Brevet FR2542127A1 — publié le 19840907

Soudage de bouchons d'extrémité de barres de combustible de réacteurs nucléaires. La présente invention se rapporte d'une manière générale au soudage d'un bouchon d'extrémité au tube formant gaine d'une barre de combustible de réacteur nucléaire et elle concerne plus précisément un appareil à faire le vide à l'intérieur du tube formant gaine d'une bar- re de combustible nucléaire lorsque ce tube est en place en vue du sou- dage La présente invention se rapporte également à un système de soudage qui inclut cet appareil à faire le vide. Le coeur d'un réacteur nucléaire se compose d'une multiplicité d'assemblages combustibles comprenant chacun une pluralité de barres com- bustibles Le premier des stades inclus dans la fabrication classique d'une barre de combustible de réacteur nucléaire caractéristique, consis- te à charger des pastilles de combustible nucléaire dans un tube formant gaine Un bouchon d'extrémité inférieure est introduit ensuite dans le bas du tube formant gaine, tandis qu'un bouchon d'extrémité supérieure est introduit dans le haut du tube formant gaine Ce bouchon d'extrémité supérieure comporte un alésage axial La partie supérieure du tube for- mant gaine, dans laquelle on a introduit le bouchon d'extrémité supérieure, est placée dans une chambre de soudage L'alésage axial est mis en contact avec un trou formé dans la butée tournante de la chambre de soudage Pour emp cher que l'atmosphère intérieure de la barre de combustible ne conta- mine l'environnement de la chambre de soudage pendant le soudage, on fait le vide par l'intermédiaire du trou formé dans la butée tournante de la chambre de soudage A cet effet, on relie une extrémité d'un tuyau úlexi- ble à une pompe à vide et on fixe l'autre extrémité sur le trou de la butée tournante On fait tourner le tube formant gaine au fur et à mesure de 2 2542127 l'exécution de la soudure circonférentielle du bouchon d'extrémité supé- rieure Le tube formant gaine est ensuite transféré à un poste distinct pour le soudage circonférentiel du bouchon d'extrémité inférieure Cette opération s'effectue sans qu'un vide soit fait à l'intérieur du tube for- mant gaine car le bouchon d'extrémité inférieure ne comporte pas d'alésage axial qui pourrait faire communiquer l'atmosphère intérieure du tube formant gaine avec la chambre de soudage On transfère ensuite le tube formant gaine à un autre poste pour la pressurisation de l'intérieur de la barre combustible au moyen d'hélium à travers l'alésage axial du bou- o 10 chon d'extrémité supérieure, et pour le scellement de l'alésage axial par une soudure d'étanchéité Les stades mentionnés ci-dessus comprennent l'utilisation de machines qui facilitent l'exécution des diverses opéra- tions Un défaut courant qui se produit au cours du soudage circonfé- rentiel réside dans la úormation d'un caniveau sur le diamètre intérieur du tube formant gaine On doit bien noter que le fait de faire le vide à l'intérieur de la barre de combustible, pendant le soudage circonféren- tiel du bouchon d'extrémité supérieure, a pour avantage secondaire de réduire ce défaut au minimum. L'objet principal de la présente invention est donc de fournir un appareil qui fera automatiquement le vide dans le tube formant gaine pendant le soudage circonférentiel du bouchon d'extrémité inférieure afin de réduire également au minimum la formation d'un caniveau sur le diamè- tre intérieur du tube formant gaine pour ce bouchon d'extrémité. Afin de réaliser cet objet, la présente invention consiste en un appareil à faire le vide à l'intérieur du tube formant gaine d'une bar- re de combustible nucléaire par l'intermédiaire d'une extrémité ouverte de ce tube lorsque celui-ci est dans une position qui permet de souder un bouchon à son autre extrémité Cet appareil qui comprend un socle fixe, une table mobile disposée sur ce socle et des moyens associés pour dé- placer la table sur le socle, se caractérise en ce qu'un cais- son comportant un orifice généralement circulaire avec un joint étanche qui peut former un contact hermétique avec l'extrémité ouverte du tube, est articulé sur le socle par l'intermédiaire d'un bras au moins, de sor- te que ce caisson peut se déplacer par pivotement du bras afin dtaligner coaxialement son orifice sur le tube en position de soudage; des moyens sont prévus pour faire pivoter ce bras entre une première position dans laquelle l'orifice reçoit l'extrémité ouverte du tube, et une deuxième position dans laquelle le caisson est éloigné du tube; le caisson est relié à une pompe à vide par l'intermédiaire d'un tuyau flexible; et des moyens sont prévus pour commander la rotation du bras, le déplacement de la table et le fonctionnement de la pompe à vide, le tout dans un ordre prédéterminé des opérations. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un exem- ple de réalisation de la présente invention, le caisson étant éloigné pour permettre au tube formant gaine de pénétrer dans la chambre de sou- dage la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, l'o- rifice du caisson étant aligné coaxialement sur le tube formant gaine en position de soudage; et la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, l'o- rifice coaxialement aligné du caisson se trouvant en contact hermétique avec le tube formant gaine en position de soudage. Comme le représentent les figures, un bouchon 16 peut être in- troduit dans l'extrémité inférieure du tube 10 formant gaine d'une barre de combustible de réacteur nucléaire L'extrémité supérieure du tube est ouverte mais elle peut comporter un bouchon 12 d'extrémité supérieure dans lequel est formé un alésage axial 14. Des moyens sont prévus pour transférer le tube 10, dans lequel est introduit le bouchon 16 d'extrémité inférieure, vers la position de soudage à l'intérieur d'une chambre 48 de soudage et pour l'éloigner de cette position Il est préférable que ces moyens de transfert du tube comprennent un jeu de galets menés 50 permettant le déplacement longitu- dinal du tube 10 D'autres moyens du même genre comprennent un plateau mobile ou une courroie transporteuse ou un dispositif analogue. Des moyéns sont également prévus pour détecter le moment o le tube 10 se trouve en position de soudage Il est préférable que ces moyens comprennent un interrupteur 54 de contact Un autre moyen préférable 2542127. comprend un orifice formé dans la paroi de la chambre-de soudage et qui se trouvera obturé hermétiquement par le bouchon d'extrémité inférieure d'un tube en position-de"soudage L'appareil à faire le vide (pompe A vide, indicateur de vide et tuyau flexible), fixé sur l'orifice, indique- -5 ra un vide lorsque le tube sera en position en vue du soudage circonfé- rentiel du bouchon d'extrémité inférieure D'autres moyens du même type comprennent d'autres interrupteurs classiques d'indication de position et dispositifs analogues. Des moyens sont prévus pour faire tourner le tube 10 en posi- tion de soudage autour de son axe longitudinal De préférence, ces mo- yens de rotation du tube comprennent un mandrin tournant 52 commandé par une force motrice D'autres moyens comprennent une courroie tendue en- tra Snée par un moteur et d'autres systèmes analogues. La chambre 48 de soudage comprend une électrode 58 de soudage qui fait partie d'un poste 56 de soudageo Ce poste 56 de soudage est éga- lement relié à une source dlénergie 600 De manière caractéristique, le soudage est exécuté suivant le procédé TIG (soudage à l'arc en atmosphère inerte avec électrode de tungstène)0 L'électrode 58 de soudage est posi- tionnée pour exécuter un soudage circonférentiel du bouchon 16 d'extrémi- té inférieure introduit dans le tube 10 lorsque ce dernier se trouve dans la position de soudage indiquée par le moyen de détection de la position du tube L'électrode 58 de soudage sera donc placée au voisinage de l'in- terface communme de forme généralement circulaire, du bouchon 16 d'extré- mité inférieure mis en place et du tube 10 en position de soudage. L'appareil à faire le vide à l'intérieur du tube i O formant gaine d'une barre de combustible nucléaire, peut être utilisé avec des mécanismes d'avancement et de soudage autres que ceux qui ont été décrits dans les paragraphes précédents L'appareil à' faire le vide crée un vide par l'intermédiaire d'une extrémité ouverte du tube lorsque ce dernier se À 30 trouve en position de soudage d'un bouchon d'extrémité introduit à son autre extrémité L'appareil à faire le vide qui fait l'objet de la pré- sente invention comprend un caisson 18 étanche l'air, un tuyau flexible 24, une pompe à vide 26, un moyen de positionnement du caisson et un moyen de commande. Le caisson 18 étanche à l'air comporte un orifice 20 généralement 2542127 circulaire avec un joint étanche 22 qui peut former un contact hermétique avec l'extrémité ouverte du tube 10 Le joint étanche 22 doit permettre la rotation du tube 10 autour de son axe longitudinal et, à cet effet, il pourrait inclure un joint torique. Une extrémité du tuyau flexible 24 est reliée au caisson 18 tandis que son autre extrémité est fixée sur la pompe à vide 26. Le moyen mécanisé de positionnement du caisson 18 déplace ce dernier entre une première position dans laquelle le joint étanche 22 de son orifice forme un contact hermétique avec l'extrémité ouverte du tube 10 en position de soudage, et une deuxième position dans laquelle le joint étanche 22 est éloigné du tube 10 Il est préférable que ce moyen de po- sitionnement du caisson comprenne un socle fixe 40, une table mobile 38 ? un bras 28, un moyen pivotant de fixation du bras, un moyen de rotation du bras et un moyen de déplacement de la table La table mobile 38 est placée sur le socle fixe 40. Le moyen pivotant de fixation du bras articule une extrémité du bras 28 sur la table 38 De préférence, ce moyen comprend une goupille ou une fixation à goupille 30 L'autre extrémité du bras 28 est fixée au caisson 18 qui peut lêtre placé de manière à aligner coaxialement l'orifi- ce 20 sur le tube 10 en position de soudage, par une rotation du bras 28 par rapport à la table 38 autour du moyen pivotant de fixation du bras (par exemple la fixation à goupille 30) Dans le cas o il n'existe qu'un seul bras, une fixation rigide du bras sur le caisson permettra l'aligne- ment coaxial de l'orifice 20 sur le tube 10 Il est préférable d'utiliser trois barres 29 de liaison(en plus du bras 28), chacune de ces barres 29 de liaison et le bras 28 étant articulés à une extrémité de la table 38 et à l'autre extrémité du caisson 18 et les fixations à goupille 30 étant disposées pour former les sommets d'un parallélépipède en général Grâce à cette disposition préférée, le caisson 18 restera généralement parallè- le à la table 38 lorsque les barres 29 de liaison et le bras 28 tourneront autour des fixations à goupille 30 Le moyen de rotation du bras 28 fait tourner ce dernier par rap- port à la table 38 autour du moyen pivotant de fixation du bras (par exem- ple la fixation à goupille 30) La rotation a lieu entre une première po- sition dans laquelle le caisson 18 est placé de manière à aligner coaxia- lement l'orifice 20 sur le tube 10 en position de soudage, et une deuxiè- me position dans laquelle le caisson 18 est placé de manière à ne pas gener le tube 10 en position de soudage prolongé longitudinalement Cette seconde position a pour but d'éviter une collision entre le caisson 18 et le tube 10 lorsque ce dernier sort de la chambre 48 après soudage De préférence, une rainure longitudinale 32 est formée dans le bras 28 et le moyen de rotation de ce bras comprend un vérin actionné (par exemple pneu- matique, hydraulique, etc) fixé sur la table 389 tel qu'un vérin hydrauli- que 36 dont l'extrémité libre du piston 34 est reliée de manière mobile à la rainure 32 du bras 28 D'autres moyens de rotation du bras compren- nent un moteur fixé sur la table et comportant un arbre qui est relié à la fixation à goupille qu'il fait tourner, et d'autres systèmes analogues. Le moyen de déplacement de la table 38 fait effectuer à celle- ci un mouvement de va-et-vient sur le socle 40 le long d'une ligne située dans un meme plan que le tube 10 an position de soudage, parallèlement à ce tube La table 38 se déplace entre une première position dans laquel- le le joint étanche 22 de l'orifice coaxialement aligné 20 forme un con- tact hermétique avec l'extrémité ouverte du tube en position de soudage, et une deuxième position dans laquelle le joint étanche 22 de l'orifice coaxialement aligné 20 est éloigné de l'extrémité ouverte du tube 10 an position de soudage Il est préférable que le moyen de déplacement de la table comprenne un vérin actionné fixe tel qu'un vérin hydraulique 44 dont l'extrémité libre du piston 42 est fixée à la table 38. L'appareil à faire le vide comprend un moyen 62 pour commander le moyen de rotation du bras, le moyen de déplacement de la table et la pompe à vide 26, le tout dans un ordre prédéterminé Par exemple, lors- qu'un tube 10 se trouve en position de soudage, le moyen 62 commande le moyen de rotation du bras pour aligner coaxialement l'orifice 20 sur le tube 10 (c'est-à-dire la première position), puis commande le moyen de déplacement de la table pour amener le joint étanche 22 de l'orifice 20 coaxialement aligné en contact hermétique avec l'extrémité ouverte du tu- be 10 (c'est-à-dire la première position), et enfin met en marche la pom- pe à vide Lorsque le soudage est terminé, le moyen 62 arrête la pompe à vide, commande ensuite le moyen de déplacement de la table afin d'éloigner le joint étanche 22 du tube 10 (c'est-à-dire la deuxième position) et 254212 ? commande finalement le moyen de rotation du bras pour le ramener dans sa position de départ (c'est-à-dire la deuxième position) Il est préférable que le moyen 62 de commande comprenne un microprocesseur avec les-périphé- riques associés, bien connus de l'homme de l'art, pour connecter le mi- croprocesseur à la pompe à vide et aux vérins hydrauliques Dtautres moyens de commande comprennent des interrupteurs d'indication de position et d'autres dispositifs analogues bien connus de l'homme de l'art. Il est préférable que l'appareil à faire le vide comprenne éga- lement un moyen pour mesurer le vide à l'intérieur du tube 10 en position de soudage lorsque le joint étanche 22 de l'orifice 20 coaxialement ali- gné forme un contact hermétique avec le tube 10 en position de soudage. Ce moyen de mesure du vide comprend, de préférence, un indicateur 46 de vide branché sur le tuyau flexible 24 entre le caisson 18 et la pompe à vide 26. De même, il est préférable que l'appareil à faire le vide com- prenne le poste de soudage circonférentiel des bouchons d'extrémité men- tionné ci-dessus, et que le moyen de commande contr 8 le le moyen de mesure du vide et le moyen de détection du tube et commande le moyen de trans- fert du tube, le moyen de rotation de la barre et la source d'énergie de soudage, le tout d'une manière prédéterminée Par exemple, à l'aide d'un équipement supplémentaire analogue à celui qui a été décrit dans le cas du moyen de commande plus limité mentionné dans l'avant -dernier para- graphe ci-dessus, le moyen de commande développé pourrait commander les opérations de vide et de soudage de la manière suivante Le moyen de com- mande (moyen 62) fait fonctionner les moyens (galets 50) de transfert du tube afin d'amener un tube non soudé en position de soudage (voir figure 1); le moyen de commande (moyen 62) fait fonctionner ensuite le moyen (vérin hydraulique 36) de rotation des bras afin d'amener le caisson 18 dans la première position (voir figure 2), puis fait fonctionner le moyen (vérin hydraulique 44) de déplacement de la table 38 afin d'amener celle- ci dans la première position (voir figure 3), fait fonctionner le moyen (mandrin 52) de rotation du tube afin de faire tourner le tube 10 autour de son axe longitudinal et démarre la pompe à vide 26 pour créer un vide, le tout lorsque le moyen (interrupteur 54) de détection de la position de soudage du tube indique que le tube se trouve en position de soudage; le moyen de commande (moyen 62) enclenche ensuite la source 60 d'énergie de soudage lorsque le moyen (indicateur 46) de détection du vide indique un niveau de vide précalculé De mtme, le moyen de commande (moyen 62) déclenche la source 60 d'énergie de soudage, arrête le dispositif (man- drin 52) de rotation du tubes arrêt la pompe à vide 26, fait fonctionner le moyen (vérin hydraulique 44) de déplacement de la table afin-d'amener celle-ci dans la deuxième position (voir figure 2) et fait fonctionner ensuite le moyen (vérin hydraulique 36) de rotation des bras afin de ra- mener le caisson 18 dans la deuxième position (voir figure 1), le tout lorsque le bouchon 16 d'extrémité introduit dans le tube a été soudé cir- conférentiellement au tube 10 en position de soudage; le moyen de com- mande (moyen 62) fait fonctionner ensuite les moyens (galets 50) de trans- fert du tube afin d'éloigner le tube soudé de la position de soudage lors- que le caisson se trouve dans la deuxième position L'achèvement du sou- dage peut être signalé, par exemple, par un tour complet du moyen de ro- tation de la barre après que la source d'énergie de soudage a été enclen- chée. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réali- sation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaetront A l'homme de l'art. IDENTIFICATION DES REFERENCES NUMERIQUES UTILISEES SUR LES DESSINS LEGENDE REF N FIGURE VERIN HYDRAULIQUE 36 1 VERIN HYDRAULIQUE 36 2 VERIN HYDRAULIQUE 36 3 VERIN HYDRAULIQUE 44 1 VERIN HYDRAULIQUE 44 2 VERIN HYDRAULIQUE 44 3 SOURCE Df ENERGIE 60 1 SOURCE D'ENERGIE 60 2 -SOURCE Dv ENERGIE 60 3 MOYEN DE COMMANDE 62 1 MOYEN DE COMMANDE 62 2 MOYEN DE COMMANDE 62 3 REVENDICATIONS 1 Appareil pour faire le vide à l'intérieur du tube ( 10) for- mant gaine d'une barre de combustible nucléaire par l'intermédiaire d'une extrémité ouverte de ce tube ( 10) lorsque celui-ci se trouve dans une po- sition qui permet de souder un bouchon ( 16) à son autre extrémité, cet appareil comprenant un socle fixe ( 40), une table mobile ( 38) disposée sur ce socle ( 40), et des moyens ( 42, 44) associés à la table ( 38) pour déplacer cette dernière sur le socle ( 40), cet appareil étant caractéri- sé en ce qulun caisson ( 18) comportant un orifice généralement circulai- re ( 20) avec un joint étanche ( 22) qui peut former un contact hermétique avec l'extrrnité ouverte du tube ( 10), est articulé sur le socle ( 40) par l'intermédiaire d'un bras ( 28) au moins, de sorte que le caisson peut se déplacer par pivotement du bras ( 28) afin d'aligner coaxialement son ori- fice ( 20) sur le tube (O 10) en position de soudage; des moyens sont pré- vus pour faire pivoter ce bras ( 28) entre une première position dans la- quelle l'orifice reçoit l'extrémité ouverte du tube ( 10) et une deuxième position dans laquelle le caisson ( 18) est éloigné du tube; et le cais- son ( 18) est relié à une pompe à vide ( 26) par l'intermédiaire d'un tu- yau flexible ( 24); et en ce que des moyens sont prévus pour commander la rotation ( 28), le déplacement de la table ( 38) et le fonctionnement de la pompe à vide ( 26), le tout dans un ordre prédéterminé des opérations. 2 Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un moyen ( 46) est prévu pour mesurer le vide à l'intérieur du tube ( 10) en position de soudage lorsque le joint étanche ( 22) de l'orifice ( 20) coa- xialement aligné forme un contact hermétique avec le tube (o 10) en posi- tion de soudage. 3 Appareil suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractéri- sé en ce que le caisson ( 18 est fixé à la table ( 38) par trois bras pa- rallèles ( 28, 29) de liaison. 4 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'un des bras ( 28) comporte une rainure longitu- dinale ( 32); et en ce qu'un vérin hydraulique ( 36) de commande, fixé à la table ( 38), comporte un piston dont l'extrémité libre de la tige ( 34) est reliée à la rainure ( 32). 5 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, 2542 1-27 caractérisé en ce que la table peut être déplacée par un vérin fixe ( 44) de commande dont la tige ( 42) du piston est fixée à la table ( 38). 6 Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen ( 54) pour détecter le moment o le tube ( 10) se trouve en position correcte de' soudage; un moyen pour faire tourner le tube ( 10) en position de soudage autour de son 'axe, et un poste ( 56) de soudage comportant une électrode ( 58) de soudage placée au voisinage de l'interface commune du bouchon ( 16) d'extrémité mis en place et du tube ( 10) an position de soudage, le moyen ( 62) de commande contrôlant le moyen ( 46) indicateur de vide, le moyen de détection de la position du tube commandant les moyens ( 50) de transfert du tube, le moyen de ro- tation du tube et l'opération de soudage, le tout dans un ordre prédéter- miné des opérations 7 Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen ( 62) de commande est prévu pour commander successivement le transfert d'un tube non soudé ( 10) dans la position de soudage, le dépla- cement du caisson ( 18) dans sa première position par l'intermédiaire des bras ( 28, 29), le déplacement de la table ( 38) dans sa première position, la rotation du tube ( 10) et la formation d'un vide, le tout lorsque le moyen ( 54) de détection de la position de soudage du tube indique que le tube ( 10) se trouve en position de soudage; et pour enclencher une sour- ce ( 60) d'énergie de soudage lorsque le moyen ( 46) de détection du vide indique un niveau de vide présélectionné et, aprè soudage circonféren- tiel, déclencher cette source ( 60) d'énergie de soudage, arrêter le moyen de rotation du tube et la pompe à vide ( 26), puis amener la table ( 38) dans sa deuxième position, faire pivoter le caisson ( 18) pour l'amener dans sa deuxième position, et finalement éloigner le tube soudé (O 10) de la position de soudage.