Brevet FR2577342A1 — publié le 19860814

ELEMENT DE COMBUSTIBLE POUR UN REACTEUR NUCLEAIRE La présente invention se rapporte à un élé- ment de combustible nucléaire destiné à être utilisé dans un réacteur nucléaire, de préférence à neutrons rapides. Les éléments de combustible nucléaire uti- lisés dans les réacteurs à neutrons rapides se présen- tent généralement sous la forme d'aiguilles, qui sont ensuite rassemblées en faisceaux dans des assemblages de combustible nucléaire constituant la partie fissile du coeur du réacteur. Chaque aiguille de combustible nucléaire comprend pour l'essentiel une gaine métallique tubu- laire dans laquelle sont empilées des pastilles de ma- tériau fissile constituant le combustible proprement dit. La gaine est obturée à chacune de ses extrémités par un bouchon qui est emmanché à force à l'intérieur de la gaine puis soudé au niveau du plan de joint entre le bouchon et la gaine. En raison des tolérances inhérentes à la fa- brication des gaines tubulaires, le diamètre intérieur de celles-ci peut varier d'environ 1/100e de mm à l'intérieur d'un même lot de fabrication et d'environ 6/100e de mm pour des lots de fabrication différents. Pour tenir compte de ces tolérances, le pro- cédé de montage des bouchons actuellement utilisé con- siste à réaliser tout d'abord un appariement des bou- chons en fonction du diamètre intérieur des gaines. Cet appariement étant réalisé, les bouchons sont em- manchés dans les gaines avec une force de 80 daN envi- ron pour un serrage moyen de 2/100e de mm, avant d'être soudés. Cependant, malgré les précautions prises, il subsiste toujours des mélanges de gaines provenant de lots différents ou des pièces non conformes, ce qui oblige souvent les fabricants à terminer le bouchonna- ge manuellement à l'aide d'un marteau et à éliminer les bouchons qui ne tiennent pas dans les gaines. Il en résulte une cadence très faible et un rebut impor- tant à ce stade de la fabrication. De plus, le caractère approximatif du serra- ge entre les bouchons et la gaine conduit souvent à cn@ serrage excessif provoquant un gonflement anormal de la gaine et un arrachement de métal, souvent à l'ori- gine de défauts dans la zone soudée. Cela constitue une autre cause de rebut lorsqu'il s'agit de défauts rédhibitoires. Parmi ces défauts, on citera la défor- mation plastique de La face d'appui lors de la pause du bouchon supérieur entraînant un matage nuisible au montage du bouchon inférieur et à la qualité de sa soudure. Une déformation au niveau de la soudure du bouchon inférieur entraîne également des difficultés pour le montage des faisceaux d'aiguilles à l'inté- rieur des assemblages. En outre, un serrage excessif des bouchons dans la gaine peut conduire au flambage de celle-ci, compte tenu de la grande différence entre son diamètre et sa longueur. Une conséquence de toutes ces difficultés est qu'il n'est pratiquement pas possible avec la technique actuelle d'envisager une automatisation de la fabrication des éléments de combustible nucléaire. L'invention a précisément pour objet prin- cipal de permettre la fabrication automatique à grande cadence des éléments de combustible nucléaire. Dans ce but, il est proposé un élément de combustible nucléai- re dont les bouchons sont réalisés de façon telle que la force d'emmanchement est limitée à une valeur aussi faible que possible, afin d'éviter toute déformation tout en garantissant une bonne tenue du bouchon, sans qu'il soit nécessaire d'apparier les bouchons et les gaines et en garantissant en totalité la conformité du montage, les défauts signalés précédemment étant sup- primes. A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un élément de combustible nucléaire comprenant une gaine tubulaire de diamètre intérieur compris entre un diamètre maximum et un diamètre mini- mum, obturée à au moins une extrémité par un bouchon comportant une partie cylindrique emmanchée a force dans ladite gaine, caractérisé en ce que ladite partie cylindrique a un diamètre égal audit diamètre minimum de la gaine et comporte au moins trois stries orien- tées selon des génératrices de ladite partie cylindri- que et régulièrement espacées, lesdites stries formant des bourrelets en surplomb par rapport à ladite partie cylindrique sur une épaisseur égale à la moitié de la différence entre le diamètre maximum et Le diamètre minimum de la gaine. De préférence, seules trois stries sont réa- lisées sur la partie cylindrique du bouchon, afin que la force d'enfoncement soit réduite à une valeur très faible d'environ 15 daN. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'inven- tion en se référant aux dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une vue en perspective représentant un bouchon réalisé conformément à l'in- vention, emmanché dans une gaine dont l'extrémité est représentée en coupe longitudinale et en traits mix- tes; - la figure 2 est une section représentant à grande échelle une des stries formée sur la partie cylindrique du bouchon de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en perspective et partiellement en coupe d'un outiL permettant de réali- ser Les stries sur la partie cylindrique du bouchon de la figure 1, une pige de réglage de cet outil étant représentée en traits mixtes. Comme le montre la figure 1, le bouchon 10 selon l'invention est une pièce métallique massive, de forme cylindrique, comportant une partie cylindrique 12 de petit diamètre s'emmanchant dans l'extrémité de la gaine tubulaire 14 et une partie cylindrique 16 de grand diamètre, séparée de la partie 12 par un épaule- ment 18 qui vient en appui contre l'extrémité de la gaine 14. Comme l'illustre La figure 1, le diamètre externe de la partie 16 du bouchon est sensiblement égal au diamètre externe de la gaine 14. Conformément à l'invention, la partie cy- lindrique 12 est conçue de telle sorte qu'elle peut être emmanchée dans la gaine 14 en appliquant un ef- fort minimal d'environ 15 daN, le serrage étant obtenu par déformation élastique de la gaine, ce qui permet d'assurer le maintien du bouchon dans les meilleures conditions possibles avant La réalisation d'une soudu- re de bonne qualité sans métal d'apport. A cet effet, on voit sur la figure 1 que le diamètre externe D de la partie cylindrique 12 est légèrement inférieur au diamètre interne d de la gai- ne. Trois stries 20 réparties à 120 les unes des au- tres sont formées sur cette partie cylindrique 12 se- lon des génératrices de celles-ci. Comme l'illustre en particulier la figure 2, chacune des stries 20 forme deux bourrelets 22 dont l'épaisseur e en surplomb par rapport au diamètre nominal D de la partie cylindrique 12 est légèrement d - D supérieure (d'environ 1 centième de mm) àa- ----, de telle sorte que l'emmanchement de la partie 12 à l'in- térieur de la gaine 14 provoque une déformation élas- tique locaLe de L'intérieur de La gaine et des bourre- lets 22 suffisante pour assurer le serrage souhaité. De façon connue, l'emmanchement du bouchon 16 dans la gaine 14 est facilité par la forme biseau- tée de l'extrémité 24 de la partie cylindrique 12. Lorsque l'emmanchement est réalisé, le bou- chon 16 et la gaine 14 sont soudés en 26, sans métal d'apport, selon leur plan de joint respectif. La gaine 14 étant fabriquée par lots succes- sifs, son diamètre intérieur d peut varier de quelques centièmes de mm entre un diamètre maximum d max et un max diamètre minimum dmin. Le diamètre D de la partie cy- lindrique 12 du bouchon est choisi de préférence égal au diamètre minimum dmin et l'épaisseur e des bourre- Sets_ â2 formés par les stries 20 est égale à max min a2 min. ÀDans le cas d'une fabrication en série à partir de gaines dont le diamètre intérieur varie en- tre certaines limites connues, on peut ainsi assurer un emmanchement automatisé des bouchons dans les gai- nes pratiquement sans rebut et dans des conditions de serrage très proches du serrage idéal d'environ 1 cen- tième de mm pour lequel tous Les défauts observés avec les techniques utilisées auparavant sont supprimés. IL est à noter que le nombre de stries 20 formées sur la partie cylindrique 12 du bouchon peut être supérieur à 3. Toutefois, la force d'enfoncement du bouchon augmente rapidement avec le nombre de stries. Ainsi, alors que cette force est de 15 daN lorsque trois stries sont formées sur la partie cylin- drique 12 d'un bouchon donné, cette force passerait à daN si la partie cylindrique 12 de ce bouchon com- portait quatre stries. Sur la figure 3, on a représenté à titre d'exemple un outil permettant de former les stries sur la surface de la partie cylindrique du bouchon 10. Cet outil comprend un corps 30 pourvu d'un alésage 32 dans Lequel vient se loger la partie cylindrique du bou- chon. Trois trous 34 sont percés radialement au même niveau dans le corps 30 de l'outil et débouchent dans l'alésage 32. Ces trous 34 sont répartis à 120 les uns des autres autour de l'axe du corps 30 et reçoivent chacun une pointe d'usinage 36 qui est immo- bilisée dans le trou correspondant au moyen d'une vis 38. Le réglage de la position des pointes 36 est réa- lisé au moyen d'une pige 40 représentée en traits mixtes sur la figure 3. Cette pige 40 se centre dans l'alésage 32 et comporte à son extrémité placée en regard des pointes 36 une partie 40a dont le diamètre détermine la profondeur des stries qui seront réali- sées dans le bouchon. Lorsque le réglage est terminé, les pointes 36 sont immobilisées en serrant les vis 38. L'usinage des stries 20 sur la partie 12 du bouchon est ensuite effectué en enfonçant celui-ci dans l'alésage 32 de l'outil parallèlement à l'axe de cet alésage. Cette opération est suivie d'une finition au tour permettant d'araser les extrémités des bourre- lets 22 afin d'éliminer les bavures et de calibrer ces bourrelets à l'épaisseur e souhaitée. REVENDICATIONS 1. Elément de combustible nucléaire compre- nant une gaine tubulaire (14) de diamètre intérieur (d) compris entre un diamètre maximum (dmax) et un diamètre minimum (dm in), obturée à au moins une extré- mité par un bouchon (10) comportant une partie cylin- drique (12) emmanchée à force dans ladite gaine, ca- ractérisé en ce que ladite partie cylindrique (12) a un diamètre (D) égal audit diamètre minimum (d min) de la gaine et comporte au moins trois stries (20) orien- tées selon des génératrices de ladite partie cylindri- que et régulièrement espacées, lesdites stries formant des bourrelets (22) en surplomb par rapport à ladite partie cylindrique sur une épaisseur (e) égale à la moitié de la différence entre le diamètre maximum (dmax) et le diamètre minimum (dmin) de la gaine. 2. Element de combustible nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie cylindrique (12) du bouchon (10) comporte trois stries (20).