連接兩根同軸管件的方法、產生這種連接的工具及其用途的製作方法

2023-06-04 13:25:21 1

專利名稱:連接兩根同軸管件的方法、產生這種連接的工具及其用途的製作方法
本發明關於連接兩根同軸管件的方法及連接這些管件的工具。
本發明的方法和工具特別用來連接燃料組件的導向管和導向管的端套。
由水和特別是由加壓水冷卻的核反應堆的燃料組件包括一個框架，相互平行的燃料杆以成束的形式固定在框架上。燃料組件的框架包括將燃料杆橫向和軸向固定的隔離柵，平行於燃料杆的導向管放在燃料束和埠的某個位置上。構成燃料組件框架的結構件能用來引導核反應堆的控制杆組的吸收杆的導向管，其長度大於杆的長度，並包括允許這些杆固定到燃料組件的出口上的端部。固定到燃料組件頂口上的導向管的上端部可由套管組成，這些套管以同軸方式基本無間隙地嚙合在導管的端部上。作為例子，這些導向管的端套可以包括螺紋部分或柔性葉片，用來嚙合在燃料組件頂口的開口上，對於頂口是可拆卸的燃料組件來說，可通過螺接帶螺紋的套筒或鎖緊套筒來連接導管和燃料組件。
在導管和它的端套之間的連接件須做到使導管和套在軸向傳輸方向和相對於它的共用軸方向鎖緊。這項連接必須在沒有焊接的情況下產生，這是由構成導管的材料特性決定的，製造燃料組件的構件的方法要求構成燃料組件的構件具有機械強度和抗腐蝕性能。導向管也必須採用沒有焊接的方法來與隔離柵格的穿入套組裝在一起。
為了將導向管和導向管嚙合套連接在一起，在導向管和套的材料不同時，人們已建議用導向管和套的壁的徑向膨脹、一個嚙合在另一個上來進行連接。
例如，人們已建議採用轉動的輥式膨脹工具來產生沿連續管狀部分產生徑向膨脹。
採用這種方法，在套相對於導向管的轉動中不可提供良好的鎖緊。
人們建議這樣的生產方法，在管和套的連接區、在將組裝的部件的至少兩個周向區域、在軸向的相互離開的位置上生產出從導向管和套徑向向外突出的凸頭。在每個將組裝的管狀部件的周向區域，產生出至少兩個徑向突出的凸頭、通常是四個凸頭，它們沿部件的周向相互分開部件的壁部分配合，由凸頭產生變形。這種方法能在管狀件之間提供良好的機械連接，這些管狀件可在直的方向和部件的周向區域的轉動中鎖緊。
為了產生該徑向膨脹，採用了一種由管膨脹器構成的工具，它通常包括四個由軸向的槽分開的柔性葉片，和一個錐形作動心軸，該心軸在膨脹器內沿軸向移動，從而分開部件內的葉片，通過部件壁的徑向膨脹來連接這些部件。
每個燃料組件導向管的連接是一項費時而複雜的工作，在管部件的第一和第二區域必須逐步地形成凸頭。在導管內放置膨脹器也是一項複雜的工作，因為這些凸頭必須精確定位並必須在軸向對準。為使一個裝在另一個上的管部件產生良好的機械連接，通常必須產生管部件徑向具有很大深度的凸頭，這就增大了操作難度。由於在膨脹操作期間和該操作後壁材料具有彈性，在沒有間隙的情況下、尤其是在軸向提供連接也是很困難的。
另外，管和套在其變形區域的表面面積減小，這會改變它們的尺寸特性。
因此，本發明的目的在於提出一種連接兩根同軸管件的方法，這些管件一根至少在其軸向長度的一部分上嚙合在另一根內，該方法包括在生產中，通過在兩個管件嚙合在一起的部分的壁上的徑向膨脹，在軸向的相互隔開的至少兩個部件的區域，至少有兩個由部件中間壁部分相互隔開的、沿部件周向的徑向向外突出的凸頭，該方法能得到非常有效的、沒有間隙的機械連接，它的生產率很高，凸頭深度在凸頭徑向上很小，因此限制了部件表面面積的減小。
為此，通過管狀部件的壁在軸向隔開的兩個區域上的徑向膨脹來同時生產出這些凸頭。
本發明還關於連接管狀件的膨脹工具，它包括一個膨脹器，膨脹器的每個柔性葉片包括兩個凸頭，用以在葉片的縱軸向形成相互隔開的、管狀壁上的壓痕。
為了更好地理解本發明，下面將參照附圖來以示例方式描述導管和端套之間的連接、用本發明的方法來產生這種連接、以及產生這種連接的膨脹工具。

圖1是用本發明方法固定到導管上的端套支撐導管端部的透視圖，圖2是為實施本發明方法的膨脹工具的膨脹器的透視圖，圖3是膨脹器端部的放下的軸向剖視圖，圖4是膨脹器的作動心軸的側視圖。
圖1表示燃料組件導管1的上端部，它構成導管的上端部，一個端套2嚙合並固定到該導管上，通過套2可用機械連接方法將導管螺接到燃料組件的頂口上。
導管1通常由鋁合金製成，埠2可用如不鏽鋼那樣的不同的材料製成。
套2包括一個管狀體2a，它的內徑基本等於導管1的外徑(直徑從12-14mm)，還包括直徑加大並具有內螺紋的端部2b。導向管1的端部可用一個插入件裝配到燃料組件的頂口上，該插入件蛔接在套2的端部2b的螺紋部分內。
導向管1和端套2通過同軸安置的一個嚙合在另一個上的兩個管狀部件1和2的壁、在管狀件1和2的軸向相互離開的兩個區域3和3′上的變形，使兩個管狀件相互在軸向和圍繞它們的共用軸的轉動方向上鎖緊。
由於兩個變形部分3和3′是完全相同的，因此下面僅描述區域3。變形區域3包括四個凸頭4(圖中可見兩個凸頭)，這些凸頭從管狀件1和2徑向向外突出並具有環形的剖面。四個凸頭圍繞管狀件1和2的軸相互相隔90°，它們由套2和導管1的壁膨脹而產生的，導管1嚙合在向上達到端部2b的套2中。
在變形區3或3′上的兩個相鄰的凸頭4由兩個管件的壁的部分5分開，該部分5容納在兩個變形的凸頭4之間。
為了用本發明的方法來產生如圖1所示的連接，先將導向管1插在套內，然後將兩個部件1和2在區域3和3′膨脹，下面將描述該簡單的方法。
該方法是用下面將描述的膨脹工具來進行的。
該膨脹工具主要包括一個如圖2和3所示的膨脹器，和如圖4所示的作動該膨脹器的心棒。
圖2和3所示的膨脹器通常以參照數字6表示，它包括一管狀細長體，該細長體的第一部分6a構成實際的膨脹器，而第二端部6b是用以將該工具安裝到工具支撐件上的部分。膨脹器6的部分6a包括在其一端上的膨脹頭7，在管狀部分內側具有凹陷的壓痕，在它們的外表面上具有徑向突出的凸頭。
在形成實際的膨脹器的部分中，膨脹器6的本體形成4個柔性葉片8a、8b、8c和8d，它們沿膨脹器6的軸的縱向設置。
葉片8a、8b、8c和8d由在膨脹器本體的管狀壁經切割和機加工後的部分構成。膨脹器的管狀體的壁包括四個槽9，每個槽分開兩個相鄰的膨脹器的葉片，並在膨脹器本體部分6a的最大長度上、在膨脹器頭7的端部和靠近膨脹器支撐部分6b的區域之間延伸。在膨脹頭7的相對端上固定到膨脹器本體上的葉片8a、8b、8c和8d可相互分開以相互間產生膨脹，每個柔性葉片通過彈性彎曲而變形。
葉片在徑向的分開是通過將圖4所示的錐臺形心棒10推入膨脹頭7的中心孔而產生的。
膨脹器本體6的一部分6a的外徑小於導向管的內徑，這樣膨脹器可插入導向管內，以同軸位置相互嚙合，一個端套將與導向管連接。膨脹頭7引入嚙合在端套內的導向管部分中，從而以下面將描述的膨脹和壓出波紋來連接導向管和端套。
正如從圖2和3可以看到的，膨脹器6的每個葉片8a、8b、8c和8d在其形成膨脹頭7的端部具有宜在導管和端套的壁上同時產生兩個壓痕和凸頭的形狀和構形。每個葉片8a、8b、8c和8d在它們的端部包括第一和第二膨脹凸頭11和11′，它們具有基本為環形段形狀、從膨脹器的頭部7向外突出。
圖3是膨脹頭的軸向剖視圖，它表示葉片8a、8b、8c和8d的端部外表面的切向構形，它們的凸頭11和11′形成兩個波形，該兩個波形在膨脹器6的軸向分開距離為d。各個相鄰葉片8a、8b、8c和8d的第一和第二凸頭11和11′沿膨脹器6的第一和第二周向線對準並分別對準兩個由距離d分開的兩個膨脹器的橫剖面中心。
可以使管狀件1和2產生膨脹和壓痕，從而使一個配合在另一個上的凸頭11和11′的切向構形作為例子可以包括一個中間部分、導向第二凸頭的內部部分和相對的外部部分，這三個部分是彎曲的。
這些凸頭的切向構形的三部分在該構形的拐點上相互連接，凸頭的中部是從膨脹器向外的凸狀體內部和外部是朝外的凹形。
膨脹器葉片的兩對相鄰的凸頭11和11′由槽9分開，相鄰的凸頭11組與相鄰的凸頭11′組在由槽9分開的四個部分中構成基本為環形的變形表面。
膨脹器的頭部7放置在嚙合在端套中的導管部分內，當膨脹器的葉片膨脹時，膨脹器的每個葉片的凸頭11和11′由作動器10的推力而向外移動，在導管和端套相接觸的壁上產生沿導管和端套的兩個周向對準的壓痕。這些凹入導向管和套的內表面的壓痕在套和導管的外表面上產生凸頭，這些凸頭沿兩根周向線同時產生，從而使一個部件牢固地配合在另一個內。
上述環形凸頭11和11′的彎曲構形可使導向管和端套的金屬壁逐步產生變形(不過是很快的)，因此在兩個形成的凸頭之間加上縮口的拉伸應力。
由於壁變形、從而在凸頭之間產生拉伸應力這一事實就有可能消除在成形結束時金屬回彈引起的在凸頭之間可能留有的軸向間隙。
上面提到的在管狀部件上產生兩條線的周向凸頭所具有的優點可以達到制動並鎖緊管件的令人滿意的效果，同時限制了在管件膨脹期間出現的凸頭壓痕的深度。與每個凸頭周向線逐個進行的方法相比，用這種方法，能大大減少管件中產生的凸頭的高度，在同樣的連接強度下能夠使凸頭壓痕的深度減少20-40％。因此減小了凸頭之間的金屬應力並使表面積減少很小一些。
當然，為了在管狀件上同時產生兩條凸頭線，為使作動心棒在膨脹器內移動，必須在使用工具時加上較大的力。
為了減少錐形作動器和膨脹器的接觸表面在作動器作軸向移動期間被卡住的危險，同時又要保證這些加工件的機械性能，使它們能實現自己的功能，作為例子，作動器或錐形心棒可以用處理後的結構鋼製成，從而使它硬度大於65HRC，同時塗覆一層硬度在2500和4000HV之間的滲碳的一氮化鈦層。
膨脹器可用處理後的結構鋼製成，該結構鋼的硬度大於55HRC並包括硬鍍鉻層構成的外塗層，該外塗層的硬度至少等於850HV。可以採用裝有由一個膨脹器6和一個錐形作動器10組成的單個工具的機器，相反地也可採用能同時作動一組膨脹工具的自動化機器。這種裝有24個工具的機器能同時、並在單個操作中將端套壓在燃料組件的24個導向管上。
因此本發明具有下列優點，它能大大增加燃料組件的構件製造方面的生產率，並可減小管狀件的壁的膨脹部分的高度，因此減小了這些部件中的應力。另外，防止了在膨脹部分或凸頭之間的管的表面積減小，這就能採用在膨脹葉片之間沒有用於固定管狀件壁的分構件的膨脹器來進行膨脹操作。
本發明的方法和裝置由於限制了應力，因此能使連接的管狀件保持高的機械性能。
當然本發明不僅限於已描述的實施例，例如，可採用多於4個的葉片的膨脹工具。然而這種工具必須至少包括兩個葉片，每個葉片具有兩個凸頭。
本發明不僅可用來連接燃料組件的導向管和與導向管嚙合的端套，而且可用來連接在任何情況下、不論連接部件的功能和目的怎樣的同軸管狀件。
權利要求
1.一種用以連接兩個同軸管件(1、2)的方法，該同軸管件一個嚙合在另一個的內側、嚙合在它們共同的軸的長度的至少一部分上，該方法包括通過使兩個管件的壁在嚙合在一起的管件部分上、在相互隔開的至少兩個區域上的膨脹，產生沿部件(1、2)的周向、由部件(1、2)的中間壁(5)部分相互隔開的、從部件的徑向向外突出的至少兩個凸頭，其特徵在於該凸頭是通過管狀件(1、2)在軸向隔開的兩個區域的壁的徑向膨脹同時產生的。
2.一種用以連接兩個同軸管線(1、2)的工具，該同軸管件一個嚙合在另一個的內側，嚙合在它們的軸向長度的至少一部分上，該工具包括一個具有管狀體的膨脹器(6)，它的外徑小於內部的管件(1)的內徑，在其軸向長度的一部分上包括穿過它的壁並確定至少兩個和作為例子為4個柔性葉片(8a、8b、8c、8d)的槽(9)，葉片構成的端部形成膨脹頭(7)，一個錐形作動器(10)通過在膨脹器(6)內作軸向移動來擴張膨脹器(6)的葉片(8a、8b、8c、8d)，其特徵在於每個膨脹器的葉片(8a、8b、8c、8d)包括在其構形端部的第一凸頭(11)和第二凸頭(11′)，它們相互離開膨脹器的軸向距離(d)，膨脹器(6)的柔性葉片(8a、8b、8c、8d)的第一凸頭(11)和第二凸頭(11′)，沿著膨脹器(6)外表面上的第一和第二周向線對準。
3.如權利要求
2的工具，其特徵在於膨脹器(6)的柔性葉片(8a、8b、8c、8d)端部上的每個凸頭(11、11′)整體呈現環形段，切口構形包括從膨脹器(6)向外的凸出的中部和從膨脹器向外凹入的兩個端部。
4.如權利要求
2或3的工具，其特徵在於該工具的錐形作動器(10)由處理後的結構鋼製成，處理後的結構鋼硬度大於65HRC並塗覆一層硬度在2500和4000HV之間的滲碳的一氮化鈦，該工具的膨脹器由處理後的結構鋼製成，處理後的結構鋼的硬度大於55HRC，並在其外側塗覆一層硬度大於850HV的鍍鉻層。
5.如權利要求
1的方法或如權利要求
2～4中任何一個的裝置的用途，用於將水冷核反應堆的燃料組件的導管(1)連接到如端套之類的套(2)上，其中導管(1)是基本無間隙地嚙合的。
專利摘要
本發明關於兩個管件(1、2)的壁徑向膨脹的方法,兩個管件基本無間隙地相互嚙合,在管件軸向相互隔開的至少兩個區域、沿管件周向具有由管件中間部分(5)隔開的、從管件(1、2)向外突出的兩個小凸頭(4)。該小凸頭(4)採用一種工具在管件(1、2)軸向的隔開的區域上同時產生,該工具包括具有柔性葉片的膨脹器,在每個葉片上設有在膨脹器軸向上相互隔開的凸頭。本發明尤其適用於將一個端套(2)固定到燃料組件的導管(1)上。
文檔編號G21C21/00GKCN1333711SQ99815770
公開日2002年1月30日 申請日期1999年12月13日
發明者克洛德·博諾 申請人:弗蘭克巴爾日燃料製造公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan