[发明专利]核反应堆用燃料组件中定位格架的焊接方法与设备以及用于经格架内部进行焊接的装置

说明书

本发明涉及核反应堆燃料组件中定位格架的交错狭带的焊接方法与装置。

核反应堆的，特别是由加压水冷却的核反应堆的燃料组件，包括有一束称作为燃料棒的长圆柱形的燃料元件，它们保持于燃料组件的框架内，布置成使这些棒取相互平行的形式。

此种燃料组件的框架包括：定位格架，它有一批栅元，按规则的格子排列，用来从横向上保持住燃料组件中的燃料棒；导管，它们配合在定位格架的某些栅元中，其长度大于燃料棒的长度；以及端部管嘴，它们固定于导管的端部上，可增强上述框架和保持住燃料棒。

这些定位格架则是沿着导管的长向按规则的间隔分布，用以在横向平面内将上述束棒保持于同定位格架的栅元格子相一致的格子内。

定位格架包括若干棱柱状的栅元，它们一般具方形的横剖面，用来纳置上述框架的一个燃料棒或一根导管。

上述定位格架通常由一些交错的金属狭带构成，它们按成90°角的两个方向上排列，限定出一批横剖面为方形的平行六面体栅元，用来收容燃料组件的燃料棒与导管。构成上述定位格架的具有方形单元的上述格子中的各个狭带，与所有同它成90°方向配置的狭带相交。两条狭带的各个相交部分构成一个具有四个90°二面角的十字撑，以及一条为所述格架的四个栅元共用的会合边。这些狭带经联锁然后沿格架的四个栅元所共用的会合边焊合而装配到一起。

一般，为了沿着一条边将构成十字撑的狭带装配好，是去利用占这种带宽度一半的槽把这些带相互结合起的。

首先，在定位格架的方形单元格子内将狭带相互组配好，同时组装上此格架的周边束带而组装起此格架。然后在各边的端部处将这些狭带的交点相互焊合，同时将构成封闭着格架周边栅元的外束带的格栅中周边狭带焊合。此种定位格架的栅元所具尺寸使得燃料棒能以颇大的间隙配合到栅元内。为了将燃料棒保持于格架的栅元内，采用了伸入到各个栅元内的保持装置。这些保持装置可以包括通过对金属狭带作切开后将其推挤入栅元内而获得的凹座，以及能装配到部分狭带构成的栅元壁部上的弹簧，后者也可以通过对狭带的金属材料作切开与推挤加工而形成。

上述导管实质上是无间隙地引入到定位格架的栅元内，并可以经焊合而固定到燃料组件的某些格架上。

在传统类型的燃料组件用定位格架内，每个栅元例如可以包括在两组相邻壁上的两个凹座和两个在与这些凹座相对的在另两个邻壁上的弹簧。于这种定位格架的栅元中，燃料棒是被各个弹簧推迫到位于与此弹簧相对的两个凹座上。

在组装和焊接这种定位格架时，经相互组装起的狭带包括有凹座和用来伸入到格架各栅元内的弹簧。这些狭带还包括其它一些经切开和推挤出的部件，例如用来提高组装好的格架的刚性与强度的舌片或凸肋。

将定位格架的狭带，在其由组合的两个狭带部件所形成的十字撑边缘的边缘处焊合到一起，是必须的和有利的。

在焊合燃料组件定位格架时所遇到的问题之一涉及到焊接中会使狭带加热，加热的结果则使格架变形和出现应力。

已提出过种种用来连续地焊接定位格架边缘的方法，而得以尽可能地限制因焊接加热使格架受到应力与变形的影响。

例如，在与本申请同时提出的一项专利申请中提出了这种一种用于燃料组件的定位格架，其中在组成一十字撑的二面角的两个成90°角的二等分平面上将十字撑连续地焊接。沿着格架一狭带长度上所设的相邻接的十字撑包括着相续的一批焊接点，它们沿着格架的一个端面的附近的十字撑边的一部分长度上，在此十字撑的两个二面角中的第一个二等分平面上排成一直线，然后，对相续的十字撑来说，再沿着与第一个二等分平面成90°的属第二个十字撑的两个二面角的第二个等分平面排成一直线。

定位格架第二面的邻区中的在各个栅元汇合边上的焊接点是形成在与此格架第一面的邻区中的边的焊接点所在的二等分平面成90°的二等分平面内。

这样一种方法可以显著地限制格架在焊接时所发生的应力与变形，这是因为焊接线是围绕格架的一定栅元分布，并且是分布在设于此格架一个面的邻区中的栅元的端部处。

此外，激光束的焊接法则特别适合去焊接较薄的狭带，尤其适合于沿着横剖面小(例如约1×1cm²)的栅元边焊接。

与制造燃料组件定位格架有关的一个问题涉及到焊接中所耗用的时间，这是由于要去形成极大数量的焊接点所致。

在上述方法中，由于要在各十字撑的四个二面角的每个二等分平面上连续地进行焊接，故需沿各栅元的每一汇合边作四次焊接。

结果，在包括有16×16十字撑的格架的情形，对此格架的所有十字撑需要进行4×16×16＝1024次焊接。