Brevet FR2506994A1 — publié le 19821203

Méthode automatique et programmable d'assemblage et de soudure de plaquettes intercalaires pour elements de eepllr de réacteurs nucléaires rapides et installation pour sa mise en oeuvre. L'invention a pour objet une méthode d'assemblage et de soudure de plaquettes intercalaires sur des tubes de section polygonale, et en particulier sur des composants d'éléments de coeur de réacteurs nucléaires, ainsi qu'une machine pour sa mise en oeuvre. La méthode consiste à positionner un tube à l'aide d'un mandrin, à positionner les plaquettes intercalaires sur le tube polygonal au moyen d'un dispositif de saisie à souder ponctuellement les angles des plaquettes en position nant le chalumeau, puis à procéder à la soudure des côtés longs et ensuite à celle des catés courts desdites plaquettes. L'invention a plus particulièrement pour objet une méthode d'assemblage et de soudure de telles plaquettes intercalaires au moyen du TIG (abréviation communément utilisée pour indiquer le "Tungsten Inert Gaz") ou de microplasma, sur des tubes de section polygonale (et particulièrement de section hexagonale) d'une manière tout à fait automatique et programmable. Cette méthode peut trouver une utilisation dans les opérations d'assemblage et de soudure de plaques planes ou de plaques métalliques de tout type sur des composants mécaniques de n'importe quelle forme et dimension. La méthode selon 11 invention est particulièrement adaptée pour résoudre le problème de l'assemblage et de la soudure des plaquettes intercalaires sur des tubes de section hexagonale d'éléments de combustible et de coeur de réacteur rapide. Etant donné le caractère critique présenté par la soudure des plaquettes sur le tube hexagonal (gaine de l'élément combustible) 11 installation de soudure de cette invention permet d'exécuter l'assemblage et la soudure automatiquement et en programmant chaque phase de l'opération de manière à la rendre très fiable. Ceci représente l'avantage fondamental de cette invention par rapport aux techniques antérieures. Un certain nombre de systèmes de soudure semiautomatique sont connus mais ils n'offrent aucune garantie de précision, de fiabilité et de repetition. Il s'agit de systèmes exigeant des travaux laborieux, longs quant à l'exécution et comateux (dans la mesure où les composants à souder sont d'une assez grande valeur). En outre, ils ne permettent pas la programmation de chacune des phases des opérations de soudure et d'assemblage. Selon la présente invention, la méthode d'assemblage et de soudure des plaquettes intercalaires consiste à position ner un tube hexagonal (d'élément de combustible nucléaire) à l'aide d'un mandrin, positionner les plaquettes intercalaires à l'aide d'un dispositif de saisie, à souder ponctuellement les angles des plaquettes en positionnant le chalumeau, puis à exécuter la soudure des catés longs et ensuite celle des catés courts des plaquettes, ces opérations étant programmées et exécutées automatiquement. Le dispositif de saisie des plaquettes intercalaires se compose d'une pince hexagonale permettant le positionnement des plaquettes dans la zone requise. L'invention sera maintenant décrite en référence aux schémas des figures 1-5, Jointes uniquement à titre d'exemple et nullement limitatives. La figure 1 représente une vue générale d'une forme de réalisation et d'installation de l'ensemble d'assemblage -soudure. Sur la figure, la référence 1 indique le support, les références 2, 3, 4 le chariot tridimensionnel qui permet de déplacer le chalumeau 5 selon les trois axes rectangulaires de translation verticale 6, horizontale 7 et orthogonale 8 Par 9 on indique le mandrin permettant la rotation du tube hexagonale 10 sur un axe horizontal 11 par rapportsau plan du support. La référence 37 indique l'armoire contenant tous les dispositifs de programmation, régulation et centrale. Les dispdsitifs permettant d'obtenir la translation verticale, horizontale et orthogonale du chariot auquel le chalumeau est relié d'une façon rigide, sont constitués par des moteurs électriques à courant continu et aimants permanents 12 alimentés et commandés par des régulateurs 13 et qui actionnent les chariots 2, 3, 4 et les réducteurs de vitesse 14. Les moyens pour coader la rotation sur l'axe horizon- tal du mandrin 8 comprennent le moteur électrique 15 à courant continu et aimants permanents alimenté et commandé par le régulateur 16 qui actionne le mandrin 9 au moyen d'un réducteur de vitesse.Le groupe chalumeau 5 se compose de deux dispositifs pour le positionnement de la-torche : l'un comprend le moteur électrique à courant continu et aimants permanents 17 et le chariot 18 et l'autre le moteur électrique à courant continu et aimants permanents 19 et le chariot 20. Les deux dispositifs sont réglés par les régulateurs 21 et 22. Les figures 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b schémati#ent -le principe de fonctionnement de l'installation. Sur la figure 2a on peut voir le tube hexagonal 5 sur lequel les plaquettes intercalaires 6 ont déjà été pos#- tionnées. Les lettres a, b, c, d, indiquent les axes du chalumeau. Les références 1, 2, 3, 4 indiquent les angles de la plaquette que l'on soude ponctuellement et où la soudure des catés est commencée. Sur la figure 2b on a une vue orthogonale au plan de soulage ponctuel des plaquettes. Les figures 3a et 3b font référence à l'opération de soudure des catés longs. Sur la figure 3a, les références a, b, c, et d indiquent les axes du chalumeau au début de la soudure des longs catés 1-4 et 3-4. La flèche 7 indique le mouvement de translation du chalumeau au cours de la soudure. Sur la figure 3b on a une vue frontale du tube hexagonal avec les plaquettes au cours de la soudure des bords longs 1-4 et 3-2. Les figures 4a et 4b ont pour objet l'opération de soudure des bords courts. Sur la figure 4a, les références a et b indiquent les axes du chalumeau au début de la soudure des catés courts 1-3 et 4-2. La flèche 8 indique le mouvement de translation du chalumeau au cours de la soudure. La figure 4b représente le tube hexagonal avec les plaquettes au cours de la soudure des catés courts. L'installation de cette invention appliquée tout particulièrement à l'assemblage et à la soudure des plaquettes intercalaires sur la botte de conflnenent hexagonal des éléments d'un coeur de réacteur (fissiles et passifs) permet d'obtenir des cycles d'assemblage et de soudure tout à fait automatiques, comme illustré ci-des#ous. Avant de commencer les cycles d'assemblage et de soudure des plaquettes intercalaires sur le tube de confinement hexagonal, la succession des opérations de positionne ment et les paramètres de soudure pour les opérations de soudage ponctuel sont programmées sur la console de commande ainsi que la soudure des catés longs et courts. Le cycle assemblage est réalisé en positionnant les plaquettes sur le tube hexagonal 5 à l'aide d'un système de saisie adéquat qui garantit le respect des cotes tdimenslonnel- les) tout en permettant à l'installation d'exécuter un cycle automatique de positionnement et de soudure. Le cycle soudure commence avec le soudage ponctuel des plaquettes intercalaires après que l'opérateur a posl- tionné le chalumeau selon l'un des axes a, b, c ou d de la figure 2a. Ce soudage ponctuel est exécuté automatiquement sur les angles des plaquettes 1, 2, 3 et 4 Une fois terminée l'opération de soudage ponctuel de toutes les plaquettes sur toutes les faces du tube hexagonale l'installation préalablement programmée se met automatiquement en condition pour souder les catés longs(l-4 et 2-3 de la figure 2a} Le chalumeau se met automatiquement dans la position 1 pour le caté 1-4 et dans la position 2 pour le caté 2-3, l'axe du chalumeau correspondant aux axes a, b, c et d, de la figure 3a et 3b. Le tube hexagonal se place automatique- ment dans la position de la figure 3b. La soudure des catés longs (1-4 et 2-3 de la figure 3a) s'effectue selon les paramètres de soudure préalablement programmés et pour une course correspondant à la longueur du ctté long de la plaquette, enregistrée sur la console de commande et indiquée par 7 sur la figure a. Une fois soudés les catés longs des plaquettes sur une face du tube hexagonal, l'installation présente la face suivante automatiquement, permettant ainsi la soudure de tous les catés longs des plaquettes (au total 24). Quand la soudure des côtés longs est terminée, on a automatiquement le positionnement du chalumeau et du tube hexagonal pour la soudure des catés courts (1-3 et 2-4). Le chalumeau se place automatiquement sur la position 1 pour le côté 1-3 et sur la position 4 pour le caté 4-2 selon les axes a et b des figures 4a et 4b. Le tube hexagonal se met automatiquement sur la position de la figure 4b. La soudure des catés courts (1-3 et 2-4 de la figure 4b) s'effectue selon les paramètres de soudure préalablement programmés et pour une course correspondant à la longueur du côté court de la plaquette, enregistrée sur la console de commande et indiquée par 8 sur la figure 4a. Une fois soudés les catés courts des plaquettes sur une face du tube hexagonal, l'installation présente automatiquement la face suivante permettant ainsi la soudure de tous les catés courts des plaquettes (au total 24). Quand les cycles d'assemblage et de soudure sont terminés, l'installation libère le tube hexagonal pour les usinages successifs et place le chalumeau en position d'arrêt. Le programmateur de l'installation est un programmateur de type électronique numérique qui alimente des transdflc- teurs de déplacement linéaires et circulaires et des circuits de contre-réaction maintenant à tout instant le programme enregistré. L'installation est également dotée d'un programmateur de soudure qui permet de souder à l'aide de courant continu ou pulsé, selon le générateur de soudure utilisé. De plus, l'installation est munie de circuits logiques et de circuits de streté avec affichage de la panne. La figure 5 représente un schéma blocs de la programmation, de la régulation et de la mémorisation du système d'assemblage et de soudure. Sur cette figure 5, les chiffres de référence 23, 24, 25 indiquent les alimentateurs-régulateurs des transducteurs linéaires de déplacement relatifs aux axes de translation du chariot, la référence 26 indique I'alimentateur régulateur du transducteur circulaire du mar.frln, la référence 27 indique l'alimentateur-régulateur du transducteur angulaire du chalumeau dans le plan orthogonal à l'axe du tube hexagonal, et la référence 28 indique l'alimentation du transducteur angulaire de la torche dans le plan parallèle à l'axe du tube hexagonal. La référence 29 indique un quelconque générateur de courant pour soudure (TIG, plasma, microplasma etc.). Les moyens mentionnés ci-dessus (les différents mouvements et le générateur) sont programmés à l'aide d'un dispositif électronique numérique 30 qui permet également la mémorisation de toute combinaison des moyens susdits. Ce m#me dispositif électronique numérique comprend un circuit de contreréaction qui garantit la faculté de répétition du programme enregistré. Cette installation permet la mise en place des déplacements et des rotations au moyen du module 31 des axes X, Y, z du chariot et de la rotation du mandrin; grâce au module 32 on peut imposer les vitesses linéaires et angulaires des trois axes du chariot et du mandrin ainsi que les déplacements angulaires du chalumeau. Le module 33 permet d'imposer les paramètres de soudure (par exemple courant initial, courant nominal, courant modulé, courant fina#. Le module 34 permet le maintien constant de la distance chalumeau-pièce. Le module 35 permet d'imposer le cycle de soudure. Le module 36 permet la combinaison des déplacements, des rotations, des vitesses et des variations de vitesse et des paramètres-soudure et du cycle de soudure en fonction de la programmation d'ensemble. Le programme est mémorisé dans le module 30 qui commande et garantit la réalisation des opérations désirées enregistrées. Supposons que l'on veuille effectuer l'assemblage et la soudure de plaquettes intercalaires sur un tube hexagonal d'un élément de combustible pour réacteurs nucléaires. Dans ce cas, on enregistre sur le programmateur les positions de soudage ponctuel et la longueur des points de soudure, la vitesse de soudure et le cycle-soudure, on enregistre le positionnement du tube hexagonal au cours des différentes phases de soudure et l'on enregistre les positions du chalumeau pour les différentes opérations de soudure. On simule alors le processus sans procéder a' la soudure en contrôlant sur l'enregistreur et sur les écrans de visualisation les données ci-dessus. Ensuite, on effectue les opérations d'assemblage et de soudure. On positionne le tube hexagonal au moyen d'un mandrin, on positionne les plaquettes intercalaires au moyen d'un dispositif de saisie, on soude ponctuellement les arêtes des plaquettes en positionnant le chalumeau selon un programme préalablement établi, puis on effectue la soudure des catés longs et ensuite celle des ct-és courts. RECENDIC TIONS 1. Méthode automatique d'assemblage et de soudure de plaquettes intercalaires sur des tubes pour éléments de combustibles nucléaires, caractérisée en ce qu'elle consiste à positionner un tube de n'import quelle forme et de toute dimension, de préférence de section hexagonale, ment combustible nucléaire, et ce au moyen d'un mandrin, à positionner les plaquettes intercalaires sur le tube au moyen d'un dispositif de saisie, à souder ponctuellement les angles des plaquettes en positionnant le chalumeau, puis à souder les catés longs et ensuite les cotés courts desdites plaquettes. 2. Machine pour la réalisation de la méthode selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est constituée d'un groupe chalumeau, d'un chariot de translation, d'un mandrin, d'un générateur de soudure, d'une dispositif de programmation et de commande pour exécuter automatiquement et d'une manière programmable le cycle assemblage et le cycle soudure ainsi que la programmation et la mémorisation des cycles cl-dessus. 3. Machine selon la revendication 2,caractérisée par le fait que le cycle assemblage est effectué grSce à un mandrin soutenant le tube et par un dispositif de saisie pour positionner les plaquettes dans le tube. 4. Machine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que, pour exécuter automatiquement la soudure, on utilise un chariot muni d'un chalumeau qui coulisse parallèlement et perpendiculairement selon deux directions orthogonales, par rapport à l'axe du mandrin, un générateur de soudure et le dispositif de programmation et de commande. 5. Machine selon la revendication 3 caractérisée par le fait que le dispositif de saisie est constitué par une pince hexagonale permettant le positionne ment des plaquettes dans la zone requise. 6. Machine selon la revendication 2, caractérisée par lefaltque le dispositif de programmation et de commande est un programmateur du type électronique numérique. 7. Machine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le dispositif de programmation et de commande est constitué par : des alimentateurs-régulateurs pour trans ducteurs de déplacement linéaires et circulaires, un dispositif électronique numérique, un générateur de courant pour soudure, des modules pour imposer les vitesses de translation et les paramètres de soudure, un circuit de contreréaction qui garantit la faculté de reproduction du programme enregistré.