Brevet FR2607235A1 — publié le 19880527

Procédé de réparation ou de protection d'une extrémité de tube métal- lique d'échangeur de chaleur, et manchon pour sa mise en oeuvre La présente invention concerne un procédé de réparation ou de protection d'une zone endommagée ou sujette à corrosion d'une extrémité de tube métallique d'échangeur au voisinage de la face interne de sa plaque tubulaire, dans lequel on introduit à l'intérieur du tube un manchon métallique de diamètre externe légèrement inférieur au diamètre interne du tube, sur une longueur suffisante pour recouvrir la zone endommagée ou sujette à corrosion, on accoste dans le tube l'extrémité du manchon audelà de la zone endommagée ou sujette à corrosion, soude localement l'extrémité accostée du manchon sur l'intérieur du tube avec pénétration partielle dans celui-ci, et soude localement l'extrémité du manchon du c8té de la face externe de la plaque tubulaire et de la zone de l'extrémité correspondante du tube. Elle s'étend en outre à un manchon utilisable dans ce procédé. Dans les échangeurs de chaleur du type à faisceau de tubes fixés sur des plaques tubulaires épaisses, l'un des fluides, par exemple le fluide chauffant, circule à l'intérieur des tubes, et l'autre, par exemple le fluide chauffé, à l'extérieur des tubes. Lorsqu'à la suite d'une corrosion un défaut traverse la paroi d'un ou de plusieurs tubes, provoquant la fuite d'un débit, même rela- tivement faible, de l'un des fluides dans l'autre, il s'ensuit divers inconvénients: - perte d'efficacité de l'échangeur, donc du rendement de l'installation, - risque d'aggravation du défaut, de rupture totale du tube et d'endom- magement des tubes voisins par effet de fouet, - dans le cas d'un échangeur de centrale nucléaire, notamment des générateurs de vapeur des chaudières de centrales nucléaires à eau sous pression, fuite possible de fluide radioactif vers le fluide non radioactif, et de contamination du circuit de ce dernier. Lorsqu'une fuite intervient dans la paroi d'un tube, on a déjà proposé d'éliminer celui-ci par bouchage à l'aide de bouchons mis en place aux deux extrémités du tube dans la ou les plaques tubulaires. -2- Ceci ne peut toutefois se faire que pour un nombre limité de tubes, pour ne pas réduire de faQon importante le débit de fluide traité par l'échangeur. On a aussi proposé d'arrêter la fuite à l'aide d'un manchon interne mis en place, soit par dudgeonnage mécanique, soit par dudgeonnage hydraulique, soit par expansion à l'aide d'une bague en élastomère, soit par explosion, soit par brasage. De tels procédés ne donnent pas complètement satisfaction, car la fixation du manchon dans le tube par les procédés de dudgeonnage mécanique ou hydraulique, ou par expansion par une bague en élas- tomère, ou par explosion, induit dans le tube des contraintes, source de danger de corrosion, qui ne peuvent être éliminées sous peine de dédudgeonnage. La présente invention a pour but de procurer un procédé de réparation ou de protection d'une zone endommagée ou sujette à corrosion d'une extrémité de tube, qui évite tout danger de corrosion ultérieure du tube, notamment par création de contraintes résiduelles excessives dans celui-ci, tout en constituant une protection mécani- quement robuste et d'une étanchéité absolue Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on effectue préalablement au soudage localisé de l'extrémité du manchon située du c8té de la face externe de la plaque tubulaire sur le tube, un dudgeonnage localisé de cette extrémité du manchon contre le tube, en ce que l'on effectue le soudage localisé à l'intérieur de la zone dudgeonnée avec pénétration partielle de la soudure dans le tube, et en ce que l'on effectue ensuite un dudgeonnage de la zone d'extrémité du manchon contre le tube dans une zone située à l'intérieur de la plaque tubulaire au-dessus de la soudure localisée. Il répond de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes: Préalablement à l'introduction du manchon dans le tube, on perce dans le tube un ou plusieurs trous de faible diamètre, traversant sa paroi complètement ou incomplètement, légèrement au-delà de la face interne de la plaque tubulaire. - On effectue un dudgeonnage localisé de l'extrémité du manchon du c8té 3- de la face externe de la plaque tubulaire à l'air libre, sous gaz inerte ou avec soufflage de gaz inerte. - Préalablement à l'introduction du manchon dans le tube, on munit l'extrémité de celui-ci destinée à être dudgeonnée dans le tube du c8té de la face externe de la plaque tubulaire d'un revêtement métallique de faible épaisseur, bon conducteur de la chaleur et peu oxydable. - Préalablement à l'introduction du manchon dans le tube, on munit l'extrémité de celui-ci destinée à être dudgeonnée dans le tube du c8té de la face externe de la plaque tubulaire d'une série de rainures longitudinales, et avant d'effectuer le soudage on chasse l'air pré- sent dans l'interstice entre le tube et le manchon par soufflage de gaz inerte dans ces rainures ou par mise sous vide de celles-ci. - On munit aussi l'autre extrémité du manchon d'une série de rainures longitudinales, et avant d'effectuer le soudage près de cette autre extrémité on chasse l'air présent dans l'interstice entre le tube et le manchon par soufflage de gaz inerte dans les rainures ou par mise sous vide. - Après avoir effecté la soudure du manchon sur la zone d'extrémité du tube du côté de la face externe de la plaque tubulaire, on effectue plusieurs passes de dudgeonnage du manchon dans le tube au-delà de cette soudure. - On effectue les soudages du manchon sur le tube en retrait des extrémités du manchon. - On effectue l'accostage de l'extrémité du manchon dans le tube au- delà de la zone endommagée ou sujette à corrosion par déformation contr8lée du diamètre. - On effectue le soudage du manchon sur le tube au-delà de la zone endommagée ou sujette à corrosion sur le bord lui-même du manchon. - On soumet la soudure de l'extrémité dudgeonnée du manchon sur l'intérieur du tube au-delà de la zone endommagée ou sujette à corrosion à un traitement de détensionnement à l'aide d'un inducteur interne. - On soumet la zone du manchon au-delà de celle dudgeonnée dans le tube à l'intérieur de la plaque tubulaire à un traitement de détensionne- - 4 - ment par un dudgeonnage léger. L'invention s'étend en outre à un manchon pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, de diamètre externe légèrement inférieur au diamètre interne du tube, et de longueur supérieure à celle de la zone endommagée ou sujette à corrosion, caractérisé en ce qu'il comporte soit au voisinage de l'une de ses extrémités un revêtement métallique externe de faible épaisseur bon conducteur de la chaleur et peu oxydable, soit à partir d'au moins l'une de ses extrémités une zone munie de fines rainures externes longitudinales, soit les deux. Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, les extrémités voisines de la plaque tubulaire de tubes d'échangeur de chaleur entre eau primaire radioactive réchauffée par passage dans le coeur d'un réacteur nueléaire, et eau secondaire à réchauffer par échange indirect de chaleur avec l'eau primaire, réparés par le procédé de l'invention. La figure 1 représente en élévation avec coupe diamétrale partielle l'extrémité d'un tube au voisinage de la plaque tubulaire, munie d'un manchon interne de réparation dudgeonné et soudé sur le tube. La figure 2 représente en élévation avec coupe diamétrale partielle une variante de réparation dans laquelle le manchon est soudé sur le tube le long de son bord supérieur. La figure 3 représente une variante de manchon de réparation, munie près de son bord inférieur d'un mince dépSt d'un métal peu oxydable et bon conducteur de la chaleur. La figure 4 représente une variante de manchon de réparation, munie près de son bord inférieur de rainures permettant de chasser l'air lors de son soudage au tube. Dans la figure 1, le tube 1 est fixé à la plaque tubulaire 2, de la manière habituelle, par dudgeonnage, et son extrémité inférieure est soudée à la face externe de cette plaque, comme représenté par le cordon de soudure 3. La zone de fin de dudgeonnage du tube, au voisinage de la face interne de la plaque tubulaire, a été soumise à une corrosion sous contrainte qui l'a endommagée, comme représenté en 4. -5- La réparation est effectuée à l'aide d'un manchon interne 5, de diamètre externe un peu inférieur au diamètre interne du tube, qui recouvre la zone du tube partiellement corrodée. Ce manchon 5 est lié de façon étanche au tube dans les deux zones 6, à l'intérieur de la plaque tubulaire, et 7, au-delà de celle-ci et de la zone corrodée. Pour réaliser la liaison inférieure dans la zone 6 à l'intérieur de la plaque tubulaire, le manchon est d'abord dudgeonné dans le tube de façon localisée dans cette zone. Ce dudgeonnage peut avoir lieu sous gaz inerte ou avec soufflage de gaz inerte. Puis l'on effectue le soudage en retrait du bord du manchon par le procédé automatique à l'arc sous gaz inerte à l'aide d'un dispositif pour soudage interne de tubes (cette position autorisant une plus grande souplesse dans le réglage en altitude de la torche de soudage). Le dudgeonnage préliminaire permet de concentrer la chaleur dans la zone à souder, ce qui facilite la pénétration de la soudure, les retraits du métal après soudage et l'évacuation du gaz emprisonné entre le tube et le manchon. Le cordon de soudure doit présenter une bonne pénétration dans l'épaisseur du tube (de 20% à 75% de celle-ci), mais sans la traverser. Pour faciliter l'opération de soudage, le manchon peut être muni dans la région prévue pour le cordon de soudure et de part et d'autre de celle-ci d'un mince dépôt d'un métal peu oxydable et bon conducteur de la chaleur, tel que le chrome, obtenu par exmple par métallisation (dép8t 14 de la fig.3). On peut aussi, afin de faciliter encore plus l'évacuation de l'air retenu dans l'interstice entre le tube et le manchon, munir l'extrémité inférieure du manchon jusqu'au-delà du niveau du cordon de soudure de fines rainures longi- tudinales, par exemple quatre rainures à 90 (rainures 15 de la fig.4). L'évacuation de l'air peut s'effectuer soit par soufflage de gaz inerte, soit par mise sous vide, si l'assemblage le permet. Après réalisation de la soudure inférieure, on soumet la zone 6 au-dessus de celle-ci à plusieurs passes de dudgeonnage, en assurant ainsi une barrière d'étanchéité, soustrayant la zone-affectée par la soudure à l'action corrosive de l'eau circulant autour des tubes. Un - 6 traitement thermique de suppression des tensions dans ce cordon de soudure, susceptible d'avoir un effet défavorable en raison de la présence de la plaque tubulaire, n'est donc plus nécessaire. On réalise ensuite la soudure supérieure après accostage du manchon dans le tube par déformation contrôlée du diamètre, en pilotant l'expansion du manchon par le nombre de tours de broche d'un dudgeon. On assure ainsi une bonne répétitivité de l'obtention d'un bon contact entre tube et manchon, condition nécessaire pour assurer une bonne soudure de liaison en limitant les contraintes induites dans le tube. Cette soudure supérieure peut être effectuée également en retrait du bord du manchon, par exemple à 20 ou 30 mm de ce bord (cordon de soudure 9 de la figure 1). On peut aussi assurer la soudure par fusion complète du bord du manchon (cordon de soudure 9A de la fig.2). La forme de cette liaison permet le contrôle de la zone 13 affectée thermiquement par le soudage et située au-dessus de la soudure. Ce type de cordon de soudure est obtenu par réglage de la position et de l'inclinaison de l'électrode de soudage, soit par une préparation appropriée de l'extrémité du manchon par usinage. Quelle que soit la position de la soudure supérieure du manchon, on peut assurer la suppression des tensions dans celle-ci à l'aide d'un traitement thermique local par inducteur interne. Afin d'éviter une montée en pression éventuelle dans l'espace 11 compris entre le tube et le manchon par accumulation à travers une fuite de résidus divers, de gaz ou d'eau, il est possible de percer un ou plusieurs trous tels que 12 dans le tube, préalablement à la mise en place du manchon. Ces trous peuvent traverser de part en part la paroi du tube, comme représenté. On peut aussi laisser une faible épaisseur rési- duelle de métal du tube, celle-ci servant alors de membrane de sécurité en cas d'une montée en pression dans l'espace 10. Ce ou ces trous peuvent également contribuer à faciliter la réalisation de la liaison supérieure entre le tube et le manchon, notamment lors de l'opération de soudage, o le gaz emprisonné pourrait gêner la fermeture du bain de soudure. On peut substituer éventuellement aux opérations de soudage par le procédé à l'arc sous gaz inerte avec électrode de tungstène des soudages - 7 - par faisceau laser ou par faisceau électronique. On peut contrôler la qualité des soudures par des moyens non destructifs tels que l'examen endoscopique, le ressuage, les courants de Foucault et les ultra-sons. -8- REVENDICATIONS 1/ Procédé de réparation ou de protection d'une zone endommagée ou sujette à corrosion (4) d'une extrémité de tube métallique d'échan- geur (1) au voisinage de la face interne de sa plaque tubulaire (2), dans lequel on introduit à l'intérieur du tube un manchon métallique (5) de diamètre externe légèrement inférieur au diamètre interne du tube, sur une longueur suffisante à partir de la face externe de la plaque tubulaire pour pénétrer dans le tube au-delà de la zone endommagée ou sujette à corrosion, on accoste dans le tube l'ex- trémité du manchon au-delà de la zone endommagée ou sujette à corrosion, soude localement l'extrémité accostée du manchon sur l'in- térieur du tube avec pénétration partielle dans celui-ci, et soude localement l'extrémité du manchon du côté de la face externe de la plaque tubulaire et de l'extrémité correspondante du tube, caractérisé en ce que l'on effectue préalablement au soudage localisé de l'extrémité du manchon située du côté de la face externe de la plaque tubulaire sur le tube, un dudgeonnage localisé de cette extrémité du manchon contre le tube, en ce que l'on effectue le soudage localisé à l'intérieur de la zone dudgeonnée avec pénétration partielle de la soudure dans le tube, et en ce que l'on effectue ensuite un dudgeonnage de la zone d'extrémité du manchon contre le tube dans une zone située à l'intérieur de la plaque tubulaire audessus de la soudure localisée. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, préalablement à l'introduction du manchon dans le tube, on perce dans le tube un ou plusieurs trous de faible diamètre (12), traversant sa paroi complètement ou incomplètement, légèrement au-delà de la face interne de la plaque tubulaire. 3/ Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, l'on effectue un dudgeonnage localisé de l'extrémité du manchon du c8té de la face externe de la plaque tubulaire à l'air libre, sous gaz inerte ou avec soufflage de gaz inerte. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, préalablement à l'introduction du manchon dans le tube, on munit l'extrémité de celui-ci destinée à être dudgeonnée dans le tube du côté 9 - de la face externe de la plaque tubulaire d'un revêtement métallique de faible épaisseur, bon conducteur de la chaleur et peu oxydable (14, fig.3). / Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, préalablement à l'introduction du manchon dans le tube, on munit l'extrémité de celui-ci destinée à être dudgeonnée dans le tube du côté de la face externe de la plaque tubulaire d'une série de rainures longitudinales (15, fig.4) et en ce qu'avant d'effectuer le soudage on chasse l'air présent dans l'interstice entre le tube et le manchon par soufflage de gaz inerte dans ces rainures ou par mise sous vide de cellesci. 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on munit aussi l'autre extrémité du manchon d'une série de rainures longitudinales, et en ce qu'avant d'effectuer le soudage près de cette autre extrémité on chasse l'air présent dans l'interstice entre le tube et le manchon par soufflage de gaz inerte dans les rainures ou par mise sous vide. 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'après avoir effectué la soudure du manchon sur la zone d'extrémité du tube du côté de la face externe de la plaque tubulaire, on effectue plusieurs passes de dudgeonnage du manchon dans le tube au-delà de cette soudure. 8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on effectue les soudages du manchon sur le tube en retrait des extrémités du manchon. 9/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on effectue l'accostage de l'extrémité du manchon dans le tube au- delà de la zone endommagée ou sujette à corrosion par déformation contr8ôlée du diamètre. 10/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on effectue le soudage du manchon sur le tube au-delà de la zone endommagée ou sujette à corrosion sur le bord lui-même du manchon (9A, fig.2). 11/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on soumet la soudure de l'extrémité dudgeonnée du manchon sur - 10 - l'intérieur du tube au-delà de la zone endommagée ou sujette à corrosion à un traitement de détensionnement à l'aide d'un inducteur interne. 12/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on soumet la zone (10) du manchon au-delà de celle dudgeonnée dans le tube à l'intérieur de la plaque tubulaire à un traitement de détensionnement par un dudgeonnage léger. 13/ Manchon pour réparation ou protection d'une zone endommagée ou sujette à corrosion d'une extrémité de tube métallique d'échangeur de chaleur, de diamètre externe légèrement inférieur au diamètre interne du tube, et de longueur supérieure à celle de la zone endommagée ou sujette à corrosion, caractérisé en ce qu'il comporte au voisinage de l'une de ses extrémités un revêtement métallique externe de faible épaisseur, bon conducteur de la chaleur et peu oxydable (14, fig.3). 14/ Manchon pour réparation ou protection d'une zone endommagée ou sujette à corrosion d'une extrémité de tube métallique d'échangeur de chaleur, de diamètre externe légèrement inférieur au diamètre interne du tube, et de longueur supérieure à celle de la zone endommagée ou sujette à corrosion, caractérisé en ce qu'il comporte à partir d'au moins l'une de ses extrémités une zone munie de fines rainures externes longitudinales (15, fig.4).