Brevet FR2675291A1 — publié le 19921016

PROCEDE DE MARQUAGE PAR LASER D'UN TUBE EN ZIRCALOY Description La présente invention concerne un procédé de marquage par laser d'un tube en zircaloy appliqué notamment à l'inscription de références d'identification sur des tubes aptes à contenir des crayons de combustible nucléaire. On connait différentes techniques d'identification de tubes aptes à contenir des crayons de combustibles nucléaires. Parmi celles-ci, l'identification à l'aide d'un code à barres est particulièrement adaptée. Comme cela est décrit par exemple dans la demande de brevet européen n A-O 325 914, le code à barres est inscrit sur le tube à marquer par une gravure effectuée par un faisceau laser. La gravure est réalisée dans une enceinte contenant un mélange d'argon, dans une proportion allant de 45 à 85 %, et d'oxygène, dans une proportion allant de 15 à 55 %. Or, la gravure par laser sous atmosphère contrôlée est difficile à mettre en oeuvre puisqu'elle nécessite différentes manipulations délicates pour introduire ou pour extraire les tubes de l'enceinte. Il faut de plus contrôler en permanence le mélange gazeux dans l'enceinte. Un but de la présente invention est de simplifier le marquage du tube et d'en permettre une réalisation rapide. Un autre but de la présente invention est la réalisation d'un marquage qui soit compatible avec les conditions d'utilisation des crayons combustibles en réacteur, à savoir : pas de pollution anormale de la surface marquée du tube, épaisseur affectée du tube limitée à environ 10 micromètres, pas d'incidence sur la tenue à la corrosion des crayons en réacteur. D'autre part, un marquage réalisé conformément à l'invention reste lisible par un lecteur de code à barres, même après un traitement de décontamination (éventuellement un bain à l'acide nitrique) alors que des marquages réalisés dans les conditions de la demande de brevet précitée nO A-O 325 914 se sont avérés illisibles à l'aide d'un lecteur de code à barres à balayage par faisceau laser après ce type de traitement. De manière p lus précise, la présente invention concerne un procédé de marquage par laser d'un tube -en zircaloy consistant à graver un code à barres d'identification sur au moins une partie de la circonférence du tube par une opération de gravure par faisceau laser effectuée à l'air libre. De manière avantageuse, le code à barres d'identification est gravé sur toute la circonférence du tube. De cette manière, la lecture du code à barres ne risque pas d'être perturbée par la présentation au lecteur d'une partie du tube non marquée. Avantageusement, la gravure est effectuée par balayage et modulation d'un faisceau laser ayant une longueur d'onde de 1,06 , ce faisceau étant constitué d'impulsions ayant chacune une durée comprise dans une gamme allant de 250 à 350 nanosecondes, la fréquence de répétition des impulsions étant comprise dans une gamme allant de 12 à 16 kHz, ce faisceau laser ayant une surface d'interaction de l'ordre de 2.10-3 mm2, le tube étant entrainé en rotation sur lui-même à une vitesse de rotation comprise dans une gamme allant de 280 à 300 tr/mn. De manière préférée, la gravure est effectuée par un faisceau laser ayant une longueur d'onde de 1,06 micromètre, ce faisceau étant constitué d'impulsions ayant chacune une durée sensiblement égale à 300 nanosecondes, la fréquence de répétition des impulsions étant sensiblement égale à 15 kHz, ce faisceau laser ayant une surface d'interaction avec le tube sensiblement égale à 2.10-3 mm2, le tube é-tant entraîné en rotation sur lui-même à une vitesse de rotation comprise dans une gamme allant de 280 à 300 tr/mn. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 représente schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention, la figure 2 représente schématiquement l'extrémité d'un tube muni d'une gravure d'identification réalisée conformément à l'invention. Conformément à l'invention, le tube en zircaloy à identifier est gravé par action d'un faisceau laser ; cette gravure est effectuée à l'air libre ce qui simplifie grandement les opérations de manipulation du tube à marquer et l'appareillage nécessaire au marquage. Comme on peut le voir sur la figure 1, un laser de marquage 10 délivre un faisceau laser 12 réfléchi par un système optique 14 qui permet le balayage longitudinal du faisceau. Pour une absorption efficace de l'énergie dépose par le faisceau laser 12 sur le tube 16 en zircaloy, la longueur d'onde du faisceau est de 1,06. On peut utiliser par exemple un laser possédant un matériau actif en grenat d'aluminium et d'ytrium dopé au néodyme (laser Nd-YAG). Un moteur 18 relié à une commande de vitesse 22 est solidaire d'une table de travail 20. Un étau 24 fixé sur une extrémité mobile du moteur 18 permet le maintien d'une extrémité du tube 16 dans ses mâchoires ; le tube est ainsi entraîné en rotation. Un palier 26 supporte le tube 16 en un second point de manière à assurer sa stabilité lors de la rotation. Le tube 16 peut être entrainé en rotation à une vitesse comprise dans une gamme allant de 280 à 300 tr/mn, par exemple 280 tr/mn. Un système de commande 28 est relié au laser 10 ainsi qu'au système optique 14. Le laser est impulsionnel et délivre des impulsions lumineuses d'une durée comprise dans une gamme allant de 250 à 350 nanosecondes, et par exemple égale à 300 nanosecondes. Ces impulsions consituent le faisceau et sont émises à une fréquence comprise dans une gamme allant de 12 à 16 kHz et par exemple égale à 15 kHz. Le laser possède une puissance moyenne par exemple égale à 50 W. Un système de focalisation, partie intégrante du laser 10, permet d'obtenir un spot lumineux à la surface du tube présentant une surface de l'ordre de 2.10-3 mm2. Le tube 16 entrainé en rotation sur lui-même par le moteur 18 est soumis au faisceau laser 12 dans la région à marquer. Pour graver successivement les barres du code à barres d'identification, le système de commande 28 commande une modulation du faisceau (extinction du faisceau entre chaque barre) et un déplacement (balayage) le long du tube. Comme on peut le voir sur la figure 2 représentant schématiquement l'extrémité d'un tube 16 portant le code d'identification, chaque barre du code à barres est gravée sur toute la circonférence du tube 16. A chaque nouveau tube, la référence numérique correspondant au code à barres d'identification est incrémentée par le système de commande. La profondeur de la gravure est d'environ 10 micromètres et n'influe pas sur la tenue à la corrosion des crayons de combustible en réacteur, comme le montre des essais effectués par la demanderesse. D'autre part, d'autres essais effectués par la demanderesse ont mis en évidence la lisibi lité du marquage après un traitement de décontamination. Revendications 1. Procédé de marquage par laser d'un tube en zircaloy, caractérisé en ce qu'il consiste à graver un code à barres d'identification sur au moins une partie de la circonférence du tube (16) par une opération de gravure par faisceau laser (12) effectuée à l'air libre. 2. Procédé de marquage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le code à barres d'identification est gravé sur toute la circonférence du tube (16). 3. Procédé de marquage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la gravure par balayage et modulation d'un faisceau laser (12) ayant une longueur d'onde de 1,06 , ce faisceau étant constitué d'impulsions ayant chacune une durée comprise dans une gamme allant de 250 à 350 nanosecondes pour une puissance moyenne du laser de par exemple 50 w, la fréquence de répétition des impulsions étant comprise dans une gamme allant de 12 à 16 kHz, ce faisceau laser (12) ayant une surface d'interaction avec le tube de l'ordre de 2.10-3 mm2, le tube (16) étant entrainé en rotation sur lui-même à une vitesse de rotation comprise dans une gamme allant de 280 à 300 tr/mn. 4. Procédé de marquage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la gravure par un faisceau laser (12) ayant une longueur d'onde de 1,06 micromètre, ce faisceau (12) étant constitué d'impulsions ayant chacune une durée sensiblement égale à 300 nanosecondes, la fréquence de répétition des impulsions étant sensiblement égale à 15 kHz, ce faisceau laser ayant une surface d'interaction avec le tube (16) sensiblement égale à 2.10-3 mm2, le tube (16) étant entrainé en rotation sur lui-même à une vitesse de rotation comprise dans sur lui-même à une vitesse de rotation comprise dans une gamme allant de 280 à 300 tr/mn.