Brevet FR2550650A1 — publié le 19850215

Procédé et dispositif de montage et de fixation de grilles d'assemblage de combustible nucléaire L'invention concerne un procédé et un dispositif de montage et de fixation, par soudage électrique, de la grille terminale d'un assemblage de combustible nucléaire sur des manchons faisant partie de la liaison entre tube guide et pièce d'extrémité d'un tel assemblage. On sait que les assemblages de combustible pour réacteur nucléaire refroidi à l'eau comportent en général deux pièces d'extrémité reliées par des tubes guides destinés à recevoir des crayons faisant partie de barres de contre et comportent des crayons de combustible nucléaire retenus suivant un réseau régulier par des grilles réparties le long de l'assemblage et fixées aux tubes guides. L'une des difficultés rencontrées lors de la fabrication d'un assemblage combustible de ce type est constituée par la réalisation des liaisons entre les constituants constitués de matériaux non compatibles du point de vue métallurgique et, en particulier, difficiles à souder l'un à l'autre.L'invention s'attache en particulier au problème de la fixation des tubes guides, généralement en alliage de zirconium choisi pour ses bonnes'qualités de de transparence aux neutrons, aux grilles de supportage des crayons et aux pièces d'extrémité inférieure et supérieure. Grilles et pièces d'extrémité sont en effet généralement en acier. Pour résoudre le problème de la liaison entre tubes guides et grilles, on utilise des pièces intermédiaires, appelées manchons, en acier inoxydable pour pouvoir être fixées par soudage aux grilles en un alliage compatible, tel que l'alliage dénommé "INCONEL" (brevet FR 2 049 108). Cette approche permet de faire disparaître le problème de la liaison des grilles autres que les grilles terminales dans la direction axiale de l'assemblage. En effet, on peut procéder de la façon suivante : le manchon tubulaire est soudé à la grille. Les manchons sont positionnés de façon précise sur un banc de squelettage puis les tubes guides sont insérés et soudés. Mais le problème subsiste en ce qui concerne la fixation de celle des grilles terminales qui est adjacente à une pièce d'extrémité démontable de façon à permettre d'enfiler les crayons de combustible dans les alvéoles des grilles. Dans l'assemblage décrit dans le brevet FR 2 049 108 par exemple, les crayons de combustible sont insérés par l'extrémité inférieure de l'assemblage démunie de sa pièce d'extrémité, puis cette dernière est mise en place et fixée eux tubes guides par des moyens amovibles, par exemple par des bouchons terminaux filetés qui se vissent dans le pied des tubes guides. Tout écart entre la position théorique des tubes guides, correspondant aux trous ménagés dans la pièce d'extrémité, et leur position réelle, provoque des difficultés de montage et de fixation de la pièce terminale.Toute erreur de positionnement et toute déformation "figée" par le soudage présente donc des inconvénients graves. De plus, la nécessité de souder le manchon aux plaquettes de grille selon une génératrice, c'est-à-dire selon une ligne, alors que le soudage électrique se prête surtout à des fixations suivant des surfaces, représente une difficulté supplémentaire qui ne peut être levée que par un positionnement très précis des électrodes de soudage. L'invention vise à fournir un procédé et un dispositif répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'ils garantissent un positionnement et un maintien précis de l'ensemble constitué par une pièce d'extrémité, la grille terminale adjacente et les manchons destinés à être soudés à la grille, afin que lors de l'opération de soudage entre grille et manchon n'intervienne aucune déformation et aucun désalignement du tube guide qui seraient figés par le soudage. L'invention propose dans ce but un procédé de montage et de fixation par soudage d'une grille terminale d'assemblage de combustible nucléaire et de manchons de réception de tubes guides destinés à être fixés de façon amovible en des points prédéterminés de la pièce d'extrémité de l'assemblage proche de ladite grille terminale, caractérisé en ce qu'on bloque la pièce d'extrémité contre des surfaces de référence dans un châssis; on positionne la grille par rapport à la pièce d'extrémité dans le châssis, en directions longitudinale et transversale, et on bloque la grille à l'aide de moyens de verrouillage désarmables, on introduit les manchons dans la pièce d'extrémité à travers la grille et on les immobilise par rapport à la pièce d'extrémité à l'aide de moyens démontables, et on soude les manchons à travers un masque fixant les points de soudage. L'invention propose également un dispositif de montage et de fixation par soudage de grilles terminales d'assemblage de combustible nucléaire à des manchons de réception de tubes guides longitudinaux, caractérisé en ce qu'il comprend un châssis ayant des surfaces de référence dans les directions longitudinale et transversale et des moyens destinés à maintenir la pièce d'extrémité appliquée contre les surfaces de référence et ayant également des organes escamotables pour livrer passage à la pièce d'extrémité, définissant des plans d'appui longitudinaux et transversaux pour la grille ; et un guide amovible destiné à imposer à une tête de soudage une orientation déterminée pour chaque opération de soudage sur la grille d'un manchon introduit à travers la grille et retenu par rapport à la pièce d'extrémité par des moyens démontables. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 montre la liaison entre un tube guide, la pièce d'extrémité inférieure de l'assemblage combustible et la grille terminale inférieure, en coupe suivant un plan passant par l'axe du tube guide;; - la Figure 1A, similaire à la Figure 1, montre à grande échelle et avec davantage de détails la liaison entre la grille de la Figure 1 et le manchon - la Figure 2 montre, en vue de dessus, un fragment de la grille inférieure de l'assemblage de combustible comportant des tubes guides reliés par manchon - les Figures 3A et 3B montrent, respectivement de côté et de face, un poste de travail destiné au montage et au soudage d'une grille inférieure sur les manchons qui la traversent, par un procédé suivant l'invention; - la Figure 4 est un schéma de principe, en plan, montrant la coopération des surfaces de référence pour la grille et des moyens d'application de la grille sur ces surfaces ;; - la Figure 5 est une vue, en élévation et en coupe partielle suivant la ligne V-V des Figures 5 et 7 - la Figure 6 montre le chassis de -la Figure 5, en élévation et en coupe partielle suivant la ligne VI-VI des Figures et 7 - la Figure 7 est une vue de dessus du châssis équipé d'un masque de soudage - la Figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne VIII-VIII des Figures 5.et 7 - la Figure 9 est une vue de dessus d'un masque substituable à celui représenté en Figure 7 ; - la Figure 10 est une vue en coupe suivant la ligne X-X de la Figure 9 ; - la Figure 11 est une vue d'un ensemble de soudage utilisable au poste de travail montré en Figures 3A et 3B, en coupe partielle suivant un plan passant par l'axe ;; - les Figures 11A, 1iB et 11C sont des coupes suivant les lignes A-A, B-B et C-C de la Figure 11. Le mode particulier d'exécution de l'invention qui sera décrit est utilisable pour fixer la grille terminale inférieure d'un assemblage de combustible du type décrit dans le brevet FR 2 049 108 aux manchons de réception de tubes guides, manchons qui sont ultérieurement fixés de façon amovible à la pièce d'extrémité inférieure pour retenir les crayons de combustible. La Figure 1 montre la liaison entre un des tubes guides 1, en alliage de zirconium généralement, et la pièce d'extrémité inférieure 5 de l'assemblage, qu'on désignera par la suite par le terme usuel "embout inférieur". A l'extrémité basse du tube guide 1 est fixé de façon permanente, par sertissage ou soudage, un bouchon 2 percé d'un trou taraudé 3 de réception d'une vis 4 prenant appui sur l'embout 5. Cette vis 4 est rendue imperdable, par exemple par une goupille transversale soudée ou par déformation d'unecollerette prolongeant la tête de la vis. La liaison entre tube guide 1 et grille terminale 7 est assurée par un manchon 6 en forme de capuchon, en un métal ou alliage compatible avec celui de la grille inférieure 7 à laquelle il est soudé en des points indiqués en 8 et 9. Le manchon 6 comporte un rebord interne 10 qui est pincé, lors du serrage de la vis 4, entre le bouchon 2 et l'embout 5. La répartition des tubes guides 1 dans une fraction de la grille 7 apparaît en Figure 2. Cette grille est composée de plaquettes croisées 7a et 7b qui définissent des alvéoles dont certains seulement reçoivent des tubes guides. Les plaquettes sont découpées pour constituer des bossettes 12 et des languettes formant ressorts de pression 13, destinés à supporter les crayons de combustible (non représentés). La répartition des bossettes 12 et des ressorts 13 varie d'un alvéole à l'autre pour tenir compte de la distribution des tubes guides 1. La Figure 1A montre que cette implantation irrégulière des ressorts 13 et des bossettes 12 conduit à prévoir des points de soudure 8 et 9 situés à des niveaux différents. On voit sur la Figure lA qu'un tube guide i sera soudé à une plaquette 7b munie de bossettes 12 au droit du tube en un point 8 situé à peu près au milieu de la plaquette. Au contraire, le tube guide est fixé à une plaquette 7b munie d'un ressort 13 par un point de soudure 9 proche du bord de la plaquette pour être dans une zone non estampée de la plaquette. Le poste de travail destiné à mettre en oeuvre l'invention montré en Figure 3A et 3B comporte un bâti 20 mécanosoudé portant un caisson d'alimentation électrique 21, une table de travail 22 destinée à recevoir un châssis de montage 23 et une console 24 qui porte un ensemble de soudage 29 par l'intermédiaire d'un mécanisme de déplacement suivant trois axes. Sur le poste de travail représenté, ce mécanisme comporte deux colonnes transversales 25 fixées à la console, sur lesquelles se déplace un chariot 26 muni de colonnes longitudinales 27. Un second chariot 28, portant un ensemble de soudage 29 mobile verticalement, se déplace sur les colonnes 27. Les chariots sont avantageusement équipés de douilles à bille de précision pour réduire les frottements. Les déplacements peuvent être commandés par des motoréducteurs électriques classiques, non représentés. Le schéma de principe de la Figure 4 et les vues des Fig res 5 à 7 montrent que le châssis de montage 23 permet de retenir l'embout, la grille terminale et les manchons dans une position relative déterminée au cours des opérations de soudage. Les éléments du châssis 23 destinés à coopérer avec l'embout 5 comportent des surfaces de référence transversales et une surface de référence longitudinale matérialisée par des plaques d'appui 31, le maintien contre les surfaces de référence étant assuré, dans le sens transversal par des vis de pression 44, dans le sens longitudinal-, par une vis centrale 39 (Figure 6). Les éléments coopérant avec la grille terminale 7 comportent des surfaces d'appui transversales, matérialisées par un support 47, et une surface d'appui longitudinale matérialisée par trois brides 51 basculant sur le support 47 et deux autres supports 43 et 48 autour d'axes 52. Le maintien en appui de la grille est assuré, dans le sens transversal, par des vis 49 et 50 traversant les supports 43 et 48, dans le sens longitudinal par des organes 45, escamotables par glissement vers l'extérieur du châssis afin de livrer passage à l'embout. De façon plus précise, on voit sur la Figure 5 que le châssis comprend une plaque de base 30, solidarisée de la table de travail 22, sur laquelle sont fixées les plaques d'appui 31. Suivant les dimensions de l'embout 5, ce dernier porte directement sur les plaques d'appui 31 (à gauche sur la Figure 5) ou des cales 32 sont interposées ( droite sur la Figure 5). Un ensemble support 34 fixé à la plaque 30 et en forme de potence comporte une plaque supérieure 35 percée de trous 36 de réception de vis 37 de centrage et de fixation temporaire des manchons 6 sur l'embout 5. Deux vis seulement sont montrées sur la Figure 5, à des niveaux différents correspondant à des dimensions différentes d'em bout. La plaque supérieure 35 est également percée d'un trou central taraudé 38 (Figure 6) destiné à recevoir la vis 39 de maintien longitudinal de l'embout sur l'ensemble support 34. Ce montage est possible car le trou central de l'embout, destiné à livrer passage à l'instrumentation sur l'assemblage complet. ne reçoit pas de manchon. A la plaque de base 30 sont également fixés de façon rigide trois montants 40, 41 et 42 solidarisant du châssis les supports 43, 47 et 48 respectivement. Les organes escamotables 45 traversent des couloirs ménagés dans les montants. Des jeux vis-écrou de blocage 46 permettent de les tirer vers le haut dans les montants pour que leurs plots de contact 55 plaquent la grille 7 en appui contre les brides 51 (Figures 5 et 8). Ces brides 51 sont également munies de vis 53 permettant de les maintenir appliquées contre les supports et de constituer une surface de référence haute. Le châssis 23 est prévu pour recevoir également des guides amovibles facilitant l'opération de soudage et évitant les erreurs. La Figure 7 montre un premier guide constitué par un masque 56 dans lequel sont découpées des ouvertures 58 de positionnement de la tête de soudage qui sera décrite plus loin. Le masque 56 est muni d'une tige soudée 59 à renflement terminale permettant de saisir le masque, de le placer sur la face supérieure de la grille 7 et de l'enlever. Les ouvertures 58 pratiquées dans le masque servent de détrompeur pour effectuer les points de soudure 8 à l'aide de l'ensemble de soudage 29 représenté en traits mixtes sur la Figure 6. Un autre masque 57, muni sur sa face inférieure d'entretoises de calage 60 (Figures 9 et 10), permet d'effectuer les points de soudure 9 ; l'ensemble des deux masques permet donc d'effectuer les soudures 8 et 9 alors que la tête de soudage est alignée avec le manchon et à l'altitude appropriée. L'ensemble de soudage 29 montré en Figures 11 11A, 11B et 11C comprend un carter 61 déplaçable verticalement dans le chariot 28. Ce carter porte, par un palier à roulements 62, un équipage rotatif. L'équipage rotatif comporte un fourreau 63 qui tourne dans le palier 62 et qui est raccordé à une bride haute 64 portant un vérin pneumatique 65 et à une bride basse 66 de liaison avec un fourreau 67. La partie basse du fourreau 67 est évasée pour recevoir les éléments d'alimentation électrique, de refroidissement des électrodes 75 et 76 et de basculement de l'électrode mobile 75. L'électrode mobile 75 est reliée par un porte-électrode 74 à une équerre 72 articulée sur un axe 73 porté par le fourreau 67.L'extrémité de l'équerre est emprisonnée dans un plongeur 69 lié à une tige 68 solidaire du piston du vérin pneumatique 65 porté par la bride 64. L'électrode centrale 76 est fixée au fourreau et a une dimension telle qu'elle pénètre à frottement doux dans le capuchon 6 à souder. Lorsque le vérin 65 est au repos, l'électrode 75 est dans une position telle qu'elle se trouve au milieu de l'alvéole voisin de celui occupé par le manchon à souder lorsque l'électrode 76 est insérée dans le manchon. Une vis de butée 71 prévue dans le fourreau limite le déplacement du plongeur 69 à une valeur correspondant à la venue de l'électrode mobile 75 au contact de-la plaquette à souder au manchon. Comme on l'a déjà indiqué, et comme on le voit sur les Figures 11B et 11C, la partie basse du fourreau 67 contient les circuits de refroidissement 77 des électrodes 75 et 76 et leur alimentation électrique 78. Des détecteurs sont prévus pour n'autoriser l'alimentation des électrodes que lorsqu'elles se trouvent dans la position appropriée. Un premier détecteur 79, relié a un microcontact non représenté, est prévu pour n'autoriser la soudure que lorsque les électrodes sont au niveau approprié. Ce détecteur 79 est placé pour venir en appui sur le masque 56 ou 57 lors de la descente de l'ensemble de soudage 29 et pour actionner le microcontact lorsqu'il arrive en bout de course, contre l'action de rappel exercée par un ressort 80. Un frein peut hêtre prévu sur l'ensemble de soudage 29 pour le maintenir au niveau correspondant à la mise en action du détecteur de proximité 79. Le second détecteur (Figure 11A) est prévu pour n'autoriser la soudure que lorsque l'électrode mobile est dans une position angulaire correcte. Il comprend une bille 81 dépla çable radialement dans le carter 61, commandant un microcontact non représenté et qu'un ressort de rappel 82 maintient au contact du fourreau 63. Ce fourreau 63 comporte, sur sa surface extérieure, quatre encoches 83 disposées à 900, dans lesquelles peut pénétrer la bille 81 pour assurer un verrouillage élastique du fourreau 67 et de la tête de soudage et l'autorisation de soudage. Le procédé mis en oeuvre dans le dispositif qui vient d'être décrit peut notamment comporter les séquences suivantes, l'ensemble de montage 23 étant initialement vide et l'ensemble de soudage 29 étant situé à gauche de l'opérateur sur la Figure 3B. Les vis de pression 44 et 49 sont rétractées, les organes escamotables 45 sont rétractés et les brides 51 sont ouvertes. On commence par placer l'embout à la hauteur convenable sur le support 30, éventuellement en interposant des cales 32. Puis on bloque l'embout 5 latéralement à l'aide des vis 44 et verticalement à l'aide de la vis centrale 39. Les organes escamotables 45 sont alors avancés pour recevoir la grille 7, qui est amenée en appui latéral à l'aide des vis 49 et 50. Les brides 51 sont rabattues et bloquées à l'aide de leur vis 53. Par action sur les vis 46 des organes escamotables 45, la grille est remontée pour la mettre en appui sur la surface de référence constituée par les faces inférieures 54 des brides 51. On peut alors introduire les manchons 6 dans les alvéoles de la grille 7 destinés à les recevoir, puis les fixer à la plaque 35 à l'aide des vis de retenue provisoire 37. L'opérateur pose ensuite le masque 56 sur la grille, puis déplace l'ensemble de soudage 29 suivant les trois axes et fait tourner le fourreau 67 de façon à engager les électrodes dans les ouvertures du masque. Lorsque la tête de soudage est dans l'orientation convenable, il peut amener le détecteur 79 au contact du masque et exécuter une soudure 8 en actionnant le vérin 65, puis en alimentant les électrodes. L'opération est répétée pour l'ensemble des soudures 8 sur les tubes guides. L'opérateur remplace ensuite le masque 56 par le masque 57 et effectue les soudures 9 de la même façon que précédemment. REVENDICATIONS 1. Procédé de montage et de fixation par soudage d'une grille terminale (7) d'assemblage de combustible nucléaire et de manchons (6) de réception de tubes guides destinés à être fixés de façon amovible en des points prédéterminés de la pièce d'extrémité (5) de l'assemblage proche de la grille terminale, caractérisé en ce qu'on bloque la pièce d'extrémité j5) contre des surfaces de référence dans un châssis (23), on positionne la grille (7) par rapport à la pièce d'extrémité dans le chassis, en directions longitudinale et transversale, et on bloque la grille à l'aide de moyens de verrouillage désarmables ; on introduit les manchons dans la pièce d'extrémité à travers la grille ; on les immobilise par rapport à la pièce d'extrémité à l'aide de moyens démontables (37) ; et on soude les manchons à travers un masque (56, 57) fixant les points de soudage. 2. Dispositif de montage et de fixation par soudage de grilles terminales (7) d'assemblage de combustible nucléaire à des manchons de réception de tubes guides longitudinaux, caractérisé en ce qu'il comprend un châssis (23) ayant des surfaces de référence dans les directions longitudinale et transversale et des moyens (39,44) destinés à maintenir la pièce d'extrémité appliquée contre les surfaces de référence et ayant également des organes escamotables (51) pour livrer passage à la pièce d'extrémité, définissant des plans d'appui longitudinaux et transversaux pour la grille et un guide amovible (56, 57) destiné à imposer à une tête de soudage une orientation déterminée pour chaque opération de soudage sur la grille d'un manchon introduit à travers la grille et retenu par rapport à la pièce d'extrémité par des moyens démontables (37). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de référence longitudinale pour la pièce d'extrémité est constituée par une plaque d'appui (31) pouvant recevoir des cales (32) d'adaptation à chaque pièce d'extrémité particulière. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens destinés à maintenir la pièce d'extrémité appliquée contre la surface de référence longitudinale sont constitués par une vis (39) traversant un trou ménagé au centre de la pièce d'extrémité et d-estiné à se visser dans un trou taraudé du châssis. 5. Dispositif selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les organes escamotables définissant un plan d'appui longitudinal pour la grille (7) sont constitués par des brides basculantes (51) tournant autour d'axes solidaires de la partie haute du châssis. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens destinés à maintenir la pièce d'extrémité appliquée contre la surface de référence longitudinale sont constitués par des organes (45) coulissant dans le châssis, destinés à prendre appui contre la face inférieure de la grille, munis de vis (46) permettant de les reIever et de verrouiller la grille contre les brides basculantes. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le guide amovible est constitué par un masque en forme de plaque, destiné à être posé sur la grille, comportant des ouvertures imposant à la tête de soudage une position longitudinale et une orientation déterminée lors du soudage.