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Equipement de soudage de bouchons d'extrémité de barres de combustible La présente invention concerne un équipement de soudage des bouchons d'extrémité de barres de combustible remplies de pastilles de combustible nucléaire.
En général, chaque barre de combustible utilisée dans les réacteurs nucléaires contient du combustible se présentant sous la forme de pastilles.
Dans un procédé classique de fabrication de ces barres de combustible, une quantité donnée de pastilles est insérée dans un tube de barre de combustible dont une extrémité est fermée, et pour maintenir les pastilles en place dans la barre, un ressort est inséré en même temps que le bouchon d'extrémité et la barre de combustible est scellée par soudage du bouchon d'extrémité au tube de barre (barre de combustible). Pour assurer le contact entre le bouchon d'extrémité et la barre de combustible malgré la force exercée par le ressort, la pratique classique a été d'ajuster le bouchon d'extrémité dans le tube par ajustage comprimé, de manière à assurer le contact, et de souder alors le bouchon d'extrémité sur la barre.
Cependant, une telle configuration de la barre de combustible entraîne que le soudage est effectué tout en maintenant immobiles les positions de la barre de combustible et du bouchon d'extrémité de manière à empêcher que le bouchon se desserre et à obtenir une soudure uniforme sur tout le pourtour de la barre.
Cependant il était difficile d'obtenir une soudure uniforme avec une telle méthode de soudage parce que les variations des conditions de contact entre la barre et le bouchon d'extrémité provoquées pendant le soudage par les distorsions thermiques de la barre de combustible, c'est-à-dire des modifications des
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conditions de contrainte sur le cordon de soudure provoquées par l'expansion et la contraction axiale de la barre de combustible. Pour obtenir un degré élevé de précision de soudage, ce procédé classique exigeait une grande expérience en soudage.
L'objet de la présente invention est de proposer un équipement de soudage destiné à souder un bouchon d'extrémité sur l'extrémité ouverte d'une barre de combustible remplie de pastilles, qui ne soit pas affecté par les distorsions thermiques dues à la chaleur de soudage, en maintenant une région de contact entre le bouchon d'extrémité et la barre de combustible sous une force de compression prescrite constante, ce qui permet de réaliser une soudure d'une qualité très uniforme.
L'équipement de soudage proposé est destiné à relier un bouchon d'extrémité à une barre de combustible possédant une extrémité fermée à un bout et une extrémité ouverte au bout opposé et remplie de pastilles de combustible nucléaire entre ces extrémités. Cet équipement comprend : (a) des moyens de maintien destinés à maintenir une surface périphérique extérieure de la barre de combustible insérée dans ces moyens de maintien suivant une direction axiale ; (b) une section de butée disposée en face des moyens de maintien pour faire buter contre le bouchon d'extrémité la barre de combustible insérée à travers les moyens de maintien, les moyens de maintien pouvant être déplacés dans la direction axiale pour ajuster l'écartement entre les moyens de maintien et la section de butée ;
(c) un moyen de soudage disposé en position diamétralement opposée de la surface périphérique de la barre de combustible, entre les moyens de maintien et les moyens de butée ; (d) des moyens de compression disposés sur les moyens de maintien ou sur les moyens de butée destinés à comprimer lesdits moyens de maintien et lesdits moyens de butée l'un vers l'autre sous une force de compression constante.
Dans l'équipement de la présente invention, le bouchon d'extrémité est soudé sur la barre de combustible à l'aide d'un chalumeau tout en étant maintenu par le mécanisme de maintien, et le mécanisme de maintien est rapproché de la section
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de butée à l'aide du mécanisme de compression ou l'inverse. Ainsi, le soudage de bouchon d'extrémité sur la barre de combustible peut être effectué sans être affecté par les distorsions thermiques dues à la chaleur de soudage grâce au fait que la région de contact entre le bouchon d'extrémité et la barre de combustible est maintenue sous une force de compression constante prescrite, ce qui permet de réaliser une soudure dont la qualité est très uniforme.
Il est préférable de prévoir un mécanisme de positionnement pour immobiliser avant soudage la position soit du mécanisme de maintien soit de la section de butée en un emplacement prescrit, et de désimmobiliser cette position au cours de l'opération de soudage. Une barre de combustible possédant un bouchon d'extrémité préajusté est alors insérée dans l'équipement, par l'extrémité de l'équipement, jusqu'à ce que le bouchon d'extrémité ajusté dans la barre de combustible vienne buter contre la section de butée de l'équipement. La barre de combustible est maintenue en cette position par le mécanisme de maintien et le dispositif de positionnement est libéré de telle sorte que soit le mécanisme de maintien soit la section de butée devienne mobile.
Se faisant, il devient possible de renvoyer le mécanisme de maintien ou la section de butée vers sa position initiale d'avant le soudage. Cet agencement permet au mécanisme de maintien de maintenir le bouchon d'extrémité en la position fixe prescrite dans la barre de combustible. Ainsi, de nombreuses barres de combustible peuvent être soudées successivement sans que la précision du positionnement soit affectée.
Il est de plus préférable de prévoir des moyens de mesure destinés à contrôler le mécanisme de pression en mesurant la contrainte de compression exercée entre le bouchon d'extrémité et la barre de combustible maintenue immobile par le mécanisme de maintien et pour contrôler la force de compression en fonction des mesures fournies par le moyen de mesure. Le mécanisme de contrôle contrôle la force de compression dans la région du contact entre le bouchon d'extrémité venant buter contre la section de butée et la barre de combustible de manière à maintenir la force constante au cours de l'opération de soudage.
Cet agencement permet d'exercer un contrôle fin sur la force de compression, ce qui empêche que soient générées des contraintes résiduelles dans la soudure, et des défauts de soudure tels que des percements des supports et des soudures surdimensionnées, ce qui fournit une soudure d'une qualité très uniforme.
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Il est en outre préférable de prévoir un composant élastique qui soit maintient le dispositif de compression soit repousse la section de butée, et un moyen de déplacement tel qu'un moteur électrique destiné à actionner le composant élastique via un moyen de transmission.
Cet agencement permet d'améliorer la réaction de maintien du mécanisme de maintien ou de compression de la section de butée à la pression s'exerçant dans la région de contact entre le bouchon d'extrémité et la barre de combustible, de manière à maintenir la pression de contact constante à la pression prescrite voulue.
La figure 1 est une vue latérale en coupe transversale d'un premier mode de réalisation de l'agencement, la figure 2 est une vue latérale représentant l'aspect extérieur du premier mode de réalisation, la figure 3 est une vue latérale en coupe transversale d'un mécanisme de maintien, la figure 4 est une vue frontale en coupe transversale d'un mécanisme de positionnement, la figure 5 est une vue latérale en coupe transversale d'un mécanisme de compression, la figure 6 est une vue en plan en coupe transversale d'une extrémité de bout de l'axe principal, avec la section de butée et un chalumeau de soudage, la figure 7 est un dessin schématique représentant la structure du premier mode de réalisation, la figure 8 représente les variantes d'ajustement par pression dans le premier mode de réalisation,
la figure 9 représente les variantes de l'ajustement par pression dans l'équipement de soudage classique, la figure 10 est un dessin schématique représentant la structure d'un second mode de réalisation, et la figure 11 représente des variantes de l'ajustement par pression du second mode de réalisation.
Les modes de réalisation préférés sont décrits en préférence aux figures 1 à 11.
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La figure 1 représente une vue latérale globale en coupe transversale d'un premier mode de réalisation de l'équipement de soudage, et la figure 2 représente une vue latérale extérieure de cet équipement.
L'équipement comprend : (a) un arbre creux 1 dans lequel on insère une barre de combustible P ; (b) un mécanisme de maintien F3 disposé à une extrémité de l'arbre creux 1 et destiné à maintenir la barre de combustible P dans laquelle un bouchon d'extrémité C a été ajusté sous compression ; (c) une section de butée 19 contre laquelle vient buter le bouchon d'extrémité C de la barre de combustible P ; (d) un chalumeau 16 (voir figure 6) destiné à souder le bouchon d'extrémité C à la barre de combustible P ; et il est doté de (e) un mécanisme de positionnement F2 destiné à immobiliser la position du mécanisme de maintien F3 pendant que la barre de combustible P est maintenue, et à libérer ce maintien pendant que le bouchon d'extrémité C est soudé ;
(f) un mécanisme de compression F1 qui repousse l'arbre creux 1 contre la section de butée 19 sous une pression prescrite pendant que le bouchon d'extrémité C est soudé.
L'équipement est ci-dessous décrit plus en détail en référence à la figure 1 et à la figure 3, cette dernière représentant les détails de l'agencement des composants destinés à saisir la barre de combustible P. Dans la description de l'équipement, la direction axiale est la direction d'insertion de la barre de combustible P dans l'arbre creux 1, et la région d'extrémité de la barre de combustible P qui est soudée au bouchon d'extrémité C est appelée extrémité l', la région d'extrémité opposée étant appelée extrémité 2'. Ces références sont également utilisées de même manière pour tous les autres composants de l'équipement.
L'arbre creux 1 possède une âme creuse permettant d'y insérer librement une barre de combustible P depuis l'extrémité 2, et présente le mécanisme de maintien F3 à son extrémité 1. Le mécanisme de maintien F3 comprend : un collet 2 vissé sur l'extrémité l'de l'arbre creux 1 ; une fermeture de collet 4 disposée autour de la périphérie extérieure du collet 2 ; une bague de ressaut 3 ; un cylindre de mandrin 6 qui comprime la fermeture de collet 4 contre l'arbre
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creux T : et un piston 8.
Le collet 2 du mécanisme de maintien F3 est construit de manière à permettre de faire déborder l'extrémité l'de la barre de combustible P hors de l'arbre creux 1, et est fendu radialement en plusieurs segments de manière à enserrer fermement la périphérie externe de la barre de combustible P insérée. De plus, la surface extérieure du collet 2 est biseautée, comme représenté en figure 3, au voisinage de la partie débordante de la barre de combustible P, de telle sorte que le rayon du cône augmente en direction de l'extrémité T de ta partie débordante de la barre de combustible P, et se termine en une section décalée 2a à l'extrémité la plus extérieure 1, du côté de la section de butée 19.
L'extrémité l'de l'arbre creux 1 possédant le collet 2 est dotée d'une fermeture cylindrique de collet 4 possédant une bride de forme torique 4a à son extrémité 2', et possédant une partie conique 4b à l'extrémité 1'de sa surface périphérique interne, destinée à recevoir la section conique du collet 2, le diamètre du collet 2 peut être agrandi ou rétréci par glissement de la fermeture de collet 4 sur la surface périphérique externe de l'arbre creux 1, dans la direction axiale.
Une bague cylindrique de ressaut 3, telle que représentée en figures 1 et 3, est dotée d'un fond ouvert sur la périphérie extérieure de l'extrémité l'de la fermeture de collet 4, et lorsque le fond ouvert reçoit la section décalée 2a du collet 2 seule la pointe avant du collet 2 déborde dans la direction axiale. Une bride 3a est prévue à l'extrémité 2'de la bague de ressaut 3 et un composant élastique 9 est prévu entre la bride 3a de la bague de ressaut 3 et la bride 4a de la fermeture de collet 4 de manière à écarter les deux brides dans des directions axiales opposées.
La fermeture de collet 4 et la bague de ressaut 3 sont toutes deux entraînées par la rotation de l'arbre creux 1 et du collet 2 ; et les pièces tournantes : arbre creux
1 ; collet 2 ; fermeture de collet 4 et bague de ressaut 3 sont soutenues à rotation libre par le cylindre de mandrin 6 (servant de boîtier), comme représenté en figure
3, et par une bague de réglage 5 vissée sur le collet, par l'intermédiaire de palier
5b, 6b et 8b.
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Le cylindre de mandrin 6, tel que représenté en figure 3, est un cylindre à double paroi possédant des plateaux d'extrémité et formant une enceinte 6v de cylindre entre un cylindre extérieur 6j et un cylindre intérieur 6k. L'arbre creux 1 est soutenu par le palier 6b prévu sur le cylindre intérieur 6k.
A l'intérieur de l'enceinte 6v du cylindre, un piston 8 de forme torique est disposé de manière à pouvoir être déplacé dans les deux sens dans la direction axiale à l'aide d'un moyen hydraulique prévu distinctement, non représenté, tel qu'un dispositif à pression hydraulique ou pneumatique.
La référence numérique 7 désigne un orifice fermé destiné à une conduite d'introduction d'un fluide sous pression tel que de l'huile ou de l'air dans l'enceinte 6v du cylindre, et la référence numérique 8c désigne un élément d'étanchéité tel qu'un joint torique.
La surface d'extrémité l'du piston 8 fait face à la surface d'extrémité 2'de la bride 4a de la fermeture de collet 4 de manière à transmettre le déplacement du piston 8 dans la direction axiale à la fermeture de collet 4 tournant avec l'arbre creux 1. L'extrémité l'du piston 8 est soutenue par un palier 8b.
Sous l'extrémité l'du cylindre de mandrin 6 est installé un anneau de réglage 5 vissé sur le collet, qui soutient la bague de ressaut 3 entourant l'arbre creux 1 et la fermeture de collet 4 et entraînées dans leur rotation dans la direction axiale, à l'aide d'un palier 5b, et sert également à fournir des réglages fins de position dans la direction axiale, en vue du positionnement relatif du cylindre de mandrin
6 et de la bague de ressaut 3 qui définit la position du collet 2 sur l'arbre creux
1. La référence numérique 5e désigne un écrou de blocage de la bague de réglage
5 du collet.
Ainsi que le montre la figure 1, l'extrémité 2'de l'arbre creux 1 est soutenue à rotation libre par un palier 31 à glissement permettant à l'arbre creux 1 de se déplacer dans la direction axiale.
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Ainsi que le montrent la figure 5 et la figure 6 en plus de détails, à l'extrémité l' de l'arbre creux 1 est installée une section de butée 19 servant de butée pour la barre de combustible P. La section de butée 19 est positionnée de telle sorte que
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la barre de combustible P portant un bouchon d'extrémité C à son extrémité 1', et insérée à travers l'arbre creux 1 pour déborder du collet 2 du mécanisme de maintien F3 vient buter contre la surface d'extrémité 2'de la section de butée 19 de telle sorte qu'une longueur prescrite de la barre de combustible P déborde du collet 2. La section de butée 19 est alignée sur la barre de combustible P de manière à pouvoir tourner librement sur le même axe que la barre de combustible P saisie dans le collet 2 de l'arbre creux 1.
Le bouchon d'extrémité C destiné à boucher l'extrémité l'de la barre de combustible P est un composant configuré sous forme de cylindres à sections de différents diamètres, comme représenté en figure 6, et la partie présentant le plus petit diamètre est ajustée par pression dans l'extrémité l'de la barre de combustible P, de telle sorte que la section du bouchon d'extrémité C présentant le plus grand diamètre vienne buter contre le diamètre extérieur de la barre de combustible P qui présente à peu près le même diamètre, de manière à former entre elles une région de contact qui sera soudée.
De plus, comme un grand nombre de pastilles de combustible 50 sont chargées dans la barre de combustible P, le bouchon d'extrémité C sert à maintenir les pastilles 50 dans la barre de combustible P, à l'aide du ressort F qui s'y trouve installé. La section de butée 19 sert à positionner le bouchon d'extrémité C dans une position axialement fixe et est donc disposé en position fixe de manière à définir la position de soudage de l'équipement de soudage de la présente invention.
Sur la périphérie extérieure de la section de butée 19 est installée une enceinte de soudage 18 qui entoure la barre de combustible P et le bouchon d'extrémité C débordant du collet 2 et venant buter contre la section de butée 19, et fournit une atmosphère protectrice de gaz protecteur pendant l'opération de soudage.
Ainsi que le montre la vue en plan de la figure 6, un chalumeau de soudage 16 à arc sous gaz inerte est inséré depuis la périphérie extérieure de l'enceinte de soudage 18 de manière à ce que la pointe du chalumeau soit disposée au voisinage du collet 2. Autrement dit, le chalumeau de soudage 16 est disposé de telle sorte que la pointe du chalumeau soit située en face de la périphérie extérieure de l'extrémité l'de la barre de combustible P et du bouchon d'extrémité C venant buter contre la section de butée 19, suivant la direction
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d'un diamètre de la barre de combustible P.
Dans le présent équipement, en plus des mécanismes présentés ci-dessus, le mécanisme de maintien F3 qui maintient la barre de combustible P dans la position prescrite à l'aide d'un procédé à fluide sous pression, et de l'installation de soudage destiné à souder la barre de combustible P et le bouchon d'extrémité ajusté sous compression dans l'extrémité l'de cette barre de combustible P, est prévu un mécanisme F2 de maintien de position, représenté en figures 1 et 4.
Le mécanisme de positionnement F2 immobilise le dispositif de maintien F3 en position pendant que celui-ci maintient la barre de combustible P qui a été convenablement positionnée en insérant la barre de combustible P à travers l'arbre creux 1 et en venant la faire buter contre la section de butée 19. Au cours de l'opération de soudage du bouchon d'extrémité, le dispositif de positionnement F2 libère cependant la fixation de la barre de combustible P.
La figure 2 représente un aspect extérieur de l'équipement. Elle montre le cylindre de mandrin 6 qui soutient à rotation libre l'extrémité l'de l'arbre creux 1 et est monté sur un socle B de manière à pouvoir être déplacé dans la direction axiale en même temps que l'arbre creux 1. D'autre part, la section de butée 19 du bouchon d'extrémité C et le palier à glissement 31 qui soutient l'extrémité 2'de l'arbre creux 1 sont fixés sur le socle B.
Si nous retournons maintenant à la figure 1, on peut y voir que le mécanisme de positionnement F2 comprend : un mécanisme à cylindre 23 disposé sous le socle
B, une crémaillère 24 se déplaçant axialement et disposée sur une tige du mécanisme à cylindre 23 et s'étendant parallèlement à l'arbre creux 1. Une paire de cames 26 qui sont mises en rotation dans la même direction par le déplacement de translation de la crémaillère 24 ; et un levier 15 qui déborde hors de la périphérie extérieure du cylindre de mandrin 6 et est maintenu entre une paire de cames 26.
Ainsi que le montrent la figure 1 et la figure 4, cette dernière étant une vue frontale en coupe transversale du mécanisme de positionnement F2, la crémaillère
24 à translation axiale s'accroche dans les sillons formés sur les surfaces
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périphériques de deux rouleaux de guidage 25, sur une paire d'arbres 29 disposés en position transversale à la direction axiale, et reste alignée parallèlement à l'arbre creux 1. Les dents de la crémaillère 24 s'accrochent au pignon de transmission 27 disposé sur chacun des deux arbres 28 à rotation libre s'étendant transversalement à la direction axiale. Les cames 26 ci-dessus mentionnées sont prévues sur les arbres 28 des pignons de transmission 27.
Ainsi que le montre la figure 1, chacun des pignons de transmission 27 s'accroche à la crémaillère 24 de sorte que la paire de cames 26, entraînée à rotation dans la même direction par la crémaillère 24 sont en vue transversale symétriques par rapport au levier 15 disposé entre les cames 26.
Ainsi que le montrent les figures 1 et 5, le mécanisme de compression F1 est prévu sur la périphérie extérieure de l'arbre creux 1, est indépendant de la rotation de celui-ci et comprend : un cylindre sous pression 11 à double paroi, un piston 13 et une bague de liaison 14. Le cylindre sous pression 11 comprend : un cylindre extérieur 11 j, un cylindre intérieur 11 k plus court que le cylindre extérieur et adapté à refermer l'extrémité 2'du cylindre extérieur 11j, formant ainsi entre eux une enceinte sous pression 11 v.
Un piston 13 de forme grossièrement cylindrique, inséré dans le cylindre sous pression 11 est configuré de telle sorte que son extrémité l'soit une section de grand diamètre à paroi épaisse qui est insérée dans le cylindre extérieur 11j pour fonctionner comme piston. Le diamètre intérieur du piston cylindrique 13 du mécanisme de compression F1 est un peu plus grand que le diamètre extérieur de l'arbre creux 1 et est configuré de telle sorte que le piston cylindrique 13 puisse se déplacer indépendamment du déplacement de l'arbre creux 1.
L'enceinte sous pression 11 v est mise sous pression par des moyens de compression de fluide (non représentés) de manière à provoquer le déplacement de translation du piston 13 dans la direction axiale. Le moyen de pression est doté d'un moyen de contrôle permettant de maintenir une pression constante d'une certaine valeur à l'intérieur du cylindre sous pression 11v.
La bague de liaison 14 représentée en figure 5 sert à transmettre le déplacement
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de translation du piston 13 au cylindre de mandrin 6 soutenant l'arbre creux 1, et présente un corps cylindrique dont l'extrémité l'possède une bride à laquelle est attachée l'extrémité 2 du cylindre de mandrin 6, et dont l'extrémité 2'est attachée à l'extrémité l'du piston 13. La référence numérique 12 désigne le raccord de la conduite servant à introduire un fluide sous pression dans l'enceinte sous pression 11 v, et les références numériques 11 c, 13c désignent des moyens d'étanchéité tels que des joints toriques.
Décrivons maintenant le mécanisme de soudage du bouchon d'extrémité C sur la barre de combustible P, qui implique l'opération de refermer l'extrémité T de la barre de combustible P possédant un ressort et un bouchon d'extrémité
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préajusté servant à repousser les pastilles à l'intérieur de la barre de combustible P.
L'extrémité l'de la barre de combustible P bouchonnée est insérée dans l'arbre creux 1 depuis son extrémité 2', en direction du collet 2 qui est vissé sur l'extrémité l'de l'arbre creux 1. La section de butée 19 est disposée en avant, face au collet 2, dans la direction axiale de la barre de combustible P, et finalement le bouchon C vient frapper la section de butée 19. Lorsque l'extrémité l'du bouchon d'extrémité C vient buter contre l'extrémité 2'de la section de butée 19, la barre de combustible P déborde du collet 2 de telle sorte que l'écart entre la surface d'extrémité 2'de la section de butée 19 et la région de contact entre le bouchon d'extrémité C et la barre de combustible P soit toujours constante.
Entre-temps, l'arbre creux 1, la fermeture de collet 4 et le cylindre de mandrin 6 qui fait tourner la bague de ressaut 3 sont disposés à déplacement libre dans la direction axiale, à l'aide du guide 21 disposé sur le socle B. Sur le socle B est également installé le mécanisme de positionnement F2 comprenant : la crémaillère 24 située sur le moyen d'actionnement à cylindre 23 et déplaçable librement dans la direction axiale ; une paire de cames 26 qui tournent dans la même direction grâce au déplacement dans les deux sens de la crémaillère 24 ;
et le levier 15 débordant de la périphérie extérieure du cylindre de mandrin 6 et pincé entre la paire de cames 26.
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Ainsi, lorsque la crémaillère 24 est déplacée dans les deux sens dans la direction axiale par actionnement du moyen d'actionnement à cylindre 23, les cames 26 sont mises en rotation pour serrer le levier 15 en une position définie, ce qui garantit le positionnement du cylindre de mandrin 6 sur la barre de combustible P à un emplacement constant dans la direction axiale de celui-ci, ce qui permet de faire déborder la barre de combustible P du collet 2 d'une distance constante nommée.
A ce moment, la barre de combustible P est saisie par le mécanisme de maintien F3, à l'aide du collet 2 vissé sous l'extrémité l'de l'arbre creux 1, la fermeture de collet 4 et la bague de ressaut 3, le cylindre de mandrin 6 et le piston de forme torique 8 qui repousse la fermeture du collet 4 en direction de l'extrémité l'de l'arbre creux 1.
Le mécanisme décrit ci-dessus est actionné par actionnement du cylindre de mandrin 6, en mettant l'enceinte 6v du cylindre sous pression à l'aide de moyens de mise sous pression (non représentés), ce qui fait se déplacer le piston de forme torique 8 inséré dans le cylindre de mandrin 6 en direction de l'extrémité 1 de ce dernier.
A ce moment, si nous nous référons à la figure 3, le piston 8 repousse la bride 4a à travers le palier 8b prévu sur l'extrémité 2'de la fermeture de collet 4 disposée autour du collet 2, ce qui déplace la fermeture de collet 4 en direction de l'extrémité l'de l'arbre creux 1. De plus, du fait que la fermeture du collet 4 et la bague de ressaut 3 qui l'entoure sont reliées en permanence par l'intermédiaire du composant élastique 9 qui dévie les deux dans la direction de poussée, et du fait également que le déplacement du collet 2 en direction de l'extrémité 1 est limité par l'extrémité 1 de la bague de ressaut 3 entourant la fermeture de collet 4, la fermeture de collet 4 se déplace en direction de l'extrémité 1 du collet 2 en opposition à la force de déviation du ressort.
Le collet 2 ci-dessus décrit est fendu radialement en plusieurs sections et sa surface périphérique extérieure est biseautée de manière à ce que le diamètre augmente en direction de son extrémité 1, et la surface intérieure de la fermeture de collet 4 qui se rapproche est configurée d'une forme conique correspondante
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et lorsque la section conique de la fermeture de collet 4 vient d'appuyer contre la section biseautée du collet 2, les différentes sections fendues sont rapprochées l'une de l'autre autour de la barre de combustible P, ce qui permet au collet 2 de saisir la barre de combustible P.
Lorsque la barre de combustible P est saisie par le collet 2 comme décrit cidessus, les moyens d'actionnement du cylindre 23 du mécanisme de positionnement F2 sont actionnés pour activer la crémaillère 24 qui libère les cames 26 serrant le levier 15, ce qui libère le mécanisme de fixation du mécanisme de positionnement F2 et libère le maintien dans la direction axiale de la barre de combustible P qu'effectuait le mécanisme de maintien F3.
Ensuite, à l'aide du mécanisme de compression F1, l'arbre creux 1 est repoussé contre la section de butée 19 par l'intermédiaire de l'action combinée de l'arbre creux 1 librement déplaçable dans la direction axiale, du cylindre de compression 11, du piston 13 et de la bague de liaison 14.
L'action ci-dessus décrite de l'arbre creux 1 est rendue possible par la structure du mécanisme de compression F1 que nous décrivons ci-dessous. Le cylindre de compression 11 comprend un cylindre extérieur 11j et un cylindre intérieur 11 k, ce qui forme entre eux une enceinte 11 v de cylindre. Un piston 13 est entouré par une section cylindrique et une section de grand diamètre, et la section de grand diamètre est insérée dans la surface intérieure du cylindre extérieur 11j, tandis que la section cylindrique est insérée dans la surface intérieure du cylindre intérieur 11 k. En mettant sous pression un fluide contenu dans l'enceinte 11 v du cylindre, le piston 13 se déplace en direction de l'extrémité 1'.
Le moyen de mise sous pression de l'enceinte 11v du cylindre est doté de moyens de contrôle de pression de sorte qu'au début de l'opération, la pression régnant dans l'enceinte 11 v du cylindre est réglée pour valoir à peu près la force de compression du ressort inséré dans la barre de combustible P.
A l'extrémité 1'du piston de mise sous pression 13 est fixée une bague de liaison
14 possédant à son extrémité l'une bride, bride attachée à l'extrémité 2 de l'anneau de mandrin 6, comme représenté en figure 5, et le déplacement du
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piston 13 est donc transmis au cylindre de mandrin 6 qui soutien l'arbre creux 1.
A l'aide du mécanisme de compression F1 tel que décrit ci-dessus, la barre de combustible P avec un bouchon d'extrémité C inséré à son extrémité 1 et maintenue par le mécanisme de maintien F3 prévu sur l'arbre creux 1, est repoussée contre le bouchon d'extrémité C qui vient buter contre la section de butée 19 immobile.
En résumé, la barre de combustible P qui a été insérée dans l'arbre creux 1 est positionnée en un emplacement précis par l'équipement, comme suit : l'arbre creux 1 portant le mécanisme de maintien F3 est positionné en un emplacement spécifique sur la barre de combustible P à l'aide du mécanisme de positionnement F2, la barre de combustible P est alors soumise à une compression d'une certaine valeur. Ainsi, les barres de combustible P possédant un bouchon d'extrémité C ajusté sous pression constante par l'équipement de la présente invention sont toujours soumises à une situation de contact permanent dans la région de contact.
Décrivons maintenant le mécanisme de rotation. Les éléments tournants de l'arbre creux 1, du collet 2, de la fermeture de collet 4 et de la bague de ressaut 3 du mécanisme de maintien F3 sont soutenus par le cylindre de de mandrin 6 et la bague de réglage de collet 5 vissée sur celui-ci, via les paliers 6b, Sb et 5b. Un moyen d'actionnement prévu distinctement (et non représenté) est utilisé pour entraîner la section tournante à une certaine vitesse.
Le soudage du bouchon d'extrémité C sur la barre de combustible P est effectué par soudage de la région de contact à l'aide d'un chalumeau de soudage 16 qui est disposé en position adjacente au collet tournant 2, et en position diamétralement opposée à la périphérie de l'extrémité l'de la barre de combustible P. Ainsi qu'on l'a décrit plus haut, la région de contact entre la barre de combustible P et le bouchon d'extrémité C est maintenue sous une pression constante à l'aide du mécanisme de compression F1 et le mécanisme de compression F1 est maintenu à une pression constante à l'aide des moyens de contrôle de pression (non représentés).
Ainsi, la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte 11 v du cylindre varie en réponse aux variations des situations de
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compression provoquées par les distorsions thermiques de la barre de combustible P au cours de l'opération de soudage, de manière à maintenir constant l'état du contact dans la région de contact. Ainsi, la totalité de la région de contact entre la barre de combustible P et le bouchon d'extrémité C en cours de soudage est en permanence maintenue sous une pression constante de contact et maintient des conditions uniformes de soudage sur toute la partie soudée, ce qui empêche des modifications sous contrainte de la soudure.
De plus, du fait de la présence de l'enceinte de soudage 18 qui entoure la partie soudée entre la barre de combustible P et le bouchon d'extrémité C débordant du collet 2, il est possible de maintenir des conditions appropriées d'atmosphère protectrice.
En résumé, le traitement réalisé par l'équipement permet d'obtenir des conditions de soudage uniformes et constantes grâce à l'action combinée de la série cidessous de composants interreliés : (a) la barre de combustible P est insérée dans l'arbre creux 1 jusqu'à un emplacement prescrit dans l'équipement ; (b) le mécanisme de maintien F3 prévu sur l'arbre creux 1 est positionné en un emplacement prescrit sur la barre de combustible P à l'aide du mécanisme de positionnement 2 et maintient la position de la barre de combustible P en l'emplacement prescrit ; (c) le bouchon d'extrémité C repoussé dans la barre de combustible P sous une pression qui est maintenue constante ; ce qui permet d'obtenir pour toute barre de combustible P à souder des conditions de contact uniforme et reproductible entre la barre de combustible P et le bouchon d'extrémité C.
En outre, même au cours de l'opération de soudage, le mécanisme de compression F1 ajuste la pression de compression sur la barre de combustible P en réponse aux modifications des conditions de pression provoquées par les distorsions thermiques de la barre de combustible P de manière à maintenir constante et uniforme la pression sur la région de contact entre la barre de combustible P et le bouchon d'extrémité C, ce qui empêche des modifications de contrainte à l'emplacement de la partie de contact. Il est ainsi possible d'obtenir un soudage uniforme sur la totalité de la périphérie.
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La figure 7 est une représentation schématique du premier mode de réalisation de l'invention.
Dans ce mode de réalisation, l'opération de soudage est effectuée en maintenant la barre de combustible P à l'aide du mécanisme de maintien F3 et en repoussant la barre de combustible P en direction de l'enceinte de soudage 18 contenant la section de butée 19, à l'aide d'un cylindre 11 à fluide sous pression du mécanisme de compression F1. La force de compression est surveillée avant, pendant et après soudage et les résultats donnés en figure 8 montrent que la force de compression est maintenue constante tout au long de l'opération de soudage.
Par contraste, lorsque l'opération de soudage est effectuée en recourant à un mécanisme de maintien F3 et à une enceinte de soudage (contenant la section de butée) de conception classique, les résultats sont ceux donnés en figure 9 et indiquent qu'au cours de l'opération de soudage la force de compression augmente suite aux distorsions thermiques de la barre de combustible P, ce qui entraîne des modifications des conditions de contrôle entre la barre de combustible P et le bouchon d'extrémité C, et il n'est alors pas possible de maintenir la force de contact constante en cours de soudage.
Dans le mode de réalisation ci-dessus, le moyen de compression F1 recourt à un moyen fluide, et du fait de ses limitations structurelles il est difficile d'obtenir un contrôle fin de la force de compression. Pour cette raison, pour obtenir un contrôle plus fin de la force de compression, un second mode de réalisation représenté en figure 10 fut mis au point.
Dans ce second mode de réalisation, on utilise un mécanisme de maintien F4 qui est constitué d'un mécanisme de maintien fixe de conception classique, c'est-à-dire celui représenté en figures 1 à 7 du premier mode de réalisation, dans lequel le guide 21 est retiré et le cylindre de mandrin 6 est fixé sur le socle B, le mécanisme de maintien F4 étant modifié de manière à ce que le dispositif de compression F1 et le mécanisme de positionnement F2 ne soient pas utilisés, ce qui laisse uniquement le mécanisme de maintien de la barre de combustible P.
D'autre part, l'enceinte de soudage 40 contenant la section de butée 19 est disposée à déplacement libre dans la direction axiale, sur un socle B, à l'aide du guide 41 et en outre, l'enceinte de soudage 40 est dotée de : un mécanisme de positionnement de même conception que le mécanisme de positionnement F2 précédent (non représenté) ; le mécanisme de compression F5 qui repousse l'enceinte 40 en direction du mécanisme de maintien F4 ; des moyens de mesure 42 (transducteur et sonde de
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contrainte, etc. ) et des moyens de contrôle 43 destinés à contrôler le mécanisme de compression F5.
Le mécanisme de compression F5 comprend : des ressorts 44 (composants élastiques) qui repoussent l'enceinte de soudage 40 en direction du mécanisme de maintien F4 ; une unité à écrou 45 qui accroche le ressort 44 et le déplace dans la direction axiale ; une unité à vis sphérique 46 qui s'accroche à l'unité à écrou 44 ; et un moteur à impulsion 47 qui fait tourner l'unité à vis sphérique 46 en accrochant celle-ci. Le déplacement de rotation du moteur à impulsion 47 est transmis en un déplacement linéaire par l'unité à écrou 45 et l'unité à vis sphérique 46.
Le moyen de mesure sert à mesurer la force de compression contre la section de butée 19. La valeur de la force de compression détectée par le moyen de mesure 42 est introduite dans un contrôleur 48 et comparée aux données de référence, mises en mémoire, des forces de compression prescrites, et la force de compression effectivement appliquée est régulée par contrôle à rétroaction de manière à correspondre aux données de référence prescrites.
Ce second mode de réalisation, présentant la structure ci-dessus, est actionné comme suit. L'enceinte 40 (y compris la section de butée 19) est fixée en un emplacement déterminé à l'aide de moyens appropriés (non représentés) et la barre de combustible P portant son bouchon d'extrémité C préajusté est insérée à travers l'intérieur du mécanisme de maintien F4, et le bouchon d'extrémité C vient buter contre la section de butée 19, et la barre de combustible P est saisie par le mécanisme de maintien F4.
Ensuite, la fixation par les moyens appropriés est libérée de sorte que l'enceinte 40 (y compris la section de butée 19) devient libre de se déplacer et l'enceinte 40 (y compris la section de butée 19) est repoussée en direction du mécanisme de maintien F4 par la force du ressort 44, et le soudage de la barre de combustible P sur le bouchon d'extrémité C est effectué.
Dans ce cas, le contrôleur 48 régule le moteur à impulsion 47 via le dispositif d'entraînement 49 de manière à maintenir la valeur de la force de compression mesurée par le moyen de mesure 42 à la même valeur que la valeur de référence
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mise en mémoire dans le contrôleur 48. Par cette procédure, la force appliquée est régulée pour valoir la valeur de référence, et l'opération de soudage est effectuée sous une force de compression constante prescrite. Un exemple est représenté en figure 11 et représente le contrôle fin effectué permettant d'appliquer une force constante jusqu'à un certain moment au cours de la période de soudage, après quoi cette force est graduellement diminuée.
Cette soudure permet de fournir une soudure de haute qualité sans contrainte résiduelle et dépourvue de défauts tels que percement des supports et cordon de soudure surdimensionné.
Dans le second mode de réalisation, l'enceinte 40 (y compris la section de butée) était réglée par régulation d'un moteur à impulsion 47, à l'aide d'un moyen de contrôle 43 destiné à contrôler la compression dans la région de contact entre la barre de combustible P et le bouchon d'extrémité C. Il est cependant permis de remplacer le mécanisme de compression F1 du premier mode de réalisation, représente en figures 1 à 7, par le mécanisme de compression F5, pour contrôler le positionnement du mécanisme de maintien F3.