本發(fā)明涉及一種核燃料棒束的半自動端板焊接設(shè)備，主要應(yīng)用于重水堆核燃料棒束制造技術(shù)領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)37根核燃料元件與2塊端板在端板焊機(jī)下焊接成成品棒束。

背景技術(shù)：

端板焊機(jī)是CANDU-6型燃料元件生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，中核北方核燃料元件有限公司僅有1臺且是2001年從加拿大Cameco公司進(jìn)口的，該設(shè)備已連續(xù)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)多年。為滿足今后的生產(chǎn)需要，避免單臺設(shè)備造成的生產(chǎn)風(fēng)險，急需增加1臺端板焊機(jī)。由于進(jìn)口設(shè)備費用高、到貨時間長且供貨狀態(tài)不穩(wěn)定，同時技術(shù)人員已經(jīng)掌握了設(shè)備的各項工藝，因此公司決定自主研制國產(chǎn)端板焊機(jī)。希望通過焊接設(shè)備的國產(chǎn)化，使端板焊機(jī)的備件實現(xiàn)國產(chǎn)化供應(yīng)，擺脫長期依賴進(jìn)口的局面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)37根元件與2塊端板焊接成成品棒束，同時保證焊接后棒束的扭矩強度及外形尺寸符合生產(chǎn)要求，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：

一種核燃料棒束的端板焊接設(shè)備，根據(jù)功能的不同，端板焊設(shè)備分為元件焊接裝置、環(huán)規(guī)定位裝置、轉(zhuǎn)動平臺裝置、元件定位夾具和焊機(jī)整體框架5大部分；元件焊接裝置、環(huán)規(guī)定位裝置、轉(zhuǎn)動平臺裝置通過螺釘固定于焊機(jī)機(jī)身的上、中、下部，元件定位夾具通過定位塊固定在轉(zhuǎn)動平臺裝置上；

(1)元件焊接裝置利用壓力電阻焊實現(xiàn)端板的焊接及焊接質(zhì)量的監(jiān)控與保護(hù)；

(2)環(huán)規(guī)定位裝置實現(xiàn)元件定位夾具的上端部固定，間接保證焊接過程中各元件與電極的同軸度；

(3)轉(zhuǎn)動平臺裝置實現(xiàn)元件定位夾具下端部的定位、元件定位夾具順序的旋轉(zhuǎn)、縱向及橫向的移動與定位、手動圓周方向分度與定位；

(4)元件定位夾具實現(xiàn)37根不同組別的元件和兩塊端板的精確定位；

(5)焊機(jī)整體框架由立柱支撐板焊接組合、焊機(jī)機(jī)身、元件定位夾具翻轉(zhuǎn)裝置、焊接變壓器、人機(jī)交互顯示屏組成。

進(jìn)一步的，如上所述的一種核燃料棒束的端板焊接設(shè)備，元件焊接裝置包括升降氣缸、連接螺栓、彈簧、焊接裝置支架、地極分度組件、分度定位盤、地極氣缸、中心電極、地極、限位開關(guān)、焊接監(jiān)控傳感器；

升降氣缸安裝在焊接裝置支架上，通過連接螺栓部件與中心電極相連接，提供中心電極對端板施加作用力、焊頭部分的升降；

彈簧安裝在連接螺栓桿上，避免升降氣缸運動時的剛性沖擊、起緩沖作用；

地極氣缸安裝在支架的下側(cè)，提供地極對元件施加作用力；

地極分度組件與分度定位盤安裝在地極氣缸的上側(cè)，實現(xiàn)地極支腿位置的調(diào)整；

中心電極與地極均位于地極氣缸的下側(cè)，二者同軸安裝，使得端板焊接時中心電極壓到端板、地極壓到元件上；

限位開關(guān)安裝在地極氣缸上，避免地極支腿壓到端板時造成的短路；

焊接監(jiān)控傳感器安裝在焊接裝置支架的一側(cè)，實時監(jiān)測每根元件焊接的鐓粗值。

進(jìn)一步的，如上所述的一種核燃料棒束的端板焊接設(shè)備，環(huán)規(guī)定位裝置包括：環(huán)規(guī)、插銷一、定位塊一和定位環(huán)裝置支架；

環(huán)規(guī)通過螺釘固定于環(huán)規(guī)定位裝置的上部，其下側(cè)安裝有橫向與縱向?qū)к?，并配有橫向與縱向的定位銷和定位塊；

環(huán)規(guī)內(nèi)環(huán)套在元件定位夾具的上端部，在橫、縱導(dǎo)軌上配合轉(zhuǎn)動平臺裝置一起挪動，并由插銷一、定位塊一和定位環(huán)裝置支架實現(xiàn)兩個方向的位置調(diào)整與精確定位。

進(jìn)一步的，如上所述的一種核燃料棒束的端板焊接設(shè)備，轉(zhuǎn)動平臺裝置包括：該裝置包括：旋轉(zhuǎn)分度臺、傳感器、手動分度裝置、定位塊二和插銷二；

旋轉(zhuǎn)分度臺安裝與該裝置的上部，實現(xiàn)圓周方向的自動轉(zhuǎn)動；

分度臺的上端面裝有定位塊與鎖緊彈簧，用于元件定位夾具的固定；

傳感器安裝于該裝置的縱前方，判斷旋轉(zhuǎn)分度臺縱向方向的位置，避免誤操作；

手動分度裝置安裝在分度臺的下面，手動實現(xiàn)圓周方向的位置調(diào)整；

旋轉(zhuǎn)分度臺的下側(cè)安裝有橫向與縱向?qū)к?，并各配一套定位塊二和插銷二，實現(xiàn)分度臺的精確定位。

進(jìn)一步的，如上所述的一種核燃料棒束的端板焊接設(shè)備，元件定位夾具由夾具殼體、定位隔架、端板夾持器、導(dǎo)向環(huán)和墊板組成；

定位隔架、導(dǎo)向環(huán)通過螺釘固定于夾具殼體，人工根據(jù)各組別的位置插入夾具內(nèi)，實現(xiàn)元件元件的定位；

端板夾持器通過螺釘固定于夾具殼體的兩端，用于端板的定位；

墊板扣在焊接第一端后的夾持器中，用于第二端焊接時支撐棒束，避免因焊接壓力過大導(dǎo)致夾持器的損壞。

進(jìn)一步的，如上所述的一種核燃料棒束的端板焊接設(shè)備，焊機(jī)整體框架中，由在框架左側(cè)的元件定位夾具翻轉(zhuǎn)裝置用于元件定位夾具的固定，由人工將37根元件插入到夾具中，右側(cè)翻轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)夾具翻轉(zhuǎn)；

焊接變壓器固定與焊機(jī)機(jī)身，提供元件焊接裝置電源；

人機(jī)交互顯示屏安裝與焊機(jī)機(jī)身右側(cè)，提供給操作人員焊接墩粗、焊接點數(shù)信息、設(shè)置焊接熱量。

進(jìn)一步的，如上所述的一種核燃料棒束的端板焊接設(shè)備，元件焊接裝置包括升降氣缸、連接螺栓、彈簧、焊接裝置支架、地極分度組件、分度定位盤、地極氣缸、中心電極、地極、限位開關(guān)、焊接監(jiān)控傳感器；

升降氣缸安裝在焊接裝置支架上，通過連接螺栓部件與中心電極相連接，提供中心電極對端板施加作用力、焊頭部分的升降；

彈簧安裝在連接螺栓桿上，避免升降氣缸運動時的剛性沖擊、起緩沖作用；

地極氣缸安裝在支架的下側(cè)，提供地極對元件施加作用力；

地極分度組件與分度定位盤安裝在地極氣缸的上側(cè)，實現(xiàn)地極支腿位置的調(diào)整；

中心電極與地極均位于地極氣缸的下側(cè)，二者同軸安裝，使得端板焊接時中心電極壓到端板、地極壓到元件上；

限位開關(guān)安裝在地極氣缸上，避免地極支腿壓到端板時造成的短路；

焊接監(jiān)控傳感器安裝在焊接裝置支架的一側(cè)，實時監(jiān)測每根元件焊接的鐓粗值；

環(huán)規(guī)定位裝置包括：環(huán)規(guī)、插銷一、定位塊一和定位環(huán)裝置支架；

環(huán)規(guī)通過螺釘固定于環(huán)規(guī)定位裝置的上部，其下側(cè)安裝有橫向與縱向?qū)к?，并配有橫向與縱向的定位銷和定位塊；

環(huán)規(guī)內(nèi)環(huán)套在元件定位夾具的上端部，在橫、縱導(dǎo)軌上配合轉(zhuǎn)動平臺裝置一起挪動，并由插銷一、定位塊一和定位環(huán)裝置支架實現(xiàn)兩個方向的位置調(diào)整與精確定位；

轉(zhuǎn)動平臺裝置包括：該裝置包括：旋轉(zhuǎn)分度臺、傳感器、手動分度裝置、定位塊二和插銷二；

旋轉(zhuǎn)分度臺安裝與該裝置的上部，實現(xiàn)圓周方向的自動轉(zhuǎn)動；

分度臺的上端面裝有定位塊與鎖緊彈簧，用于元件定位夾具的固定；

傳感器安裝于該裝置的縱前方，判斷旋轉(zhuǎn)分度臺縱向方向的位置，避免誤操作；

手動分度裝置安裝在分度臺的下面，手動實現(xiàn)圓周方向的位置調(diào)整；

旋轉(zhuǎn)分度臺的下側(cè)安裝有橫向與縱向?qū)к?，并各配一套定位塊二和插銷二，實現(xiàn)分度臺的精確定位；

元件定位夾具由夾具殼體、定位隔架、端板夾持器、導(dǎo)向環(huán)和墊板組成；

定位隔架、導(dǎo)向環(huán)通過螺釘固定于夾具殼體，人工根據(jù)各組別的位置插入夾具內(nèi)，實現(xiàn)元件元件的定位；

端板夾持器通過螺釘固定于夾具殼體的兩端，用于端板的定位；

墊板扣在焊接第一端后的夾持器中，用于第二端焊接時支撐棒束，避免因焊接壓力過大導(dǎo)致夾持器的損壞；

焊機(jī)整體框架中，由在框架左側(cè)的元件定位夾具翻轉(zhuǎn)裝置用于元件定位夾具的固定，由人工將37根元件插入到夾具中，右側(cè)翻轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)夾具翻轉(zhuǎn)；

焊接變壓器固定與焊機(jī)機(jī)身，提供元件焊接裝置電源；

人機(jī)交互顯示屏安裝與焊機(jī)機(jī)身右側(cè)，提供給操作人員焊接墩粗、焊接點數(shù)信息、設(shè)置焊接熱量。

設(shè)備安裝、調(diào)試完成后，進(jìn)行了大量的焊接試驗，對焊接棒束抽樣檢測，結(jié)果表明成品棒束各項技術(shù)指標(biāo)均合格。目前，已應(yīng)用于中核北方核燃料元件廠CANDU-6核燃料元件生產(chǎn)線，生產(chǎn)棒束約2萬余只，合格率可達(dá)99.9％。

附圖說明

圖1為CANDU-6核燃料成品棒束的三維示意圖

圖2為本發(fā)明所述CANDU-6核燃料棒束端板焊接設(shè)備的側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明所述CANDU-6核燃料棒束端板焊接設(shè)備的主視圖；

圖4為元件焊接裝置的側(cè)視圖；

圖5為元件焊接裝置的主視圖；

圖6為端板焊接原理圖；

圖7為環(huán)規(guī)定位裝置的側(cè)視圖；

圖8為環(huán)規(guī)定位裝置的主視圖；

圖9為環(huán)規(guī)定位裝置的俯視圖；

圖10為轉(zhuǎn)動平臺裝置的側(cè)視圖；

圖11為轉(zhuǎn)動平臺裝置的主視圖；

圖12為元件定位夾具的主視圖；

圖13為元件定位夾具的M-M截面剖視圖；

圖14為焊機(jī)整體框架。

圖中:01：核燃料元件，02：端板，03：支承墊(屬于元件)，04：隔離塊(屬于元件)，1:元件焊接裝置，2：環(huán)規(guī)定位裝置，3：轉(zhuǎn)動平臺裝置，4：元件定位夾具，5：焊機(jī)整體框架，101：升降氣缸，102：焊接裝置支架，103：地極氣缸，104：中心電極，105：地極，106：地極分度組件，107：限位開關(guān)，108：焊接監(jiān)控傳感器，109：連接螺栓，，110：彈簧，111：分度定位盤，04：中心電極，05：地極，201：環(huán)規(guī)，，202：插銷，，203：定位塊，204：定位環(huán)裝置支架，301：旋轉(zhuǎn)分度臺302：傳感器303：手動分度裝置，304：定位塊，305：插銷，401：夾具墊板，402：導(dǎo)向環(huán)，403：夾具殼體404：定位隔架，405：端板夾持器，501：立柱支撐板焊接組合，502：焊機(jī)機(jī)身，503：焊接變壓器，504：人機(jī)交互裝置，505：電氣柜，506：夾具翻轉(zhuǎn)裝置。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明一種核燃料棒束的端板焊接設(shè)備，根據(jù)功能的不同，端板焊設(shè)備分為元件焊接裝置、環(huán)規(guī)定位裝置、轉(zhuǎn)動平臺裝置、元件定位夾具和焊機(jī)整體框架5大部分；元件焊接裝置、環(huán)規(guī)定位裝置、轉(zhuǎn)動平臺裝置通過螺釘固定于焊機(jī)機(jī)身的上、中、下部，元件定位夾具通過定位塊固定在轉(zhuǎn)動平臺裝置上；

(1)元件焊接裝置利用壓力電阻焊實現(xiàn)端板的焊接及焊接質(zhì)量的監(jiān)控與保護(hù)；元件焊接裝置包括升降氣缸、連接螺栓、彈簧、焊接裝置支架、地極分度組件、分度定位盤、地極氣缸、中心電極、地極、限位開關(guān)、焊接監(jiān)控傳感器；

升降氣缸安裝在焊接裝置支架上，通過連接螺栓部件與中心電極相連接，提供中心電極對端板施加作用力、焊頭部分的升降；

彈簧安裝在連接螺栓桿上，避免升降氣缸運動時的剛性沖擊、起緩沖作用；

地極氣缸安裝在支架的下側(cè)，提供地極對元件施加作用力；

地極分度組件與分度定位盤安裝在地極氣缸的上側(cè)，實現(xiàn)地極支腿位置的調(diào)整；

中心電極與地極均位于地極氣缸的下側(cè)，二者同軸安裝，使得端板焊接時中心電極壓到端板、地極壓到元件上；

限位開關(guān)安裝在地極氣缸上，避免地極支腿壓到端板時造成的短路；

焊接監(jiān)控傳感器安裝在焊接裝置支架的一側(cè)，實時監(jiān)測每根元件焊接的鐓粗值。

(2)環(huán)規(guī)定位裝置實現(xiàn)元件定位夾具的上端部固定，間接保證焊接過程中各元件與電極的同軸度；

環(huán)規(guī)定位裝置包括：環(huán)規(guī)、插銷一、定位塊一和定位環(huán)裝置支架；

環(huán)規(guī)通過螺釘固定于環(huán)規(guī)定位裝置的上部，其下側(cè)安裝有橫向與縱向?qū)к墸⑴溆袡M向與縱向的定位銷和定位塊；

環(huán)規(guī)內(nèi)環(huán)套在元件定位夾具的上端部，在橫、縱導(dǎo)軌上配合轉(zhuǎn)動平臺裝置一起挪動，并由插銷一、定位塊一和定位環(huán)裝置支架實現(xiàn)兩個方向的位置調(diào)整與精確定位。

(3)轉(zhuǎn)動平臺裝置實現(xiàn)元件定位夾具下端部的定位、元件定位夾具順序的旋轉(zhuǎn)、縱向及橫向的移動與定位、手動圓周方向分度與定位；

轉(zhuǎn)動平臺裝置包括：該裝置包括：旋轉(zhuǎn)分度臺、傳感器、手動分度裝置、定位塊二和插銷二；

旋轉(zhuǎn)分度臺安裝與該裝置的上部，實現(xiàn)圓周方向的自動轉(zhuǎn)動；

分度臺的上端面裝有定位塊與鎖緊彈簧，用于元件定位夾具的固定；

傳感器安裝于該裝置的縱前方，判斷旋轉(zhuǎn)分度臺縱向方向的位置，避免誤操作；

手動分度裝置安裝在分度臺的下面，手動實現(xiàn)圓周方向的位置調(diào)整；

旋轉(zhuǎn)分度臺的下側(cè)安裝有橫向與縱向?qū)к?，并各配一套定位塊二和插銷二，實現(xiàn)分度臺的精確定位。

(4)元件定位夾具實現(xiàn)37根不同組別的元件和兩塊端板的精確定位；

元件定位夾具由夾具殼體、定位隔架、端板夾持器、導(dǎo)向環(huán)和墊板組成；

定位隔架、導(dǎo)向環(huán)通過螺釘固定于夾具殼體，人工根據(jù)各組別的位置插入夾具內(nèi)，實現(xiàn)元件元件的定位；

端板夾持器通過螺釘固定于夾具殼體的兩端，用于端板的定位；

墊板扣在焊接第一端后的夾持器中，用于第二端焊接時支撐棒束，避免因焊接壓力過大導(dǎo)致夾持器的損壞。

(5)焊機(jī)整體框架由立柱支撐板焊接組合、焊機(jī)機(jī)身、元件定位夾具翻轉(zhuǎn)裝置、焊接變壓器、人機(jī)交互顯示屏組成。

焊機(jī)整體框架中，由在框架左側(cè)的元件定位夾具翻轉(zhuǎn)裝置用于元件定位夾具的固定，由人工將37根元件插入到夾具中，右側(cè)翻轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)夾具翻轉(zhuǎn)；

焊接變壓器固定與焊機(jī)機(jī)身，提供元件焊接裝置電源；

人機(jī)交互顯示屏安裝與焊機(jī)機(jī)身右側(cè)，提供給操作人員焊接墩粗、焊接點數(shù)信息、設(shè)置焊接熱量。

如圖2、3所示為棒束端板焊接設(shè)備，可以完成圖1中37根核燃料元件01與兩塊端板02焊接成成品棒束的所有工位。

該設(shè)備由元件焊接裝置1、環(huán)規(guī)定位裝置2、轉(zhuǎn)動平臺裝置3、元件定位夾具4和焊機(jī)整體框架5五大部分組成。元件焊接裝置1、環(huán)規(guī)定位裝置2、轉(zhuǎn)動平臺裝置3通過螺釘固定于焊機(jī)機(jī)身的上、中、下部，元件定位夾具4通過定位塊固定在轉(zhuǎn)動平臺裝置3上。

如圖4、5所示為元件焊接裝置，其具體工作原理如下：當(dāng)37根元件裝夾完成后的定位夾具運動到元件焊接裝置下時，將地極分度組件106打到對應(yīng)分度定位盤111的定位槽內(nèi)，控制系統(tǒng)驅(qū)動升降氣缸101、地極氣缸103向下運動，使得中心電極104壓在端板上，地極105壓在元件上，最后通電在端板與元件接觸處產(chǎn)生大量電阻熱使得兩零件焊接在一起，端板焊接原理如圖6所示。連接螺栓桿109上裝有壓縮彈簧110，焊接運動時具有緩沖作用。當(dāng)發(fā)生以外情況地極壓到端板時，焊頭組件整體向上運動從而觸發(fā)限位開關(guān)107，使得升降氣缸迅速升起，從而避免了焊接電路短路、保護(hù)了端板。為了檢測每個焊點的焊接質(zhì)量，在本裝置中安裝焊接監(jiān)控傳感器108，通過監(jiān)測焊接前后傳感器的壓縮量并做差值，得到每根元件焊接的墩粗值。焊接裝置支架102支撐整個裝置，通過螺釘安裝到焊機(jī)機(jī)身503上部。

如圖7-9所示為環(huán)規(guī)定位裝置，端板焊接過程中由環(huán)規(guī)201扣在元件定位夾具的上端，實現(xiàn)其上端部的定位；環(huán)規(guī)下面安裝有橫向與縱向的插銷202與定位塊203，定位塊上根據(jù)定位需要加工定位孔。當(dāng)焊接棒束的內(nèi)外環(huán)變更時，人工移動定位環(huán)，通過銷孔配合實現(xiàn)環(huán)規(guī)橫、縱向的定位。定位環(huán)裝置支架204支撐環(huán)規(guī)等部件，通過螺釘連接到焊機(jī)機(jī)身503中部。

圖10、11所示為轉(zhuǎn)動平臺裝置；該裝置橫向、縱向及圓周分度定位方式與環(huán)規(guī)相同，由手動分度裝置303、插銷305與定位塊304上定位孔的配合實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)分度臺301的平面定位。旋轉(zhuǎn)分度臺301為轉(zhuǎn)動氣缸，由控制系統(tǒng)根據(jù)各組別需要，實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)動。傳感器302實時檢測夾具縱向焊接位置，判斷焊接元件的組別，避免人工操作錯誤。

如圖12、13所示元件定位夾具，夾具殼體403為主體外形結(jié)構(gòu)，用于固定夾具墊板401、定位隔架404、導(dǎo)向環(huán)402、和端板夾持器405。一個棒束含有5個組別的元件，各組別元件支撐墊和隔離塊的順量不同。人工裝夾元件01時，根據(jù)元件組別的不同插入對應(yīng)的孔內(nèi)。元件的隔離塊04、支承墊03與定位隔架、中間導(dǎo)向環(huán)的槽相配合實現(xiàn)元件中部的精確定位。兩端安裝端板夾持器，一方面實現(xiàn)元件端部定位，另一方面實現(xiàn)端板02的固定。

如圖14所示為焊機(jī)整體框架，立柱支撐板焊接組合501與焊機(jī)機(jī)身502做為焊機(jī)整體支架；焊接變壓器503提供元件焊接裝置電源；焊接過程中操作人員通過人機(jī)交互裝置504查看焊接熱量、墩粗和焊接點數(shù)等信息。電氣柜506主要安裝電磁閥和調(diào)壓閥，用于壓縮空氣、氬氣流量等的通斷實現(xiàn)氣動元件的運動或焊接氧化保護(hù)；元件定位夾具翻轉(zhuǎn)裝置506實現(xiàn)元件定位夾具的固定與翻轉(zhuǎn)。

該設(shè)備具體工作步驟如下：

(1)人工裝棒束：將元件定位夾具固定于左側(cè)翻轉(zhuǎn)定位裝置，人工將37根元件插入夾具中，并將第一端端板放入端板夾持器后用螺母固定在夾具上。

(2)第一端焊接：首先，將轉(zhuǎn)動平臺裝置移動到左側(cè)翻轉(zhuǎn)定位裝置下，將夾具放到轉(zhuǎn)動平臺后進(jìn)行固定。然后，將夾具移動到焊頭下使得夾具中心元件與焊頭同軸，并將環(huán)規(guī)扣在夾具上端部。最后，焊頭下降依次有內(nèi)環(huán)向外環(huán)進(jìn)行焊接(在此過程中需要人工移動轉(zhuǎn)動平臺和環(huán)規(guī)實現(xiàn)內(nèi)環(huán)與外環(huán)的更換，轉(zhuǎn)動地極分度和轉(zhuǎn)臺分度)。

(3)安裝第二端端板：首先，轉(zhuǎn)動平臺移動到右側(cè)翻轉(zhuǎn)定位裝置，將夾具墊板扣到已焊接夾具的第一端；然后，將夾具進(jìn)行翻轉(zhuǎn)180°；最后，將定位隔架從夾具中抽出，并將非標(biāo)識端端板放入端板夾持器并固定于夾具。

(4)第二端焊接：與標(biāo)識端基本相同，由內(nèi)環(huán)依次向外環(huán)焊接。由以上操作，實現(xiàn)了CANDU-6棒束的端板焊接。