Brevet FR2043611A1 — publié le 19710219

I'invention se rapporte à xm barreau combustible poux réacteurs nucléaires constitué par une gaine ou enveloppe tubulaire métallique remplie de combustible nucléaire et fermée de façon etanche au gaz à ses deux* extrémités par des bouchons soudés» Cette 5 soudure étanche entre les bouchons et l'enveloppe tubulaire pose différents problèmes. le premier- est d'arriver à maintenir en position le bouchon et l'enveloppe tubulaire du barreau combustible pendant le soudage -proprement dit, car les .deux pièces ne doivent pas se déplacer l'une par rapport à l'autre. Le second problème 10 est celui des tolérances entre le bouchon et l'enveloppe tubulaire, tolérances qui doivent toujours être ajustées réciproquement pour que l'on puisse obtenir une soudure irréprochable. L'observation de ces exigences entraîne évidemment des difficultés dans la construction d'un tel barreau combustible» Le but de l'invention 15 est d'éviter ces difficultés et de simplifier ainsi considérablement la fabrication d'un barreau combustible de ce type» Suivant l'invention, les bouchons se rétrécissent en forme de cône en direction de"la soudure et l'enveloppe tubulaire est adaptée à la forme de cette surface. La conicité est si faible 20 que les tensions qui apparaissent, par suite de la déformation élastique de l'enveloppe tubulaire au cours de l'engagement des bouchons dans l'.enveloppe produisent un auto-blocage de l'assemblage non encore soudé. Pour mettre en évidence les caractéristiques de l'invention, on va se référer au dessin annexé qui re-25 présente un exemple dè réalisation, non limitatif de l'objet de l'invention. La fig. 1 représente une coupe longitudinale d'un barreau combustible de ce type et les fig. 2 et 3 montrent, à plus grande échelle, des micrographies de coupes polies effëctuées de l'as-30 . semblage soudé entre les bouchons et l'enveloppe. Ces.figures mettent en évidence un autre avantage de ce façonnage, à savoir que la soudure n'est pas soumise à des efforts de traction quand le barreau combustible subit une charge axiale en cours de service. 35 Sur la fig. 1, l'enveloppe tubulaire porte la référence 2 et les bouchons d'extrémité sont référencés 7 et 6. Le remplissage de l'enveloppe tubulaire est constitué par des plaquettes de combustible nucléaire 3 et 4, par exemple de bioxyde d'uranium, munies d'évidements frontaux pour compenser la "croissance" des plaquettes 40 sous l'effet de la température pendant le fonctionnement. Le bou- 70 18595 2 .2043611 chon inférieur 6 est .-séparé-- par me plaquette de céramique 5 de la plaquette de matière.combustible suivante 4. Cette plaquette de oéramique 5 sert au calorifugeage du "bouchon inférieur, car ce dernier n'est pass oomme 2e bouchon supérieur, séparé de la sons 5 centrais shsade du combustible nucléaire par un vide-.- ie bouchon supérieur 7 «et •mcHi d*T^ .embout 71 potu?-le. maintien en position dans l'élément. eomMistoble fet présent© sur■ sa surface latérale extérieure une partie en cône 73 . sur laquelle on serre à la ma» chine l'enveloppe tubulaire 2 avant de procéder au soudage propre-10 ment dit» le "bouchon est relié à l'enveloppe tubulaire 2 par une soudure S« Oêtte dernière est réalisée au moyen d'une machine à souder automatique travaillant sous une atmosphère de gaz protecteur « la gorge 72 pratiquée dans le bouchon sert à égaliser les conditions de dissipation de la chaleur dans l'enveloppe tu-15 bulaire et le bouchon et à faciliter ainsi le.soudage® Ge qui précède est valable pour le bouchon 7 ; ensuite, la fabrication du barreau combustible se poursuit par le rem-, plissage de l'enveloppe tubulaire de plaquettes de matière combustible 3 et 4, les dernières servant à égaliser la longueur de la 20 colonne de plaquettes. On engage ensuite la plaquette isolante 5 et le bouchon inférieur 6 dans l'enveloppe et, au moyen d'un outil spécial, on serre l'enveloppe tubulaire sur le cône 63 du bouchon 6 de manière qu'elle épouse la forme de ce dernier. Dans les barreaux combustibles dont l'enveloppe tubulaire est serrée à la 25 presse sur l'empilement de plaquettes, cette opération peut se faire au cours de la même phase du travail, l'enveloppe tubulaire est ensuite coupée à la longueur requise en fonction de la position du bouchon inférieur 6, et soudée en 8 au bouchon de la manière décrite ci-dessus «, l'évidement 62 dans le bouchon 6 a la 30 même fonction que la gorge 72 dans le bouchon supérieur 7» Sur les fig. 2 et 3 qui représentent des micrographies d'un assemblage de ce type entre un bouchon supérieur ou inférieur et l'enveloppe tubulaire, on peut voir d'abord qu'une soudure irréprochable est établie entre ces deux éléments et ensuite que 35 l'enveloppe tubulaire enserre étroitement le bouchon. Il en résulte que lors du fonctionnement du barreau combustible dans le réacteur, la soudure 8 même ne subit essentiellement pas d'efforts de traction» l'angle que forme la surface conique avec la surface latérale extérieure cylindrique de l'enveloppe tubulaire s'élève à environ 40 8°. Sa valeur dépend de l'aptitude au formage de la matière et de 70 18595 3 2043611 l'établissement d'ion autoblocage entre le bouchon et l'enveloppe tabulaire, ce qui assure un assemblage rigide entre l'enveloppe tubulaire et le bouchon au cours du soudage proprement dit. Un outil spécial pour assurer ces conditions n'est donc plus néces-5 saire. Ce façonnage de l'extrémité des barreaux combustibles peut évidemment s'effectuer avec les matériaux les plus divers, utilisés pour l'enveloppe tubulaire. les plus connus sont l'acier inoxydable et les alliages de zirconium. Bien entendu, ce façonnage 10 n'est pas limité à des barreaux combustibles dont 1!espace intérieur est rempli de combustible sous forme de plaquettes, mais il est également possible de remplir les barreaux combustibles de combustible nucléaire, par exemple sous forme de granules. En outre, on peut également placer, aux extrémités des barreaux 15 combustibles, des ressorts qui servent à maintenir toujours en position la colonne de combustible à l'intérieur de l'enveloppe au cours du transport et en service. Il reste encore à. signaler que grâce à ce façonnage des extrémités des barreaux combustibles, des renflements éventuels 20 sur les cordons de soudure ne risquent pas de s'étendre au delà du prolongement imaginaire de la surface latérale extérieure de l'enveloppe tubulaire, ce qui permet d'éviter avec certitude des difficultés au cours de l'assemblage des barreaux combustibles sous la forme d'éléments combustibles en particulier aux 25 entretoises. 70 13595 4 2043611 - REVENDICATIONS - 1«- Barreau combustible pour réacteurs nucléaires, constitué par une gaine ou enveloppe tubulaire métallique fermée de façon étanche au gaz à ses deux extrémités par des bouclions soudés et 5 remplie de combustible nucléaire, caractérisé par le fait que les bouchons se rétrécissent en forme de cône en direction de la soudure et que l'enveloppe tubulaire est adaptée à la forme de cette surface. 2.- Barreau combustible suivant la revendication 19 carae-10 térisé par le fait que la conicité est si faible que les tensions qui apparaissent, par suite de la déformation élastique, de l'en-veloppe tubulaire, lors de l'introduction des bouchons, produisent un auto-blocage de l'assemblage non encore soudé. 3 — Barreau combustible suivant la revendication 1« carae-15 térisé par le fait que le cordon de soudure reste à l'isrfeérieiœ du prolongement imaginaire de la surface latérale extérieure de l'enveloppe tubulaire.