Brevet FR2606132A1 — publié le 19880506

PROCEDE DE BOUCHAGE DE PLAQUES A TUBES A L'AIDE DE BOUCHONS SOUDOBRASES La présente invention concerne un procédé de bouchage de plaques à tubes de générateurs de vapeur à l'aide de bouchons soudobrasés. On sait qu'un générateur de vapeur se compose, normale- ment, d'un certain nombre de tubes disposés entre deux plaques à tubes. Ces tubes séparent le fluide de chauffage du fluide chauffé et cette séparation peut être interrompue si un ou plusieurs des tubes sont endommagés. Dans ce cas, selon une technique connue, après avoir identifié le tube brisé, on l'isole du générateur de vapeur en bouchant ses extrémités à la hauteur des deux plaques à tubes. Une telle opération n'est, en général, pas réalisée facilement du fait que les collecteurs situés à proximité des plaques à tubes présentent souvent des dimensions limitées. Les difficultés augmentent dans le cas des générateurs de vapeur très complexes pour lesquels le faisceau de tubes est constitué d'un grand nombre de tubes, très proches les uns des autres. Selon une procédure connue, on insère des blocs pleins dans les extrémités des tubes endommagés et on les soude à la plaque à tubes au moyen d'une soudure à cordon continu en angle. Pour l'inspection aux rayons-x de ce cordon de soudure, il est cependant nécessaire de percer un trcu dans la tige pleine qui vient juste d'être soudée en position et de faire passer les rayons-x à travers ce trou. On insère, ensuite, un bouchon dans la tige munie d'un alésage et on le soude au bord supérieur de la tige munie alésée. Du fait que cette nouvelle soudure fait saillie au-dessus de la surface interne de la plaque à tubes, il est possible de la radiographier par trans- parence. Ce procédé conduit à des complications si on doit obtu- rer une série de tubes situés à proximité les uns des autres, du fait que la soudure de la tige devient très difficile si elle doit être réalisée en présence d'autres tiges déjà sou- dées à proximité. Le procédé de soudure crée des problèmes pour quelques matériaux qui conviennent particulièrement bien pour les générateurs de vapeur et qui présentent des struc- tures qui tendent à devenir fragiles dans la zone de fusion et dans celle qui est modifiée. D'autres problèmes sont dûs aux difficultés de choix du matériau à utiliser pour le bouchon. Le soudage de ces maté- riaux suppose nécessairement des traitements de pré- et de post-chauffage et de relaxation finale des contraintes qui de- viennent très difficiles à mettre en oeuvre si les pièces à fixer ensemble présentent des épaisseurs et des tailles diffé- rentes. L'un des buts de la présente invention est de suppri- mer les inconvénients qui viennent d'être mentionnés et de réaliser le bouchage du trou dans les plaques à tubes corres- pondant aux deux extrémités du tube endommagé en utilisant un procédé de soudobrasure qui peut être inspecté à la fois aux rayons-x et par sondage aux ultrasons. Le procédé selon l'invention consiste à ménager une rainure annulaire dans la plaque à tube autour de chaque trou correspondant à un tube endommagé, de façon à créer une tige alésée. En outre, l'intérieur de l'alésage doit être évasé sur une profondeur sensiblement égale à celle de la rainure annu- laire. On insère, ensuite, à l'intérieur du trou évasé, pré- paré comme expliqué ci-dessus, un bouchon en forme de dé qui présente un tronc de cône interne identique à celui de l'éva- sement du trou dans la plaque à tubes. Ce bouchon en forme de dé peut être réalisé par tournage et alésage d'un barreau en un matériau convenable. Après l'obtention du bouchon en forme de dé, on dépose une couche de soudure sur sa surface extérieure et qui s'étend au moins sur une zone correspondant à la surface du contact entre la surface extérieure du bouchon et le trou évasé dans la plaque à tubes, dans laquelle le bouchon doit être inséré. La profondeur du trou borgne de dé ménagé à l'intérieur du bouchon doit être au moins aussi profonde que la surface de contact entre la surface interne du trou évasé dans la plaque à tubes; en outre, il est préférable que le diamètre intérieur de ce trou borgne soit égal au diamètre intérieur des tubes du générateur de vapeur. Il est également souhaitable que la paroi du bouchon en forme de dé et la paroi de la tige alésée soient sensiblement de même épaisseur. Le procédé selon l'invention prévoit, ensuite, l'inser- tion d'une cartouche de chauffage à l'intérieur du trou borgne dans le bouchon en forme de dé, de façon à fondre la soudure déposée sur la surface extérieure du bouchon. Après sa fusion, cette soudure pénètre légèrement dans le matériau de base de la plaque à tubes et du bouchon en forme de dé. Les épaisseurs à soudobrasées sont relativement faibles et la soudure est déjà présente sur toute la zone à relier par soudure (et elle n'a donc pas à pénétrer dans l'intervalle de couplage par capillarité); ceci facilite le traitement de chauffage pour le soudobrasage local, afin d'amener le bouchon et la tige alésée alors montée dans la plaque à la température de brasage. Le traitement thermique de soudobrasage est mis en oeuvre à une température d'environ 10000C et il donc néces- saire de créer une atmosphère de protection autour des pièces chauffées. Ceci peut être réalisé, soit au moyen de gaz iner- te, soit par mise sous vide. Le couplage conique dans la zone de jonction présente l'avantage de former l'intervalle idéal requis par la soudure et, du fait que la soudure est déjà présente sur toute la surface de couplage, il n'y a pas de risque de retenir des inclusions ou bien de l'air ou du gaz dans l'intervalle ou d'oxydation des surfaces dans la zone de jonction. La zone soudobrasée peut, ensuite, être testée aux rayons-x à l'aide d'une source microfocalisée opérant à l'intérieur du trou dans le bouchon, ou même par sondage ultrasonique avec un système de sonde spécialement focalisée de façon à tester la zone soudobrasée de l'intérieur du bouchon. Après les essais non destructifs, on peut enlever la partie du bouchon qui fait saillie à l'extérieur de la plaque à tubes. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparai- tront à la lecture de la description d'un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, faite à titre non limita- tif et en regard du dessin annexé, o: - la figure 1 est une vue en coupe transversale de l'ex- trémité d'un trou ménagé dans une plaque à tubes et à obturer au moyen d'un bouchon; - la figure 1A est une coupe diamétrale d'un bouchon en forme de dé destiné à être utilisé selon l'invention pour obturer le trou représenté à la figure 1; - la figure 2 est une coupe similaire à celle de la figure 1 dans laquelle le bouchon en forme de dé, représenté à la figure lA, vient d'être inséré; - la figure 3 représente le processus de brasage du bouchon en forme de dé à l'intérieur du trou de la plaque à tubes; - la figure 4 représente l'aspect final du trou obturé de façon étanche par le bouchon en forme de dé après l'enlèvement de l'extrémité du bou- chon faisant saillie de la surface de la plaque à tubes. En se référant plus particulièrement aux figures, la référence 10 désigne une plaque à tubes vue en coupe et la référence 20 désigne un trou ménagé dans cette plaque et qui doit être obturé du fait que le tube correspondant, non repré- senté sur la figure, est endommagé et doit être isolé de façon étanche du générateur de vapeur. Les trous 20 ménagés dans une plaque à tubes sont cylin- driques, comme représenté sur la figure 1 par la ligne conti- nue 21, sur la plus grande partie de leur profondeur et par la ligne en traits alternés 22 & l'extrémité de droite sur la figure. Selon l'invention, on réalise une rainure annulaire 30 à l'aide d'un outil à partir de la surface 23 de la plaque à tubes 10 et autour du trou 20. Ensuite, selon l'invention, on évase la partie terminale du trou 20 comme ceci est représenté par la ligne 24. De cette façon, on forme une tige forée 31 autour de l'extrémité du trou 20, l'épaisseur de cette tige diminuant progressivement depuis la racine jusqu'à l'extrémité par suite d'évasement 24 de la paroi. L'évasement de l'extrémité du trou 20 permet de recevoir un bouchon en forme de dé 40 présentant un fond sensiblement hémisphérique 41 et, dans tous les cas, une forme conique avec une paroi latérale 42 cylindrique intérieurement et conique extérieurement, et présentant le même angle de cône que la paroi évasée 24 du trou 20. Le bouchon 40 peut donc être inséré dans le trou 20 de telle façon que, comme représenté à la figure 2, la surface extérieure de la paroi 42 et la paroi 24 soient sensiblement en contact l'une avec l'autre. La surface extérieure 42 du bouchon 40 en forme de dé est revêtue de soudure sur une longueur axiale égale à (a). La position axiale de la lon- gueur (a) revêtue de soudure est telle que, lorsque le bou- chon 40 en forme de dé est inséré dans le trou 20, la zone de contact entre la surface extérieure du trou 40 et la surface évasée 24 du trou 20 soit constituée par cette zone (a). A ce moment du processus d'étanchéification du trou 20, on insère une tête de chauffage 50 dans le trou borgne exis- tant dans le bouchon en forme de dé 40. La chaleur fournie par la tête de chauffage 50 provoque la fusion de la couche de soudure déposée sur la partie de la surface extérieure du bouchon 40 et la soudure fondue ainsi obtenue pénètre dans les micro porosités du matériau qui constituent le bouchon et du matériau de la plaque à tubes qui est contact avec le bouchon. On notera qu'il n'est pas nécessaire de faire passer des billes de matériau fondu à travers le mince intervalle exis- tant en la surface extérieure du bouchon et la surface inté- rieure évasée 24 du trou 20. En effet, cet écoulement de matériau fondu produirait des soufflures et des discontinuités dans la zone de jonction. Au contraire, du fait que la zone (a) du bouchon 40 est déjà revêtue préalablement de soudure, il suffit pour celle-ci de fondre pour pénétrer dans les micro porosités des deux pièces opposées en créant une brasure parfaite. Après la brasure, la tête de chauffage 50 est reti- rée et la partie en saillie 45 du bouchon 40 est enlevée à l'aide d'un outil. On notera que l'on peut insérer une tête à rayons-x ou à ultrasons à l'intérieur du trou borgne existant dans le bou- chon en forme de dé afin de réaliser l'inspection de la bra- sure. Il faut noter également que la paroi du bouchon en forme de dé est sensiblement identique, en épaisseur, à la paroi de la tige alésée créée par la rainure 30. Ceci garantit une absorption correcte des dilatations dues au chauffage sans aucun risque pour la soudure. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de bouchage de trous dans une plaque à tubes, en particulier pour générateurs de vapeur, caractérisé en ce qu'on évase la partie terminale du trou à boucher en direction de l'extrémité extérieure et l'on réalise une rai- nure annulaire autour de ce trou sur une profondeur sensible- ment égale à la longueur de la partie évasée, puis l'on obture le trou au moyen d'un bouchon en forme de dé borgne dont la surface extérieure est évasée du même angle de c8ne que la partie d'extrémité du trou; et en ce que, ensuite, la paroi du bouchon dans la zone de contact entre la surface du trou et la partie évasée du trou est revêtue de soudure qui est fondue par la chaleur fournie par une tête de chauffage installée à l'intérieur du trou borgne ménagé dans le bouchon en forme de dé. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dépose la soudure sur la surface extérieure du bou- chon en forme de dé. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la rainure annulaire présente une épais- seur sensiblement égale à celle de la paroi du bouchon à trou borgne. 4.Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la rainure annulaire définit une tige alésée présentant une épaisseur sensiblement égale à celle de la rainure annu- laire. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après la fusion de la sou- dure, on enlève la partie faisant saillie du bouchon borgne en forme de dé.