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MÉMOIRE DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE DE BREVET FORMEE PAR WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION pour Grille à barreaux combustibles avec des manchons soudés dans des bandes encochées.
- --------------Demande de brevet aux Etats-Unis d'Amérique n 414. 232 du 1er septembre 1982 en faveur de R. DUNCAN.
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GRILLE A BARREAUX COMBUSTIBLES AVEC DES MANCHONS SOUDES DANS DES BANDES ENCOCHES La présente invention concerne un ensemble de grille de supports de barreaux combustibles sur laquelle sont soudés des manchons. Plus particulièrement, l'invention
DESCRIPTIFconcerne un tel ensemble dans lequel les bandes de la grille formant certaines des cellules sont prévues avec des encoches, un manchon cylindrique s'appuyant sur ces encoches.
Il existe des éléments de faisceau de combustible nucléaire qui comprennent une matrice de barreaux de combustible nucléaire disposés en rangées et en colonnes et maintenus dans cette configuration par plusieurs grilles à barreaux combustibles. Ces grilles sont formées par des
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bandes qui sont encochées de manière que les encoches s'ajustent, une bande pénétrant dans l'encoche de l'autre à chaque point d'intersection. Des barres de contrôle sontr introduites dans des positions déterminées du réseau de barreaux combustibles nucléaires. Ces barres de contrôle sont reçues dans des manchons de guidage qui sont soudés à la grille.
Plus particulièrement, il a été proposé dans le passé une réalisation dans laquelle les bandes formant la grille comportaient des bords qui se trouvaient dans un plan commun et plusieurs manchons de guidage étaient prévus,
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chacun s'appuyant sur quatre bandes définissant une cellule commune. Le diamètre extérieur du manchon cylindrique de guidage était tel qu'il permettait à la base du manchon cylindrique de reposer sur les bords des quatre
0bandes formant une même cellule, étant bien entendu que des manchons de guidage n'étaient prévus que dans des cellules espacées et non dans des cellules voisines.
Pour assembler les manchons de guidage avec la grille, les manchons étaient soudés en appui sur les bandes formant la cellule particulière, sur le bord supérieur de chacune des quatre bandes. Cette procédure imposait que la grille, après son assemblage, soit usinée pour assurer que les bords des quatre bandes formant la cellule particulière sur laquelle le manchon cylindrique devait être soudé se trouvaient aussi étroitement que possible dans un plan commun, ce qui nécessitait une phase de fabrication de dressage point par point. Cette opération était longue et coûteuse, nécessitant d'utiliser une machine et des montages appropriés, et également beaucoup
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de main d'oeuvre.
La nécessité d'une précision relativement grande dans la position des bords des bandes est basée sur le fait que si un intervalle supérieur à 0, 1 mm subsiste entre le manchon et le bord de bande de grille, la soudure effectuée peut fort bien être défectueuse car le métal fondu ne s'étend pas entièrement au-dessous de la partie de la base du manchon cylindrique qui doit engager le bord supérieur de la bande de grille i l'apparition d'un intervalle entraîne une soudure défectueuse ou aucune soudure, ce qui n'est satisfaisant dans aucun des deux cas.
Une autre réalisation d'un ensemble de manchons et de grille est décrit dans le brevet des Etats-Unis
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d'Amérique n 3. 791. 466 qui montre un ensemble de grille comprenant des manchons du même type général que celui mentionné ci-dessus, les manchons étant brasés sur les bandes formant la grille.
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Un objet de l'invention est donc de proposer une réalisation d'une grille sur laquelle sont fixés des manchons, et dans laquelle l'engagement est obtenu entre le manchon cylindrique et la grille sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des opérations coûteuses de dressage point par point ou opérations similaires.
L'invention concerne donc essentiellement un ensemble de grille et de manchons, caractérisé en ce qu'il comporte une structure définissant une grille, comprenant une première paire de bandes de grilles parallèles et espacées s'étendant perpendiculairement à une seconde paire de bandes de grilles parallèles et espacées, les bandes de chaque paire ayant le même écartement que les bandes de l'autre paire et définissant ainsi au moins une cellule, les bandes ayant des bords qui se situent dans un plan commun, l'ensemble se caractérisant en ce que les bandes comportent chacune une encoche rectangulaire dans
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le bord, situé au centre le long du bord entre les bandes perpendiculaires, un manchon cylindrique dans les encoches en contact avec les quatre bandes, et des soudures formées au niveau des encoches pour assembler le manchon avec la grille.
Selon ces objets de l'invention ainsi que d'autres, un ensemble de grille à barreaux combustibles est réalisé par des bandes ajustées qui sont poinçonnées dans une bande continue de matière, les bandes comportant des encoches. La grille assemblée avec les bandes encochées de façon correspondante forment donc un grand nombre de cellules définies chacune par quatre bandes. Deux groupes de bandes sont prévus, les bandes de chaque groupe étant uniformément espacées et parallèles et les bandes d'un groupe étant perpendiculaires à celles de l'autre groupe.
De plus, l'écartement des bandes des deux groupes est le
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même de sorte que les cellules sont carrées. Certaines des cellules comportent des encoches dans les quatre bandes
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oqui définissent et forment une cellule, dans son bord supérieur, chaque encoche étant rectangulaire avec un
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côté parallèle au bord de la bande et deux côtés qui lui sont perpendiculaires. Les encoches sont situées chacune au centre de la partie de la bande s'étendant entre les deux bandes perpendiculaires qui sont voisines.
Le manchon cylindrique s'appuie dans les quatre encoches formées dans les quatre bandes définissant la cellule, le diamètre extérieur du manchon cylindrique étant pratiquement le même que la distance entre les surfaces extérieures des quatre bandes formant la cellule ; le fond ou la base du manchon cylindrique s'appuie sur le bord de chaque encoche qui est parallèle au bord de la bande dont elle fait partie et engage également les deux bords qui lui sont perpendi- claires. Le manchon cylindrique est donc ajusté en contact avec l'appui formé par les quatre encoches. Un soudage est effectué en soudant les deux bords et le manchon cylindrique d'une encoche et les deux bords et le manchon cylindrique d'une encoche diamétralement opposée.
En pratique, s'il est déterminé après le soudage initial, comme un soudage au laser, des manchons cylindriques et des bords des encoches de bandes opposées, que la soudure est défectueuse, il est possible de souder le manchon cylindrique sur les bords des encoches de deux bandes qui sont perpendiculaires à celles du soudage initial, en réalisant ainsi un soudage approprié d'une façon simple et sans avoir à traiter à nouveau la grille.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue en perspective d'un élément de faisceau de barreaux combustibles nucléaires,
La figure 2A est une vue en perspective d'une grille portant les manchons,
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La figure 2B est une vue en plan montrant une partie de la grille et plusieurs manchons à plus grande échelle,
La figure 2C est une coupe suivant la ligne
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2C-2C de la figure 2B et,
La figure 20 est une coupe suivant la ligne 2D-2D de la figure 2B.
L'appareil et le procédé selon l'invention sont conçus spécialement pour une partie de la fabrication des éléments de faisceaux de barreaux combustibles nucléaires 10, comme celui représenté sur la figure 1. Cette figure montre que l'élément 10 est une unité autonome constituée
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par un ensemble de buses supérieures 12 et un ensemble de buses inférieures 14 entre lesquelles est diposée une matrice de barreaux combustibles nucléaires 18 disposés en rangées et en colonnes et maintenus dans cette configu-
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ration par plusieurs grilles 16. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 1, des barres de contrôle sont introduites dans des positions déterminées dans le réseau de barreaux combustibles 18.
Les ensembles 12 et 14 et les grilles 16 forment une ossature qui supporte les barreaux combustibles 18 et les barres de contrôle. Les éléments combustibles 10 sont chargés dans des positions prédéter- minées dans un réacteur nucléaire et par conséquent, l'orientation mutuelle des barreaux combustibles 18 est contrôlée rigoureusement.
Dans un exemple de réalisation, l'invention
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concerne la fabrication des grilles 16 telles que représentées sur la figure 2A. La grille 16 a une forme à peu près carrée dont la périphérie est formée par quatre bandes extérieures 22a, 22b, 22c et 22d. Chaque extrémité d'une bande extérieure 22 est soudée par un cordon de soudure d'angle 30 sur l'extrémité d'une bande extérieure disposée perpendiculairement.
Deux coupes de bandes intérieures 20 espacées et parallèles sont prévues, les bandes des groupes
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Détant perpendiculaires entre elles, en formant ainsi des cellules carrées destinées à recevoir les barres de contrôle et les barreaux combustibles 18. Les bandes intérieures 20 comportent des encoches correspondantes, formant des points d'intersection 24. Une soudure d'intersection 32 est formée en chacun des points d'intersection 24, pour obtenir une structure de grille rigide.
En outre, chacune des bandes intérieures 20 comporte à chaque extrémité deux languettes 16 de forme et de configuration lui permettant de pénétrer exactement dans des encoches supérieures et inférieures 28 formées dans les bandes extérieures 22 comme le montre la figure 2A. Une soudure d'encoche et languette 34 est effectuée le long des rangées supérieures et inférieures des encoches 28 dans les bandes extérieures 22. En outre, plusieurs manchons de guidage 36 sont disposés sur la surface supé-
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rieure de la grille 16 pour recevoir et guider les barres de contrôle qui sont disposées. Une série de cordons de soudure 38 fixe les manchons de guidage 36 sur des encoches correspondantes 40 formées dans les bandes intérieures 20.
Un appareil de soudage à laser de précision est particulièrement adapté pour effectuer une série d'opérations de soudage contrôlées, pour effecter chacune des soudures 30, 32, 34 et 38. Un appareil de soudage à laser de précision tel que celui décrit dans les demandes de brevets belges déposées ce même jour au nom de la demanderesse sous les titres"SYSTEME D'USINAGE A LASER"et"CHAMBRE
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D'USINAGE MOBILE AVEC MONTURE TOURNANTE POUR LA PIECE" contrôle non seulement les différents paramètres d'émission du laser en ce qui concerne la durée, l'amplitude de chaque impulsion laser et le nombre des impulsions qui sont appliquées à chaque soudure, mais également le positionnement séquentiel des grilles 16 par rapport au faisceau laser.
Entre chacune de ces soudures, la grille 16 est repositionnée et/ou le foyer du faisceau laser est changé pour effectuer le type particulier de soudure voulue.
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0La figure 2B représente une partie de la grille 16 montrant deux des manchons 36 assemblés sur certaines des bandes intérieures 20. La figure 2C montre
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qu'il est prévu dans chacune des cellules formées par quatre bandes qui se croisent, des doigts élastiques 36 qui ont été estampées dans la matière des bandes pendant l'opération qui les a formés à partir d'une bande métallique continue. En outre, sont prévues au fond de la grille 16 comme le montre la figure 2C, des ailettes 42 qui s'étendent à partir de différentes bandes 20 et 22 faisant des angles avec les plans qui contiennent les bandes à partir desquelles elles s'étendent. Des doigts d'écartement élastiques 46 sont également prévus.
La figure 2D montre en détail l'ensemble particulier de grille et de manchons selon l'invention.
Le manchon 16 est un cylindre droit avec une surface cylindrique extérieure 36a, une surface cylindrique intérieure concentrique 36b et des faces d'extrémités annulaires 36c et 36d. Une partie d'une bande intérieure 20a est représentée en élévation et perpendiculaires à cette
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dernière, deux bandes de grille 20b en une disposition espacée étroitement parallèle apparaissent en coupe.
Selon la figure 2B, le groupe de bandes parallèles qui sont uniformément espacées et dans lesquelles les bandes d'un groupe sont perpendiculaires à celles de l'autre groupe forment un grand nombre de cellules. Etant donné que l'écartement des bandes est uniforme, les cellules sont
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carrées. De plus, comme le montre la figure 2C, les bords supérieurs de toutes les bandes se situent dans un plan commun.
Chacune des bandes 2tua, 20b formant une cellule sur laquelle un manchon 36 doit être monté est prévue avec une encoche rectangulaire 40 qui est située
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au centre du bord de la bande 20a comme le montre la figure 2D, se trouvant entre deux bandes 20b. 40
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comporte un bord 40a qui est parallèle et espacé du bord 20c de la bande 20a et l'encoche 40 comporte également deux bords 40b qui sont perpendiculaires aux bords 40a et 20c définissant les côtés de l'encoche. Les bords 40b sont équidistants des bandes 20b.
Une encoche identique 40 est prévue dans les bords des quatre bandes formant la cellule au-dessus de laquelle se trouve le manchon 36 représenté sur la figure 2D. Ainsi, le manchon cylindrique 36 se trouve dans quatre encoches rectangulaires 40 des quatre bandes et en contact avec ces dernières. Plus particulièrement, le diamètre extérieur du manchon 36 est égal à la distance entre les surfaces non en regard des bandes 20b, c'est-à-dire les surfaces extérieures des bandes comme le montre la figure 2D. Il en résulte que le manchon 36 est ajusté en contact avec les bandes 20a et 20b aux encoches 40. Le manchon cylindrique 36 est en contact avec les bords 40a et 40b de chacune des encoches et ainsi, la face inférieure 36c du manchon cylindrique 36 s'appuie sur les quatre bords 40a des quatre encoches.
Lorsqu'il est positionné comme le montre la figure 2, le manchon 36 est soudé par une soudure 38 qui est effectuée sur les bords 40b de deux bandes opposées 20a comme le montre la figure 2B.
Le soudage des quatre bords de deux bandes opposées est généralement suffisant pour assurer une soudure suffisamment solide. Cette soudure est effectuée selon les techniques de soudage au laser. Mais s'il apparaît à l'inspection qu'un ou plusieurs des bords 40b qui ont été soudés ne le sont pas en fait de façon satisfaisante, la présente disposition constitue un ensemble dans lequel une action corrective peut être prise avec une dépense minimale pour éviter la mise au rebut de l'ensemble. Cette action corrective est le soudage des quatre bords 40b des encoches opposées des bandes opposées, c'est-à-dire des encoches des
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L'encochebandes 20b dans le cas de la figure 2D.
La réalisation décrite ci-dessus permet d'obtenir un ensemble rigide et dans lequel, si une première opération de soudage conduit à une structure imparfaitement soudée, il est possible de prendre facilement une action corrective de la manière expliquée ci-dessus.
Les encoches sont facilement produites dans les bandes pendant leur fabrication initiale à partir d'une bande métallique continue, comme par une opération standard de poinçonnage. La réalisation est telle que les encoches et les manchons sont en relation correcte d'assemblage indépendamment de la réalisation de la grille, de même
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que d'autres aspects ou parties de la grille ne sont pas concernés par l'invention. Dans la présente réalisation, un autre avantage est obtenu par le fait qu'aucune préparation de soudure n'est nécessaire, car il faut noter que les manchons sont auto-alignés grâce à leurs relations d'enga- gement avec les encoches dans les quatre bandes formant une cellule particulière.
En outre, en raison du fait que seulement les bords de deux encoches opposées doivent être soudées, une réduction du temps de soudage est obtenue par rapport aux réalisations antérieures. Comme cela a été indiqué ci-dessus, ces réalisations antérieures comprennent un soudage courant de joints en appui, imposant
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le soudage des quatre bandes de la cellule. En outre, la présente réalisation autorise davantage de tolérances dans l'alignement du laser que dans la réalisation antérieure à joints en appui et en outre, le montage de soudage nécessaire pour maintenir le manchon et la grille en relation d'assemblage dans l'opération de soudage est un montage plus simple que celui nécessaire jusqu'à présent.
Il est bien entendu que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple, nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention.