一种燃料元件棒塞体结构制造技术

本实用新型专利技术涉及燃料元件技术领域，公开了一种燃料元件棒塞体结构，一种燃料元件棒塞体结构，包括内塞和与内塞固定连接的塞头，内塞包括推体区和焊接区；焊接区与塞头固定连接且与推体区平滑过渡，焊接区直径小于推体区直径；还包括绕焊接区表面的坑道。本实用新型专利技术结构简单，易于加工，实用性强；塞体与包壳材料接触面积大，可提高焊接接头处的力学性能；且本实用新型专利技术设置有塞体坑道，坑道可承接焊接过程中飞出的氧化物和碎屑，进一步提高焊缝的质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料元件棒塞体结构


[0001]本技术涉及燃料元件
，特别涉及一种燃料元件棒塞体结构。

技术介绍

[0002]在核反应堆运行时，为避免裂变产物泄露到核反应堆的冷却剂中，以及保证核燃料不被冷却水腐蚀，通常采用焊接方法将核燃料密封在核燃料包壳中。传统的燃料棒焊接方法主要有电子束焊接（EBW）、钨极保护气体电弧焊（TIG）和压力电阻焊接，其中，EBW和TIG均属于熔化焊接，在焊接过程中，焊缝的形成经历了加热、熔化和冶金反应，熔池温度随着热源的离开冷却凝固，并发生固态相变，成为焊缝金属。在上述过程中，焊缝组织存在化学冶金和物理冶金过程，因此，焊缝区的微观组织和成分相对于母材有区别，焊缝两侧在焊接热源的影响下发生组织转变，形成热影响区。采用压力电阻焊接可以避免出现热影响区，但会形成一条很细由氧化物组成的分界线，这种氧化物在中子照射下会影响到焊缝的质量和性能。
[0003]可见，虽然传统的焊接技术通过精确控制可以实现焊接，但焊缝组织的成分发生变化，力学性能和耐腐蚀性能下降。因此，本领域的一种新式焊接技术——磁力电阻焊接技术也应运而生。磁力电阻焊接技术的原理是通过高能蓄电模块将电能储存在电容组中，经过电流频率调制系统将各个电容单元的电流频率进行调制，将调制好的高频电流经多通道高压开关协同释放，电流（40KHz左右）经过汇流排进入焊接线圈中产生电磁力。包壳金属材料在电磁力的作用下发生形变，以大于400m/s的垂直速度和大于2000m/s的剪切速度发生弯曲最终与端塞发生碰撞。并在碰撞过程中通过高频电流（100MHz左右）持续感应加热结合面，促进原子间扩散最终形成合格的焊缝。
[0004]磁力电阻焊接技术在实际焊接过程中，焊接线圈形成的磁场驱动金属包壳材料飞速撞击燃料棒，并以某一角度发生弯折，金属包壳材料表面的氧化物以飞溅形式排出，形成裸露的原子层，再通过冲击力促使金属包壳材料表面发生原子间的结合，从而形成良好的焊缝组织。在上述过程中，金属包壳材料表面的氧化物以飞溅形式排出后由于附着在塞体上，从而影响焊缝的质量。此外，传统的端塞与包壳材料接触面积有限，这导致焊接接头处的承载面积有限，限制了焊接接头处的力学性能。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提出一种燃料元件棒塞体结构，其结构简单，易于加工，实用性强；塞体与包壳材料接触面积大，可提高焊接接头处的力学性能；且本技术设置有塞体坑道，坑道可承接焊接过程中飞出的氧化物和碎屑，进一步提高焊缝的质量。
[0006]解决本技术技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种燃料元件棒塞体结构，包括内塞和与内塞固定连接的塞头，内塞包括推体区和焊接区；焊接区与塞头固定连接且与推体区平滑过渡，焊接区直径小于推体区直径；还包括绕焊接区表面的坑道。
[0008]进一步地，坑道的数量为一条以上。
[0009]进一步地，坑道宽度为1～3mm，深度为3～5mm。
[0010]进一步地，坑道表面的倾斜角α为93
°
～96
°
。
[0011]进一步地，焊接区直径为推体区直径的0.5～0.8倍。
[0012]本技术的原理在于：本技术将内塞分为推体区和焊接区，且焊接区直径小于推体区直径，这样可使内塞表面积更大，进一步增大内塞表面与包壳材料接触面积大，从而提高包壳材料与塞体焊接接头处的力学性能。在实际焊接过程中，高压的电磁力会产生一种剪切作用力会使包壳材料和塞体产生喷射效果，导致焊缝表面会存在氧化物或碎屑残留。因此本技术在内塞焊接区的表面设置对应的坑道用来收集氧化物及残留的碎屑，以减少焊缝表面的残留，提高焊缝组织稳定性。
[0013]本技术的有益效果在于：
[0014]（1）本技术结构简单，易于加工，实用性强。
[0015]（2）本技术与包壳材料接触面积大，可提高焊接接头处的力学性能。
[0016]（3）本技术设置有塞体坑道，可承接焊接过程中飞出的氧化物和碎屑，进一步提高焊缝的质量。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本技术塞体与包壳材料配合的一种结构示意图。
[0019]图中：1.包壳材料；2.塞体；201.内塞；202.塞头；211.推体区；212.焊接区；3.坑道；11.倾斜角α。
具体实施方式
[0020]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0021]一种燃料元件棒塞体结构，包括内塞201和与内塞201固定连接的塞头202，内塞201包括推体区211和焊接区212；焊接区212与塞头202固定连接且与推体区211平滑过渡，焊接区212直径小于推体区211直径；还包括绕焊接区212表面的坑道3。
[0022]进一步地，坑道3的数量为一条以上。
[0023]进一步地，坑道3宽度为1～3mm，深度为3～5mm。
[0024]进一步地，坑道3表面的倾斜角α11为93
°
～96
°
。
[0025]进一步地，焊接区212直径为推体区211直径的0.5～0.8倍。
[0026]本技术将内塞分为推体区211和焊接区212，且焊接区212直径小于推体区211直径，这样可使内塞表面积更大，进一步增大内塞表面与包壳材料1接触面积大，从而提高
包壳材料1与塞体焊接接头处的力学性能。在实际焊接过程中，高压的电磁力会产生一种剪切作用力会使包壳材料1和塞体产生喷射效果，导致焊缝表面会存在氧化物或碎屑残留。因此本技术在内塞焊接区212的表面设置对应的坑道3用来收集氧化物及残留的碎屑，以减少焊缝表面的残留，提高焊缝组织稳定性。
[0027]由于焊接过程受到电流及电压以及材料加工的精度的影响，因此本技术对坑道3进行的宽度和深度进行了大量研究，最终发现坑道3在宽度为1～3mm，深度为3～5mm的范围内加工效果更好，成品率更高。此外，本技术的坑道3倾斜角α11可设置在93
°
～96
°
范围内，设置上述角度可保证坑道3内表面呈一定角度，可使得坑道3表面开口面积更大，能够在更大范围内承接快脱落的氧化物和碎屑，坑道3内表面的斜坡还可以为脱落的氧化物和碎屑进入坑道3底部导向。
[0028]此外，本技术坑道3数量为一条以上，其目的是让脱落的氧化物和碎屑能进入坑道3内，减少焊缝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料元件棒塞体结构，包括内塞（201）和与内塞（201）固定连接的塞头（202），其特征在于，内塞（201）包括推体区（211）和焊接区（212）；焊接区（212）与塞头（202）固定连接且与推体区（211）平滑过渡，焊接区（212）直径小于推体区（211）直径；还包括绕焊接区（212）表面的坑道（3）。2.如权利要求1所述的一种燃料元件棒塞体结构，其特征在于，坑道（3）的数量为一条以上。3.如权利要求1或2所述的一种燃料元件棒塞体结构，其特征在于，坑道（3）宽度为1～3mm，深度为3～5mm。4.如权利要求1或2所述的一种燃料元件棒塞体结构，其特征在于，坑道（3）表面的倾斜角α（11）为93<...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继飞，吴先哲，刘春雷，王征，黄河清，朱有坤，古毓建，秦川，王钦伟，王远刚，
申请(专利权)人：重庆市光学机械研究所，
类型：新型
国别省市：