Brevet FR3000830A1 — publié le 20140711

APPAREIL DE SOUDAGE AUTOMATIQUE POUR BOUCHON D'EXTRÉMITÉ DE CRAYON DE COMBUSTIBLE NUCLÉAIRE ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un appareil de soudage automatique pour un bouchon d'extrémité d'un crayon de combustible nucléaire et, plus particulièrement, un appareil de soudage automatique d'un tube de gainage et d'un bouchon d'extrémité constituant un crayon de combustible nucléaire d'une manière précise et rapide en utilisant un servomoteur. 2. Description de l'art connexe Les réacteurs nucléaires sont des installations destinées 15 à commander de manière artificielle une réaction de fission en chaîne d'un matériau fissile afin d'utiliser comme électricité l'énergie thermique générée par la fission nucléaire. Le combustible nucléaire utilisé dans le réacteur nucléaire est fabriqué en formant de l'uranium concentré en des 20 pastilles cylindriques de dimensions uniformes (appelées « comprimés frittés » ci-après) puis en chargeant une pluralité de comprimés frittés dans un crayon de combustible. Cette pluralité de crayons de combustible constitue un assemblage combustible nucléaire, les crayons de combustible étant chargés 25 dans un coeur de réacteur et étant ensuite soumis à une réaction nucléaire. En référence à la figure 1, le crayon de combustible nucléaire 10 est constitué d'un tube de gainage 11, de bouchons d'extrémité 12, de comprimés frittés 13 et de ressorts. Après que les comprimés frittés 13 et les ressorts ont été insérés à l'intérieur du tube de gainage 11, les bouchons d'extrémité 12 sont accouplés à des extrémités ouvertes et sont soudés. Après 5 le soudage, un bourrelet de soudure faisant saillie à partir d'une zone de soudure 10a du tube de gainage 11 et du bouchon d'extrémité 12 est enlevé au moyen d'un dispositif d'usinage. Une pluralité de crayons de combustible fabriqués de cette manière constitue un assemblage combustible nucléaire, les 10 crayons de combustible étant chargés dans un réacteur. Ainsi, pour fabriquer l'assemblage combustible nucléaire, plusieurs crayons de combustible sont requis et, par conséquent, un travail de soudage du tube de gainage et du bouchon d'extrémité est requis de manière excessive. 15 Par exemple, le demandeur de la présente invention a inventé un appareil d'alimentation pour fournir un bouchon d'extrémité d'un crayon de combustible nucléaire dans lequel le bouchon d'extrémité a été conçu pour être apporté automatiquement jusqu'à une position de soudage, et le brevet 20 coréen n° 1044336 lui a été accordé le 20 juin 2011. De plus, dans la publication de la demande de brevet coréen non examinée n° 10-2011-0054432 (publiée le 25 mai 2011), un appareil de coupe et de meulage pour usiner une zone de soudure d'un bouchon d'extrémité d'un crayon de combustible nucléaire en 25 soudant un tube de gainage et un bouchon d'extrémité puis en usinant un bourrelet de soudure est décrit. Par conséquent, dans un processus de fabrication de l'assemblage combustible nucléaire nécessitant plusieurs crayons de combustible nucléaire, le fait d'effectuer un travail de soudage sur le tube de gainage et le bouchon d'extrémité d'une manière précise et rapide afin d'améliorer l'efficacité et la productivité du travail est un facteur très important dans la fabrication de l'assemblage combustible nucléaire. RÉSUMÉ DE L'INVENTION En conséquence, la présente invention a été réalisée en gardant à l'esprit les problèmes ci-dessus qui existent dans l'art connexe, et un objectif de la présente invention est de fournir un appareil de soudage automatique pour un bouchon d'extrémité d'un crayon de combustible nucléaire, permettant de souder automatiquement un tube de gainage et un bouchon d'extrémité constituant un crayon de combustible nucléaire d'une manière précise et rapide sur la base d'une commande précise de position en utilisant un servomoteur. Pour atteindre l'objectif susmentionné, il est prévu un appareil de soudage automatique pour un bouchon d'extrémité d'un crayon de combustible nucléaire, qui est utilisé pour effectuer un soudage par résistance sur un tube de gainage et le bouchon d'extrémité dans une chambre de soudage. L'appareil de soudage automatique comporte une chambre de soudage conçue pour effectuer un soudage par résistance sur un bouchon d'extrémité et un tube de gainage, une unité de transfert de tube de gainage qui a un dispositif de serrage de tube de gainage serrant de manière fixe le tube de gainage et un premier servomoteur pour entraîner le dispositif de serrage de tube de gainage dans une direction horizontale et qui transfère horizontalement le tube de gainage à la chambre de soudage, des électrodes de soudage de bouchon d'extrémité saisissant le bouchon d'extrémité apporté par un dispositif d'alimentation en bouchon d'extrémité, un dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité pour entraîner les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité en direction de la chambre de soudage dans une direction avant/arrière, et un module de commande de position pour commander l'entraînement du premier servomoteur et du dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité. Ici, le dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité peut comporter un cylindre de pressage pour presser le bouchon d'extrémité sur le tube de gainage situé dans la chambre de soudage et le fixer à ce dernier en entraînant les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité dans une direction avant/arrière, et un deuxième servomoteur pour entraîner le cylindre de pressage dans une direction avant/arrière. De plus, l'appareil de soudage automatique peut comprendre en outre une unité de réglage d'origine de tube de gainage qui règle une origine du tube de gainage sur une section de transfert du tube de gainage transféré à la chambre de soudage, à une extrémité avant de la chambre de soudage. Qui plus est, l'unité de réglage d'origine de tube de gainage peut comporter un capteur tactile qui vient en contact 25 avec une extrémité avant du tube de gainage pour détecter un signal de position. En outre, le module de commande de position peut commander le premier servomoteur et le dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité de telle sorte que le bouchon d'extrémité saisi par les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité et le tube de gainage serré par le dispositif de serrage de tube de gainage soient introduits à l'intérieur de la chambre de soudage en même temps. Dans l'appareil de soudage automatique utilisé pour effectuer le soudage par résistance sur le tube de gainage et le bouchon d'extrémité dans la chambre de soudage selon la présente invention, le dispositif de serrage de tube de gainage transfère le tube de gainage en direction de la chambre de soudage en utilisant le servomoteur. Les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité transfèrent le bouchon d'extrémité apporté par un dispositif automatique d'alimentation en bouchon d'extrémité en direction de la chambre de soudage en utilisant le servomoteur et le cylindre de pressage. Le module de commande de position commande précisément l'entraînement du servomoteur jusqu'à une position de soudage. Le bouchon d'extrémité et le tube de gainage sont soudés rapidement, précisément et avec une commande précise, de telle sorte que l'efficacité et la productivité de travail puissent être améliorées. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Les objectifs, caractéristiques et avantages de la présente invention ci-dessus ainsi que d'autres seront compris plus aisément à la lecture de la description détaillée suivante lorsqu'elle est considérée conjointement avec les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 illustre une configuration d'un crayon de combustible nucléaire typique ; la figure 2 est une vue de face d'un appareil de soudage automatique pour un bouchon d'extrémité d'un crayon de combustible nucléaire selon un mode de réalisation de la présente 5 invention ; la figure 3 est une vue de face de l'appareil de soudage automatique selon le mode de réalisation de la présente invention ; la figure 4 illustre une chambre de soudage et un 10 dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité dans l'appareil de soudage automatique selon le mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 5 illustre un dispositif d'entraînement de transfert de tube de gainage dans l'appareil de soudage 15 automatique selon le mode de réalisation de la présente invention. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS On se référera à présent plus en détail à un mode de 20 réalisation illustratif de la présente invention en référence aux dessins annexés. Un appareil de soudage automatique pour un bouchon d'extrémité d'un crayon de combustible nucléaire selon un mode de réalisation de la présente invention comporte : pour effectuer un 25 soudage par résistance sur un tube de gainage et le bouchon d'extrémité dans une chambre de soudage, la chambre de soudage 110 conçue pour effectuer le soudage par résistance sur le bouchon d'extrémité 12 et le tube de gainage 11 ; une unité de transfert de tube de gainage 120 qui a un dispositif de serrage de tube de gainage 123 serrant de manière fixe le tube de gainage 11 et un premier servomoteur 124 pour entraîner le dispositif de serrage de tube de gainage 123 dans une direction horizontale et qui transfère horizontalement le tube de gainage à la chambre de soudage 110 ; des électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 saisissant le bouchon d'extrémité 12 apporté par un dispositif d'alimentation en bouchon d'extrémité ; un dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité 140 pour entraîner les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 en direction de la chambre de soudage 110 dans une direction avant/arrière ; et un module de commande de position 150 pour commander l'entraînement du premier servomoteur 124 et du dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité 140. La chambre de soudage 110 est conçue pour positionner le bouchon d'extrémité 12 et le tube de gainage 11 en place et pour effectuer un soudage par résistance sous pression (RPW). A l'état dans lequel des extrémités avant du bouchon d'extrémité 12 et du tube de gainage 11 positionnées dans la chambre de soudage 110 sont mises sous pression, le soudage par résistance sous pression est effectué le long d'une zone de soudure du bouchon d'extrémité 12 et du tube de gainage 11. L'unité de transfert de tube de gainage 120 est destinée à 25 transférer le tube de gainage en direction de la chambre de soudage 110, et comporte le dispositif de serrage de tube de gainage 123 serrant de manière fixe le tube de gainage 11 qui est guidé horizontalement par une pluralité de rouleaux 122 installés sur une plaque de fixation servo-commandée 121 de transfert de tube de gainage située dans une direction horizontale, et le premier servomoteur 124 pour entraîner le dispositif de serrage de tube de gainage 123 dans la direction horizontale. En référence à la figure 5, le dispositif de serrage de tube de gainage 123 de l'unité de transfert de tube de gainage est entraîné dans une direction avant/arrière par le premier servomoteur 124. Le dispositif de serrage de tube de gainage 123 transfère le tube de gainage 11 en direction de la chambre de soudage 110, le tube de gainage 11 étant serré de manière fixe par le dispositif de serrage de tube de gainage. Le premier servomoteur 124 est entraîné par un système de commande 150. Le premier servomoteur 124, qui transfère horizontalement le tube de gainage 11, peut être soumis à une commande précise de position. Ainsi, une commande précise de position de soudage du tube de gainage est possible avec un capteur tactile servant d'origine de référence du tube de gainage décrit ci-dessous. De préférence, la présente invention comporte en outre une unité de réglage d'origine de tube de gainage 160 destinée à détecter une position d'une extrémité avant du tube de gainage 11 transféré à la chambre de soudage 110. De préférence encore, l'unité de réglage d'origine de tube de gainage 160 comporte une unité de capteur tactile 161 qui vient en contact avec l'extrémité avant du tube de gainage 11 pour détecter un signal de position. En référence à la figure 2, l'unité de capteur tactile 161 est montée sur une extrémité avant de la chambre de soudage 110 à laquelle le tube de gainage est transféré. L'unité de capteur tactile 161 peut être déplacée dans une direction avant/arrière par un guide de déplacement linéaire (LM), et vient en contact avec le tube de gainage 11 pour identifier une position du tube de gainage 11. De préférence, le contact se produit deux fois pour assurer une identification précise de position. L'unité de transfert de tube de gainage 120 se déplace vers l'avant pour transférer le tube de gainage 11 à l'unité de capteur tactile 161 à une vitesse de 1000 tr/min pour le premier contact, se déplace suffisamment vers l'arrière pour être à l'écart du point de contact et se déplace vers l'avant à une vitesse de 50 tr/min pour le deuxième contact, et peut ainsi identifier précisément l'origine. Ce déplacement sert à satisfaire simultanément aux exigences de cadence de production et de précision de position. Les données de position de l'origine de l'extrémité avant du tube de gainage sont envoyées au système de commande 150. Le tube de gainage 11 est avancé et arrêté jusqu'à ce que l'extrémité avant du tube de gainage atteigne la position prescrite basée sur l'origine de l'extrémité avant du tube de gainage par le système de commande 150, puis est fixé par les électrodes de tube de gainage 111. Les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 saisissent le bouchon d'extrémité 12 apporté par le dispositif d'alimentation en bouchon d'extrémité et transfèrent le bouchon d'extrémité 12 jusqu'à la chambre de soudage 110. Pour fixer le bouchon d'extrémité 12, l'électrode de soudage de bouchon d'extrémité 130 est pourvue d'une buse d'aspiration à une extrémité avant de celle-ci et, par conséquent, le bouchon d'extrémité 12 peut être aspiré et fixé sous vide. Le dispositif d'alimentation en bouchon d'extrémité évacue un par un les bouchons d'extrémité à partir d'un magasin de bouchons d'extrémité, de manière à pouvoir automatiser un processus continu. Les bouchons d'extrémité évacués sont transférés un par un aux électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 par le dispositif de serrage de bouchon d'extrémité 131. Le dispositif de serrage de bouchon d'extrémité 131 se déplace vers l'avant jusqu'aux électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 avec le bouchon d'extrémité 12 serré en entraînant un cylindre. Ensuite, le bouchon d'extrémité 12 serré par le dispositif de serrage de bouchon d'extrémité 131 est remis aux électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 qui sont en attente perpendiculairement au dispositif de serrage de bouchon d'extrémité 131. Ici, les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 fixent le bouchon d'extrémité 12 sous vide. Les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 saisissant le bouchon d'extrémité 12 de cette manière sont transférées à la chambre de soudage 110 par entraînement vers l'avant du dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité 140. Le bouchon d'extrémité 12 transféré à la chambre de soudage 110 devrait être apporté rapidement et être susceptible de résister à une force de pressage prédéterminée afin de garantir un soudage précis. Ainsi, dans la présente invention, un cylindre de pressage et un servomoteur sont utilisés en tant que source d'entraînement pour respectivement appliquer la pression sur le bouchon d'extrémité et transférer le bouchon d'extrémité 12 à la chambre de soudage 110. En détail, en référence à la figure 4, la présente invention est caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité 140 est constitué d'un cylindre de pressage 141 pour presser le bouchon d'extrémité 12 sur le tube de gainage 11 situé dans la chambre de soudage 110 et le fixer à ce dernier en entraînant les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 dans une direction avant/arrière, et d'un 10 deuxième servomoteur 142 pour entraîner le cylindre de pressage 141 dans une direction avant/arrière. Le cylindre de pressage 141 est fixé à une plaque de transfert 143 qui peut se déplacer vers l'avant et vers l'arrière. La plaque de transfert 143 est entraînée dans une 15 direction avant/arrière par le deuxième servomoteur 142. Le deuxième servomoteur 142 du dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité 140 est entraîné, et le bouchon d'extrémité 12 est donc libéré du dispositif de serrage de bouchon d'extrémité 131 serrant le bouchon d'extrémité 12 par 20 aspiration sous vide des extrémités avant des électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130, et le dispositif de serrage de bouchon d'extrémité 131 se déplace ensuite vers l'arrière jusqu'à une position d'attente. Lorsque le dispositif de serrage de bouchon d'extrémité 131 se déplace vers l'arrière, les 25 électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 sont soumises à un déplacement vers l'avant primaire par le deuxième servomoteur 142. Lorsque le déplacement vers l'avant primaire est achevé, le cylindre de pressage 141 est entraîné, les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité 130 sont soumises à un déplacement vers l'avant secondaire en direction des électrodes de soudage de tube de gainage auxquelles le tube de gainage est fixé dans la chambre de soudage 110. Ainsi, lorsque les extrémités avant du bouchon d'extrémité 12 et du tube de gainage 11 sont pressées et viennent en contact l'une avec l'autre, un courant de soudage circule pour souder le bouchon d'extrémité 12 et le tube de gainage 11. Dans la présente invention, l'entraînement de chaque élément constitutif est commandé par le système de commande 150. En particulier, le système de commande 150 comporte un module de commande de position afin de commander le cylindre de pressage 141 et le deuxième servomoteur 142 qui transfèrent le bouchon d'extrémité, ainsi que le premier servomoteur 124. En outre, le module de commande de position utilise un signal transmis par un détecteur de position de tube de gainage 160 en tant qu'informations d'entrée afin d'obtenir des informations concernant une position précise du tube de gainage. De préférence, le système de commande de la présente invention commande les processus de transfert du bouchon d'extrémité 12 et du tube de gainage 11 à la chambre de soudage 110 en même temps. Ainsi, une vitesse de transfert peut être réduite et un processus peut être simplifié. En outre, une cadence de production peut être augmentée. Après que le bouchon d'extrémité 12 et le tube de gainage 11 ont été soudés, le crayon de combustible est évacué par le dispositif de serrage de tube de gainage 123. Ce processus est réitéré, le soudage suivant du bouchon d'extrémité et du tube de gainage est effectué. Une base principale 171 au niveau de laquelle la chambre de - soudage 110 est située peut être pourvue d'une unité de contrôle de bourrelet de soudure 170 pour contrôler un bourrelet de soudure 10a. Bien qu'un mode de réalisation illustratif de la présente invention ait été décrit à des fins d'illustration, l'homme de l'art comprendra que diverses modifications, ajouts et substitutions sont possibles, sans s'éloigner de la portée et de l'esprit de l'invention telle que décrite dans les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Appareil de soudage automatique pour un bouchon d'extrémité d'un crayon de combustible nucléaire, qui est utilisé pour effectuer un soudage par résistance sur un tube de gainage (11) et le bouchon d'extrémité (12) dans une chambre de soudage (110), comprenant : la chambre de soudage (110) conçue pour effectuer le soudage par résistance sur le bouchon d'extrémité et le tube de 10 gainage ; une unité de transfert de tube de gainage (120) qui a un dispositif de serrage de tube de gainage (123) serrant de manière fixe le tube de gainage et un premier servomoteur (124) pour entraîner le dispositif de serrage de tube de gainage dans M une direction horizontale et qui transfère horizontalement le tube de gainage à la chambre de soudage ; des électrodes de soudage de bouchon d'extrémité (130) saisissant le bouchon d'extrémité apporté par un dispositif d'alimentation en bouchon d'extrémité ; 20 un dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité (140) pour entraîner les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité en direction de la chambre de soudage dans une direction avant/arrière ; et un module de commande de position (150) pour commander 25 l'entraînement du premier servomoteur et du dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité. 2. Appareil de soudage automatique selon larevendication 1, dans lequel le dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité (140) comporte un cylindre de pressage (141) pour presser le bouchon d'extrémité sur le tube de gainage situé dans la chambre de soudage et le fixer à ce dernier en entraînant les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité (130) dans une direction avant/arrière, et un deuxième servomoteur (142) pour entraîner le cylindre de pressage dans une direction avant/arrière. 3. Appareil de soudage automatique selon la revendication 1, comprenant en outre une unité de réglage d'origine de tube de gainage (160) qui règle une origine du tube de gainage (11) sur une section de transfert du tube de gainage transféré à la chambre de soudage (110), à une extrémité avant de la chambre de soudage. 4. Appareil de soudage automatique selon la revendication 3, dans lequel l'unité de réglage d'origine de tube de gainage (160) comporte un capteur tactile (161) qui vient en contact avec une extrémité avant du tube de gainage pour détecter un signal de position. 5. Appareil de soudage automatique selon la revendication 1, dans lequel le module de commande de position (150) commande le premier servomoteur et le dispositif d'entraînement de transfert de bouchon d'extrémité (140) de telle sorte que le bouchon d'extrémité saisi par les électrodes de soudage de bouchon d'extrémité (130) et le tube de gainageserré par le dispositif de serrage de tube de gainage (123) soient introduits à l'intérieur de la chambre de soudage (110) en même temps.