~ CA 02202177 1997-04-08 Proc~de de fabriration d'~n f~l en r-térla.t m~taLlique ~ ~ection rectangulaire L'invention concerne un procédé de fabrication d'un fil en un matériau métallique à section rectangu-laire présentant une structure et des caractérlstiques m~caniques préd~terminées. En particulier, l'invention s'applique à la fabrication de fils en zirconium ou en alliage de zirconium à section rectangulaire qui sont utilisés pour réaliser des éléments tels que des barret-tes de guidage ou des espaceurs d'éléments de combustible utilisés dans certains types de réacteur nucléaire.
Dans certains réacteurs nucléaires, tels que les réacteurs refroidis à l'eau lourde, de type CANDU, on utilise des éléments de combustible dans lesquels des crayons renfermant le matériau combustible sont assembl~s entre eux sous la forme de faisceaux cylindriques à
section circulaire.
Sur la gaine des crayons périphériques des élé-ments de combustible, sont fixées par soudage des barret-tes permettant d'orienter et de guider l'élément de combustible dans un logement prévu pour le recevoir. En outre, des barrettes d'espacement sont également dispo-sées entre les crayons de l'élément de combustible.
Les barrettes de guidage et d'orientation et les barrettes d'espacement des crayons combustibles qui pré-sentent une section rectangulaire sont obtenues par découpage de fils en alliage de zirconium à section rec-tanglaire.
Les fils en alliage de zirconium tels que le Zircaloy 4 sont obtenus par des operations de transforma-tion comportant de nombreuses phases successives consti-tuées principalement par des phases de laminage et detréfilage entre lesquelles sont réalisés des traitements thermiques.
Pour produire un fil à section rectangulaire ayant des dimensions de l'ordre de 2 x 3 mm, on élabore un produit de départ ayant une section carrée de grande dimension qui est ensuite laminé de manière à réduire les dimensions de la section carrée, traité thermiquement puis laminé à nouveau sous la forme d'un rond dont la section est ensuite réduite par laminage à chaud après traitement thermique.
Le produit à section circulaire obtenu à l'issue du laminage de réduction est ensuite tréfilé en plusieurs phases séparées par des traitements thermiques pour obte-nir un produit à section carrée de dimensions décroissan-tes, jusqu'aux dimensions finales du produit obtenuesdans la dernière phase du laminage.
Le fil à section carrée ou rectangulaire est alors soumis à des traitements de parachèvement et de contrôle.
Les nombreuses phases successives de transforma-tion et en particulier de laminage et de tréfilage sur des produits ayant des sections de forme et de dimensions extremement variables pendant le processus de fabrication nécessitent d'utiliser des lignes de transformation de caractéristiques très différentes.
Il est n~c~ssA~re le plus souvent d'utiliser des lignes de transformation et des installations de traite-ment thermique qui se trouvent réparties dans différentes usines équipées pour la fabrication de produits métalli-ques ayant des sections et des dimensions différentes.
Le délai de fabrication d'un lot de fils àsection rectangulaire est donc extremement long, de l'ordre de 40 semaines.
En outre, du fait du très grand nombre d'opéra-tions successives, il est très difficile d'ajuster lastructure et les caractéristiques géométriques et mécani-ques du fil à section rectangulaire à l'état final, en fonction des exigences requises pour la fabrication.
De manière plus générale, lorsqu'on désire fabri-quer des fils à section rectangulaire de faibles dimen-sions en un matériau métallique quelconque, il est néces-saire de recourir à de nombreuses opérations de trans-formation successives, par exemple par laminage, de sorte que le processus de fabrication est complexe et qu'il est très difficile de garantir des caractéristiques précises du produit final, du fait de cette complexité du proces-sus de fabrication.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'un fil en un matériau métallique à section rectangulaire présentant une structure et des caractéristiques mécaniques prédéterminées et une grande homogénéité interne, par des opérations de transformation successives sur des produits de forme homogène, ces transformations pouvant être effectuées sur des installa-tions standard disponibles dans une usine de transforma-tion métallurgique.
Dans ce but, on réalise, par des opérations d'élaboration et de transformation du matériau métallique comprenant au moins une phase de laminage et au moins un traitement thermique, une tôle ayant une épaisseur égale à une première dimension de la section du fil à obtenir et une structure et des caractéristiques mécaniques cor-respondant à la structure et aux caractéristiques prédé-terminées du fil à obtenir et on découpe la tôle suivant une pluralité de lignes de coupe parallèles entre elles et de direction longitudinale, de manière que l'espace-ment de deux lignes de coupe successives soit égal à la seconde dimension de la section du fil.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un procédé de fabrication d'un fil à section rectangulaire en alliage de zirconium qui peut être utilisé pour la réalisation de barrettes ou espaceurs pour éléments de combustible d'un réacteur CANDU.
La figure 1 est une vue en perspective d'un assemblage de combustible pour un réacteur CANDU compor-tant des barrettes de guidage et des espaceurs réalisés à partir d'un fil à section rectangulaire.
La figure 2 est une vue en élévation latérale des rouleaux de découpage d'une refendeuse utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
La figure 3 est une vue de face suivant 3 des rouleaux et couteaux de la refendeuse.
La figure 4 est une vue schématique d'une ligne de parachèvement d'un fil rectangulaire fabriqué par le procédé de l'invention.
Sur la figure 1, on voit un élément de combusti-ble d'un réacteur CANDU, désigné de manière générale par le repère 1 et présentant une forme cylindrique. L'élé-ment de combustible 1 comporte des plaques d'extrémité 2 de forme générale circulaire et un ensemble de crayons de combustible 3 constituant un faisceau de forme cylindri-que.
Chacun des crayons de combustible comporte une gaine tubulaire en alliage de zirconium, par exemple en Zircaloy 4 renfermant des pastilles de combustible et fermée à ses extrémités par des bouchons également en Zircaloy 4.
De manière à assurer le guidage et l'orientation de l'élément de combustible dans un logement destiné à le recevoir dans le réacteur nucléaire, des barrettes de guidage 4 sont fixées sur la gaine des crayons périphéri-ques de l'élément combustible 1 par soudage.
Sur chacun des crayons combustible périphériques 3 de l'élément combustible 1 sont fixées trois barrettes 4 espacées suivant la longueur du crayon. En outre, les barrettes de deux crayons consécutifs sont décalées l'une par rapport à l'autre dans la direction longitudinale du crayon.
Sur la figure lA, on a représenté en perspective une barrette 4 dont la section droite transversale (représentée hachurée) a la forme d'un rectangle.
La barrette 4 comporte des extrémités planes, inclinées par rapport à la section droite de la barrette.
Les barrettes 4 sont réalisées par découpage dans une direction inclinée d'un fil à section rectangulaire en Zircaloy 4.
L'élément de combustible 1 comporte de plus des espaceurs 5 qui sont intercalés chacun entre deux crayons voisins de l'élément de combustible et qui permettent de maintenir un espace régulier entre les crayons, dans l'ensemble de l'élément de combustible 1. On évite ainsi la déformation et la mise en contact des crayons de combustible 3 qui risqueraient de produire des points chauds.
Les espaceurs 5 sont également réalisés par découpage d'un fil à section rectangulaire en Zircaloy 4 et sont soudés sur la surface externe de la gaine des crayons, dans une disposition légèrement inclinée par rapport aux génératrices de la gaine du crayon.
Les espaceurs 5 ont des dimensions et en particu-lier une section, inférieures à la dimension et à la section des barrettes de guidage et d'orientation 4 de l'élément combustible.
Les barrettes 4 et les espaceurs 5 sont obtenus par cisaillage à la longueur voulue de fils ayant une section correspondant à la section droite transversale de la barrette ou de l'espaceur.
Pour la fabrication des éléments de combustible tels que ceux utilisés dans le réacteur CANDU, on utilise des fils à section rectangulaire en Zircaloy 4 dont la structure et les propriétés doivent être ajustées, de manière à assurer une bonne tenue dans le réacteur en service des ba~ es et e-sp~oel~rs des éléments de combustible.
De manière typique, on utilise en particulier pour la réalisation des barrettes, des fils à section carrée ou rectangulaire dont la longueur des côtés est comprise entre 0,9 et 3 mm. Les dimensions de la section des fils doivent être obtenues avec une très bonne préci-sion.
Jusqu'ici, on réalisait les fils rectangulaires en Zircaloy 4 par une suite d'opérations de transforma-tion comportant des phases de laminage et des phases de tréfilage sur des produits ayant des sections rondes ou carrées et des dimensions décroissantes au cours de la transformation, jusqu'à l'obtention des dimensions fina-les de la section du fll à section rectangulaire.
Un tel procédé est complexe, met en oeuvre des outillages et installations d'une grande diversité et demande un contrôle précis des différentes opérations de transformation et de traitement thermique pour obtenir les structures et caractéristiques voulues sur le fil à
l'état final.
Le procédé de fabrication suivant l'invention peut être représenté sous la forme du schéma ci-des-sous:
Compactage/Fusion Forgeage ~ chaud BRAlME
Usinage, Contrôle US
Aspect de surface, Dimensions Laminage à chaud T~e...~e intermédiaire Brossage-décapage Laminage à froid Traitement thermique Refendage en bande Refendage en fil Soudage Redressage Contrôle/conditionnement La fabrication du fil commence par une élabora-tion à l'état liquide de l'alliage Zircaloy 4 qui est ensuite coulé sous forme de lingot puis forgé à chaud sous forme d'une brame, c'est-à-dire un produit plat de forte épaisseur.
Après des opérations de mise à dimensions et de contrôle de la brame, on réalise un laminage à chaud en plusieurs passes avec une trempe du produit à une dimen-sion intermédiaire pour obtenir une tôle laminée à chaud qui est brossée et décapée avant de réaliser le laminage à froid de cette tôle. Le laminage à froid pour obtenir une tôle ayant comme épaisseur la longueur de l'un des côtés de la section carrée ou rectangulaire du fil à
obtenir est suivi d'un traitement thermique permettant d'obtenir la structure et les caractéristiques mécaniques voulues pour le fil, en fonction de son utilisation.
Le laminage à froid peut être réalisé en une ou en plusieurs passes, pour obtenir une tôle laminée à
froid ayant une épaisseur finale de l'ordre de 2 mm et qui, plus généralement, peut être comprise entre 0,9 et 4 mm.
On réalise ensuite le refendage de la bande de tôle laminée à froid sous la forme de bandes de plus faibles largeurs que la bande de départ puis le refendage des bandes de plus faibles largeurs pour obtenir le fil à l'état final dont la section rectangulaire ou carrée présente une première dimension correspondant à l'épais-seur de la bande laminée à froid et une seconde dimensioncorrespondant à la largeur de coupe mise en oeuvre pen-dant le refendage.
Le refendage est réalisé sur une ligne de produc-tion comportant une refendeuse à rouleaux et à couteaux annulaires permettant de refendre des tôles ayant une épaisseur comprise entre 0,9 et 4 mm.
Sur les figures 2 et 3, on a représenté de manière schématique une refendeuse qui comporte un rouleau supérieur 6a et un rouleau inférieur 6b disposés en vis-à-vis l'un de l'autre, de manière ~ assurer le refendage de la bande 7 passant entre les rouleaux.
Chacun des rouleaux 6a et 6b comporte un arbre central sur lequel sont montés avec un espacement défini de manière très précise des couteaux de forme annulaire 8a et 8b.
Comme il est visible sur la figure 3, les cou-teaux 8a et 8b sont disposés en quinco~ce sur les rou-leaux 6a et 6b et les rouleaux sont disposés en vis-à-vis avec leurs axes parallèles, dans une disposition telle que chacun des couteaux 8a ou 8b de l'un des rouleaux de refendage se trouve en saillie a l'intérieur d'un espace entre deux couteaux 8a ou 8b situés en vis-à-vis. En outre, l'espacement entre les couteaux 8a et entre les couteaux 8b suivant la direction de l'axe des rouleaux est maintenu à une valeur très légèrement supérieure à la largeur des couteaux de manière à prévoir un jeu entre les faces latérales des parties de découpage des couteaux qui sont entra;nés en rotation en sens inverse, comme indiqué par les flèches 9 sur la figure 2.
La bande l~n~e à froid 7 qui est amenée dans l'emprise entre les rouleaux 6a et 6b, comme représenté
par la flèche 16, est découpée par cisaillage sous la forme de fils ayant une section rectangulaire dont l'une des dimensions correspond à l'épaisseur de la bande 7 laminee à froid et dont l'autre dimension entre deux lignes de coupe successives correspond à l'espacement des couteaux successifs dans la direction axiale des rouleaux .
perpendiculaire à la direction longitudinale suivant laquelle la bande de tôle défile entre les rouleaux.
Le jeu entre les faces latérales des couteaux situées en vis-à-vis dans la direction axiale est mainte-nu par des cales intercalaires de montage des couteaux.
Ce jeu est généralement fixé à une valeur de l'ordre de 0,1 mm.
Dans le cas où l'on utilise une refendeuse comportant des rouleaux entraînés en rotation par un moteur, on peut réaliser le découpage de bandes dont la longueur peut aller jusqu'à 100 m. On peut donc obtenir des longueurs de fil de 25 à 100 m, ces longueurs de fil pouvant être soudées bout a bout puis enroulées sur une bobineuse. Les soudures entre les longueurs de fil' peuvent être repérées avant de réaliser l'enroulement des fils sous forme de bobines.
Suivant les caractéristiques de la refendeuse, on peut réaliser simultanément un nombre de fils 10 varia-bles, ce nombre pouvant être par exemple de 10.
Bien entendu, l'état métallurgique et les carac-téristiques des fils sont ceux qui sont obtenus sur la tôle laminée à froid dont on effectue le refendage.
Il est bien évident qu'il est beaucoup plus facile d'ajuster l'état métallurgique et les caractéris-tiqueQ d'une tôle obtenue par des opérations classiques de laminage à chaud et à froid que l'état structural et les caractéristiques de fils obtenus par de nombreuses opérations successives de laminage et de tréfilage ou d'étirage.
En particulier, l'opération de laminage permet de garantir l'absence de porosités dans les produits obte-nus, alors qu'il est bien connu que le zirconium et ses alliages présentent une sensibilité à ce type de défauts lors des opérations de tréfilage ou d'étirage, ce qui rend ces opérations très délicates à utiliser en limitant - - -les taux de déformation admissibles et en nécessitant des préparations de surface complexes.
Les fils obtenus peuvent être découpés, par exemple par cisaillage, pour constituer des barrettes ou espaceurs pour éléments de combustible nucléaire.
De manière typique, dans le cas de l'élaboration de fils à section rectangulaire ou carrée en Zircaloy 4 utilisés pour la fabrication d'éléments de combustible nucléaire, on a pu obtenir des fils dont les caractéris-tiques dimensionnelles et la précision d'obtention desdimensions sont indiquées ci-dessous.
Fil rectangulaire de section 2 mm+0,05x2,65 mm +0,15 Fil rectangulaire de section 2,21 mm+0,05x2,42 mm +0,15 Fil rectangulaire de section 1,57 mm+0,05x2,87 mm +0,15 Fil rectangulaire de section 0,9 mm+0,05x2,47 mm +0,15 Ces fils peuvent etre utilisés pour constituer des barrettes de guidage et d'orientation ou des espa-ceurs d'éléments de combustible utilisés dans un réacteur du type CANDU. De plus, on a réalisé un fil carré de sec-tion 1,5 mm+0,05xl,5 mm+0,15 utilisé comme fil de soudu-re.
Dans tous les cas, la première dimension du fil correspond à l'épaisseur de la tôle laminée à froid, la précision d'obtention de cette épaisseur étant de 0,05mm.
La seconde dimension correspond à la largeur de coupe lors du refendage, c'est-à-dire à la distance entre les lignes de coupe dans une direction perpendiculaire à ces lignes de coupe, cette largeur étant obtenue avec une précision de 0,15 mm.
Sur la figure 4, on a représenté une ligne de parachèvement des fils obtenus par refendage d'une bande en alliage de zirconium.
La ligne de parachèvement comporte un dérouleur 11 sur lequel est placée la bobine de fil à section rectangulaire 10, une soudeuse 12 permettant de réaliser le soudage bout à bout des longueurs de fil obtenues par découpage, une dresseuse à galets 13 permettant d'élimi-ner les défauts de planéité du fil 10, une araseuse 14 permettant de supprimer la bavure qui peut exister en partie basse des faces cisaillées du fil 10 et une enrou-leuse 15 permettant d'obtenir des bobines de fil 10 qui peuvent être expédiées chez les utilisateurs.
Les fils 10 comportent deux faces brutes de lami--nage dont la rugosité Ra est inférieure ou égale à 10 ~met deux faces obtenues par refendage avec arasage des bavures de découpage, dont la rugosité Ra est inférieure ou égale à 30 ~m.
Le fait que le fil a subi une opération de dres-sage pendant le parachèvement permet de l'utiliser surdes m~-h~ne~ à alimentation automatique pour l'utilisa-tion finale.
L'état final du fil se traduit par un micro-écrouissage de surface ou un léger écrouissage de l'en-semble du fil.
L'intérêt principal du procédé suivant l'inven-tion est de permettre de réaliser une fabrication du fil dans un délai qui est très sensiblement diminué par rapport au délai de fabrication dans le cas de la fabri-cation d'un fil par les procédés connus de l'art anté-rieur. Ce délai de fabrication est inférieur au tiers du délai de fabrication par les procédés selon l'art anté-rieur.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisa-tion qui a été décrit.
-C'est ainsi que l'opération de refendage de la tôle peut etre réalisée d'une manière différente de celle qui a été décrite avec un dispositif d'un type différent d'une refendeuse par cisaillage entre des couteaux.
La bande utilisée pour le refendage sous forme de fils peut etre obtenue par tout procédé de transformation habituel dans le cas de l'élaboration de bandes en un matériau métallique identique à celui du fil. Les gammes de fabrication de la bande seront choisies de manière à
pouvoir etre réalisées en utilisant les installations de type classique disponibles dans les usines de transforma-tion.
La ligne de parachèvement des fils pourra etre montée en sortie de la ~chine de refendage, de manière à assurer un processus continu de fabrication du fil.
L'invention s'applique non seulement à la fabri-cation de fils en zirconium ou en alliage de zirconium tel que le Zircaloy 4 mais également à la fabrication de fils en tout matériau métallique qui peut etre mis sous forme de bande puis refendu longitudinalement sous forme de produits de faible largeur tels que des fils à section rectangulaire ou carrée.
L'invention s'applique egalement à la fabrication de fils ou baguettes de soudures en un métal d'apport de composition quelconque.
Les gammes de traitement thermique seront adap-tées au matériau des fils et aux propriétés et état structural exigés pour le fil à l'état final. ~ CA 02202177 1997-04-08 Proc ~ of fabrication of ~ nf ~ l en r-térla.t m ~ taLlique ~ ~ rectangular section The invention relates to a manufacturing process.
of a wire of a metallic material with rectangular section area with structure and characteristics m ~ predical canics ~ completed. In particular, the invention applies to the manufacture of wires made of zirconium or rectangular section zirconium alloy which are used to make elements such as barret-guide pins or fuel element spacers used in certain types of nuclear reactor.
In some nuclear reactors, such as heavy water cooled reactors, CANDU type, uses fuel elements in which pencils containing the combustible material are assembled ~ s between them in the form of cylindrical beams to circular section.
On the sheath of the peripheral pencils of the elements fuel elements, are fixed by welding bars allowing you to orient and guide the element of fuel in a housing intended to receive it. In in addition, spacers are also available.
between the fuel element rods.
The guide and orientation bars and the fuel rod spacers which pre-feel a rectangular section are obtained by cutting of zirconium alloy wires with cross-section lymph node.
Zirconium alloy wires such as Zircaloy 4 are obtained by transformation operations tion comprising many successive phases mainly killed by rolling and redrawing phases between which treatments are carried out thermal.
To produce a wire with a rectangular section having dimensions of the order of 2 x 3 mm, we develop a starting material having a large square section dimension which is then laminated so as to reduce dimensions of the square section, heat treated then rolled again in the form of a round whose section is then reduced by hot rolling after heat treatment.
The circular section product obtained at the end reduction rolling is then drawn in several phases separated by heat treatments to obtain nin a square section product of decreasing dimensions tes, up to the final product dimensions obtained in the last rolling phase.
Square or rectangular wire is then subjected to treatments of completion and control.
The many successive phases of transformation tion and in particular of rolling and drawing on products with cross-sections of shape and dimensions extremely variable during the manufacturing process require the use of transformation lines very different characteristics.
It is most often necessary to use processing lines and milking facilities thermally distributed in different factories equipped for the manufacture of metal products ques having different sections and dimensions.
The manufacturing time for a batch of rectangular section wires is therefore extremely long, from around 40 weeks.
In addition, due to the very large number of operations It is very difficult to adjust the structure and the geometrical and mechanical characteristics.
of rectangular section wire in the final state, according to the requirements required for manufacturing.
More generally, when one wishes to manufacture quer small rectangular section son sions of any metallic material, it is necessary may have to resort to numerous trans-successive formation, for example by rolling, so that the manufacturing process is complex and that it is very difficult to guarantee precise characteristics of the final product, due to this complexity of the process manufacturing.
The object of the invention is therefore to propose a process for manufacturing a wire from a metallic material rectangular section with structure and predetermined mechanical characteristics and great internal homogeneity, through transformation operations successive on homogeneously shaped products, these transformations that can be carried out on installations standard tions available in a processing plant metallurgical.
To this end, operations are carried out development and transformation of metallic material comprising at least one rolling phase and at least one heat treatment, a sheet having an equal thickness to a first dimension of the section of the wire to be obtained and a structure and mechanical characteristics cor-corresponding to the predefined structure and characteristics wire finished and the next sheet is cut a plurality of cutting lines parallel to each other and in longitudinal direction, so that the space-ment of two successive cutting lines is equal to the second dimension of the wire section.
In order to clearly understand the invention, we will now describe, by way of nonlimiting example, in referring to the attached figures, a method of manufacture of a rectangular section wire of alloy of zirconium which can be used for the realization of strips or spacers for fuel elements of a CANDU reactor.
Figure 1 is a perspective view of a fuel assembly for a CANDU reactor both guide bars and spacers made from a wire of rectangular section.
Figure 2 is a side elevational view of the cutting rolls of a slitter used for implementation of the method of the invention.
Figure 3 is a front view along 3 of slitter rollers and knives.
Figure 4 is a schematic view of a line for finishing a rectangular wire made by the method of the invention.
In Figure 1, we see a fuel element ble of a CANDU reactor, generally designated by the reference 1 and having a cylindrical shape. The the-fuel tank 1 has end plates 2 of generally circular shape and a set of crayons fuel 3 constituting a cylindrical beam than.
Each of the fuel rods has a tubular sheath made of zirconium alloy, for example Zircaloy 4 containing fuel pellets and closed at its ends by plugs also in Zircaloy 4.
So as to provide guidance and orientation of the fuel element in a housing intended for the receive in the nuclear reactor, bars of guide 4 are fixed on the sheath of the peripheral rods fuel element 1 by welding.
On each of the peripheral fuel rods 3 of the fuel element 1 are fixed three bars 4 spaced along the length of the pencil. In addition, bars of two consecutive pencils are offset one relative to each other in the longitudinal direction of the pencil.
In FIG. 1A, there is shown in perspective a bar 4 whose cross section (shown hatched) has the shape of a rectangle.
The bar 4 has flat ends, inclined with respect to the straight section of the bar.
The bars 4 are produced by cutting out an inclined direction of a wire of rectangular section in Zircaloy 4.
The fuel element 1 further comprises spacers 5 which are each inserted between two pencils neighbors of the fuel element and which allow maintain a regular space between the pencils, in the entire fuel element 1. This avoids deformation and contacting of the pencils fuel 3 which could produce points hot.
The spacers 5 are also produced by cutting a wire with a rectangular section in Zircaloy 4 and are welded to the outer surface of the sheath of pencils, in an arrangement slightly inclined by compared to the generators of the pencil sheath.
The spacers 5 have dimensions and in particular link a section, smaller than the dimension and the section of the guide and orientation bars 4 of the fuel element.
The bars 4 and the spacers 5 are obtained by shearing to the desired length of wires having a section corresponding to the cross section of the bar or the spacer.
For the production of fuel elements such as those used in the CANDU reactor, we use wires with a rectangular section in Zircaloy 4, the structure and properties need to be adjusted, from so as to ensure good behavior in the reactor in service of ba ~ es and e-sp ~ oel ~ rs of fuel elements.
Typically, in particular, for the production of bars, section wires square or rectangular with side lengths between 0.9 and 3 mm. Section dimensions wires must be obtained with very good accuracy if we.
Until now, we made rectangular wires into Zircaloy 4 by a series of transformation operations tion comprising rolling phases and wire drawing on products with round sections or square and decreasing in size during the transformation, until the final dimensions those of the section of the rectangular section fll.
Such a process is complex, implements tools and installations of great diversity and requires precise control of the various operations of transformation and heat treatment to get the structures and characteristics desired on the wire to the final state.
The manufacturing process according to the invention can be represented in the form of the diagram below under:
Compaction / Fusion Forging ~ hot BRAlME
Machining, US Control Surface appearance, Dimensions Hot rolling T ~ e ... ~ e intermediate Brushing and stripping Cold rolling Heat treatment Band slitting Wire slitting Welding Straightening Control / conditioning The manufacture of the yarn begins with an elabora-tion in the liquid state of the Zircaloy 4 alloy which is then cast as an ingot and then hot forged in the form of a slab, i.e. a flat product of very thick.
After dimensioning and slab control, hot rolling is carried out several passes with a quenching of the product to a dimen-intermediate sion to obtain a hot rolled sheet which is brushed and pickled before rolling cold of this sheet. Cold rolling to obtain a sheet having the thickness of the length of one of the sides of the square or rectangular section of the wire to obtain is followed by a heat treatment allowing obtain the structure and mechanical characteristics desired for the wire, depending on its use.
Cold rolling can be done in one or in several passes, to obtain a sheet rolled to cold with a final thickness of the order of 2 mm and which, more generally, can be between 0.9 and 4 mm.
We then perform the slitting of the strip of cold rolled sheet in the form of additional strips small widths than the starting strip then the slitting strips of smaller widths to obtain the wire in the final state whose rectangular or square section has a first dimension corresponding to the thick-of the cold rolled strip and a second dimension corresponding to the cutting width implemented during during the slitting.
The slitting is carried out on a production line.
tion with a roller and knife slitter annulars for slitting sheets having a thickness between 0.9 and 4 mm.
In Figures 2 and 3, there is shown schematically a slitter that has a upper roller 6a and a lower roller 6b arranged facing each other, so ~ ensure the slitting of the strip 7 passing between the rollers.
Each of the rollers 6a and 6b has a shaft central on which are mounted with a defined spacing very precisely annular knives 8a and 8b.
As can be seen in Figure 3, the heads 8a and 8b are arranged in quinco ~ this on the rou-leaux 6a and 6b and the rollers are arranged opposite with their parallel axes, in such an arrangement that each of the knives 8a or 8b of one of the rolls of slitting is protruding inside a space between two knives 8a or 8b located opposite. In furthermore, the spacing between the knives 8a and between the knives 8b along the direction of the axis of the rollers is maintained at a value slightly higher than the width of the knives so as to provide a clearance between the side faces of the knife cutting parts which have entered; born in reverse rotation, as indicated by arrows 9 in Figure 2.
The cold l ~ n ~ e strip 7 which is brought into the area between the rollers 6a and 6b, as shown by arrow 16, is cut by shearing under the form of wires having a rectangular section, one of which of dimensions corresponds to the thickness of the strip 7 cold rolled and the other dimension between two successive cutting lines corresponds to the spacing of successive knives in the axial direction of the rollers .
perpendicular to the following longitudinal direction which the sheet metal strip runs between the rollers.
The play between the side faces of the knives located opposite in the axial direction is now naked by spacers for mounting the knives.
This clearance is generally fixed at a value of the order of 0.1 mm.
In the case where a slitter is used comprising rollers driven in rotation by a motor, it is possible to cut strips whose length can be up to 100 m. So we can get lengths of wire from 25 to 100 m, these lengths of wire can be welded end to end and then wound on a winder. Welds between lengths of wire ' can be identified before winding the wires in the form of spools.
Depending on the characteristics of the slitter, we can simultaneously produce a number of wires 10 varying bles, this number can be for example 10.
Of course, the metallurgical state and the characteristics wire teristics are those obtained on the cold rolled sheet which is slit.
It is quite obvious that it is much more easy to adjust metallurgical condition and characteristics tickQ of a sheet obtained by conventional operations hot and cold rolling as the structural state and the characteristics of threads obtained by many successive rolling and drawing operations or stretching.
In particular, the rolling operation allows guarantee the absence of porosities in the products obtained naked, while it is well known that zirconium and its alloys exhibit sensitivity to this type of defects during the drawing or drawing operations, which makes these operations very difficult to use by limiting - - -allowable strain rates and requiring complex surface preparations.
The wires obtained can be cut, by example by shearing, to form bars or spacers for nuclear fuel elements.
Typically, in the case of processing of wires with rectangular or square section in Zircaloy 4 used for the production of fuel elements nuclear, we were able to obtain wires whose characteristics dimensional ticks and the accuracy of obtaining dimensions are shown below.
Rectangular wire of section 2 mm + 0.05x2.65 mm +0.15 Rectangular wire section 2.21 mm + 0.05x2.42 mm +0.15 Rectangular wire section 1.57 mm + 0.05x2.87 mm +0.15 Rectangular wire of section 0.9 mm + 0.05x2.47 mm +0.15 These threads can be used to constitute guide and orientation bars or spacers fuel element cores used in a reactor of the CANDU type. In addition, a square wire of sec-tion 1.5 mm + 0.05xl, 5 mm + 0.15 used as welding wire re.
In all cases, the first dimension of the wire corresponds to the thickness of the cold-rolled sheet, the precision of obtaining this thickness being 0.05mm.
The second dimension corresponds to the cutting width during slitting, i.e. at the distance between the cutting lines in a direction perpendicular to these cutting lines, this width being obtained with a 0.15 mm precision.
In Figure 4, a line of completion of the wires obtained by slitting a strip made of zirconium alloy.
The finishing line has a decoiler 11 on which the section wire spool is placed rectangular 10, a welder 12 making it possible to produce butt welding of the lengths of wire obtained by cutting, a roller straightener 13 making it possible to eliminate ner the flatness defects of the wire 10, a leveler 14 allowing to remove the burr which can exist in lower part of the sheared faces of the wire 10 and a winding leuse 15 making it possible to obtain spools of thread 10 which can be shipped to users.
The wires 10 have two raw laminate faces.
swimming whose roughness Ra is less than or equal to 10 ~ puts two faces obtained by slitting with leveling of cutting burrs, whose roughness Ra is lower or equal to 30 ~ m.
The fact that the yarn has undergone a straightening operation wise during finishing allows to use it on m ~ -h ~ ne ~ with automatic feeding for use final tion.
The final state of the wire is reflected by a micro-surface work hardening or a slight work hardening of the seems thread.
The main advantage of the process according to the invention tion is to allow a production of the wire within a period which is very significantly reduced by compared to the manufacturing time in the case of the manufacturing cation of a wire by methods known in the prior art laughing. This manufacturing time is less than a third of lead time by processes according to prior art laughing.
The invention is not limited to the embodiment tion which has been described.
-This is how the slitting operation of the sheet metal can be made in a different way from that which has been described with a device of a different type a shear splitter between knives.
The strip used for slitting in the form of yarn can be obtained by any transformation process usual in the case of the development of strips in one metallic material identical to that of the wire. The ranges tape manufacturing will be chosen so as to be able to be carried out using the classic type available in processing factories tion.
The wire finishing line may be mounted at the outlet of the slitting china, so to ensure a continuous wire manufacturing process.
The invention applies not only to the manufacture of cation of zirconium or zirconium alloy wires such as Zircaloy 4 but also in the manufacture of wires of any metallic material which can be put under strip form then split lengthwise in the form narrow width products such as section wires rectangular or square.
The invention also applies to manufacturing welding wire or rods of a filler metal any composition.
The heat treatment ranges will be adapted yarns, properties and condition structural requirements for the wire in the final state.