КЛЕЩИ ДЛЯ КОНТАКТНО-ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ КАРКАСА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к оборудованию в области сварочной техники, в частности, к клещам для контактно-точечной сварки преимущественно пространственных каркасов тепловыделяющих сборок со стержневыми тепловыделяющими элементами (твэлами) энергетических ядерных реакторов.
Известные тепловыделяющие сборки (см. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы, М.: Энергоатомиздат, 1984, стр.28) могут иметь сварную конструкцию каркаса, состоящую из направляющих каналов и дистанционирующих решеток, которые свариваются друг с другом контактной точечной сваркой.
Требования к качеству сварных соединений каркаса очень высокие, так как каркас является несущим элементом конструкции тепловыделяющей сборки и воспринимает эксплуатационные нагрузки в условия повышенных температур, радиационного облучения, вибрации и коррозионного воздействия.
Сварка производится в стесненных условиях доступа к месту постановки сварной точки. При этом существует высокая вероятность шунтирования сварочного тока при случайном касании электрододержателями элементов свариваемого каркаса вне зоны расположения сварной точки. Так как контакт свариваемых тонкостенных деталей осуществляется по схеме «плоскость-цилиндрическая поверхность-плоскость» или «цилиндрическая охватывающая поверхность-цилиндрическая охватываемая поверхность», для исключения соскальзывания электродов при приложении сварочного усилия требуется повышенная жесткость электрододержателей.
Известны сварочные клещи для контактной точечной сварки, содержащие корпус, сварочный трансформатор, неподвижный и подвижный электрододержатели с электродами и привод подвижного электрододержателя, в которых подвижный электрододержатель расположен внутри неподвижного электрододержателя, выполненного полым, при этом подвижный и неподвижный электрододержатели расположены коаксиально, а полость между ними заполнена охлаждающей средой (см. а.с. СССР №248863, опубликовано 18.07.1969, бюллетень №24).
Недостатками данного устройства является то, что полный охват подвижного электрододержателя неподвижным и их коаксиальное расположение дает одинаковую жесткость по всему сечению, что не всегда требуется по условиям сварки, но приводит к увеличению габаритов клещей. Увеличивает габариты клещей и усложняет их конструкцию также и использование охлаждающей жидкости в пространстве между электрододержателями, требующее наличия уплотнений. Расположение центрирующих электрододержатели устройств у торцов неподвижного электрододержателя (остальное пространство между электрододержателями представлено для протока охлаждающей жидкости) не исключает потери устойчивости внутренним электрододержателем при воздействии изгибающего момента, возникающего при приложении сварочного усилия, особенно если рабочие поверхности электродов смещены от оси электрододержателей, что может вызвать перекос электродов, заклинивание электрододержателей и повышенный износ центрирующих устройств.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому решению - прототипом является устройство, предназначенное для сварки дистанционирующих решеток и канальных труб тепловыделяющей сборки ядерного реактора по патенту США №4587394. Известное устройство содержит коаксиальные трубчатые электрододержатели, оснащенные соответствующими электродами, размещенными торец к торцу, при этом один из указанных электрододержателей имеет возможность продольного перемещения относительно другого электрододержателя.
Данное устройство не обладает признаками универсальности, так как предназначено для сварки каналов с дистанционирующими решетками, набранными из пластин и имеющими выносной элемент (лепесток), на котором и ставятся сварные точки, что характерно для четырехгранных тепловыделяющих сборок реакторов типа PWR. На каркасах шестигранных тепловыделяющих сборок реакторов типа ВВЭР дистанционирующие решетки набраны из отдельных ячеек и не имеют выносных элементов, через которые бы приваривались к каналам. Сварная точка в этом случае ставится непосредственно внутри ячейки дистанционирующей решетки, что делает устройство по указанному патенту непригодным для сварки. Кроме того, диаметр трубчатых коаксиальных электрододержателей ограничен размером свободного пространства между канальными трубами, в котором размещается устройство при сварке, что накладывает ограничения на повышение жесткости электрододержателей за счет увеличения их поперечного сечения, т.е. невозможно увеличить сварочное усилие при сварке более толстых деталей без риска потерять устойчивость электрододержателей.
Расположение центрирующих электрододержатели устройств (так же, как у приведенного выше аналога по а.с. СССР №248863) у торцов неподвижного электрододержателя при несовпадении осей рабочих поверхностей электродов и электрододержателей также не исключает потери устойчивости внутренним электрододержателем при воздействии изгибающего момента, возникающего при приложении сварочного усилия к электродам, что может вызвать перекос электродов, заклинивание электрододержателей и повышенный износ центрирующих устройств.
Технической задачей, решаемой в предлагаемой полезной модели, является уменьшение трудоемкости и повышение качества сварного соединения каркаса тепловыделяющей сборки ядерного реактора за счет уменьшения габаритов сварочных клещей, облегчения их размещения на позиции сварки в ограниченном пространстве между направляющими каналами и дистанционирующими решетками тепловыделяющей сборки при одновременном повышении жесткости электрододержателей.
Поставленная техническая задача решается тем, что клещи для контактно-точечной сварки каркаса тепловыделяющей сборки ядерного реактора с линейным ходом подвижного электрода, содержащие привод сварочного усилия, подвижный электрододержатель, охватываемый неподвижным относительно привода сварочного усилия электрододержателем, и систему изолирующих электрододержатели диэлектрических прокладок, согласно формулы полезной модели, неподвижный электрододержатель охватывает подвижный с трех сторон, при этом электрододержатели совместно с системой изолирующих диэлектрических прокладок образуют одноподвижную поступательную кинематическую пару прямоугольного сечения с прямоугольным ползуном.
Предлагаемая конструкция позволяет достичь снижения трудозатрат за счет упрощения технологии изготовления неподвижного электрододержателя, так как охват подвижного электрододержателя неподвижным с трех сторон при сборке клещей делает более легким и доступным процесс размещение подвижного электрододержателя вместе с диэлектрическими прокладками внутри неподвижного электрододержателя.
Прямоугольная конструкция электрододержателей с образованием одноподвижной поступательной кинематической пары позволит воспринимать на достаточном удалении от точки сварки значительный изгибающий момент, возникающий при приложении сварочного усилия к свариваемым деталям рабочими поверхностями электродов, смещенными от продольной оси электрододержателей. Прямоугольное сечение кинематической пары за счет наличия меньшей стороны прямоугольника также облегчает размещение клещей между канальными трубами каркаса тепловыделяющей сборки при выполнении сварных соединений, расположенных ближе к центру дистанционирующих решеток.
Наличие диэлектрической прокладки, которой после сборки закрывается открытая сторона неподвижного электрододержателя, позволяет прижимать клещи к свариваемым деталям без угрозы шунтирования сварочного тока. Одноподвижная кинематическая пара с прямоугольным ползуном, которую после сборки образуют электрододержатели вместе с системой диэлектрических прокладок, позволяет отказаться от устройств, обеспечивающих отсутствие проворота (эксцентриситета рабочих поверхностей электродов) коаксиально расположенных электрододержателей.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
фиг.1 - общий вид сварочных клещей с продольным разрезом;
фиг.2 - конструкция одноподвижной кинематической пары с прямоугольным ползуном, сечение А-А;
фиг.3 - раз но полюсные то ко подводы к электрод одержателям, сечение Б-Б (токоподвод к подвижному электрододержателю);
фиг.4 - разнополюсные то ко подводы к электроде держателям, сечение В-В (токоподвод к неподвижному электрододержателю);
фиг.5, 6 и 7 - фрагменты свариваемых дистанционирующих решеток и трубы направляющего канала с установленными на позиции сварки клещами (рукоятка, привод сварочного усилия и токоподводы не показаны): фиг.5, 6 - тепловыделяющая сборка ядерного реактора типа ВВЭР; фиг.7 - тепловыделяющая сборка ядерного реактора типа PWR.
Клещи для контактной точечной сварки состоят из привода сварочного усилия 1, с которым жестко соединен неподвижный электрододержатель 2, охватывающей с трех сторон подвижный электрододержатель 3, системы изолирующих электроде держатели прокладок 4, 5, 6, подвижного электрода 7, закрепленного на подвижном электроде держателе 3, неподвижного электрода 8, закрепленного на неподвижном электрододержателе 2. Клещи снабжены рукояткой 9 с расположенной в ней кнопкой включения сварочного цикла 10, и содержат токоподводов 11, 12 к неподвижному и к подвижному электрододержателям соответственно, штуцеров 13, 14 для подачи сжатого воздуха, системы охлаждения (на фиг.1 обозначена штуцерами с надписью «Вода»).
Клещи для контактной точечной сварки работают следующим образом.
В исходном положении сжатый воздух подается через штуцер 14 в верхнюю полость пневмокамеры привода сварочного усилия 1, при этом нижняя полость пневмокамеры через штуцер 13 соединена с атмосферой. Подвижный электрод 7, закрепленный на подвижном электрододержателе 3, связанном через шток 15 привода сварочного усилия с диафрагмой 16, находится в крайнем нижнем положении, при этом зазор между рабочими поверхностями (Г) электродов 7 и 8 достаточен для размещения их в свариваемых с канальной трубой ячейках дистанционирующей решетки.
При сварке каркасов тепловыделяющих сборок реакторов типа ВВЭР в исходном состоянии электродов 7 и 8 клещи размещаются на позицию сварки между параллельными канальными трубами каркаса (на фигурах не показаны), опираясь на наружную поверхность канальной трубы 17 (фиг.5), выбранной для сварки, смещаются вдоль ее оси до размещения рабочих поверхностей электродов 7, 8 внутри свариваемых ячеек дистанционирующей решетки 18 на расстояние, обусловленное заданными координатами сварной точки. Нажимается кнопка 10, расположенная в ручке 9. Подается сжатый воздух в штуцер 13, при этом штуцер 14 соединятся с атмосферой. Шток 15 пневмопривода движется вверх, сообщая линейное движение подвижному электроде держателю 3. Через закрепленный на подвижном электрододержателе электрод 7 и неподвижный электрод 8 сварочное усилие прикладывается к свариваемым деталям. При этом за счет образования электрододержателями и диэлектрическими прокладками одноподвижной кинематической пары с прямоугольным ползуном исключается деформация электрододержателей, смещение электродов 7, 8 и их соскальзывание с места постановки сварной точки. Через определенное время, достаточное для смыкания электродов и свариваемых деталей, устранения сборочных зазоров между свариваемыми деталями, выравнивания давления сжатого воздуха в пневмоприводе, от источника сварочного тока через токоподвод 12, подвижный электрододержатель 3, электроды 7 и 8, свариваемые детали «ячейка-труба-ячейка», расположенные между ними, неподвижный электрододержатель 2 и токоподвод 11 пропускается сварочный ток, и производится сварка. После выдержки времени, необходимого для завершения процесса охлаждения сварного соединения, подается воздух в штуцер 14, при этом штуцер 13 сообщается с атмосферой, электроды разводятся в исходное состояние, и клещи выводятся из зоны сварки.
Сварка каркасов тепловыделяющих сборок реакторов типа ВВЭР, в которых решетки фиксируются на канальных трубах 17 стопорными втулками 19, привариваемыми к трубе, отличается тем, что рабочие поверхности электродов 7 и 8 располагаются на втулке 19, что иллюстрируется фиг.6.
Сварка каркасов тепловыделяющих сборок реакторов типа PWR производится аналогичным образом, отличаясь только тем, что рабочие поверхности электродов 7 и 8 располагаются вне внутреннего пространства ячеек дистанционирующей решетки 20 на ее выносных элементах (лепестках) 21, что иллюстрируется фиг.7.