<Desc/Clms Page number 1>
Eléments combustibles pour réacteurs nucléaires, ; La présente invention se rapporte à des éléments com- bustibles pour réacteurs nucléaires.
Parmi les éléments combustibles pour réacteurs nucléai- res les plus courants figurent ceux dont le matériau combustible nucléaire est engainé dans un tube protecteur fermé par des bou- chons d'extrémité. Chacun des deux bouchons d'extrémité est scellé à la gaine par une soudure dirconférentielle bout à bout obtenue en procédant par soudure à l'arc sous argon.
L'emploi de ces bou- chons d'extrémité soudés présente des difficultés lorsque les élé- ments combustibles ont de petites dimensions en section transversale comme c'est le cas pour les éléments combustibles du type aiguille,
<Desc/Clms Page number 2>
A ces difficultés sont associés divers facteurs qui comprennent la nécessité d'une précision dans le réglage de la pénétration de là soudure, le désir de réduire la zone affectée par la chaleurde la soudure, le fait que des modifications brusques de la section transversale se produisent dans le voisinage immédiat de la soudure . et la croissance du grain des constituants soudés.
Suivant un aspect de la présente invention, un procédé de fermeture d'une extrémité d'un tube protecteur pour un élément combustible du type aiguille pour.réacteur nucléaire est caractérisée en ce qu'on façonne l'extrémité par rétreinte pour y former un col ouvert et on scelle l'ouverture par soudure.
Suivant un autre aspect de la présente invention, un procédé de fermeture d'une extrémité d'un,tube protecteurnpour un élément combustible du.type aiguille pour réacteur combustible est caractérisé en ce.qu'on assemble un tube de renfort avec l'extré- mité du tube protecteur de manière qu'une partie d'une surface du tube de renfort soit en contact avec une surface opposée de l'ex- trémité du tube protecteur, on rétreint l'ensemble pour former . un col ouvert à l'endroit des surfaces en contact et on scelle l'ouverture du col par soudure.
, '.-
Le tube de renfort est de préférence placé en partie à l'intérieur et en partie à l'extérieur du tube protecteur, l'ex- tréfilé de la partie se trouvant à l'extérieur du tube protecteur étant fermée,
Avant de façonner le col,on soude 'de préférence l'extre- mité du tube protecteur au tube de renfort.
L'invention couvre également un tube protecteur pour un élément combustible nucléaire comprenant une fermeture d'extrémiité obtenue par le procédé décrit dans les quatre paragraphes précédente.
Dans le dessin annexé donné à titre d'exemple, les
Fige 1 à 3 sont des vues en coupe longitudinale, à grande échelle montrant les différentes phases de la fermeture de l'extrémité d'un tube protecteur d'élément combustible pour réacteur nuclèaire
<Desc/Clms Page number 3>
par le procédé de la présente invention.
Les figures montrent un élément combustible du type aiguille pour réacteur nucléaire comprenant une matière combus- tible nucléaire 1 prise entre des pastilles d'oxyde d'uranium naturel 2,3, et un' tube protecteur 4 entourant le combustible 1.. et.les pastilles 2,3. Le tube 4 est, de manière typique, fait en acier Inoxydable et a un diamètre interne de 0,2 pouce (5 mm) avec une épaisseur de paroi de 0,015 pouce (0,375 mm) tandis que la matière combustible 1 est, de manière typique, de l'bxyde d'uranium ou de l'oxyde de plutonium enrichi ou un mélange de ces deux oxydes, sous la forme d'un empilage de pastilles ou de poudre compactée. Suivant l'invention, une extrémité du tube vide.4 est façonnée par rétreinte pour y former un col ouvert.
Après enlève- ment de la matière en excès, l'ouverture est scellée par un point de soudure à l'arc sous argon 5 de façon que l'extrémité 6 du tube 4 ait une forme approximativement hémisphérique.
Après nettoyage du tube 4, on introduit dans l'ordre indiqué, une cale de positionnement 7 en acier inoxydable, la pastille 2, la matière combustible 1, la pastille 3 et une cale de positionnement 8 en acier inoxydable, par l'extrémité ouverte 9 du tube 4. La cale 7 comporte des extrémités incurvées 10,11 et un trait de scie longitudinal 12 tandis que l'élément 8¯comporte une extrémité incurvée 13 et un trait de scie longitudinal 14.
La fig. 1 montre un tube de renfort 15 enfoncé dans l'extrémité 9 du tube 4 de telle manière qu'une partie de la sur- face extérieure du tube 15 soit en contact avec la surface inté- rieure de l'extrémité 9 du tube 4. Cette partie du tube 15 à l'intérieur du tube 4 comporte une extrémité ouverte ayant une bride 16 dirigée radialement vers l'intérieur tandis qul'extré- mité de l'élément 15 à l'extérieur du tube 4 est rétreinte et fermée par un point de soudure à l'arc sous argon 17.
. Le tube intérieur de renfort 15 est l'extrémité du tube 9 étant emboîté comme représenté sur la Fig. 1, on les soude en-
<Desc/Clms Page number 4>
semble par un cordon de soudure circonférentiel à l'arc sous argon
18.
Après achèvement de la soudure 18, on rétreint le tube
15 et l'extrémité 9 du tube 4, en formant ainsi un col ouvert 19 (Fig. 2) sur l'ensemble a l'endroit ou leurs surfaces sont en con- tact, puis on coupe le col 19 suivant la ligne indiquée par les flèches 20, ce qui élimine les soudures 17'et%8 et donne une ou- verture 21, Ensuite, on dégaze le tube 4. et on le remplit d'hélium par l'ouverture 21 que l'on ferme finalement par un point de sou- dure à l'arc sous hélium 22 (Fig. 3) qui scelle le tube 15 et l'extrémité 9 du tube 4 ensemble.
L'invention n'est pas limitée aux détails décrits ci- dessus à titre d'exemple avec référence au dessin. C'est ainsi que l'élément 15 ne doit pas nécessairement comprendre la bride 16 bien que cette bride soit avantageuse en ce sens qu'elle délimite un espace de dilatation 23 et retient en place le combustible 1 et . les pastilles 2,3..
Pour certains essais ie fermeture d'extrémités de tubes, on a utilisé pour rétreindre ceux-ci une machine de rétreinte à double matrice Stevens & Bullivant n 10, en maintenant les tubes des éléments combustibles du type aiguille dans un mandrin de serrage porté par un fût monté sur un banc gradué de manière que .
, la longueur du tube introduite dans les matrices de rétreint puisse être réglée de manière précise. En coupe longitudinale, la forme de la matrice ressembleune arche à extrémité semi-cir- culaire, la double matrice délimitant une sortie axiale à l'ex- trémité. La sortie est plus petite pour l'extrémité 6 que pour l'extrémité 9.
D'autres essais de fermeture d'extrémités ont été faits en utilisant une machine de rétreinte tournante Stevens & Bullivant n 4 à double matrice conformée de manière à former une partie tronconique droite entre la partie principale du tube et le col.
<Desc/Clms Page number 5>
Un tube de renfort analogue au tube de renfort intérieur 15 peut être utilisé à l'extrémité 6 aussi bien qu'à l'extrémité 9. Ce tube de renfort agit en quelque sorte comme un mandrin et sert à.réduire le risque de fissuration pendant la rétreinte. Pour les dimensions de tube indiquées ci-dessus, le tube en acier Inoxydable 15 a, de manière typique, une épaisseur de paroi de
0,017 pouce, (0,425 mm) et on opère la rétreinteà froid, de manié- ' re typique, pour obtenir un col d'un diamètre extérieur de 0,16 pouce (4 mm) et un tube de renfort intérieur 15 ayant un diamètre interne d'environ 0,070 pouce (1,75 mm), (ce qui, en d'autres mots, est la dimension de l'ouverture ou de l'alésage 21,) c'est- à-dire une notable réduction par rapport au diamètre interne de
0,2 pouce (5 mm) du tube 4.
Les essais de résistance à l'éclatement à la température ambiante et à 650 C sur des tubes fermés aux extrémités par ré- treinte et soudure indiquent que dans tous les cas les ruptures commencent dans les parties non rétreintes des tubes, aux pressions normalement prévues à partir des données de résistance à l'éclate- ment du tube.
Le façonnage par rétreinte d'une extrémité d'un tube protecteur d'un élément combustible du type aiguille pour réacteur nucléaire, pour former un col, constitue une caractéristique im- portante de l'invention. insi, d'autres procédés de façonnage des extrémités de ces tubes ont été essayés'et donnent lieu à de sérieux inconvénients que la rétreinte évite: Par repoussage au tour, il est difficile d'obtenir des résultats suivis tandis que le cônage nécessite pour déformer l'extrémité dans une matrice, une charge axiale qui est supérieure à la charge de flambage de la partie principale du tube, tandis que le laminage donne lieu 'à un amincissement de la paroi et à des fissures.
La soudure 18 aide à assurer qu'il n'y a pas de dépla- cement axial relatif entre l'extrémité 9 du tube 4 et le tube de renfort 15 pendant l'opération de rétreinte tandis que les soudures
<Desc/Clms Page number 6>
17, 18 aident à éviter que de l'huile provenant-du système de lubrification de la machine utilisée pour l'opération de rétrainte :
EMI6.1
pénètre dms les aiguilles de combustible et contamine le combue. tible 1 et les pastilles 2, 3.
Un autre avantage de l'invention est d'éviter l'emploi de bouchons d'extrémité soudés, ce qui écarte les difficultés in- diquées plus haut et celles de l'alignement des bouchons d'extré- mité, et permet l'emploi de simples points de soudure pour le scellement.
Bien que le tube de renfort 15 constitue une pièce sup- plémentaire, son emploi est compensé par les avantages indiqués plus haut, et on peut se passer de cordon de soudure 18 en pré- voyant un emboîtement à frottement dur entre le(tubes 15 et 4.
Le tube protecteur à rétreindre d'un élément combustible du type aiguille pour réacteur'nucléaire a un diamètre extérieur réduit (par exemple 0,23 pouce ou 5,75 mm pour le tube ou gaine 4) et une épaisseur de paroi relativement élevée (par exemple 0,015. pouce ou 0,375 mm) pour le tube ou gaine 4.
REVENDICATIONS.
EMI6.2
- - - - - - - - - - - - -
1.- Procédé de fermeture d'une extrémité d'un tubs pro- tecteur pour un élément combustible du type aiguille pour réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'on façonne l'extrémité par ré- '.jl' treinte pour y former un col ouvertvet on scelle l'ouverture par soudure.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.