燃料元件格架激光焊接夹具的制作方法

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种燃料元件格架激光焊接夹具。

背景技术：

目前，燃料元件格架采用激光或电子束焊接技术。格架条带相互插接，使用固定夹具固定后，放入焊接腔室内，进行焊接。CAP1400自主化格架是新产品，国内尚未开展过相关产品的试制工作。由于CAP1400自主化格架产品结构与AP1000格架产品结构相近，采用了相同的焊接设备进行焊接。但由于CAP1400自主化格架采用了焊点下移的设计，现有夹具不能实现焊接。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种燃料元件格架激光焊接夹具，实现燃料组件格架激光焊接。

本发明的技术方案如下：

燃料元件格架激光焊接夹具，包括上盖板、下盖板、外条带固定夹具、套管栅元销；

所述的上盖板主体为正方形板，在主体的左右两侧分别设有连接板，在主体的上下两侧分别设有挡板，在连接板上分别加工通孔，与焊接设备工作台配合，在挡板上分别加工导销接口，用于与下盖板连接；

在所述的上盖板主体上加工异型通孔，异型通孔等间距排列为16行16列；

在所述的上盖板的上表面开盲凹槽，使激光在斜对角入射时不受阻挡，与焊接焊点在条带内部的激光不发生干涉；

在上盖板下表面开设16行16列线型细槽，线型细槽为盲槽，宽度大于条带厚度，深度小于等于1cm，对条带夹持限位；

在上盖板的主体设有套管栅元，在套管栅元的中心位置加工螺纹孔与套管栅元销配合，所述套管栅元的位置和数量根据待焊接工件的结构确定；

所述的下盖板主体为正方形板，在所述的下盖板主体上加工线形槽，对条带夹持限位；

在下盖板主体的格架交叉焊点位置开圆通孔，露出焊点；

在下盖板的主体开梅花通孔，梅花通孔与上盖板上的螺纹孔一一对应，使套管栅元销完全贯穿；

在下盖板的上下两侧分别设有下盖板挡板，在下盖板挡板上分别加工导销连接孔，与上盖板上导销接口的位置一一对应；

所述的外条带固定夹具包括L型支架、紧固螺钉、限位销钉和顶进螺钉；

所述的L型支架有两个，通过四个紧固螺钉连接固定形成方框，用于固定格架条带；

在外条带固定夹具上分别设有八个限位销钉和四个顶进螺钉；所述的限位销钉用于限制格架外条带在外条带固定夹具内的上下位置；

所述的顶进螺钉设于两个L型支架的连接处以及每个L型支架的弯折处，用于固定外条带四角的搭接位置；

在每个L型支架上分别加工16个长通孔，其中在L型支架的两条臂上各设有8个长通孔，以便激光入射完成舌片焊缝的焊接；

所述的套管栅元销包括销轴、锁紧螺钉、套管压紧帽和螺杆；

所述的销轴为圆筒形状，螺杆设于销轴的中心位置，在销轴和螺杆的中部沿径向设有锁紧螺钉；

套管设于销轴的外侧，套管压紧帽设于套管的外侧；

所述套管栅元销的一端穿过下盖板上的梅花通孔，使套管设于条带凹槽内，另一端旋紧固定设于上盖板的螺纹孔内，固定套管、格架条带、上盖板和下盖板，并支撑套管栅元条带。

所述的限位销钉为弹簧螺钉、螺纹螺钉中的一种。

通过燃料元件格架激光焊接夹具的旋转、翻转，在焊接位置使激光入射角度呈0°-90°之间变化，实现下移焊点的焊接。

在两个L型支架的两个连接位置，分别设有两个紧固螺钉。

待焊接工件上没有搅混翼结构，则将异型通孔加工成圆形通孔。

待焊接工件上无套管，则不加工螺纹孔、梅花通孔和套管栅元销。

所述的套管栅元有25个。

所述的线形槽对17×17结构栅元的32条内条带固定。

所述的上盖板、下盖板以及外条带固定夹具材料为金属。

所述的上盖板、下盖板以及外条带固定夹具材料为不锈钢、钛合金中的一种。

本发明的显著效果在于：

(1)采用本发明装置能够实现燃料组件格架激光焊接，保证激光能够照射到焊点位置和焊缝位置，避免激光与夹具发生干涉。

(2)本发明装置夹具能够对格架条带实现完全限位，保证格架的外形尺寸和栅元尺寸。

(3)采用本发明装置适用于CAP1400自主化格架，可以完成CAP1400自主化中间格架和搅混格架内条带、外条带的装夹固定工作，同时，确保能够实现焊点下移的焊接工艺。

(4)本发明装置使用钛合金加工上盖板和下盖板，可以减轻格架焊接夹具总体重量，实现轻易搬运。

(5)本发明装置开凹槽可以使激光能够照射到沉入条带内部的格架焊点。

(6)本发明装置中的外条带固定夹具使用了弹簧螺钉或螺纹螺钉，可以实现快速装夹，提高了工作效率。

附图说明

图1为上盖板俯视图；

图2为上盖板主视图；

图3为下盖板俯视图；

图4为外条带固定夹具主视图；

图5为外条带固定夹具左视图；

图6为套管栅元销示意图。

图中：1.上盖板；2.下盖板；3.外条带固定夹具；4.套管栅元销；5.异型通孔；6.凹槽；7.套管栅元；8.螺纹孔；9.通孔；10.导销接口；11.线形槽；12.圆通孔；13.梅花通孔；14.导销连接孔；15.L型支架；16.销轴；17.锁紧螺钉；18.套管压紧帽；19.螺杆；20.紧固螺钉；21.限位销钉；22.顶进螺钉。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-6所示的燃料元件格架激光焊接夹具，包括上盖板1、下盖板2、外条带固定夹具3和套管栅元销4。

所述的上盖板1主体为正方形板，在主体的左右两侧分别设有连接板，在主体的上下两侧分别设有挡板，在连接板上分别加工通孔9，与焊接设备工作台配合，在挡板上分别加工导销接口10，用于与下盖板2连接。

在所述的上盖板1主体上加工异型通孔5，异型通孔5等间距排列为16行16列，在容纳搅混翼的同时，能够露出焊点；若待焊接工件上没有搅混翼结构，则将异型通孔5加工成圆形通孔。

在所述的上盖板1的上表面开盲凹槽6，以便激光在斜对角入射时不受阻挡，与焊接焊点在条带内部的激光不发生干涉，通过燃料元件格架激光焊接夹具的旋转、翻转，在焊接位置可使激光与待焊接区域的入射角度呈0°-90°之间变化，实现下移焊点的焊接。

在上盖板1主体的下表面开设16行16列线型细槽，线型细槽为盲槽，宽度大于条带厚度，深度小于等于1cm，对条带夹持限位。

在上盖板1的主体设有套管栅元7，套管栅元7的位置和数量根据待焊接工件的结构确定，实施例选择25个套管栅元7。在套管栅元7的中心位置加工螺纹孔8与套管栅元销4配合，若待焊接工件上无套管，则不加工螺纹孔8。

所述的下盖板2主体为正方形板，在所述的下盖板2主体上加工线形槽11，对条带夹持限位，实施例中实现对17×17结构栅元的32条内条带固定；在下盖板2主体的格架交叉焊点位置开圆通孔12，以便露出焊点；在下盖板2的主体开梅花通孔13，梅花通孔13与上盖板1上的螺纹孔8一一对应，使套管栅元销4能完全贯穿，并给套管栅元销4提供支持。若待焊接工件上无套管，则不加工梅花通孔13。

在下盖板2的上下两侧分别设有下盖板挡板，在下盖板挡板上分别加工导销连接孔14，与上盖板1上导销接口10的位置一一对应，以便使用导销和导销接口10连接。

所述的外条带固定夹具3包括L型支架15、紧固螺钉20、限位销钉21和顶进螺钉22，所述的L型支架15有两个，通过四个紧固螺钉20连接固定形成方框，用于固定格架条带，对条带支撑限位，且不影响舌片焊缝及角焊缝的焊接。在两个L型支架15的两个连接位置，分别设有两个紧固螺钉20。

在外条带固定夹具3上分别设有八个限位销钉21和四个顶进螺钉22。所述的限位销钉21为弹簧螺钉、螺纹螺钉中的一种，用于限制格架外条带在外条带固定夹具3内的上下位置，防止格架在外条带固定夹具3内窜动。所述的顶进螺钉22设于两个L型支架15的连接处以及每个L型支架15的弯折处，用于固定外条带四角的搭接位置。

在每个L型支架15上分别加工16个长通孔，其中在L型支架15的两条臂上各设有8个长通孔，以便激光入射完成舌片焊缝的焊接。

所述的上盖板1、下盖板2以及外条带固定夹具3材料为金属，可为不锈钢，优选钛合金。

所述的套管栅元销4包括销轴16、锁紧螺钉17、套管压紧帽18和螺杆19。所述的销轴16为圆筒形状，螺杆19设于销轴16的中心位置，在销轴16和螺杆19的中部沿径向设有锁紧螺钉17，用于固定销轴16和螺杆19。套管设于销轴16的外侧，套管压紧帽18设于套管的外侧，用于固定套管和销轴16。

所述套管栅元销4的一端穿过下盖板2上的梅花通孔13，使套管设于条带凹槽内，另一端旋紧固定设于上盖板1的螺纹孔8内，把套管与格架条带、上盖板1和下盖板2固定，并支撑套管栅元条带。若待焊接工件上无套管，则不加工套管栅元销4。

CAP1400自主化格架为我国新设计的具有自主知识产权的燃料格架设计，本发明夹具适用于CAP1400自主化格架的焊接，该夹具实现了条带内下移焊点的激光焊接以及对格架内条带的定位支撑，确保了32条内条带相互插接后的定位。