Устройство для герметизации контактно-стыковой сваркой трубчатых изделий

Изобретение относится к атомной энергетике и применяется для герметизации контактно-стыковой сваркой с помощью заглушек стержневых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов). Устройство для контактно-стыковой сварки ТВЭЛов содержит неразъемный в процессе работы корпус герметичной сварочной камеры со сквозным каналом для подачи деталей в зону сварки, механизмы герметизации сварочной камеры, устройство подачи деталей в зону сварки, дополнительный зажим трубы, механизмы захвата и фиксации свариваемых деталей, привод сварочного давления, автономные приводы. Механизмы захвата и фиксации свариваемых деталей выполнены в виде цанг с соответствующими приводами. Привод сварочного давления связан с электрод-держателем заглушки. Сварочная камера образована неразъемным корпусом и герметично присоединенным к нему неподвижным во время работы относительно корпуса фланцем-токоподводом. Одна из цанг имеет кольцевой разъемный токоподвод в виде секторов и опирается торцом со стороны большего основания конуса лепестков во фланец-токоподвод. Цанга зажима трубы и электрод-держатель заглушки имеют коаксиальные, электрически изолированные друг от друга тяги, расположенные в сквозном канале камеры и связанные с автономными приводами. Использование предлагаемого устройства позволит повысить стабильность процесса и качество сварного соединения за счет уменьшения несоосности трубы и заглушки. 1 ил.

 

Изобретение относится к атомной энергетике и может применяться для герметизации контактно-стыковой сваркой с помощью заглушек стержневых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов).

В настоящее время герметизация ТВЭЛов осуществляется на установках контактно-стыковой сварки, встроенных в автоматические линии с высокой степенью автоматизации производственных и контрольных операций. При операции герметизации сваркой к открытому торцу оболочки ТВЭЛа, предварительно заполненной ядерным топливом, прижимается торец заглушки и в результате нагрева проходящим сварочным током и совместного пластического деформирования трубы и заглушки под действием приложенной нагрузки образуется сварное соединение. Перед герметизацией внутренний объем оболочки ТВЭЛа вакуумируется и заполняется инертным газом под повышенным давлением. Основным критерием, определяющим надежность тепловыделяющих элементов, является герметичность их оболочек, в значительной мере зависящая от качества сварного соединения, на которое решающее влияние оказывает равномерность распределения сварочного тока по площади контакта свариваемых деталей, что достигается уменьшением несоосности трубы и заглушки.

Известна установка для герметизации тепловыделяющих элементов, имеющая подвижную неразъемную камеру с рабочей полостью, снабженной сквозными соосными каналами, в которых расположены встречно друг другу, для каждой свариваемой детали, зажимные устройства и электроды (см. заявка Франции 2.331.126, кл. B 23 k 11/02, BOPI №27 - 1977 г.). Недостатком этой установки является подвижность камеры относительно свариваемых деталей и встречное расположение внутри камеры большого количества также подвижных элементов, обеспечивающих соосный захват и подвод тока к свариваемым деталям. Для обеспечения соосности свариваемых деталей при изготовлении корпуса камеры требуется точное координирование отверстий, образующих сквозные каналы. Зазоры, обеспечивающие движение камеры, захватных устройств и токоподводов также отрицательно сказываются на соосности заглушки и оболочки.

Известна также установка, содержащая подвижную, разъемную камеру с перпендикулярным ее оси разъемом, разделяющим рабочую полость на две части, каждая из которых установлена на станине с возможностью автономного возвратно-поступательного перемещения и снабжена цанговыми зажимами механизма захвата свариваемых деталей и трубчатыми тягами, расположенными в сквозных каналах и связывающими захваты с соответствующими приводами, смонтированными на торцах сварочной камеры по обе стороны от разъема, при этом привод сварочного давления связан жестко с одним из приводов трубчатых тяг с возможностью совместного перемещения (см. а.с. СССР №941070, Мкл. 3 В 23 К 11/04 от 07.07.82 г., бюл. №25).

Недостатком данной установки, в части обеспечения соосности свариваемых деталей, является подвижность сварочной камеры, встречное расположение (по обе стороны от разъема) цанговых зажимов механизмов захвата деталей, расположение трубчатых тяг в сквозных каналах камеры, для изготовления которых требуется точное координирование отверстий в обеих частях рабочей полости относительно направляющих, большое количество устройств, обеспечивающих размыкание и герметизацию рабочей полости камеры и снижающих производительность установки.

Имеется также ряд известных установок (см. а.с. СССР №1279152, Мкл. 5 В 23 К 11/04 от 23.06.91 г., бюл. №23; патент Российской Федерации №2152091, Мкл. 7 G 21 C 21/02, В 23 К 11/04 от 27.06.2000), содержащих разъемные камеры с зажимными устройствами в каждой части камеры. Соосность свариваемых деталей обеспечивается за счет встроенных регулирующих устройств, осуществляющих регулировку соосности при ручной настройке или автоматически.

Недостатками указанных установок являются также подвижные разъемные сварочные камеры, встречное расположение цанговых зажимов, наличие дополнительных элементов, обеспечивающих регулировку соосности и снижение производительности в результате остановки автоматической линии при ручной регулировке.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому решению - прототипом является автомат для контактной стыковой сварки трубчатой оболочки ТВЭЛов с заглушкой (см. патент Российской Федерации №1490829, Мкл. 5 В 23 К 11/00, бюл. №15 от 23.04.91 г.), который содержит герметичную разъемную камеру, выполненную в виде помещенных в соосные направляющие приводных полых ползунов, в одном из которых расположен основной зажим для трубчатой оболочки со своим приводом и токоподводом, а в другом - электрод-держатель для заглушки, связанный с приводом сварочного усилия, токоподвод основного зажима в виде фланца с центральным отверстием, герметично присоединенный к ползуну, несущему трубчатую оболочку ТВЭЛа, со стороны разъема камеры и кольцевых разъемных токоподводов в виде секторов, основной и дополнительный зажимы трубчатой оболочки, имеющие автономные приводы цанг и направляющих ползунов, несущих трубчатую оболочку и заглушку, которые выполнены в виде корпусов, установленных через изоляцию на штангах, концы которых закреплены на корпусе привода создания сварочного усилия и корпусе ползуна, несущего трубчатую оболочку.

Недостатком данной установки является подвижность элементов сварочной камеры, образующих рабочий объем, встречное расположение (по обе стороны от разъема) цанговых зажимов механизмов захвата деталей, расположение приводных полых ползунов в направляющих, для обеспечения соосности которых требуется точное координирование отверстий, сопрягающихся со штангами и полыми ползунами, большое количество устройств, обеспечивающих размыкание, герметизацию рабочей полости камеры, фиксацию подвижных элементов камеры и снижающих производительность установки.

Задачей изобретения является повышение стабильности сварочного процесса и качества сварного соединения за счет уменьшения несоосности заглушки и трубы.

Решение задачи достигается тем, что устройство для герметизации контактно-стыковой сваркой, содержащее неразъемный в процессе работы корпус герметичной сварочной камеры со сквозным каналом для подачи деталей в зону сварки, механизмы герметизации сварочной камеры, устройство подачи свариваемых деталей в зону сварки, дополнительный зажим трубы, механизмы захвата и фиксации, свариваемых деталей в виде цанг с соответствующими приводами, привод сварочного давления, связанный с электрод-держателем заглушки, причем сварочная камера образована неразъемным корпусом и герметично присоединенным к нему неподвижным во время работы относительно корпуса фланцем-токоподводом, а одна из цанг имеет кольцевой разъемный токоподвод в виде секторов и опирается торцом со стороны большего основания конуса лепестков во фланец-токоподвод согласно формулы изобретения, снабжено автономными приводами, а цанга зажима трубы и электрод-держатель заглушки имеют коаксиальные, электрически изолированные друг от друга тяги, расположенные в сквозном канале камеры и связанные с упомянутыми автономными приводами.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем так, как коаксиальное расположение тяг, позволяет снизить радиальное биение относительно друг друга посадочных конусов под цанги, упростить процесс их изготовления и повысить точность центрирования заглушки и трубы.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом.

На чертеже представлена схема устройства для герметизации контактно-стыковой сваркой трубчатых изделий.

Устройство имеет станину (1) с жесткостью, достаточной для обеспечения отсутствия ее прогиба при приложении сварочного усилия к свариваемым деталям. На станине жестко закреплен неразъемный корпус (2), дополнительный зажим трубы (3), привод герметизации сварочной камеры со стороны трубы (4), привод цанги зажима трубы (5), привод (6) создания зазора между свариваемыми деталями, привод сварочного давления (7). К корпусу (2) накидной гайкой (8) герметично присоединен фланец-токоподвод (9), который образует внутренний рабочий объем сварочной камеры. Во фланце-токоподводе имеется центральное отверстие, через которое подаются в сварочную камеру свариваемые детали - заглушка (10) и труба (11). На наружном торце фланца-токоподвода расположен механизм герметизации сварочной камеры (12), подвижные части которого жестко связаны со своим приводом (4). На внутренний торец фланца-токоподвода опираются торцы секторов кольцевого разъемного токоподвода (13), закрепленные на внутренней поверхности подпружиненных лепестков цанги зажима трубы (14). Лепестки цанги своими коническими поверхностями опираются на посадочный конус полой тяги (15), которая жестко связана с приводом (5) цанги зажима трубы. Между корпусом (2) и тягой (15) имеется кольцевое скользящее регулируемое уплотнение (16), обеспечивающее герметизацию рабочего объема сварочной камеры и свободное перемещение тяги при работе привода (5). В коаксиальном отверстии полой тяги (15) размещен полый шток (17), жестко связанный с приводом (6). Шток (17) состоит из двух оболочек наружной и внутренней, разделенных слоем электроизоляционного материала. Оболочки не имеют взаимного перемещения как в осевом, так и в радиальном направлении. Уплотнение тяги (15) и штока (17) осуществляется кольцевым скользящим регулируемым уплотнением (18). В коаксиальном отверстии полого штока (17) размещена тяга (19) электрод-держателя заглушки, жестко связанная через электроизолирующую прокладку (20) с приводом (21). Корпус привода (21) жестко связан с полым штоком (17). Тяга (19) соединена с электрод-держателем заглушки (22), выполненном в виде трехлепестковой цанги. Лепестки своими рабочими коническими поверхностями опираются на посадочный конус внутренней оболочки полого штока (17). Во внутренний диаметр электрод-держателя (22) помещается хвостовик заглушки (10), торец которой упирается в торец трубы (11). Уплотнение тяги (19) и штока (17) осуществляется кольцевым скользящим регулируемым уплотнением (23). Шток (17) и фланец-токоподвод (9) подключены к сварочному источнику питания (24) и через сектора кольцевого разъемного токоподвода (13), трубу (11), заглушку (10) и электрод-держатель заглушки (22) образуют сварочный вторичный контур.

Устройство работает следующим образом.

Устройством подачи свариваемых деталей (не показано) заглушка (10) и труба (11) подаются в сварочную камеру. Заглушка своим хвостовиком попадает в отверстие электрод-держателя (22), а буртиком упирается в торец электрод-держателя и остается в таком положении, испытывая осевое давление со стороны трубы, которое создается устройством подачи свариваемых деталей. Это исходное состояние изображено на чертеже.

Включается привод (21), который перемещает в осевом направлении относительно полого штока (17), тягу (19), связанную с электрод-держателем заглушки (22). Лепестки электрод-держателя смыкаются, зажимая хвостовик заглушки (10). После зажатия заглушки включается привод цанги зажима трубы (5), жестко связанный с полой тягой (15). Тяга (15), перемещаясь в осевом направлении относительно полого штока (17), воздействует конической поверхностью на конические поверхности лепестков цанги (14). Перемещаясь в радиальном направлении, лепестки цанги (14) через сектора кольцевого разъемного токоподвода (13) зажимают трубу (11). В осевом направлении лепестки цанги не могут перемещаться, так как жестко связаны с секторами кольцевого разъемного токоподвода (13). После зажатия трубы цангой включается дополнительный зажим (3), который не допускает осевого смещения трубы в результате воздействия сварочного давления, от которого не могут удержать нагретую трубу в силу своих конструктивных особенностей сектора кольцевого разъемного токоподвода (13). После срабатывания дополнительного зажима включается привод герметизации сварочной камеры со стороны трубы (4), жестко связанный с механизмом герметизации сварочной камеры (12). Производится герметизация центрального отверстия фланца-токоподвода (9), в котором находится труба (11). Одновременно с приводом (4) включается привод (6) создания зазора между свариваемыми деталями, который жестко связан с полым штоком (17). Полый шток перемещается в осевом направлении вместе с электрод-держателем заглушки (22), в котором зажата заглушка (10), и отводит ее от торца трубы, создавая зазор определенной величины, необходимый для вакуумирования и наполнения инертным газом внутреннего объема трубы. Зазор между трубой и заглушкой определяется ходом привода (6), который ограничен фиксатором, жестко связанным с приводом сварочного усилия (7). После постановки подвижной части привода (6) на фиксатор осуществляется вакуумирование сварочной камеры и внутреннего объема трубы; после достижения заданного остаточного давления производится напуск инертного газа. Устройства вакуумирования и напуска газа на чертеже не показаны. После заполнения внутреннего объема трубы инертным газом включаются привод сварочного усилия (7) и на обратный ход привод создания зазора (6). Полый шток (17) перемещается до упора торца заглушки (10) в торец трубы (11), создается сварочное давление между свариваемыми деталями. После выдержки времени, необходимой для стабилизации сварочного давления, включается сварочный источник питания (24). При пропускании сварочного тока через припуски под сварку и осадку свариваемых деталей происходит их нагрев. Под воздействием сварочного давления заглушка вдвигается в трубу, происходит взаимная пластическая деформация припусков под сварку и осадку, сварочный ток выключается, образуется сварное соединение. Срабатывает привод (21) лепестки электрод-держателя заглушки (22) раскрываются, освобождая от захвата хвостовик заглушки. Привод сварочного усилия (7) возвращается в исходное состояние. Из сварочной камеры сбрасывается инертный газ. Привод цанги трубы (5) возвращается в исходное состояние цанга (14), освобождает от захвата трубу (11). Привод (4) и дополнительный зажим трубы (3) возвращаются в исходное состояние. Загерметизированный ТВЭЛ выгружается из сварочной камеры, устройство готово к следующему циклу сварки.

Устройство для герметизации контактно-стыковой сваркой трубчатых изделий, содержащее неразъемный в процессе работы корпус герметичной сварочной камеры со сквозным каналом для подачи деталей в зону сварки, механизмы герметизации сварочной камеры, устройство подачи свариваемых деталей в зону сварки, дополнительный зажим трубы, механизмы захвата и фиксации свариваемых деталей в виде цанг с соответствующими приводами, привод сварочного давления, связанный с электродом-держателем заглушки, причем сварочная камера образована неразъемным корпусом и герметично присоединенным к нему неподвижным во время работы относительно корпуса фланцем-токоподводом, а одна из цанг имеет кольцевой разъемный токоподвод в виде секторов и опирается торцом со стороны большего основания конуса лепестков во фланец-токоподвод, отличающееся тем, что оно снабжено автономными приводами, а цанга зажима трубы и электрод-держатель заглушки имеют коаксиальные, электрически изолированные друг от друга тяги, расположенные в сквозном канале камеры и связанные с упомянутыми автономными приводами.