CN1191588C - 核反应堆控制棒的制造方法及制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核反应堆控制棒制造方法及制造装置。包括：在护套上切断用于冷却中子吸收材料的排水孔及护套外周的第一工序；将在第1工序切断的护套弯曲加工成字形状的第2工序；在由第2工序形成的护套凹部内夹入中子吸收材料的第3工序；对叶片与上述系杆、叶片与手柄及叶片与下部叶片依次进行焊接的第4工序；对由第4工序焊接的各部分进行表面修整的第5工序。

Description

核反应堆控制棒的制造方法及制造装置

技术领域

本发明涉及一种通过激光焊接或TIG焊接使构件相互接合的核反应堆控制棒的制造方法及制造装置。

背景技术

图24模式化表示沸水型核反应堆压力容器内部结构的一个例子。下面对其概要进行说明。

在图24中，作为冷却材料的水，在从堆心下部沿着含有燃料的燃料棒1的间隙上升的同时被加热后沸腾。核反应堆的输出随着控制棒2的拔出或插入而变化。这时，当拔出控制棒2时反应功率增加，而插入控制棒2时反应功率减少。

这里，通过图25模式化表示的上述控制棒2结构一例的透视图进行说明。如图25(a)所示、控制棒2的构成大体分为叶片3、安装在叶片3上端的手柄4、安装在叶片3下端部的下部叶片5。特别是叶片3如图25(b)所示，由中子吸收材料6及其装放该材料的护套7、为确保水流过护套7内的中子吸收材料6间的部分而被插入的隔片8构成。

4块叶片3构成一组，将各个结合端装在系杆9上，整个接合成十字架形。

在现有的制造这样的核反应堆控制棒2时，用下面的方法进行。图26表示控制棒制造步骤的一例。

如图26所示、切断护套7的外周并切断排水孔之后，将护套7弯曲加工成]字形。而且对形成]字形的护套端面进行取齐后，在护套7的内侧插入放有作为中子吸收材料6碳化硼(B₄C)的管子，组装成叶片3。

在由上述方法制作的框架上固定叶片并组装成控制棒，在其上焊接系杆、手柄及下部叶片，最后用金属丝刷进行修整。

另外，在采用B₄C的中子吸收材料的类型中是不采用隔片8的。

以上是中子吸收材料采用B₄C的情况，下面对中子吸收材料中采用铪(Hf)的这一类型进行说明。

如图26所示，切断护套7的外周并切断排水孔之后，将护套7弯曲成为]字形。而且对形成]字形的护套7的端面取齐后，在护套7的内侧插入作为中子吸收材料铪Hf板及隔片8后，进行护套7与隔片8的焊接，用金属丝刷进行修整后加工成叶片3。

在由上述方法制作的叶片3上安装系杆9，手柄4，下部叶片5，进行焊接，最后用金属丝刷进行修整。

在这样制造核反应堆控制棒时，要在进行护套7的切断，弯曲加工，组装叶片3，还要组装系杆9、手柄4、下部叶片5的各框架之后，进行叶片3、系杆9、手柄4、下部叶片5的焊接及护套7与隔片8的焊接。

现有的这些构件的焊接是采用由手动TIG焊接。该TIG焊接是在惰性气体环境中使非消耗性的钨电极和母材之间产生电弧，进行焊接的方法。

但是，这种手动的TIG焊接，由于输入热量很大，所以加工后的变形很大，特别是焊接变形显著，很多情况下要对该变形一边矫正一边进行焊接。另外，由于焊接加工速度慢，有生产率低的问题。

发明的内容

本发明是为了解决以上问题而作出的，目的在于提供一种核反应堆控制棒的制造方法及制造装置，其可以使输入热量少，能抑制加工后的变形，并且可以提高焊接速度、提高生产率。

本发明为了达到上述目的，用下面所述的方法及装置制造核反应堆的控制棒。(1)一种核反应堆控制棒的制造方法，该控制棒是由中子吸收材料、护套构成的叶片、固定该叶片的系杆、分别固定在该系杆和上述叶片上的手柄及下部叶片构成的，其特征在于，包括下列工序：

第1工序，在上述护套上切断用于冷却上述中子吸收材料的排水孔及护套外周；

第2工序，将由上述第1工序切断的上述护套弯曲加工成]字形状；

第3工序，在由上述第2工序弯曲加工形成的上述护套的凹下部内夹入上述中子吸收材料；

第4工序，对上述叶片与上述系杆、上述叶片与手柄、及上述叶片与上述下部叶片依次进行焊接；

第5工序，对由上述第4工序焊接了的各部分进行表面修整。

(2)如上述(1)所述的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在上述第4工序进行焊接时，

在焊缝坡口正上方或者从焊缝坡口位置平行错开2mm以内的位置上通过光学系统照射YAG激光或CO₂激光而进行焊接。

(3)如上述(2)所述的核反应堆控制棒制造方法，其特征是，在上述第4工序进行上述照射时，

使从1焊道或从第1焊道的目标位置起在0.1-2.0mm范围内错开而重叠多个焊道。

(4)如上述(2)所述的核反应堆控制棒制造方法，其特征是，在上述第4工序进行上述照射时，

使上述激光在2mm以内进行圆周运动的状态下一边前进一边照射。

(5)如上述(2)所述的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在上述第4工序进行上述照射时，

在上述光学系统中具有的聚光透镜这一边、放入棱镜，使该棱镜以激光轴为中心进行旋转，同时通过对上述棱镜照射激光，使上述激光的焦点位置相对于上述聚光透镜而旋转。

(6)如上述(1)所述的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在上述第4工序进行上述焊接时，

在焊缝坡口正上方或者从焊缝坡口位置平行错开3mm以内的位置上进行TIG焊接。

(7)如上述(1)所述的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在第1工序中由利用高压氮气的激光切断工艺进行排水孔及护套外周的加工。

(8)如上述(1)所述的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在第3工序中为了对护套的与系杆接合端面不整齐进行取齐，采用高压氮的激光切断工艺进行取齐。

(9)如上述(1)所述的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在第3工序中为了对护套的与系杆相接合的端面不整齐进行取齐，用剪切切断工艺进行取齐。

(10)如上述(1)所述的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在上述第4工序进行焊接时，

在上述系杆上设有2条狭缝，在该狭缝中插入上述叶片的凸出部，朝着上述叶片和上述系杆的交界处照射上述激光。

(11)一种核反应堆控制棒的制造装置，该控制棒由借助弯曲加工形成的护套的凹部内插入中子吸收材料的多个叶片、固定这多个叶片的系杆、固定于该系杆和叶片的上端部的手柄、及固定于系杆和叶片的下端部的下部叶片构成，其特征在于：

该制造装置设有分别对多个叶片与系杆、上述手柄与上述下部叶片进行焊接的焊接装置；

上述焊接装置包括：安装有摄像装置的加工头；使该加工头移动到上述各个焊接部的设计上的焊缝坡口位置的移动装置；对由上述摄像装置所摄的图像信号进行处理的图像处理装置；从由该图像处理装置处理过的图像数据中检测出实际焊缝坡口位置的检测装置；对由该检测装置所检测出的焊缝坡口位置与设计上的焊缝坡口位置进行比较后，计算上述加工头与焊缝坡口位置的偏差的运算处理装置；使上述加工头只移动由该运算处理装置所求出的上述加工头的偏差量加上上述加工头与上述摄像装置间偏移量的距离那样地把控制命令发给上述移动装置的控制装置。

(12)如上述(11)所述的核反应堆控制棒的制造装置，其特征在于：

该焊接装置具有，夹入叶片且只从外部可存取地被用于加工焊缝坡口的冷铁、及用于束缚该冷铁和上述叶片的固定夹具。

(13)一种核反应堆控制棒的制造装置，该控制棒由中子吸收材料、护套构成的叶片、固定该叶片的系杆、固定在该系杆和叶片上的手柄及下部叶片构成，其特征在于、包括：

用于放置作为被焊接物的上述控制棒并进行焊接的加工台；输出YAG激光或CO₂激光的激光振荡器；传输由该激光振荡器振荡的激光、并具有由聚光透镜聚束在上述被焊接物上的光学系统的加工头；安装在该加工头上、对上述被焊接物的焊缝坡口附近进行摄像的摄像装置；从由该摄像装置所摄的图像中检测焊缝坡口位置的图像处理装置；对从图像处理装置所得到的焊缝坡口位置和上述设计上的焊缝坡口位置进行比较、计算其偏差的运算处理装置；使上述加工头或加工台移动由运算处理装置求得的焊缝坡口位置的偏差加上上述摄像装置和上述加工头间的偏移量的距离的伺服马达；及驱动控制上述伺服马达的控制装置；

上述加工头或加工台至少各设置2台，在上述激光振荡器和上述加工头之间设置可移动式反射镜。

(14)一种核反应堆控制棒的制造装置，该控制棒由中子吸收材料、护套构成的叶片、固定该叶片的系杆、、固定在该系杆和叶片上的手柄及下部叶片构成，其特征在于、包括：

用于放置作为被焊接物的上述各个控制棒并进行焊接的加工台；TIG焊枪；安装在该TIG焊枪上对上述被焊接物的焊缝坡口附近进行摄像的摄像装置；从由该摄像装置所摄的图像中检测焊缝坡口位置的图像处理装置；对由图像处理装置所得到的焊缝坡口位置和上述设计上的焊缝坡口位置进行比较并计算其偏差的运算处理装置；使TIG焊枪或加工台移动由该运算处理装置求得的焊缝坡口位置的偏差加上TIG焊枪间的偏移量的距离的伺服马达；及驱动控制该伺服马达的控制装置；

上述TIG焊枪和加工台至少各设置2台，使其同时或交替进行焊接。

如上所述，若采用本发明，借助激光焊接，能减少输入热量、能抑制加工后变形，而且能提供一种可提高焊接速度、提高生产率的核反应堆控制棒的制造方法及其制造装置。

本发明的这些和其他目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。

附图的简要说明

图1是表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第1实施例的工序图。

图2(a)是说明脉冲振幅振荡时的条件的图。

(b)是说明连续振荡时的条件的图。

图3(a)-(c)是在上述实施例中，表示激光照射位置或TIG焊枪位置的模式图。

图4是表示在上述实施例中，使激光旋转时的激光照射位置的模式图。

图5是表示在上述实施例中，使用棱镜使YAG激光旋转的装置的概要构成断面图。

图6是表示在上述实施例中，使用棱镜使CO₂激光旋转的装置的概要构成断面图。

图7(a)、(b)是表示在上述实施例中，焊接中使用的固定夹具的平面图及断面图。

图8(a)是表示与上述同样的固定夹具整体装配状态的立体图。

(b)是(a)的叶片和系杆结合部A的放大图。

(c)是沿着(b)的B-B线的断面图。

(d)是用另一种方法的叶片和系杆间结合部A的放大图。

(e)是沿着(d)的C-C线的断面图。

图9表示固定叶片和系杆的状态的固定夹具的正视图。

图10表示用两台焊接机在系杆上焊接各叶片时的系统结构例的顶视图。

图11是表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第2

实施例的工序图。

图12是表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第3

实施例的工序图。

图13表示说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第4实施例中焊接隔片时所用装置的概要构成图。

图14表示上述实施例中驱动控制系统的方框图。

图15表示上述实施例中自动焊接隔片时的程序图。

图16表示自动焊接系杆时的程序图。

图17是本发明的5实施例中焊接隔片时所用的装置的概要结构图。

图18是表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第6

实施例的工序图。

图19是表示用于实施例中通过自动TIG焊接机焊接隔片和护套的焊接条件的一例。

图20是表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第7

实施例的工序图。

图21表示作为本发明的第8实施例，用自动TIG焊接机进行隔片焊接时的程序图。

图22是表示用自动TIG焊接机进行系杆焊接时的程序图。

图23是表示在本发明的第9实施例中隔片焊接时所用装置的概要结构图。

图24是表示沸水型反应堆的压力容器内部结构一例的概况图。

图25(a)是说明上述控制棒结构的立体图。

(b)是叶片的断面图。

图26是用于说明现有核反应堆控制棒制造步骤一例的工序图。

本发明的具体实施方式

图1表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第1实施例的工序图。关于控制棒的结构件将参照图25进行说明，此处的中子吸收材料采用铪Hf。

首先，采用激光在护套7上对用于冷却中子吸收材料6的排水孔进行切断，对用于确保中子吸收材料6和护套7间隙的隔片8所设置的开孔进行切断，然后对护套外周进行切断。

这样，在对护套外周进行切断及对开孔切断时采用激光是为了保持高的精度。也可以不用激光而用拔模及剪切进行开孔。最好切断后加上用于确认弯曲的位置的激光划线。

接着借助弯曲加工将护套7形成コ字形，在该コ字形的内侧插入隔片8和中子吸收材料6后，用激光对隔片8和护套7进行焊接。

这时采用隔片8是为了确保中子吸收材料6的固定及护套7与中子吸收材料6间的间隙。

这里，用激光对隔片8和护套7加工时的加工条件的一例如图2(a)、(b)所示。

图2(a)是脉冲振幅振荡时的条件。图2(b)是连续振荡时的条件。二者都是YAG激光，连续振荡的焊接比较稳定，但使用哪一种都可以。

图3模式化表示激光照射的位置。激光照射位置如图3(a)所示，基本上是在对应于隔片8的护套7的焊缝坡口的正上方，但是为了确保根部焊道，如(b)所示、在0.1-2.0mm范围内从焊缝坡口错开也可以。

另外，当焊道宽度很窄时，如图3(c)所示、还有在焊缝坡口的正上方或者在焊缝坡口在2mm范围内将多条焊道重叠地进行激光照射的方法。即从1道或第1道的目标位置、在0.1-2.0mm的范围内错开使多条焊道重叠。

图4是模式化表示使激光一边进行圆周运动一边照射的激光照射位置。使激光在直径2mm以内一边作圆周运动一边前进地进行照射。

用图3、图4中所示的方法，在宽的范围内可得到稳定的焊道，可使焊缝坡口线确实熔化，能确保背面的根部焊道。

作为使激光进行圆周运动的方法，还有使加工头或加工台机械地旋转的方法。但是当采用该机械的方法时，使加工速度增加数m/min左右时，圆周运动将变成椭圆形。

图5是表示使用棱镜使激光旋转的装置概要构成图。在图5中，20为加工头，在该加工头20的激光入射部上连接有从激光振荡器导入激光的光导纤维10，在加工头内从激光入射端向射出端、空开适当的间隔、通过支撑构件分别进行支撑长焦点透镜11、棱镜12、聚光透镜13，这时支撑棱镜12的支撑构件，由周面具有齿部的旋转体可自由旋转的支撑，通过在加工头20的外围所设置的马达15使齿轮14旋转，可借助与齿轮14啮合的齿部使该旋转传递到旋转体。27是控制棱镜12旋转速度的控制器，

在这样的激光旋转装置中，当是YAG激光时，从振荡器通过光导纤维10将YAG激光导入到加工头20。该激光在加工头20内通过长焦点透镜11变成平行光，导入到的棱镜12，再通过聚光透镜13照射在加工面上。

这时，通过马达15使齿轮14旋转，就可以使棱镜12以数m/min的高速在数mm的范围内使焦点位置旋转。

上述是YAG激光时的构成，但在CO₂激光时也可以通过同样的激光旋转装置使激光进行圆周运动。

图6表示CO₂激光时的构成例，与YAG激光时的构成不同的部分是没有长焦点透镜11，其他与图5相同。

下面参照图7对焊接中使用的夹具进行说明。

本夹具如图7(a)、(b)所示，全部由铜构成，夹入护套7地配置在其上下面上，，作为激光焊接时冷铁16使用。在该冷铁16的两面上与隔片8的位置相对应，设置有倒圆锥状的孔16a，在焊接隔片7时，可以存取图5或图6的加工头20。

另外，该冷铁16也可以使用在对下述的系杆焊接中。

最后通过金属丝刷修整，使焊接后的焊道表面光滑。

在上述方法中，中子吸收材料6、隔片8放置在护套7内，一体化后称为叶片3。

接着在系杆9上安置4片叶片3，还分别安置手柄4及下部叶片5。

图8是表示将这些构件安置在固定夹具17上的状态。

如图8所示，至少采用3个以上固定夹具17，将叶片3，手柄4及下部叶片5安置在系杆9上。这时，固定夹具17如图9所示，分割为上下二等分，在其上半部17a和下半部17b之间、在4片叶片3及其中心部安置十字形的系杆9。另外，在离手柄4近的固定夹具17的外周面上形成齿部，在与该齿部啮合的齿轮18上连接马达19，通过该马达19将旋转力传送给固定夹具17，使加工位置可以变更。

另外，系杆9和叶片3并不是全线都是焊缝坡口，如图8(b)中的放大图所示，焊缝坡口长度为3-8cm左右，不焊接的地方是为了使用作冷却材料的水通过，而形成护套7和系杆9离开的状态。

系杆9如图8(c)中的断面所示，为了容易与护套7对位而设有凹窝，将图中箭头所示的位置作为焊缝坡口。

另一种方法如图8(c)所示，在用激光对叶片3和系杆9进行焊接时，使叶片3和系杆9间的固定牢固，并通过叶片的加工精度防止焊缝坡口线偏离，而且为了容易而可靠地对焊缝坡口线照射激光，在系杆9上设有2条狭缝，将叶片3的凸出部插入该狭缝中，如同图8(e)的断面所示，使激光朝着构成叶片3和系杆9的交界处的图中箭头所示的位置进行照射。

图10表示在这种状态所安置的控制棒各结构件中，用2台焊接机在系杆9上焊接各叶片时的系统构成例的顶视图。在图10中、51是使加工头20在径向和长度方向驱动的头驱动机构，52是通过该头驱动机构51在系杆9上焊接叶片3的端面的焊接机，53是控制这些焊接机52及头驱动机构51的控制装置。

焊接系杆9的焊接条件与上述的图2(a)、(b)所示的条件相同，激光的照射位置基本上是焊缝坡口的正上方，但是为了确保根部焊道，也可以从焊缝坡口错开2mm的范围内。

另外，当焊道宽度很窄时，还有从焊缝坡口正上方或焊缝坡口开始2mm的范围内使多条焊道重叠进行激光照射的方法，为了进一步加宽焊道宽度还有使激光进行圆周运动的方法。由于这些方法也与图3、图4所示的隔片8的焊接相同，所以在此省略对其说明。

另外，为了减低焊接变形，将冷铁16安置在与加工头20不干扰的地方，此处安置在处于垂直方向上下部的叶片3上。

手柄及下部叶片也同时用激光焊接。而且焊接后的表面用金属丝刷修整使其光滑。

这样、在本发明的第1实施例的核反应堆控制棒制造方法中，包括：在护套上切断排水孔、隔片用孔、外周；对护套7弯曲加工，在进行过该弯曲加工的护套7中间夹入中子吸收材料6和隔片8；对护套7的隔片用孔和隔片8通过激光进行焊接而形成一体的叶片3；接着对叶片3和系杆9用激光进行焊接；然后对叶片3和手柄4也用激光进行焊接；再对叶片3和下部叶片5用激光进行焊接后，对各焊接部用金属丝刷进行修整。

这样，由于在核反应堆控制棒的焊接中通过使用YAG激光可以降低焊接时输入的热量，所以可以抑制加工后的变形，进而与TIG焊接相比、由于可以加快焊接的加工速度，因而能提高生产率。

图11表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第2实施例的工序图。关于控制棒的构件将参照图25进行说明。这里中子吸收材料采用Hf。

首先利用激光在护套7上对用于冷却中子吸收材料6的排水孔进行切断，对用于确保中子吸收材料6和护套7间的间隙的隔片8设置用的开孔进行切断，然后，对护套外周进行切断。

这样、在护套外周的切断及开孔切断时采用激光是为了保持高的精度，也可以不用激光而用拔模及剪切进行开孔。切断后为了确认弯曲的位置最好用激光进行划线。

接着、用弯曲加工使护套7形成]字形，在该]字形的内侧插入隔片8和中子吸收材料6，进行叶片3的装配。第2实施例与第1实施例不同点是不进行隔片8的激光焊接，只进行TIG焊接的定位焊。

在这一状态下，在系杆9上安置4片叶片，并分别安置手柄4及下部叶片5。该安置状态如上述的图8所示。至少使用3个以上固定夹具17，将叶片3、手柄4及下部叶片5安置在系杆9上。这时，固定夹具17如图9所示，分割为上下二等分，在其上半部17a和下半部17b之间放置各零件。

另外，系杆9是为了容易与护套7的对位而设有凹窝，将系杆9和护套7的交界处作为焊缝坡口。

焊接系杆9的焊接条件与上述的图2(a)、(b)中所示的条件相同，激光的照射位置基本上是在焊缝坡口的正上方，但是为了确保根部焊道，也可以在2mm范围内从焊缝坡口错开。

另外，当焊道宽度很窄时，还有从焊缝坡口的正上方或离焊缝坡口2mm范围内使多条焊道重叠进行激光照射的方法，为了进一步加宽焊道宽度还有使激光进行园周运动的方法。由于这些方法也与图3、图4所述的方法相同，所以在此省略对其说明。

另外，为了减低焊接变形，将冷铁16安置在与加工头20不干扰的叶片3上。

手柄及下部叶片也同时用激光焊接。接着用激光进行隔片8的焊接，之后用金属丝刷修整使其表面光滑。

这样，本发明的第2实施例也可以得到与第1实施例相同的作用效果。

图12是表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第3实施例的工序图。关于控制棒的构件将参照图25进行说明。此处中子吸收材料使用B₄C。使用B₄C的控制棒的特点是不采用使护套7的间隙保持一定的隔片8。

首先，采用激光在护套7上对用于冷却中子吸收材料6的排水用孔进行切断，然后切断护套外周。

这样、在对护套外周的切断及开孔切断时采用激光是为了保持高的精度，也可以不用激光而用拔模及剪切进行切断。切断后为了确认弯曲的位置最好用激光进行划线。

接着用弯曲加工使护套7形成]字形，在该]字形的内侧插入中子吸收材料6，进行叶片3的装配。

在此状态下，在系杆9上安置4片叶片，并分别安置手柄4及下部叶片5。这一安置状态与上述的图8所示相同。至少使用3个以上固定夹具17，将叶片3、手柄4及下部叶片5安置在系杆9上。这时，固定夹具17如图9所示分割成上下2等分，在其上半部17a和下半部17b之间安置各零件。

另外，系杆9为了容易与护套7对位而设有凹窝，将系杆9和护套7的交界处作为焊缝坡口。

焊接系杆9的焊接条件与上述的图2(a)、(b)中所示的条件相同，激光的照射位置基本上是在焊缝坡口的正上方，但是为了确保根部焊道，也可以在2mm范围内从焊缝坡口错开。

另外，当焊道宽度很窄时，还有从焊缝坡口的正上方或在离焊缝坡口2mm的范围内使多条焊道重叠进行激光照射的方法，为了进一步加宽焊道宽度还有使激光进行园周运动的方法。由于这些方法也与图3、图4所述的方法相同，所以在此省略其说明。

另外，为了减低焊接变形，将冷铁16安置在与加工头20不干扰的叶片3上。

手柄及下部叶片也同时用激光焊接。

这样，本发明的第3实施例也可以得到与第1实施例及第2实施例相同的作用效果。

图13是模式化表示用于说明本发明的第4实施例中的隔片焊接的装置。

如图13所示，从护套7的上部通过隔片焊接用的孔可以看见隔片8。为此通过在加工头20上安装的CCD摄像机21对孔进行确认。

图14表示自动隔片焊接装置的方框图。如图14所示，由CCD摄像机21识别的孔的图像信息，首先由图像处理装置22变换为形状信息，识别圆的中心座标，将该座标信息输入到运算处理装置23中。在运算处理装置23中与座标和予先作为加工数据而存储的孔的中心座标进行比较，检测出孔的偏差量。该信息通过操作控制器24反馈到数值控制装置25，驱动NC伺服马达26。

图15表示自动焊接隔片的程序图。

在图15中，首先移动加工头20，决定加工原点。其中包括CCD摄象机21的加工原点。将加工头20移动到某个隔片的中心位置，如图14所示，由CCD摄像机21、图像处理装置22及运算处理装置23检测出位置偏差。使加工头只移动该位置的偏差量加上加工头20和CCD摄像机21的偏移量的距离。

在此状态下开始移动加工头20，当开始激光束照射时开始焊接。并且在焊接结束时停止激光束照射，加工头20的移动也停止。

这样，对叶片一面隔片的焊接结束后再进行相反一面隔片的焊接。

以上是隔片焊接的情况，系杆焊接时也同样采用上述图13及图14所示的装置进行。

图16表示自动焊接系杆时的程序图。

在图16中，首先移动加工头20，决定加工原点。接着如图8(d)、(e)的放大图所示，在系杆9和护套7的焊接位置上，护套7一侧有凸出部，在系杆9一侧有凹窝。使加工头20移动到该护套7凸出部一侧端部，即加工的原点，由CCD摄象机21、图像处理装置22及运算处理装置23检测出加工的始点位置偏差。同样将加工头20移动到护套7的凸出部的另一侧的端部、即加工的终点，由CCD摄象机21、图像处理装置22及运算处理装置23检测出加工的终点位置偏差。然后使加工头20只移动加工始点偏差量加上加工头20和CCD摄像机21的偏移量的距离。

在这样的状态下开始加工头20的移动，当开始激光束照射时焊接开始。并且当焊接结束时停止激光照射，加工头20的移动也停止。

这样，对叶片一面的系杆焊接结束后，再依次进行其余面的系杆焊接。

但是在上述的第1实施例和第2实施例中，在焊接焊道宽度是0.1-2.0mm的狭窄焊接时，当焊缝坡口位置与激光照射位置的偏差较大时，利用激光焊接本身是比较困难的。

在第4实施例中为了解决这一问题，由加工头20上安装CCD摄像机21和图像处理装置22检测焊缝坡口位置，修正激光照射位置，就可以进行精度高的隔片焊接及系杆焊接，可使焊接自动化。

这样，在本发明的第4实施例中，在加工头20上安装CCD摄像机21，通过数值控制(NC)使CCD摄像机21移动到设计上的焊缝坡口位置，由CCD摄像机21取得焊接部附近的图像，将该图像信息传送给图像处理装置22，通过该图像处理装置22从图像中检测出实际的焊缝坡口位置，即在护套7的隔片用孔和隔片8的焊接时，从焊缝坡口检测出隔片8的中心座标，或者在叶片3和系杆9的焊接、叶片3和手柄4的焊接、叶片3和下部叶片5的焊接时，从焊缝坡口位置检测出各焊接的始点和终点，通过运算处理装置23对实际的焊缝坡口位置和设计上的焊缝坡口位置进行比较，计算激光照射位置的偏差，使加工头20只移动在该激光照射位置的偏差量加上加工头20和CCD摄像机21的偏移量的距离，然后照射激光。

因此，即使设计上的焊缝坡口位置和实际的焊缝坡口位置有偏差，也可以使焊缝坡口线确实熔化，进一步可确保护套背面的根部焊道，并可以实现焊接工艺的自动化。这样可以降低焊接时的输入热量，抑制加工后的变形。进而由于加快焊接的加工速度，因而能使生产率生产率提高。

图17是模式化表示本发明的5实施例中的隔片焊接用的装置。加工头部分的构成是与图13所示相同的，同样的构件用相同的符号。

如图17所示，在对至少2台加工台28上放置的护套7进行隔片焊接时，在各护套上安置加工头20。

另一方面，由作为焊接机设置的激光振荡器29输出的激光被其光路中配置的可变反射镜30反射，通过光导纤维31导入到一个加工头20上，从加工头20将激光照射到焊接部位。另外，当对另一个加工头20上导入激光时，将可变反射镜30移动到与激光不干扰的位置后，由激光光路所配置的固定反射镜32进行反射，通过光导纤维31导入到另一个加工头20上，从该加工头20对焊接部位照射激光。

这时1台激光振荡器29的激光至少对于二台加工头在不同时间使用，可进行所谓的时间分光，可以有效利用激光振荡器。

根据在各加工头20上安装的CCD摄像机21识别的孔的图像信息，由自动控制进行的隔片焊接的结构，与图14和图15所述的第3实施例相同，这里省略对其说明。

因此，采用这样的装置可以实现焊接工艺自动化，并且通过调整焊缝坡口位置，可以使焊缝坡口线确实熔化，进而确保护套背面的根部焊道，并可实现焊接工艺自动化。

图18是表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第6实施例的工序图。关于控制棒的构件将参照图25进行说明。此处吸收材料采用H_f。

首先利用激光在护套7上对用于冷却中子吸收材料6的排水孔进行切断，对用于确保中子吸收材料6和护套7间间隙的设置隔片8的开孔进行切断，然后对护套外周进行切断。

这样，在护套外周进行切断及对开孔切断时采用激光是为了保持高的精度。也可以不用激光而用拔模及剪切进行切断。切断后为了确认弯曲的位置最好用激光划线。

然后用弯曲加工使护套形成]字形。

这时，由于与护套7的系杆接合的端面一侧容易出现不整齐，所以用激光切除不整齐的部分。也可以不用激光而用剪切进行。

在该]字形的内侧插入隔片8和吸收材料6后，通过自动TIG焊接机对隔片8和护套7进行焊接。

这时使用隔片8是为了确保吸收材料6的固定及护套7与中子吸收材料6间隙。

图19表示隔片8和护套7用的自动TIG焊接机的焊接条件的一例。

TIG焊接机的焊枪位置与第1实施例中所述的图3(a)一样，基本上是对应于隔片8的护套7上的焊缝坡口正上方，但是为了确保根部焊道，也可以如(b)所示在0.1-3.0mm范围内从焊缝坡口错开。

用图3所示的方法，可获得稳定的焊道，使焊缝坡口线确实熔化，可确保背面的根部焊道。

由于TIG焊接中使用的夹具与图7相同，因而这里省略对其说明。

最后通过砂轮机修整使焊接后的焊道表面光滑。

在上述方法中，将吸收材料6、隔片8放置在护套7内，一体化后作成叶片3，接着系杆9上安置4片叶片3、手柄4及下部叶片5也分别安置。

将这些构件安置在固定夹具17上的状态与图8(a)及图9相同。故省略其说明。

另外，系杆9和叶片3并不是全线都是焊缝坡口，如图8(b)的放大图所示，焊缝坡口长度为3-8cm左右，不焊接的地方是为使用作冷却材料的水通过而使护套7和系杆9处于离开的状态。

系杆9如同图8(c)中的断面所示，为了容易与护套的对位而设置有凹窝，图中箭头所指的位置为焊缝坡口。

在此状态所安置的控制棒的各构件中，由两台TIG焊接机在系杆9上焊接各叶片时的系统结构与图10相同。

焊接系杆9的焊接条件，与上述图19所示的条件相同，TIG焊枪20的位置基本上是焊缝坡口的正上方，但是为了确保根部焊道，也可以在3mm的范围内从焊缝坡口错开。

另外为了减低焊接变形，将冷铁16安置在与焊枪20不干扰的地方，这里是安置在处于垂直方向上下部的叶片3上。

手柄及下部叶片也同时用TIG焊接机焊接。而且，焊接后的表面通过表面修整使其光滑。

这样，本发明的第6实施例的核反应堆控制棒制造方法中，在护套上切断排水孔、隔片用孔、外周；对护套7进行弯曲加工使其弯曲，在进行过该弯曲加工的护套7中间夹入中子吸收材料6和隔片8；对护套7的隔片用孔和隔片8用TIG焊接机进行焊接、形成一体的叶片3；接着对叶片3和系杆9由TIG焊接机进行焊接；然后对叶片3和手柄4也由TIG焊接机进行焊接；再对叶片3及下部叶片5用TIG焊接机进行焊接后；对各焊接部用金属丝刷进行修整。

这样，在核反应堆控制棒的焊接中由于用TIG焊接机焊接时可以降低输入热量，所以可抑制加工后的变形。又由于同时使用代替两个加工头的TIG焊枪20，可以使生产率提高。

图20是表示用于说明本发明的核反应堆控制棒制造方法的第7实施例的工序图。关于控制棒的构件将参照图25进行说明。此处的吸收材料采用H_f。

首先利用激光在护套7上对用于冷却中子吸收材料6的排水孔进行切断，对用于确保中子吸收材料6和护套7间间隙的设置隔片8的开孔进行切断，然后对护套外周进行切断。

这样，在护套外周进行切断及开孔切断时采用激光是为了保持高的精度。也可以不用激光而用拔模及剪切进行切断。切断后为了确保弯曲的位置最好用激光划线。

然后由弯曲加工使护套形成]字形。

这时，与护套7的系杆接合的端面一侧容易出现不整齐，所以用激光切除不整齐的部分。也可以不用激光而用剪切进行。

在该]字形的内侧插入隔片8和中子吸收材料6，进行叶片3的装配，但第7实施例与第6实施例不同点是不进行隔片8的激光焊接，而只用TIG焊接进行定位焊。

在此状态下，在系杆9上安置4片叶片，并分别安置手柄4及下部叶片5。

将这些构件安置在固定夹具17上的状态，与图8(a)及图9相同，省略对其说明。

焊接系杆9的焊接条件，与上述图19所示的条件相同，TIG焊枪20的位置基本上是焊缝坡口的正上方，但是为了确保根部焊道，也可以在3mm的范围内从焊缝坡口错开。

另外，为了降低焊接变形，将冷铁16安置在与焊枪20不干扰地方的叶片3上。

手柄及下部叶片也同时用激光焊接，接着用激光对隔片8进行焊接后，通过表面修整使其表面光滑。

这样，本发明的第7实施例也可以得到与本发明的第6实施例相同的作用效果。

图21是表示本发明的第8实施例用自动TIG焊接机进行隔片焊接的程序。

隔片自动焊接装置的结构及其控制装置与图13及图14相同，这里省略对其说明。

在图21中，首先移动代替加工头的焊枪20，决定加工原点。其也包括CCD摄像机21的加工原点。将焊枪20移动到某一隔片的中心位置，如图14所示，

由CCD摄像机21、图像处理装置22及运算处理装置23检测出位置偏差。使焊枪只移动该位置偏差量加上焊枪20与CCD摄像机21的偏移量的距离。

在这样的状态下，开始焊枪20的移动。当开始TIG焊接时焊接开始。并当焊接结束时焊接电弧停止，焊枪的移动也停止。

这样，当叶片的一面的隔片焊接结束时，再进行相反一面的隔片焊接。

以上是隔片焊接的情况，但系杆焊接时也可与上述一样进行。

图22是表示由自动TIG焊接机进行系杆焊接时的程序。

在图22中首先移动代替加工头的焊枪20，决定加工原点。接着如图8(d)、(e)放大图所示，在系杆9和护套7的焊接位置上，护套7一侧有凸出部，而在系杆9一侧有凹窝。使图14所示焊枪20移动到该护套7凸出部一侧的端部，即加工的原点，由CCD摄像机21、图像处理装置22、及运算处理装置23检测出加工始点的位置偏差。同样将焊枪移动到护套7凸出部的另一侧的端部，即加工的终点，通过CCD摄像机21、图像处理装置22、及运算处理装置23检测出加工终点的位置偏差。使焊枪只移动加工始点的偏差量加上焊枪与CCD摄像机21的偏移量的距离。

在这样的状态下，开始焊枪20的移动。当开始TIG焊接时焊接开始。并且当焊接结束时焊接电弧停止，焊枪的移动也停止。

这样，当叶片的一面的系杆焊接结束后，再依次进行另一面的系杆焊接。

但是，在上述的第6实施例及第7实施例中，当焊缝坡口位置和焊枪位置的偏差很大时，焊接本身将会产生困难。

第8实施例为了解除这些问题，用在焊枪20上安装的CCD摄像机21和图像处理装置22检测焊缝坡口位置，修整焊枪的位置，可以高精度的进行隔片焊接及系杆焊接，可以使焊接实现自动化。

这样，在本发明的第8实施例中，在焊枪20上安装CCD摄像机21，用数值控制(NC)将CCD摄像机21移动到设计上的焊缝坡口位置，由CCD摄像机21取得焊接附近的图像，将该图像信息传输给图像处理装置22，通过该图像处理装置22从图像中检测出实际焊缝坡口位置，即在对护套7的隔片用孔和隔片8的焊接时，从焊缝坡口位置起始的隔片8的中心座标，或者在焊接叶片3和系杆9时、焊接叶片3和手柄4时、叶片3和下部叶片5接时，检测从焊缝坡口位置分别起始的各个焊接的始点和终点位置通过运算处理装置23对实际的焊缝坡口位置与设计上焊缝坡口位置进行比较，计算TIG焊枪的位置偏差，使焊枪只移动该焊枪位置的偏差量加上焊枪与CCD摄像机21的偏移量的距离，然后进行TIG焊接。

因此，即使设计上的焊缝坡口位置与实际的焊缝坡口位置有偏差，也可以使焊缝坡口线确实熔化，进而可确保护套背面的根部焊道，并且可以实现焊接工序的自动化。这样可以降低焊接时的输入热量，抑制加工后的变形。通过同时使用两个焊枪，可以使生产率进一步提高。

图23是模式化表示本发明的第9实施例中的隔片焊接中使用的装置。关于加工头部分的结构由于与图25相同，所以相同的构件加有同一标号。

如图23所示，在对至少二台加工台28上放置的护套7进行隔片焊接时，在各个护套7上安置有TIG焊接机29的焊枪20。

根据安装在各焊枪上的CCD摄像机21识别的孔的图像信息，由自动控制进行隔片焊接的结构，由于与图14和图21中所述的第8实施例相同，故省略对其说明。

因此，使用这样的装置可以实现焊接工序自动化，并且通过对焊缝坡口位置进行调整，可使焊缝坡口线确实熔化，进而可确保护套背面的根部焊道，并可以实现焊接工序的自动化。

如上所述，若采用本发明，借助激光焊接，能减少输入热量、能抑制加工后变形，而且能提供一种可提高焊接速度、提高生产率的核反应堆控制棒的制造方法及其制造装置。

Claims (12)

1、一种核反应堆控制棒的制造方法，该控制棒是由中子吸收材料、护套构成的叶片、固定该叶片的系杆、分别固定在该系杆和上述叶片上的手柄及下部叶片构成的，其特征在于，包括下列工序：

第1工序，在上述护套上切断用于冷却上述中子吸收材料的排水孔及护套外周；

第2工序，将由上述第1工序切断的上述护套弯曲加工成コ字形状；

第3工序，在由上述第2工序弯曲加工形成的上述护套的凹下部内夹入上述中子吸收材料；

第4工序，对上述叶片与上述系杆、上述叶片与手柄、及上述叶片与上述下部叶片依次进行焊接；

第5工序，对由上述第4工序焊接了的各部分进行表面修整。

2、如权利要求1所记载的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在上述第4工序进行所述焊接时，

在焊缝坡口正上方或者从焊缝坡口位置平行错开2mm以内的位置上通过光学系统照射YAG激光或CO₂激光而进行焊接。

3、如权利要求2所记载的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，

使从1焊道或从第1焊道的目标位置起在0.1-2.0mm范围内错开而使多个焊道重叠。

4、如权利要求2所记载的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，

使上述激光在2mm以内进行圆周运动的状态下一边前进一边照射。

5、如权利要求2所记载的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在上述光学系统中具有的聚光透镜这一边、放入棱镜，使该棱镜以激光轴为中心进行旋转，同时通过对上述棱镜照射激光，使上述激光的焦点位置相对于上述聚光透镜而旋转。

6、如权利要求1所记载的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在上述第4工序进行所述焊接时，

在焊缝坡口正上方或者从焊缝坡口位置平行错开3mm以内的位置上进行TIG焊接。

7、如权利要求1所记载的核反应堆控制棒的制造方法，其特征在于：

在第1工序中通过激光切断进行排水孔及护套外周的加工。

8、如权利要求1所记载的核反应堆控制棒的制造方法，其特征在于：

在第3工序中为了对护套的与系杆接合端面不整齐进行取齐，通过激光切断进行取齐。

9、如权利要求1所记载的核反应堆控制棒的制造方法，其特征在于：

在第3工序中为了对护套的与系杆相接合的端面不整齐进行取齐，通过剪切切断进行取齐。

10、如权利要求1所记载的核反应堆控制棒的制造方法，其特征是，在上述第4工序进行所述焊接时，

在上述系杆上设有2条狭缝，在该狭缝中插入上述叶片的凸出部，朝着上述叶片和上述系杆的交界处，照射上述激光。

11、一种核反应堆控制棒的制造装置，该控制棒由借助弯曲加工形成的护套的凹部内插入中子吸收材料的多个叶片、固定这多个叶片的系杆、固定于该系杆和叶片的上端部的手柄、及固定于系杆和叶片的下端部的下部叶片构成，其特征在于：

该制造装置设有分别对多个叶片与系杆、上述手柄与上述下部叶片进行焊接的焊接装置；

上述焊接装置包括：安装有摄像装置的加工头；使该加工头移动到上述各个焊接部的设计上的焊缝坡口位置的移动装置；对由上述摄像装置所摄的图像信号进行处理的图像处理装置；从由该图像处理装置处理过的图像数据中检测出实际焊缝坡口位置的检测装置；对由该检测装置所检测出的焊缝坡口位置与设计上的焊缝坡口位置进行比较后，计算上述加工头与焊缝坡口位置的偏差的运算处理装置；使上述加工头只移动由该运算处理装置所求出的上述加工头的偏差量加上上述加工头与上述摄像装置间偏移量的距离那样地把控制命令发给上述移动装置的控制装置。

12、一种核反应堆控制棒的制造装置，该控制棒由中子吸收材料、护套构成的叶片、固定该叶片的系杆、固定在该系杆和叶片上的手柄及下部叶片构成，其特征在于包括：

用于放置作为被焊接物的上述各个控制棒并进行焊接的加工台；TIG焊枪；安装在该TIG焊枪上对上述被焊接物的焊缝坡口附近进行摄像的摄像装置；从由该摄像装置所摄的图像中检测焊缝坡口位置的图像处理装置；对由图像处理装置所得到的焊缝坡口位置和上述设计上的焊缝坡口位置进行比较并计算其偏差的运算处理装置；使TIG焊枪或加工台移动由该运算处理装置求得的焊缝坡口位置的偏差加上TIG焊枪间的偏移量的距离的伺服马达；及驱动控制该伺服马达的控制装置；

上述TIG焊枪和加工台至少各设置2台，使其同时或交替进行焊接。

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