DE1539788A1 - Verfahren zum hermetischen Verschliessen von Brennstoffelementen - Google Patents

Description

GENTRO INPORMAZIONI STUDI ESPERIENZE S.R.L, (C.I.S.E·J, 12, Via Redecersio, Milano/ltalien

und

EUROPÄISCHE ATOMG ΕΜΕΙ Ν SCHAFT. (FuRATOM), 51-55, Rue Belliard, Brüssel/Belgien

Verfahren zum hermetischen Verschließen von Brennstoffelementen

Die Erfindung betrifft die Anwendung des Warmhämmerns auf das Schweiasen von Sinteraluminium, inabesondere zum hermetischen Verschlie3sen der Enden von Brennstoffelementen für Kernreaktoren, wobei die Brennstoffelemente eine Hülse aus diesem Material aufweisen·

Eine der ,gro'ssten Schwierigkeiten bei der Verwendung von durch Dispersion gehärtetem Sinteraluminium, einem Al-Al^O,-Ver bundwerkst of f._t "der gewöhnlich unter der Bezeichnung S.AeP» (Sinter-Aluminium-Pulver) im Handel ist und insbesondere bqi der Konstruktion von Kernreaktoren Verwendung finden kann» besteht bekanntlich darin, dass dieses Material nicht nach den üblichen Verfahren geschweisst werden kann, ohne seine mechanischen Eigenschaften zu verändern·

Gremäss der Erfindung ist die einzige Art des Sehweissens,

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die sich als akzeptabel erwiesen hat, weil sie daa Materialgefüge nicht modifiziert und keine Veränderung der mechaniaohen Eigenschaften bewirkt, das Warmdiffuaionsschweisaen mit ρ las tischer Verformung, das techniach durch das V/armhanunerschweissen realisiert wird*

Ein besonderer Anwendungafall, in dem sich das Drehhammeraohweiaaen als die natürlichste Lösung anbietet, ist das Verschliessen der Enden von aus SAP hergestellten rohrförmigen Hülsen für Brennstoffelemente»

Wenn daa Drehhämmern gegenwärtig auch die einzige praktisch mögliche Lösung des Problems darstellt, ao ergeben sich doch besondere Schwierigkeiten aua den dabei zu berücksichtigenden geometrischen Verhältnissen, deren Überwindung besondere Vorkehrungen erforderlich gemacht hat, die den Gerenstand der vorliegenden Erfindung bilden·

Die gröaaten Schwierigkeiten, die beim Veraehweisaen eines Verschlussstopfens am Ende eines Brennstoffelementa im Vergleich zur Schweisaung einer zylindrischen Verbindung derselben -Verkstofi'e auftreten, beruhen auf der Notwendigkeit, ein schon fertiöeä Werkstück zu bearbeiten, das nur mit dem kurzen zu schweis3enden Abschnitt in die Hämmermaschine eingeführt werden kann, wodurch die Wahl des Matrizenprofils eingeschränkt wird, und auaserdem auf der Notwendigkeit, die Dicke des Materials ;auf einem aehr kurzen Abschnitt stark zu reduzieren, während die rotierende Hammermaschine naturgemäss dazu bestimmt ist, allmähliche, längs der Achse verteilte Veränderungen zu erzielen. Im Falle von SinteraluminliM- ** pulver ist man andererseits gezwungen, mit, starken-· änderungen zu arbeiten, um eine Schweisaung £urch\ de's^^Miteri^ls zu erreichen« Ausaerdem oxydiert das SAP in der. vfärme sehr leicht»

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Bieae Schwierigkeit en werfen gemät-a der Erfindung überwunden durch:

(1) die Verwendung eines in die Hülse eingeführten vollen Verschlußaatopfena aus SAP,

(2) einen zusätzlichen Aussenring aus SAP im Bereich des inneren voilen VerschluGsstopfena oder

(5) wahlweise, durch einen zusätzlichen Aussenring im Bereich eines inneren hohlen Verschlussstopfen und einen in dem Verschlussstopfen angeordneten (in das Innere der Verschluasstopfenhöhlung eingeführten) Zapfen·

Der verformbare Aussenring auf dem vollen oder auf dem mit dem inneren Zapfen versehenen hohlen Verschlussstopfen hat die Aufgabe, das darunterliegende Material in der gewünschten "ffeise zu verformen und die Verschweiasung zwischen Hülse und Verschlussstopfen zu bewirken, ohne dass er selbst sich notwendigerweise mit der Hülse versohweisst«

(4) Die Verwendung einer Hülle aus bei Arbeitstemperaturen plastisch verformbarem Material*- wie beispieleweise Aluminium, die den zu hämmernden Teil umschliesst und es gestattet, diesen zu» Schutz des SAP gegen Qxjüa.-tion, die die Materialeigenschaftea verändern und das Verscfaweisaen verhindern würde» unter Vakuum oder Schutzgas zu halten*

Beispiel t

t zeigt die Anordnung und die fora der zum iäamer» feergerichteten feile« T ist die Bülse de» Brennstoff«lemente au*

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SAP; 2 ist der Auasenring, der daa Sehlagverstärkungsmittel und daa zusätzliche Auftragematerial bildet und ebenfalle aus SAP besteht); 3 ist der Verschlussstopfen aus dem gleichen Material; 4 ist die Abstandeplatte; 5 ißt die erste Brennstoff platte; 6 ist die Aluminiumschutzhülle· Das Element wird in der dargestellten lage dem Hämmern durch die Hämmermaschine ausgesetzt· Das Hämmern erfolgt beispielsweise bei einer Temperatur von 500° 0, wobei jede Schlagfolge etwa

5 Sekunden dauert, bei einer Schlagfrequenz von etwa 3000 Schlägen in der Minute·

Vorzugsweise wird an den zu sohweissenden Stücken zuvor eine Entgasung im Vakuum bei sohweisstemperatur oder einer höheren Temperatur vorgenommen* Nach dem Hämmern wird die Hülle

6 mechanisch entfernt· Fig« 2 zeigt das fertige Ende des Brennstoffelements, nach der Bearbeitung mit dem Gesenkhammer*

Beispiel 2

Figo 3 zeigt eine Anordnung» bei der an Stelle eines vollen Verschlusastopfens ein hohler Stopfen mit einem harten Zapfen verwendet wird· In dieser Figur ist mit 1 wieder die Hülse bezeichnet; 2 ist der Aussenring; 3 ist der hohle Verschlussstopfen aus SAP» wie die beiden vorerwähnten Teile; 3a ist der Stahlzapfen; 4 ist die Abstandsplatte; 5 ist die erste Brennstoffplatte; 6 ist die Aluminiumschutzhülle· Bas Element wird in der dargestellten Lage dem Hämmern durch die Hammermaschine unterzogen, wie im vorangehenden Fall·

Fig. 4 zeigt das fertige Ende des Brennstoffelements, nach der Entfernung der Hülle und des Stahlzapfens·

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Claims (1)

1. Pat ent a η a ρ r Ü c ha t

   1· Verfahren zum hermetisohen Verschliessen der Enden von Brennstoffelementen, die mit einer Sinteraluminiumhülae versehen aind, dadurch gekennzeichnet! daaa der Verschlussstopfen (3) durch intermetallische Diffusion infolge plastischer Warmverformung duroh eine Drehhammermaschine mit der Hülae (1) versohweisst wird·

   2· Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, dass das Hämmern ausgeführt wird, während die Teile mittels einer HUlIe (6 bzw» 7) aus bei Arbeitstemperatur plastischem Metall in einer Schutzgasatmosphäre oder in einem Vakuum gehalten werden·

   3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der erforderlichen Materialverformung über der Hülse ("I), und zwar im Bereich des Verschlussstopfen (3)» ein Hing (2) aus plastischem Metall angeordnet wird, der nach dem Hämmern an der Hülse (1) festgeaohweisat bleiben oder» nachdem er die gegenseitige Durchdringung und Versohweissung des Materials der Hülse (1) und des VerschlussStopfens (3) bewirkt hat, entfernt werden kann·

   4· Verfahren nach Anapruoh 1, dadurch gekennzeichnet, das* der mit der Hülse (1) zu versohweisaende Verschlussstopfen (3) hohl ist und in seiner Höhlung einen Zapfen (3a) aus harte» Material aufnimmt, um die Versohweissung zwischen dem Rand des Verschlussstopfen (3) und der Hülse (1) zu erleichtern·

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