Brevet FR2046901A1 — publié le 19710312

i 204690! La présente invention se rapporte à un dispositif de polissage électrolytique continu pour pièces en forme de barreaux faites d'alliages de zirconium/notamment pour des gaines de barreaux de combustible» ou des barreaux de combus-5 tible terminés, pour réacteur nucléaire. Ces éléments constitutifs doivent être extrêmement résistants à la corrosion par rapport au réfrigérant du réacteur, c'est-à-dire par exemple à l'eau sous pression à 300oC0Mais il faut pour.cela que leurs surfaces ne présentent plus de résidus d'aucune sorte provenant 10 de la fabrication, notamment plus de résidus de décapage. Il a déjà été proposé à cet égard, conformément à la demande de brevet allemand non encore publiée P 16 13 391,8, de polir élec-trolytiquement des éléments constitutifs en zirconium, et plus particulièrement de telles gaines de barreaux de combustible 15 nucléaire. On applique habituellement le procédé connu d'électropolissage à l'intérieur de cuves à électrolyte avec des é-lectrodes adaptées à la forme de la pièce0 II est en même temps nécessaire de ne pas descendre au-dessous d'une densité de courant minimale, car on n'obtiendrait alors plus de. surfaces lis-20 ses et brillantes; Il s'ensuit que dans des bains où. l'on polit électrolytiquement toute la pièce en même temps, il faut utiliser des courants très élevés, qui conduisent à une forte augmentation de température de l'électrolyte même et dont l'amenée, en particulier à la pièce à polir, comporte de grandes difficultés, 25 L'invention évite ces difficultés, du fait que le polissage électrolytique des pièces en forme de barreaux et en zirconium s'y effectue en passage continu. Le dispositif utilisé à cet effet est caractérisé par le fait qu'il comporte d'une part, autour de la pièce en translation continue, qui est par 30 exemple un barreau de combustible, une chambre électrolytique tubulaire agissant en cathode, de section adaptée à celle de la pièce, fermée de chaque côté par rapport à celle-ci à l'aide d'un joint élastique et munie de raccords pour la circulation continue de l'électrolyte , d'autre part, avant et après ladite 35 chambre, des rouleaux d'entraînement de la pièce, telle qu'un barreau de combustible^et d'amenée de courant à cette même pièce. Un tel dispositif offre l'avantage d'être peu encombrant, d'être associable à une installation de refroidissement à température constante de l'électrolyte, qu'une pompe 40 fait constamment circuler à travers elle et celui de ne nécessi- 70 22S46 2 2046901 ter que des courants électriques relativement faibles dont l'amenée à la pièce, par des rouleaux de contact, ne cause pas de difficultés. Il est de la sorte possible d'obtenir une répartition de courant absolument uniforme dans l'électrolyte et par 5 conséquent un effet de polissage plus régulier, dont le degré est réglable non seulement par l'intensité de courant, mais aussi, principalement, par la vitesse d'avance de la pièce0 L'épaisseur à enlever des parois pour ce polissage est très faible î elle est de l'ordre de 0,001 à Q.,01 mm. Les résidus 10 d'acide fluorhydrique, qui constituaient une source de dangers dans la technique précédemment appliquée, sont entièrement é-vités, car l'électrolyte ne renferme pas de fluor et les résidus de ce genre laissés par d'éventuels décapages chimiques antérieurs sont emportés. Les résidus d'électrolyte qui adhèrent 15 encore à la surface de la pièce sont entraînés par de l'eau, celle-ci pouvant être déjà, dans le dispositif proposé, l'eau de refroidissement qui, de part et d'autre de la chambre étan-che de polissage, circule dans des chambres appropriées autour de la pièce traversant en continu ladite chambre de polissage,, 20 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris-comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel; la figure 1 représente schématiquement, et essentiellement en coupe longitudinale axiale, un dispositif 25 conforme à ladite invention ; la figure 2 représente un détail de la chambre de polissage agrandi par rapport à la zone entourée d'un trait mixte au centre de la figure 1 et suivant lequel la chambre de polissage agencée en même temps en cathode comporte des surfaces 30 d'une forme spéciale. La référence 1 désigne la pièce déplacée en continu, constituée dans cet exemple par un barreau de combustible pour réacteur nucléaire. La chambre de polissage,= formée par la cathode 3» est obturée de part et d'autre: par des joints d'é-35 tanchéité 7. Ces joints, placés dans un corps en matière isolante 4,4', comprennent un espace annulaire 13» 13' rempli de gaz comprimé* et une rondelle 8 reliée rigidement au corps isolant 4 leur sert, de contre-appui. La conduite de ga2 comprimé qui dessert les espaces annulaires 13 et 13» est désignée par la réfé-40 rence 12. La pression de ce-gaz fait que le joint 7 porte tou 70 22546 3 2046901 jours parfaitement sur le tube en mouvement,, le matériau dudit joint doit bieia entendu être inaltérable à l'électrolyte du dispositif. On utilise avantageusement du caoutchouc silicone coulé à la forme spéciale voulue» Les deux joints en question 5 donnent sur deux chambres à eau 10, 10* délimitées par lesjcorps isolants 4 et 5, 4* et 5'» Elles sont parcourues par l'eau de refroidissement 9» qui se dirige par les canalisation 11 et 11* vers un dispositif-de réfrigération et d'épuration avant de faire retour auxdites chambres 10, 10'e De simples joints 6 as-10 surent l'étanchéité de ces dernières par rapport au tube 1 .traversant le dispositif0 La chambre électrolytique, ou cathode, 3 comporte une canalisation d'entrée et une canalisation de sortie pour l'électrolyte 32, dont le circuit est complété par une installation de refroidissement 16 et une pompe 17. 15 La chambre électrolytique, ou cathode, 3 peut être en acier inoxydable ou, afin de diminuer la chute de tension à l'intérieur de cette électrode, en cuivre plaqué d'acier inoxydable aux emplacements 31 qui sont en contact avec l'électrolyte. 20 II peut être avantageux d'uniformiser encore plus l'effet de polissage en munissant de saillies conductrices des courants d'électrolyse et de préférence hélidoïdales, formant par exemple une sorte de filetage 33 comme sur la figure 2, la paroi de la chambre de polissage,ou cathode, 3 proprement 25 dite. L'électrolyte s'écoule alors en hélice autour de la pièce à traiter, si bien l'on est assuré d'éviter par exemple les irrégularités de polissage que provoquerait un échauffement local sinon possible de l'électrorlyte0 Les saillies hélicoïdales 33 contribuent en outre, par augmentation- de la surface» à uni-30 formiser la température de l'électrolyte et à refroidir celui-ci. Les pièces en forme de barreaux sont entraînées par des rouleaux 15, 15' placés, à l'extérieur du dispositif, en face de rouleaux d'amenée de courant 14, 14» reliés au pôle + 35 de la source de couranto II importe au bon fonctionnement de l'ensemble du dispositif que la chambre électrolytique soit refermée aussitôt après que le barreau de combustible l'ait traversée. Les barreaux successifs 1 sont reliés à cet effet, comme indiqué sur la figure 1, par des pièces en matière plastique, 40 de même diamètre extérieur. L'achèvement du polissage et la mise 70 22546 4 2046901 hors circuit de la source de courant sont suivis de l'introduction finale, derrière le dernier barreau, d'une pièce en matière plastique 2 de même forme qui reste immobilisée dans le dispositif tant qu'il n'est pas remis en marche. Il en résulte que 5 l'électrolyte ne peut pas s'échapper et que l^s joints 7 restent en fonction. Quelques données relatives au procédé permettront un meilleur aperçu des possibilités du dispositif. Il permet de polir par exemple des alliages de zirco-10 nium, comme les "Zircaloy" 2 à 4? des alliages de zirconium et de cuivre, mais aussi bien, au moyen d'autres électrolytes appropriés, de l'acier, de l'acier inoxydable, du laiton et d'autres métaux ou alliages analogues. La section des barreaux n'est bien entendu pas obligatoirement circulaire. On peut par 15 exemple polir de la même manière des tubes ovales ou de section carrée de même que des barreaux. Dans le cas de barreaux d'un diamètre de 10 à 15 mm, on peut atteindre des vitesses d'avance de 1 à 10 m/mn, la tension étant en même temps variable entre 10 et 50 V et l'intensité entre 5 et 100 A. On peut 20 utiliser comme électrolyte pour alliages de zirconium un mélange d'acide acétique et d'acide perchlorique, auquel il est également possible d'ajouter, par exemple, de l'acide chlorhy— drique et/ou de l'acide chloracétique. La température de l'électrolyte doit être voisine de la température ambiante, c'est-25 à-dire comprise entre 20 et 30°C. La pression effective du gaz comprimant les joints se règle d'après la rigidité du matériau de ceux-ci s elle est normalement de l'ordre de 1 à 3 atmosphères. Il suffit en général d'enlever une épaisseur de zirconium de 1 à 20 pour obtenir l'effet de polissage voulu. 30 On s'est abstenu, pour plus de clarté, de re présenter les autres parties d'installation nécessaires à la réalisation de l'effet de polissage permis par le dispositif conforme à l'invention. Il reste à attirer l'attention sur le fait que l'eau de refroidissement 9 peut servir» à la place des 35 rouleaux 14, à amener le courant à condition d'être acidifiée en conséquence, en vue de présenter une conductibilité suffisamment accrue. Il en résulte, notamment» en cas de recours à de fortes densités de courant, l'avantage d'éviter la formation, alors possible, d'étincelles entre les rouleaux d'amenée de courant et la pièce ainsi que toutes détériorations correspondantes.L'agencement coaxial de la chambre électrolytique,ou cathode,son étanché-■0 isation et l'acheminement de l'électrolyte restent en tout cas ^ identiques. 70 22546 5 2046901 REVENDICATIONS lo Dispositif de polissage électrolytique continu pour pièces en forme de barreaux faites d'alliages de zirconium, notamment pour gaines de barreaux de combustible, ou 5 barreaux de combustible terminés, pour réacteurs nucléaires caractérisé par le fait qu'il comporte d'une part, autour de la pièce en translation continue, qui est par exemple un barreau de combustible, une chambre électrolytique tubulaire agissant en même temps en cathode, de section adaptée à celle de la piè-10 ce, fermée de chaque côté par rapport à celle-ci à l'aide d'un joint élastique et munie de raccords pour la circulation continue de l'électrolyte, d'autre part, avant et après ladite chambre, des rouleaux d'entraînement de la pièce à traiter, telle qu'un barreau de combustible, et d'amenée de courant à cette 15 même pièce» 2, Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un matelas de gaz comprimé met et maintient en appui le joint élastique d'étanchéité0 3» Dispositif selon l'une quelconque des re-20 vendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que les joints é-lastiques d'étanchéité sont constitués par du caoutchouc sili-cone et réalisés par coulée» 4o Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la pièce le traversant en continu est 25 constamment refroidie dans des chambres à eau précédant et suivant la chambre électrolytique et que ledit électrolyte, mis en circulation par une pompe, est également refroidi. 5° Dispositif•selon la revendication 1 ca±ac-térisé par le fait que la paroi intérieure de la chambre élec-30 trolytique comporte des saillies augmentant la surface et guidant l'écoulement de l'électrolyte» 6» Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que les saillies de la paroi intérieure de la chambre électrolytique ont une forme hélicoïdale. 35 7» Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la chambre électrolytique est constituée par de l'acier inoxydable résistant au mélange d'acide acétique et d'acide perchlorique qui constitue l'électrolyte» 70 22546 -6- 2046901 8» Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que la chambre électrolytique est constituée par un matériau "bon conducteur de l'électricité tel que le cuivre et est exclusivement pla-5 quée d'acier inoxydable aux emplacements qui sont en contact avec lrélectrolyteo