Brevet FR2670947A1 — publié le 19920626

DISPOSITIF DE SOUDAGE D'ELEMENTS DE STRUCTURE D'ASSEMBLAGE DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE La présente invention concerne le soudage d'éléments de structure en vue de constituer le squelette d'assemblages de combustible pour réacteurs nucléaires. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de soudage de tubes guides d'un assemblage de combustible sur des éléments de structure, tels que des grilles, répartis le long des tubes guides, comprenant : un bâti destiné à recevoir l'ensemble constitué par les tubes guides placés en position horizontale et par les éléments de structure et à les maintenir dans la disposition où ils doivent être soudés ; un ensemble de soudage comportant un chariot déplaçable horizontalement, parallèlement aux tubes guides et comportant au moins une pince de soudage qui est reliée au chariot par l'intermédiaire de moyens permettant, d'une part, de déplacer la pince parallèlement à une rangée de tubes guides, d'autre part, de la faire tourner entre une orientation dans laquelle la pince peut passer entre deux rangées adJacentes de tubes guides et une orientation dans laquelle elle enserre un tube guide à un emplacement de soudure à effectuer ; et des moyens permettant d'appliquer aux pinces des impulsions électriques de soudage. Un tel dispositif, comportant des moyens pour enserrer les grilles, est décrit dans le document FR-A-2 533 353. Le bâti est prévu pour recevoir l'ensemble des tubes guides et des éléments de structure d'un seul assemblage. Une fois cet ensemble en place, la pince ou chaque pince est déplacée transversalement à la direction des tubes guides en la maintenant dans une orientation pour laquelle elle peut passer entre deux rangées adjacentes de tubes guides, puis la pince est basculée autour de sa direction de déplacement pour l'amener en prise sur un tube guide avant d'être fermée et utilisée pour le soudage. Ce dispositif permet de constituer le squelette d'un assemblage en évitant les contraintes et les points faibles. A condition que le bâti soit conçu de façon que les ensembles successivement mis en place occupent une position définie de façon précise et exactement reproductible, les opérations de soudage peuvent être effectuées en amenant la pince toujours aux mêmes emplacements préprogrammés. Ce dispositif connu présente cependant l'inconvénient d'obliger à interrompre les opérations de soudage pendant la mise en place des éléments de structure d'un nouveau squelette et d'immobiliser alors en pure perte l'équipement de soudage proprement dit. Or les opérations de montage, de calage et d'indexage des éléments de structure et des tubes guides prennent un temps notable si elles sont effectuées directement sur le bâti. Si on effectue le montage des composants d'un squelette dans un carcan, à proximité du dispositif, puis qu'on transfère l'ensemble des tubes guides et des éléments de structure pré-assemblés sur le bâti, les manutentions nécessaires et le manque de rigidité du carcan nuisent à la précision des opérations de soudage. La présente invention vise à fournir un dispositif de soudage permettant de réduire considérablement les durées entre interventions de l'ensemble de soudage, et ce sans nuire à la précision des opérations et à la qualité du squelette obtenu. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif du type ci-dessus défini, caractérisé en ce qu'il comporte deux bâtis placés parallèlement et côte à côte et en ce que lesdits moyens appartiennent à un robot ayant un nombre de degrés de liberté suffisant pour permettre à la pince d'intervenir sur des éléments de structure placés sur l'un et l'autre des bâtis, en alternance. Grâce à cette disposition, les opérations de montage, de calage et d' indexage des composants du squelette sont effectuées en temps masqué et l'ensemble de soudage, qui représente la majeure partie de l'investissement nécessité pour le dispositif, est utilisé de façon quasi permanente. Dans un mode avantageux de réalisation de l'invention, les moyens comprennent un support déplaçable horizontalement par rapport au chariot, transversalement par rapport à la direction de déplacement de ce dernier ; un bras déplaçable verticalement par rapport au support ; et un poignet orientable autour d'un axe horizontal parallèle à la direction de déplacement du chariot pour permettre d'orienter la pince qu'il porte parallèlement aux rangées de tubes, la coopération des déplacements du bras vertical et du support autorisant, pour une orientation convenable du poignet, le passage de la pince entre deux rangées adjacentes de tubes et le transfert de la pince d'une rangée à la suivante. L'invention vise également à fournir un dispositif permettant d'atteindre la même précision de soudage que le dispositif suivant l'art antérieur mentionné plus haut, avec une plus grande rapidité d'exécution. L'invention propose également une constitution avantageuse, bien que non impérative, suivant laquelle le poignet comporte un palpeur de localisation latérale de cadres enserrant les éléments de structure, ce palpeur étant en saillie sur le poignet et à une distance angulaire déterminée, généralement de 1800, de la pince. Le palpeur de localisation latérale permet de repérer exactement l'emplacement occupé par le cadre et donc l'élément de structure et de corriger en conséquence les emplacements à donner à la pince de soudage pour chacune des soudures à effectuer. A condition que le bras déplaçable verticalement soit orientable autour d'un axe vertical, le palpeur peut être également utilisé pour localiser de façon précise les cadres et donc les éléments de structure dans le sens des tubes guides et pour autoriser le calcul des corrections nécessaires pour un positionnement précis de la pince de soudage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe montrant un dispositif suivant l'invention démuni des bâtis de réception de squelettes - la figure 2 montre un dispositif conforme au schéma de la figure 1, vu dans la direction de la flèche F, comportant deux bâtis dont un est occupé par les composants d'un squelette à souder - la figure 3 est une vue de détail à grande échelle, dans la direction de la flèche F, montrant la constitution du poignet du robot ;; - la figure 4 montre la disposition des tubes guides à souder dans un squelette particulier, qu'on peut considérer comme représentatif, et porte des repères permettant de définir une séquence particulière de soudage. Le dispositif qui sera maintenant décrit, à titre d'exemple particulier de réalisation, est destiné à souder les tubes guides d'un assemblage de combustible sur des grilles munies à cet effet de languettes, suivant une disposition classique qui est par exemple celle décrite dans le document FR-A-2 049 108. Le dispositif montré en figures 1 et 2 peut être considéré comme comportant un banc de montage et un robot de soudage déplaçable sur le banc. Le banc de montage est constitué par une ossature métallique pouvant être recouverte latéralement par des panneaux de protection, constitués de longerons et de montants, formant portique et portant deux poutres 10 horizontales de circulation d'un chariot porte-robot 12. Le banc délimite deux zones de travail parallèles (figure 2), de longueur au moins égale à celle d'un squelette à souder, disposées côte à côte. Dans chacune des zones est placé un bâti 14 permettant d'y pré-assembler un squelette. Chaque bâti 14 peut comporter une table 16 mécano-soudée et un marbre 18. Le banc montré sur la figure 2 comporte encore des rails 22 disposés transversalement aux poutres 10 et permettant de faire circuler une cage 24 entre la position où elle est représentée en figure 2, où elle se trouve en face de l'un des bâtis 14, et une autre position, où elle se trouve face à l'autre bâti 14. Cette cage est munie de rails longitudinaux de circulation d'un chariot 25 de positionnement de mandrins expansibles destinés à être insérés dans les tubes guides aux emplacements de soudage afin d'éviter la déformation de ces tubes. Ces mandrins peuvent avoir la constitution déjà décrite dans le document FR-A-2 533 353 et être guidés par des cadres fixes à la cage (non représentés). Le marbre 18, qui s'étend sur toute la longueur du bâti 14, est prévu pour recevoir, en des emplacements ajustables, des cadres 20 de positionnement précis des grilles du squelette à souder. Ces cadres 20, munis de moyens permettant de les ouvrir pour insérer une grille et de les refermer, peuvent avoir une constitution connue. Dans le cas illustré, ces cadres, destinés à recevoir les grilles d'un squelette où les crayons de combustible sont répartis suivant un réseau carré, ont leurs diagonales orientées horizontalement et verticalement. Ainsi les rangées de tubes guides, tels que le tube 28 montré en figure 3, sont disposées selon des rangées ayant des orientations u et v inclinées à 450 sur l'horizontale. Deux faces latérales adjacentes au moins de chaque cadre présentent des zones de référence 30 et 32 dont le rôle apparaîtra plus loin. Le chariot porte-robot 12 occupe toute la largeur du banc d'assemblage et porte des rails transversaux 34 de circulation d'une caisse-support 36 contenant les mécanismes de commande du déplacement de la caisse-support le long des rails 34 et d'un bras vertical 38 par rapport à la caisse. On dispose ainsi de moyens permettant de déplacer le bras 38 suivant trois directions orthogonales x (direction des poutres 10), y (direction des rails 34) et z (direction verticale). La caisse-support 36 peut contenir également le transformateur de soudage. Le bras 38 est équipé, dans le mode de réalisation qui sera maintenant considéré à titre d'exemple, de moyens permettant de le faire tourner autour de la direction z, comme indiqué en A sur les figures 1 et 3. L'extrémité inférieure du bras 38 porte un poignet 40 orientable, comme indiqué par les flèches B, autour d'un axe horizontal lié au bras. Le poignet 40 porte à son tour un mors 42 de fixation du coffret 44 de la pince de soudage 46. Ce mors est orientable autour d'un axe orthogonal à l'axe d'orientation du poignet, comme indiqué par les flèches C. Le coffret est muni des moyens habituels d'alimentation en énergie électrique et pneumatique, constitués par des câbles.On constate que la pince présente ainsi six degrés de liberté, ce qui lui permet d'intervenir dans toute la zone de travail requise et de donner à la pince l'orientation requise pour la faire passer entre des rangées adjacentes de tubes guides et enserrer un tube guide là où une soudure est à effectuer. Dans le mode avantageux de réalisation montré sur la figure 3, le poignet 40 est muni d'un palpeur de localisation 50 placé à l'opposé de la pince de soudage 46. En disposant le bras suivant la direction u (comme illustré en tirets sur la figure 3) ou v, on peut, par commande du déplacement de la caisse-support 36 et pour une position appropriée du chariot 12, amener le palpeur en contact avec la zone de référence 30 ou 32. Il est également possible de prévoir une zone de référence 52, ou plusieurs, sur les faces des cadres orientés dans le plan y-z, afin de disposer également de références longitudinales. Le palpeur peut incorporer un interrupteur pour fournir des signaux électriques indiquant la position de chaque cadre dans le sens transversal et son orientation.On peut ainsi obtenir une référence de position des organes du robot et calculer les positions exactes des points de soudure à effectuer, par correction d'emplacements pré-programmés. En d'autres termes, le robot peut être indexé automatiquement sur chaque grille à souder, d'où une précision possible de l'ordre du dixième de millimètre en n'utilisant que des composants commercialement disponibles. Il faut au surplus remarquer que l'utilisation d'un robot muni d'un calculateur de commande et de mémoire programmées pour correspondre à différents squelettes autorise le soudage de squelettes de différents types sur le même banc. La séquence de fonctionnement du dispositif peut alors être la suivante, une fois un squelette mis en place sur un bâti 14 et une fois que les mandrins ont été introduits dans les tubes guides et placés au droit de la grille à souder. Le chariot 12 est déplacé selon la direction x pour le placer au droit de la grille à souder. Le robot est actionné pour amener le palpeur 50 contre la zone de référence 30 et déterminer une référence d'étalonnage suivant la direction v. Puis, par déplacement du robot, le palpeur est amené en contact avec la zone de référence 32, ce qui permet d'effectuer un étalonnage suivant la direction u. Le bras 38 est tourné de 900 autour de l'axe z et le palpeur est amené en contact avec la référence 52 par déplacement du chariot pour relever la position du cadre 20 le long de l'axe x.Ces relevés fournissent les données de correction pour le programme de soudage qui peut alors être exécuté, par exemple de la façon suivante (les références indiquées étant celles de la figure 4) - en vue d'une première séquence de soudage, la pince 46 est placée, à l'aide du mandrin 42, dans une première orientation d'introduction dans le réseau de tubes guides, par exemple selon la direction u, comme indiqué sur la figure 4.Puis - les mécanismes de déplacement de la caissesupport 36 et du bras 38 sont actionnés de façon à amener la pince 46 à la hauteur du premier tube guide à souder, c'est-à-dire au droit du tube guide situé en D1 sur la figure 4, dans une orientation qui est orthogonale à celle montrée en figure 4, - la pince est basculée de 1200 vers la gauche, ce qui amène les électrodes des pinces à encadrer des languettes prolongeant les plaquettes de grille et appliquer sur le tube guide à souder, - les électrodes de la pince 46 sont fermées pour les amener au contact des languettes, - un générateur d'impulsions, non représenté, est actionné et fournit des impulsions de courant pour souder le tube guide placé en DI le long de deux génératrices, - la pince 46 est basculée en arrière de 1200 pour la ramener dans sa position d'introduction, - la pince 46 est déplacée de façon à la faire avancer d'un pas vers le tube guide suivant, placé en El et les opérations de soudage sont répétées. On traite ainsi successivement les tubes guides placés en D1, El, F2. La séquence est complétée de façon à traiter la moitié des tubes guides, par exemple suivant le trajet indiqué par des flèches sur la figure 4 et qui est celui déjà exposé dans le document FR-A-2 533 353 auquel on pourra se reporter. On effectue ensuite trois autres séquences de soudage, après avoir amené la pince dans des positions par rapport au squelette qui sont différentes. Les figures 2 et 3 montrent, à titre d'exemples, des positions données à la pince à cet effet. REVENDICATIONS 1. Dispositif de soudage de tubes guides d'un assemblage de combustible sur des éléments de structure, tels que des grilles, répartis le long des tubes guides, comprenant : un bâti (14) destiné à recevoir horizontalement l'ensemble constitué par les tubes guides et les éléments de structure et à les maintenir dans la disposition où ils doivent être soudés ; un ensemble de soudage comportant un chariot (12) déplaçable parallèlement aux tubes guides et comportant au moins une pince de soudage (44) qui est reliée au chariot par l'intermédiaire de moyens permettant, d'une part, de la déplacer parallèlement à une rangée de tubes guides, d'autre part, de la faire tourner entre une orientation dans laquelle la pince peut passer entre deux rangées adjacentes de tubes guides et une orientation dans laquelle elle vient enserrer un tube à l'emplacement de soudure à effectuer ; et des moyens permettant d'appliquer à la pince des impulsions électriques de soudage, caractérisé en ce que le dispositif comporte deux bâtis (14) placés parallèlement et côte à côte et en ce que lesdits moyens appartiennent à un robot ayant un nombre de degrés de liberté suffisant pour permettre à la pince d'intervenir sur des éléments de structure placés sur l'un et l'autre des bâtis (14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent : une caisse support (36) déplaçable horizontalement par rapport au chariot, transversalement à la direction de déplacement du chariot ; un bras (38) déplaçable verticalement par rapport à la caisse-support (36) ; et un poignet (40) orientable autour d'un axe horizontal parallèle à la direction de déplacement du chariot pour permettre d'orienter la pince qu'il porte parallèlement aux rangées de tubes. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le poignet comporte un palpeur (50) de localisation latérale de supports des éléments de structure, présentant une position angulaire prédéterminée par rapport à la pince. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le palpeur (50) est placé à l'opposé de la pince (46) par rapport à l'axe de rotation du poignet (40). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le bras (38) est orientable autour d'un axe vertical pour permettre au palpeur (50) de localiser les supports des éléments de structure dans la direction des tubes guides. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le poignet (40) porte la pince (46) par l'intermédiaire d'un mandrin (42) d'orientation de la pince entre la position où elle peut passer entre deux rangées adjacentes de tubes guides et l'orientation dans laquelle elle vient enserrer un tube guide.