Brevet FR2167247A1 — publié le 19730824

La présente invention se rapporte à la fabrication de cartouches de combustible du genre nucléaire. L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé de soudure des obturations d'extrémités sur cartouches contenant le combustible radioactif, dans une ambiance de gaz inerte sous pres sion, ainsi qu'à un dispositif pour ltexécution de cette soudure. Au cours du procédé de fabrication des cartouches de combustible de nature nucléaire, les obturations doivent être soudées en place sur l'extrémité de ces minces cartouches, relativement longues, qui renferment le combustible radioactif maintenu dans un milieu gazeux inerte sous pression. Le procédé classique de soudure de ces obturations d'extrémités sur cartouches a nécessité de grandes chambres de vide compliquées avec un temps de pompage excessif ne conduisant qu'à de faibles possibilités de production, avec une grande mise de fonds et de très grandes conditions requises d'espace pour l'installation de l'appareil de soudure. L'industrie a donc besoin d'un procédé de soudure de la jonction ou joint externe entre l'obturation d'extrémité et la cartouche de combustible dans une position horizontale, car la soudure électrique de longueurs de tube de l'ordre de 3,65 mètres en position verticale exige soit une plate-forme de travail élevée sous abri, soit, en alternative, des fosses relativement profondes. Il est également nécessaire de faire tourner le dispositif de soudure plutôt que le tube de 3,65 mètres, afin d'éliminer la nécessité de support de rotation, et une détérioration possible de la matière radioactive. De plus, l'enceinte effective utilisée pour la soudure doit être aussi petite que possible afin de diminuer le temps de pompage, la consommation de gaz inerte, et de réduire au minimum le temps total pris par le processus.Ce dernier doit également être facilité par l'introduction effective dans la chambre d'une courte longueur seulement des minces cartouches. Le temps total de processus depuis l'introduction de la cartouche dans l'enceinte, puis pour le vide et la soudure dans l'ambiance désirée, jusqu'au refroidissement, ne doit pas excéder une fraction du temps requis par les techniques classiques. La présente invention répond aux besoins de la technique en se concentrant plus spécialement sur la réalisation d'un procédé d'une efficacitd totale ayant un rendement optimal dans le temps le plus court possible sans présenter les susdites difficultés de la technique antérieure. L'invention a donc pour objet d'offrir un procédé perfectionné de soudure d'une obturation d'extrémité à une cartouche de combustible nucléaire relativement longue, de nature mince, et un dispositif pour ltexécution de cette soudure. D'autres objets et nombre d'autres avantages de la présente invention ressortiront par ailleurs de la description détaillée qui va suivre en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue de dessus en plan-coupe du dispositif de l~'invention. la figure 2 est une vue de côté, en coupe, du dispositif de la figure I ; la figure 3 est une vue de face, en coupe, du même dispositif. L'invention comprend l'introduction longitudinale d'une pièce linéaire du type cartouche de combustible nucléaire, ayant une obturation d'extrémité, à une position prédéterminée dans une enceinte pourvue d'une atmosphère de gaz inerte contrôlée, sous pression, puis la fixation de cette pièce en place par rapport au circuit périphérique d'un dispositif de soudure du type électrique, ensuite la soudure de la jonction extérieure formée entre cette obturation et la cartouche, et le retrait de la cartouche ainsi soudée, prête à l'usage dans le coeur--d'un réacteur nucléaire. Selon la forme préférée de réalisation représentée aux figures 1 à #, le dispositif pour la mise en oeuvre du présent procédé est pourvu d'une enceinte ou chambre 10 comportant des moyens pour le réglage de l'ambiance ààl'intérieur. Ces moyens prennent la forme d'un orifice 11 formé dans la surface inférieure de la chambre et raccordé par alternances de façon contrôlée, soit avec une pompe à vide 12, soit avec une source 13 d'atmosphère gazeuse maintenue sous pression. Les extrémités de la chambre sont chacune pourvues d'un orifice, lesquels orifices sont mutuellement en alignement axial. Ces orifices 14 et 15 sont chacun pourvus de dispositifs d'étanchéité 16 et 17 du type classique utilisé pour le maintien de l'ambiance désirée à l'intérieur de la chambre.L'orifice d'entrée 14 est destiné à l'introduction d'une extrémité de la cartouche 18 de combustible, alors que l'orifice de sortie 15 est destiné à assurer le parcours extérieur de la cartouche 18 par un circuit scellé de communication en tube dans une boite à gants externe (non représentée} après la traversée de la chambre selon la description plus détaillée qui va suivre. La chambre 10 est pourvue d'une embase isolée 21 comportant un logement de support 22 à l'intérieur duquel est monté rotatif un arbre cylindrique 23 présentant un passage longitudinal 24 ouvert à ses extrémités, en alignement axial avec les orifices 14 et 15. En référence maintenant aux figures 1 et 2, une plaque cylindrique 25 de support est accouplée à une extrémité de l'arbre et est pourvue d'une ouverture 26 en alignement axial avec le passage 24 de l'arbre 23. Un dispositif de soudure 27 du type TIG pour soudure électrique est supporté sur la partie périphérique extérieure de la plaque 25, ainsi que représenté à la figure 2, et est disposé de manière que sa tête 28 se déplace sur un parcours prédéterminé autour de la périphérie de la cartouche de combustible 18 lorsque l'arbre 23 fixé à la plaque 25 tourne à l'intérieur du logement 22. En référence à la figure i, les doigts de contact électrique 31 fournissent la puissance nécessaire au fonctionnement du dispositif de soudure électrique 27 au moyen d'une source de courant (non représentée) alors que le mouvement autour de son axe est communiqué à la plaque 25 au moyen d'un train d'engrenages 32 et 33, par une source motrice 34. De cette manière, la tête de soudure 27 en fonctionnement tourne suivant un parcours annulaire autour de la périphérie de la cartouche de combustible 18. Ainsi que représenté à la figure 1, une came cylindrique 36 du type à bouton est montée sur le logement 22 de support pour engagement séparable avec le corps du dispositif 27 de soudure électrique, au moyen d'un bras 37, au cours du traitement d'un certain nombre de cartouches 18. La came 36 est accouplée à un cylindre pneumatique à double effet qui est électriquement commandé par une source de courant (non représentée) au moyen d'un montage convenable, pour mise en position avancée de cette came 36 après achèvement du cycle de soudure, et son retrait au moment du déclenchement d'un nouveau cycle. Ceci élimine la possibilité pour la cartouche 18 de venir frapper et détériorer l'électrode ou tête 28 au cours de l'introduction ou du retrait de la cartouche de la chambre 10. Un bras 41 est monté pivotant sur ltembase 21 au moyen d'un arbre 42 passant dans un support 43, et destiné, lorsqu'il est actionné, à se déplacer à une position coupant le parcours axial de la cartouche 18, ainsi que le montre la figure 2. De cette manière, le bras rétractable 41 fait fonction de butée contre tout autre mouvement linéaire de la cartouche 18, et cette dernière occupe ainsi une position prédéterminée pour la soudure effective de la jonction extérieure entre l'obturation d'extrémité et la cartouche de combustible, par l'électrode ou tête 28. Ainsi que représenté aux figures 1 à 3, le bras 41 est entrain8 pour son mouvement pivotant par un cylindre pneumatique 44 du #type à double effet au moyen d'une transmission 45 communiquant avec l'arbre 42.Le cylindre pneumatique à double effet 44 a pour fonction de déployer et de rétracter la transmission 45 sous l'action de la source de courant, par l'intermédiaire du montage classique. Ainsi que représenté aux dessins, un dispositif d'engagement 51 du type bride est destiné à saisir la cartouche de combustible 18 et à la maintenir en place par rapport au parcours de l'électrode 28 en activité de la tête de soudure électrique. Les surfaces de serrage 52 et 53 du dispositif d'engagement 51 sont pourvues d'un orifice 54 en alignement axial avec le parcours de la cartouche 18 à son passage dans orifice d'entrée et destiné à recevoir cette cartouche au cours de son parcours dtintroduction dans la chambre 10. La bride 51 est du type étau et est actionnée par un cylindre pneumatique classique 55 à double effet par Itintermédiaire d'une barre d'accouplement 56 au moment de l'excitation fournie par la susdite source de courant. En cours de fonctionnement, l'extrémité ouverte de la cartouche 18 du combustible de type long et mince, est introduite dans l'ori- fice d'entrée 14 et passe dans l'orifice linéaire 54 du dispositif 51 d'engagement, dans le passage longitudinal 24 de l'arbre 23, et sort par l'orifice 15 de la chambre 10. A ce moment la cartouche a passé par une série de postes de traitement (non représentés), dans lesquels la cartouche est chargée de matière radioactive dans une ambiance gazeuse inerte, et pourvue d'une obturation 61 sur son extrémité ouverte.On remarquera quten un certain point avant ou durant ce stade initial, l'enceinte 10 est vidée au moyen de la pompe 12 et l'ambiance gazeuse désirée est appliquée sous une pression prédéterminée par un poste 13 de source de gaz, dans cette enceinte 10 jusqu'à obtention de l'état désiré des conditions. La cartouche 18 chargée de combustible est ensuite tirée par l'orifice de sortie 15 jusqu'à ce qu'elle soit dégagée du passage 24 et occupe maintenant dans ltespace une position adjacente à la surface interne du dispositif 51 d'engagement. A ce moment, le cylindre pneumatique 44 est excité par une source de courant (non représentée) et le bras rétractable 41 pivote, sous l'action d'un accouplement 45 et de l'arbre 42, à une position transversale au parcours axial de la cartouche 18.L'extrémité de cette dernière qui est pourvue de ltobturation 61 est alors poussée en engagement séparable avec le bras 41 qui fait fonction de butée réglant le mouvement linéaire en avant de la cartouche et disposant la jonction entre l'obtu- ration d'extrémité 61 et la cartouche 18 sur le parcours de la tête rotative 28 de soudure. Ensuite, le cylindre pneumatique 55 est excité par la source de courant et la cartouche 18 est serrée en place par l'action de fermeture du dispositif 51 d'engagement. Le cylindre pneumatique 44 fonctionne alors pour rétracter l'accouplement 45 et faire pivoter le bras 41 hors d'engagement avec l'ex- trémité de la cartouche de combustible 18 par l'intermédiaire de l'action de l'arbre 42. Le mouvement de rotation est alors communiqué à la plaque 25 par une force motrice 34 par l'intermédiaire du train d'engrenages 32 et 33 afin de communiquer le mouvement de rotation à l'ensemble 27 de soudure électrique et à l'électrode 28 de façon active autour de la périphérie de la jonction externe entre l'obturation d'extrémité 61 et la cartouche 18. L'action de soudure de la tête 28 est exécutée lorsque lténergie est appliquée par la source centrale de courant (non représentée), par l'intermédiairede l'ensemble 31 de doigts de contact électrique. Par suite, la pointe ou électrode de soudure excitée 28 effectue la soudure à cette jonction. A la fin du cycle de soudure électrique, le cylindre pneumatique 39 fonctionne et la came 36 avance, et grâce de l'action associée du bras 37, la tête de soudure 27 est retirée hors du circuit ou parcourt périphérique pour se dégager ainsi de la jonction décrite entre l'obturation d'extrémité 61 et la cartouche de combustible 18. L'action de serrage du dispositif 51 d'engagement sur le corps de la cartouche 18 est alors relâché par l'opération de retrait du cylindre pneumatique 55, par l'intermédiaire de la barre d'accouplement 56. Gracie à ce procédé, l'obturation d'extrémité 61 est solidement électriquement soudée en place au corps de la cartouche de combustible et celle-ci peut eAtre maintenant retirée de lten- ceinte ou chambre, prête à l'usage dans un coeur de réacteur nucléaire. REVE LULTIOtiS 1. Procédé de soudure d'une obturation d'extrémité à une longue et mince cartouche de combustible de nature nucléaire renfermant le combustible radioactif, selon lequel on introduit la cartouche sur une distance prédéterminée dans une enceinte renfermant une atmosphère contrôlée, on fixe la cartouche en place par rapport au circuit péripherique d'un dispositif de soudure, on soude la jonction extérieure entre cette obturation d'extrémité et la cartouche, et on retire cette dernière à l'état soudé de cette enceinte. 2. Dispositif pour soudure d'obturation d'extrémité sur cartouche de combustible de nature nucléaire renfermant le combustible radioactif, dans un milieu gazeux inerte sous pression, caractérisé en ce qutil comprend une chambre présentant des orifices en alignement axial pourvus de dispositifs d'étanchéité aménagés pour entrer en prise par insertion avec une cartouche, cette chambre étant également pourvue de moyens pour y faire le vide, et pour l'application d'un milieu gazeux inerte sous pression, ces dispositifs d'étanchéités étant destinés à maintenir le vide ou le gaz sous pression, un arbre monté rotatif à l'intérieur de la chambre et pourvu d'un passage longitudinal de construction ouverte aux extrémités en alignement axial avec ces orifices, une plaque montée à une extrémité de cet arbre et pourvue d'une ouverture en alignement axial avec le passage, cette plaque étant animée d'un mouvement de rotation au moyen d'une force motrice, un dispositif de soudure monté sur la partie périphérique de la plaque, pour engagement séparable avec un circuit prédéterminé autour de la périphérie de la cartouche afin d'y souder effectivement l'obturation d'extrémité, et un dispositif d'engagement pour disposer la cartouche et en maintenir le mouvement longitudinal par rapport à ce circuit prédéterminé du dispositif de soudure électrique.