BE615702A - Procede et dispositif pour la fermeture etanche de tubes a fusion - Google Patents

Description

  "Proc�d� et dispositif pour la fermeture étanche de tubes sans fusion. 

  
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et Giuseppe MUSSO, est relative à un procédé et à un dispositif

  
pour la fermeture étanche de tubes en matériaux qui ne peuvent pas supporter la fusion sans destruction de leur structure.

  
Elle s'applique en particulier - bien que non exclusivement -

  
aux métaux frittés, comme l'aluminium fritté par exemple. Elle

  
est applicable notamment à la fermeture étanche des gaines d'éléments combustibles pour réacteurs nucléaires.

  
On sait que l'aluminium est utilisé pour le gainage

  
des éléments combustibles en raison de ses bonnes propriétés mécaniques, thermiques et neutroniques. Sa soudure s'effectue actuellement sans difficulté. Mais l' adoption de l'aluminium fritte a posé aux techniciens des problèmes d'assemblage et de

  
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sion à chaud, par étincelage et par application d'ondes ultrasoniques.

  
On a aussi utilisé, pour la soudure, le procédé du bombardement électronique qui s'effectue sous vide et dans lequel l'apport calorifique provient de la transformation de l'énergie cinétique des électrons produits par exemple par un canon à électrons. Le bombardement él ctronique permet d'obtenir un faisceau très étroit, donc une zone de fusion très localisée, mais comme tous les systèmes de soudure, il provoque, du fait même

  
de cette fusion, une transformation de la structure métallique

  
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lidité et à l'étanchéité de 1' assemblage.

  
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vénients tout en utilisant néanmoins le bombardement électronique. A cet effet, dans le procédé selon l'invention, on sectionne l'extrémité du tube à fermer suivant un plan sensiblement per-

  
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présentant une partie en saillie recouvrant l'extrémité du tube et on soumet successivement, sous vide, différents points de la surface extérieure de la partie en saillie du bouchon à un bombardement électronique, tandis qu'au moins la partie de la périphérie de l'extrémité du tube, qui est adjacente à la zone bombardée, est pressée radialement par des moyens de serrage contre le bouchon proprement dit placé dans l'extrémité du tube, l'intensité du bombardement et l'épaisseur de la partie en saillie du bouchon étant choisies pour que l'extrémité du tube ne fonde pas, mais soit soumise à un échauffement suffisant pour produire, par diffusion, la solidarisation de l'extrémité du tube et du bouchon proprement dit. La combinaison d'une certaine pression de serrage  <EMI ID=6.1> 

  
ce d'assemblage des deux pièces, non pas une fusion, mais une diffusion qui présente le double avantage de ne pas codifier la structure des phases en présence et d'assurer une liaison très intime, comme l'ont prouvé, des microphotographies, et donc une parfaite étanchéité. Le choix des conditions de réalisation permet de limiter la zone en fusion à la partie en saillie du bouchon, partie qui peut ensuite être éliminée.

  
Dans une forme de réalisation particulière, un déplacement relatif de l'ensemble tube-bouchon, d'une part, et des moyens de bombardement électronique et de serrage, d'autre part, est effectué à une vitesse de l'ordre de quelques tours par minute et pendant une durée de quelques minutes.

  
Dans une autre forme de réalisation particulière, les moyens de serrage développent sur la partie susdite de la périphérie de l'extrémité du tube une force de l'ordre de quelques dizaines de newtons.

  
Le dispositif selon l'invention, pour la mise en oeuvre du procédé ci-avant, comprend une enceinte sous vide dans

  
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portant son bouchon, un moyen de bombardement électronique dont l'axe est de préférence parallèle à celui du tube et passe au voisinage de la paroi du tube, cet axe traversant de préférence cette paroi, le tube avec son support, d'une part, et l'ensemble formé par le moyen de bombardement électronique et Les moyens de serrage, d'autre part, étant mobiles l'un par rapport à l'autre.

  
L'invention a encore pour objet un bouchon de tube pour la mise en oeuvre du procédé précité, bouchon dans lequel le fond du bouchon proprement dit a une épaisseur sensiblement triple de celle du tube à fermer, la partie en saillie ayant une épaisseur, comptée parallèlement à l'axe du tube, sensible-ment égale à celle du tube et une largeur, comptée radialement, sensiblement double de l'épaisseur du tube, l'épaulement réunissant le fond et la partie en saillie ayant une hauteur sensiblement triple de l'épaisseur du tube.

  
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif et avec référence au dessin annexé qui représente schématiquement, en coupe axiale, un dispositif de fermeture étanche de tubes, conforme à l'invention.

  
Le tube à fermer est un tube cylindrique 1 en aluminium fritté, destiné à constituer la gaine d'un élément combustible nucléaire (non représenté). Un bouchon 2, également en aluminium fritté, comprend le bouchon proprement dit introduit dans le tube 1 et dont le fond 3 est réuni par un épaulement 5

  
à une partie annulaire en saillie 4. Selon l'invention, si l'on désigne par a l'épaisseur DC du tube 1, l'épaisseur du fond 3

  
a une valeur de l'ordre de 3a et celle de la partie en saillie, BC, une valeur de l'ordre de a, c'est-à-dire que BC = CD; de plus, la largeur radiale AB de la saillie 4 a une valeur d'environ 2a et la hauteur de l'épaulement 5 (AF) une valeur de l'ordre de 3a.

  
Il est à noter que les dimensions qui viennent d'être définies pourraient être modifiées, de même que la forme du bouchon. C'est ainsi que le fond 3 pourrait porter des moyens d'attache ou de fixation du tube.

  
Le dispositif d'assemblage comprend, selon l'invention, (à l'intérieur d'une enceinte sous vide non représentée), un man-

  
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du tube 1, et supportant ledit tube 1. Celui-ci est placé sous un canon à électrons 8 monté verticalement de telle sorte que son

  
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mis, par l'intermédiaire d'une chape 11, à une force de l'ordre de 50 newtons produite par un ressort 10, appuie de manière

  
centripète sur la partie périphérique de l'extrémité du tube 1, adjacente à la zone bombardée.

  
Pour éviter toute déviation du tube 1, deux autres galets, tels que 14, montés comme le galet 9, sont disposés par exemple à 120[deg.] de ce galet 9.

  
Le dispositif comprend encore des moyens de refroidissement du tube 1, situés sous les galets,donc au voisinage des moyens de serrage. Ces moyens de refroidissement sont constitués par exemple par deux demi-anneaux de cuivre rouge 12 serrés autour du tube par un collier 13.

  
L'assemblage du tube et de son bouchon s'effectue de

  
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ordre de deux tours par minute, le canon 8 est mis en fonctionnement et bombarde la zone supérieure AB du bouchon 2. Ce bombardement électronique provoque une légère fusion, en 7, dans la partie en saillie 4; l'épaisseur de cette partie est suffisante pour qu'on puisse régler l'intensité du bombardement électronique de manière que la zone en fusion 7 n'atteigne pas la surface terminale de l'extrémité du tube et peur que l'échauffement local provoqué par la fusion engendre un gradient de température le long de l'épaisseur BC du bouchon, et donc un échauffement atténué suivant la ligne CD et, à un degré moindre, suivant la

  
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10 transmise par la chape 11 et le galet 9 favorise encore l'assemblage qui s'effectue finalement par diffusion intermétallique

  
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diffusion ne provoque aucune altération de la structure métallique des pièces, donc de leur résistance mécanique ou de leur coefficient de conduction thermique. Elle est complète après

  
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Grâce à la présence des demi-anneaux 13, la chaleur est évacuée rapidement en dessous de la section CDE. Le gradient de température est très élevé à l'endroit des demi-anneaux ;és et on évite un échauffement important du tube/ de la zone in-

  
en dessous téressée par la fermeture.

  
L'étanchéité de l'assemblage a été éprouvée à l'hélium sous une pression de 20 kg/cm<2> à une température de l'ordre de
500[deg.]C sans qu'il soit possible de déceler de fuite, au moyen d'un spectrographe de masse à hélium raccordé à une enceinte entourant l'extrémité du tube fermé.

  
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite et que bien des modifications peuvent être apportées à celle-ci, sans sortir du cadre du présent brevet. C'est ainsi que le procédé de fermeture étanche suivant l'invention s'applique à des tubes de section quelconque, c'est-à-dire cylindrique avec ou sans ailettes d'échange thermique, carrée, etc.

REVENDICATIONS

  
1. Procédé pour la fermeture étanche de tubes sans fusion, caractérisé en ce qu'on sectionne l'extrémité du tube

  
à fermer suivant un plan sensiblement perpendiculaire à son axe,

  
on obture cette extrémité par un bouchon présentant une partie

  
en saillie recouvrant l'extrémité du tube et on soumet successivement, sous vide, différents points de la surface extérieure

  
de la partie en saillie du bouchon à un bombardement électronique, tandis qu'au moins la partie de la périphérie de l'extrémité du tube, qui est adjacente à la zone bombardée, est pressée radialement par des moyens de serrage contre le bouchon proprement dit placé dans l'extrémité du tube, l'intensité du 'bombardement et l'épaisseur de la partie en saillie du bouchon étant choisias pour

  
 <EMI ID=14.1> 

  
ent

  
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de l'extrémité du tube et du bouchon proprement dit.

Claims (1)

1. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par un déplacement relatif de l'ensemble tube-bouchon, <EMI ID=16.1>

   rage, d'autre part, effectué à une vitesse de l'ordre de quelques tours par minute et pendant une durée de quelques minutes.

   3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de serrage développent sur la partie susdite de la périphérie de l'extrémité du tube une force de l'ordre de quelques dizaines de newtons.

   4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte sous vide dans laquelle est monté

   et un support pour le tube à fermer, celui-ci portant son bouchon,/un moyen de bombardement électronique dont l'axe est de préférence parallèle à celui du tube et passe au voisinage de la paroi du tube, cet axe traversant de préférence cette paroi, le tube avec son support, d'une part, et l'ensemble formé par le moyen de bombardement électronique et lies moyens de serrage, d'autre part, étant mobiles l'un par rapport à l'autre.

   5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de serrage precités sont formés par au moins un galet sollicité par un moyen élastique suivant une direction centripète.

   6. Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de refroidissement du tube, disposés à proximité des moyens de serrage et solidaires de ce tube.

   7. Bouchon, pour la mise en oeuvre du procédé, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fond du bouchon proprement dit a une épaisseur sensiblement triple de celle du tube à fermer, la partie en saillie ayant une épaisseur, comptée parallèlement à l'axe du tube, sensiblement égale à celle du tube et une largeur, comptée radialement, sensiblement double de l'épaisseur du tube, l'épaulement réunissant

   le fond et la partie en saillie ayant une hauteur sensiblement triple de l'épaisseur du tube.

   8. Procédé et dispositif pour la fermeture étanche de tubes, tels que décrits ci-avant ou représentés au dessin annexé,

   9. Bouchon de tube, tel que décrit ci-avant ou représenté au dessin annexé.