钼核燃料包壳管组合焊接装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010272857.4 (22)申请日 2020.04.09 (71)申请人 西安交通大学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 张林杰宁杰张亮亮解妙霞 尚香涛孙院军丁向东孙军 (74)专利代理机构 北京方圆嘉禾知识产权代理 有限公司 11385 代理人 王海燕 (51)Int.Cl. B23K 28/02(2014.01) G21C 21/02(2006.01) G21C 3/07(2006.01) (54)发明名称 钼核燃料包壳管组合焊接装置 。

2、(57)摘要 本发明公开一种钼核燃料包壳管组合焊接 装置， 涉及焊接装置领域， 包括： 密封舱； 旋转摩 擦焊机， 其设置于密封舱内， 待焊接工件夹持于 旋转摩擦焊机上； 激光焊接机器人， 其设置于密 封舱内； 用于储存惰性气体的气瓶； 压力调节系 统， 其包括空气压缩机、 真空泵、 压力传感器以及 第一电磁继电器， 压力传感器用于检测密封舱内 压力， 压力传感器、 空气压缩机以及真空泵均与 第一电磁继电器电连接。 该钼核燃料包壳管组合 焊接装置即可进行负压环境激光焊接， 又可进行 高压环境旋转摩擦焊接。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 111515561 A 2020.08.11。

3、 CN 111515561 A 1.一种钼核燃料包壳管组合焊接装置， 其特征在于， 包括： 密封舱； 旋转摩擦焊机， 其设置于所述密封舱内， 待焊接工件夹持于所述旋转摩擦焊机上； 激光焊接机器人， 其设置于所述密封舱内； 用于储存惰性气体的气瓶； 压力调节系统， 其包括空气压缩机、 真空泵、 压力传感器以及第一电磁继电器， 所述压 力传感器用于检测所述密封舱内压力， 所述压力传感器、 所述空气压缩机以及所述真空泵 均与所述第一电磁继电器电连接。 2.根据权利要求1所述的钼核燃料包壳管组合焊接装置， 其特征在于， 还包括气体调节 系统， 所述气体调节系统包括多气体检测仪和第二电磁继电器， 所述多。

4、气体检测仪用于检 测所述密封舱内气体成分， 所述多气体检测仪、 所述空气压缩机以及所述真空泵均与所述 第二电磁继电器电连接。 3.根据权利要求2所述的钼核燃料包壳管组合焊接装置， 其特征在于， 还包括监控台， 所述旋转摩擦焊机、 所述激光焊接机器人、 所述压力传感器以及所述多气体检测仪均与所 述监控台电连接。 4.根据权利要求3所述的钼核燃料包壳管组合焊接装置， 其特征在于， 还包括摄像机， 所述摄像机与所述监控台电连接， 所述摄像机设置于所述密封舱内， 且所述摄像机设置于 所述激光焊接机器人上并与所述激光焊接机器人的激光器同步运动。 5.根据权利要求1所述的钼核燃料包壳管组合焊接装置， 其特。

5、征在于， 所述密封舱上开 设有用于观察所述密封舱内部情况的观察窗口。 6.根据权利要求1所述的钼核燃料包壳管组合焊接装置， 其特征在于， 所述密封舱为不 锈钢密封舱。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111515561 A 2 钼核燃料包壳管组合焊接装置 技术领域 0001 本发明涉及焊接装置领域， 特别是涉及一种钼核燃料包壳管组合焊接装置。 背景技术 0002 钼具有中子吸收截面小、 高温强度好、 导热性好、 线膨胀系数小和耐腐蚀性好等优 点， 因此， 钼合金被世界核工业界列为事故容错燃料(Accident TolerantFuel， 简称ATF)包 壳的主要备选材料。 0003 高性能钼。

6、合金虽然自身强韧性优异， 但用于制造ATF包壳时需对其进行组装焊接， 而高性能钼合金一旦经历熔化/凝固或再结晶， 其强韧性优势将消失， 加热区出现严重的脆 化和气孔缺陷问题。 同时， 上端塞的封堵还需要在高压(2-3MPa)环境下进行， 以实现在包壳 管内封装高压惰性气体， 这导致焊接工艺更加复杂， 其焊接生产质量和焊接生产效率面临 很大挑战。 0004 高功率密度的激光热源深熔焊可以在很低的热输入下进行焊接、 获得加热区尺寸 很小的焊接接头， 可以用于常压或负压下焊接钼及钼合金焊， 尤其是在负压环境下进行激 光焊接是具有很大优势， 可以显著提高激光焊熔深， 减少激光设备投资成本， 减少能耗。。

7、 但 是进行上端塞堵孔时的高压环境会导致金属材料被迅速加热熔化并伴随着金属剧烈蒸发， 高压环境下金属蒸汽云团受到压缩体积减小、 颗粒密度显著增大， 导致熔深大幅度减小、 下 降幅度高达80以上， 同时熔化区宽度大幅度增加， 完全丧失了 “焊缝尺寸小、 窄而深” 的优 势。 因此上端塞堵孔时需要采用旋转摩擦焊方法， 旋转摩擦焊具有焊接质量效果不受环境 压力影响， 且材料不发生熔化、 加热区温度较低， 能够抑制高温导致钼合金晶粒粗化、 晶界 脆化、 气孔缺陷严重等问题， 获得优质连接接头。 所以， 依次进行负压环境激光焊接和高压 环境旋转摩擦焊接， 是保障钼合金ATF包壳焊接生产质量的有效措施。 。

8、但目前还没有即可进 行负压环境激光焊接， 又可进行高压环境旋转摩擦焊接的相关焊接装置。 0005 因此， 提供一种即可进行负压环境激光焊接， 又可进行高压环境旋转摩擦焊接的 钼核燃料包壳管组合焊接装置成为本领域技术人员亟待解决的问题。 发明内容 0006 为解决以上技术问题， 本发明提供一种钼核燃料包壳管组合焊接装置， 该钼核燃 料包壳管组合焊接装置即可进行负压环境激光焊接， 又可进行高压环境旋转摩擦焊接。 0007 为实现上述目的， 本发明提供了如下方案： 0008 本发明提供一种钼核燃料包壳管组合焊接装置， 包括： 密封舱； 旋转摩擦焊机， 其 设置于所述密封舱内， 待焊接工件夹持于所述旋。

9、转摩擦焊机上； 激光焊接机器人， 其设置于 所述密封舱内； 用于储存惰性气体的气瓶； 压力调节系统， 其包括空气压缩机、 真空泵、 压力 传感器以及第一电磁继电器， 所述压力传感器用于检测所述密封舱内压力， 所述压力传感 器、 所述空气压缩机以及所述真空泵均与所述第一电磁继电器电连接。 0009 优选地， 钼核燃料包壳管组合焊接装置还包括气体调节系统， 所述气体调节系统 说明书 1/4 页 3 CN 111515561 A 3 包括多气体检测仪和第二电磁继电器， 所述多气体检测仪用于检测所述密封舱内气体成 分， 所述多气体检测仪、 所述空气压缩机以及所述真空泵均与所述第二电磁继电器电连接。 0。

10、010 优选地， 钼核燃料包壳管组合焊接装置还包括监控台， 所述旋转摩擦焊机、 所述激 光焊接机器人、 所述压力传感器以及所述多气体检测仪均与所述监控台电连接。 0011 优选地， 钼核燃料包壳管组合焊接装置还包括摄像机， 所述摄像机与所述监控台 电连接， 所述摄像机设置于所述密封舱内， 且所述摄像机设置于所述激光焊接机器人上并 与所述激光焊接机器人的激光器同步运动。 0012 优选地， 所述密封舱上开设有用于观察所述密封舱内部情况的观察窗口。 0013 优选地， 所述密封舱为不锈钢密封舱。 0014 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果： 0015 1、 本发明提供的钼核燃料包壳管组合焊接。

11、装置， 通过设置旋转摩擦焊机， 使得装 置能够进行旋转摩擦焊接， 通过设置激光焊接机器人， 使得装置能够进行激光焊接， 又通过 设置压力调节系统来调节密封舱内的压力， 使得密封舱内即可达到高压又可达到低压， 旋 转摩擦焊机和激光焊接机器人均设置于密封舱内， 进而该钼核燃料包壳管组合焊接装置即 可进行负压环境激光焊接， 又可进行高压环境旋转摩擦焊接。 0016 2、 本发明提供的钼核燃料包壳管组合焊接装置， 密封舱内压力方便可调， 待焊接 工件夹持于旋转摩擦焊机上， 一次装夹后即可在同一个工位连续完成多种对环境压力要求 不同的焊接工艺的实施， 生产效率大大提高。 附图说明 0017 为了更清楚地。

12、说明本发明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发明的一些实施 例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获 得其他的附图。 0018 图1为本发明实施例中提供的钼核燃料包壳管组合焊接装置的结构示意图； 0019 图2为图1的局部放大图； 0020 图3为本发明实施例中提供的钼核燃料包壳管组合焊接装置密封舱内压力调节方 式示意图； 0021 图4为本发明实施例中提供的钼核燃料包壳管组合焊接装置密封舱内气体调节方 式示意图； 0022 图5为本发明实施例中提供的钼核燃料包壳。

13、管组合焊接装置焊接过程密封舱内压 力变化示意图。 0023 附图标记说明： 0024 1、 密封舱； 2、 旋转摩擦焊机； 3、 激光焊接机器人； 4、 气瓶； 5、 空气压缩机； 6、 观察窗 口； 7、 压力传感器； 8、 监控台； 9、 摄像机； 10、 激光器； 11、 钼核燃料包壳管； 12、 旋转卡盘； 13、 棒状封块； 14、 液压夹具； 15、 空心上端塞。 具体实施方式 0025 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 说明书 2/4 页 4 CN 111515561 A 4 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 。

14、而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 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， 都属于本发明保护的范围。 0026 本发明的目的是提供一种即可进行负压环境激光焊接， 又可进行高压环境旋转摩 擦焊接的钼核燃料包壳管组合焊接装置。 0027 为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。 0028 如图1-图5所示， 本实施例提供一种钼核燃料包壳管组合焊接装置， 包括： 密封舱 1； 旋转摩擦焊机2， 其设置于密封舱1内， 待焊接工件夹持于旋转摩擦焊机2上； 激光焊接机 器人3， 其设置于密封舱。

15、1内； 用于储存惰性气体的气瓶4； 压力调节系统， 其包括空气压缩机 5、 真空泵、 压力传感器7以及第一电磁继电器， 压力传感器7用于检测密封舱1内压力， 压力 传感器7、 空气压缩机5以及真空泵均与第一电磁继电器电连接。 0029 该钼核燃料包壳管组合焊接装置通过设置旋转摩擦焊机2， 使得装置能够进行旋 转摩擦焊接， 通过设置激光焊接机器人3， 使得装置能够进行激光焊接， 又通过设置压力调 节系统来调节密封舱1内的压力， 使得密封舱1内即可达到高压又可达到低压， 旋转摩擦焊 机2和激光焊接机器人3均设置于密封舱1内， 进而该钼核燃料包壳管组合焊接装置即可进 行负压环境激光焊接， 又可进行高。

16、压环境旋转摩擦焊接。 另外， 密封舱1内压力方便可调， 待 焊接工件夹持于旋转摩擦焊机2上， 一次装夹后即可在同一个工位连续完成多种对环境压 力要求不同的焊接工艺的实施， 生产效率大大提高。 0030 在具体使用过程中， 如图3所示， 空气压缩机5根据焊接不同阶段往密封舱1内输 入/输出气体来调节密封舱1内压力， 密封舱1内压力实时通过密封舱1内的压力传感器7进 行判定， 压力传感器7连接第一电磁继电器， 第一电磁继电器控制真空泵与空气压缩机5， 空 气压缩机5连接气瓶4， 当密封舱1内实时压力超过/不足相应阈值时通过压力传感器7判定 得到信息， 压力传感器7在通过第一电磁继电器控制真空泵与空。

17、气压缩机5开/关对密封舱1 内压力进行排出/补充。 0031 于本实施例中， 为了保证焊接质量， 钼核燃料包壳管组合焊接装置还包括气体调 节系统， 气体调节系统包括多气体检测仪和第二电磁继电器， 多气体检测仪用于检测密封 舱1内气体成分， 且多气体检测仪、 真空泵以及空气压缩机5均与第二电磁继电器电连接。 0032 在具体使用过程中， 如图4所示， 多气体检测仪检测氮气、 氧气、 二氧化碳一氧化碳 等成分与含量， 并与第二电磁继电器连接， 第二电磁继电器控制真空泵与空气压缩机5， 空 气压缩机5连接气瓶4， 当密封舱1内实时气体成分超过/不足相应阈值时通过多气体检测仪 判定得到信息， 多气体检。

18、测仪在通过第二电磁继电器控制真空泵与空气压缩机5开/关对密 封舱1内气体进行排出及惰性的补充操作。 0033 于本实施例中， 为了对焊接过程进行有效监控， 如图1所示， 钼核燃料包壳管组合 焊接装置还包括监控台8， 旋转摩擦焊机2、 激光焊接机器人3、 压力传感器7以及多气体检测 仪均与监控台8电连接。 0034 进一步地， 钼核燃料包壳管组合焊接装置还包括摄像机9， 摄像机9与监控台8电连 接， 摄像机9设置于密封舱1内， 且摄像机9设置于激光焊接机器人3上并与激光焊接机器人3 的激光器10同步运动。 说明书 3/4 页 5 CN 111515561 A 5 0035 监控台8对4类信息进行。

19、监控： 0036 (1)密封舱1内压力， 通过压力传感器7进行反馈数据； 0037 (2)密封舱1气体成分与含量， 通过多气体检测仪进行数据反馈； 0038 (3)设备参数， 激光焊接机器人3激光器10的焊接瞬时功率， 旋转摩擦焊机2的电机 转速和扭矩； 0039 (4)摄像机9所拍摄的焊接画面。 0040 于本实施例中， 为了对焊接过程进行有效观察， 密封舱1上开设有用于观察密封舱 1内部情况的观察窗口6。 0041 于本实施例中， 密封舱1为不锈钢密封舱。 如此设置， 密封舱1使用寿命大大延长。 0042 该钼核燃料包壳管组合焊接装置焊接钼核燃料包壳管11的具体过程如下： 0043 首先将。

20、待焊接工件固定安装于旋转摩擦焊机2的旋转卡盘12上， 通过真空泵对密 封舱1进行反复抽真空操作， 然后通过空气压缩机5将气瓶4内的惰性气体抽入密封舱1内， 如此反复执行， 保证密封舱1内气体纯净度， 通过多气体检测仪监控到当密封舱1内气体含 氧量1.5PPM、 含氮量50PPM、 总碳量5PPM、 含水量3PPM时， 调节密封舱1内压力于 0.01MPa-0.1MPa之间， 此时形成负压舱体环境； 0044 接着， 在负压惰性气体气氛环境下， 旋转摩擦焊机2的旋转卡盘12夹持钼核燃料包 壳管11上端(靠近旋转卡盘12端)， 激光焊接机器人3移动到钼核燃料包壳管11下端位置(远 离旋转卡盘12端。

21、)， 采用激光焊接机器人3应用激光熔钎焊方法对 “实心下端塞/钼核燃料包 壳管11” 之间的环焊缝进行焊接； 0045 实心下端塞和钼核燃料包壳管11焊接完成后， 旋转卡盘12打开， 往包壳管11内装 填隔热块、 核燃料芯块， 弹簧， 装配空心上端塞15， 然后旋转卡盘12夹持空心上端塞15， 激光 焊接机器人3移动到包壳管11上端位置(靠近旋转卡盘12端)， 在当前负压惰性气体气氛环 境下， 采用激光焊接机器人3应用激光熔钎焊方法对 “空心上端塞15/钼核燃料包壳管11” 之 间的环焊缝进行焊接； 0046 待钼核燃料包壳管11分别与实心下端塞和空心上端塞15依次焊接完成后， 激光焊 接机器。

22、人3归位， 旋转摩擦焊机2的旋转卡盘12夹持钼制棒状封端， 液压夹具14夹持空心上 端塞15， 通过空气压缩机5调节舱内压力于2MPa-3MPa之间， 此时形成高压舱体环境， 在高压 惰性气体气氛环境下， 同一工位上， 采用无顶锻旋转摩擦焊接方法， 将空心上端塞15与钼合 金棒状封块13进行焊接； 0047 旋转摩擦焊接结束后， 调节压力至常压环境下， 旋转摩擦焊机2的旋转卡盘12和液 压夹具14打开， 取出焊接完成后的钼核燃料包壳管11， 完成整个所有焊接操作。 0048 本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例 的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想， 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。 综上所述， 本说明书内 容不应理解为对本发明的限制。 说明书 4/4 页 6 CN 111515561 A 6 图1 图2 说明书附图 1/3 页 7 CN 111515561 A 7 图3 图4 说明书附图 2/3 页 8 CN 111515561 A 8 图5 说明书附图 3/3 页 9 CN 111515561 A 9 。