Brevet FR2551996A1 — publié le 19850322

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour l'abaissement des tensions resi- duelles de fabrication sur la paroi interne d'un tube au niveau d'une zone dudgeonnée. La plupart des échangeurs thermiques compor- tent des faisceaux constitués par des tubes fixés par dudgeonnage ou par dudgeonnage et soudage dans des plaques épaisses : le dudgeonnage consiste à introduire un mandrin à expansion dans la partie du tube se troum vant dans un trou de la plaque afin que l'expansion du tube applique çelui-ci contre la paroi du trou.On comprend qu'une telle opération laisse des tensions rési- duelles, surtout dans la zone se trouvant entre les parties déformée et non déformée du tube et qu'on appellera "zone de transition" dans la suite du présent texte, Dans la plupart des cas, et surtout lorsqu'il existe un risque de corrosion sous tension des tubes, un abaissement des tensions résiduelles doit etre envi sagé. A l'heure actuelle, deux procédés sont utili #b#e# ur abaisser les tensions sur la paroi interne dans les zones de transition des tubes dudgeonnés Le premier procédé est un détensionnement par traitement thermique, mais cette méthode présente de graves inconvénients qui risquent d'en interdire l'application : en effets le chauffage ne doit concerner que la zone de transition afin de ne pas relâcher les contraintes qui assurent la résistance mécanique du tube et l'étanchéi- té de dudgeonnage.D'autre parts le traitement thermie que doit être strictement limité aux tubes pour que les caractéristiques métallurgiques de la plaque ne soient pas détériorées. fun gradient thermique existe de ce fait aussi bien dans le sens longitudinal que dans le sens de l'épaisseur du tube et ce gradient thermique peut être à l'origine de l'introduction de nouvelles tensions dans la zone où l'on doit pratiquer le détensionnement. La deuxième méthode consiste à soumettre le tube à une opération de grenaillage : des billes de faible diamètre en verre ou en acier sont projetées par un jet d'air sur la pièce à traiter. Ces billes produisent en surface un allongement plastique du métal. La couche écrouie ainsi obtenue, maintenue par le métal sous-jacent qui n'est pas modifié par le traitement, se trouve comprimée à la fin de l'opération. Il est connu depuis longtemps qu'il est possible d'appliquer le grenaillage en peau externe de parties droites et de parties cintrées de tubes avant le montage afin de supprimer les tensions résiduelles dûes aux opérations de dressage et de cintrage. Cependant, l'application du grenaillage aux zones dudgeonnées sur la paroi interne des tubes conduit à introduire dans l'appareil une grande quantité de billes qui doit ensuite en être retirée.Cette opération est extrêmement difficile car l'accessibilité est parfois mauvaise et il est des cas où la présence de résidus de grenaille ne peut etre tolérée, comme dans les générateurs de vapeur de centrales nucléaires ayant déjà fonctionné et pour lesquels l'opération doit se faire en milieu radioactif. La présente invention a justement pour but d'éliminer ces inconvénients grâce à un procédé et un dispositif qui permettent la supression des tensions résiduelles sur les parois internes des tubes sans introduire de nouvelles contraintes résiduelles et qui ne posent pas de problèmes de récupération des matériaux introduits à l'intérieur des tubes. Selon la principale caractéristique du procédé objet de l'invention, on frappe la zone à traiter à l'aide de masselottes fixées sur un support animé d'un mouvement de rotation. Ainsi, le procédé de détensionnement objet de l'invention s'apparente à un grenaillage mais, au lieu d'utiliser des billes projetées avec un jet de gaz comprimé, on dispose des billes ou des masselottes sur un support (par collage ou tout autre moyen de fixation équivalent) : le mouvement du support provoque le martelage et, une fois l'opération terminée, on retire l'outil sans qu'aucune bille ou masselotte ne reste à l'intérieur du tube. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon la principale caractéristique de ce dispositif, celui-ci comprend une tige mobile en rotation autour de son axe et à une extrémité de laquelle est monté au moins un support sur lequel sont fixées les masselottes. Dans une première variante de réalisation, le support est constitué par une toile souple sur laquelle on fixe ou on colle des billes ou des masselottes. Dans une autre variante, les toiles sont remplacées par une série de tiges flexibles dont une extrémité est fixée à la tige mobile en rotation et dont l'autre extrémité porte une masselotte, par exemple une bille sphérique.Enfin, dans un troisième mode de réalisation, on supprime les masselottes placées aux extrémités desdites tiges fle xibles, mais les extrémités libres de ces dernières sont arrondies, formant ainsi une masselotte. Enfin, selon une autre caractéristique du dispositif objet de l'invention, celui-ci peut compor ter une bague support de forme sensiblement cylindre que, la tige mobile en rotation étant montée sur cette bague de sorte que son axe de rotation soit parallèle a celui de la bague mais décalé par rapport à celui-ci. Les dimensions de l'ensemble sont telles que les mouvements de la tige mobile en rotation ne permettent de traiter qu'une partie de la zone à détensionner. Cependant, la rotation de la bague support autour de son axe, qui est confondu avec l'axe du tube, permet au dispositif de traiter la totalité de la zone où il faut diminuer les contraintes. Cette bague support peut être remplacée par tout autre dispositif rotatif produisant le même effet, à savoir l'excentrage de la tige mobile et son déplacement de manière à traiter la totalité de la zone de transition. L'invention apparaîtra mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif conforme à l'invention placé à l'intérieur d'un tube dudgeonné sur une plaque à tubes, - la figure 2 est une vue de dessus montrant comment les billes sont collées sur des toiles souples fixées à une extrémité de la tige mobile en rotation, - la figure 3 est une vue schématique en perspective de l'extrémité de la tige mobile en rotation lorsque les masselottes sont placées au bout de tiges flexibles, et - la figure 4 est une vue semblable à la figure 3 illustrant le cas où l'extrémité des tiges flexibles est arrondie, formant ainsi une masselotte. Sur la vue en coupe de la figure 1, on voit un tube métallique 2 dudgeonné dans un trou 3 d'une plaque à tubes 4 de sorte que le tube présente une partie déformée 6 séparée d'une partie non déformée 8 par une zone de transition 10. C'est dans cette zone de transition qu'il convient d'abaisser les tensions résiduelles de fabrication. La figure montre également le dipositif objet de l'invention, qui porte la référence générale 12, lorsqu'il est placé à l'intérieur du tube. Ce dispositif se compose d'une bague support 14 de forme sensiblement cylindrique et dont le diamètre extérieur est égal au diamètre intérieur du tube, l'axe de la bague étant confondu avec celui du tube.D'autre part, une tige 16 mobile en rotation autour de son axe est montée sur la bague support 14, l'axe de rotation de cette tige étant parallèle à l'axe de la bague support mais decale par rapport à celui ei. On voit également qu'à une extrémité de la tige 16 sont fixées un certain nom bre de toiles souples 18 (4 dans le cas de la figure 1 mais ce nombre peut etre quelconque).Chacune des toio les souples 13 portesur l'une de ses faces des masse- l es 20 qui peuvent btre constituées de billes métal liques ou de billes de verre collées sur la toile La rotation de la tige 16 dans le sens de la flèche fait que lesmasselottes 20 portées par les toiles 13 frappent 1a paroi interne du tube dans la #one de tran- sition 10. On obtient ainsi un micromartelage qui produit le même effet que les opérations de grenaillage de l'axe antérieur aais, comme les masselottes 20 sont collées sur les toiles support 188 elles sont toutes évacuées lorsqu'on retire le dispositif 12 une fois l'opération terminée, et on ne risque pas de laisser dc-s billes à l'intérieur du tube. La disposition des billes ou masselottes 1 sur les soles 18 est cgalement visible sur la vue de dus de la figure 2. Dans le cas particulier décrit ici, las billes 20 ne sont collées que sur une seule face des toiles 18 pour tenir compte du sens de rotation de la tige 16 mais on ne sortirait pas du cadre de l'invention en les collant sur les deux faces : le dis- positif serait ainsi utilisable quel que soit le sens de rotation du moteur actionnant la tige 16. On voit encore d'après la figure 1 que les dimensions de l'ensemble sont telles que, dans une position donnée, la rotation de la tige 16 ne permet de marteler qu'une partie de la zone de transition 10 du tube. Une rotation de la bague 14 autour de son axe (qui est sensiblement confondu avec celui du tube), par exemple dans le sens de la flèche F2, assure un balayage complet de la zone 10 puisque la tige 16 est excentrée par rapport à l'axe de la bague 14. On peut également faire subir à l'ensemble du dispositif 12 un mouvement de translation suivant l'axe du tube afin d'obtenir un balayage en hélice de la totalité de la zone de transition. La figure 3 illustre une variante de réalisation du dispositif dans laquelle les toiles 18 sont remplacées par une surie de tiges flexibles 22 parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe de la tige 16. Les tiges flexibles 22 ont une de leurs extrémités fixée sur la tige 16 tandis que autre extrémité, qui est libre, porte une masselotte 20. La rotation de la tige 16 permet d'obtenir le même effet de martelage que dans le cas où le support est constitué par une toile souple. Enfin, la figure 4 illustre un mode de réalisation semblable à celui de la figure 3 mais, dans ce cas, les tiges flexibles 22 ne portent plus de masselottes à leurs extrémités libres : ces extrémités 22a sont arrondies et frappent la paroi interne du tube lorsque la tige 16 est mise en rotation, jouant ainsi le rôle des masselottes utilisées dans les modes de réalisation précédents. Les dimensions des billes et la vitesse de rotation de la tige 16 dépendent de l'application envisagée : ces paramètres seront choisis par l'homme de l'art afin que l'élimination des tensions résiduelles sur la paroi interne des tubes ne s'accompagne pas d'une augmentation notable des tensions sur la paroi externe. A titre d'exemple, pour un tube de diamètre extérieur 22, 2 mm et d'épaisseur 1,3 mm, le résultat visé peut être obtenu à l'aide de billes de verre d'un diamètre de 0,5 mm environ et pour une vitesse de rotation de la tige de l'ordre de 12 000 tours/min. Il est bien entendu que 11 invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation qui viennent d'etre décrits ici, mais qu'on peut envisager des variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention, notamment en ce qui concerne la réalisation du support flexible sur lequel sont fixées les billes ou les masselottes : on ne sortirait pas du cadre de l'in- vent ion par exemple en remplaçant les toiles ou les tiges souples par des supports flexibles équivalents. Enfin, si la description a été faite dans le cas d'un tube dudgeonné qui est la principale application de l'invention, celle ci peut être utilisée dans tous les cas où un détensionnement est nécessaire à l'intérieur de pièces ou d'une structure mécanique qui présente des difficultés d'accès REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'abaissement des tensions résiduelles de fabrication sur la paroi interne d'un tube dudgeonné (2) dans la zone de transition entre partie non déformée et partie déformée par le dudgeonnage (10), caractérisé en ce que l'on frappe la zone à traiter à l'aide de masselottes (20) montées sur un support (18) animé d'un mouvement de rotation. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une tige (16) mobile en rotation autour de son axe et à une extrémité de laquelle est monté au moins un support (18) sur lequel sont fixées les masselottes (20). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit support (18) est une toile souple sur laquelle sont fixées les masselottes (20). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit support est une tige flexible (22) dont une extrémité est fixée à ladite tige mobile en rotation (16) et dont l'autre extrémité porte une masselotte (20). 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit support est une tige flexible (22) dont une extrémité est fixée à ladite tige mobile en rotation (16) et dont l'autre extrémité (22a) est arrondie formant ainsi une masselotte. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à#5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une bague support (14) de forme sensiblement cylindrique ou tout autre système rotatif sur lequel ladite tige mobile en rotation est montée de sorte que son axe de rotation soit parallèle à celui du tube mais décalé par rapport à celui-ci. 7. Application du procédé selon la revendication 1 et du dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 à l'abaissement des tensions rés i- duelles de fabrication sur toute pièce ou structure mécanique.