Brevet FR2669256A1 — publié le 19920522

L'invention concerne un dispositif d'élimination par usinage d'un bourrelet en saillie radiale à l'intérieur d'un tube et l'utilisation de ce dispositif pour l'extraction d'un bouchon d'un tube de générateur de vapeur et en particulier d'un tube de générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un faisceau de tubes cintrés en forme de U fixés à leurs extrémités dans une plaque tubulaire de forte épaisseur. L'eau sous pression constituant le fluide caloporteur du réacteur circule à l'intérieur des tubes du faisceau de manière à assurer l'échauffement et la vaporisation d'eau d'alimentation venant en contact avec la surface extérieure des tubes. Après un certain temps de fonctionnement du générateur de vapeur, les tubes du faisceau qui sont en contact avec des fluides à haute température et à haute pression contenant des espèces chimiques ayant une certaine agressivité, sont susceptibles d'être détériorés et de présenter, par exemple, des fissures traversant leur paroi. Les fissures traversant la paroi des tubes se traduisent par des fuites d'eau sous pression présentant une certaine radio-activité dans la partie du générateur de vapeur contenant l'eau d'alimentation. En outre, les fissures sont susceptibles d'évoluer et d'entraîner des ruptures de tubes du faisceau. Afin d'éviter des risques de rupture de tubes qui nécessiteraient un arrêt immédiat du réacteur nucléaire et une réparation non programmée des tubes qui entraîneraient des coûts d'immobilisation importants de la centrale nucléaire, on réalise pendant une période d'arrêt programmée du réacteur nucléaire, un bouchage des tubes des générateurs de vapeur présentant des fuites. Cependant, lorsque le nombre de tubes obturés est important, la surface d'échange thermique du générateur de vapeur peut être diminuée dans des proportions inacceptables. On a donc mis au point des techniques de réparation des tubes des générateurs de vapeur permettant de maintenir ces tubes en service dans le générateur de vapeur après leur réparation. Il peut donc être souhaitable dans le cas d'un tube de générateur de vapeur qui a été mis hors service par bouchage de ses extrémités, d'effectuer une extraction des bouchons et une réparation du tube afin de le remettre en service. Dans le cas des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires actuellement en service, on a effectué couramment le bouchage systématique des tubes des deux premières rangées du faisceau comportant des parties cintrées à faible rayon de courbure, afin d'éviter la rupture de ces tubes dans leur partie cintrée qui présente une forte concentration de contraintes produites lors de la fabrication de ces tubes cintrés. Le développement des techniques de détensionnement des parties cintrées des tubes de générateur de vapeur par traitement thermique permet de remettre ces tubes en service sans qu'ils présentent de risque de rupture dans le générateur de vapeur. Cette remise en service des tubes comportant des petits cintres dont on avait réalisé le bouchage, avant la mise en service du générateur de vapeur, nécessite la mise en oeuvre d'opérations d'extraction des bouchons fixés dans les extrémités des tubes. En outre, les bouchons qui ont été mis en place dans les tubes de générateur de vapeur, au cours d'opérations de bouchage, présentent très souvent une certaine tendance à la fissuration circonférentielle. Des recherches ont montré que ces risques de fissuration pouvaient être évités en utilisant des bouchons en une nuance d'alliage de nickel différente de la nuance utilisée jusqu'ici. Il peut donc être nécessaire de réaliser l'extraction de bouchons fixés dans des tubes de générateurs de vapeur, pour les remplacer par des bouchons neufs en une nouvelle nuance d'alliage de nickel. On est donc amené, pour des raisons diverses, à effectuer l'extraction de bouchons d'obturation de tubes de générateur de vapeur. Les bouchons d'obturation des tubes de générateur de vapeur de type mécanique comportent une enveloppe tubulaire fermée à l'une de ses extrémités dans laquelle est introduit un noyau qui permet de réaliser une expansion diamétrale de l'enveloppe du bouchon à l'intérieur du tube. Pour effectuer l'extraction du bouchon, on peut utiliser des procédés mettant en oeuvre une élimination du noyau et d'une partie de l'enveloppe du bouchon suivie d'un détensionnement de l'enveloppe ou encore un étirage de l'enveloppe du bouchon à l'intérieur du tube par poussée sur le noyau. Dans tous les cas, l'enveloppe du bouchon ou une partie de cette enveloppe est extraite par une extrémité du tube du générateur de vapeur qui se trouve dans une position affleurante ou sensiblement affleurante par rapport à une face de la plaque tubulaire du générateur de vapeur. Les tubes du générateur de vapeur sont fixés par dudgeonnage et par soudage à l'intérieur d'ouvertures traversant la plaque tubulaire et l'étanchéité de la jonction entre le tube et la plaque tubulaire est assurée par un cordon de soudure réalisé aux extrémités du tube placées de manière sensiblement affleurante par rapport à la plaque tubulaire. La réalisation du cordon de soudure à l'extrémité du tube entraîne généralement la formation d'un bourrelet de métal en saillie radiale à l'intérieur du tube. Malgré la présence de ce bourrelet de métal, il est possible de réaliser le bouchage du tube, dans la mesure où l'enveloppe du bouchon présente un diamètre sensiblement inférieur au diamètre intérieur du tube, au moment de son introduction dans le tube et avant son expansion diamétrale. En revanche, lorsqu'on réalise l'extraction du bouchon, le bourrelet de métal à l'extrémité du tube peut gêner considérablement l'extraction du bouchon ou même empêcher cette extraction, puisqu'il n'est généralement pas possible de réduire le diamètre de l'envelop- pe du bouchon qui a été serti dans le tube, jusqu'à une valeur sensiblement inférieure au diamètre intérieur du tube permettant son extraction malgré la présence du bourrelet. Pour réaliser une extraction d'un bouchon d'obturation d'un tube de générateur présentant un bourrelet interne, il est généralement nécessaire de réaliser une élimination par usinage du bourrelet, préalablement à l'extraction. On ne connaissait pas jusqu'ici de dispositif permettant de réaliser une élimination par usinage d'un bourrelet en saillie radiale à l'intérieur d'un tube et en particulier à l'intérieur d'un tube de petit diamètre tel qu'un tube de générateur de vapeur, qui soit d'une utilisation simple et qui permette de réaliser un usinage de grande précision. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'élimination par usinage d'un bourrelet en saillie radiale à l'intérieur d'un tube, comportant un outil de coupe susceptible d'être introduit et mis en rotation à l'intérieur du tube, autour d'un axe confondu avec l'axe du tube, et des moyens de mise en rotation de l'outil, qui soit d'une mise en oeuvre simple et qui permette de réaliser un usinage précis à l'intérieur d'un tube de petit diamètre. Dans ce but, l'outil de coupe du dispositif suivant l'invention comporte - un support en prise avec les moyens de mise en rota-tion de l'outil, - au moins deux lames de coupe montées pivotantes sur le support autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation du support, comportant chacune une arête de coupe dirigée vers l'extérieur et un talon d'appui en saillie radiale par rapport à l'arête de coupe, - et un moyen de rappel élastique des lames pivotantes dans une position extraite, de manière que les arêtes de coupe soient rappelées vers l'extérieur. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention et son utilisation pour éliminer un bourrelet à l'intérieur d'un tube d'un générateur de vapeur, avant l'extraction d'un bouchon d'obturation du tube de générateur de vapeur. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un bouchon fixé à l'intérieur d'un tube de générateur de vapeur comportant un bourrelet de soudage à son extrémité, le bouchon étant dans une position affleurante par rapport a l'extrémité du tube. La figure 2 est une vue en coupe axiale d'un bouchon fixé à l'intérieur d'un tube de générateur de vapeur comportant un bourrelet de soudage à son extrémité, le bouchon étant dans une position en retrait par rapport à l'extrémité du tube. La figure 3 est une vue en coupe axiale et en élévation de l'outil de coupe d'un dispositif suivant l'invention en position de travail à l'intérieur d'un tube de générateur de vapeur. La figure 4 est une vue de dessus de l'outil de coupe du dispositif suivant l'invention en position de travail dans le tube de générateur de vapeur. Sur la figure 1, on voit un bouchon désigné de manière générale par le repère 1 fixé à l'intérieur d'un tube d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Le tube 2 est fixé par sertissage à l'intérieur d'une ouverture traversant une plaque tubulaire 3 de forte épaisseur. La fixation du tube 2 à l'intérieur de la plaque tubulaire 3 est complétée par réalisation d'un cordon de soudure circulaire à l'extrémité du tube 2 affleurant sur la face d'entrée 3a de la plaque tubulaire. Le cordon de soudure qui assure une fixation étanche du tube à l'intérieur du trou traversant la plaque tubulaire entraîne la formation d'un bourrelet 5 dans la partie d'extrémité du tube 2. Le bouchon 1 d'obturation du tube 2 comporte un corps tubulaire 6 fermé par un fond plein 7 à l'une de ses extrémités. Le corps tubulaire 6 comporte, sur sa surface extérieure, des parties en saillie 8 généralement de forme annulaire, obtenues par usinage du corps 6 du bouchon. Dans sa partie d'entrée, l'alésage 9 du corps tubulaire 6 du bouchon constitue un taraudage 9a permettant de fixer le bouchon 1 à l'extrémité d'un outil de pose de ce bouchon. Un noyau 10 comportant un alésage interne taraudé 10a est engagé dans l'alésage 9 du corps tubu laire 6 du bouchon, de manière à réaliser l'expansion diamétrale du corps 6 à l'intérieur du tube 2 et à assurer le maintien du bouchon dans le tube, les parties en saillie 8 du corps de bouchon 6 étant appliquées avec une forte pression contre la surface intérieure du tube 2. Pour réaliser l'expansion diamétrale du corps 6 du bouchon, on déplace le noyau 10 dans la direction axiale à l'intérieur de l'alésage 9, en utilisant une tige de traction qui peut être engagée dans l'alésage taraudé 10a du bouchon 10. Le bouchon 1 représenté sur la figure 1 est placé à l'intérieur du tube 2, de manière que ltextrémi- té ouverte de son enveloppe tubulaire 6 se trouve dans une position affleurante par rapport à l'extrémité du tube 2 comportant le bourrelet de soudage 5 et à la face d'entrée 3a de la plaque tubulaire 3. Sur la figure 2, on a représenté un bouchon 1', identique au bouchon 1 représenté sur la figure 1, qui est fixé dans un tube 2' d'un générateur de vapeur serti à l'intérieur d'un trou traversant la plaque tubulaire 3' du générateur de vapeur dans une position en retrait par rapport à l'extrémité du tube et à la face d'entrée 3'a de la plaque tubulaire. Les éléments correspondants sur les figures 1 et 2 portent les mêmes repères, ces repères étant affectés de l'exposant ' (prime) pour désigner les éléments représentés sur la figure 2. L'extrémité du tube 2' affleurant la face d'entrée 3'a de la plaque tubulaire 3' comporte un bourrelet 5' résultant d'une opération de soudage circulaire de l'extrémité du tube 2' permettant d'obtenir sa fixation étanche dans l'ouverture de la plaque tubulaire 3'. Comme il est visible en particulier sur la figure 2, le bourrelet de soudage 5' comporte une partie en saillie radiale vers l'intérieur par rapport à la surface intérieure du tube 2'. La surface cylindrique 11 ayant pour axe l'axe du tube et qui est tangente à la partie du bourrelet 5' en saillie vers l'intérieur du tube 2' présente un diamètre sensiblement inférieur au diamètre intérieur du tube 2' et au diamètre de l'enveloppe 6 du bouchon 1' à l'état expansé à l'intérieur du tube 2'. Pour effectuer l'extraction du bouchon 1', il est possible de réaliser l'étirage de l'enveloppe 6' du bouchon à l'intérieur du tube 2', en repoussant le noyau 10' contre le fond 7' de l'enveloppe, grâce à une tige de poussée filetée qui est vissée dans le trou taraudé du noyau 10'. L'étirage de l'enveloppe 6' du bouchon par poussée sur le noyau 10' venu en contact avec le fond 7' produit une certaine striction de l'enveloppe 6', de manière que la surface externe de l'enveloppe 6' soit décollée de la surface intérieure du tube 2', pour faciliter l'extraction du bouchon. Cependant, la striction de l'enveloppe 6' du bouchon est insuffisante pour produire une contraction diamétrale de l'enveloppe 6' permettant son passage à l'intérieur de la surface cylindrique 11. De même, lorsqu'on réalise l'extraction du bouchon 6' en éliminant le noyau 10' et une partie de l'enveloppe 6' par usinage et en réalisant un détensionnement de l'enveloppe 6', il est extrêmement difficile sinon impossible de réaliser l'extraction de l'enveloppe 6' après détensionnement, en raison de la présence du bourrelet 5'. Dans le cas du bouchon 1 représenté sur la figure 1, on rencontre les mêmes difficultés, lorsqu'il s'agit d'extraire l'enveloppe 6 du bouchon après étirage ou après usinage et détensionnement. Il est donc nécessaire dans tous les cas d'éliminer par usinage la partie du bourrelet de soudage 5 ou 5' du tube du générateur de vapeur, avant d'effectuer l'extraction de l'enveloppe du bouchon. Sur les figures 3 et 4, on a représenté l'outil de coupe d'un dispositif suivant l'invention d'élimination par usinage d'un bourrelet de soudage à l'ex- trémité d'un tube de générateur de vapeur. L'outil de coupe désigné de manière générale par le repère 12 a été représenté en traits pleins sur la figure 3, dans sa position d'usinage d'un bourrelet de soudage 5' comportant une partie en saillie radiale à l'intérieur d'un tube 2' d'un générateur de vapeur tel que représenté sur la figure 2. Le tube 2' est fixé à l'intérieur d'une ouverture traversant une plaque tubulaire 3' et l'étanchéité entre le tube 2' et l'ouverture de la plaque 3' est assurée par une soudure annulaire de jonction entre l'extrémité du tube 2' et la partie d'entrée de l'ouverture de la plaque tubulaire ; cette soudure annulaire se- traduit par la formation du bourrelet 5'. Comme représenté sur la figure 2, un bouchon 1' dont on désire effectuer l'extraction est placé à l'intérieur du tube, dans une position en retrait par rapport à l'extrémité du tube affleurant sur la face d'entrée de la plaque tubulaire. L'outil de coupe 12 comporte un support 14 qui est solidaire de l'extrémité d'une tige 15 et qui comporte un évidement 16 traversant le support 14 sur toute son épaisseur dans la direction transversale. Comme il est visible sur la figure 4, le support 14 de forme générale cylindrique comporte, de part et d'autre de l'évidement 16, deux parties 14a et 14b ayant la forme de secteurs cylindriques. La tige de l'outil 12 est reliée, à son extrémité opposée au support 14, à des moyens de mise en rotation autour de son axe qui est confondu avec l'axe du tube 2', lorsque l'outil 12 est engagé dans la partie d'entrée du tube, pour réaliser l'usinage de la partie interne en saillie radiale du bourrelet 5'. L'outil de coupe 12 comporte deux lames planes 18a et 18b montées rotatives sur un axe 19, à l'intérieur de l'évidement 16 du support 14. L'axe 19 dont les extrémités sont fixées dans les parties 14a et 14b du support 14 traverse l'évidement 16 dans une direction transversale perpendiculaire à l'axe de la tige 15 de l'outil. Les lames de coupe 18a et 18b comportent chacune une face plane en contact avec l'une des parois planes délimitant l'évidement 16 et une face plane opposée en contact avec une face plane correspondante de l'autre lame. Les faces planes des lames 18a et 18b sont en contact avec les parois de l'évidement 16 et en contact entre elles de manière à pouvoir glisser l'une sur l'autre. De cette manière, les lames 18a et 18b sont parfaitement guidées à l'intérieur de l'évidement 16, lors de leur pivotement autour de l'axe 19. Comme il est visible sur la figure 3, chacune des lames 18a et 18b comporte une partie à grande largeur par l'intermédiaire de laquelle la lame est engagée sur l'axe 19 et une partie d'extrémité à plus faible largeur destinée à être introduite à l'intérieur du tube pour réaliser l'usinage et la coupe du bourrelet. Les deux parties de la lame de largeur différente sont séparées par un épaulement 20 de direction radiale, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe de la tige 15 de l'outil. La partie de la lame à largeur réduite réalisant la coupe comporte, suivant son bord externe, un talon d'appui arrondi 21 et une arête de coupe 22 formée par un usinage en dépouille 24 de la lame situé en retrait vers l'intérieur par rapport au talon d'appui 21. La face d'attaque de la lame comporte un usinage en dépouille 23, l'angle des dépouilles 23 et 24 étant déterminé de manière à faciliter l'usinage du bourrelet 5'. Un anneau en matière élastique 25 est engagé sur la partie à grande largeur des lames 18a et 18b, à l'intérieur d'une encoche usinée dans le bord extérieur des lames. L'anneau 25 qui constitue un anneau de rappel élastique des lames et la partie des lames comportant l'arête de coupe 22 sont disposés de part et d'autre de l'axe 19. L'anneau 25 présente, à l'état non contraint, un diamètre intérieur tel que les lames soient rappelées vers l'intérieur au niveau de l'anneau 25 et vers l'extérieur au niveau de l'arête de coupe 22, par pivotement autour de l'axe 19. Lorsque l'outil 12 n'est pas engagé dans le tube, la partie de coupe des lames 18a et 18b est rappelée vers l'extérieur par l'anneau élastique 25, au-delà de la position de coupe représentée en traits pleins sur la figure 3. Au moment de l'engagement de l'outil 12 à l'intérieur du tube 2', l'extrémité des lames constituée par des surfaces arrondies des bords d'appui 21 vient en contact avec le bourrelet 5', de sorte qu'en exerçant une poussée sur l'outil 12 par l'intermédiaire de la tige 15, on provoque un rabattement de la partie de coupe des lames vers l'intérieur, à l'encontre de l'anneau de rappel 25. Lorsque la partie de coupe de l'outil 12 est engagée dans le tube 2', l'anneau de rappel élastique 25 exerce une force de rappel tendant à appliquer le bord de coupe 22 des lames contre la partie interne en saillie du bourrelet 5' représentée en pointillés sur la figure 3. La position correspondante 18'a de la lame 18a a été représentée en traits mixtes. Par mise en rotation du support 14 et des lames 18a et 18b, par l'intermédiaire de la tige 15, on effectue la coupe et l'élimination de la partie du bourrelet 5' en saillie vers l'intérieur du tube. Pendant l'usinage, l'anneau de rappel élastique 25 provoque un pivotement des lames déplaçant l'arête de coupe vers l'extérieur, en fonction de l'avance de l'usinage. Lorsque la partie en saillie radiale du bourrelet 5' a été entièrement éliminée par usinage, le talon d'appui 21 vient en contact avec la surface intérieure du tube 2'. L'outil est alors dans sa position représentée en traits pleins sur la figure 3 qui correspond à la fin de l'usinage. A la fin de l'usinage, on a éliminé de manière très précise la partie du bourrelet 5' en saillie radiale par rapport à la surface intérieure du tube 2', de telle sorte qu'après avoir enlevé l'outil d'usinage de la partie d'entrée du tube, on peut réaliser l'extraction du bouchon d'obturation du tube 2'. L'introduction de l'outil 12 à l'intérieur du tube pour réaliser l'usinage du bourrelet peut être effectuée par simple poussée sur l'outil, par l'intermédiaire de la tige 15, les lames se rétractant dans une position telle que 18'a sous l'effet du frottement et de l'appui sur le bourrelet lors de l'introduction. Le dispositif suivant l'invention qui comporte un outil ayant une structure simple permet de réaliser facilement un usinage précis d'un bourrelet en saillie radiale à l'intérieur d'un tube de petit diamètre tel qu'un tube de générateur de vapeur. Lorsqu'on réalise l'extraction d'un bouchon affleurant sur la face d'entrée de la plaque tubulaire, tel que le bouchon 1 représenté sur la figure 1, on réalise dans un premier temps l'usinage et l'élimination de la partie d'entrée du bouchon avant d'effectuer l'usinage du bourrelet 5 du tube 2 en utilisant le dispositif suivant l'invention. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que les lames de coupe de l'outil peuvent présenter une forme différente de la forme décrite, ces lames de coupe comportant toutefois une arête et un talon d'appui dirigés vers l'extérieur. Le support de l'outil peut avoir toute forme et toute dimension adaptées à l'usinage à réaliser. Les lames de coupe peuvent être montées pivotantes sur le support d'une manière quelconque et montées dans un logement du support ayant une forme quelconque adaptée à la forme des lames. Le moyen de rappel des lames peut être constitué par un organe élastique différent d'un anneau agissant par rétraction radiale, et par exemple par des lames de ressort ou par un ressort hélicoïdal. Enfin, le dispositif suivant l'invention peut être utilisé non seulement pour réaliser l'élimination par usinage d'un bourrelet de soudure à l'intérieur d'un tube de générateur de vapeur mais encore pour réaliser l'usinage par enlèvement de copeaux, d'un élément quelconque en saillie radiale à l'intérieur d'un tube ou d'une pièce tubulaire quelconque. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'élimination par usinage d'un bourrelet (5, 5') en saillie radiale à l'intérieur d'un tube, comportant un outil de coupe (12) susceptible d'être introduit et mis en rotation à l'intérieur du tube (2, 2') autour d'un axe confondu avec l'axe du tube et des moyens de mise en rotation de l'outil (12), caractérisé par le fait que l'outil comporte - un support (14, 15) en prise avec les moyens de rotation de l'outil (12), - au moins deux lames de coupe (18a, 18b) montées pivotantes sur le support (14) autour d'un axe (19) perpendiculaire à l'axe de rotation du support (14), comportant chacune une arête de coupe (22) et un talon d'appui (21) dirigés vers l'extérieur, - et un moyen de rappel élastique (25) des lames pivotantes (18a, 18b) dans une position extraite, de manière que les arêtes de coupe (22) soient rappelées vers l'extérieur. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le support (14) de forme cylindrique comporte un évidement (16) délimité par des parois planes de direction axiale parallèles entre elles, à l'intérieur duquel sont disposées les lames de coupe (18a, 18b) de forme plane, engagées sur un axe de pivotement (19) disposé dans une direction transversale dans l'évidement (16) et en contact, chacune, par l'intermédiaire d'une première face plane avec une paroi de l'évidement (16) et par l'intermédiaire d'une seconde face plane, avec une face plane d'une seconde lame de coupe (18a, 18b), les lames de coupe (18a, 18b) étant maintenues et guidées lors de leur pivotement, à l'intérieur de l'évidement (16). 3.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que chacune des lames (18a, 18b) comporte une partie à faible largeur destinée à être introduite dans le tube (2') et comportant l'arête de coupe (22) et le talon d'appui (21) et une partie à grande largeur restant à l'extérieur du tube (2') pendant l'usinage du bourrelet (5') sur laquelle s'exerce la force du moyen de rappel (25). 4.- Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le moyen de rappel (25) est constitué par un anneau élastique disposé autour du bord extérieur des lames (18a, 18b), de manière à assurer le rappel l'une vers l'autre, des parties à grand diamètre des lames (18a, 18b), l'anneau de rappel (25) et l'arête de coupe (22) étant placés de part et d'autre de l'axe de pivotement (19) des lames (18a, 18b). 5.- Utilisation d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, pour l'usinage d'une partie en saillie vers l'intérieur d'un tube (2, 2') drun générateur de vapeur, d'un cordon de soudure annulaire (5, 5') d'une extrémité du tube (2, 2') sur une plaque tubulaire (3, 3'), pour assurer sa fixation étanche, l'élimination de la partie en saillie radiale de la soudure (5, 5') étant effectuée préalablement à l'extraction d'un bouchon d'obturation (1, 1') du tube (2, 2').