Brevet FR2115203A1 — publié le 19720707

La présente invention concerne un procédé de fixation par soudage électrique par résistance de barrettes de guidage sur des tubes dits d'enveloppe, ou gaines, en alliages de zirconium, ou autres matériaux connus, avant la transformation de ceux ci en barreaux de combustible pour éléments de réacteur nucléaires les- dites barrettes de guidage étant destinées à centrer plus tard les barreaux de combustible dans les mailles de réseaux, ou grilles, d'espacement ou directement les uns par rapport aux autres. Un des problèmes les plus importants que pose la construction d'éléments combustibles de réacteur nucléaire est celui d'assurer entre les barreaux de combustible dont est composé un tel élément un intervalle constant pendant toute la durée de vie de ce dernier.Les mesures prises pour maintenir cet intervalle ne doivent en aucun cas être préjudiciables à l'évacuation de la chaleur; il leur #aut également éviter toute répercussion mécanique, par exemple de corroi sion de frottement, sur les tubes d'enveloppe, très minces, det barreaux de combustible. C'est pourquoi l'on a déjà utilisé des dispositifs d'espacement formés d'un réseau de minces traverses en tôle posées de chant dans lequel les barreaux de combustible tramer sant chaque maille sont centrés par des éléments élastiques fixés en saillie sur les parois desdites mailles.L'agencement de tels dispositifs d'espacement est relativement compliqué, sans compter que l'élasticité nécessaire impose souvent l'utilisation d'un maté riau différent qu'il vaudrait mieux proscrire par suite de raisons de physique neutronique. Un autre mode d'espacement connu consiste à fixer sur les tubes d'enveloppe des barrettes de guidage massives mises à leur tour en relation avec les mailles d'espacement ou-en appui sur les barrettes de guidage de barreaux voisins. On affranchit de la sorte les tubes d'enveloppe de tout contact mécanique de frottement sans contrarier cependant d'une manière inadmissible l'évacuation de la chaleur sur les barrettes de guidage. Il neen reste pas moins que la fixation de ces dernières pose des difficultés. On en est vent à les braser sur les tubes d'enveloppe, les essais de soudage pas résistance n'ayant pas donné satisfaction par suite d'un assemblage insuffisant ou d'excroissances de matière et l'amenée du courant de soudage par les tubes d'enveloppe, minces et parfois très longs, se heurtant également à des difficultés.Ce procédé du brasage, seulappliqué jusqu'à maintenant, présente 11 inconvénient de provoquer une contrainte de température de relativement longue durée qui modifie les caractéristiques mécaniques du tube d'enveloppe, si bien qu'il peut en résulter des anomalies lors du fonctionnement du réacR teur. L'invention a pour objet un procédé d'assemblage qui évite les difficultés d'ordre métallurgique précitées et dont la mise en oeuvre soit beaucoup plus simple du point de vue technique, c'est-à-dire un procédé substituant au brasage un soudage qui soit réalisable de façon reproductible par des moyens simples et évite de façon certaine toute détérioration du tube d'enveloppe due au passage du courant ou audit soudage lui#meAme. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on munit les barrettes d'une rainure longitudinale sur leur face tournée vers le tube d'enveloppe du barreau de combustible, on blanchit, par exemple par polissage Qleetrolyti- que, les surfaces respectives des tubes d'enveloppe et des barrettes, puis on assemble ces éléments en les soudant par résistance au moyen d'une impulsion de courant traversant en direction essentiellement perpendiculaire la paroi du tube d'enveloppe tout en déformant en angle concave, ou congé, le long de l'assemblage le bourrelet de soudure prenant ainsi naissance. Il n'est donc plus nécessaire de réusiner la zone d'assemblage proprement dite. La rainure longitudinale ménagée sur la barrette fait que l'on réalise une variante de soudage par bossages. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip tion détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré schématiquement par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une coupe verticale axiale d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon ladite inventions les figures 2 et 3 sont deux coupes respectivement longitudinale et transversale de la zone d'assemblage sur-lesquelles la barrette de guidage est à son poste, prête au soudage. On remarque sur la figure 1 le tube d'enveloppe 1 et la barrette de guidage 2 à souder sur lui. Pour l'application du procédé selon l'invention, le tube d'enveloppe est maintenu dans un bâti support 4 à deux flasques et renferme un mandrin en porte-àfaux 3 destiné à absorber la pression de soudage et à amener à la zone de soudage le courant électrique nécessaire. Ce courant est fourni par un transformateur approprié 6 relié, d'une part, au support de bridage 21 de la barrette 2 à souder et aux contacts 41 d'autre part. Les installations de commande dudit courant de soudage correspondent au niveau actuel de la technique et ne sont par conséquent pas représentées.On serre, pour le soudage, les contacts 41 contre le tube d'enveloppe 1 par Ireffet d'une force de compression 43, d'où une bonne corlduction électrique jusqu'au mandrin intérieur 3. On applique ensuite à la presse sur ce m8me tube d'enveloppe, par une force 23, l'électrode de soudage 21 ainsi que les barrettes de guidage bridées par elle, puis on met en circuit le courant de soudage. Suivant l'usage généralement établi en technique de soudage, les contacts 41, le mandrin 3 et l'électrode 21 sont bien entendu refroidis à l'eau, bien que, pour ne pas sur- charger la figure, on se soit abstenu de représenter le circuit correspondant.Face à la pression de soudage, exercée par l1électro- de 21, il existe de plus un contre-appui 31 que l'on applique, suio vant la flèche 32, sur le tube d'enveloppe zn même temps que ladite électrode de soudage 21 pour alléger la charge du mandrin 3. Dans l'exemple considéré, l'électrode de soudage 21 est guidée en son fat dans un évidement 42 du bâtisupport 4. L'introduction des barrettes de guidage 2 dans l'électrode de soudage 21 se fait de préférence à partir d'un magasin, non représenté. Elles sont enserrées dans aelle--ci par des réglettes 22 résistantes aux hautes températures et constituées par exemple par du métal dur, lesquelles sont isolées électriquement de l'électrode de soudage 21 et profilées comme l'indiquent les figures 2 et 3. Si l'on veut fixer trois barrettes sur le pourtour, on fait tourner, par exemple de 1200, le tube d'enveloppe à l'aide du dispositif 5 après le soudage de ltane d2elles et l'on passe à la suivante. Les dispositifs d'espacement se situant dans différents plans le long des barreaux de combustible, on fait glisser le tube d'enveloppe de l'intervalle de deux de ces plans lorsque l'on a soudé dans l'un d'eux les barrettes de guidage 2 nécessaires. Cette translation peut s'effectuer elle aussi automatiquement, par exemple au moyen de dispositifs hydrauliques. Un tel dispositif ne constitue pas une innovation, aussi n'en awtuon pas représente non plus sur la figure 1. Le mandrin en porte-à-faux 3 reste toujours à la meme place lors de l'avance du tube d'enveloppe. Il est murez d'un dispo- sitif simple d'amenée de graisse de contact afin d'éviter des difficultés de glissement et des enrayages mécaniques On assure ainsi non seulement le bon fonctionnement mécanique de la translation du tube d'enveloppe, mais surtout une qualité constamment uniforme du passage de courant et, par conséquent, du soudage. Les figures 2 et 3 représentent un fragment de tube d'enveloppe 1 et une barrette de guidage 2 à l'emplacement de soudage. Comme on l'a déjà mentionné, ladite barrette de guidage 2 est immobilisée latéralement dans l'électrode de soudage 21 par des réglettes 22 en métal dur. Ces réglettes sont isolées électriquemert du matériau de l'électrode 21 afin que le courant soit amené de façon définie à la barrette de guidage, perpendiculairement au joint de soudure. Elles sont arrondies face à ladite barrette sur l'angle 26 et transforment ainsi en un congé le bourrelet produit par le soudage, si bien qu'aucun réusinage ne s'impose plus. On ménage dans les réglettes de guidage 2, avant leur insertion dans l'électrode de soudage, une rainure longitudinale 25 de section rectangulaire ou incurvée.Les saillies longitudinales formées par ladite rainure 25 fondent en se tassant lors du soudage. La rainure s'en trouve comblée et la hauteur de la barrette de guidage 2 diminuée, si bien que les réglettes en métal dur 22 transforment sur les cotés longi- tudinaux de ladite barrette 2 ce bourrelet en un congé. Un tel congé n'étant pas nécessaire sur les faces frontales, les réglettes 22 correspondantes peuvent être à arête vive, comme sur la figure 2, ce qui évite en cet emplacement un bourrelet de soudure. Ces réglettes en métal dur 22 ne remplissent pas seulement les fonctions précitées: elles offrent aussi l'avantage de favoriser par leur mauvaise conductibilité thermique la concentration de la chaleur dans la zone de soudage. Pour mieux caractériser le procédé, on mentionnera que les tubes d'enveloppe ont par exemple une longueur et un diamètre de l'ordre de 5 m et 11 mm. Les barrettes peuvent en même temps présenter une longueur de 34 mm pour une hauteur et une largeur de 2,2 mm. Avec un transformateur de 60 kVA et un courant de soudage de 20 kA, il a suffi d'un temps de soudage de deux périodes et d'un temps de repressage de 0,6 s. Ces résultats démontrent que le procédé selon l'invention constitue une technique d'assemblage d'une rapidité extr#me, hors de comparaison avec celle de la technique de brasage connue. Aussi ne constate-t-on pas de modifications métallurgiques sur le tube d'enveloppe. Les données précitées n'ont bien entendu qu'une valeur d'exemple: il est normal qu'elles varient avec les dimensions et matériaux choisis. REVENDICATIONS 1. Procédé de fixation par soudage électrique par résistance de barrettes de guidage sur des tubes dits d'enveloppe 9 OU gaines, en alliages de zirconium, ou autres matériaux connus 9 avant la transformation de ceux-ci en barreaux de combustible pour éléments de réacteur nucléaire, lesdites barrettes de guidage étant destinées à centrer plus tard les barreaux de combustible dans les mailles de réseaux, ou grilles, d'espacement ou directement les uns par rapport aux autres, caractérisé par le fait que l'on munit les barrettes d'une rainure longitudinale sur leur face tournée vers le tube d'enveloppe du barreau de combustible, on blanchit, par exemple par polissage électrolytique, les surfaces respectives des tubes d'envez loppe et des barrettes, puis on assemble ces éléments en les soudant par résistance au moyen d'une impulsionvde courant traversant en direction essentiellement perpendiculaire/la paroi du tube d'enveloppe et l'on déforme en meme temps en angle concave, ou congé le long de la zone d'assemblage le bourrelet de soudure prenant ainsi nais sanve 2.Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication S caractérisé par le fait qu'il comporte, pour maintenir les tubes 1'enveloppe devant et derrière la zone de soudage, un bâti-support qui présente au dessous du tube d'enveloppe un guidage pour une électrode de soudage pneumatiquement ou hydrauliquement déplaçable, que ladite électrode de soudage est organisée pour recez voir chaque fois un tube d'enveloppe amenable, par exemple, d'un magasin, le logement correspondant étant délimité par un revdtement intérieur résistant à la température et à la pression qui est isolé électriquement du reste de l'électrode, est arrondi face au tube d'enveloppe inséré à son poste et est calculé de manière à transfor- mer, lors du soudage, le bourrelet de soudure en un congé et enfin qu'un mandrin en porte-à-faux servant à transmettre force et courant et occupant toute la section intérieure du tube d'enveloppe à son poste est soutenable par un contre-appui agissant à l'encontre de l'électrode de soudage, disposé perpendiculairement au tube d'envie loppe et déplaçable hydrauliquement, tandis que le raccordement au courant de soudage se fait, à travers la paroi du tube d'enveloppe, par l'intermédiaire de deux joues de contact disposées dans les flasques du bâti-support et appuyables hydrauliquement. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'il comporte, pour faire tourner le tube d'enveloppe, à son poste, afin de souder les barrettes de guidage en différentes positions angulaires voulues ainsi que, pour faire avancer lengitub dinalement ce même tube de la distance comprise entre les plans des divers dispositifs d'espacements des installations mécaniques ou hydrauliques connues en soi dont le cours do fonctionnement est couplé de la façon voulue avec celui du soudage proprement dit.