РОБОТИЗИРОВАННЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ ДИСТАНЦИОНИРУЮЩИХ РЕШЕТОК ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях, изготавливающих тепловыделяющие сборки (ТВС) для энергетических ядерных реакторов.
Тепловыделяющие элементы (твэлы) очень точно расположены в ТВС и дистанционированы решетками. Высокая точность расположения твэлов в ТВС и ТВС в активной зоне реактора необходима для обеспечения максимального постоянства нейтронного поля во всех участках активной зоны (см. Циркониевые сплавы в ядерной энергетике; под ред. А.С. Займовского. М.: Энергоатомиздат, 1994 г., стр. 8). Однако при сборке активной зоны ядерного реактора возникает необходимость иметь значительные по величине монтажные зазоры между ТВС и дистанционирующими решетками для обеспечения нормальной загрузки ТВС в активную зону и выгрузки из нее. Поэтому дистанционирующие решетки должны быть выполнена строго с размером “под ключ” (см. Разработка, производство и эксплуатация твэл энергетических реакторов. Кн. 1; под ред. Ф.Г. Решетникова. М.: Энергоатомиздат, 1995 г. стр. 184).
Изготовление дистанционирующей решетки ТВС ядерного реактора включает изготовление шестигранного обода и ячеек, набор поля ячеек для размещения в них твэлов и закрепления набранного поля ячеек в шестигранном ободе точечной сваркой (см. Б.А. Дементьев. Ядерные энергетические реакторы, 11-е издание. М.: Энергоатомиздат, 1990 г., стр. 44).
Известно, что технологический процесс и применяемое оборудование должны отвечать условиям высокопроизводительного механизированного и автоматизированного производств, обеспечивать требуемую точность взаимного позиционирования сварочного инструмента и изделия. Сварные точки должны находиться в местах, оговоренных чертежом (см. ОСТ 95 503-84, стр. 62).
Известно, что сборка перед сваркой должна обеспечивать взаимное расположение деталей узла в соответствии с чертежом: не разрешается грубая подгонка деталей с образованием «хлопунов» и больших зазоров. К оборудованию и приспособлениям для сварки предъявляется ряд требований: они должны быть изготовлены из немагнитных материалов, обеспечивать свободный доступ электродов к месту сварки, с необходимой точностью взаимное расположение собранных деталей, не требовать значительных усилий при работе. При точечной сварке дистанционирующих решеток предпочтительным является наличие автоматической подачи узла на шаг точек. Работа приспособлений для такого рода сварки должна быть согласована (синхронизирована) с работой сварочной машины (см. П.Л. Чулошников. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1968 г., стр. 50, 51, 53).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является роботизированный модуль для контактной точечной сварки дистанционирующих решеток тепловыделяющих сборок ядерного реактора (см. патент РФ №2346794 от 18.01.2007), содержащий сварочную машину, промышленный робот с установленными на руке сварочными клещами с электродами, систему управления, стол с размещенным на нем устройством закрепления свариваемой решетки или обода, выполненным в виде многокулачкового патрона с губками, кольцо из неэлектропроводного и немагнитного материала с внутренним шестигранником, являющимся базой для наружной поверхности обода и оснащенное в нижней части выступающей поверхностью базирующей части обода в вертикальной плоскости, на кольце в месте простановки сварных точек имеются пазы, предназначенные для свободного размещения наружного электрода при сварке, с одной стороны пазов размещены контакты, соединенные с входом системы управления модуля и предназначенные для определения месторасположения сварных точек при помощи их касания боковой поверхностью наружного электрода.
Недостатком роботизированного модуля для контактной точечной сварки является недостаточные надежность и технологичность, а также повышенная трудоемкость, связанные с конструктивными особенностями элементов модуля, а именно - кольца, выполненного из неэлектропроводного и немагнитного материала: материал данного элемента роботизированного модуля обладает малой износостойкостью и прочностью; оснащение кольца в его нижней части выступающей поверхностью базирующей части обода в вертикальной плоскости требует высокой трудоемкости при его изготовлении и является недостаточно технологичным, кроме того, приводит к трудностям при вынимании из кольца сваренного обода.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности и технологичности роботизированного модуля для контактной точечной сварки в целом за счет усовершенствования конструкции элементов модуля, а именно - кольца таким образом, чтобы обеспечить его достаточные износостойкость, технологичность изготовления, снижение трудозатрат в процессе вынимания обода дистанционирующей решетки после сварки из кондуктора с одновременным исключением шунтирования в процессе сварки.
Поставленная техническая задача решается тем, что в роботизированном модуле для контактной точечной сварки дистанционирующих решеток тепловыделяющих сборок ядерного реактора, содержащем сварочную машину, промышленный робот с установленными на руке сварочными клещами с электродами, систему управления, стол с размещенным на нем устройством закрепления свариваемой решетки, выполненным в виде многокулачкового патрона с губками, закрепленными на кулачках патрона, охватывающими периметр решетки, наружный профиль которых повторяет внутренний профиль частей обода дистанционирующей решетки, с зазорами для расположения внутреннего электрода при сварке, выполненными между губками в районе сварных точек, и базовыми горизонтальными поверхностями с наружной стороны губок, на которые устанавливается с возможностью свободного перемещения в горизонтальной плоскости кольцо с внутренним шестигранником, являющимся базой для наружной поверхности обода дистанционирующей решетки, и пазами, выполненными в месте простановки сварных точек, предназначенные для свободного размещения наружного электрода при сварке, согласно полезной модели, кольцо выполнено из металла и снабжено вкладышами из неэлектропроводного и немагнитного материала, расположенными с каждой стороны от пазов для свободного размещения наружного электрода, внутренний шестигранник выполнен сквозным по всей толщине кольца, а в его углах и на трех внутренних гранях, на которых отсутствуют пазы для свободного размещения наружного электрода, выполнены вертикальные пазы, служащие для облегчения вынимания обода дистанционирующей решетки после сварки, базовые горизонтальные поверхности губок служат для базирования частей обода в вертикальной плоскости, а вход системы управления робота соединен непосредственно с кольцом для определения месторасположения сварных точек при помощи касания боковой поверхностью наружного электрода боковых поверхностей пазов кольца.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На чертежах представлен роботизированный модуль для контактной точечной сварки дистанционирующих решеток тепловыделяющих сборок ядерного реактора:
фиг. 1 - роботизированный модуль, общий вид;
фиг. 2 - части обода дистанционирующей решетки, закрепленные в многокулачковом патроне, вид А;
фиг. 3 - положение сварочных электродов относительно свариваемых поверхностей, вид Б;
фиг. 4 - базирование частей обода дистанционирующей решетки в вертикальной плоскости, сечение В-В.
Роботизированный модуль для контактной точечной сварки дистанционирующих решеток тепловыделяющих сборок ядерного реактора содержит сварочную машину 1, промышленный робот 2 с установленными на руке сварочными клещами 3 с внутренним электродом 4 и наружным электродом 5, систему управления 6, стол 7 с размещенным на нем устройством закрепления 8 свариваемых частей обода 9 дистанционирующей решетки, выполненным в виде много кулачкового патрона 10, на кулачках 11 которого закреплены губки 12, наружный профиль 13 которых повторяет внутренний профиль частей обода 9 дистанционирующей решетки, при этом в районе сварных точек 14 между губками 12 предусмотрены зазоры 15, необходимые для расположения внутреннего электрода 4. С наружной стороны губок 12 имеются базовые горизонтальные поверхности 16, на которые устанавливаются, с возможностью свободного перемещения в горизонтальной плоскости, кольцо 17 из металла с внутренним шестигранником с размерами 18, являющимся базой для наружных поверхностей частей обода 9 и выполненным сквозным по всей толщине кольца 17, на кольце 17 в месте простановки сварных точек 14 выполнены пазы 19, предназначенные для свободного размещения наружного электрода 5 при сварке, с каждой стороны от пазов 19 имеются вкладыши 20 из неэлектропроводного и немагнитного материала, кольцо 17 непосредственно соединено с входом системы управления 6 с целью определения месторасположения 21 сварных точек 14 при помощи касания боковой поверхностью 22 наружного электрода 5 боковой поверхности 23 паза 19. Для облегчения вынимания обода 9 после сварки в углах внутреннего шестигранника кольца 17 и по его трем внутренним граням, не имеющим пазов 19 под размещение наружного электрода 5, выполнены вертикальные пазы 24 и 25.
Роботизированный модуль для контактной точечной сварки дистанционирующих решеток тепловыделяющих сборок работает следующим образом.
Для сварки частей обода 9 между собой на кулачках 11 патрона 10 закрепляются губки 12, на их базовые горизонтальные поверхности 16 устанавливается кольцо 17 и части обода 9, разжимают кулачки 11 патрона 10, и губки 12 прижимают части обода 9 к внутреннему шестиграннику кольца 17, обеспечивая размеры 18 наружной поверхности обода. Далее запускают управляющую программу модуля. Сварочные клещи 3 перемещаются над устройством закрепления 8 свариваемых частей обода 9 и опускаются вниз, в результате чего наружный электрод 5 входит в паз 19 кольца 17, а внутренний электрод 4 в зазор 15 между губками 12, затем следует касание боковой поверхностью 22 наружного электрода 5 боковой поверхности 23 паза 19 и отход от нее на требуемую величину 21, после этого электроды 4 и 5 сжимаются; происходит сварка частей обода 9 между собой.
Использование полезной модели позволяет повысить износостойкость и прочность элементов роботизированного модуля для контактной точечной сварки за счет применения металлического кольца, облегчить процесс вынимания обода из кондуктора после сварки за счет наличия вертикальных пазов, исключить шунтирование в процессе сварки за счет применения вкладышей из неэлектропроводного и немагнитного материала, снизить трудоемкость изготовления элементов роботизированного модуля за счет выполнения внутреннего шестигранник сквозным по всей толщине кольца.