧が、溶融金属に膨れ欠陥を
生じさせる圧力以下の所定圧力になるように連続的に増
圧することを特徴とする、管の封緘溶接方法。 - 【請求項3】管内に充填される固体物質は核燃料である
ことを特徴とする、請求項1または2記載の管の封緘溶
接方法。 - 【請求項4】管内に充填される固体物質は、ウラン又は
プルトニウムの酸化物セラミック焼結体からなる核燃料
であることを特徴とする、請求項1または2記載の管の
封緘溶接方法。 - 【請求項5】一端が封じられた管内に固体物質と気体又
は気体のみを充填し、その後上記管の開口端に端栓を取
付けてその端栓と管とを密封溶接する管の封緘溶接装置
において、少なくとも上記管の開口端部を挿入装着する
溶接チャンバーに、上記溶接チャンバー内の圧力を溶接
熱による管内圧力の上昇に対応して上記管内圧力との差
圧が一定値以内になるように順次増圧する圧力制御装置
を接続したことを特徴とする、管の封緘溶接装置。 - 【請求項6】溶接チャンバー内の圧力は溶接中管内圧力
と同一圧力を含む所定の差圧内に制御されることを特徴
とする、請求項5記載の管の封緘溶接装置。
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JP04055388A JP3117778B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 管の封緘溶接方法及び装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH05253668A JPH05253668A (ja) | 1993-10-05 |
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Family Applications (1)
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JP04055388A Expired - Fee Related JP3117778B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 管の封緘溶接方法及び装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3423682B2 (ja) | 2000-10-25 | 2003-07-07 | 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン | 薄肉円筒内圧封入方法および内圧封入試験片 |
CN102728975A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-10-17 | 北京中丽制机电气有限公司 | 不锈钢端头单面焊双面成型焊接工装 |
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1992
- 1992-03-13 JP JP04055388A patent/JP3117778B2/ja not_active Expired - Fee Related
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