CA1084636A - Scellement par magnetosoudage de conteneurs a atmosphere controlee - Google Patents

Scellement par magnetosoudage de conteneurs a atmosphere controlee

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CA1084636A CA259,492A CA259492A CA1084636A CA 1084636 A CA1084636 A CA 1084636A CA 259492 A CA259492 A CA 259492A CA 1084636 A CA1084636 A CA 1084636A
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Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION:
L'invention concerne la fermeture par magnétosoudage au moyen d'une bobine explosive de conteneurs à atmosphère conditionnée. Après le conditionnement, les conteneurs sont fermés temporairement par un capuchon programmeur, en polymère synthétique, élastique, agencé pour fixer l'essentiel des paramètres géométriques intervenant lors du magnétosoudage ultérieur. Application particulière au scellement de gaines de combustibles nucléaires.

Description

108~

L'invention concerne un procédé pour la fermeture étanche par magnétosoudage de conteneurs, tels que des capsules d'irradiation et des gaines de combustibles nucléaires.
De tels contelleurs peuvent ren~ermer des substances qui sont radioactives dès le départ ou qui le deviennent au cours de l'irradiation, par exemple lors de la fabrication de radioisotopes dans les piles atomiques.
D'autre part l'atmosphère à l'intérieur des conteneurs doit être contrôlée, par exemple en ce qui concerne la nature des gaz, leur pureté et leur pression ou dépression. Enfin, les conteneurs sont exposés dans le réacteur à des températures relativement élevées et parfois à la forte pression des gaz libérés par les transmutations nucléaires.
Dans ces conditions, le scellement étanche des con-teneurs pose de multiples problèmes qui n'ont pu être résolus par l'art antérieur que grâce à l'application de techniques complexes et couteuses.
Les propositions de l'art antérieur partaient en effet généralement de l'idée qu'il convenait de réaliser la fermeture étanche définitive des conteneurs en boîte à gants ou dans une autre ambiance confinée pour éviter toute pollution par des produits radioactifs et assurer le contrôle de l'atmosphère à l'intérieur des conteneurs.
Selon le brevet des Etats-Unis no. 3,708,865 à Brin, délivré le 9 janvier 1979, on réalise la fermeture définitive de la gaine par une méthode qui fait appel au magnétosoudage par bobine explosive à l'extérieur de la boîte à gants. Pour cela onremplit d'abord, dans une bolte à gants, la gaine de son contenu- par exemple de combustible - la gaine étant ensuite provisoirement fermée par un bouchon et protégée par un sac en plastique souple.
Cette solution ne peut cependant convenir pour tous ~ .

~0~

les cas cl'atmosphère contrôlée à l'intérieur de la gaine qui peuvent se présenter.
En cas de surpression interne, cas qui se présente avec les élements combustibles de certains réacteurs nucléeires tels les PWR, le sac en plastique, une fois sorti de la bolte à gants - qui est l'enceinte de remplissage sous pression - se gonfle avec un risque d'éclatement. D'autre part, il est difficile de placer la bobine explosive. En effet, les manipulations, en changeant la forme et le volume du sac de pJastique,provoquent des échanges gazeux entre l'intérieur et l'extérieur de l'élément d'une part, entre l'intérieur et l'extérieur du sac de l'autre. Ces échanges risquent d'entraîner la sortie de substances contaminantes.
Dans le cas d'une légère dépression, telle qu'elle règne dans les boltes à gants en général, le sac plastique, forcément de diamètre supérieur à celui de la gaine de l'élément combus~ible, formera des plis provoquant une imprécision dans le centrage de la bobine explosive.
L'invention propose un dispositif permettant de remédier aux inconvénients précités et de réaliser en série, à peu de frais, la magnétosoudure par bobine explosive de conteneurs, tels que des capsules d'irradiation et des gaines de combustibles nucléaires.
A cet effet, un procédé basé sur l'invention prévoit, une fois le conteneur rempli dans une bolte à gants ou dans une enceinte similaire et fermé provisoirement au moyen d'un bouchon qui rentre au moins partiellement dans son extrémité
ouverte, de coiffer de façon étanche ledit bouchon et ladite extrémité par un capuchon élastique mis de force, avant de procéder au magnétosoudage dans une enceinte appropriée.
La présente invention propose un capuchon programmeur pour le scellement étanche par magnétosoudage 1084~36 d'une extrémité d'un conteneur cylindrique à l'aide d'une bobine explosive. Ledit capuchon comprend un côté cylindrique et un fond. Les côtés et le fond sont faits de matériel élas-tique définissant ledit capuchon. Le capuchon est formé pour etre mis à force sur un orifice approprié du conteneur pour le coiffer de fac,on étanche. Le côté comprend un ensemble de cannelures circonférentielles destinées aux spires de la bobine explosive et ces cannelures serventàfixer le nombre de spires entourant le côté, le pas des spires et leur écartement. Les cannelures servent également, lorsque le capuchon est mis a force à l'extrémité du conteneur, à déterminer l'emplacement des spires par rapport au conteneur.
De préférence, le capuchon selon l'invention est en matière plastique isolante, ce qui permet de faire 1'économie d'un isolant spécial entre la gaine et la bobine explosive lors du magnétosoudage.
En outre, en combinaison avec sa fonction d'agent d'étanchéité, le capuchon selon l'invention est employé en tant que porte-bobine et présente l'avantage de permettre une vérita-ble programmation du magnétosoudage par le contrôle de la ~-plupart des paramètres qui interviennent.
L'homme du métier sait qu'il convient de moduler et de graduer la force exercée par l'explosion de la bobine, par exemple en fonction de sa distance de la surface de la gaine, de la nature, de la forme et de l'épaisseur des métaux à réunir, de la distance qui les sépare. La technique du magnétosoudage est décrite plus en détail dans la publication EUR. 5060e (1972) pp. 332-336 dans l'article "Magnewelding" de C. DUMONT et P.
JEHENSON.
Sur un capuchon programmeur porte-bobine donné
on peut, en fonction de la soudure à réaliser, fixer un ou ~ - 3 -~ ' : .

plusieurs des parametres suivants - dimensions de la bobine, soit diamètre, longueur, pas fi.xe ou variable, - diamètre et nature du fil constituant la bobine, - géométrie du capuchon et matériau, notamment matière plastique, ~e constituant, - position et présentation des extrémités ou fils de ~084636 connexion de la bobine~
- positionnem2nt de la bobine par rapport ~ la gaine, au bouchon, ~ ventuel propulseur (le propulseur e~t un m~tal bon conducteur de l'~lectricit~ qu'il faut intercaler entre la gaine et 1~ bobine quand la ré~istivité ~lectrique du matériau de la gaine e~t élev~e).
- nature de la mati~re pla3tique ~par ex. chlorure de polyvinyle ou nylon).
Il eet connu que le magn~to~oudage con~ient psrti-culièrement pour r~aliser de~ ~oudures en ~érie. ~a rentabilité
impose slors une automati~ation aus~i pou~ée que possible du procéd~ et l'on voit tout l'avantage procuré par le capuchon programmeur qui permet de fixer, en dehors de la chaine de sGudure proprement dite, d'une manière globale et sure~la plupart de~ param~tres importants. ~e seul réglage ~ faire lor~ de la eoudure concerne alora la quantit~ d'énergie électri~ue à
fournir à la bobine en fonction dee autre~ paramètres d~terminés ~ l'avance, ~'utilité de la fonction porte-bobine du capuchon ressort par ailleure des con3id~rations ~uivantee relatives a~
comportement d'une bobine~explo~ive Avant que l'impulsion de courant ne volatili~e la bobine~ celle-ci est sollicit~e par des forces magnétiques qui la déforment dane un sens de diminution de ea longueur et d'augmentatio~ du di~mètre des ~pires. ~8 diminution de la longueur nuit ~ la bonne répartition du champ3 magnétique. En outre llsugmentation du diamètre, faisant croitre la di~tance entre 18 bobine explosive et le tube ~
propulser (ou son propuleeur) diminue d'autant le couplage et, de ce f~it, le rendement de l'impuleion.
~'am~lioration de plueieurs pourcent du rendement de l'impul~ion ~lectrique dans le cas de soudures fa~tee,au . .

-4- ~

10~4636 moyen du capuchon progr~mmeur peut ~tre ~ttribu~e ~ deux effet~
qui se 3uccadent et se compl~tent:
- con~er~ation de la g~ométrie de la bobine avant ~a volatili~ation - confinement du métal qui con~tituait la bobine apr~ que le cour~nt qui 1~ traver~e ait tr~nafor-mé le m~tal en liquide et/ou ~aæ
Il est bien ~vident~ que le cspuchon programmeur finit par ~tre détru~t, mai~ le cour~ intervalle de tempa pendant lequel l'intégrit~ de la bobine explo~ive a ét~ con~ervée permet une meilleure exploitation de l~impulsion ~lectrique.
Lor~que dea conteneur~, par ex. de~ gsine~ ~ atmo~-phère contrôlée doiv~nt etre obturé3, il convlent évidemment de ¢onditionner l~atmo~phère avant 1'obturation d~finitive et de procéder de façon ~ cc que l'atmo~phère gazeuse et/ou liquide ne ~oit paa contaminée par le mode de fermeture et que ~a pre~sion ne 901t pa~ chang~e lor~ de cette fermeture. En g~n~ral, l~opération de conditionnement de l'stmo~phère se fait, apras dégazage à haute température~ en effectusnt ~oit une eérie de vidan~e~ et de remplisssges du conteneur soit un balayage continu. Pour pouYoir réali~er la ~cellement par magnétosoudage immédiatement apra~ le~ dif~érent~ trsitements décrit~ il convient de placer le(~) bouchon(~) préalablement auxdits traitemento dan~ le~ tubulures d'admi~sion et/ou d'~vacuatlon du conteneur. Ie bouchon doit alor~ pr~enter un contour qui permette, en vue par ex. du bslayage, une communication entre le~ volume~ situ~ en ~mont et en aval de ce bouchon, ~e capuchon programmeur a dans ce~ condition3 une utilit~
particuliare puisqulil permet de fermer rapidement de façon ~tanche et ju~qu'au ~agn~to~oudage lea orifice~ du conteneur conditionné.
~e bouchon utili~é peut avoir diver~e~ forme~,;mais - . . .
. . .

10~4~;36 doit r~pondre aux imp~ratif~ ~uivanta:
a ) Permettre le pa~ssge de~ gaz pendant la pha~e de dégazage et des gaz et/ou liquides pend~nt la pha~e de remplia~age.
b) Etre fixé a l'intérieur du tube, de manlare ~ occuper une po~ition connue et ~ ne p~ se déplacer ~ 13 ~uite de~ choc~
et ~ ne pas etre entrafné par le flux ga~eux.
c) Avoir une forme permettant le magnéto~oudage, psr exemple:
partie tronconique.
Comme déj~ décrit oi-de~su~, cette méthode permet de réali~er le ~cellement de l'enceinte imm~diatement ~prè~ le~
différent~ traitement~ de dégazage et de remplisaage en une seule op~ration et ~n~ l'intervention d'aucun traitement thermique qui pourrait entrainer une pollution de l'atmosphère interne.
De plu~, on peut facilement donner ~ l'extrémité
hsute du bouchon une forme telle qu'elle provoque le ~ectionnement du tube à la fin de l'opération de magn~tosoudage, ce qui facilite la réalisation en série de ~cellemente~
~ 'in~ention sera maintenant illu~trée ~ l'aide des exemples repré~ent~3 ~ur les de~ins ~oint~ où
fig. 1 repr~ente en coupe axiale une galne tubulaire munie l'une de ~e~ extrémité3 d'un capuchon progr~mmeur, fig. 2 montre, également en coupe axi~le, une variante d'exécution particuliare du capuchon, le~ fils de 18 bobine ~t~nt noy~ dans la mas~e de la matière plastique con~tituant ledit c~puchon, fig. 3 représente une vue l~t~rale d'un bouchon d'un type utilisable pour la fermeture aan~ contamination d'une enceinte ~ ~tmo~phare contr81ée, fig. 4 e~t une vue du m~me bouchon en direction de la fl~che I
selon la figure 3. .
Sur ce~ figures, de~ m~nts analogue~ po~tent le .

~ . . . ' ! ~ ~ ' .

~0~463~;

mêmes repares.
Sur la figure 1, le repère 1 d~igne une gaine tubulaire contenant le produit 2 ~ traiter dan~ une pile atomique. Ia gaine est fermée ~ l'une de ~es extr~mit~ per un fond 3 rapport~ par de~ moyens conventionnel~.
A l'extr~mit~ oppos~e, la g~lne e~t ferm~e par un bouchon ~ pr~sentsnt une partie tronconique 4.1 et de~ portiona cylindriques 4~2 et 4.3 dl~po8ées de part et d'autre de la partie t~onconique, la portion 4.2 ~mergeant de la gaine. Un ciel gszeux 5 e~t m~nag~ entre le produit 2 et le bouchon 4.
I~ capuchon 6 qui porte la bobine 7 avec se~ connexion~ 8' et 8" est mont~ ~ force parde~u~ l'extrémit~ de la gaine tubulaire et 1D portion 4.2 du bouchon qui en émerge. On constate que les epires de la bobine sont maintenuee dans des cannelures 9, pratiqu~es ~ur le manteau cylindrique du capuchon. Ce capuchon as~ure conjointement avec le bouchon l'~tanchéité temporaire du conteneur lor~que ¢elui-ci e~t rempli ~ la pre~ion atmo~phérique ou sou~ d~pre~ion.
Si le rempli~sage se fait ave¢ surpre~ion interne, qui ne permettrait paa au bouchon et au capuchon de rester en pl~ce et d'a~urer l'étanchéit~, on peut pr~oir un di~positif mécani~ue, ~ymbolisé par la flèche M, pour maintenir l'ensemble bouchon/capuchon pendsnt le~ manipulation~ ~ui précèdent la magn~tosoudure.
Pour facillter le ~celleme~t r~ali3é par l'applica-tion des bord~ du conteneur ~ur le bouchon ~ou~ l'effet des force~ magn~tique~ développ~es entre la bobine et la gaine et/ou l'onde choc cr~e par l'explo~isn de la bobine, le bouohon 4 comprend une partie tronconique 4.1 que ~t~va~e vers l'intérieur de la gaine.
Sur la fig. 2, qui montre une variante du cnpuchon programmeur ~elon l'invention, la gaine 1 en aluminium e~t 1084~36 obtur~e p~r le bouchon cylindro-¢onique 4 en SAP 7~ A120~
form~ d'un ~lément cylindrique 4.~ prolongé de p~rt et d'~utre par de~ portion~ tronconique~ 4,1 et 4,4, Un capuchon programmeur 6 coiffe leq extr~mité~ de la gaine 1 et du bouchon 4. Le capuchon porte~ noy~e~ dan~ ~ m~e, les spire~ 7 ain~i que les connexions 8' et 8" en cuivre de la boblne explo~ive, Les connexions 8' et 8", ~pras d~nudage de leur~ extrémités, ~ont serrées dsn~ des mAchoire~ (non repré~entée~) pour as~urer le pa~sage de l'impulsion ~lectrique.
En dehor~ de se~ fonctions d'obturation et de pro-grammation du magnétosoudage, le c~puchon 6 en mati~re plastique i 901e la bobine 7 de la gaine métallique 1, Il permet également, dans la variante repr~3entée, de faire l'économie de fil préi~olé, Sur la figure 3, on voit le bouchon 4, comportant , une partie antérieure tronconique 4,1 et de~ portion~
cylindrique~ 4,3, disposée~ du m~me c8t~ de la partle tronconique et sépar~es par une gorge circulaire 11 qui sert à
la fi~ation provi~oire du bouchon dans une tubulure, ~e bouchon 4 pré~ente de~ rainurea longitudinale~ 12, pratiquée~
dans les partie~ cylindriques 4,3 et p~rtiellement dans l'él~ment tronconique 4,2 et qui permettent, avant la ; ~-fermeture définitive psr magnétosoudage, une communication entre les volume~ situés de part et d'autre du bouchon en vue par exemple de conditionner l'atmo~phère à l'int~rieur d'un récipient, le bouchon 4 étant ~lors placé dan~ une tubulure d'sdmission ou d'~vacuation dudit récipient, ~'exemple concerne 1~ fermeture d'un élément com-bustible du réacteur EC0, dsns lequel le combustible estcomposé de ps~tilles d'U02. ~a gaine est formée d'aluminium A5NET qui présente une teneur en aluminium supérieure ~ ~9~5 10~36 Al. Ies diamatre~ ext~rieur/intérieur de la g~ine ~ont 15 mm/13 mm. ~e~ bouchons ~ chaque extrémité de la gaine ~ont cylindroconiques et en SAP 7~ Al203. ~'atmosph~re e~t de l'argon en lég~re dépression, ~ sa~oir celle de la boite gant~ de rempli~age, ~oit quelque~ cm d'eau. ~e~ deux bouchons sont identique~ et leur ~oudure à l'int~rieur de la gaine se prati~ue de la même mani~re: le premier avant, le ~econd apr~3 rempli~ge aveo des pa~tilles d'U02, Av~nt ~oudure, le premier bouchon e~t enfon¢é à force dans l'extrémit~
de la gaine, pUi8 le capuchon progrsmmeur est également mi~
force de fsçon ~ coiffer de façon étanche ledit bouchon et ladite extrémité. L'ensemble est alor~ positionné sur u-n outlllag~, qui a~sure le maintien mécanique et les contacts ~lectrique~ entre la bobine et le g~nérateur d'impul~ion (banc Magnéform MK l de 6 ~ilo-joule~)-On provoque ~lors la d~charge de~ ¢ondensateurs, labobine et le capuchon explosent, mai9 un in~tant auparavant, les force~ magnétiques développées entre bobine et gaine ont projet~ l'extrémité de cette dernière contre la psrtie conique du bouchon provoqusnt une soudure par impact.
La gaine avec son fond constitué par ¢e premier bou-chon soud~ eat ensuite introduite dans une boite ~ gants où elle reçoit sa charge de combustible (Pastilles d'U02).
On répète alor~ ~ur l'autre extrémit~ de la gaine le3 op~rations pr~cédemment décrites, ~ ~avoir introdu¢tion du bouchon, mise ~ force d'un oapuohon programmeur, porte-bobine et msgnétosoudage.
Pour le procéd~ ~elon l'exemple on a choisi les valeurs suivantes pour le~ différents paramatre~:
l. énergie fournie à la bobine: 2 kilo~oules
2. bobine: fil de cuivre 0 1,3 mm, troi~ ~pire3 et demies,.
pas de 2mm _g_ ~, .. .. .

- 108~636
3. di~t~nce boblne - g~ine; 0,2 mm
4. distance entre l'extr~it~ de la gain~ et la premi~re apira:
O mm
5. position du bouchon: petite extr~mit~ du c~ne dan3 le m~me plan que l'extr~mit~ de 1~ g~lne
6. forme du c~puchon: selon fig. 2
7. po3ition du capuchon: enfoncé ~ ~orce jusqulau contaot de 80n fond avec l'extrémité gaine-~ouchon
8. nature du capuchon: en chlorure de polyvinyle moulé, avec bobine noyée dans la ma~e.
On voit que tous les parsmètrea de magnéto~oudag~, part le~ paramatre~ 1 et 5, sont défini~ par le onpuchon programmeur. Ie parDmètre 5, la po~ition du bouchon, ne pose pas de problame~ car il suffit d'enfoncer le bouchon dan~ le bon sen~ ~u~qu'au niveau de l'extr~mlt~ de la gaine.
Dans une ~orme préférentielle, le capuohon progrsm-meur porte des crans ou protub~rances destiné~, en agi~sant ~ur un ou plusieurs palpeur~, ~ provoquer le réglage automstique de l'énergie fournie par le g~n~rateur d'impulsions. Ce ou ce~
palpeurs sont svantageusement disposés sur l'outillage qui ~sure la fixat~on m~canique et les contacts ~lectri~ue~ durant le ma~nétosoudage. ~ ~
EXEMPIE 2 ~ ~ ;
~ 'exemple concer~e les phases de d~gazage, rempli3-~age et scellement d'un csloduc au fr~on. Un tube d'aluminium après préparation ad~quate de la ~urface interne, est fermé
par un moyen connu à l'une de ~e~ extrémité~. Un bouchon ~elon la fig. ~ e3t introduit ~ l'autre extrémit~ du tube et immobili~ provisoirement au moyen de la gor6e 11 visible sur 30 18 fig. 3. Sur la partie du tube dépas~ant le bouchon on applique d'une maniare ~tanche un appsreillage permettant la-vidange et le remplissage do~é 8U fr~on du caloduc. Une foi~

~. .
. , ~- .
. .-. .. .. .
.. . .

10~ 36 le tube rempli de 1~ quantit~ prescrite de fr~on, la bobine de magn~tosoud~ge, port~e psr un capuchon programmeur, est placée en correspondance de la zone ~ aouder et l~on procède l'op~ration de magnéto30udure pour le ~cellement du bouchon Ie c~loduc peut en~uite ~tre enlev~ en vue de~ opération~ de finition externe.
. ~e ~cellement décrit évite d'endommsger la ~tructure capillsire interne du csloduc qui, par la méthode du pincement de l'art antérieur, pourrait être écra~ée; de plu~, la fermeture ~clon l'invention con~ervera une forme cylindrique ou l~gèrement tronconique, ~ans augmentation du diamètre externe du tube dont la paroi reste inaltér~e et ne pr~ente pa~ de zone affaiblie.

, . - ~ .
. ,.

Claims (4)

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Capuchon programmeur pour le scellement étanche par magnétosoudage d'une extrémité d'un conteneur cylin-drique à l'aide d'une bobine explosive, ledit capuchon comprenant:
- un côté cylindrique et un fond, lesdits côtés et ledit fond étant faits de matériel élastique définissant ledit capuchon, ledit capuchon étant formé pour être mis à
force sur un orifice approprié dudit conteneur pour le coiffer de façon étanche;
- ledit côté comprenant un ensemble de cannelures circonférentielles destinées aux spires de la bobine explosive, lesdites cannelures servant à fixer le nombre de spires entou-rant ledit côté, le pas des spires et leur écartment, lesdites cannelures servant également, lorsque ledit capuchon est mis à
force à l'extrémité dudit conteneur, à déterminer l'emplacement des spires par rapport audit conteneur.
2. Capuchon programmeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il porte les spires de la bobine explosive noyées dans sa masse.
3. Capuchon programmeur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il présente des protubérances formées de façon à agir sur des palpeurs de façon à contrôler ledit scellement.
4. Capuchon programmeur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit côté dudit capuchon est fait de matière plastique.
CA259,492A 1975-08-21 1976-08-20 Scellement par magnetosoudage de conteneurs a atmosphere controlee Expired CA1084636A (fr)

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