TW457489B - Method of connecting two coaxial tubular pieces, and tool for making this connection - Google Patents

Description

457 48 9 A7 B7 五、發明說明（1 ) 本發明是相關於連接兩個同軸管件之方法’以及關於 用以製作同軸管件間的連接之工具。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 依據本發明之之方法及工具是特別使用於製作燃料組 合的導管與導管的端套之間的連接。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 特別是那些由壓水冷卻之水冷式核子反應器用燃料組 合包含一種結構，其中燃料棒是相互平行以卷束的艘式固 定在一起。燃料組合的架構包含間隔柵’其用於規則格子 中的燃料棒、平行於置放在卷束內側中某些位置的燃料棒 之導管、以及端口等之橫向與軸向固定。組成燃料組合的 架構的結構元件且可使用來導引反應器的控制群的吸收棒 之導管，具有大於燃料棒之長度，且具有用以固定在燃料 組合的端口上之端部。固定在燃料組合的上端口上之導管 的上端部，可包含有以同軸方式接合的端套，實質地在導 管的端上不需有任何間隙。這些導管的端套可包含，例如 ，用以接合燃料組合的上端口開口之內螺紋部分或彈性片 狀物，在燃料組合的上端口是可移動的狀況下’可能使導 管藉由拴緊具螺紋的端套或藉由堵住端套，予以連接至燃 料組合。 導管與其端套之間的連接必須製作成可防止導管與端 套兩者在軸向平移中及在繞其共同軸線的旋轉中移動。此 連接必須是不以焊接方式製作，因爲製作導管的材料本質 、燃料組合的元件製造過程、及構成燃料組合的元件所需 的機械強度與耐銹蝕性等使然。導管亦必須是藉由使用穿 過間隔柵巢室的端套之非焊接過程予以組合。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 45748 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____B7___ 五、發明說明（2 ) 爲了使導管連接至其中套入導管的端套，已提議藉由 導管與端套的壁的直徑擴張之連接方法，其中之一套入另 一者上，主要在導管與端套的材料是不同時。 例如，已提議過使用旋轉的管擴張工具以造成連續環 形部位中的直徑擴張。 此種方法並不可能確保端套相對於導管的非常良好旋 轉堵塞。 亦已提議過在導管接合端套的部位，製作自導管及自 端管向外徑向地突出的圓凸1於至少兩個將在軸向上組合 並相互隔開之管件的圓周部位。至少兩個徑向突出的凸塊 ，通常爲四個凸塊，是製作於將組合的管件的各圓周部位 上，這些凸塊是藉由管件壁的部分，沿著管件的圓周相互 分開，此管件壁的部分是配合凸塊所產生的變形。此方法 使兩管件之間製作出一個良好的機械連接，此兩管件被防 止在其圓周部位作平移與旋轉的移動。 爲了要製作此直徑擴張，使用一種工具，其包含：通 常具有四個彈性片狀物之管擴張器，此片狀物是由軸向狹 槽隔開；及截頭錐形致動心軸，其軸向地移動於擴張器內 側以使管件內的片狀物移動分開，此管件的連接是藉由管 件壁的徑向擴張而達成。 在凸塊必須連續地形成於管件的第一圓周部位與第二 圓周部位之範圍內，燃料組合的各導管上之連接製作通常 是冗長且難處理的操作。因爲必須要注意以確定凸塊是非 常精確地定向且對準於軸向上，使擴張器定位於導管內側 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- 457489 A7 B7

五、發明説明（3 ) 是一難處理的操作°爲確定管件相互間的適當機械固定， 凸塊通常是依據管件的尺寸而製作 > 在軸向上具有相當的 深度，因此增加了操作的困難度。特別在軸向上’確定無 間隙的固定亦是困難的，因爲在擴張操作的期間及此操作 之後之壁材料的彈性反應。 再者，導管與端套歷經變形部位之間的頸縮，這將修 改其尺寸的特徵。 因此，本發明的目的在於提議一種連接兩個同軸管件 的方法，其以一管件套入另一管件的方式連接於其軸向上 之至少部分長度，藉由兩管件壁的徑向擴張於管件的套入 部分，沿著管件的圓周，製作至少兩個向外徑向突出且相 互分開的圓凸，於軸向上相互間隔開的管件的至少兩個部 位，藉由管件的中間壁的部分•以非常高的生產力'及圓凸 軸向上的小深度，此方法可達到一非常有效之未具有任何 間隙的機械連接，然而限制了管件的頸縮。 爲此目的，藉由徑向地擴張管件壁，於軸向間隔分開 的兩個部位，同時製作數個圓凸。 本發明亦是關於用以連接管件的擴張工具，包含有擴 張器’其彈性片狀物各具有兩個用以形成壓痕的圓凸，於 片狀物的軸縱向上相互分隔開的管件壁中。 爲了要淸楚地瞭解本發明，現將參考以下圖式以及經 由實例，依據本發明的方法及用以製作連接的擴張工具， 說明導管與端套之間的連接製作。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45748 9 A7 B7 五、發明說明（4 ) 圖式簡單說明 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1是依據本發明配置有固定於其上的端套之導管端 部分之透視圖。 圖2是用以實施本發明的方法之擴張工具的擴張器之 透視圖。 圖3是擴張器端部分之放大軸向截面圖。 圖4是用以起動擴張器之心軸之側視圖》 主要元件對照表 1 導管；管件 2 端套；管件 2 a 主體 2 b 端部 3、3 ' 局部 4 凸塊‘ 5 壁部件 6 擴張器 6 a 第一部件 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 b 第二端部件 7 擴張頭 8a、8b、8c、8d 片狀物 9 狹縫 10 致動器 1 1 、1 1 ' 圓凸 -7 - 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 457489 A7 B7

外 % 五、發明說明（5) 較佳實施例詳細說明 圖1顯示燃料組合的導管1的上端部，其上安裝並固 定有端套2，經由此端套，可藉由機械連接固定並拴入燃 料組合的上接管。 導管1 一般是由鉻合金製成，而端套2可以不鏽鋼的 不同材料製成。 端套2具有管狀主體2 a，其內直徑大約相等於導管 1的外直徑，直徑爲1 2至1 4mm，以及端部2 b，其 直徑加大且內側刻有螺紋。導管1的端’可使用拴入端套 2的端部2 b的內螺紋部內側之套管，固定入燃料組合的 上接管。 導管1與端套2之間的連接，是藉由以一構件安裝在 另一構件上的方式且同軸配置地使導管1與端套2的壁變 形於兩局部3、3'而完成，局部3、3,是在導管1與端套 2的軸向上間隔開。 此兩變形的局部3、3 ’是相同的，將僅說明局部3。 局部3包含四個凸塊4(於圖1中可看到兩凸塊）’此凸 塊自導管1與端套2向外徑向地突起且具有環形區段的形 狀。四個凸塊4是環繞著導管1與端套2的軸線相互分開 9 0度配置，且是自導管1與端套2的壁擴張而產生，導 管1是套入端管2並深入端部2 b。 變形局部3或3 '的兩連續凸塊4是由導管1與端套2 的壁的部件5所分開’以適合配置於凸塊之間的變形。 (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) n ί I 一-BJ* n n .^1 I » 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 457489 A7 B7 五、發明說明（6 ) 使用本發明的方法爲了製作圖1所示之連接，導管1 是套入一套管，然後，以單一操作擴張局部3、3’中之導 管1與端套2 » 此方法是藉由將在以下說明的擴張工具予以完成。 擴張工具主要包含有擴張器，如圖2與3中所示，及 心軸’如圖4中所示。 擴張器，如圖2與3中所示並由參考數字6所標示· 包含有管狀伸長體、形成擴張器推進件的第一部件6 a、 及用以安裝擴張工具於工具支撐上之第二端部件6 b。擴 張器6的第一部件6 a在其一端具有擴張頭7，藉由此擴 張頭於管件內側，製作出在其內部件上之中空壓痕以及在 其外表面上之徑向突出的凸塊。 爲構成擴張器推進件於部件6 a中，擴張器6的主體 形成四個彈性片狀物8 a、8 b、8 c與8 d，其延伸於 擴張器6的軸側向上。片狀物8a、8b、8c與8d是 由切削成擴張器的主體管壁之片段組成。擴張器的主體管 壁具有四個狹縫，各狹縫分開擴張器的雨連續片狀物，且 延伸超過擴張器主體的部件6 a的大部分長度於擴張頭7 的端與接近擴張器的支撐部件6 b的局部之間。於擴張頭 7的相對端堅固地附著在擴張器的主體之片狀物8 a、 8 b、8 c與8 d |可被移開以產生擴張，各片狀物然後 藉由彈性彎曲而變形。 於部件6 a中1擴張器6的主體具有小於導管內直徑 之外直徑，以使擴張器可導入導管，其上於同軸位置固定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線}1、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 5 7 4 8 9 a? B7 五、發明說明（7) 有與導管連接之端套。擴張頭7是導入套入端套內側之導 管的一部分內’藉由擴張與捲曲以製作導管與端套之間的 連接，如下所述。 如圖2與3所示，擴張器6的各片狀物8 a ' 8b、 8 c與8 ci於其形成擴張頭7的端部，具有適合於同時在 導管與端套的壁上製作兩個壓痕與凸塊之彤狀與輪廓。各 片狀物8a、8b、8c與8 d於其端部’具有第一擴張 圓凸1 1與第二擴張圓凸1 1'，其具有部分***的形狀， 自擴張頭7向外突起。 圖3是擴張頭的軸向截面圖，顯示片狀物8 a與8 c 的端部外表面的縱向輪廓’片狀物8 a與8 c的圓凸1 1 與1 1 '形成兩個於擴張器6的軸向上分隔距離d之縐摺。 不同的連續片狀物8 a、8b、8 c與8d的第一圓凸 i i與第二圓凸1 1'是並列於擴張器6的第一與第二圓周 線上，並分別位於分隔距離d之兩個擴張器橫截面的中心 〇 第一圚凸1 1與第二圓凸1 1'的縱向輪廓，適於擴張 且捲曲導管1與端套2以使其有效地相互連接，包含有例 如中央部分、指向第二圓凸的內部分、及相對的外部分， 這三個部件形成一個曲線。 圓凸的縱輪廓的三個部分是於此輪廓的彎曲點結合一 起，圓凸的中央部分是朝著擴張器外側之凸面，而內與外 部分是朝著擴張器外側之凹面。 擴張器之雨連續成對的圓凸11、11’是由狹縫9隔 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —訂---------線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -10 - A7 B7 457489 五、發明說明（8 ) 開，且所有的連續圚凸1 1以及所有的連續圓凸1 1 ’構成 一環形變形表面於由狹縫9所隔開的四個部分。 當.套入端套中之擴張器的片狀物是擴張而擴張頭7是 配置於導管內部時，擴張器的各片狀物的圓凸1 1與1 1 1 於導管與端套的接觸壁，產生與導管及端套的兩圓周方向 並列之壓痕，其中圓凸已藉由在致動器1 0上的拉動而向 外移動。產生於導管與端套的內表面上之中空的壓痕，造 成導管與端套的外表面上之凸塊，這些凸塊是沿著雨圓周 線同時產生，以使一凸塊於另一凸塊中完全地連結。 以上所述之環形圓凸1 1與1 1’的彎曲輪廓可使導管 與端套的壁的金屬漸漸地變彤（但非常快速地），且因此 減小形成時作用在兩圓凸之間的拉張應力。 壁變形所產生之作用在圓凸之間的拉張應力之事實， 能夠在形成操作後之金屬回彈時，消除可能存在於圓凸之 間的軸向空隙。 與於管件中同時產生圓凸的兩圓周線相關連之上述優 點，可能獲得令人滿意之管件的接住與鑛固效果，然而限 制了於管件擴張時所產生之圓凸的壓痕深度。因此，相較 於連續地產生凸塊的各圚周線之方法，可能大大地減小於 管件中產生之凸塊的高度。在相同的連接強度下，壓痕或 凸塊的深度已可減少2 0至4 0 %。因此，減小位於凸塊 之間的金屬應力，由於柱頸的產生。 當然，爲了於管件中同時產生凸塊的兩圓周線，需要 施加更大的力在刀具上，以移動擴張器中之致動器心軸。 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------^}f「 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - A7 457489 ______B7____ 五、發明說明（9 ) 當致動器正於軸向上移動時，爲了減小錐形致動器與 擴張器的接觸表面間堵塞之風險，雖然給予這些工具的部 件用以完成其功能之機械特性，錐形心軸或致動器以結構 鋼製成，此結構鋼例如可以是處理以具有大於6 5 H C R 的硬度並塗覆以一層添加有碳的氮化鈦，其具有例如 2500至4000HV的硬度。 擴張器可以具有超過5 5 H C R的硬度且具有硬鉻電 鍍的外塗層之已處理結構鋼製成|此外塗層具有至少 8 5 0HV的硬度。可使用配置具有擴張器6與錐形致動 器1 〇的單一工具之機器，另一方面，亦使用具有一組可 同時啓動的擴張工具之自動機器。此種具有二十四個工具 之機器可在單一操作中同時使端套捲曲在燃料組合的二十 四個導管上。 本發明因此具有相當地增加燃料組合元件製造架構中 的生產力、減小管件壁的擴張部分的高度、及減小管件中 的應力等之優點。再者，避免擴張部分或圚凸之間的管件 頸縮，因此可使用未具有用以固持擴張片狀物間的管件壁 之支臂之擴張器，以達成擴張操作。 本發明'亦可能地藉由限制應力，以保持配置有此連接 的管件之高度機械特性。 . 當然，本發明並未嚴格地限於以上所述的實施例，例 如，可使用具有除了四個以外數量的片狀物之靖張工具。 然而，此工具必須具有至少兩個各配置有兩個圓凸的片狀 物- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 ti I · ^ I }/ ------------: --------訂 i 丨 I---|_線~1. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- A7

457489 五、發明說明（1Q) 本發明不但適用於燃料組合的導管與套入其内的端襄 之連接之狀況，而且適合於必須連接的同軸管件而不論其 功能與應用爲何之所有狀況。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-n I n In n -^1 一：OJ n H 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13 -

Claims (1)

1. ^57483 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8ττ、申請專利範園 附件U: 第88 12丨912號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國90年8月修正 1 · 一種連接兩個同軸管件（1、2)之方法，以一 管件套入另一·管件的方式連接於其共同軸向上之至少部分 長度，藉由兩管件（1、2 )壁的徑向擴張於管件的套入 部分，沿著管件的圓周，製作至少兩個向外徑向突出且由 管件的中間壁’（5 )的部分予以相互分開的凸塊（4 )， 於軸向上相互間隔開的管件的至少兩個部位，其特徵在於 ，軸向上分隔開的兩個_部位中之凸塊（4 )，是藉由徑向 擴張的管件（1、2 )壁予以同時製作而成。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中兩個管件（ 1，2 )之一是水冷式核子反應器的燃料組合的導管（1 )，另一個是端套（2)，且導管（1)是連接至端套（ 2 )使得導管（1 )套入端套（2 )而實質上無任何間隙 α 3 種連接兩個同軸管件（1、2)之工具，以一 管件套入另一管件的方式連接於其軸向上之至少部分長度 ，包含： 擴張器（6 ) 1具有管狀體，其外直徑小於內管件（ 1 )的內直徑’擴張器含有狹縫（9 )於其軸向的部分長 度上，狹縫穿過擴張器的壁並界定至少兩個片狀物，例如 >四個具有構成擴張頭（7 )的輪廓端部分之彈性片狀物

   ------.——^—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) <tr 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) Α4規格（210Χ297公整） 88 88 ABCD 457489 六、申請專利範圍 (8a、8b、8c、8d);及 錐形致動器〔1 0 )，藉由軸向地移動於擴張器（6 )內，用以移動分開擴張器（6 )的片狀物（8 a 、8 b 、8 c、8 d ); 其特徵在於，擴張器的各片狀物（8 a、8 b ' 8 c 、8 d )於其輪廓端部分，具有第一圓凸（1 1 )與第二 圓凸（1 1 ’），此圓凸於擴張器的軸向上相互隔開一距離 (d )，擴張器（6 )的片狀物（8 a、8 b、8 c、 8 d)的第一ί]凸（1 1 )與第二圓凸（1 1’）沿著擴張 器（6 )外表面上的第一與第二圓周線並列。 4 ·如申請專利範圍第3項之工具，其中，擴張器（ 6 )的片狀物C 8 a、8 b、8 c、8 d )的各圓凸（ 1 1、1 1 ’），整體上，具有部分環面的形狀及南北向的 輪廓，此輪廓含有朝向擴張器（6 )外側呈凸面之中央部 分及朝向擴張器（6 )外側呈凹面之兩個端部分。 5 .如申請專利範圍第3或4項之工具，其中，該工 具的錐形致動器（10)是以處理過而具有超過. 6 5HCR硬度的結構鋼製成，並塗覆以具有2 5 0 0至 4 0 0 0HV硬度之添加有碳的氮化鈦層，該工具的擴張 器是以處理過而具有超過5 5 H CR硬度的結構鋼製成， 並塗覆以具有超過8 5 0 HV硬度之由硬鉻電鍍層於其外 側。 6 .如申請專利範.圍第3項之方法’其中兩個管件（ 1，2 )之一是水冷式核子反應器的燃料組合的導管（1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -2 - (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 裝- 、-·° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 AB1CD 4 5 7 4 8 9 六、申請專利範圍 )，另一個是端套（2)，且導管（1)是連接至端套（ 2 )使得導管（1 )套入端套（2 )而實質上無任何間隙 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. -5. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家榇準（CNS) A4規格（210X297公釐.） -3