Brevet FR2439059A1 — publié le 19800516

L'invention concerne un procédé d'extraction de lx l'extrémité d'un tube serti dans un alèsage d'une plaque tubulaire de forte épaisseur et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans la construction des échangeurs de chaleur et générateurs de vapeur, plus particulièrement dans la-construction des générateurs de vapeur pour centrales nucléaires, on est amené à sertir un grand nombre de tubes de faible diamètre dans une plaque tubulaire de très forte épaisseur, par exemple 600 mm. Ce sertissage ou dudgeonnage du tube est réalisé généralement par roulage de la surface interne du tube disposé à ltintérieur d'un alésage traversant la plaque tubulaire de part en part et d'un diamètre un peu supérieur au diamètre extérieur du tube avant roulage. Un générateur de vapeur de centrale nucléaire est généralement constitué par un très grand nombre de tubes pliés en forme de U dont les extrémités sont serties dans une plaque tubulaire de forte épaisseur. Dans le cas des réacteurs à eau sous pression, lteau sous pression constituant le fluide primaire circule à l'intérieur de ces tubes cependant que liteau alimentaire est amenée en contact avec la surface externe des tubes à l'intérieur du générateur de vapeur pour la production de la vapeur. En dessous de la plaque tubulaire est disposée une boite d'alimentation en eau primaire divisée en deux compartiments par une cloison en Inconel, de fanon que l'eau primaire soit amenée à l'une des extrémités des tubes en U par l'un des compartiments de la boite à eau alimentée par la cuve du réacteur nucléaire et que cette eau, après passage dans les tubes, soit remise en circulation par l'intermédiaire du second compartiment de la boite à eau à l'intérieur de laquelle débouche la sortie des tubes. Les alésages à l'intérieur desquels sont disposées les extrémités des tubes forment un réseau régulier sur plaque tubulaire. Dans le but d'effectuer des opérations de centrale de défauts sur les tubes, il est nécessaire d'extraire certains des tubes de la plaque tubulaire afin de transporter le tube vers une station d'essais et de contre et d'examiner la zone du tube qui était sertie dans l'alésage. De tels contres sont nécessaires pour vérifier la tenue des tubes en cours de fonctionnement dans le générateur de vapeur. I1 peut entre nécessaire également d'étudier les défauts apparus dans les tubes soit après incidents soit après certaines périodes de fonctionnement, ces défauts pouvant être dus aux opérations mises en oeuvre au moment du montage du tube ou aux conditions de fonctionnement du générateur de vapeur. Actuellement, les tubes des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires sont dudgeonnés pratiquement sur toute la hauteur des alésages pratiqués à l'intérieur de la plaque tubulaire soit sur une longueur de tordre de 600mu. De cette façon on évite la corrosion au niveau d'un interstice existant entre le tube et les orifices de la plaque tubulaire. L'étanchéité des tubes par rapport à la plaque tubulaire est assurée à la fois par le sertissage du tube dans la plaque et par une soudure complémentaire entre le tube et la plaque à son extrémité de sortie. Pour extraire un tube de la plaque tubulaire, il est donc nécessaire, après suppression par usinage de la soudure complémentaire entre le tube et la plaque, de réduire les contraintes de dudgeonnage afin de pouvoir enlever le tube de la plaque tubulaire par traction. On connait des procédés et des dispositifs permettant de provoquer un retrait du tube qui permet son extraction de la plaque tubulaire. Ces procédés et dispositifs utilisent généralement un chauffage du tube suivi d'un refroidissement de ce tube dans la zone dudgeonnée. Au cours de son chauffage le tube ne peut pratiquement/Pse pas dilater dans la direction diamètrale à cause de la rigidité de la plaque tubulaire si bien qu'il s'allonge à l'intérieur de l'alésage et qutau refroidissement son diamètre peut diminuer suffisamment pour permettre une extraction de la plaque tubulaire. On a proposé également, afin d'améliorer le retrait du tube, de chauffer ce tube jusqu'à ce qu'une partie substantielle de ltépaisseur du tube fonde et qu'a la solidification du tube lors de son refroidissement le retrait de solidification s'ajoute au retrait dO à l'allongement du tube. Ce procédé qui permet une extraction dans de meilleures conditions présente cependant le risque de nécessiter un chauffage intense de la surface interne du tube de telle sorte qu'une fraction importante de l'épaisseur de ce tube, par exemple 75 %, se trouve fondue au cours de ltopération de chauffage. Dans ces conditions également il devient difficile sinon impossible d'étudier les défauts du tube dans la zone sertie à l'intérieur de la plaque tubulaire, après démontage de ce tube supposant une fusion partielle de la zone sertie. D'autre part il se produit, mtme si la plaque tubulaire présente une masse importante par rapport au tube, un échauffement important de cette plaque tubulaire au voisinage de l'alésage dans lequel est serti le tube. Le but de l'invention est donc de proposer un pocédé d'extraction de l'extrémité d'un tube serti dans un alésage dune plaque tubulaire de forte épaisseur par chauffage de la surface interne du tube dans la zone sertie à l'intérieur de l'alésage suivi d'un refroidissement et traction sur le tube, la plaque tubulaire comportant un grand nombre d'alésages identiques la traversant de part en part et formant un réseau régulier à l'intérieur desquels sont sertis des tubes identiques par chacune de leurs extrémités, procédé permettant dopé rer cette extraction sans exercer une force trop importante sur le tube et sans avoir à chauffer ce tube jusqu'à la température de fusion du matériau le constituant. Dans ce but, le chauffage est réalisé par arc électrique sous gaz inerte jusqu'à ce que la surface interne du tube atteigne une température élevée mais inférieure au point de fusion du tube à extraire, on envoie un gaz inerte dans le tube par ltextrémité de ce tube opposée à l'extrémité à extraire et on fait circuler un liquide de refroidissement dans les tubes voisins du tube à extraire pendant toute ltoperation d'élimination des-contraintes de sertissage du tube. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention en se référant aux figures jointes en annexe ainsi qu'une opération d'extraction d'un tube en utilisant le procédé suivant ltinvention. La figure 1 représente dans une vue en élévation avec coupe partielle, le dispositif permettant l'extraction des tubes sertis dans la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaireen position de travail à la base du générateur de vapeur. La figure 2 représente une vue suivant A de la figure 1. La figure 3 représente une vue à plus grande échelle de l'extrémité du dispositif introduit dans le tube en cours d'extraction. Sur la figure 1, on voit la paroi d'un des compartiments de la boite à eau en communication avec la partie inférieure de la plaque tubulaire. Cette paroi sphérique 1 comporte une ouverture d'arrivée d'eau primaire 2 et est reliée à sa partie supérieure à la plaque tubulaire 3 dont les alésages 4 traversant toute l'épaisseur de la plaque tubulaire reçoivent l'une des extrémités de tubes pliés en forme de U dont les autres extrémités traversent la plaque tubulaire au niveau du second compartiment de la boite à eau. La séparation de cette boite à eau est représentée par une cloison délimitant les compartiments d'arrivée et de sortie du fluide primaire. Le dispositif d'extraction suivant l'invention 5 est introduit dans la boite à eau lors de ltarret du générateur de vapeur et fixé à la base de la plaque tubulaire de la façon qui sera décrite en se référant aux figures i et 2. Ce dispositif d'extraction comporte un support 6 sur lequel sont fixées deux glissières 7 et deux dispositifs de fixation 8 visibles à la figure 2. Les dispositifs de fixation 8 comportent un mandrin expansible 10, une pièce de manoeuvre du mandrin 11 et une tige i2 filetée en prise avec un tube fileté intérieurement 14 fixé au support 6 qui permet l'expansion du mandrin 10 à l'intérieur dtun tube dans lequel ce mandrin a été engagé pour la fixation du dispositif d'extraction sous la plaque tubulaire. Sur le support 6 un chariot 15 est monté de façon mobile sur les glissières 7 verticales lorsque le dispositif est en position sous la plaque tubulaire. Le chariot 15 est en prise avec une vis 16 verticale et mobile en rotation dans le support 6 qui permet le déplacement du chariot verticalement dans un sens et dans l'autre. La vis 16 est entrainée en rotation par un moteur 17 fixé sur le support 6 entrainant un engrenage 18 en prise avec un engrenage 19 solidaire de la vis 16. Le chariot 15 est en prise avec la vis 16 par une partie filetée et avec les glissières par l'intermédiaire de surfaces de glissement permettant un blo-cage en rotation du chariot et un déplacement en translation le long du support 6. Sur le chariot 15 est monté un plateau 20 mobile en rotation autour d'un axe vertical par rapport au chariot 15. Le plateau 20 est entrainé en rotation par un moteur 24 solidaire du chariot 15 entrainant un engrenage 22 en prise avec un engrenage 21 solidaire d'une tige montée rotative dans le chariot 15 et solidaire du plateau 20. Sur le plateau 20 est monté un porte-électrodes vertical 23 dont l'ex- trémité a été représentée à plus grande échelle sur la figure 3. Lorsque le dispositif d'extraction de tubes a été mis en place dans la plaque tubulaire comme décrit prédédemment, le porte-électrodes se trouve au niveau d'un tube dans lequel il peut pénétrer si l'on déplace le chariot 15 vers le haut. Autour de ce tube à l'intérieur duquel pénétre le porte-électrodes 23, se trouvent quatre tubes identiques à ce tube, le réseau des alésages dans la plaque tubulaire 3 étant un réseau à mailles carrées. On introduit dans ces tubes tels que 25 représenté à la figure 1, des bouchons étanches 26, traversés par un tube d'introduction d'eau 27 à une certaine hauteur dans la plaque tubulaire et percés d'orifices d'évacuation d'eau 28, à la base de la plaque tubulaire permettant une circulation d'eau dans le tube 25 pour le refroidissement de la plaque tubulaire autour du tube à extraire. Des conduites et des câbles 30 et 31 permettent l'alimentation du dispositif en énergie électrique et en fluide qu'il s'agisse d'eau de refroidissement ou de gaz inerte. Sur la figure 3, on voit l'extrémité du porte-électrodes 23 comportant une Sme conductrice métallique 32 sur laquelle est fixée la pointe de tungstène 33 d'une torche TIG et à l'intérieur de laquelle passe un conduit 34 pour l'amenée de gaz inerte dans la zone où se produit l'arc électrique entre la pointe de tungstène 33 et le tube à extraire. L'Xe métallique 32 du porte-électrodes est en effet alimentée en courant électrique de façon à créer un arc entre l'é- lectrode 33 et le tube cependant qu'on amène du gaz inerte, par exemple de l'ar- gon, par le tube 34 au voisinage de l'arc. L'2me métallique 32 du porte-électrode est entourée par un empilement d'anneaux en isolant céramique tel que 35 qui permet d'isoler l'2me métallique 32 du tube à extraire jusqu'au niveau de ltélectro- de 33. L'extrémité du tube à extraire débouchant dans le compartiment de la boite à eau non représenté à la figure 1 est d'autre part reliée à un dispositif d'injection de gaz inerte, par exemple d'argon, qui permet une circulation de ce gaz inerte dans tout le tube jusqu'à la traversée de la plaque tubulaire dans la zone où l'on effectue ltextraction de ce tube. Le moteur 17 permet un déplacement de l'électrode sur toute la longueur de la plaque tubulaire, la longueur du porte-électrode et la longueur de la course de ce porte-électrode étant prévues pour qu'on puisse réaliser un balayage complet de la zone du tube sertie à l'intérieur de l'alésage de la plaque tubulaire. En pratique la course du porte-électrode est de l'ordre de 600mm. Le moteur 24 permet de son caté de mettre en rotation le porte-électrode pendant son déplacement vertical ou indépendamment de son déplacement vertical pour effectuer un balayage hélicoïdal ou circulaire du tube à extraire. En pratique on réalise des passages le long des génératrices par déplacement du chariot 15 uniquement ou des passages suivant des parcours hélicoidaux par déplacement du chariot 15 et mise en rotation du plateau porte-électrode 20 grâce au moteur 24. Une opération d'extraction d'un tube effectue donc de la façon suivante : on fixe la machine d'extraction sous la plaque tubulaire comme il a été expliqué précédemment, on envoie une circulation de gaz inerte grive au dispositif relié à l'extrémité du tube débouchant dans le second compartiment de la boite à eau, on alimente les dispositifs tels que 26,27,28 entourant le tube à extraire en eau avec un débit suffisant pour refroidir de façon efficace la plaque d'extrémité autour du tube à extraire et l'on met en mouvement le porte-électrode pour réaliser un balayage complet de la zone sertie du tube à l'intérieur de la plaque tubulaire cependant qu'on alimente l'électrode en courant électrique pour créer un arc entre l'électrode 33 et le tube et qu'on envoie de ltargon dans le tube 34 débouchasrt au niveau de l'électrode 33. De cette façon le tube à extraire subit un chauffage intense dans la zone de passage de l'électrode 33, ce chauffage étant réglé cependant de façon à ce que la température de la surface interne du tube à extraire reste inférieure d'une centaine de degrés au point de fusion du métal du tube. Dans le cas fréquent de tubes en Inconel 600 dont le point de fusion est à 13700C, on chauffera donc la surface interne du tube aux alentours de 12500G. Pendant qu'on effectue ce chauffage une circulation de gaz inerte dans tout le tube provoque un balayage et un refroidissement extrtmement rapide et efficace de la zone que vient de quitter l'électrode dans son déplacement, car le tube est d'une part en contact avec la plaque tubulaire refroidie par liteau de circulation dans les tubes voisins du tube à extraire et d'autre part en contact avec un gaz en circulation. Au moment du chauffage, le tube dans cette zone chauffée subit un léger allongement puisqu'il ne peut pas se dilater, ia rigidité de la plaque tubulaire étant très grande et cette plaque tubulaire étant efficacement refroidie par l'eau de circulation, ce qui en interdit tout déformation au voisinage de la zone chauffée. Lorsque l'électrode quitte une zone du tube celle-ci se refroidit très rapidement et le tube se rétracte dans la direction radiale en éliminant ainsi une partie de la contrainte de dudgeonnage du tube dans la plaque. Lorsque le balayage de toute la partie dudgeonnée du tube a été rmli- sé, il suffit d'exercer une traction modérée sur ce tube pour l'extraire de la plaque tubulaire. On a par exemple réalisé l'extraction d'un tube grace au dispositif qui vient entre décrit en réalisant dix passes selon des génératrices de ce tube avec une vitesse de déplacement de ltélectrode de 330 am par minute, un débit de gaz au niveau de la torche TIG de 101 par minute et une intensité du courant de 65 A sous une tension de 10 volts en courant continu. Après la réalisation de ces dix passes droites selon des génératrices du tube, on a réussi à extraire ce tube de la plaque tubulaire avec un effort de traction inférieur a 2 tonnes gracie à un outillage de traction approprié. On voit qu'wu des avantages du procédé selon l'invention est de permettre une élimination de la contrainte de dudgeonnage dans le tube sans avoir à chauffer ce tube jusqu'à en provoquer la fusion partielle, si bien que le tube n'est pas détruit et sans que la plaque tubulaire qui est intensément refroidie autour du tube à extraire subisse une dégradation par ltopération de chauffage. Le fait de refroidir le tube au niveau de la zone d'extraction permet une élimination de la contrainte de dudgeonnage en utilisant une température de chauffage de la surface nettement inférieure à la température de fusion du métal du tube. Un autre avantage du procédé et du dispositif suivant l'invention est qu'unie fois que le dispositif a été mis en place sous la plaque tubulaire et que la course du porte-électrode a été réglée en fonction de l'épaisseur mesurée de la plaque tubulaire, l'opération peut titre réalisée entièrement automatiquement et contrée uniquement depuis ltextérieur de la boite à eau en surveillant cette opération au besoin à l'aide d'une caméra de télévision-en circuit fermé et d'un écran situé à proximité d'un poste de commande . Pour le réglage de la longueur de la course du porte-électrode il est possible de contrer l'épais- seur de la plaque tubulaire à l'aide d'une sonde à courant de Foucault afin de réaliser un balayage sur toute la traversée de la plaque tubulaire. La mise en place de l'appareillage et des bouchons d'injection d'eau dans les tubes voisins du tube à extraire est extrmement simple et rapide, si bien que les opérateurs utilisant le procédé et le dispositif suivant l'invention ont un temps de séjour extresmement bref à l'intérieur du générateur de vapeur pour la mise en place et le réglage de l'appareillage. Le guidage du porte-électrode à l'intérieur du tube lors des déplacements de ce porte-électrode pour provoquer le décollement de toute la longueur du tube dans la plaque tubulaire est réalisé grâce à un guide céramique 37 représenté à la figure 3. Bien entendu l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'erre décrit, elle en comporte toutes les variantes. C'est ainsi qu'il est possible d'introduire dans le tube à extraire un gaz inerte quelconque et que l'eau de refroidissement dans les tubes voisins du tube à extraire peut entre remplacée par un liquide de refroidissement quelconque. Le balayage de la surface interne du tube peut se faire par déplacement du chariot 15 uniquement c'est-à-dire suivant des génératrices du tube ou par déplacement comportant un balayage hélicoïdal de cette surface interne du tube. On peut effectuer un nombre de passes quelconque pour diminuer au maximum la contrainte de dudgeonnage, ces opérations répétitives pouvant betre aisément automatisées. Enfin le réglage du chauffage de la surface interne du tube qui dépend du réglage de lsarc ctest-à-dire des conditions électriques (intensité et tension) et de la vitesse de déplacement du porte-électrode peut entre variable sans que cependant la température de la surface interne du tube puisse Xetre supérieure à PF - i000C, ou PF est le point de fusion du métal constituant le tube. REVENDICATIONS 1 / Procédé d'extraction de ltextrémité dlun tube serti dans un alésa- ge d'une plaque tubulaire de forte épaisseur par chauffage de la surface interne du tube dans la zone sertie à l'intérieur de l'alésage suivi d'un refroidissement et traction sur le tube, la plaque tubulaire comportant un grand nombre d'alésages identiques la traversant de part en part et formant un réseau régulier à l'intérieur desquels sont sertis des tubes identiques par chacune de leurs extrémités, caractérisé par le fait que le chauffage est réalisé par balayage par un arc électrique sous gaz inerte de la surface interne du tube de telle sorte que la partie chauffée de cette surface atteigne une température élevée mais inférieure au point de fusion du tube à extraire, que l'on envoie un gaz inerte dans le tube par l'extrémité de ce tube opposée à l'extrémité à extraire et qu'on fait circuler un liquide de refroidissement dans les tubes voisins du tube à extraire pendant toute l'opération d'élimination des contraintes de sertissage du tube. 20/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le chauffage est réalisé de telle sorte que la surface interne du tube atteigne une température voisine mais inférieure à PF - 1000C, où PF est le point de fusion du métal constituant le tube à extraire. 30/ Dispositif pour la mise enoeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait qui comporte un support sur lequel sont fixés au moins un dispositif d'accrochage du support à la plaque tubulaire et des glissières sur lesquelles se déplace un chariot dans la direction axiale des tubes de la plaque tubulaire, ce chariot comportant des moyens pour son déplacement dans un sens et dans l'autre dans la direction axiale des tubes sur une longueur au moins égale à llépaisseur de la plaque tubulaire et support tant un porte-électrode qui peut entre introduit dans les tubes et qui comporte à son extrémité une électrode pour ltétablissement d'un arc pour le chauffage du tube, le dispositif comportant en outre un moyen d'insufflation de gaz inerte par l'extrémité du tube opposée à l'extrémité à extraire et des dispositifs d'introduction de liquide de refroidissement dans les tubes voisins du tube à extraire. 40/ Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le porte-électrode est fixé sur un plateau tournant entrainé en rotation autour d'un axe ayant la direction axiale des tubes par un moteur porté par le chariot de déplacement du porte-électrode.