Brevet FR2312330A1 — publié le 19761224

La présente invention concerne un procédé et un dispo sitif destinés au traitement par grenaillage de la sur ace ex verre de tubes en épingle. On connaît déjà des procédés de traitement destinés à l'amélioration de la résistance des pièces métalliques à la corrosion sous tension, qui consistent à créer des contraintes de compression par traitement de grenaillage sur les surfaces entrant en contact avec le ileu corrosif. L'objet de la présente invention se rapporte plus par ticulièrement au traitement de tubes d'échangeur de chaleur affectant une forme cintrée en épingle ou tubes en U, utilisés en particulier dans les échangeurs des centrales nucléaires. Les diverses réalisations-Lndus'ri-elles courantes connues à ce jour ne sont pas applicables de façon satisfaisante au traitement de tubes cintrés en épingle, ceci provenant essentiellement de la forme particulière des tubes en épingle, dont les diamètres de cintrage sont très'variable-s. En effet, les diamètres de ces tubes peuvent, par exemple, être compri-s entre 5 et 140 fois le diamètre des-tubes. A titre vindicatif on précisera que le diamètre des tubes de générateur de vapeur de réactueur à eàu ordinaire pressurisée, de 1000 MW, est de l'ordre de 22 mm. En conséquence, le principal problème que vise à résoudre la présente invention consiste à mettre au point un procédé et un dispositif de traitement de tubes, ayant un effet particulièrement uniforme sur la totalité de leur surface extérieure, aussi bien sur le-s parties rectilignes que sur les parties courbes des tabes Le procédé de traitement selon l'invention doit pouvoir entre industriellement contrOlé au-moment de-l'application pour éviter les reprises de pièces. Le procédé décrit c-après a fait l'objet d'essais sys- -tématiques qui ont conduit - choisir des combinaisons de variables de traitement permettant d'obtenir des contraintes de compression suffisantes à l'extérieur desxtubes sans faire apparature pour autant, sur la surface intérieure de ces derniers, des contraintes de tension-excessives. n continent d'attirer l'attention sur le fait que, daiis le cas des tubes cintrés en épingle, le traitement doit entre particulièrement suivi dans la zone de courbure des tubes, zone dans laquelle des tensions complémentaires sont introduites par suite du procédé de cintrage. On rappeXera brièvement ci-après le principe du traitement par grenaillage. On utilise un agent de traitement se présentant sous la forme de billes sphériques, telles que des micro-billes de verre, de la grenaille etc., spécïalement conçues pour la projection et présentant un degré de sphéricité élevé. Ces billes sont projetées par de l'air comprimé propre et raisonnablement sec sur la surface extérieure du tube à traiter, de manière que tous les points de cette surface soient uniformément recouverts par des impacts répétés et que le degré de recouvrement ainsi que les contraintes qui résultent de ce traitement soient uniformes sur toute la surface extérieure du tube. Pour parvenir à ce résultat, il est indispensable que les buses de projection occupent des positions déterminées par rapport à la surface à traiter et qu'elles puissent être réglables avant le traitement. De même, des variables telles que la pression d'air comprimé, le choix des dimensions et de la qualité des matériaux projetés, l'angle d'attaque, le taux de mélange air-billes, la vitesse de déplacement ou le choix éventuel d'un matériau sphérique différent des billes de verre, doivent pouvoir être parfaitement aJustés. On mesurera l'effet produit et on vérifiera la continuité du traitement par emploi d'éprouvettes AMEN. A titre d'exemple, les résultats les plus satisfaisants ont été obtenus actuellement sur des tubes en Inconel 600 pour générateur de vapeur de réacteur à eau ordinaire par emploi de machines en pression directe projetant environ 1,5 kg de micro billes de verre par buse etpar minute pour une ZJesdcPI de 3bers,sousun angle de 850 et avec des micro-billes de verre présentant un diamètre compris entre 250 et 420 Cxm. Les conditions précitées correspondent à une intensité de traitement de l'ordre de 5 à 7 dans l'échelle ALMEN A. La présente invention a pour objet un nouveuu procédé de traitement par grenaillage de la surface externe du tube en épingle, qui est destiné à permettre un traitement uniforme des branches rectilignes et de la partie courbée de chaque tube. Ce procédé est caractérisé par les diverses étapes successives suivantes - on déplace, de façon rectiligne et à vitesse constante, un poste de grenaillage relativement par rapport à l'une des branches droites dudit tube en épingle, et - lorsque la totalité de cette première branche est trai tée, on immobilise le tube en épingle et, simultanément, on anime le poste de grenaillage d'un mouvement uniforme semi-circulaire en vue du traitement de la partie courbe du tube en épingle, puis, - on interrompt le mouvement de rotation du poste de grenaillage et l'on déplace simultanément, de façon rectiligne et à vitesse constante, ledit poste relativement par rapport à la seconde branche droite dudit tube en épingle. Selon une mise en oeuvre préférentielle du procédé de l'invention, pour traiter les branches droites dudit tube en épingle, on anime ledit tube d'un mouvement rectiligne uniforme en maintenant le poste de grenaillage immobile. La présente invention concerne également un nouveau dispositif pour la mise en oeuvre du procédé énoncé précédemment ce dispositif comporte en combinaison : - une enceinte de traitement présentant deux sas ménagés respectivement sur deux faces opposées de ladite enceinte en vue de permettre l'introduction et la sortie du tube en épingle;; - des moyens de mise en place du tube en épingle et des moyens d'entratnement permettant de communiquer audit tube un mouvement rectiligne uniforme de vitesse réglable, lesdits moyens précités étant disposés respectivement de part et d'autre de ladite enceinte de traitement, au niveau de chacun des deux sas précités, et - un poste de grenaillage constitué par un bloc portebuses comportant au moins trois buses de projection d'agent de traiteuent, qui sont disposées de façon coplanaire et qui sont orientées convenablement de façon centripète, de manière à pouvoir traiter de façon uniforme toute la surface externe du tube en épingle, ledit poste de grenaillage étant par ailleurs agencé de manière à pouvoir être animé d'un mouvement uniforme de rotation semi-circulaire dans les deux sens et de vitesse réglable, en vue de grenailler la partie cintrée du tube en épingle. D'autres caractéristiques de la présente invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés illustrant un ode de réalisation particulier de l'invention et sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de traitement par grenaillage de tubes cintrés en épingle selon l'invention ; - la figure 2 représente à plus grande échelle le bloc de grenaillage équipant le dispositif de la figure 1, et - la figure 3 représente une vue de côté d'un exemple de réalisation industrielle du dispositif de traitement par greflail- lage selon l'invention. Sur les diverses figures annexées les éléments identiques seront représentés par les mêmes références. Comme cela a déjà été indiqué précédeaPaent, la principale difficulté d'un traitement par grenaillage provient, d'une part, de la forme du tube à traiter et, d'autre part, de la nécessité d'obtenir un traitement régulier sur les parties rectilignes et sur les parties courbes des tubes en épingle. Le procédé et le dispositif selon l'invention offrent précisément l1 avantage de permettre un traitement uniforme des parties rectilignes et des parties courbes des tubes en épingle, sans pour autant nécessiter un changement de matériel, ainsi que des réglages différents du poste de grenaillage.Conformément à la présente invention, le procédé de traitement par grenaillage comporte les diverses étapes suivantes : - on déplace, de façon rectiligne et à une vitesse constante, un poste de grenaillage relativement par rapport à l'une des branches droites dudit tube en épingle, et - lorsque la totalité de la première branche est complètement traitée, le tube en épingle est immobilisé et, simultanément, on anime le poste de grenaillage d'un mouvement uniforme semi-circulaire en vue du traitement de la partie courbe du tube en épingle, puis - on interrompt le mouvement de rotation du poste de grenaillage et l'on déplace simultanément, de façon rectiligne et à vitesse constante, ledit poste relativement à la seconde branche droite dudit tube en épingle en vue du traitement de cette dernière. Selon une mise en oeuvre préférentielle du procédé selon l'invention, on fait défiler le tube à traiter devant un poste de grenaillage situé à l'intérieur d'une enceinte de traitement. Lors de chaque défilement rectiligne uniforme du tube, on procède au traitement de l'une des deux branches droites de ce dernier, le poste de grenaillage restant bien entendu immobile. Lors de ce même déplacement rectiligne du tube, le plan de projection des buses reste toujours perpendiculaire à l'axe de déplacement des branches droites du tube qui se déplace parallèlement à son grand axe.Pour le traitement de la partie courbe, le tube en épingle est immobilisé et c'est au contraire le poste de grenaillage ou uniquement un bloc porte-buses qui pivote autour d'un axe perpendiculaire au plan du tube en épingle et coincidant, au moment précis du traitement, avec le centre de courbure de la partie cintrée semi-circulaire dudit tube. Dans le dispositif représenté à la figure 1, les tubes en épingle sont destinés à être placés à l'extérieur de l'en- ceinte de traitement 10 sur un convoyeur à rouleaux libres 12 formant une zone de chargement et de déchargement. L'enceinte de traitement 10, de préférence réalisée sous forme parallélipipédique, est placée à une extrémité dudit convoyeur 12. Au niveau du convoyeur 12 ladite enceinte de traitement présente un sas d'entrée 14 destiné à permettre l'introduction du tube en épingle dans l'enceinte de traitement 10. Sur sa face opposée, ladite enceinte comporte un sas de sortie 15 ménagé à la même hauteur que le sas d'entrée 14 et identique à ce dernier.En face, du sas de sortie 16 et au même niveau de ce dernier, se trouve monté un convoyeur mécanisé 18 à vitesse variable et à double sens de marche, par exemple constitué par deux poutres 20 horizontales parallèles sur lesquelles se déplacent deux chaSnes à galets ou roulement sans fin 22. Ces channes 22 sont reliées entre elles par des entretoises 24 qui forment le convoyeur horizontal proprement dit. Leur mise en mouvement est assurée par deux arbres uniques 26 et 28 situés à leurs extrémités, dont ltun joue le rle d'élément tendeur, et l'autre reçoit le mouvement à partir d'un système moteur à vitesse variable (non représenté), les deux arbres 26 et 28 recevant des pignons correspondants au pas desdites chatnes 22.Le convoyeur mécanisé 18 comporte une entretoise principale 30 mise en place entre les deux charnels 22 et recevant un faux-châssis horizontal 32. Ce faux-châssis 32 est agencé de manière à pouvoir traverser complètement l'enceinte de traitement 10 au travers des deux sas 14 et 16. Il peut par exemple être réalisé au moyen de profilés d'acier ou de tubes.Le faux-châssis 32 doit donc présenter une longueur suffisante pour que, lorsque le convoyeur mécanisé est mis en route et que l'entretoise 30 qui le supporte arrive le plus près possible de l'enceinte de traitement 10, le faux-châs- sis 32 qui a pénétré par le sas 16 puisse traverser entièrement l'enceinte de traitement 10 et ressorte d'une longueur suffisante au travers du sas d'entrée 14 du côté de la zone de chargement et de déchargement. Ceci est indispensable pour pouvoir appliquer les deux organes de préhension 34 sur les extrémités libres des branches droites du tube en épingle 36. De manière à pouvoir traiter la totalité de la surface extérieure du tube 36, les organes de préhension 34 sont conçus pour agir uniquement sur la surface intérieure des extrémités ouvertes dudit tube en épingle 36. De façon avantageuse, les organes de préhension 34 sont constitués par des systèmes à dépression ou des systèmes à mandrins expansibles. Le tube 36 est alors tiré par le faux-châssis 32 au moyen de ces organes de préhension 34 coopérant uniquement avec la surface intérieure du tube. La marche en traction du convoyeur mécanisé 18 va ainsi déplacer l:ensemble du tube au travers de 11 enceinte de traitement 10 à vitesse constante réglable. Lors de ce déplacement du tube en épingle 36 au travers de l'enceinte de traitement l'une des branches droites traverse un plan perpendiculaire à la direction du mouvement du tube. Dans ce plan se trouve situé un bloc porte-buses omportant au minimum trois buses coplanaires 38 agencées de façon centripète en vue de projeter l'agent de traitement de façon uniforme sur toute la surface extérieure du tube traversant le plan de projection. on réalise ainsi un traitement uniforme sur toute la surface qui traverse le plan des buses 38. Lorsque la partie rectiligne du tube 36 a été entièrement traitée, un détecteur (non représenté),qui est situé sur le convoyeur mécanisé 18 et qui a mesuré le mouvement,interrompt le déplacement du tube, et, simultanément, déclenche le mouvement de rotation du bloc porte-buses. Ce dernier décrit alors toute la partie semi-circulaire du tube en épingle. Son montage doit être tel que la position des buses 38 corresponde toujours à des distances et angles constants par rapport à la surface à traiter, même pour des tubes de petit rayon de cintrage. Lorsque le traitement de la partie semi-circulaire est achevé, le mouvement de pivotement du bloc porte-buses stinter- rompt et le mouvement du convoyeur mécanisé redémarre en sens inverse en vue du traitement de la seconde branche droite du tube en épingle 36. Lorsque l'extrémité du tube en épingle a franchi le plan de projection des buses, la projection est automatiquement interrompue, mais le mouvement du convoyeur mécanisé 18 continue jusqu'à ce que le tube en épingle soit restitué à I'extérieur. A ce moment, le système de préhension peut être relâché et le tube peut alors être évacué de la zone de chargement/déchargement. Le poste de grenaillage proprement dit se trouve représenté plus en détail à la figure 2. Il comporte un arbre 40 susceptible de tourner autour de son axe sur un demi-tour. Cet arbre 40 peut être mis en mouvement par l'intermédiaire d'un moto-réducteur variateur, à double sens de marche 42, de manière à pouvoir entratner en rotation l'arbre 40 à vitesse réglable et dans les deux sens. Cet arbre 40 est solidaire a sa partie supérieure d'une potence horizontale 44. Le support de buses 46 affecte la forme générale d'un C dont la branche horizontale supérieure 48 a été conçue pour pouvoir coulisser sur la potence 44. Cette possibilité de réglage de la branche 48 par rapport à la potence, 44 est utilisée en vue du réglage du poste de grenaillage en fonction des divers rayons de courbure des tubes en épingle à traiter.Par ailleurs, la position des buses 38 doit être également réglable dans toutes les directions de manière à pouvoir toujours régler le tir de ces dernières de façon convergente. Sur la figure 3 on a d'ailleurs représenté divers organes de réglage 54 et 56 qui ont été prévus à cet effet. On observera ici que l'ensemble des buses 38, par exemple les quatre buses du dispositif de la figure 2, sont disposées de façon coplanaire. A tout moment lors du traitement, le réglage du bloc porte-buses doit être tel que le grand axe du tube 36 est sécant avec l'axe de rotation de l'arbre principal de potence 40. D'autre part le point de convergence du tir des buses 38 doit normalement se situer à l'intersection du plan des buses et. de l'axe du tube 36. On remarquera que la distance R entre le point de convergence des buses 38 et l'axe de rotation principal de la potence 44 doit être égale au rayon moyen de l'arc de cercle constituant la partie cintrée du tube 36. On remarquera également que le déport de l'extrémité intérieure de la potence 44 suivant la distance D permet d'assurer un tir correct des buses traitant l'intérieur du tube 36 pour des petits rayons de tube. L'enceinte de traitement 10 est de préférence équipée d'un système de ventilation et de récupération des produits projetés. L'air atmosphérique y pénètre par les sas d'entrée et de sortie 14 et 16. Sur l'exemple de réalisation industrielle représenté à la figure 3 l'ensemble pivotant intérieur est rapporté sur une charpente 50 permettant d'obtenir une géométrie correcte. L'axe de pivotement de la potence 40 a été réprésenté à la partie supérieure, mais peut bien évidemment également être mis en place à sa partie inférieure. Le coulissement du bloc porte-buses 46 sur la potence 44 s'effectue par des guides coulissants sur des tubes carrés. Ce réglage peut être effectué de manière en soi connue par exemple par une vis à commande manuelle ou par un organe de mise en place approprié.Le dispositif selon la présente invention offre donc l'avantage de permettre le traitement de tube en épingle complètement terminé dans des dimensions ex tr & ement variables et avec une parfaite continuité de traitement entre les parties rectilignes et les parties courbes desdits tubes. Pour permettre un fonctionnement correct du dispositif proposé ci-dessus, il faut que l'enceinte de traitement soit placée sous dépression et qu'un système situé en bas de cette enceinte récupère les produits projetés et les sépare des poussières et des débris éventuels, afin que les produits indésirables tels que les poussières, débris etc. ne soient pas recyclés. Un tel dispositif en soi connu se trouve déjà commercialisé par la Société MATRASUR sous la marque VACU-BLAST. De façon générale le dispositif proposé peut fonctionner à partir de réglage manuel. Cependant, on peut également faire appel à l'utilisation de moteurs à vitesse variable ,dont la vitesse serait pré-affichable, tels que des moteurs à courant continu ou bien des systèmes de variation de vitesse hydraulique. Dans ce cas, le simple affichage de la dimension ou du repère du tube en épingle permet de régler, d'une part, la position du bloc porte-buses 46 sur le bras pivotant de la potence 44 et, d'autre part, la vitesse du mouvement de pivotement de manière que la vitesse linéaire de déplacement des jets des buses 38 sur le tube 36 soit constante dans le mouvement et égale à la vitesse relative entre les jets et la surface du tube lors du traitement des parties rectilignes. Il convient en outre de remarquer qu'il est capital que le tube en épingle soit de géométrie rigoureusement constante. On doit toutefois s'attendre à ce que certains tubes au moins comportent des branches pouvant présenter des dimensions quelque peu variables. Pour cette raison, le convoyeur à rou leaux libres 12 est de préférel. e équipé de doigts de centrage 52 réalisant des mouvements symétriques intérieurs/extérieurs, à partir d'un affichage ou d'un réglage tel que le tube en épingle, pour une dimension donnée, se retrouve parfaitent centré et serré dans une position telle que le faux-ch ssis 32 puisse venir placer les mandrins ou les systèmes à dépression 34 à l'intérieur des entrées de tube sans pour autant nécessiter de réglage supplémentaire. Grâce à l'emploi de tels organes de mise en position, il est parfaitement possible de réaliser un système dans lequel la totalité du traitement peut être effectuée à partir d'un affichage dimensionnel suivi d'une commande de départ du cycle. Dans pareil cas, l'affichage dimensionnel réalise 1.- la présélection de la position des doigts de centrage et de serrage 52, situés entre les rouleaux libres du convoyeur 12 du côté de la zone de chargement et de déchargement; 2.- le déplacement des systèmes de préhension 34 sur l'extrémité du faux-châssis 32 3.- la présélection de la vitesse de pivotement pour la rotation du bloc porte-buses ; et 4.- le déplacement de l'ensemble du bloc porte-buses sur sa potence 44 de manière que le point de convergence des jets se retrouve bien selon l'axe du tube à traiter. Si les tubes en épingle sont de longueurs rectilignes constantes, on peut facilement utiliser un système simple de fin de course. En revanche, si les tubes en épingle ne sont pas de longueurs rectilignes constantes, le système peut également permettre d'afficher cette longueur pour contrôler le déplacement du tube entrarné par le convoyeur mécanisé 18. D'autre part, si la partie cintrée n'est pas constituée par un véritable demi-cercle, il convient de remarquer que lé traitement du tube reste néanmoins possible et si nécessaire programmable par une combinaison appropriée des divers mouvements du convoyeur, du bloc porte-buses etc. En conclusion, le procédé et le dispositif selon l'in- vention, offrent par rapport à ceux antérieurement connus, l'avantage de permettre un traitement uniforme de tous les points de la surface extérieure des tllbes en épingle de dimensions et de rayon3 de cintrage variables, le traitement étant obtenu en une seule et même opération continue. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au seul dispositif décrit précédemment mais il est parfaitement possible, sans pour autant sortir K cadre de la présente invention, d'en imaginer diverses variantes de détail. C'est ainsi que, compte tenu du fait que le déplacement du tube en épingle représente un encombrement très important, il est possible de réaliser une installation recevant la totalité dudit tube et dans laquelle ce dernier restera complètement immobile pendant toute la durée du traitement. Dans pareil cas, le bloc porte-buses aura un déplacement tout d'abord rectiligne uniforme parallèle au grand axe du tube en épingle à traiter, suivi d'un temps pendant lequel le mouvement rectiligne sera remplacé par le mouvement de pivotement sur un demi-cercle (comme précédemment décrit), et à la suite de quoi, le bloc porte-buses pourra revenir à l'entrée de l'enceinte de traitement grâce à un second mouvement rectiligne pour traiter la seconde branche droite du tube en épingle. Dans pareille variante, le tube doit être suspendu ou posé dans l'enceinte de traitement par le moyen de supports individuellement rétractables au moment précis du passage du bloc porte-buses. Ces mouvements peuvent être réalisés à partir d'un chariot circulant au fond de l'enceinte de traitement ou à partir d'un système supporté par des poutres de roulement montées au sommet de ladite enceinte. Le pivot de mouvement pour le demitour doit naturellement être monté, soit à la partie haute, soit en partie basse. On remarquera enfin, que le procédé et le dispositif proposés par la présente invention sont plus particulièrement destinés au traitement par grenaillage, mais il est bien évident que ces derniers peuvent également être étendus sans difficulté à toutes opérations de sablage par abrasif fin de la surface externe de tubes ou de barres cintrés en épingle. REYENDICATIONS 1.- Procédé de traitement par grenaillage de la surface externe de tubes cintrés en épingle, destiné à permettre un traitement uniforme des branches rectilignes et de la partie courbée de chaque tube, caractérisé par le fait que : - l'on déplace, de façon rectiligne et à une vitesse constante, un poste de grenaillage le long de l'une des branches droites dudit tube en épingle demeurant fixe et, - lorsque la totalité de cette première branche droite est traitée, on interrompt le déplacement rectiligne du poste de grenaillage et, simultanément, on anime ce dernier d'wi mouvement uniforme semi-circulaire, en vue du traitement de la partie courbe du tube en épingle, puis, - on interrompt le mouvement de rotation du poste de grenaillage et, simultanerent, on déplace de façon rectiligne et à vitesse constante ledit poste le long de la seconde branche droite dudit tube demeurant toujours fixe. 2.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte : - un poste de grenaillage constitué par un bloc portebuses comportant au moins trois buses de projection d'agent de traitement, qui sont disposées de façon coplanaire et qui sont orientées convenablement de façon centripète de panière à pouvoir traiter de façon uniforme toute la surface externe du tube en épingle - des moyens de déplacement du poste de grenaillage conçus pour animer ce dernier d'un mouvement uniforme de rotation semi-circulaire dans les deux sens et dont la vitesse de rotation est réglable, en vue de grenailler la partie cintrée du tube en épingle - des moyens d'entratnement permettant de communiquer au poste de grenaillage un mouvement rectiligne uniforme le long des branches droites du tube cintré en épingle - une enceinte de traitement entourant ledit bloc porte-buses et présentant deux sas ménagés respectivement sur deux faces opposées de ladite enceinte, et - des moyens de maintien en place du tube en épingle qui est destiné à rester immobile. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le bloc porte-buses comporte un support de buses affectant la forme générale d'un "C" dont une branche horizontale, de préférence la branche supérieure, est mont-ée coulissante sur une potence horizontale qui est solidaire d'un arbre pouvant lui-même tourner sur un demi-tour, à vitesse réglable et dans les deux sens. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les organes maintenant les buses sur le support de buses comportent des moyens permettant leur réglage dans toutes les directions. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que l'axe de rotation de l'arbre principal de potence est sécant du grand axe du tube en épingle. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que la position des différentes buses est telle que la distance entre le point de convergence du tir des buses et l'axe de rotation principal de la potence est égale au rayon moyen de l'arc de cercle du tube en épingle. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte un organe de détection destiné à détecter le moment où la totalité de la première branche droite du tube est traitée, à interrompre le déplacement rectiligne du poste de grenaillage, et, en même temps, à déclencher le mouvement de rotation du bloc porte-buses du poste de grenaillage. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que les moyens de maintien en place du tube en épingle sont constitués par des supports individuellement rétractables au moment du passage du bloc porte-buses.