Brevet FR2657960A1 — publié le 19910809

"Procédé pour mesurer par ultrasons l'épaisseur et les caractéristiques d'une chemise de zirconium coextrudée avec un tube de zirconium" L'invention concerne des procédés pour déterminer par ultrasons, l'épaisseur et les caractéristiques d'une partie intérieure en différents points le long de la longueur d'une partie extérieure s'étendant conjointement à celle-ci. La mesure ultrasonique du type mis en jeu ici est ancienne et bien connue Les appareils transducteurs et les appareils d'émission et de réception pour accomplir cette mesure peuvent être achetés dans le commerce Les appareils accessoires pour bloquer certains signaux non désirés sont disponibles, pour être utilisés avec l'émetteur-récepteur, et on pourvoit à la mise dans le circuit d'un enregistreur sur rouleau de papier de telle sorte que l'épaisseur et les caractéristiques de la partie intérieure puissent être observées visuellement et que le papier puisse être conservé comme enregistrement permanent De plus, il est habituel que l'émetteur récepteur soit équipé d'un tube à rayons cathodi- ques afin que les signaux puissent être visualisés au fur et à mesure qu'ils sont reçus Cependant, dans les cas dans lesquels les différences d'amplitude entre les divers signaux sont très grandes, un signal critique étant très faible et d'autres étant très forts, une interférence due à des signaux extérieurs peut devenir prédominante au point d'interdire la réalisation de toute mesure efficace. Cette situation a jusqu'à présent empêché la réalisation de cette technique ultrasonique qui est autrement très commune, pour contrôler le signal ultrasonique venant d'une interface entre un tube extrudé en un métal au zirco- nium et une chemise tubulaire coextrudée en un métal au zirconium extrêmement similaire, et pour contrôler de façon similaire un signal ultrasonique venant de la surface intérieure du tube chemisé, signaux à partir desquels les caractéristiques et les épaisseurs de la chemise sont calculées à l'intérieur dudit appareil, et délivrées en sortie, en fonction du minutage et du temps de déplacement de l'onde ultrasonique entre ces signaux, tout ceci étant fait d'une manière habituelle. Il est important, dans l'industrie de l'énergie nucléaire, d'utiliser des tubes de zirconium coextrudés pour contenir le combustible nucléaire tels que l'épaisseur de la chemise soit substantiellement uniforme sur toute la longueur des tubes et que la mesure de cette épaisseur soit possible sans destruction du tube dûe à sa découpe par intervalles. L'utilisation de techniques ultrasoniques bien connues pourrait être une solution mais elle s'est révélée jusqu'à présent impossible à réaliser d'un point de vue pratique. Un objectif principal dans la réalisation de la présente invention a été de procurer un procédé grâce auquel on peut utiliser un appareil connu de production et de contrôle de signaux ultrasoniques pour obtenir des mesures utiles des épaisseurs et caractéristiques de la chemise sur toute la longueur d'un tube en métal au zirconium coextrudé avec une chemise en métal au zirconium. Selon l'invention, le signal ultrasonique très faible représentant l'interface entre le tube et la chemise est protégé des pertes parmi les signaux extérieurs concommi- tants grâce à un blocage de ces signaux extérieurs des deux côtés de la porte de minutage entre les signaux critiques, et de préférence également à l'intérieur de l'extension de la porte de minutage entre les signaux critiques, afin de maintenir par conséquent un signal utilisable par rapport au taux de bruit, qui permette le suivi et la mesure de ce faible signal tandis que les transducteurs ultrasoniques et le tube se déplacent l'un par rapport à l'autre Ceci est accompli en installant des zones stratégiques d'extension de portes de blocage de signal, au lieu d'une seule de ces zones de signaux constituée par l'accessoire habituel de porte de blocage qui est disponible dans le commerce La porte de minutage habituelle sert à mesurer le temps pris par l'onde ultrasonique pour passer de l'interface de la chemise à la surface intérieure du tube chemisé. Une caractéristique de réalisation préférée de l'invention est de procurer une porte de blocage pour les signaux extérieurs qui peuvent pénétrer dans la zone de minutage Lors de l'interprétation de l'enregistrement sur rouleau de papier, les signaux de bruit transitoires de très courte durée qui se produisent de façon aléatoire et qui peuvent apparaître sous la forme de "pointes" ne sont pas significatifs et doivent être ignorés Ceci peut être accompli à l'aide d'une analyse par ordinateur si l'équipe- ment est informatisé. Le meilleur mode actuellement connu pour mettre en pratique l'invention est illustré dans les dessins joints, dans lesquels: La Figure 1 est une représentation complète et légèrement agrandie d'un enregistrement sur rouleau de papier caractéristique obtenu à l'aide du procédé de l'invention, montrant des épaisseurs et des caractéristiques variables d'une chemise de tube de métal au zirconium sur toute la longueur d'un tube en métal au zirconium chemisé; La Figure 2 est une représentation schématique d'une visualisation sur un tube cathodique de signaux reçus à partir de l'appareil de mesure ultrasonique, le signal d'écho d'interface de la chemise étant identifié en tant que tel et d'autres zones de signaux étant identifiées de façon similaire; et La Figure 3 est une représentation schématique similaire montrant le signal d'interface de chemise, une courbe de distance, d'amplitude et de correction, la porte de minutage et les portes de blocage. Le meilleur mode connu actuellement pour exécuter l'invention consiste à employer un chariot muni de roues (non représenté), connu dans la technique, pour supporter un transducteur ultrasonique monté sur cardans, et pour chevau- cher le tube et se déplacer le long de celui-ci de façon à maintenir la relation géométrique critique entre le transduc- teur et l'interface chemise-tube Comme les tubes du type concerné ne sont pas parfaitement cylindriques, et qu'ils sont légèrement incurvés en différents points sur toute leur longueur, le chariot est de préférence muni de ressorts en des emplacements stratégiques de façon à absorber les secousses dues à la rotation irrégulière du tube. Les transducteurs ultrasoniques, les détecteurs ultrasoniques, et les accessoires de porte de blocage sont disponibles dans le commerce Leur utilisation est bien connue aux hommes de l'art, ce qui fait qu'il n'est pas nécessaire de les décrire en détail. Dans le cas présent, un transducteur ultrasonique à 10 M Hz, de longueur focale 152,4 mm ( 6 pouces), focalisé sur un point, par exemple celui réalisé par Ultran Laborato- ries Inc du State College, Pennsylvanie, et vendu dans le commerce sous la marque de fabrique M 575, et un détecteur de pailles ultrasonique, par exemple celui précédemment réalisé par Sonic Instrument Inc appelé à présent Stavely NDT technologies Inc, à Kennewick, Washington, et vendu dans le commerce sous la marque de fabrique Sonic FTS Mark VI, se sont révélés fonctionner de façon très satisfaisante et on préfère les utiliser pour mettre en pratique le procédé de l'invention Le détecteur comporte une porte de blocage unique et est modifié par l'addition de deux autres portes de blocage de signaux afin de filtrer les transitoires de bruit à haute fréquence et d'empêcher l'interférence par des signaux non désirés, de durée plus longue que les signaux désirés. Les appareils de blocage de signaux sont construits et disposés de façon à bloquer les signaux ultrasoniques extérieurs apparaissant à certaines distances sur les côtés opposés du signal très faible qui est représentatif de l'interface entre le tube et sa chemise Ces distances s'étendent au moins entre cette interface et la surface cylindrique intérieure du produit tubulaire coextrudé, laquelle surface intérieure donne un signal relativement fort, et entre cette interface et la surface cylindrique extérieure du produit tubulaire coextrudé, laquelle surface extérieure donne également un signal relativement fort Les appareils de blocage du signal sont construits et disposés de façon à bloquer tous les bruits venant de l'intérieur creux du tube tel qu'il est vu sur le tube à rayons cathodiques du détecteur. Les appareils de blocage nécessaires sont disponi- bles dans le commerce, un exemple étant l'appareil précité réalisé par la Sonic Instruments Inc et vendu sous la marque de fabrique VTA 063 A Main Blocking Gate (porte de blocage principale) Le Sonic FTS Mark VI est équipé de cette porte de blocage principale Les deux autres portes de blocage incorporées selon l'invention sont ajoutées pour accomplir les buts de l'invention. Bien que le blocage comme décrit ci-dessus permette au signal très faible venant de l'interface chemise-tube d'être localisé et suivi, les signaux de bruits transitoires extérieurs momentanés mentionnés ci-dessus apparaissent de façon aléatoire et doivent être ignorés. On devra réaliser que le tube en zirconium et sa chemise en zirconium sont des métaux pratiquement identiques, le tube étant fait en un alliage connu sous le nom de Zircaloy 2 et avec un maximum d'environ 1,7 % d'étain, 0,2 % de fer, 0,15 % de chrome, et 0,09 % de nickel, la chemise étant essentiellement du zirconium pur Jusqu'à présent, il n'existait pas de façon répandue pour tester de façon non destructive ces tubes en métal au zirconium co-extrudés en ce qui concerne l'uniformité des épaisseurs de leurs chemises, car le très faible signal sonique délivré par l'interface tube-chemise empêchait l'utilisation des systèmes de mesure ultrasoniques habituels. Un enregistrement sur rouleau de papier caractéris- tique fait selon le procédé de l'invention et indicatif des épaisseurs et des caractéristiques de la chemise du tube coextrudé sur toute la longueur du tube et de la chemise coextrudés est montré en Figure 1 des dessins, les épaisseurs de la chemise étant représentées par les positions de la courbe 10 sur les divisions du papier Chaque division du papier d'enregistrement représente 0,001 pouce ( 1 pouce = 2,54 cm) Les signaux de bruits transitoires extérieurs momentanés apparaissent sous la forme de "points" 11 et sont ignorés lors de la lecture du graphique Un graphique de balayage standard en deux étapes caractéristiques, réalisé spécialement à des fins de calibration, comme cela est habituel dans la technique, apparaît dans la partie infé- rieure de la figure. La Figure 2 représente une visualisation caracté- ristique sur l'écran du tube à rayons cathodiques de l'ins- trument de détection de pailles ultrasonique, le signal 12 d'écho d'interface de chemise ressortant clairement entre un groupe de signaux 13 représentant l'écho de la surface extérieure du tube et un groupe de signaux 14 représentant la surface intérieure, c'est-à-dire l'écho du diamètre inté- rieur. La Figure 3 représente une visualisation similaire comprenant une courbe 15 de distance, d'amplitude et de correction, de préférence produite par le module CDO 68 Micro-Dec de Sonic Instruments Inc, et montrant un signal 12 d'interface de chemise, une porte de minutage 16, une porte de blocage principal 19, une deuxième porte de blocage 18, et une troisième porte de blocage 19. La porte de minutage 16 a une largeur qui varie en fonction du temps mis par l'onde sonique à passer de l'inter- face tube-chemise à la surface intérieure du tube chemisé et commande le stylo du dispositif d'enregistrement sur rouleau de papier La courbe enregistrée 10 est véritablement représentative de l'onde sonique qui mesure l'épaisseur de la chemise du tube, l'épaisseur de la chemise du tube en tous points sur toute sa longueur étant indiquée par l'emplacement de la courbe 10 sur l'enregistrement graphique La largeur de la courbe enregistrée 10 représente l'excentricité de la section transversale du tube chemisé en tout point donné, et plus la courbe est large, plus l'excentricité de la section transversale de la chemise est grande. La porte de blocage principale 17, dont la limite droite est ajustable pour laisser de la place au signal 12, bloque les signaux forts sur la gauche de la Figure 3, qui risqueraient de rendre trop puissant et de rendre indistinct le signal 12 d'interface tube-chemise, et la porte de blocage 19 accomplit le même rôle à droite de la porte de minutage 16 dans la Figure 3 La porte de blocage 19, dont la limite gauche est ajustable pour laisser place aux signaux 14, bloque les signaux dont les durées sont inférieures à un temps donné en millisecondes, par exemple 2 ou 3 millisecon- des. Les limites gauche et droite des portes de minuta- ge 16 sont libres de flotter, de telle sorte que le bord gauche de la courbe 10 représente une valeur d'épaisseur minimale de la chemise du tube et que le bord droit repré- sente une valeur d'épaisseur maximale, permettant par conséquent de spécifier des valeurs d'épaisseurs minimales et maximales aux utilisateurs potentiels du produit La distance entre le signal 12 et le groupe de signaux 14 donne la mesure de l'épaisseur de la chemise du tube. La porte de blocage 18 devra être maintenue plus étroite que la porte de minutage 16, tout en couvrant une surface la plus grande possible Sa limite gauche est bloquée sur le signal 12 et sa limite droite est maintenue bien à l'intérieur de la porte de minutage 16 par un réglage manuel de l'équipement en fonction de l'observation visuelle du changement de la largeur de la porte de minutage 16 apparais- sant sous la forme d'un rectangle lumineux sur l'écran du tube à rayons cathodiques. Bien que cette invention soit illustrée et décrite en se référant de façon spécifique à une réalisation de celle-ci actuellement considérée comme étant le meilleur mode de mise en pratique de cette invention, on doit comprendre que différents changements peuvent être faits pour adapter l'invention à différentes réalisations sans s'écarter des concepts inventifs plus larges exposés ici et définis par les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1 Procédé pour mesurer les épaisseurs de parois et les caractéristiques de section transversale d'une chemise en métal au zirconium d'un tube et d'une chemise de tube en métal au zirconium coextrudés sur toute la longueur de la coextrusion, caractérisé par les étapes suivantes: applica- tion continue d'une énergie ultrasonique sur la surface extérieure d'un tube coextrudé tournant et d'une chemise de tube tout en se déplaçant sur toute la longueur dudit tube et de ladite chemise du tube, de façon à générer des signaux d'écho ( 12, 14), correspondant, respectivement, à l'interface entre ledit tube et ladite chemise de tube et à la surface intérieure dudit tube et de ladite chemise de tube coextru- dés; détection d'un écho ultrasonique relativement faible à partir de ladite interface entre le tube et la chemise sous la forme d'un signal d'écho ( 12) et d'un écho ultrasonique plus fort à partir de ladite surface intérieure dudit tube coextrudé et de ladite chemise de tube sous la forme d'un signal d'écho ( 14) afin de définir une zone de minutage variable faible ( 16) entre ceux-ci, correspondant aux épaisseurs et aux caractéristiques de section transversale de ladite chemise de tube en des points successifs le long du chemin d'application de l'énergie ultrasonique tout en bloquant les signaux extérieurs sur les côtés opposés de ladite zone de minutage ( 16) et à l'intérieur de celle-ci à l'aide de portes de blocage ( 17, 19 et 18); blocage du côté de la porte de blocage ( 18) qui se trouve à l'intérieur de ladite zone de minutage et qui est voisin du signal d'écho ( 12) de l'interface détecté sur ledit signal d'écho ( 12) d'interface; ajustage du côté opposé de ladite porte de blocage de temps en temps de telle sorte que ladite porte de blocage ( 18) couvre une surface maximum de ladite zone de minutage ( 16) tout en étant toujours plus étroite que ladite zone de minutage ( 16); déplacement de minutage répété d'une onde ultrasonique à travers ladite zone de minutage ( 16) sur toute ladite longueur de la coextrusion; et détermination des épaisseurs et des caractéristiques de la chemise à partir des temps de déplacement mesurés de l'onde ultrasonique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les échos ultrasoniques détectés à partir de l'inter- face ( 12) et à partir de la surface intérieure du tube et de la chemise ( 14) coextrudés sont visualisés sur un écran de tube à rayons cathodiques, de même que l'énergie ultrasonique réfléchie à partir de l'écho ( 13) de la surface extérieure du tube. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une courbe ( 15) de distance, d'amplitude et de correc- tion, la zone de minutage ( 16) et les portes de blocage ( 17, 18 et 19) sont également visualisées sur l'écran du tube à rayons cathodiques. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une courbe ( 10) indiquant les épaisseurs et les caractéristiques de la chemise de tube est visualisée sur un enregistrement graphique sur bande à l'aide d'un dispositif d'enregistrement sur rouleau de papier dont le stylo est commandé par l'énergie ultrasonique dérivée de la zone de minutage ( 16). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que tout signal ( 11) de bruit transitoire momentané qui n'est pas bloqué par les portes de blocage est ignoré comme étant non significatifs=. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube est en un alliage de zirconium et en ce que la chemise est en zirconium substantiellement pur. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les épaisseurs variables de la zone de minutage ( 16) sont visualisées sur un écran de tube à rayons cathodiques; et en ce que le blocage des signaux extérieurs ( 11) à l'inté- rieur de ladite zone de minutage ( 16) est ajusté de temps en temps de façon à être plus étroite que les largeurs variables de ladite zone de minutage ( 16).