Brevet FR2591922A1 — publié le 19870626

OUTIL DE COUPE PAR L'INTERIEUR ET SANS DEFORMATION DE TUBES DE FAIBLE DIAMETRE L'invention concerne un outil de coupage par l'intérieur de tubes de faible diamètre, utilisant la technique de l'arc-scie électrique. Il s'agit en particulier des tubes de générateurs de vapeur (GV) de centrales nucléaires. Ce coupage est nécessaire lorsque l'on veut extraire une extrémité de tubes en vue d'examens ou encore lorsqu'il faut remplacer une extrémité fissurée par un tronçon sain qui sera soudé sur le tube. Il s'applique également au démantèlement "in situ" des générateurs de vapeur. En comparaison d'autres techniques, il est connu que le coupage par arc-scie a l'avantage de réaliser rapidement une coupe franche sans déformation, et sans efforts mécaniques, ce qui facilite d'une part l'extraction du tronçon sectionné, et d'autre part le raboutage par soudage d'un tronçon neuf sans qu'il soit besoin de réusiner l'extrémité du tube tronçonné. Ce procédé est entre autre décrit dans U.S.Patent 4,399,344. L'opération de coupage à l'arc-scie implique le déplacement trés rapide d'une électrode en regard de la pièce à tronçonner ("avance" de outil), accompagné d'une pénétration contrôlée de l'outil dans l'épaisseur de la piece ("plongée" de l'outil); les particules fondues par l'arc sont chassées par les convections créées par le déplacement très rapide de l'outil. Dans les techniques classiquement utilisées, l'électrode-outil est un disque en rotation rapide sur son axe, qui -porté contre la piece- creuse une saignée au fur et a mesure de sa pénétration dans la pièce. Cette opération s'effectue dans l'eau ou sous une aspersion d'eau, ce qui prévient l'échauffement de l'électrode, et provoque de vifs tourbillons expulsant le métal fondu par l!arc. L'application de l'arc-scie au coupage interne de tubes de faible diamètre (de l'ordre de 15mm) soulève de difficiles problèmes liés à la conception d'un outil assez miniaturisé pour être introduit dans ces tubes , et sans que l'on dispose de beaucoup de recul pour introduire cet outil du fait de la forme sphérique des bols des générateurs de vapeur. Egalement, il est nécessaire que l'outil possède une souplesse qui lui permette d'accéder aux tubes de périphérie du GV malgré le manque de recul à l'intérieur du bol. L'outil objet de l'invention est caractérisé par les points suivants: a) il possède une électrode fixe en ce sens qu'elle n'est pas mue en rotation sur elle même comme cela est le cas dans les procédés évoqués plus haut, b) la tige portant l'électrode est dotée de flexibilité, c) l'extrémité de cette tige porte-électrode flexible est animée d'un mouvement de translation selon un parcours circulaire ou hélicoldal, d) la "plongée" et 1' "avance" de l'outil sont contrôlées par le déplacement axial d'une pièce enveloppe isolante en rotation sur elle même. Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement un mode d'exécution. La figure 1 situe les boites à eau des échangeurs (GV) des réacteurs à eau pressurisée. La boite à eau du GV est une demi sphère formée de deux chambres 901 séparées par une plaque de partition verticale 904; ces chambres sont surplombées par une plaque tubulaire (PT) 902 d'où partent et aboutissent les tubes échangeurs 903 montés en épingle. Chaque chambre (bol) possède deux ouvertures: le trou d'homme d'accès 905 de diamètre 400mm., et la tubulure 906 du circuit primaire. Les figures 2 et 3 décrivent la configuration de l'outil de coupe. Cet outil est composé de plusieurs éléments: a) une tige rigide, flexible, conductrice, isolée électriquement, sur laquelle est monté un disque électrode et deux cones mâles d'appui. Cette tige est- fixe. b) un tube enveloppe rigide en matériau isolant, centré dans le tube à tronçonner, possédant un coin et un cone femelle (sur lesquels viennent en appui les cones mâles précédents de la tige fixe). Ce tube enveloppe est mû en rotation à grande vitesse autour de son axe; et il est également déplacé selon son axe Z. c) une tresse souple d'alimentation électrique, prolongeant la tige flexible. d) un prolongateur externe flexible (tuyau par exemple) transmettant la rotation et la translation au tube enveloppe. e) un collecteur tournant/glissant pour le circuit d'eau, e) éventuellement, des organes annexes semblables à ceux décrits dans les demandes de brevets citées plus loin, à savoir: - un module d'entrainement en rotation et de serrage de l'outil, - une glissière et sa motorisation de course Z, portant le module de rotation, fixée sur un télémanipulateur. Description: La tête de l'outil est constituée d'un tube enveloppe 910 terminé par un cône 911 et muni d'un coin 912. Le disque électrode 913 est monté en bout d'une tige flexible 914 assurant son alimentation électrique. Le disque est maintenu par une pièce cônique 915 sur l'épaulement de la tige, un deuxième cône 916 étant fixe sous celui-ci. L'extrémité supérieure de la partie rigide 910 du tube enveloppe est équipée d' un galet de centrage à brosse 917 de manière à encaisser des rétreints de diamètre sur les tubes CV lors de l'introduction de l'outil. De même, la base de cette partie rigide est fixée à une pièce entretoise 918 portant une brosse de centrage, montée en bout d'un tuyau flexible 919. Ce tuyau 919 est lui même centré de place en place dans le tube GV par des galets à brosse 920 montes sur des pièces entretoises 921 (fig.3). La tige flexible 914 est centrée par rapport au tube et à l'ombilic en traversant l'entretoise 918. Elle est brasée à une tresse souple 922, elle même centrée dans le tuyau 919 par les entretoises 921. La position du disque électrode sera plus ou moins excentrée par rapport au tube enveloppe 910 suivant la valeur d'engagement du coin 912 sur la pièce cynique 915. Ainsi, en maintenant fixe la tige flexible 914, le déplacement Z du tube enveloppe 910 permet de contrôler l'excentrement du disque électrode 913, donc la longueur d'arc et la "plongée" (pénétration) dans l'épaisseur du tube à couper. Pour un déplacement Z du tube enveloppe par rapport à la tige centrale de 1"5 millimètres, le disque électrode s'excentre de 4 mm. (fig.2). De même, la rotation du tube enveloppe 910 entraine le contact du périmètre du disque fixe sur le périmètre du tube à couper, la vitesse de rotation correspondant à la vitesse de coupe. La tige flexible 914 est suffisamment longue pour absorber la flèche correspondant à l'excentration maximum, Un collecteur à eau tournant-glissant 923 permet de dissocier l'enveloppe mobile de outil (tuyau 919 et tube enveloppe 910) d'avec sa partie fixe supportant le disque électrode, permettant ainsi le passage du fluide de refroidissement chargé d'évacuer les particules de coupe. Ce collecteur permet de soulager du poids des alimentations 924 la partie mobile de l'outil (fig.3). Par ailleurs, la- viabilité d'un tel outil exige qu'il s'adapte à des dispositifs de mise en oeuvre tels que décrits dans les demandes de brevets 85-11299 (Automatismes d'intervention pour générateurs de vapeur) et 85-11300 (Soudeuse pour la maintenance de générateurs de vapeur), pour être utilisable à une cadence industrielle compatible avec la durée des arrêts périodiques des centrales nucléaires. La figure 4 schématise la mise en oeuvre d'un tel outil au moyen du même manipulateur que celui décrit dans la demande de brevet 85-11300. La rotation est commandée par un module de serrage/rotation, et le déplacement Z par une glissière motorisée portant ce module; cette glissière est fixée sur le télémanipulateur: - La tête rigide de l'outil (tube enveloppe 910) est engagée au travers du module de rotation serrage 930. Le fourreau-guide 931, contenant l'outil flexible avec son raccord tournant-glissant 923 et le flexible d'alimentation 924, est connecté au socle 932 du manipulateur 933. - Le chassis pousseur 934 engage l'outil dans le tube échangeur jusqu'à présenter le disque de coupe à la hauteur voulue, le raccord-glissant 924 étant comprimé par cette manoeuvre. - Le module de rotation-serrage 930 se bride sur le tuyau 919 l'outil. I1 assure la rotation et donc la vitesse de coupe du disque électrode. Le déplacement linéaire correspondant à la profondeur de passe est commandé par l'élévateur 935 sur lequel est fixé le module 930. La course Z est absorbée par le collecteur glissant 923. REVENDICATIONS Revendication 1: Outil de coupe par l'intérieur des tubes échangeurs de générateurs de vapeur, par le procédé arc-scie, caractérisé en ce qu'il comprend: a) une tige métallique fixe, rigide, flexible 914 portant le disque électrode 913, prolongée par une tresse conductrice 922, b) un tube isolant rigide 910, centré dans le tube, emprisonnant l'extrémité de la tige fixe, animé d'un mouvement de rotation rapide, et doté d'une course axiale Z relativement à la tige; et prolongé par un tuyau souple 919. c) une amenée d'eau venant noyer ou asperger le disque électrode. Revendication 2: Outil souple de coupe par arc-scie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie mobile commandant les mouvements du disque électrode en tête d'outil est libérée du poids et des efforts parasites des cables d'alimentation par un raccord tournant-glissant à eau 923. Revendication 3: Outil souple de coupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que: a) l'enveloppe rigide 910 est munie de galets de centrage 917 et 920, b) la tige centrale 914 rigide possède deux cônes d'appui portant sur un coin 912 et un cône 911 correspondants sur le tube enveloppe 910. Par ces cônes, l'excentrenent du disque électrode 913 est commandé par le déplacement vertical de l'enveloppe 910 par rapport à la tige 914. c) le déplacement du disque électrode en regard de la pièce -à tronçonner correspond à la vitesse de rotation de l'enveloppe rigide 910. d) la tige est prolongée par une tresse conductrice -922, l'enveloppe est prolongée par un tuyau souple 919.