RU2231833C2

RU2231833C2 - Method for manufacturing process surveillance specimen of fuel element

Info

Publication number: RU2231833C2
Application number: RU2002114857/06A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Чапаев (RU); И.Г. Чапаев; В.И. Батуев (RU); В.И. Батуев; А.М. Лузин (RU); А.М. Лузин; В.Д. Бачурин (RU); В.Д. Бачурин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2004-06-27

Abstract

FIELD: nuclear power engineering; quality control of fuel elements during their manufacture.

SUBSTANCE: used as can for process surveillance specimen is length of fuel-element can-material tube. Reusable extension piece is used as process plug. Diameter of extension piece equals outer diameter of can. Can length equals difference between that of fuel-element can and tube length. Junction unit in the form of collet with open end of can length is made in advance at one end of tube length. Junction unit in the form of depression is made at other end. This depression follows shape of upper part of plug welded to can length end.

EFFECT: reduced zirconium alloy consumption for surveillance specimen manufacture.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях изготовления и контроля тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для ядерных реакторов.The invention relates to nuclear energy and may find application in enterprises manufacturing and controlling fuel elements (TVEL) for nuclear reactors.

Известно, что эксплуатационная надежность ТВЭЛов во многом определяется качеством выполненных сварных соединений. Она прямым образом связана со свариваемостью используемых конструкционных материалов, с конструкцией соединений, технологическими процессами их выполнения и изменяемостью свойств при эксплуатации под влиянием температуры, потока нейтронов, напряжений, среды (теплоносителя и внутри ТВЭЛьной).It is known that the operational reliability of fuel elements is largely determined by the quality of the welded joints. It is directly related to the weldability of the used structural materials, to the design of the joints, the technological processes for their implementation and the variability of properties during operation under the influence of temperature, neutron flux, stresses, medium (coolant and inside the fuel element).

Главная задача герметизации - сохранить герметичность ТВЭЛов в течение всего срока эксплуатации и последующих их хранения и транспортирования вплоть до момента разрушения при операциях регенерации топлива, однако при герметизации - сварке заглушек к оболочке возможны дефекты, которые либо выявляются при контроле, либо способны раскрыться при эксплуатации (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 2. Под ред. Ф.Г. Решетникова. М.: Энергоатомиздат, 1995, с. 181, 184).The main task of sealing is to maintain the tightness of fuel rods throughout the entire life of the fuel and its subsequent storage and transportation up to the point of destruction during fuel recovery operations, however, during sealing - welding of plugs to the shell, defects can occur that are either detected during inspection or can open during operation ( see Development, production and operation of fuel elements of power reactors. Book 2. Edited by F. G. Reshetnikov. M: Energoatomizdat, 1995, p. 181, 184).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления тепловыделяющего элемента, включающий изготовление оболочки с заглушкой на одном конце, имеющей на посадочном месте в оболочку “лыску”, образующую технологический канал с внутренней поверхностью оболочки и технологический канал в сварном стыке, заплавляемых при электронно-лучевой сварке при закрытом технологической заглушкой другом конце оболочки и после удаления технологической заглушки и снаряжения топливом герметизацию контактной стыковой сваркой другого конца оболочки с заглушкой под давлением инертного газа под оболочкой (см. Патент Российской Федерации 2127457, MПK 6 G 21 C 3/10, 21/00, 21/02, В 23 К 11/02, 15/00 от 04.06.1997).The closest in technical essence and the achieved effect is a method of manufacturing a fuel element, including the manufacture of a shell with a plug at one end, having a “flat” on the seat in the shell, forming a technological channel with an inner surface of the shell and a technological channel in a welded joint, electronically fused - beam welding when the other end of the shell is closed with a technological plug and after removing the technological plug and equipment with fuel, sealing the contact st by welding the other end of the shell with a plug under inert gas pressure under the shell (see Patent of the Russian Federation 2127457, MPK 6 G 21 C 3/10, 21/00, 21/02, 23K 11/02, 15/00 dated 04.06 .1997).

Каждая из перечисленных видов сварки имеет свои преимущества и недостатки, зависящие от многих факторов: параметров сварки, настройки сварочной машины на режим сварки, перед пуском ее в работу, после ремонта, после выпуска определенного количества продукции и т.д.Each of the listed types of welding has its advantages and disadvantages, depending on many factors: welding parameters, setting the welding machine to the welding mode, before putting it into operation, after repair, after the release of a certain amount of products, etc.

В связи с этим готовят технологический образец в соответствии с ОСТ 95.503-84, повторяющий по конструкции сварное соединение, на котором проверяют исправность технологического оборудования, контрольно-измерительных приборов, правильность их настройки, соответствие цикла и параметров операции заданным. Готовят и образец-свидетель для лабораторных испытаний, повторяющий по конструкции сварное соединение ТВЭЛа, изготовленного по штатной технологии.In this regard, a technological sample is prepared in accordance with OST 95.503-84, repeating the welded joint in design, on which the serviceability of technological equipment, control and measuring instruments is checked, their settings are correct, the cycle and operation parameters match the specified ones. A test sample is also being prepared for laboratory tests, repeating in design a welded joint of a fuel element manufactured by standard technology.

По штатной технологии в соответствии с патентом 2127457 трубки подвергают обрезке концов в размер оболочки с соответствующими углами торцев под сварку, калибровке одного конца, промывке, сушке, сборке калиброванного конца оболочки с заглушкой, имеющей на посадочном месте в оболочку “лыску”, образующую технологический канал с внутренней поверхностью оболочки и технологический канал в сварном стыке, взвешиванию и электронно-лучевой сварке заглушки с калиброванным концом оболочки путем размещения конца оболочки с заглушкой в камере, вакуумирования ее внутреннего объема через технологические каналы в заглушке при закрытом другом конце оболочки технологической заглушкой, электронно-лучевой сварке заглушки к оболочке с заплавлением каналов, а после снаряжения топливом оболочки другой ее конец герметизируют контактно-стыковой сваркой заглушки к оболочке под давлением инертного газа под оболочкой.According to the standard technology, in accordance with patent 2127457, the tubes are trimmed to the size of the shell with the corresponding corners of the ends for welding, calibration of one end, washing, drying, assembling the calibrated end of the shell with a plug having a “flat” on the seat in the shell forming a technological channel with the inner surface of the shell and the technological channel in the welded joint, weighing and electron beam welding of the plug with a calibrated end of the shell by placing the end of the shell with a plug in the chamber, vacuum its internal volume through technological channels in the plug when the other end of the shell is closed with a technological plug, electron-beam welding of the plug to the shell with the channels being melted, and after fueling the shell, its other end is sealed by flash-butt welding of the plug to the shell under inert gas pressure under the shell .

В соответствии с конструкциями электронно-лучевой установки и установки контактно-стыковой сварки длина технологического образца-свидетеля должна соответствовать длине ТВЭЛа, т.е. после соответствующих испытаний разрушающим методом контроля оболочка из сплава циркония с ниобием уходит в брак.In accordance with the designs of the electron-beam installation and the flash butt welding installation, the length of the technological witness specimen must correspond to the length of the fuel rod, i.e. after appropriate tests by the destructive control method, the shell of an alloy of zirconium with niobium goes into marriage.

Технической задачей является сокращение расхода циркониевого сплава на изготовление технологического образца-свидетеля тепловыделяющего элемента.The technical task is to reduce the consumption of zirconium alloy for the manufacture of a technological sample witness of a fuel element.

Эта техническая задача решается тем, что в способе изготовления технологического образца-свидетеля тепловыделяющего элемента, включающем изготовление оболочки с заглушкой на одном конце, имеющей на посадочном месте в оболочку “лыску”, образующую технологический канал с внутренней поверхностью оболочки и технологический канал в сварном стыке, заплавляемых при электронно-лучевой сварке при закрытом технологической заглушкой другом конце оболочки, а после удаления технологической заглушки проводят герметизацию контактной стыковой сваркой другого конца оболочки с заглушкой под давлением инертного газа под оболочкой; согласно изобретению в качестве оболочки для технологического образца свидетеля используют отрезок трубки из материала оболочки для тепловыделяющего элемента с торцами, подготовленными под сварку, а в качестве технологической заглушки применяют многократно используемый удлинитель с диаметром, равным наружному диаметру оболочки с длиной, равной разнице между длиной оболочки для тепловыделяющего элемента и длиной отрезка трубки, у которого предварительно выполняют с одного конца стыковочный узел в виде цанги с открытым концом отрезка оболочки, а с другого конца стыковочный узел в виде углубления, повторяющего форму верхней части заглушки, приваренной к концу отрезка оболочки.This technical problem is solved in that in the method of manufacturing a technological sample-witness of a fuel element, including the manufacture of a shell with a plug at one end, having a “flat” on the seat in the shell, forming a technological channel with an inner surface of the shell and a technological channel in a welded joint, fused during electron beam welding with the other end of the shell closed by a technological plug, and after removing the technological plug, the contact butt is sealed cooking the other end of the shell with a plug under pressure of an inert gas under the shell; According to the invention, a piece of a tube made of a shell material for a fuel element with welded ends is used as a shell for the witness’s technological sample, and a reusable extension cord with a diameter equal to the outer diameter of the shell with a length equal to the difference between the length of the shell for of the fuel element and the length of the length of the tube, in which the docking unit is preliminarily performed from one end in the form of a collet with an open end and the shell, and from the other end, the docking unit in the form of a recess, repeating the shape of the upper part of the stub welded to the end of the shell segment.

Предложенный способ изготовления технологического образца-свидетеля тепловыделяющего элемента позволит использовать для этой цели не целые трубки, а отходы от резки трубки в размер оболочки тепловыделяющего элемента, сократить при этом расход сплава циркония с ниобием и обеспечить соответствующий разрушающий контроль сварных швов как электронно-лучевой сварки, так и контактно-стыковой сварки.The proposed method for manufacturing a technological sample witnessing a fuel element will allow using not whole tubes, but waste from cutting the pipe to the size of the fuel element shell, to reduce the consumption of zirconium alloy with niobium and to provide the corresponding destructive control of welds as electron beam welding, and flash butt welding.

На чертеже представлено:The drawing shows:

фиг.1 - общий вид электронно-лучевой сварки;figure 1 is a General view of electron beam welding;

фиг.2 - общий вид контактной стыковой сварки;figure 2 is a General view of flash butt welding;

фиг.3 - технологический образец-свидетель ТВЭЛа.figure 3 - technological sample witness of the fuel rod.

Способ изготовления технологического образца-свидетеля тепловыделяющего элемента включает операции изготовления оболочки 1 с заглушкой 2 на одном конце, имеющей на посадочном месте в оболочку 1 “лыску”, образующую технологический канал 3 с внутренней поверхностью оболочки 1 и технологический канал 4 в сварном стыке, заплавляемых при электронно-лучевой сварке 5 при закрытом технологической заглушкой 6 другом конце оболочки 1, герметизацию после удаления технологической заглушки 6 контактной стыковой сваркой 7 другого конца оболочки 1 заглушкой 8 под давлением инертного газа под оболочкой 1.A method of manufacturing a technological sample-witness of a fuel element includes the operation of manufacturing a shell 1 with a plug 2 at one end, having a “flat” on the seat in the shell 1, forming a technological channel 3 with the inner surface of the shell 1 and the technological channel 4 in the welded joint, fused with electron beam welding 5 when the other end of the shell 1 is closed with a technological plug 6, sealing after removal of the technological plug 6 by flash butt welding 7 of the other end of the shell 1 is 8 ushkoy pressurized inert gas under the shell 1.

В качестве оболочки 1 для технологического образца-свидетеля 9 используют отрезок трубки из материала оболочки после резки ее в размер оболочки тепловыделяющего элемента. Торцы отрезка-оболочки 1 готовят под сварку электронно-лучевую и контактную стыковую.As the sheath 1 for the technological sample witness 9, a piece of tube from the sheath material is used after cutting it into the sheath size of the fuel element. The ends of the shell section 1 are prepared for welding by electron beam and contact butt.

В качестве технологической заглушки 6 применяют многократно используемый удлинитель с диаметром D, равным наружному диаметру D1 оболочки 1 с длиной L, равной разнице между длиной L1 оболочки для тепловыделяющего элемента и длиной L2 отрезка трубки-оболочки 1 L=L1-L2.As a technological plug 6, a reusable extension cord is used with a diameter D equal to the outer diameter D1 of the shell 1 with a length L equal to the difference between the length L1 of the shell for the fuel element and the length L2 of the length of the tube-shell 1 L = L1-L2.

У удлинителя предварительно выполняют на одном конце стыковочный узел в виде цанги 10 с открытым концом отрезка-оболочки 1, а с другого конца стыковочный узел в виде углубления 11, повторяющего форму верхней заглушки 2, приваренной к концу отрезка-оболочки 1.At the extension cord, a docking unit in the form of a collet 10 with the open end of the shell section 1 is preliminarily performed at one end, and a docking unit in the form of a recess 11 repeating the shape of the upper plug 2 welded to the end of the shell section 1 at the other end.

Установки электронно-лучевой и контактной стыковой сварки предусматривают сварку концов оболочки, имеющей длину L1, равную длине ТВЭЛа, т.е. ~4 м.Electron beam and contact butt welding installations include welding the ends of the shell having a length L1 equal to the length of a fuel rod, i.e. ~ 4 m.

В связи с этим для сварки концов отрезка-оболочки предлагается удлинитель, позволяющий осуществить герметизацию обоих концов отрезка-оболочки 1.In this regard, for welding the ends of the section-shell, an extension cord is proposed that allows sealing of both ends of the section-shell 1.

При электронно-лучевой сварке 5 заглушки 2 к концу отрезка-оболочки 1 другой ее конец герметично закрыт цангой 10 удлинителя, выполняющей роль герметичной технологической заглушки 6. Через технологические каналы 3,4 осуществляют вакуумирование внутреннего объема отрезка-оболочки 1, включается вращение и электронным лучом 12 осуществляется проплавление технологических каналов 3, 4 и сварочного стыка.In electron beam welding 5 of the plug 2 to the end of the sheath portion 1, its other end is hermetically sealed with an extension collet 10, which acts as a sealed technological plug 6. Through the processing channels 3.4, the internal volume of the sheath portion 1 is evacuated, and the electron beam is turned on 12 is the penetration of the technological channels 3, 4 and the welding joint.

Отрезок-оболочка 1 с приваренной заглушкой 2 снимается с цанги 10 и заглушкой 2 вводится в углубление 11 удлинителя, а затем открытым концом на контактную стыковую сварку 7 заглушки 8 под давлением инертного газа под оболочкой технологического образца-свидетеля 9.A piece of shell 1 with a welded plug 2 is removed from the collet 10 and the plug 2 is inserted into the recess 11 of the extension cord, and then with the open end to the flash butt welding 7 of the plug 8 under the inert gas pressure under the shell of the witness technological sample 9.

Claims

A method of manufacturing a technological sample, a witness of a fuel element, including the manufacture of a shell with a plug at one end, having a “flat” on the seat in the shell, forming a technological channel with an inner surface of the shell and a technological channel in the welded joint, fused during electron beam welding when closed technological plug at the other end of the shell, and after removing the technological plug - sealing by flash butt welding of the other end of the shell with a plug under pressure inert gas under the shell, characterized in that as a shell for a technological witness witness, a piece of a tube of shell material for a fuel element with welded ends is used, and a reusable extension cord with a diameter equal to the outer diameter of the shell is used as a process plug with a length equal to the difference between the length of the sheath for the fuel element and the length of the length of the tube, which previously perform from one end of the docking unit in in the form of a collet with the open end of the shell segment, and on the other end, the docking unit in the form of a recess that repeats the shape of the upper part of the plug welded to the end of the shell segment.