Brevet FR2572965A1 — publié le 19860516

L'invention concerne un procédé de mise en compression par martelage d'un tube de générateur de vapeur serti dans une plaque tubulaire. dans le but de limiter la corrosion sous tension. Les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent une plaque tubulaire de grande épaisseur à l'intérieur de laquelle les tubes du faisceau du générateur sont sertis à chacune de leurs extrémités. Les tubes affleurent sur l'une des faces de la plaque tubulaire qui vient en contact avec le fluide primaire pendant le fonctionnement du générateur de vapeur et sont saillants par rapport -à l'autre face de la plaque tubulaire pour déboucher dans le corps du générateur de vapeur recevant l'eau à vaporiser. Le sertissage des tubes ou dudgeonnage est effectué en introduisant un outil, appelé dudgeon à l'intérieur du tube pour effectuer le laminage de sa paroi à l'interieur de son logement dans la plaque tubulaire. Ce laminage du tube est effectué depuis son extrémité qui affleure sur la première face de la plaque tubulaire jusqu à une zone située sensiblement au voisinage de la seconde face de la plaque tubulaire. Cette zone du tube située au voisinage de la face de sortie de la plaque tubulaire constitue donc la zone de séparation entre la partie du tube déformé par laminage dans l'alésage correspondant de la plaque tubulaire et la partie non déformée du tube. Cette zone est appelée zone de transition.Dans la zone de transition, la paroi du tube est le siège de contraintes résiduelles de traction importantes qui diminuent la résistance à la corrosion du tube aussi bien sur sa surface externe en contact avec l'eau à vaporiser que sur sa surface interne en contact avec le fluide pri maire. On observe effectivement, dans les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires après une certaine durée de fonctionnement, une détérioration de certains tubes du faisceau à l'endroit où ils sortent de la plaque tubulaire, c'est à dire au voisinage de leurs zones de transition. Les destructions par corrosion se présentent sous forme de fissuration ou meme de trous dans la paroi du tube. On a proposé dans le brevet français 77 13 198. déposé par la Société Framatome, d'effectuer un détensionnement mécanique des tubes des générateurs de vapeur après leur dudgeonnage dans la plaque tubulaire. Ce detensionnement est réalisé grâce un dudgeon d'une conception spéciale qui permet de réaliser une légère expansion diamétrale du tube dans sa zone de transition. Cette opération a pour résultat de diminuer les contraintes dans la paroi du tube au voisinage de sa surface externe qui vient en contact avec l'eau à vaporiser. On diminue ainsi la corrosion due à lteau d'alimentation du générateur de vapeur au voisinage de la plaque tubulaire. Cependant. cette opération de détensionnement mécanique par expansion diamétrale à l'aide d'un dudgeon ne permet pas de réduire les contraintes dans la paroi du tube au voisinage de sa surface interne ou contraintes en peau interne du tube. La corrosion par le fluide primaire constitué par de l'eau sous pression renfermant de l'acide borique et différentes bases de conditionnement, reste donc forte en peau interne du tube dans la zone de transition. On a également proposé un procédé de mise en compression par martelage de la surface interne du tube dans la zone de transition. Ce martelage du tube effectué par mise en rotation à très grande vitesse à l'intérieur du tube. d'une bande souple portant des billes de petites dimensions en matériau dur permet d'augmenter la résistance du tube à la corrosion par le fluide primaire. Cependant. en cas de rupture d'une bille en matériau dur, le frottement de cette bille présentant des arêtes vives sur la paroi interne du tube, au cours-de la rotation de la bande souple, fait apparaitre des rayures sur la paroi interne du tube. Ces rayures favorisent la corrosion du tube par le fluide primaire en peau interne. On connait également des techniques de durcissement interne de tubes tels que des tubes en acier moulé qui consistent à projeter des billes en matériau dur sur la surface intérieure de ces tubes moulés. Cette technique n'a cependant jamais eteutiiisée pour mettre en compression la peau interne des tubes dudgeonnés de petit diamètre. Les conditions opératoires retenues pour le durcissement intérieur des tubes en acier moulé ne sont évidemment pas transposables au cas des tubes dudgeonnes.Il est bien évident également que les dispositifs utilisés pour le durcissement interne du tube moulé ne sont pas applicables dans le cas de tubes dudgeonnés dans la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur, Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de mise en compression par martelage super ficiel. d'un tube de générateur de vapeur serti dans une plaque tubulaire de façon qu'une de ses extrémités affleure sur l'une des faces de la plaque tubulaire et que les tubes soient saillants sur l'autre face de cette plaque, le sertissage du tube étant effectue par laminage de sa paroi à l'-inté-r-ieur de la plaque tubulaire, entre son extrémité affleurant la première face et une zone située au niveau de la seconde face de la plaque tubulaire qui constitue la zone de transition entre la partie déformée et la partie non déformée du tube, ce procédé permettant de créer des contraintes de compression en peau interne du tube et donc d'améliorer la résistance à la corrosion par le fluide primaire du générateur de vapeur passant dans les tubes. sans entrainer de risques de rayures de la surface interne du tube. Dans ce but, on dirige un courant de gaz à grande vitesse chargé de particules en un matériau d'une dureté supérieure à la dureté du matériau du tube- et d'une granulométrie comprise entre 50 et 500 sur sur la surface interne du tube, dans la zone de transition, dans des directions radiales par rapport au tubé et sur toute sa périphérie, la vitesse du gaz et la densité des particules dans ce gaz étant telle que le débit massique des particules venant frapper la surface interne du tube pour effectuer son dêtension- nement soit supérieur à 0,010 kglsec L'invention est également relative à un dispositif- permettant de mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention. On va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux Figures jointes en annexe, un mode de réalisation du procédé suivant l'invention et plusieurs modes -de réalisation d'un dispositif utilisé pour sa mise en oeuvre. - la Fig.1 -est une demi-vue en coupe d'un tube dudgeonne dans une plaque tubulaire, avant son dètensionnement; - la Fig.2 est une vue en coupe de la boite à eau d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléai-- re à eau sous pression dans laquelle on a mis en place un outillage pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention: - la Fig.2a est une vue à plus grande échelle du détail A d-e la Fig.2; - la Fig.2b est une vue agrandie du détail B de la Fig.2; - la Fig.3 est une vue en coupe d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, et suivant une variante de réalisation. Sur la Fig.1, on voit un tube 1 d'un générateur de vapeur serti à l'intérieur d'un alésage 3 traversant une plaque tubulaire 2 sur toute son épaisseur. Le sertissage du tube 1 a été réalise par dudgeonnage, c'est à dire par laminage de la paroi du tube à l'intérieur de son alésage, entre la face d'entrée 4 de la plaque tubulaire et la face de sortie 5 par laquelle le tube pénètre dans le corps de générateur de vapeur. L'extrémité la du tube 1 affleure sur la face 4 de la plaque tubulaire et une soudure entre cette extrémité 1a du tube et la plaque tubulaire complète la fixation du tube. On voit que la partie déformée du tube comporte des zones laminées 8 successives correspondant aux différentes positions du dudgeon à l'intérieur du tube, pendant le sertissage. Au niveau de la face de sortie 5 de la plaque tubulaire, le tube 1 présente une zone de transition 7 d'une certaine longueur entre sa partie déformée et sa partie non déformée restée à son diamètre nominal. Dans cette zone 7, des contraintes résiduelles de traction apparaissent en peau interne et en peau externe du tube après sertissage. Sur la Fig.2, on voit la partie inférieure d'un générateur de vapeur comportant la plaque tubulaire 2 traversée par des tubes tels que 1 et une boite à eau hémisphérique 10 du côté de la face d'entrée 4 de la plaque tubulaire. La boite à eau 10 est séparee en deux par une cloison 11, l'eau sous pression constituant le fluide primaire arrivant dans la boite à eau d'un coté de la cloison 11 et sortant de cette boite à eau de l'autre coté par des tubulures telles que 12 représentées sur la Fig.2. Chaque tube 1 plié en forme de U a l'une de ses extrémités débouchant dans une partie de la boite à eau et son autre extrémité débouchant dans l'autre partie de la boite à eau. Le fluide primaire peut ainsi circuler à l'intérieur de chacun des tubes dans la partie supérieure du générateur de vapeur non représentée sur la Fig.2. au-dessus de la face de sortie 5 de la plaque tubulaire 2. On a également représenté sur la Fig.2, un outillage 15 introduit dans la boite à eau du générateur de vapeur par un trou de visite 14. Cet outillage est mis en place et maintenu à l'intérieur de la plaque tubulaire, pendant l'opération de détensionnement des tubes, par un support d'outillage non représenté permettant de placer l'outillage successivement dans chacun des tubes à détensionner. On va maintenant décrire l'outillage 15 en se référant aux Fig,2 et 2b. Cet outillage comporte une gaine externe 16 reliée à l'une de ses extrémités à un manchon de dérivation 17 et engagée â son autre extrémité dans une cloche de fixation 18 maintenue sous la plaque tubulaire 2 par le support d'outillage. avec interposition d'un joint d'étanchéité 19 entre la cloche 18 et la face d'entrée 5 de la plaque tubulaire constituée par la surface revêtue 2a de cette plaque venant en contact ave le fluide primaire. A l'intérieur de la gaine 16 est engagée une gaine 20 de plus faible diamètre portant à sa partie supérieure une buse profilée 21 surmontée d'un bouchon centreur 22 dont le diamétre extérieur correspond au diamètre interne nominal du tube 1. En amont du manchon de dérivation 17, la gaine intérieure 20 est reliée à un ensemble d'injection de particules comportant un moyen de pompage d'air sous pression et un distributeur de particules en quantité dosée dans le courant d'air sous pression. Lorsque l'outillage est en service, il arrive ainsi par la gaine centrale 20 de cet outillage, de l'air chargé en particules à grande vitesse. Les particules sont constituées par des micro-billes de verre, de céramique ou en un matériau métallique dont la granulométrie est comprise entre 50 et 250 m. Si le bouchon centreur 22 n'obture pas complétement le tube 1, on injecte de l'air dans la partie supérieure du tube, au-dessus du bouchon 22 pour renvoyer les billes vers le bas. La gaine extérieure 16 et la gaine intérieure 20 de l'outillage sont constituées sur une partie de leur longueur par des tubes souples pouvant subir des flexions pour leur orientation à l'intérieur de la boite à eau du générateur de vapeur. La gaine intérieure 20 est montée glissante dans la branche 17a du manchon de dérivation 17 de façon à pouvoir étre guidée à son entrée dans la gaine extérieure 16. La branche 17b du manchon de dérivation 17 est reliée à une station de pompage permettant d'exercer une certaine aspiration dans la gaine exte- rieure 16, autour de la gaine intérieure 20. Pour la mise en oeuvre du dispositif, la cloche 18 et la gaine extérieure 16 étant mises en place sous la plaque tubulaire à la verticale d'un tube 1 par un support d'outillage qui peut être déplace à l'intérieur de la boite à eau, on engage la gaine intérieure 20 dans la gaine extérieure 16 de façon que la partie supérieure comportant la buse d'injection 21 se trouve en face de la zone de transition 7 du tube. On effectue alors le martelage intérieur du tube sur toute la longueur de la zone de transition par deplacement en translation de la gaine 20 et de la buse 21 à vitesse lente et régulière de l'ordre de 2 mm/sec, la gaine intérieure 20 étant alimentée en un mélange d'air ou autre gaz sous pression et de micro-billes de grande dureté. Dans le cas des tubes de générateur de vapeur, en alliage de nickel dont le diamètre est voisin de 0,02m, on effectue un balayage d'une zone du tube située de part et d'autre de la face de sortie de la plaque tubulaire sur une longueur de 0,02 m, cette zone enveloppant la zone de transition. Le réglage du débit d'air et de la densité de charge de cetair de projection en micro-billes est tel que le débit massique des billes est voisin de 0,017 kg/sec. Les micro-billes propulsées dans l'air à grande vitesse (supérieure å 50 m/s) ont un trajet qui est infléchi par la buse 21 de façon que leur direction soit sensiblement radiale lorsqu'elles viennent frapper la surface intérieure du tube dans la zone de transition. La répartition des billes est sensiblement homogène, si bien que l'ensemble de la périphérie du tube subit un martelage. Après leur impact, les billes sont aspirées dans 1 espace entourant la gaine 20, d'abord à l'inté- rieur du tube 1 dans la plaque tubulaire, puis dans la gaine extérieure 16 avant d'être récupérées en aval des manchons 17. Dans la partie du tube laminée à l'intérieur de la plaque tubulaire, les billes effectuent lors de leur retour avec l'air de projection aspiré par l'installation de pompage, un martelage de cette partie du tube comportant de légères aspérités entre les zones laminées 8. Sur la Fig.3, on voit un mode de réalisation un peu différent du dispositif de martelage, les élé- ments correspondants du dispositif représenté à la Fig.2 et du dispositif représenté à la Fig.3 étant désignés par les mêmes repères. La gaine souple 20 d'introduction du mélange de gaz et de micro-billes est engagée pour sa mise en oeuvre dans un ensemble de guidage et d'étanchéité comportant un bouchon expansible 25 préalablement introduit dans le tube à détensionner et une cloche de récupération des billes 27 maintenue en position sous la plaque tubulaire 2 par un support d'outillage déplaçable d'un tube à un autre dans la boite à eau du générateur de vapeur. Cette cloche 27 est reliée à une installation de pompage non représentée, elle est montée étanche par l'intermédiaire d'un joint sous la face d'entrée 4 de la plaque tubulaire. La buse 21 de l'outillage est prolongée par un axe 26 engagé glissant dans le bouchon 25 pour le guidage de la buse dans la zone de transition 7 du tube. Les conditions opératoires pour le détensionnement par écrouissage interne du tube sont les mêmes que précédemment. Les' micro-billes sont récupérées dans la cloche 27 après leur impact sur les parois du tube. On voit que les principaux avantages du procédé et du dispositif suivant l'invention sont de permettre de réaliser un martelage interne du tube parfaitement défini sur toute sa zone de transition sans risque de rayures de sa surface intérieure et de permettre de réaliser par la même opération une mise en compression de la partie dudgeonnée du tube et ce, grâce à des dispositifs d'une conception simple et faciles à utiliser. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi qu'il est possible d'utiliser des micro-billes ou d'autres particules dont la granulométrie peut varier de 50 à 500 micromètres. Le débit massique de ces billes dans l'air de projection peut être un peu inférieur å ce qui a été indiqué, mais ce débit massique ne doit pas cependant descendre en-dessous de 0,010 kg/sec. pour obtenir un effet de martelage adéquat. On peut utiliser des micro-billes ou des particules d'une forme différente de la forme sphérique en des matériaux différents du verre et de la céramique, pourvu que ce matériau ait une dureté supérieure à la dureté du matériau du tube, qui est gené- ralement un alliage de nickel dans le cas des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires. On peut également régler la pression du gaz porteur des micro-billes et/ou la dépression créée par le dispositif d'aspiration pour obtenir une récupération des billes à la partie inférieure du tube. En particulier, il sera possible d'utiliser uniquement un moyen d'aspiration pour assurer la circulation et la récupération des billes. Dans tous les cas cependant, il est nécessaire de maintenir une vitesse suffisante de circulation des billes, par exemple supérieure à 50 m/s. On peut évidemment concevoir d'autres types d'outillage que ceux qui ont été décrits pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. On peut également imaginer l'utilisation du procédé du dispositif suivant l'invention pour la mise en compression des tubes de générateur de vapeur différents des tubes en alliage de nickel des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression. Enfin, on peut utiliser ce procédé aussi bien pour des tubes d'un générateur de vapeur neuf que pour des tubes d'un générateur de vapeur déjà mis en service. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en compression par martelage d'un tube (1) de générateur de vapeur serti dans une plaque tubulaire (2 > de façon qu'une de ses extrémités affleure sur 1 une des faces de la plaque tubulaire et que le tube (1) soit saillant sur l'autre face (5) de cette plaque (2), le sertissage du tube (1) étant effectué par laminage de sa paroi àl'intérieur de la plaque tubulaire t2) entre son ex tremité (la) affleurant la première face (4) et d'une zone (7) située au niveau de la seconde face de la plaque tubulaire qui constitue la zone de transition entre la partie déformée et la partie non déformée du tube, caractérisé par le fait qu'on dirige un courant de gaz à grande vitesse chargé de particules en un ma tériau d'une dureté supérieure à la durete du matériau du tube (1) et d'une granulométrie comprise entre 50 et 500 m, sur la surface interne du tube (1), dans la zone de transition (7), dans des directions radiales par rapport au tube et sur toute sa périphérie, la vitesse du gaz et la densité des particules dans ce gaz étant telles que le débit massique des particules venant frapper la surface interne du-tube (1) pour effectuer son détensionnement soit supérieur à 0,010 kg/sec. 2. Procédé de misse en compression suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le courant de gaz charge de particules a une vitesse supérieure ou égale à 50 m/s. 3. Procédé de mise en compression suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les particules sont constituées par des micro-billes de verre ou de céramique ou en matériau métallique dont le diamètre est compris entre 50 et 250/ m. 4. Procédé de mise en compression suivant l'une quelconque des revendications 1,2 et 3, carac terisé par le fait que les particules sont récupérées au niveau de la première face (4) de la plaque, après leur impact sur la surface intérieure du tube (1) et leur parcours vers cette première face (4), dans la partie déformée du tube (1 > à l'intérieur de la plaque tubulaire (2). 5. Procédé de mise de compression suivant la revendication 3, dans le cas d'un tube (1) d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression en alliage de nickel d'un diamètre voisin de 0,02 m, caractérisé par le fait que les micro-billes sont des micro-billes de verre dont le débit massique dans le gaz d'injection est voisin de 0,017 kg/sec, la zone d'impact des billes étant déplacée longitudinalement dans le tube à une vitesse constante de l'ordre de 0,002 m/sec. sur une longueur de l'ordre de 0,02 m. 6. Dispositif de mise de compression d'un tube (1) de générateur de vapeur serti dans une plaque tubulaire (2) de façon qu'une de ses extrémités affleure sur l'une des faces (4) de la plaque tubulaire (2) et que le tube soit saillant sur l'autre face (5) de cette plaque (2), le sertissage du tube étant effectué par laminage de sa paroi à l'intérieur de la plaque tubulaire (2) entre son extrémité affleurant la première face (4) et une zone située au niveau de la seconde face (5) de la plaque tubulaire (2) qui constitue la zone de transition (7) entre la partie déformée et la partie non déformée du tube (1), caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen (16,18, 27) fixé autour de l'extrémité du tube (1) affleurant sur la face (4) de la plaque tubulaire (2) de façon étanche, cons tituant une enveloppe, dans laquelle coulisse une gaine tubulaire souple (20) portant à son extrémité une buse profilée (21) et des moyens de guidage dans le tube (22,26,25), l'enveloppe (16,18,27) étant reliée à un moyen d'aspiration et la gaine tubulaire (20) à un moyen d'injection de gaz charge en particules, la buse (21) comportant une partie de guidage des particules, dirigée radialement par rapport au tube, lorsque la gaine (20) est introduite dans ce tube (1) et guidée par les moyens (22,25,26). 7. Dispositif de mise en compression suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que l'enveloppe (16.18) est constituée par une cloche (18) fixée de façon étanche sous la plaque tubulaire (2) et une gaine souple (16) engagée par une de ses extrémités dans la cloche (18) et dont l'autre extrémité est reliée à un manchon de dérivation (17) comportant une branche (17a) pour le passage et le guidage de la gaine souple (20) à l'intérieur de la gaine souple (16) et une branche (17b) reliée au moyen d'aspiration. 8. Dispositif de mise en compression suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le moyen de guidage (22) est constitué par un bouchon dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre nominal intérieur du tube (1) à détensionner fixé à l'extrémité de la buse (21). 9. Dispositif de mise en compression suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le moyen de guidage de la gaine souple (20) et de la buse (21) est constitué par un bouchon extensible (25) fixé préalablement dans le tube (1) et un axe (26) solidaire de l'extrémité de la buse (21) engagée dans une partie de guidage correspondante du bouchon (25).