Brevet FR2572800A1 — publié le 19860509

L'invention concerne un procédé de répara- tion par chemisage d'un tube d'un générateur de vapeur et une chemise de réparation de ce tube. Les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un faisceau de tubes dont les extrémités sont dudgeonnées dans une plaque tubulaire de forte épaisseur. L'eau primaire du réacteur à forte pression et à haute température qui vient en contact avec les assemblages combustibles du coeur circule à l'intérieur des tubes du faisceau pour échauffer et vaporiser de l'eau d'alimentation mise en contact avec la paroi externe des tubes, à l'intérieur de l'enveloppe du générateur de vapeur. Les tubes du faisceau affleurent sur l'une des faces de la plaque appelée face d'entrée, par o 1 eau primaire entre et ressort du faisceau dans deux zones distinctes et ressortent de cette plaque tubu- laire pour pénétrer dans l'enveloppe du faisceau par son autre face ou face de sortie. La paroi des tubes du faisceau constitue donc une barrière entre le fluide primaire contenant des produits radio-actifs et l'eau d'alimentation à vaporiser dont la vapeur est envoyée à la turbine as- sociée au réacteur nucléaire. Il est donc nécessaire d'éviter au maximum l'apparition de fuite dans les tubes du faisceau du générateur de vapeur et de ré- parer les tubes le plus vite possible et de façon efficace, lorsque leur paroi est percée. Du fait des gradients de température, des contraintes mécaniques dues aux différences de pres- sion et aux différentes formes de corrosion pouvant apparaitre dans le générateur de vapeur, tant du côté primaire que du côté secondaire, au cours de l'utili- sation du générateur de vapeur dont la durée de vie doit être égale à celle des autres parties du réac- teur, des perçages des tubes générateurs de fuite peuvent apparaître et nécessiter des réparations, lors des phases d'entretien du réacteur. Jusqu'ici, une des techniques les plus uti- lisées consistait à placer le tube défectueux hors service par l'intermédiaire d'un bouchon fixé à l'ex- trémité du tube voisine de la face d'entrée de la pla- que tubulaire, dans sa partie recevant l'eau primaire venant du coeur du réacteur. Cette technique connue est d'une assez grande fiabilité mais a pour inconvé- nient de diminuer la surface d'échange du générateur de vapeur et ce, d'autant plus, qu'un plus grand nom- bre de tubes du faisceau aura du être mis hors servi- ce. On a donc imaginé des procédés de réparation des tubes du faisceau d'un générateur de vapeur par chemisage de ces tubes au niveau du défaut entraînant une perte d'étanchéité. Une chemise tubulaire d'un diamètre extérieur un peu inférieur au diamètre inté- rieur du tube à réparer et d'une longueur suffisante pour recouvrir le défaut est introduite dans le tube par la face d'entrée de la plaque tubulaire et placée dans cette plaque tubulaire et dans le tube de façon à affleurer la face d'entrée. On fixe ensuite cette che- mise par expansion diamétrale à l'intérieur du tube. On a par exemple proposé de réaliser cette expansion par un mandrin hydraulique mais la tenue mé- canique et l'étanchéité du tube réparé se sont avérées insuffisantes. On a proposé également d'améliorer la fixa- tion de la chemise en la dudgeonnant à l'intérieur du tube. Le dudgeonnage se traduit par un laminage de la chemise à l'intérieur du tube et donc par une diminu- tion de son épaisseur. Cependant, une telle opération de dudgeonnage pour rendre la fixation de la chemise suffisamment résistante. n'est possible que dans la partie du tube située à l'intérieur de la plaque tu- bulaire. On a donc proposé de souder la chemise à l'intérieur du tube après expansion hydraulique de celle-ci. Cependant, les températures de soudage avec ou sans métal d'apport nécessitent d'opérer en ambian- ce protégée, ce qui complique les opérations de répa- ration des tubes. C'est pourquoi, on préfère généra- lement fixer la chemise dans le tube par brasage après déformation de celle-ci par pression hydraulique. On fixe donc l'extrémité de la chemise af- fleurant la face d'entrée de la plaque tubulaire à l'intérieur du tube, par dudgeonnage à l'intérieur de la plaque tubulaire et l'on assure l'étanchéité de la liaison par une soudure a l'extrémité du tube et de la chemise. On réalise alors une expansion diamétrale de la chemise à l'intérieur du tube par voie hydraulique, dans une seconde zone de cette chemise à l'extérieur de la plaque tubulaire. On complète la fixation par fusion d'un matériau de brasage préalablement intro- duit entre la sur-face extérieure de la chemise et la surface intérieure du tube dans la zone subissant l'expansion hydraulique. Un tel procédé permet d'assurer une fixation mécanique satisfaisante de la chemise à l'intérieur du tube, mais on s'est aperçu que le tube et la chemise subissaient une corrosion accrue au-dessus de la zone de jonction par expansion hydraulique et brasage. Cette corrosion accrue peut être reliée à la présence d'un interstice entre le tube et la chemise, dans la partie d'extrémité du tube opposée à son extrémité dudgeonnée dans la plaque tubulaire. En effet, il n'est pas possible d'assurer une-expansion hydraulique jusqu'à la partie extrême du tube puisqu'il faut assurer dans -cette partie, une étanchéité satisfaisante de la chambre d'expansion de la paroi interne de la chemise. Dans le cas o on-utilise un mandrin à paroi déformable, on est également obligé de placer ce man- drin à une certaine distance de l'extrémité supérieure de la chemise à l'intérieur du tube. Dans tous les cas, il existe donc une zone morte d'une certaine longueur dans laquelle l'expan- sion diamétrale de la chemise à l'intérieur du tube n'a pas lieu. Il en résulte un interstice annulaire entre la chemise et le tube à l'intérieur duquel vien- nent se déposer des produits de corrosion ou bien des produits radioactifs qui détériorent les conditions d'exploitation et diminuent la résistance à la corro- sion du tube. Jusqu'ici, on avait sous-estimé l'importan- ce de cette zone morte dans la partie d'extrémité du tube et l'on s'était surtout attaché à créer une liaison mécaniquement résistante entre la chemise et le tube. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de réparation par chemisage d'un tube d'un générateur de vapeur comportant un faisceau de tubes et une plaque tubulaire dans laquelle les tubes du faisceau sont dudgeonnés depuis la face d'entrée de la plaque tubulaire sur laquelle affleurent les extrémi- tés des tubes jusqu'à la face de sortie par laquelle les tubes pénètrent dans le corps du générateur de vapeur, consistant à introduire dans le tube i répa- rer, depuis la face d'entrée de la plaque tubulaire, une chemise tubulaire d'un diamètre extérieur un peu inférieur au diamètre intérieur du tube et d'une lon- gueur adaptée i la réparation à effectuer, à fixer la chemise par dudgeonnage dans le tube, dans une pre- mière zone proche de son extrémité, au voisinage de la face d'entrée de la plaque tubulaire et à fixer la chemise dans le tube, dans une seconde zone en dehors de la plaque tubulaire, par expansion diamètrale sui- vie d'un brasage de la surface externe de la chemise sur la surface interne du tube, ce procédé de répara- tion pouvant permettre d'obtenir une fixation de grande résistance mécanique, sans création de zone, favorisant le dépôt de produits radioactifs ou de produits de corrosion à l'intérieur du tube. Dans ce but, l'expansion diamètrale de la chemise est réalisée par dudgeonnage dans sa partie extrême opposée à l'extrémité dudgeonnée de la plaque tubulaire, de façon que la chemise soit déformée plastiquement et que le tube soit déformée uniquement dans le domaine élastique et on réalise le brasage par fusion de métal de brasure, préalablement déposé sur la surface extérieure de la chemise dans sa partie extrême. L'invention est également relative à une chemise de réparation d'un tube de générateur de va- peur comportant un dépôt de métal de brasage dans au moins une zone de sa surface externe au voisinage de sa partie extrême et au moins une zone, au voisinage immédiat de sa partie extrême, comportant des canne- lures usinées sur la surface externe de la chemise et coaxiales à cette chemise. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, non limi- tatif en se référant aux figures jointes en annexe, une opération de réparation d'un tube d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression par chemisage, dans le cas d'un procédé suivant l'art antérieur et dans le cas du procédé suivant l'inven- tion ainsi que les moyens utilisés au cours de l'opé- ration réalisée par le procédé suivant l'invention. - la Fig.1 est une vue en coupe par un plan de symétrie d'une partie de la plaque tubulaire et d'un tube à l'intérieur duquel on a réalisé une répa- ration par chemisage par un procédé suivant l'art antérieur; - la Fig.2 est une vue en coupe par un plan de symétrie analogue à la vue de la Fig. 1, dans le cas du procédé de chemisage suivant l'invention; - la Fig.3 est une vue en coupe montrant la partie extrême de la chemise en cours de dudgeonnage a l'intérieur du tube; - la Fig.4 est une vue en coupe par un plan axial d'une chemise utilisée pour la réparation d'un tube de générateur de vapeur; - la Fig.5 est une vue agrandie du détail A de la Fig.4. Sur le Fig.1, on voit une plaque tubulaire 1 de forte épaisseur (de l'ordre de 0,60m) i l'intérieur de laquelle est dudgeonné un tube 2 sur toute l'épais- seur de la plaque tubulaire entre sa face d'entrée 3 et sa face de sortie 4. Le diamètre extérieur du tube et le diamètre de l'ouverture traversant la plaque tubulaire i l'intérieur de laquelle ce tube est dud- geonné sont de l'ordre de 0,022 m. Le diamètre inté- rieur du tube est de l'ordre de 0,020-m. Apres un certain temps de fonctionnement du générateur de vapeur, le tube 2 présentait une fissure de petite dimension 7 dans sa partie en dehors de la plaque tubulaire 1. On a donc-effectué une répa- ration grice a une chemise 5 dont le diamètre exté- rieur nominal est de 0,01905-m et le diamètre inté- rieur 0,0168 m. La chemise 5 est introduite dans le tube jusqu'au moment o sa partie inférieure affleure la partie inférieure du tube 2, au niveau de la face d'entrée 3 de la plaque tubulaire 1. On effectue alors un dudgeonnage d'une partie 6 de cette extrémité de la ' chemise dans le tube, à l'intérieur de la plaque tubu- laire 1. Cette opération de dudgeonnage a pour effet de laminer la paroi de la chemise et de relaminer la paroi du tube 2 à l'intérieur de la plaque tubulaire 1. 'On effectue également une expansion hydrau- lique de la chemise 5 dans une seconde zone 8 de cette chemise à l'intérieur du tube, mais à l'extérieur de la plaque tubulaire 1. Il subsiste au-dessus de la zone 8, jusqu'à l'extrémité de la chemise 5 engagée dans le tube 2, une zone morte 9 dans laquelle le tube et la chemise ménagent entre eux un interstice annu- laire. La fixation de la chemise 5 dans le tube, suivant le procédé de l'art antérieur, est complétée par la fusion d'un métal de brasage 10 déposé sur la surface extérieure de la chemise 5 dans la zone 8 subissant l'expansion hydraulique diamêtrale. En ser- vice, la zone morte 9 est le siège d'une corrosion intense et d'une activité nucléaire supérieure aux autres parties du générateur de vapeur. Ces deux phé- nomènes indésirables peuvent être attribués à la pré- sence d'un interstice entre le tube et la chemise. - On va maintenant se reporter aux Fig.2 et 3 pour décrire une opération de chemisage d'un tube suivant le procédé de l'invention. Un tube 12 d'un diamètre extérieur de 0,0222 m est dudgeonné dans la plaque tubulaire 11 d'un géné- rateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression entre la face d'entrée 13 et la face de sor- tie 14 de cette plaque tubulaire de grande épaisseur. Une fissure 17 est apparue dans la paroi du tube 12 en cours de service dans le générateur de vapeur. On effectue une réparation en introduisant dans le tube 12 depuis la face d'entrée 13 de la pla- que tubulaire, une chemise 15, le diamètre intérieur du tube 12 et le diamètre extérieur de la chemise 15 étant respectivement de 0,01980 et 0,01905 m. La longueur de la chemise 15 a été choisie de façon que lorsque cette chemise est introduite dans le tube, comme représentée sur la Fig.2, la fissure 17 est recouverte par cette chemise 15. L'extrémité infé- rieure de la chemise 15 affleure l'extrémité inférieu- re du tube 12 qui est elle-même pratiquement affleu rante sur la face d'entrée 13 de la plaque tubulaire. On effectue alors une fixation par dudgeon- nage de la partie inférieure 16 de la chemise 15 dans le tube 12. Cette opération de dudgeonnage se traduit par un laminage de la paroi de la chemise 15 et un relaminage de la paroi du tube 12. L'étanchéité du tube à son extrémité affleurant la face d'entrée 13 de la plaque tubulaire est assurée par une soudure 20. On effectue alors une expansion diamètrale de la partie extrême 18 de la chemise 15 par une opé- ration de dudgeonnage telle qu'elle est représentée sur la Fig.3. Sur la Fig.3, on voit l'extrémité de la chemise 15 à l'intérieur du tube 12, au niveau de la- quelle est placé, en position de travail, le dudgeon comportant trois galets de laminage 26 dont un seul est représenté sur la Fig.3. Une tige conique 27 per- met de mettre en rotation et de pousser vers l'exté- rieur les galets 26, de façon parfaitement déterminée. L'avance de la tige 27 permet de contrôler exactement l'expansion -diamètrale de l'extrémité de la chemise 15. Les galets de laminage 26 sont placés, comme il est visible sur la Fig.3, dans une position légèrement débordante dans la direction axiale, par rapport à l'extrémité de la chemise 15. L'expansion de la chemise 15 et du tube 12 pendant l'opération de dudgeonnage sont réglées de façon qu'après la mise en contact de la chemise 15 par expansion diamètrale avec le tube 12, le dudgeonnage se poursuive par une très légère expansion du tube 12 dont la déformation reste dans le domaine élastique. Après retrait du dudgeon 25, le tube 12 se rétracte donc dans la direction diamètrale et assure un serrage de la partie d'extrémité 18 de la chemise 15. De cette façon, grâce à la position légè- rement saillante du dudgeon, et à un retour élastique du tube 12, à sa forme primitive, on obtient une ex- pansion de la chemise telle que la zone morte 19 à la partie extrême de ce tube est d'une longueur très fai- ble au-dessus de la partie déformée de la zone d'ex- témité 18 de la chemise 15. Comme il est visible sur les Fig.3 et 4, la chemise 15 comporte dans sa partie d'extrémité 18, trois gorges 32 annulaires coaxiales à la chemise 15 remplies de métal de brasure. Après expansion de la partie extrême 18 de la chemise 15 grâce au dudgeonnage, on place à l'in- térieur de la chemise 15, dans cette zone 18, un moyen de chauffage par induction, de façon A échauffer la chemise 15 et le métal de brasure contenu dans les gorges 32, jusqu'à la fusion de ce métal de brasure qui réalise une jonction étanche entre la chemise 15 et le tube 12. En se reportant aux Fig.4 et 5, on voit que les gorges 32 sont entourées par des zones 34 dans lesquelles la surface externe de la chemise est usinée pour constituer des cannelures 35 symétriques de révo- lution autour de l'axe de la chemise et ayant un pro- fil en V comme visible sur la Fig.5. Ces cannelures ont une profondeur P qui est égale approximativement à la moitié de la profondeur des gorges 32 remplies de métal de brasure. Les cannelures 35 disposées à pas serrés dans les zones 34 entourant les gorges 32 fa- vorisent la propagation de la brasure contenue dans les gorges 32, lors de sa fusion. La brasure est d'ailleurs additionnée d'un flux de brasage qui se propage le long de la zone 18, grâce aux cannelures 35, en même temps que le métal de brasage. La gorge supérieure 32 contenant le métal et le flux de brasage, c'est à dire la gorge 32 située le plus près de l'extrémité de la chemise 15 est à une distance de cette extrémité de 3 mm, dans le cas du chemisage d'un tube de générateur de vapeur, d'un réacteur nucléaire i eau pressurisée. Suivant le diamètre du tube et les condi- tions de déformation de la chemise, cette distance pourra être comprise entre 2 et 10 mm. Entre cette gorge 32 et l'extrémité du tube, au voisinage immédiat de cette extrémité, la chemise 15 est usinée pour constituer une zone 34 comportant des cannelures 35 à pas serrés d'une profondeur sensiblement égale à la moitié de la profondeur de la gorge 32. On voit que les principaux avantages du pro- cédé suivant l'invention et de la chemise utilisée pour la réparation du tube sont de permettre une éli- mination presque totale de la zone morte et de l'in- terstice entre l'extrémité de la chemise et le tube, de faciliter les opérations d'expansion diamêtrale de la chemise dans le tube, l'opération de dudgeonnage pouvant être parfaitement réglée et automatisée et d'améliorer la diffusion et la propagation du métal et du flux de brasage entre la chemise et le tube. L'invention ne se limite pas au mode de réa- lisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi qu'on peut utiliser des chemises comportant une seule gorge de réserve de métal de bra- sage et de flux ou au contraire plusieurs gorges suc- cessives séparées par des zones comportant des canne- lures annulaires comme dans l'exemple qui a été dé- crit. Le jeu initial entre 1-a chemise et le tube doit être déterminé pour qu'on puisse réaliser une ex- pansion et une mise en contact de la chemise et du tube par déformation plastique et élastique respecti- vement dans les meilleures conditions possibles. On peut également imaginer d'autres formes d'usinage de la partie extrême de la chemise pour fa- voriser la propagation du métal et du flux de brasage entre la partie extrême de la chemise et le tube. On pourrait utiliser non seulement des moyens de chauffage à induction pour réaliser la fu- sion du métal de brasage, mais encore des moyens de chauffage à effet 3oule, ou des chalumeaux, à partir du moment o les dispositifs peuvent être introduits dans la chemise et dans le tube jusqu'i la zone i expansion diamètrale. Enfin, le procédé et la chemise de répara- tion suivant l'invention peuvent être appliqués non seulement dans le cas de générateurs de vapeur des réacteurs à eau sous pression, mais également dans le cas de tout générateur de vapeur comportant un fais- ceau de tubes dont les extrémités sont dudgeonnées dans une plaque tubulaire et qui sont susceptibles d'être détériorés dans une zone à l'extérieur de cette plaque tubulaire. REVENDICATIONS 1. Procédé de réparation par chemisage d'un tube (12) d'un générateur de vapeur comportant un faisceau de tube et une plaque tubulaire (11) dans laquelle les tubes (12) du faisceau sont dudgeonnés depuis la face d'entrée (13) de la plaque tubulaire (11) sur laquelle affleurent les extrémités du tube (12) jusqu'à la face-de sortie (14) par laquelle les tubes pénètrent dans le corps du générateur de vapeur. consistant à introduire dans le tube (12) à réparer depuis la face d'entrée (13) de la plaque tubulaire (11). une chemise tubulaire (15) d'un diamètre exté- rieur un peu inférieur au diamètre intérieur du tube (12) et d'une longueur adaptée a la réparation à ef- fectuer, à fixer la chemise (15) par dudgeonnage dans le tube (12), dans une première zone proche de son extrémité, au voisinage de la face d'entrée (13) de la plaque tubulaire (11) et à fixer la chemise (15) dans le tube (12), dans une seconde zone (18) en dehors de la plaque tubulaire (11), par expansion diamêtrale suivie d'un brasage de la surface externe de la chemi- se (15) sur la surface interne du tube (12), caracté- risé par le fait que l'expansion diamètrale de la chemise (15) est réalisée par dudgeonnage dans sa partie extrême (18) opposée à l'extrémité (16) dud- geonnée dans la plaque tubulaire (11), de façon que la chemise (15) soit déformée plastiquement et que le tube (12) soit déformé uniquement dans le domaine élastique et qu'on réalise le brasage par fusion de métal de brasure (32) préalablement déposé sur la surface extérieure de la chemise (15) dans sa partie extrême (18). 2. Procédé de réparation suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que l'expansion diamétrale. de la chemise (15) dans sa partie extrême (18) est réalisée en disposant un dudgeon (25) à l'intérieur de la chemise (15) de façon que les galets (26) du dudgeon (5) soient légèrement débordants dans la direction axiale, par rapport à l'extrémité de la chemise (15). 3. Chemise de réparation d'un tube de géné- rateur de vapeur, constituée par une enveloppe tubu- laire d'un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube et d'une longueur suffi- sante pour recouvrir le défaut (17) du tube (12) a réparer, caractérisée par le fait qu'elle comporte au voisinage de l'une de ses extrémités au moins une gorge (32) usinée dans sa paroi externe et remplie de métal de brasage et au moins une zone (34) au voisi- nage immédiat de la même extrémité de la chemise (15) o sa surface externe est usinée suivant une plurali- té de cannelures (35) circulaires et coaxiales i la chemise (15). 4. Chemise de réparation suivant la reven- dication 3, caractérisée par le fait que la gorge (32) remplie de métal de brasage est entourée par deux zo- nes (34) comportant des cannelures (35). 5. Chemise de réparation suivant la reven- dication 3, caractérisée par le fait que la chemise (15) comporte dans une de ses parties extrêmes (18), au moins deux gorges (32) remplies de métal de brasu- re espacées dans la direction axiale de la chemise et entourées chacune par deux zones (34) comportant des cannelures (35) circulaires et coaxiales a la chemise (15). 6. Chemise de réparation suivant l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisée par le fait que la profondeur des cannelures (35) i l'intérieur de la paroi de la chemise (15) est sensi- blement égale i la moitié de ia profondeur des gorges (32) remplies de métal de brasage. 7. Chemise de réparation suivant l'une quel- conque des revendications 3,4.,5 et 6, caractérisée par le fait que la gorge (32) située le plus près de l'ex- trémité de la chemise (15) est à une distance de cette extrémité comprise entre 2 et 10 mm.