Brevet FR2561562A1 — publié le 19850927

Disjsitif de serrage d'un assemblage vissé comportant un moyen de contrôle par ultrasons de la prétension de l'un des éléments de cet assemblage L'invention concerne un dispositif de serrage d'un assemblage vis- sé comportant un moyen de contrôle par ultrasons de la prétension de l'un des éléments de cet assemblage. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un coeur constitué par des assemblages dans lesquels se produisent les réactions nieutroniques à l'origine de la puissance dégagée par le coeur. Pour contrôler cette puissance, on déplace dans certains assemblages du coeur, des barres de commande en matériau absorbant les neutrons, dans la direction verticale et sur toute la hauteur des assemblages. Les barres de commande constituées par des grappes de crayons absorbants de grande longueur sont guidées par des éléments disposés dans le prolongement des tubes-guides des assemblages dans lesquels on introduit les barres de commande, disposés au-dessus du coeur. Ces éléments sont disposés à l'intérieur de tubes de guidage faisant partie des équipements internes supérieurs du réacteur nucléaire. Ces tubes de guidage sont fixes sur la plaque supérieure de coeur par l'intermédiaire de broches comportant un filetage sur lequel on visse un écrou venant en ap- pui sur le pied du tube-guide. La broche est elle-même fixée à l'intérieur de la plaque supérieure de coeur par l'intermédiaire de sa partie inférieu- re. Dans l'exploitation des réacteurs nucléaires à eau sous pression, on s'est aperçu que les broches'de fixation des pieds de tubes de guidage des équipements internes supérieurs pouvaient présenter une tenue mécanique insuffisante après un certain temps de fonctionnement du réacteur. Dans cer- tains cas on a même pu observer des ruptures- de ces broches de fixation. Ces defauts ont pu être attribués à un serrage inadéquat de l'assemblage vissé entre les broches de fixation et le pied du tube de guidage. Dans le cas d'un serrage trop faible, le tube de guidage n'est pas parfaitement im- sobilisé et ce défaut s'accroit pendant le fonctionnement du réacteur pen- dant lequel les tubes de guidage sont soumis à la circulation de l'eau sous pression à haute température et à très grand débit. Dans le cas o le serrage des broches est excessif, les contrain- tes de traction dans la broche sont la cause d'une corrosion sous tension de celles-ci. Dans le premier cas on aboutit à des ruptures par fatigue et dans le second cas à des ruptures par fissurations dues à la corrosion. Z561562 Pour le montage des broches de fixation sur les pieds des tubes de guidage, on effectue le serrage des écrous sur les broches de façon ma- nuelle avec une clé dynamométrique. La précision obtenue sur le couple de serrage est insuffisante pour permettre d'éviter les défauts de serrage évo- qués ci-dessus. On a déjà proposé de contrôler la prétension dans un assemblage vissé par une mesure aux ultrasons de l'allongement dtun élément de cet as- semblage qui subit un effort de traction pendant le serrage. Les disposi- tifs utilisés ne permettent pas cependant de contrôler la prétension pen- dant le serrage lui-même et sont indépendants de l'outil permettant de réa- liser le serrage. Si l'on utilisait de tels dispositifs pendant le serrage, le capteur d'ultrasons qui doit être mis en contact avec l'élément dont on contrôle l'allongement subirait des déplacements ou des pressions d'appui variables au cours du serrage. Dans tous les cas, la mesure serait entachée de certaines erreurs. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de serra- ge d'un assemblage vissé comportant un moyen de contrôle par ultrasons de la prétension de l'un des éléments de cet assemblage et constitué par une clé dont une partie profilée creuse vient en prise avec une partie de forme correspondante d'un des éléments de l'assemblage vissé pour le faire tour- ner autour de l'axe de serrage, le contrôle de la prétension étant assuré par la mesure aux ultrasons de l'allongement de l'élément de l'assemblage vissé subissant la prétension, ce dispositif permettant une mesure de la prétension très précise pendant l'opération de serrage elle-même. Dans ce but, le dispositif comporte: - une capsule de mesure disposée au voisinage de l'axe de serrage destinée à venir en appui, lors de la mise en service de la clé, sur une extrémité de l'élément subissant la prétension, - un capteur émetteur et récepteur d'ultrasons disposé à l'intérieur de la capsule de mesure, libre en translation dans la direction de l'axe de serra- ge et destiné à venir en appui sur l'extrémité de l'élément subissant la prétension, - un moyen élastique porté par la clé pour exercer une force d'appui diri- gée suivant l'axe de serrage sur la capsule de mesure, - et un moyen élastique intercalé entre la capsule et le capteur d'ultra- sons pour exercer sur ce capteur une force d'appui contrôlée, suivant l'axe de serrage. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décri- re à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif de serrage suivant l'inven- tion adapté au cas du serrage des écrous de broches de fixation de tubes de guidage sur la plaque supérieure de coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure 1 est une vue d'ensemble en élévation latérale, du dis- positif de serrage en position de travail sur une broche de fixation d'un tube de guidage. La figure 2 est une vue de dessus suivant A du dispositif repré- senté à la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe suivant BB de la figure 2. Sur les figures 1 et 2 on voit le pied 1 d'un tube de guidage com- portant un trou pour la fixation d'une broche 2 grâce à un écrou 3. L'outil de serrage est une clé dont la partie creuse profilée 4 vient s'engager sur une partie profilée correspondante de l'écrou 3 pour faire tourner cet écrou autour de l'axe de serrage ZZ'. Cette clé de serrage 5 comporte égale- ment un bras 5a et une poignée 5b. Une capsule 8 de mesure du couple de serrage est disposée à l'in- térieur de la partie creuse 4 de la clé, suivant l'axe de serrage ZZ'. Un ressort à lames 9 fixé sur le bras 5a de la clé par l'intermédiaire d'un écrou à papillon 10 comporte une partie d'extrémité courbe 11 venant en ap- pui sur l'extrémité supérieure de la capsule de mesure 8. En se reportant à la figure 3, on voit que la broche 2 comporte, outre sa partie inférieure 12 destinée à venir s'engager dans la plaque in- férieure de coeur 6, une partie d'appui élargie 13 et un fût 14 comportant une partie filetée 14a sur laquelle vient se visser l'écrou 3. La partie inférieure 12 de la broche de fixation 2 a un diamètre légèrement supérieur à l'alésage 15 de la plaque support de coeur 6 dans la- quelle on vient l'engager, une fente dans cette partie 12 de la broche de fixation permettant une déformation élastique au moment de la mise en place du tube.guide muni de ses broches de fixation. La broche de fixation est elle-même fixée sur le pied 1 du tube de guidage par l'écrou 3 venant en ap- pui sur le pied 1 à l'intérieur d'un alésage élargi 18 ménagé dans sa par- tie supérieure dans le prolongement de l'alésage de passage du fût 14 de la broche de fixation 2 dans le pied 1. L'outillage représenté sur les figures 1 et 2 permet de réaliser et de contrôler le serrage de l'écrou 3 permet- tant la fixation de la broche de guidage sur le pied 1 du tube de guidage. La partie supérieure du fût 14 de la broche 2, au-dessus de la partie filetée 14a, à plus faible diamètre que la partie 14a, est percée d'un alésage 19 et d'une rainure diamètrale 20 de même profondeur que l'alé- sage 19. Cette partie du fût 14 correspondant à l'extrémité supérieure de la broche de fixation 2 constitue la zone d'appui de la capsule de mesure 8 renfermant un capteur émetteur et récepteur d'ultrasons 21 sur l'extrémité de la broche de fixation. La capsule de mesure 8 comporte une douille 23 dont la surface in- térieure est usinée pour constituer un taraudage 23a en partie supérieure et un épaulement 23b en partie inférieure. Lorsque l'outil est en place sur l'écrou 3, pendant le serrage de cet écrou, l'épaulement 23b vient en appui sur la partie supérieure du fût 14 de la broche 2. Le taraudage 23a permet la fixation du chapeau 24 de fermeture de la capsule de mesure 8. Ce cha- peau 24 est percé d'une ouverture pour le passage du câble 27 d'alimenta- tion et de mesure associé au capteur 21 disposé suivant l'axe de la capsule de mesure 8. Le capteur 21 de forme cylindrique est libre en translation à l'intérieur de la capsule 8 et vient en appui par sa partie inférieure à l'intérieur de l'alésage 19, pendant le serrage de l'écrou 3 en utilisant l'outil 5. Sur le diamètre extérieur du capteur 21 est montée serrée une ba- gue de retenue 26 qui empêchent le capteur de se désolidariser de la capsu- le de mesure 8 lors du retrait de la capsule et de l'outil de serrage quand la fixation de la broche a été réalisée. La bague 26 vient alors en appui sur l'épaulement 23b. Entre la surface supérieure du capteur émetteur récepteur 21 et la surface intérieure du chapeau 24 de la capsule 8, est intercalé un res- sort 25 permettant d'exercer une force parfaitement contr8ôlée dans la direc- tion ZZ' sur le capteur en appui dans l'alésage 19 du fût 14 de la broche 2, pendant le serrage de l'écrou 3. La partie hexagonale intérieure 4 de la clé 5 venant s'engager sur la partie hexagonale extérieure correspondante de l'écrou 3 comporte une lèvre d'arrêt 28 permettant de réaliser un positionnement parfait de la clé sur l'écrou 3. Le principe de la mesure du couple de serrage est le suivant: les ultrasons sont envoyés par le capteur 21 dans le fût 14 de la vis sui- vant la direction axiale ZZ', se réfléchissent sur la fente, entre les bran- ches élastiques 12 de la broche 2 et sont captés au retour par le capteur émetteur et récepteur 21. Une mesure précise du temps de propagation des ul- trasons permet de déterminer les variations de longueur du fût 14 de la bro- che pendant le serrage de l'écrou 3. Cet allongement est lui-même fonction des contraintes dans le fût 14 et donc de la prétension du fût 14. Un étalonnage préalable permet de relier le temps de propagation des ultrasons à l'allongement ou à la prétension du fût 14. Pour le serrage d'un écrou 3 sur une broche 2, la partie d'extré- mité creuse 4 de la clé 5 est introduite sur l'écrou 3 dans la position re- présentée sur la figure 3. La capsule de mesure 8 reposant dans l'ouverture de cette partie 4 de la clé vient en appui par son épaulement 23b sur l'ex- trémité du fût 14, lorsque l'écrou est venu dans sa position en butée sur le fond de l'alésage 18 comme représenté sur la figure 3. La capsule 8 est alors maintenue fermement contre l'extrémité du fût 14 par le ressort à lame 9 en contact avec la capsule 8 par sa surface d'appui 11. La douille 23 comporte également un ergot sur sa surface intérieure qui vient s'enga- ger dans la rainure 20 ménagée dans la partie d'extrémité de la broche 2, lors de la mise en place de la capsule de mesure 8. La douille 23 est ainsi bloquée en rotation sur la broche 2. Un certain réglage de la longueur du ressort 9 est possible grâce à une ouverture oblongue 30 prévue à l'extrémité du ressort à lame 9 au ni- veau de laquelle est effectué le serrage par l'écrou à oreilles 10. Le dia- mètre extérieur de la douille 23 de la capsule 8 est inférieur au diamètre intérieur de la partie supérieure de l'écrou 3. Lorsque la capsule repose sur l'extrémité du fût 14, cette capsule est tout-à-fait indépendante de la partie d'extrémité 4 de la clé si bien que la capsule 8 bloquée en rotation par l'ergot de la douille 23 reste parfaitement immobile pendant le serrage de l'écrou. Le ressort à lame 9 transmet sa force d'appui suivant ZZ' sur la capsule 8 par l'intermédiaire de la surface courbe 11. Le couvercle du boitier 24 est vissé et serré sur le boitiero La lame 9 a donc un mouvement relatif de rotation à frottement doux par rap- port au couvercle. Le capteur à ultrasons 21 reste lui-même immobile et en appui avec une pression parfaitement contrôlée grâce au ressort 25 sur l'extrémi- té du fût 14. On peut donc effectuer les mesures de longueur par ultrasons dans de très bonnes conditions pendant le serrage. A la fin du serrage, lorsqu'on effectue le retrait de l'outil, le capteur 21 retombe jusqu'au moment o la bague 26 vient en appui sur l'épau- lement 23b et la capsule 8 vient reposer par sa partie supérieure élargie sur la lèvre d'appui 28 de la partie 4 de la clé 5. Le dispositif de contrôle de la prétension est donc mis en place automatiquement et sans difficulté au moment de la mise en place de la clé sur un écrou et cependant, cette capsule de mesure reste immobile et parfai- tement en appui sur le fût de la broche pendant le serrage. De plus, le capteur d'ultrasons 21 est également mis en place par la même opération et reste immobile et en appui avec une pression constante sur l'extrémité de la broche, pendant le serrage. On voit donc que les principaux avantages du dispositif suivant l'invention sont de permettre un contrôle précis et efficace de la préten- sion de la vis par une opération très simple et réalisée de façon automati- que lorsqu'on utilise l'outil pour réaliser le serrage de l'assemblage vis- sé. L'allongement du fût de la vis pourra être affiché numériquement sur un écran et une indication pourra être donnée au moment o l'allonge- ment optimal a été atteint. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été dé- crit mais elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on peut assurer les forces d'appui de la capsule de mesure et du capteur d'ultrasons sur l'extrémité du fût de la broche par d'autres moyens que des ressorts à lame ou hélicoïdaux tels qu'ils ont été décrits. On peut également imaginer de réaliser la capsule de mesure sous une forme différente de celle qui a été décrite et l'associer à la clé de serrage d'une manière différente. Enfin, le dispositif suivant l'invention s'applique non seulement au montage des broches de fixation sur les pieds des tubes de guidage d'un réacteur nucléaire à eau sous pression mais également dans le cas de serra- ge de tout écrou sur une vis ou de toute vis de fixation dont on veut assu- rer une prétension parfaitement déterminé. 2561-562 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de serrage d'un assemblage vissé comportant un moyen de contrôle par ultrasons de la prétension de l'un des éléments (14) de cet assemblage et constitué par une clé (5) dont une partie profilée creuse (4) vient en prise avec une partie de forme correspondante d'un des éléments (3) de l'assemblage vissé pour le faire tourner autour de l'axe de serrage, le contrôle de la prétension étant assuré par la mesure aux ultra- sons de l'allongement de 1' élément (14) de l'assemblage vissé subissant la prétension, caractérisé par le fait qu'il comporte: - une capsule de mesure (8) disposée au voisinage de l'axe de serrage ZZ' destinée à venir en appui lors de la mise en service de la clé (5), sur une extrémité de l'élément (14) subissant la prétension, - un capteur émetteur et récepteur d'ultrasons (21) disposé à l'intérieur de la capsule de mesure (8), libre en translation dans la direction de l'axe de serrage ZZ' et destiné à venir en appui sur l'extrémité de l'élé- ment (14) subissant la prétension, - un moyen élastique (9) porté par la clé (5) pour exercer une force d'ap- pui dirigée suivant l'axe de serrage ZZ' sur la capsule de mesure (8), et un moyen élastique (25) intercalé entre la capsule de mesure (8) et le capteur d'ultrasons (21) pour exercer sur ce capteur (21) une force d'appui contrôlée suivant l'axe de serrage ZZ'. - 2.- Dispositif de serrage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen élastique porté par la clé (5) est constitué par un ressort à lame (9) comportant une partie d'extrémité cour- be (11) appuyant sur la surface supérieure plane de la capsule de mesure (8) pendant le serrage, avec rotation à frottement doux de la partie courbe (11) sur la capsule (8). 3.- Dispositif de serrage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé par le fait que le moyen élastique (25) intercalé entre la cap- sule de mesure (8) et le capteur d'ultrasons (21) est un ressort hélicoïdal (25). 4.- Dispositif de serrage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, dans le cas du serrage d'un écrou (3) sur une broche de fixation (2) d'un tube de guidage d'un réacteur nucléaire à eau sous pres- sion, caractérisé par le fait que la capsule (8) comporte une partie venant s'en- gager dans la partie supérieure de l'alésage de l'écrou (3) dont le diamè- tre extérieur est inférieur au diamètre intérieur de l'écrou (3) et une par- tie à plus grand diamètre venant en appui sur la partie creuse (4) de l'ou- til (5) au moment du retrait de l'outillage par rapport à l'écrou (3), la capsule (8) étant placée à l'intérieur de la partie creuse (4) de la clé (5). 5.- Dispositif de serrage suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le capteur d'ultrasons (21) comporte sur sa sur- face latérale des butées (26) venant en appui sur un épaulement (23b) sur la surface intérieure de la capsule de mesure (28) lors du retrait du dispo- sitif de serrage par rapport à un écrou (3). HUIT PAGES FRAMATOME & Cie