Brevet FR2579738A1 — publié le 19861003

L'invention concerne un procédé de répara- tion par chemisage d un tube d'un générateur de va- peur. Les générateurs de vapeur des réacteurs nu- cléaires a 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 l eau primaire entre et ressort du faisceau dans deux zones distinctes, et débouchent 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 particules activées et l'eau d'alimentation à va- poriser dont la vapeur est envoyée à la turbine asso- ciée au réacteur nucléaire. Il est donc nécessaire d'éviter au maximum l'apparition de fuites dans les tubes du faisceau du générateur de vapeur et de répa- rer les tubes le plus vite possible et de façon effi- cace, 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 apparaître 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 fuites peuvent apparaitre 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'e- xtrémité du tube voisine de la face d'entrée de la plaque tubulaire, dans sa partie recevant l'eau pri- maire venant du coeur du réacteur. Cette technique connue est d une assez grande fiabilité mais a pour inconvénient de diminuer la surface d'échange du gé- nérateur de vapeur et ce, d'autant plus, qu'un plus grand nombre de tubes du faisceau aura du être mis hors service. 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 entrainant 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 mécanique et l'étanchéité du tube réparé se sont avè- rées 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 a l'intérieur du tube et donc par une dimi- nution de son épaisseur. On a donc proposé de braser la chemise à l'intérieur du tube après expansion hydraulique ou mécanique haute et basse de celle-ci. On réalise une expansion diamétrale de la chemise à l'intérieur du tube par voie hydraulique ou mécanique dans une zone de cette chemise située au-dessus de la plaque tubu- laire, coté secondaire. On complète la fixation par fusion d'un matériau de brasage préalablement intro- duit entre la surface extérieure de la chemise et la surface intérieure du tube dans la zone subissant l'expansion. Mais la brasure pose certain problème notam- ment de répartition et d'homogénéité, la fiabilité reste limitée quant à l'étanchéité, l'opération est compliquée et rendue plus honéreuse par la nécessité de prévoir une brasue intégrée, associée à un flux de brasage. C'est pourquoi, on préfère généralement fixer la chemise après déformation de celle-ci par soudage dans le tube. Tout d'abord, on fixe donc l'extrémité basse de la chemise affleurant la face d'entrée de la plaque tubulaire à l'intérieur du tube, par dudgeonnage, afin de créer une liaison métallurgique, renforcée par un cordon de soudure périphérique, Ensuite, on réalise une expansion diamétrale par dudgeonnage haut de la chemise à l'intérieur du tube, dans une seconde zone de cette chemise au-dessus de la plaque tubulaire. On complète la fixation méca- nique par un soudage, au niveau de la zone déformée, de la chemise à l'intérieur du tube, en obtenant simultanément l'étanchéité. Un tel procédé permet d'assurer une fixation mécanique et une étanchéité satisfaisantes de la che- mise à l'intérieur du tube, mais la déformation est généralement réalisée sur une zone importante de la chemise, entraînant de fortes contraintes internes, notamment dans les zones singulières c'est-à-dire dans les zones situées de part et d'autre de la déforma- tion, pouvant favoriser ultérieurement la corrosion, notamment la corrosion sous contrainte ou sous ten- sion. 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 va- peur, consistant à introduire dans le tube à réparer, depuis la face d'entrée de la plaque tubulaire, une chemise tubulaire d'un diamètre extérieur un peu infé- rieur au diamètre intérieur du tube et d'une longueur adaptée à la réparation à effectuer, à fixer la chemi- se par dudgeonnage dans le tube, dans une première 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 au-dessus de la plaque tubulaire, en réalisant-par dudgeonnage une dé- formation mécanique suivie d'un soudage de la chemise à l'intérieur du tube. Suivant l'invention, la déformation mécani- que de la chemise, réalisée par dudgeonnage dans sa partie extrême opposée à l'extrémité dudgeonnée dans la plaque tubulaire, est localisée sur une hauteur limitée et les paramètres de ladite déformation méca- nique sont calculés en fonction des paramètres de sou- dage appliqués consécutivement, lesdits paramètres de soudage étant déterminés en fonction des paramètres de la déformation mécanique initiale de façon à obtenir la relaxation des contraintes plus particulièrement dans les zones singulières de la déformation mécani- que. 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'o- pération 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 an- térieur; - La Fig. 2 est une vue en coupe par un plan de symétrie analogue à la Fig. 1, dans le cas du pro- cédé de chemisage suivant l'invention; - La Fig. 3 est une vue en coupe montrant la partie extrême de la chemise en cours de dudgeonnage à l'intérieur du tube; - La Fig. 4 est un diagramme montrant le profil des températures de soudage en fonction des distances pour un matériau considéré; - La Fig. 5 est une vue en coupe par un plan de symétrie d'une variante de l'invention. Sur la Fig. 1, on voit une plaque tubulaire 1 de forte épaisseur (de l'ordre de 0,60 m) à l'int- rieur de laquelle est dudgeonné un tube 2 sur toute l' épaisseur de la plaque tubulaire entre sa face d'en- trée 3 et sa face de sortie 4. Le diamètre extérieur du tube et le diamètre de l'ouverture traversant la plaque tubulaire à l'intérieur de laquelle ce tube est dudgeonné sont de l'ordre de 0,022 m. Le diamètre in- térieur du tube est de l'ordre de 0,020 m. Après 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 réparation grâce à une chemise 5 dont le diamètre extérieur nomi- nal est de 0,019 m et le diamètre intérieur 0,017m. 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 réaliser une liaison métallique entre la paroi de la chemise et celle du tube 2 à l'intérieur de la pla- que tubulaire 1. On effectue également une déformation méca- nique par dudgeonnage de la chemise 5 dans une seconde zone 8 de cette chemise, à l'intérieur du tube, mais au-dessus de la plaque tubulaire 1. Jusqu'à présent, pour obtenir une fixation satisfaisante de la chemise 5 dans le tube 2, on réa- lisait la déformation dans la zone 8 sur une hauteur relativement importante, de l'ordre de 0,05 m, puis on complétait la fixation par une soudure 9 dans la par- tie médiane de la zone 8, indépendamment des paramè- tres appliqués au moment de la déformation. On va maintenant se reporter aux Fig. 2-et 3 pour décrire une opération de chemisage d'un tube sui- vant le procédé de l'invention. Un tube 12 d'un diamètre extérieur de 0,0222m est dudgeonné dans la plaque 11 d'un généra- teur 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 va- peur. On effectue une réparation en introduisant dans le tube 12 depuis la face d'entrée 13 de la pla- que tubulaire, une chemise 15, dont le diamètre extér- ieur est légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube 12 pour glisser sans frottement. La longueur de la chemise 15 a été choisie de façon que lorsque cette chemise est introduite dans le tube, comme représenté 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 mécanique par dudgeonnage de la partie inférieure 16 de la chemise dans le tube 12. L'étanchéité du tube à son extré- mité affleurant la face d'entrée 13 de la plaque tubu- laire est assurée par une soudure 20. Ensuite, on effectue une déformation mécani- que dans une zone 19 de la partie extrême de la chemi- se 15 par une opération de dudgeonnage localisée 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 1- quelle est placé, en position de travail, le dudgeon comportant trois galets 26 dont un seul est repré- senté sur la Fig. 3. Une tige conique 27 permet de mettre en rotation et de pousser vers l'extérieur les galets 26, de façon parfaitement déterminée. L'avance de la tige 27 permet de controler exactement l'expan- sion dlamétrale de l'extrémité de la chemise 15. Les galets 26 sont placés, comme il est visible sur la Fig. 3, dans une position légèrement en retrait, par rapport à l'extrémité de la chemise 15, et ont une forme extérieure correspondant à la forme de la déformation que l'on désire réaliser sur la chemise 15. -Les paramètres d'expansion de la chemise 15 et du tube 12, pendant i'opération de dudgeonnage, sont réglés de façon qu'après accostage de la chemise par expansion diamètrale dans le domaine plastique, ils provoquent une très légère expansion du tube 12 dans le domaine élastique. Après retrait du dudgeon 25, le tube 12 se rétracte donc dans la direction diamétrale et assure un serrage de la partie d'extrémité 19 de la chemise déformée dans le domaine plastique. Ensuite, on complète la fixation de la che- mise 15 à l'intérieur du tube 12, et on assure l'étan- chéité par une soudure 18 entraînant une fusion de la chemise 15 localisée dans la partie centrale déformée et une fusion partielle du tube 12. Mais pour obtenir une étanchéité parfaite dans la zone 19, il faut au moment du soudage obtenir la relaxation des contraintes résultant de la déforma- tion mécanique initiale dans les zones singulières 19a et 19b (Fig. 2), c'est-à-dire dans les zones situées de part et d'autre de la déformation. Pour cela, la déformation dans la zone 19 est localisée sur une hauteur réduite et les paramé- tres appliqués lors de cette déformation, notamment l'effort de dudgeonnage qui laisse subsister une pres- sion d'interface entre la chemise 15 et le tube 12, sont déterminés en fonction des paramètres de soudage appliqués ultérieurement. D'autre part, les paramètres de soudage sont déterminés de telle façon que, compte tenu des paramé- tres associés de la déformation initiale, la tempéra- ture atteinte dans les zones singulières 19a et 19b, soit telle qu'elle dépasse le seuil de la température de détensionnement du matériau considéré dans cesdites zones singulières. De cette façon, on obtient donc un déten- sionnement c'est-à-dire une libération des contraintes dans la zone déformée, de manière à ne pas favoriser la corrosion sous contrainte. En se reportant à la Fig. 4, on va mainte- nant-décrire un exemple de réalisation du procédé. A la Fig. 4, on a représenté un diagramme montrant le profil des températures de soudage en fonction des distances pour un matériau considéré. En supposant tout d'abord que le matériau constituant la chemise 15 et le tube 12 est, par exem- ple, un alliage de nickel-chrome à très fort pouvoir de résistance à la corrosion, on réalise donc dans la zone 19 une déformation mécanique par dudgeonnage sur une hauteur limitée qui est, par exemple, comprise entre 4 et 15 mm. La chemise 15 est déformée plasti- quement, tandis que le tube 12 est déformé uniquement dans le domaine élastique. Sur la Fig. 4, on a bien évidemment exagéré les déformations réalisées sur la chemise et le tube. !0 Dans la partie centrale déformée 19, le cor- don de soudure réalisé a une largeur comprise entre 4 et 8 mm. Les paramètres de soudage sont aonc détermi- nés pour que la température au niveau de la soudure 18 soit sensiblement égale à la température de fusion de l'alliage constituant la chemise et le tube, on a donc Gf 1.400'C, et également pour que la températu- re atteinte dans les zones singulières 19a et 19b soit supérieure à la température de détensionnement qui est: Gec 550C. Comme cela est représenté sur la courbe de la Fig. 4, il s'établit un profil de température dans l'ensemble de la zone déformée qui provoque un déten- sionnement de ladite zone déformée jusqu'au niveau des zones singulières. On réalise donc consécutivement deux opéra- tions dont les paramètres sont intimement liés les uns par rapport aux autres. De cette façon, on obtient un assemblage et une étanchéité parfaits en isolant la partie défectu- euse du tube. Sur la Fig. 5, on a représenté une variante de l'invention. Dans ce cas, on introduit comme précédemment une chemise 31 dans le tube 30 à réparer et on réalise la déformation mécanique par dudgeonnage dans une zone 32 localisée en partie supérieure extrême de la chemi- se. Une soudure à clin 33 est également réalisée sur l'extrémité de la chemise. Cette disposition permet en outre d'éliminer la zone morte et l'interstice entre l'extrémité de la chemise et le tube, tout en libérant les contraintes dans la zone singulière unique subsi- 1 1 tante. Le procédé de réparation suivant l'invention peut être appliqué non seulement dans le cas de géné- rateurs de vapeur des réacteurs à eau sous pression, mais également dans le cas de tout générateur de va- peur comportant un faisceau de tubes dont les extrémi- tés sont dudgeonnées dans une plaque tubulaire et sont susceptibles d& être détériorées dans une zone à l'ex- térieur de cette plaque tubulaire. Bien entendu, l'invention n'est pas stricte- ment limitée aux différents modes de réalisation dé- crits à titre d'exemples, mais elle couvre également les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des simples variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1.- Procédé de réparation par chemisage d'un tube (12, 30) d'un générateur de vapeur comportant un faisceau de tubes et une plaque tubulaire (11) dans laquelle les tubes (12, 30) du faisceau sont dudgeon- nés depuis la face d'entrée (13) de la plaque tubulai- re (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, 30) à répa- rer depuis la face d'entrée (13) de la plaque tubulai- re (11), une chemise tubulaire (15, 31) d'un diamètre extérieur un peu inférieur au diamètre intérieur du tube (12, 30) et d'une longueur adaptée à la répara- tion à effectuer, à fixer la chemise (15, 31) par dud- geonnage dans le tube (12, 30), dans une première zone proche de son extrémité, au voisinage de la face d'en- trée (13) de la plaque tubulaire (11) et à fixer la chemise (15, 31) dans le tube (12, 30), dans une se- conde zone en dehors de la plaque tubulaire (11), en réalisation par dudgeonnage une déformation mécanique (19, 32) suivie d'un soudage (18, 33) entre la chemise et le tube, caractérisé par le fait que la déformation mécanique (19, 32) de la chemise (15, 31), réalisée par dudgeonnage dans sa partie extrême opposée à l'ex- trémité (16) dudgeonnée dans la plaque tubulaire (11), est localisée sur une hauteur limitée, et les paramè- tres de ladite déformation mécanique (19, 32) sont calculés en fonction des paramètres de soudage appli- qués consécutivement, et par le fait que lesdits para- métres de soudage sont déterminés en fonction des pa- ramètres de la déformation mécanique initiale (19, 32) de façon à obtenir la relaxation des contraintes plus particulièrement dans les zones singulières (19a, 19b) de la déformation mécanique. 2.- Procédé de réparation suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que les paramètres de soudage sont déterminés de telle façon que la tem- pérature atteinte dans les zones singulières (19a, 19b), par conduction à partir de la zone de fusion, dépasse la température de détensionnement du matériau considéré dans lesdites zones singulières provoquant ainsi une libération des contraintes dans les zones déformées. 3.- Procédé de réparation suivant les reven- dications 1 et 2, caractérisé par le fait que la dé- formation mécanique (32) est localisée en partie supé- rieure extrême de la chemise (31) de façon à réaliser une soudure à clin (33) tout en libérant les contrain- tes dans la zone singulière unique subsistante.