Brevet FR2137905A1 — publié le 19721229

î 2137905 Dans les centrales nucléaires, on utilise, pour la production de vapeur et pour d'autres buts, des échan-geurs de chaleur parcourus par l'agent réfriférant primaire du réacteur. Il n'est pas possible d'éviter une contamination radio-5 active progressive de cet agent réfrigérant primaire et un dépôt des particules radioactives dans la zone des échangeurs de chaleur. Par ailleurs, les tubes des échangeurs de chaleur risquent également de se rompre, auquel cas s'établit une communication directe entre les agents réfrigérants primaire et 10 secondaire. Ceci provoque, en premier lieu, une contamination radioactive du circuit secondaire, ce qui doit toutefois être absolument évité. Etant donné qu'une réparation de ces tubes défectueux n'est en pratique pas possible en raison de leur inaccessibilité, il est préférable de mettre simplement hors 15 service le tube en question de 1'échangeur de chaleur, c'est-à-dire de l'obturer d'une manière étanche à l'eau à ses deux extrémités, dans la plaque tubulaire de 1'échangeur de chaleur. Ceci peut s'effectuer par exemple par soudage ; à cet effet, les chambres collectrices devraient pouvoir être accessibles par 20 l'intermédiaire des trous d'homme prévus. Par suite de l'intense rayonnement radioactif à l'intérieur de ces récipients, la durée de séjour maximale du personnel chargée des réparations est réduite à un point tel que l'exécution manuelle du soudage étanche n'est pratiquement pas possible. Toutefois, on ne peut 25 pas attendre jusqu'à ce que la radioactivité ait suffisamment diminué, la centrale nucléaire entière devrait être arrêtée trop longtemps. Dès lors, le problème se pose de mettre au point un procédé de soudage assurant une étanchéité reproduc- 30 tible et pouvant être mis en oeuvre très rapidement. Il s'est obtenu par avéré que ce résultat pouvait être/le procédé de soudage par explosion, qui consiste dans le fait que les deux matières- devant être reliées entre elles sont soudées l'une à l'autre par une onde de choc de détonation. Ce procédé est utilisé égale-35 ment, par exemple, pour le placage par explosion. Dès lors, la présente invention se rapporte à un dispositif pour obturer les tubes défectueux d'échangeurs de chaleur, à l'intérieur des fonds tubulaires des échangeurs, par emploi de cette technique de soudage par explosion. Conformément à l'invention, on 40 a prévu un tampon obturateur métallique destiné à être engagé 72 17303 2 2137905 dans le tube à obturer et muni d'un trou borgne central dans lequel est introduite une douille de matière synthétique, de carton ou autre, qui contient une capsule d'amorçage dans sa partie orientée vers le fond du trou et une charge explosive 5 dans sa partie médiane, et dont l'autre extrémité est élargie en cône et est dotée de fentes en vue de son serrage dans le tube échangeur de chaleur. Le tampon obturateur est adapté, par son diamètre, au tube à obturer et est rétréci en cône, veis son extrémité ouverte sur la longueur de la charge explosive 10 logée dans son trou borgne. L'obturation d'un tube échangeur de chaleur à l'aide d'un tel dispositif est décrite en détail ci-après en se référant au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleur ; 15 la figure 2 est une coupe d'un tampon obtu rateur ; la figure 3 est une coupe d'un tube échangeur de chaleur obturé par le tampon. Conformément à la figure 1, 1'échangeur de 20 chaleur se compose en général d'un récipient de pression 1 divisé en deux parties par un fond tubulaire 15. Les tubes 17 de 1'échangeur de chaleur, cintrés en U et parcourus par l'agent réfrigérant primaire, débouchent dans ce fond tubulaire 15. L'espace situé au-dessous du fond tubulaire 15 est subdivisé à 25 son tour par une cloison transversale 16, en deux chambres pour l'arrivée et la sortie de l'agent réfrigérant primaire. Celui-ci est introduit et évacué par les tubulures 11 et 12 respectivement. Ces chambres collectrices sont, en outre, accessibles par l'intermédiaire de trous d'homme 19. Les tubes 17 30 de 1'échangeur de chaleur sont parcourus extérieurement par l'agent réfrigérant secondaire qui, par exemple, entre par la tubulure 13 et sort par la tubulure 14. Comme le faisceau de tubes 17 de 1'échangeur de chaleur est extrêmement dense, une détérioration, par exemple au point 18, n'est pas directement 35 accessible pour une réparation. Etant donné qu'une telle détérioration se produit, très vraisemblablement, dans les parties cintrées des tubes 17 de 1'échangeur de chaleur, une réparation à l'aide d'un outil spécial, à partir de l'intérieur des tubes, n'est pas non plus possible en pratique. Seule subsiste donc la 40 possibilité d'obturer le tube défectueux à ses deux extrémités, 72 17303 5 2137905 c'est-à-dire à l'intérieur du fond tubulaire 15» tel que ceci est indiqué par les tampons 2 sur cette figure. Conformément à la figure 2, le tampon 2 présente une forme très spéciale, afin qu'il puisse être relié à 5 la face interne du tube défectueux selon le principe du soudage par explosion. Le tampon obturateur se compose d'une pièce métallique 21 en général cylindrique, pourvue d'un trou central 23. Celui-ci est en réalité un trou borgne. Le tampon obtura-10 teur en général cylindrique est rétréci en cône à son extrémité ouverte 22, l'angle de conicité a se situe entre 2 et 6°. Pour la préparation du soudage, on introduit, dans le trou central 23, une douille 3 25 Pour le soudage d'un tube défectueux de.l'é- changeur de chaleur, il est donc uniquement nécessaire, après ouverture des trous d'homme 19, de nettoyer intérieurement l'extrémité du tube à souder et d'introduire ensuite un tampon ob-v turateur selon la figure 2, préparé de la manière décrite. Les 30 fils d'amorçage 41 passent par les trous d'homme 19 et la détonation de la matière explosive 5 est produite au moyen d'un ex-ploseur. L'onde de choc de la détonation est transmise au tampon obturateur par l'intermédiaire de la douille de matière synthétique, ce qui assure -une déformation progressive de ce 35 tampon dans sa partie rétrécie en cône. Par suite des pressions très élevées, qui ne régnent que pendant une durée extrêmement courte» et du frottement des parties métalliques se heurtant l'une l'autre, il se produit -un soudage des parties de surface à relier. Dès lors, un puissant échauffement est possible dans 40 une couche limite étroite. Les impuretés superficielles 17303 4 2137905 résiduelles ainsi que les couches d'oxyde sont détruites par le fin jet de métal fondu, engendré grâce au façonnage du tampon obturateur, et sont expulsées de la zone de liaison. Le mécanisme du soudage par explosion est donc très semblable à celui des processus se manifestant au cours du soudage par friction ou par pression. La figure 3 est une coupe d'une zone de fermeture ainsi obtenue. Il est visible que le tampon obturateur a étroitement épousé le contour du tube 17 par sa partie 22, à l'intérieur du fond tubulaire 15. Les examens métallographiques ont montré qu'un soudage irréprochable, c'est-à-dire non seulement une simple application parallèle, a eu lieu dans cette zone. Une obturation extraordinairement rapide des tubes défectueux est par conséquent possible à l'aide de tels tampons obturateurs. Il est bien évident que l'introduction de celui-ci peut aussi être effectuée par des manipulateurs télécommandés , au cas où le rayonnement à l'intérieur des chambres collectrices de 1'échangeur de chaleur serait trop intense pour le personnel de service. Pour terminer, il convient en outre d'indiquer qu'un soudage classique pose des difficultés par suite de la présence de dépôts de bore qui proviennent de l'agent réfrigérant primaire contenant de l'acide borique, car il peut se produire une incrustation de bore. Ceci peut conduire de nouveau à des fuites dans la soudure elle-même. En mettant en oeuvre la technique décrite ici, ce risque de défaut est évité avec certitude. Pour donner une idée des dimensions d'un tel tampon obturateur,on peut indiquer à titre d1exemple,que le tampon a une longueur d'environ 110 mm pour un diamètre extérieur de 19,4 mm. Son trou borgne interne 23 a alors ion diamètre de 13 mm et une profondeur d'environ 100 mm. La longueur de la matière explosive 5 et également de la partie conique 22 du tampon obturateur est d'environ 30 mm. La longueur de la douille 3 pénétrant dans le trou 23 est fonction de la taille de la capsule d'amorçage 4 utilisée. La quantité de matière explosive 5 doit être déterminée par des essais préalables correspondants. Elle dépend également de la matière des tubes de 17303 5 2137905 1'échangeur de chaleur et du tampon obturateur 2. Normalement, ces deux éléments sont fabriqués à partir d'une même matière ; il convient de veiller en général à ce que la différence des coefficients de dilatation thermique entre la matière du tube et celle du tampon obturateur soit aussi faible que possible. La grandeur de 1'angle a du cône 22 du tampon obturateur est fonction de la vitesse de détonation de la matière explosive u-tilisée, c'est-à-dire du type de celle-ci. Cet angle est compris en général entre 2 et 6° et est d'autant plus grand que la vitesse de détonation de la matière explosive mise en oeuvre est plus élevée. En plus de la quantité et du type de la matière explosive, l'épaisseur de la paroi du tampon obturateur ainsi que la conicité de l'extrémité ouverte de ce tampon sont essentielles pour la réussite de ce soudage étanche par explosion. 72 17303 b 2137905 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour obturer les tubes défectueux d1échangeurs de chaleur, à l'intérieur des fonds tubu-laires de ces échangeurs, par mise en oeuvre de la technique de 5 soudage par explosion, caractérisé par le fait qu'un tampon obturateur métallique , destiné à être ^engagé dans le tube à obturer, est muni d'un trou borgne / 10 trou borgne, ainsi qu'une charge explosive dans sa partie médiane, et dont l'autre extrémité est élargie en cône et dotée de fentes en vue de son serrage dans le tube de 1'échangeur de chaleur ; et par le fait que le tempon, adapté au tube par son diamètre, est rétréci en cône vers son extrémité ouverte, sur 15 la longueur de la charge explosive se trouvant dans son trou borgne. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les fils d'amorçage de la capsule d'amorçage électrique sortent par l'extrémité ouverte du tampon 20 en passant par des rainures ou autres traversées de la douille. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que 1'angle de conicité du tampon se rétrécissant vers son extrémité ouverte est adapté à la vitesse de détonation de la matière explosive utilisée et à la matière 25 de la douille, de telle sorte qu'il soit plus grand pour line vitesse de détonation plus élevée. 4-, Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'angle de conicité est au moins égal à 2° et n'est pas supérieur à 6°. 30 5» Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le tampon est formé de la même matière que les tubes à obturer. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le tampon est 35 formé d'une matière dont le coefficient de dilatation thermique est autant que possible égal à celui de la matière du tube.