[发明专利]一种核燃料棒包壳高压充氦与激光焊接成套焊接设备

说明书

本发明公开了一种核燃料棒包壳高压充氦与激光焊接成套焊接设备，包括第一焊接室端部、塞阀头、塞阀座、第二焊接室端部、焊接室颈部、第一激光焊接头、第二激光焊接头及第三激光焊接头，该设备具有生产效率高、自动化水平高、集成度高、设备投资成本低、能源消耗及氦气消耗少的特点。

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域和核燃料组件加工领域，涉及一种核燃料棒包壳高压充氦与激光焊接成套焊接设备。

背景技术

核燃料棒主要由核燃料芯体和包壳结构组成，燃料包壳作为核反应堆的第一道安全屏障，承担包容燃料芯体和裂变产物的作用，服役在高温、高压、腐蚀和强中子辐照环境中，是反应堆中服役工况最苛刻的部件之一。燃料包壳在封装时需要进行焊接的位置共有3处，分别是包壳管与上下端塞间的两处环焊缝和位于上端塞顶部的一处密封焊点。其中，为了置换包壳内部的空气，提升换热效率，平衡包壳内外压力，一般需要在包壳中充入压力为2～3MPa的氦气，因此密封焊点的焊接就需要在2～3MPa的高压氦气环境中进行。

目前，燃料包壳的焊接方法主要为电子束焊和TIG焊。电子束焊接一般需要在真空环境中进行，这与燃料包壳需在高压氦气中进行密封焊接的生产要求相冲突，同时，由于燃料棒的长度可达4米，一般电子束焊设备真空室的尺寸难以满足要求，加之电子束焊设备动辄上千万的价格，使电子束焊在燃料棒包壳焊接封装中的使用受到限制。TIG焊焊接热输入大，容易损伤燃料芯体或使包壳结构发生变形，同时，焊接效率低、高压氦气环境中会出现引弧困难和电弧不稳定等问题，也使TIG焊的应用受限。

激光焊作为一种高能束焊接方法，具有能量密度高、焊接热输入小、焊缝宽度窄、焊接热影响区小、焊接过程洁净高效和无需真空环境等诸多优点，可以满足燃料棒焊接封装的各项要求。

此外，燃料棒作为核反应堆的能量来源，消耗量十分巨大。以AP1000型百万千瓦级压水堆为例，一座AP1000反应堆每年会消耗上万根核燃料棒。我国现有并网核电站30座，在建核电站24座，我国每年将新建核电站6至8座，因此，核电行业对燃料包壳的需求量非常可观。如此巨大的市场需求，对生产效率高、自动化水平高、集成度高、设备投资成本低、能源消耗和氦气消耗少的新型成套焊接设备的需求也日益凸显。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种核燃料棒包壳高压充氦与激光焊接成套焊接设备，该设备具有生产效率高、自动化水平高、集成度高、设备投资成本低、能源消耗及氦气消耗少的特点。

为达到上述目的，本发明所述的核燃料棒包壳高压充氦与激光焊接成套焊接设备包括第一焊接室端部、塞阀头、塞阀座、第二焊接室端部、焊接室颈部、第一激光焊接头、第二激光焊接头及第三激光焊接头；

第一焊接室端部的端面设置有上下料口，塞阀头通过塞阀座固定于上下料口处，第一焊接室端部的侧面设置有第一激光入射窗口、第一进气道及真空泵接口，第一焊接室端部内安装有传送滚轮以及用于驱动传送滚轮的第一伺服电机；

第二焊接室端部的侧面设置有第二激光入射窗口、第二进气道、第三进气道及压力表接口，第二焊接室端部的端面设置有第三激光入射窗口，第二焊接室端部内安装有旋转液压卡盘以及用于驱动旋转液压卡盘的第二伺服电机，第一焊接室端部与第二焊接室端部之间通过焊接室颈部相连通，待焊接核燃料棒的一端卡接于旋转液压卡盘上，待焊接核燃料棒的另一端穿过焊接室颈部插入于第一焊接室端部内后位于传送滚轮上；

第一激光焊接头发出的激光束经第一激光入射窗口照射于待焊接核燃料棒上；第二激光焊接头发出的激光束经第二激光入射窗口照射于待焊接核燃料棒上；第三激光焊接头发出的激光束经第三激光入射窗口照射于待焊接核燃料棒上。

还包括第一支座及第二支座，其中，第一激光焊接头通过第一三维滑台垂直安装于第一支座的横梁上，第二激光焊接头通过第二三维滑台垂直安装于第二支座的横梁上，第三激光焊接头通过第三三维滑台水平安装于第二支座的立柱上。