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KR20000059966A - PHWR Fuel Bundle Assembling and Welding Machine - Google Patents

PHWR Fuel Bundle Assembling and Welding Machine Download PDF

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KR20000059966A
KR20000059966A KR1019990007932A KR19990007932A KR20000059966A KR 20000059966 A KR20000059966 A KR 20000059966A KR 1019990007932 A KR1019990007932 A KR 1019990007932A KR 19990007932 A KR19990007932 A KR 19990007932A KR 20000059966 A KR20000059966 A KR 20000059966A
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South Korea
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welding
electrode
fuel bundle
nuclear fuel
axis
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Application number
KR1019990007932A
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김규태
김용환
장영기
이신호
서정민
임현태
전상윤
이규석
김일규
류계열
최준형
최병순
Original Assignee
임창생
한전원자력연료 주식회사
장인순
한국원자력연구소
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Abstract

PURPOSE: An assembly welding device of CANFLEX fuel bundle is provided so that a new CANFLEX can be achieved with high productivity compared to the conventional CANFLEX bundle welder(10 bundles per time) by effectiveness of welding device. CONSTITUTION: The assembly welding device of CANFLEX fuel bundle includes several devices. A mechanism of a rotary arm type is constructed by combining a base frame(1), a column(2), an upper frame(3) and a transfer arm(5) on a column(2). The base frame(1) is constructed by four working positioned. A welding head(6) and an assembly rotation motor(10) are mounted to the upper frame(3). The transfer arm(5) are inserted to the column(2), rotated at the axis with a column(2) by using a rotation motor(10) and a timing belt(7) and transfers the CANFLEX to other working position. An upper frame(3), a base frame(1) and a transfer arm(5) are a combined structure on a column(2).

Description

중수로용 핵연료다발 조립 용접기{PHWR Fuel Bundle Assembling and Welding Machine}PHWR Fuel Bundle Assembling and Welding Machine}

본 발명은 중수로용 핵연료다발 조립 용접기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 직경이 다른 두 종류의 핵연료 봉들로 구성된 중수로용 개량핵연료(CANFLEX Fuel)다발의 조립, 용접시 핵연료다발의 치수건전성과 접합강도 규제치를 만족시키고, 현재 상업가동중인 중수로 원전용(CANDU Fuel) 핵연료다발의 조립, 용접에도 사용할 수 있을 뿐 아니라 현재 사용중인 용접장비를 포함한 기존 용접기보다 최대 2배까지의 높은 생산용량을 보유할 수 있도록 하는 다발 용접기에 관한 것이다.The present invention relates to a nuclear fuel bundle assembly welder for heavy water reactors, and more particularly, to the dimensional integrity and bond strength of nuclear fuel bundles for assembly and welding of CANFLEX fuel bundles consisting of two kinds of fuel rods of different diameters. It can be used for assembly and welding of nuclear fuel bundles for CANDU fuel, which is currently in operation, and can have up to 2 times higher production capacity than existing welding machines including current welding equipment. It relates to a bundle welder.

지금까지는 용접용 헤드를 기준으로 핵연료다발을 전진 → 용접 → 후퇴 → 용접면전환 → 전진 → 용접 → 후퇴의 순으로 용접한다.Until now, weld nuclear fuel bundles in the order of forward → welding → retraction → welding face conversion → forward → welding → retraction based on the welding head.

현재 캐나다에서 사용중인 핵연료다발용접기의 경우도, 중량이 큰 용접 지그 및 핵연료다발을 움직이는 방식을 채택하기 때문에 핵연료다발의 회전관성으로 인해 용접위치 제어시 오차가 발생할 우려가 매우 높다.In the case of the nuclear fuel bundle welding machine currently used in Canada, since a heavy welding jig and a method of moving the fuel bundle are adopted, there is a high possibility of an error in the welding position control due to the rotational inertia of the fuel bundle.

또한 기존 용접기는 고정된 축심에 의해 지지된 용접전극을 사용하였기 때문에 미소하게라도 연료봉과 용접 전극 축심이 어긋날 경우 2개의 접지 전극면 중 1개만이 연료봉과 접촉하거나 불완전한 접촉으로 인해 용접강도가 낮아지는 문제점이 발생하였다.In addition, the existing welding machine uses a welding electrode supported by a fixed shaft core, so even if the fuel rod and the welding electrode shaft are slightly misaligned, only one of the two ground electrode surfaces is in contact with the fuel rod or the welding strength is lowered due to incomplete contact. A problem occurred.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 직경이 다른 두종류의 핵연료 봉들로 구성된 중수로용 개량핵연료(CANFLEX Fuel)다발의 조립, 용접시 핵연료다발의 치수건전성과 접합강도 규제치를 만족시키고, 현재 상업가동중인 중수로 원전용(CANDU Fuel) 핵연료다발의 조립, 용접에도 사용할 수 있을 뿐 아니라 현재 사용중인 용접장비를 포함한 기존 용접기보다 최대 2배까지의 높은 생산용량을 보유할 수 있도록 하는 핵연료 다발용접기를 제작하는데 그 목적이 있는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and satisfies the dimensional integrity and joint strength regulation values of nuclear fuel bundles during assembly and welding of CANFLEX fuel bundles consisting of two types of nuclear fuel rods of different diameters. It can be used for assembling and welding nuclear fuel cell bundles of commercially available heavy water reactors, and can provide up to 2 times higher production capacity than existing welding machines including current welding equipment. The purpose is to make a bundle welding machine.

상기 목적을 달성하기 위해 핵연료다발을 제조하는 자동 용접 장치에 있어서;In the automatic welding device for producing a nuclear fuel bundle to achieve the above object;

핵연료 다발을 다음 공정으로 이동시키는 로터리 암 타입의 이송기구와 용접 위치로 전극을 구동시키는 용접 전극 구동 장치와 용접 전극의 기울어짐을 방지하는 용접 전극 가이드 장치로 구성되어 시간당 20∼24 다발의 높은 생산성과 용접 품질의 향상을 제공할 수 있도록 하는 것이다.High productivity of 20 ~ 24 bundles per hour, consisting of a rotary arm type transfer mechanism for moving the fuel bundle to the next process, a welding electrode drive device for driving the electrode to the welding position, and a welding electrode guide device for preventing the welding electrode from tilting. To provide an improvement in welding quality.

도 1은 본 발명 중수로용 핵연료다발 용접기의 정면도1 is a front view of a nuclear fuel bundle welder for the present invention heavy water reactor

도 2는 본 발명 중수로용 핵연료다발 용접기의 평면도2 is a plan view of the nuclear fuel bundle welder for the present invention heavy water reactor

도 3은 본 발명 중수로용 핵연료다발 용접기 베이스 프레임의 구성도Figure 3 is a block diagram of the present invention nuclear fuel bundle welding machine base frame

도 4는 본 발명 용접기 용접전극 구동 장치의 구성도Figure 4 is a schematic view of the welding machine welding electrode drive device of the present invention

도 5는 본 발명 용접전극 가이드 장치의 구성도5 is a configuration diagram of the welding electrode guide device of the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

(1) : 베이스 프레임 (2) : 기둥(1): base frame (2): pillar

(3) : 상판 프레임 (4) : 실린더(3): top frame (4): cylinder

(5) : 이송용 팔 (6) : 용접 헤드(5): transfer arm (6): welding head

(7) : 타이밍 벨트 (8) : 집합체 유,무 감지 센서(7): Timing belt (8): Aggregate presence or absence sensor

(9) : 집합체 상,하면 감지 센서 (10) : 집합체 회전용 모터(9): detection sensor on the top and bottom of the assembly (10): motor for assembly rotation

(11) : X축 모터 (12) : Y축 모터11: X axis motor 12: Y axis motor

(13) : 전극 회전용 모터 (14) : 볼 스크류(13): motor for electrode rotation 14: ball screw

(15) : X축 가이드 테이블 (16) : Y축 가이드 테이블(15): X-axis guide table (16): Y-axis guide table

(17) : 회전 및 직선 운동 샤프트 (18) : 센서(17): rotational and linear motion shaft 18: sensor

(19) : 용접 전극면 (20) : 구면 베어링19: welding electrode surface 20: spherical bearing

(21) : 스프링 (22) : 헤드 드라이브 샤프트21: spring 22: head drive shaft

(23) : 고정용 치구(23) Fixture jig

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration and operation of the present invention in detail based on the accompanying drawings as follows.

도 1은 본 발명 중수로용 핵연료다발 용접기의 정면도,1 is a front view of the nuclear fuel bundle welding machine for the present invention,

도 2는 본 발명 중수로용 핵연료다발 용접기의 평면도,2 is a plan view of the nuclear fuel bundle welding machine for the present invention;

도 3은 본 발명 중수로용 핵연료다발 용접기 베이스 프레임의 구성도,3 is a configuration diagram of the present invention nuclear fuel bundle welder base frame,

도 4는 본 발명 용접기 용접전극 구동 장치의 구성도,4 is a configuration diagram of a welding electrode welding device of the present invention;

도 5는 본 발명 용접전극 가이드 장치의 구성도를 도시한 것이다.Figure 5 shows the configuration of the welding electrode guide device of the present invention.

핵연료다발을 제조하는 자동 용접 장치에 있어서;An automatic welding device for producing a nuclear fuel bundle;

핵연료 다발을 다음 공정으로 이동시키는 로터리 암 타입의 이송기구와 용접 위치로 전극을 구동시키는 용접 전극 구동 장치와 용접 전극의 기울어짐을 방지하는 용접 전극 가이드 장치로 구성되는 것이다.It consists of a rotary arm type transfer mechanism for moving the fuel bundle to the next process, a welding electrode drive device for driving the electrode to the welding position, and a welding electrode guide device for preventing the welding electrode from tilting.

로터리 암 타입(Rotary Arm Type)의 이송기구(Mechanism)는 하나의 기둥(2) 위에 베이스 프레임(1)과 기둥(2)과 상판 프레임(3) 및 이송용 팔(5)이 결합된 구조로 되어 있고, 베이스 프레임(1)은 4개의 작업 위치(Work Position)로 구성되어 있고 상판 프레임(3)에는 용접 헤드(6) 및 집합체 회전용 모터(10)가 장착되어 있고, 이송용 팔(5)은 기둥(2)에 끼워진 채 회전용 모터(10)와 타이밍 벨트(7)를 이용하여 기둥(2)을 축으로 회전하면서 핵연료다발을 다음의 작업 위치(Work Position)로 이동시키는 장치이다.Rotary arm type transfer mechanism (mechanism) is a structure in which the base frame (1) and the pillar (2), the upper plate frame (3) and the transfer arm (5) on one pillar (2) The base frame 1 is composed of four work positions, the upper frame 3 is equipped with a welding head 6 and an assembly rotation motor 10, and a transfer arm 5 ) Is a device for moving the nuclear fuel bundle to the next work position while rotating the pillar 2 in the axis by using the rotating motor 10 and the timing belt 7 while being fitted to the pillar 2.

이를 설명하면 기둥(2) 위에 상판 프레임(3)과 베이스 프레임(1) 및 이송용 팔(5)이 결합되어 있는 구조이며 이송용 팔(5)은 베이스 프레임(1) 상에 있는 회전용 모터(10)와 타이밍 벨트(7)를 이용하여 회전하는 구조로 구성되어진 것이다.In this case, the upper frame 3, the base frame 1, and the transfer arm 5 are coupled to the pillar 2, and the transfer arm 5 is a rotating motor on the base frame 1. It is comprised by the structure which rotates using the 10 and the timing belt 7. As shown in FIG.

상기 구조는 4개의 작업 위치(Work Position)중 용접이 이루어지는 2개를 제외한 나머지 2개의 공간에서 용접과 동시에 용접준비작업(핵연료봉 육안검사 및 조립)을 진행할 수 있기 때문에 작업의 효율성이 우수하고 작업속도가 빠르며 작업공간을 효율적으로 활용할 수 있는 것이다.The structure is excellent in work efficiency and work because welding preparation work (nuclear fuel rod visual inspection and assembly) can be carried out simultaneously with welding in two spaces except two that are welded out of four work positions. It's fast and you can use your workspace efficiently.

용접전극 구동 장치는 양쪽 용접 헤드(6)의 종횡 및 축 대칭 회전운동을 유발하는 3개의 X축,Y축 전극 회전용 모터(11)(12)(13)와 2개의 볼 스크류(14) 및 1개의 타이밍 벨트(7)로 구성되어 있으며 PC로부터 용접위치에 대응하는 제어신호를 받아서 X축,Y축 전극 회전용 모터(11)(12)(13)가 구동되고 각 모터와 연결된 볼 스크류(14) 및 타이밍 벨트(7)에 의해 전극을 종횡 및 회전 운동하도록 하는 도 4에 도시한 바와 같은 장치인 것이다.The welding electrode drive device includes three X-axis and Y-axis electrode rotating motors 11, 12, 13 and two ball screws 14, which cause longitudinal and axial symmetric rotational movements of both welding heads 6. It consists of one timing belt (7) and receives the control signal corresponding to the welding position from the PC to drive the X-axis, Y-axis electrode rotation motors 11, 12, 13 and the ball screw connected to each motor ( 14) and the apparatus as shown in FIG. 4 for vertical and horizontal movement of the electrode by the timing belt 7.

도 4의 X축,Y축 전극 회전용 모터(11)(12)(13)와 볼 스크류(14)와 X축 가이드 테이블(15),Y축 가이드 테이블(16), 회전 및 직선 운동 샤프트(17) 및 가이드 테이블에 의해 핵연료다발에 비해 훨씬 가벼운 용접전극이 가로, 세로 및 회전운동을 하기 때문에 용접 위치 제어시 오차발생 최소화 및 신속한 위치이동을 할 수 있다는 장점이 있는 것이다.4, the X-axis, Y-axis electrode rotation motor 11, 12, 13, the ball screw 14, the X-axis guide table 15, the Y-axis guide table 16, the rotary and linear motion shaft ( 17) and the guide table is much lighter than the nuclear fuel bundle because the welding electrode is transverse, vertical and rotational movement has the advantage of minimizing the occurrence of errors and rapid position movement when welding position control.

용접전극 가이드 장치는 구면 베어링(20) 저어널, 축 그리고 스프링(21) 및 용접 전극면(19)등으로 구성되어 있으며, 용접시 용접 전극이 용접부로 내려올 때 봉단 마개의 상부 경사면에 전극면이 균일하게 접촉하여 가압력을 작용할 수 있도록 봉단마개 축심으로부터 전극이 편심된 양에 따라 기울어진 각도를 조절해 줄 수 있도록 하는 장치이다.The welding electrode guide device is composed of a spherical bearing 20 journal, a shaft and a spring 21 and a welding electrode surface 19, and when the welding electrode comes down to the welding portion during welding, the electrode surface is placed on the upper inclined surface of the end cap. It is a device to adjust the inclination angle according to the amount of eccentricity of the electrode from the end cap shaft axis so as to apply pressure by uniform contact.

상기 가이드 장치는 용접 헤드(6)가 핵연료다발 쪽으로 하강할 때 즉, 구면저어널 베어링(20), 축, 스프링(21) 및 용접 전극면(19)등으로 구성되어 있는 용접 헤드(6)부가 화살표 방향으로 이동하여 핵연료다발과 접촉할 때 구면 베어링(20)저어널의 작용에 의해 용접 전극면(19)과 연료봉단 경사각 차이로 축에 가해질 수 있는 굽힘모멘트를 방지하는 역할을 할 수 있는 것이다.The guide device includes a welding head 6 having a spherical journal bearing 20, a shaft, a spring 21, a welding electrode surface 19, and the like, when the welding head 6 descends toward the nuclear fuel bundle. When the ball is moved in the direction of the arrow to contact the fuel bundles by the action of the spherical bearing (20) journal it can act to prevent the bending moment that can be applied to the shaft by the difference between the welding electrode surface 19 and the fuel rod inclination angle. .

본 발명 중수로용 핵연료다발 자동용접기를 상세히 살펴보면 소결체 장입과 봉단마개 용접이 완료된 핵연료봉들을 2개의 봉단접합판(End Plate)과 저항 용접하여 주는 장비로서 핵연료를 제작하는 최종작업이 이루어지는 공정에 이용되는 전용기계이며 각 연료봉들간에 일정간격을 유지시킴으로써 치수건전성과 접합강도를 유지하여 원자로내에서 설계된 출력을 얻는데 있어서 매우 중요한 공정에 사용되고 있다.When the nuclear fuel bundle automatic welding machine of the present invention is examined in detail, it is a device for resistance welding of nuclear fuel rods in which sintered body loading and end cap welding have been completed with two end plates. It is a dedicated machine and is used in the process which is very important in obtaining the designed power in the reactor by maintaining the dimensional integrity and bonding strength by maintaining a constant interval between each fuel rod.

새로이 개발된 용접기는 4개의 작업 위치(Work Position)를 갖고 있는 베이스 프레임(1)과 로터리 타입(Rotary Type)의 이송용 팔(5)을 갖고 있는 기둥(2) 그리고 용접 전극(19), 전원, 집합체 회전용 모터(10)와 집합체 유무, 감지센서(8)와 집합체 상하면 감지 센서(9) 등의 각종 부품이 장착되어 있는 상판 프레임(1)로 구성되어 있으며 이는 전진, 용접, 후진의 작업구조나 직선 흐름식 작업구조의 기존 용접기에 비교할 때 좁은 공간에서 작업이 용이하며 작업속도 또한 2배 이상 빠르다.The newly developed welder has a base frame (1) having four work positions, a pole (2) having a rotary type transport arm (5), a welding electrode (19) and a power supply. , Top plate frame (1) on which various parts such as assembly rotation motor (10), assembly presence, detection sensor (8) and assembly upper and lower detection sensors (9) are mounted. Compared to the conventional welding machine of the structure or the straight flow work structure, the work is easy in the narrow space and the working speed is more than twice as fast.

베이스 프레임(1)에는 2개의 용접작업 위치와 2개의 용접준비작업 위치로 구분되어 있으며 용접작업위치에는 기둥(2)에 고정된 핵연료다발 이송용 팔(5)에 의해 용접작업위치로 이송된 핵연료다발 고정 치구가 용접전극(19)의 중심과 핵연료다발의 중심이 정확하게 일치하게 할 수 있는 위치에 안착되도록 하는 역할을 하는 위치용(Positioning)용 돌기와 핵연료다발의 유무, 핵연료다발의 상,하면을 식별할 수 있는 센서(8),(9)들이 있다.The base frame (1) is divided into two welding work positions and two welding preparation work positions, and in the welding work position, the nuclear fuel transferred to the welding work position by the nuclear fuel bundle transfer arm (5) fixed to the column (2). Positioning projections and the presence or absence of fuel bundles, and the top and bottom of the fuel bundles, which serve to allow the bundle fixing jig to be positioned at a position where the center of the welding electrode 19 and the center of the nuclear fuel bundle can be exactly matched. There are sensors 8, 9 which can be identified.

핵연료다발 고정용 치구(23)가 포지션용(Positioning) 돌기 위쪽에 멈출때까지 센서(18)가 감지하고 로터리(Rotary) 이송용 팔(5)이 X축,Y축 전극 회전용 모터(11)(12)(13)에 의해 회전한 후에 기둥(2)과 연결된 실린더(4)가 후퇴하며 고정용 치구(23)를 잡고 있는 이송용 팔(5)이 하강한 후 용접이 이루어진다.The sensor 18 detects the nuclear fuel bundle fixing jig 23 until it stops above the positioning projection, and the rotary transfer arm 5 rotates the X- and Y-axis electrodes. After rotation by (12) (13), the cylinder (4) connected to the column (2) retreats and the welding is made after the transfer arm (5) holding the fixing jig (23) is lowered.

용접은 고정된 핵연료다발의 위쪽에 있는 상판 프레임(1)에 위치한 베이스(Base) 전극 및 가지 전극부가 용접위치로 하강하며 접촉한 후 용접이 이루어진다.Welding is performed after the base electrode and the branch electrode part located on the upper plate frame 1 above the fixed nuclear fuel bundle are brought into contact with each other in a descending welding position.

이때 용접 헤드(6)는 핵연료 단면을 기준으로 가로, 세로 방향의 운동과 전극축에 대한 회전운동을 통해 각 연료봉에 해당하는 전극 위치로 이동하며 전극을 회전시켜 위치를 제어하고 핵연료다발이 아닌 용접전극을 구동시키는 점에서 기존의 용접기와 구별된다.At this time, the welding head 6 moves to the electrode position corresponding to each fuel rod through the horizontal and vertical movements and the rotational movement about the electrode axis with respect to the cross section of the nuclear fuel, and rotates the electrodes to control the position, and not the fuel bundle. It is distinguished from the conventional welder in that it drives an electrode.

용접위치제어는 PC로부터 용접위치에 해당하는 만큼의 제어량(회전)으로 3개의 X축,Y축 전극 회전용 모터(11)(12)(13)를 구동하고 X축,Y축 전극 회전용 모터(11)(12)(13)와 연결된 타이밍 벨트(7)에 의해 용접위치로 용접헤드(6)가 움직이게 된다.Welding position control drives three X-axis and Y-axis electrode rotating motors 11, 12 and 13 with a control amount (rotation) corresponding to the welding position from a PC, and the X-axis and Y-axis electrode rotating motors. The welding head 6 is moved to the welding position by the timing belt 7 connected with (11) (12) and (13).

이때 용접위치는 선택된 용접모드별로 유연하게 선택할 수 있으며 핵연료다발의 상하면 감지 센서(9)로 감지한 후 용접부에 설정된 용접변수로서 핵연료봉과 봉단접합판의 용접이 이루어진다.At this time, the welding position can be flexibly selected according to the selected welding mode, and the nuclear fuel rod and the end-bonded plate are welded as the welding variable set in the welding part after sensing the upper and lower detection sensors 9 of the nuclear fuel bundle.

각 연료봉에 대해 용접이 완료되면 유압실린더에 의해 이송용 팔(5)에 고정된 핵연료다발 고정용 치구(23)를 들어올린 뒤 다음의 작업 위치(Work Position)으로 회전한 다음 유압실린더의 후퇴로 다시 하강한다. 그 다음 용접된 핵연료다발을 이송용 팔(5)에서 내리고 새로 준비된 핵연료다발 고정용 치구(23)를 이송용 팔(5)에 고정하거나 위 아래면을 뒤집은 뒤 동일한 요령으로 이송용 팔(5)이 다시 회전한다.When welding is completed for each fuel rod, lift the nuclear fuel bundle fixing jig 23 fixed to the transfer arm 5 by the hydraulic cylinder, rotate to the next work position, and then retract the hydraulic cylinder. Descend again. Then, the welded nuclear fuel bundle is lowered from the transfer arm 5 and the newly prepared nuclear fuel bundle fixing jig 23 is fixed to the transfer arm 5 or the upper and lower sides are reversed. This rotates again.

도 3과 같이 4개의 작업위치 중에서 2곳은 용접전극이 있고 나머지 2곳은 특별히 고안된 치구안에 핵연료봉들을 배열시키고 봉단접합판을 고정시키는 용접준비작업 및 제조중 검사를 실시할 수 있는 작업공간이므로 용접과 준비작업은 동시에 진행할 수 있으며, 작업 위치(Work Position)의 1곳만 사용하거나 2곳을 동시에 사용하는가의 여부는 사용자가 임의로 선택할 수 있다. 용접이 완료된 핵연료다발은 상판 프레임(1) 장착된 호스트 및 리미트 가이드를 이용하여 치구로부터 인출할 수 있다.As shown in FIG. 3, two of the four working positions have welding electrodes, and the other two are welding workspaces for arranging nuclear fuel rods in a specially designed jig and fixing the end junction plate, and thus, a work space for inspection during manufacturing. Welding and preparatory work can be carried out at the same time. The user can freely select whether to use only one work position or two simultaneously. The welded nuclear fuel bundle can be taken out from the jig using a host and limit guide mounted with the top frame 1.

용접이 이루어질 때 용접전원으로는 High Frequency Inverter Type의 용접전원을 사용하며 베이스(Base) 전극과 가지 전극을 이용하여 저항용접이 이루어진다. 용접위치로 이송한 후 베이스(Base) 전극과 가지 전극으로 구성된 용접 헤드(6) 공압 밸브의 압력에 의해 핵연료다발의 끝단면까지 하강하여 닿은 후 베이스(Base) 전극과 가지 전극으로 전류를 흘려줘 각 전극에서 전류를 공급받는 연료봉과 봉단접합판의 접촉지점에서 저항열이 발생하여 용접이 이루어진다.When welding is made, welding power of high frequency inverter type is used as welding power source and resistance welding is performed by using base electrode and branch electrode. After transferring to the welding position, the pressure of the welding head (6) consisting of the base electrode and the branch electrode is lowered to the end surface of the nuclear fuel bundle by the pressure of the pneumatic valve, and the current flows through the base electrode and the branch electrode. Welding is performed by generating heat of resistance at the contact point of the fuel rod and the end junction plate receiving current from each electrode.

용접 헤드(6)가 하강하여 용접위치에 전극면이 접촉할 때 연료봉의 중심과 용접헤드의 중심이 일치하지 않을 때 그 편심된 양에 따라 전극의 기울기가 구면 베어링(20) 저어널에 의해 자동보상 되면서 용접 전극면(19)과 용접부 전극 접촉지점의 접촉면적이 최대가 되도록 한다.When the welding head 6 is lowered and the electrode surface is in contact with the welding position, when the center of the fuel rod and the center of the welding head do not coincide, the inclination of the electrode is automatically generated by the spherical bearing 20 journal according to the eccentric amount. While being compensated, the contact area between the welding electrode surface 19 and the welding electrode contact point is maximized.

용접부에 전극이 닿은 후 가압력은 PC로부터 각 용접위치에 해당하는 가압력을 컨트롤러로 전달하고 이 제어량 만큼 밸브를 통해 가압이 이루어지며 이와 같이 각 연료봉 용접위치에서의 가압력, 전류, 통전시간 등의 용접변수를 자유롭게 설정할 수 있으므로 기존 핵연료다발용 전기보다 우수한 용접품질(접합강도 및 치수건전성)을 얻을 수 있다.After the electrode touches the welding part, the pressing force transmits the pressing force corresponding to each welding position from the PC to the controller and pressurizes through the valve by this control amount. Thus, welding variables such as pressing force, current, and energization time at each fuel rod welding position Can be set freely, it is possible to obtain better welding quality (bond strength and dimensional integrity) than conventional nuclear fuel bundles.

그러므로 본 발명은 입열량을 최소화하여 용접변형량을 적게하면서 동시에 접합강도를 만족할 수 있는 인버터 타입(Inverter Type)의 파워 서플라이(Power Supply)를 채용하여 용접기를 소형, 경량화하므로써 작업공간을 효율적으로 사용할 수 있으며, 용접전류가 안정, 집중되어 흐르기 때문에 압흔(눌린 흔적), 소초(열에 그을림)등의 용접결함이 방지되어 용접품질이 향상되고, 열효율이 높기 때문에 용접 사이클 타임이 줄어 생산성이 향상되었다.Therefore, the present invention adopts an inverter type power supply that can satisfy the welding strength while minimizing the amount of heat input, and at the same time, the welding machine can be used efficiently by making the welding machine small and light. In addition, because welding current is stable and concentrated, welding defects such as indentation (pressed traces) and socho (burning of heat) are prevented to improve welding quality, and thermal efficiency is high, resulting in reduced welding cycle time and productivity.

또한 캐나다의 핵연료 생산업체에서 사용중인 용접기와는 달리 전극을 3개의 마이크로 스텝핑 모터(Micro Stepping Motor)와 엔코더(Encoder) 그리고 각종 센서(Sensor)를 이용해 위치제어 하므로써 각 연료봉 용접위치에 대한 오차발생을 최소화하였다.In addition, unlike the welding machine used in Canadian fuel producers, the electrodes are positioned using three micro stepping motors, encoders, and sensors to prevent errors in the welding position of each fuel rod. Minimized.

용접헤드의 구조가 봉단마개의 경사면과 가지전극이 편심될 경우 그 기울기가 자동조정되도록 설계되어 양쪽 전극면에 균일한 압력이 가해질 수 있도록 하였으며 이로 인해 용접품질(접합강도와 치수건전성)이 향상되었다.The structure of the welding head is designed to automatically adjust the inclination when the inclined surface and the branch electrode of the end cap are eccentric so that uniform pressure can be applied to both electrode surfaces, thereby improving welding quality (bond strength and dimensional integrity). .

또한 하나의 기둥에 베이스와 프레임이 고정되어 있고 그 기둥을 중심으로 회전하면서 작업이 이루어지므로써 작업시 접근 및 작업감시가 용이하게 하였을 뿐 아니라 베이스에 있는 4개의 작업 위치에서 용접(Welding) 및 용접준비(Assembling) 작업을 동시에 수행하므로써 작업효율성을 극대화하였다.In addition, the base and the frame are fixed to one pillar, and the work is performed while rotating around the pillar, which facilitates access and monitoring during operation, as well as welding and welding at four working positions on the base. The work efficiency was maximized by simultaneously performing assembling work.

또한 PC를 이용하여 스텝핑 모터,센서류 및 용접 파라메터를 직접 제어하고 용접 모드를 자유롭게 변경할 수 있도록 설계하므로써 동일용접 헤드를 이용하여 핵연료다발의 상,하면을 임의로 선택 용접하는 것이 가능할 뿐아니라 위치별 용접 파라메터(전류, 통전시간 및 용접압력)의 선정도 기존장비보다 훨씬 유연하다.In addition, by directly controlling the stepping motor, sensors, and welding parameters using a PC, and freely changing the welding mode, it is possible to arbitrarily select the top and bottom of the nuclear fuel bundle using the same welding head as well as the welding parameters for each position. The selection of (current, energization time and welding pressure) is much more flexible than existing equipment.

이상의 제어방식 및 용접전원상의 특징과 용접기구조의 효율성으로 인해 신규 핵연료다발용접기는 기존 핵연료다발용접기(시간당 10다발 정도)보다 높은 생산성(시간당 20 ∼ 24다발)과 용접품질의 향상을 이룰 수 있는 발명인 것이다.Due to the above control method, characteristics of welding power source and efficiency of welder structure, the new fuel bundle welding machine can achieve higher productivity (20 to 24 bundles per hour) and welding quality than the existing fuel bundle welding machine (about 10 bundles per hour). will be.

Claims (7)

핵연료다발을 제조하는 자동 용접 장치에 있어서;An automatic welding device for producing a nuclear fuel bundle; 핵연료 다발을 다음 공정으로 이동시키는 로터리 암 타입의 이송기구와 용접 위치로 전극을 구동시키는 용접 전극 구동 장치와 용접 전극의 기울어짐을 방지하는 용접 전극 가이드 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 중수로용 핵연료다발 조립 용접기.Assembly of nuclear fuel bundles for heavy water reactors comprising a rotary arm type transfer mechanism for moving the fuel bundle to the next process, a welding electrode driving device for driving the electrode to the welding position, and a welding electrode guide device for preventing the welding electrode from tilting welding machine. 제 1항에 있어서;The method of claim 1; 로터리 암 타입(Rotary Arm Type)의 이송기구(Mechanism)는 하나의 기둥(2) 위에 베이스 프레임(1)과 기둥(2)과 상판 프레임(3) 및 이송용 팔(5)이 결합되고, 베이스 프레임(1)에는 4개의 작업 위치(Work Position)가 존재하고, 상판 프레임(3)에는 용접 헤드(6) 및 집합체 회전용 모터(10)가 장착되어 있고, 이송용 팔(5)은 기둥(2)에 끼워진 채 회전용 모터(10)와 타이밍 벨트(7)를 이용하여 기둥(2)을 축으로 회전하면서 핵연료다발을 다음의 작업 위치(Work Position)로 이동시키는 장치로 구성되어진 것을 특징으로 하는 중수로용 핵연료다발 조립 용접기.In the rotary arm type (mechanism), the base frame (1) and the pillar (2), the upper plate frame (3) and the transfer arm (5) are combined on one pillar (2), and the base Four work positions exist in the frame 1, and a welding head 6 and an assembly rotation motor 10 are mounted on the upper frame 3, and the transfer arm 5 has a pillar ( 2) the device is configured to move the nuclear fuel bundle to the next work position while rotating the column 2 in the axis by using the rotary motor 10 and the timing belt 7 while being fitted in the step 2). A nuclear fuel bundle assembly welder for heavy water reactors. 제 1항에 있어서;The method of claim 1; 기둥(2) 위에 상판 프레임(3)과 베이스 프레임(1) 및 이송용 팔(5)이 결합되고, 이송용 팔(5)은 베이스 프레임(1) 상에 있는 회전용 모터(10)와 타이밍 벨트(7)를 이용하여 회전하는 구조로 구성되어진 것을 특징으로 하는 중수로용 핵연료다발 조립 용접기.The upper frame 3, the base frame 1, and the transfer arm 5 are coupled to the pillar 2, and the transfer arm 5 is timingd with the rotating motor 10 on the base frame 1. A nuclear fuel bundle assembly welding machine characterized in that it is configured to rotate using a belt (7). 제 1항에 있어서;The method of claim 1; 용접전극 구동 장치는 양쪽 용접 헤드(6)의 종횡 및 축 대칭 회전운동을 유발하는 3개의 X축,Y축 전극 회전용 모터(11)(12)(13)와 2개의 볼 스크류(14) 및 1개의 타이밍 벨트(7)와, PC로부터 용접위치에 대응하는 제어신호를 받아서 X축,Y축 전극 회전용 모터(11)(12)(13)가 구동되고 각 모터와 연결된 볼 스크류(14) 및 타이밍 벨트(7)에 의해 전극을 종횡 및 회전 운동하도록 구성되어진 것을 특징으로 하는 중수로용 핵연료다발 조립 용접기.The welding electrode drive device includes three X-axis and Y-axis electrode rotating motors 11, 12, 13 and two ball screws 14, which cause longitudinal and axial symmetric rotational movements of both welding heads 6. Receiving a control signal corresponding to the welding position from one timing belt 7 and a PC, the X and Y axis electrode rotating motors 11, 12 and 13 are driven and connected to each motor. And a nuclear fuel bundle assembly welder configured to vertically and horizontally rotate the electrode by a timing belt (7). 제 1항에 있어서;The method of claim 1; X축,Y축 전극 회전용 모터(11)(12)(13)와 볼 스크류(14)와 X축 가이드 테이블(15),Y축 가이드 테이블(16), 회전 및 직선 운동 샤프트(17) 및 가이드 테이블에 의해 용접전극이 가로, 세로 및 회전운동을 하는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 중수로용 핵연료다발 조립 용접기.X-axis, Y-axis electrode rotation motors 11, 12, 13, ball screws 14, X-axis guide table 15, Y-axis guide table 16, rotary and linear motion shafts 17, A nuclear fuel bundle assembly welder according to claim 1, wherein the welding electrode is configured to perform horizontal, vertical and rotational movements by the guide table. 제 1항에 있어서;The method of claim 1; 용접전극 가이드 장치는 구면 베어링(20) 저어널, 축 그리고 스프링(21) 및 용접 전극면(19), 전극 프레임(18)등으로 구성되고, 용접시 용접 전극이 용접부로 내려올 때 봉단 마개의 상부 경사면에 전극면이 균일하게 접촉하여 가압력을 작용할 수 있도록 봉단마개 축심으로부터 전극이 편심된 양에 따라 기울어진 각도를 조절해 줄 수 있는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 중수로용 핵연료다발 조립 용접기.The welding electrode guide device is composed of a spherical bearing 20 journal, a shaft and a spring 21, a welding electrode surface 19, an electrode frame 18, and the like. A fuel cell assembly welding machine for heavy water reactors, characterized in that it is configured to adjust the inclination angle according to the amount of eccentricity of the electrode from the end cap shaft axis so that the electrode surface contacts the inclined surface uniformly. 제 1항에 있어서;The method of claim 1; 용접 헤드(6)가 핵연료다발 쪽으로 하강할 때 즉, 구면저어널 베어링(20), 축, 스프링(21) 및 용접 전극면(19)등으로 구성되어 있는 용접 헤드(6)부가 화살표 방향으로 이동하여 핵연료다발과 접촉할 때 구면 베어링(20)저어널의 작용에 의해 용접 전극면(19)과 연료봉단 경사각 차이로 축에 가해질 수 있는 굽힘모멘트를 방지하는 역할을 할 수 있는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 중수로용 핵연료다발 조립 용접기.When the welding head 6 descends toward the nuclear fuel bundle, that is, the welding head 6 portion composed of the spherical journal bearing 20, the shaft, the spring 21, the welding electrode surface 19, and the like moves in the direction of the arrow. By the action of the spherical bearing (20) journal when in contact with the fuel bundle is characterized in that it is configured to prevent the bending moment that can be applied to the shaft by the difference between the inclined angle of the welding electrode surface 19 and the fuel rod A nuclear fuel bundle assembly welder for heavy water reactors.
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