Brevet FR2674334A1 — publié le 19920925

TETE ROTATIVE A COURANTS DE FOUCAULT A ENROULEMENTS CROISES POUR LE CONTROLE DE TUBES L'invention concerne l'examen non destructeur des tubes d'un échangeur de chaleur et plus particulièrement le test par courants de Foucault de ces tubes. Dans les générateurs de vapeur utilisés pour la production d'énergie, le réfrigérant du réacteur nucléaire traverse les tubes et transfère la chaleur à travers les tubes vers le réfrigérant secondaire dans le générateur de vapeur Etant données les conditions de fonctionnement rigoureuses, il n'est pas rare que les tubes subissent des phénomènes de fissuration, de creusement ou de corrosion sur la paroi interne ou externe du tube avec les signes de fuites et de mélange des réfrigérants primaire et secondaire Des tubes peuvent aussi être endommagés par des pièces mal fixées dans le système Dans le cas d'installations qui fonctionnent dans des conditions très proches de leur capacité nominale, il est préférable de réparer les tubes endommagés afin de les garder en service, plutôt que de les boucher L'installation d'un manchon qui recouvre la zone endommagée à l'intérieur du tube d'origine est une réparation communément utilisée, car elle conserve la zone de surface d'échange de chaleur L'installation d'un certain type de manchon est réalisée en le disposant, avec une charge explosive associée, à l'intérieur du tube afin de couvrir la zone endommagée et en procédant ensuite à la mise à feu de la charge Sous l'effet de l'explosion une partie de la surface extérieure du manchon rencontre la surface interne du tube d'origine avec une force qui produit un cordon de liaison métallurgique Ce cordon constitue un scellement étanche aux fluides La zone expansée du manchon et du tube est alors traitée par la chaleur pour supprimer les contraintes qui pourraient conduire à des fissurations de contrainte de corrosion dans le tube D'autres installations de manchons utilisent un joint expansé par molette ou un joint soudé par laser ou par soudage TIG (soudage à l'arc) sous gaz protecteur. Les tests par courants de Foucault sont devenus un procédé classique d'évaluation non destructrice (NDE) des tubes d'échangeurs de chaleur On utilise généralement une sonde à enroulement différentiel, l'enroulement étant coaxial au tube, pour la plupart des examens de ces tubes. L'une des zones d'examen non destructeur (NDE) les plus sollicitées dans le générateur de vapeur est la paroi du tube d'origine située derrière les extrémités de manchon, là o le tube sert encore de frontière de pression entre le réfrigérant côté primaire et le réfrigérant côté secondaire, et la surface du joint-même ( le point d'expansion et de liaison métallurgique entre le manchon et le tube d'origine) La zone de tube d'origine est séparée du capteur NDE par le manchon L'examen dans cette zone est encore compliqué par les signaux résultant de la géométrie de l'extrémité du manchon et du joint, qui sont généralement égaux à plusieurs fois l'amplitude des signaux de défauts cibles à détecter Ceci rend plus difficile la détection des signaux de dégradation vrais Le joint du manchon est la source d'une série de problèmes pour confirmer l'absence de défauts dans le tube ou le manchon, à l'intérieur de la zone de soudure Ceci est dû à l'épaisseur de paroi créée par le joint Il est également nécessaire de mesurer le profil diamètral du joint qui constitue un paramètre de vérification du procédé. Une sonde à enroulements croisés différentiels a été développée pour réduire la réponse de signal résiduel (parasite) due aux discontinuités uniformes de la surface circonférentielle, telles que celles qui se présentent aux extrémités du manchon ou aux emplacements des fixations La sonde à enroulements croisés a une configuration semblable à celle d'une sonde à bobine à enroulements différentiels, sauf que chaque bobine est constituée de deux segments à 180 degrés qui sont décalés verticalement La seconde bobine est une image miroir de la première bobine par rapport au centre de la sonde Lorsque la sonde se trouve dans une discontinuité de surface circonférentielle uniforme, toute variation d'impédance réfléchie dans le segment de 180 degrés supérieur de la première bobine sera partiellement annulée par une variation d'impédance similaire dans le second segment de bobine à la même hauteur Cependant, la sonde à enroulements croisés à bobine différentielle souffre en outre du bruit induit par la géométrie résiduelle et de la perte de sensibilité dans des zones de diamètre interne accru du tube, car la bobine reste centrée radialement dans le tube Cette sonde intègre la réponse aux courants de Foucault pour toute la circonférence du tube ou du manchon à un certain niveau. Ceci est dû au fait que la sonde est centrée lorsqu'elle est tirée dans le manchon, et que les pôles diamétralement opposés de chaque bobine sont pratiquement équidistants de la paroi du manchon ou du tube examiné L'effet total qui en résulte est une sensibilité réduite et un bruit résiduel supérieur par rapport à l'invention. Un autre développement de la technique des courants de Foucault correspondant à la nécessité d'améliorer le rapport signal bruit et d'obtenir une meilleure image des défauts est le développement de la technologie d'une sonde à bobine rotative en galette du type dit RPC La sonde RPC est généralement montée sur une gaine motorisée qui permet à la bobine de tourner et de progresser simultanément dans le tube, ce qui permet un balayage hélicoïdal de la surface du tube L'axe de la bobine à courants de Foucault en galette est normal à la surface interne du tube La bobine est montée dans un mécanisme articulé lui permettant de suivre le contour de la surface interne, et de garder un décollage relativement constant de la bobine Cette technologie d'examen permet une représentation des défauts en deux dimensions, une meilleure élimination des signaux induits par la géométrie dûs à la caractéristique de suivi de la surface, et donc une meilleure sensibilité de détection pour certaines indications du tube Cependant, sa sensibilité aux défauts amorcée dans la surface extérieure est très limitée en cas d'épaisseurs importantes ou de structures stratifiées. On peut constater, d'après ce qui précède, qu'il existe un besoin pour un appareil d'examen non destructeur qui est plus effectif pour l'examen de parois plus épaisses telles que celles créées dans un joint manchon/tube avec le manchon et le tube d'origine derrière le manchon, sur l'une ou l'autre extrémité du joint, ou dans tout autre tube à paroi multiple ou plus épaisse, particulièrement en présence de variations de la géométrie de la surface interne Il est également nécessaire de mesurer le profil interne dans les zones de fixation sur manchons pour vérifier que l'installation est correcte. L'invention aborde le problème mentionné ci-dessus d'une manière directe On utilise une tête rotative à courants de Foucault à enroulements croisés Un corps placé entre deux roues est fixé à une gaine qui permet la rotation du corps, celui-ci étant poussé ou tiré dans le tube par un moyen de commande du système de positionnement externe Un bras de levier monté pivotant dans la tête porte deux bobines à enroulements croisés Des aimants opposés montés dans le corps et le bras de levier repoussent les bobines vers l'extérieur et à proximité de la surface à examiner Un couvercle placé sur les bobines empêche le contact direct des bobines avec la surface d'examen afin d'éviter l'usure des bobines Un capot d'extrémité monté sur le bras de levier de chaque côté des bobines permet de franchir en douceur les obstacles tels que les extrémités de manchons. Pour une meilleure compréhension de la nature et des objets de l'invention, on se référera à la description suivante prise en référence aux dessins annexés dans lesquels des parties identiques portent les mêmes références, et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe latérale d'un dispositif selon l'invention positionnée dans un tube dans lequel a été réalisée une réparation par manchon; les figures 2 A et 2 B illustrent la configuration de l'enroulement des bobines sur la forme de bobine utilisée dans l'invention. En se référant aux dessins, l'ensemble du dispositif est désigné sur la figure 1 par la référence 10 Une tête rotative à courants de Foucault et à enroulements croisés est généralement constituée d'une partie de corps principal 12, d'un moyen 14 pour centrer la partie de corps principal 12 dans le tube/manchon à vérifier, d'un bras de montage de bobine 16, d'un ensemble de bobine à courant de Foucault 18, et d'un moyen 20 pour solliciter radialement vers l'extérieur cet ensemble 18, afin de suivre la surface interne du tube/manchon à vérifier. La partie de corps principal 12 est fixée au mécanisme de commande 22 par le connecteur 24 Le mécanisme de commande 22 peut être formé à partir de plusieurs mécanismes convenables bien connus de l'art antérieur pour pousser et tirer un appareil de vérification dans un tube, tandis que le mécanisme de commande tourne simultanément pour entrainer la rotation de l'appareil de vérification. Le mécanisme de commande 22 est globalement représenté sur la figure 1 sous la forme d'une gaine semi-rigide Un équipement externe au tube et à l'échangeur de chaleur, connu de l'art antérieur, est utilisé pour la commande de la gaine et pour faire tourner l'appareil de vérification fixé à celle-ci, ainsi que pour déterminer la position de l'appareil de vérification dans le tube à vérifier La partie de corps principal 12 comporte une découpe ou un alésage 26 dont les dimensions lui permettent de recevoir le bras de montage de la bobine 16 L'évidement 26 s'étend tout le long de la section centrale de la partie de corps principal 12 La partie de corps principal 12 comporte sur des embouts de rayon réduit un connecteur 24 d'une part et un moyen de centrage 14 d'autre part. Le moyen 14 pour centrer la partie de corps principal 12 est constitué de roues 28 montées à rotation sur les embouts de rayon réduit mentionnés ci-dessus Les roues 28 ont un axe de rotation coaxial à l'axe longitudinal de la partie de corps principal 12, et ont des dimensions correspondant au diamètre intérieur du tube à vérifier Le capot d'extrémité 30 est fixé à l'embout de rayon réduit à l'extrémité de la partie de corps principal 12 opposée au connecteur 24 et sert à maintenir la roue 28 à cette extrémité dans sa position de montage. Le bras de montage de bobine 16 est monté pivotant à une extrémité de la partie de corps principal 12 à une extrémité de l'alésage 26 sur la broche de pivotement 32. Ceci permet au bras de montage de bobine 16 et à l'ensemble de bobines à courants de Foucault 18 de pivoter dans une direction radiale par rapport à la partie de corps principal 12 et au tube à vérifier Une vis de butée 34 s'étend axialement par rapport à la partie de corps principal 12 dans l'alésage 26 et constitue un moyen pour limiter le déplacement radial du bras de montage 16 et des bobines 18 à l'extérieur de la partie de corps principal 12 vers le tube à vérifier. L'ensemble 18 de bobines à courants de Foucault est monté sur le bras de montage 16, adjacent à l'extrémité opposée à celle de la broche de pivotement 32 Comme on le voit mieux sur les figures 2 A, B, l'ensemble de bobines à courants de Foucault est constitué d'un noyau 36 de ferrite tel que du ferritron comportant deux configurations d'enroulements séparés 38 et 40 Ceci produit deux enroulements sur le noyau 36 et il en résulte la formation d'une bobine à courants de Foucault à enroulement croisé. Comme il est visible sur la figure 1, l'ensemble de bobines à courants de Foucault 18 est monté de manière que les extrémités des enroulements 38, 40 soient placées et radialement en regard du tube à vérifier Pour protéger l'ensemble de bobine 18 contre l'usure, il est préférable que le couvercle 42 empêche le contact direct de la bobine avec le tube à vérifier Le couvercle 42 peut être réalisé en un matériau mince non métallique convenant à l'usage de l'invention Des capots d'extrémité de bobine 44 sont fixés sur le bras de montage de bobine 16 en une position immédiatement adjacente aux côtés opposés de l'ensemble de bobines à courants de Foucault 18 Chaque capot d'extrémité de bobine 44 a une coupe pratiquement triangulaire, a des dimensions telles, et est monté de façon que l'inclinaison de ses bords empêchent l'ensemble de bobines à courants de Foucault 18 de buter sur un obstacle dans le tube à vérifier, en permettant un déplacement et une transition en douceur sur les obstacles rencontrés Les capots d'extrémité de bobine 44 peuvent être réalisés à partir de n'importe quel matériau convenable tel que le Delrin ou le nylon. Des moyens 20 pour solliciter radialement vers l'extérieur la bobine à courant de Foucault afin de suivre la surface interne du tube à vérifier sont constitués d'aimants opposés 46 L'un de ces aimants 46 est monté de façon rigide dans la partie de corps principal 12, et l'autre aimant est monté de façon rigide dans le bras de montage de bobine 16, de manière à se trouver en face de l'aimant situé dans la partie de corps principal 12 Les aimants sont montés de manière que les pôles identiques soient l'un en face de l'autre De cette manière, la force de répulsion engendrée entre les aimants pousse le bras de montage de la bobine 16 et la bobine à courant de Foucault 18 radialement vers l'extérieur pour suivre la surface interne du tube à vérifier. En fonctionnement, la tête rotative à courants de Foucault à enroulements croisés 10 est fixée au mécanisme de commande 22 par le connecteur 24, et est insérée dans le tube 48 et le manchon à vérifier Les roues 28 sont utilisées pour l'action de centrage et la facilité de rotation tandis que la tête 10 est déplacée axialement dans le tube et tourne simultanément sous l'effet du mécanisme de commande 22 Il en résulte un trajet de vérification hélicoïdal de l'ensemble de bobine à courant de Foucault 18 Des aimants opposés 46 provoquent le déplacement d'une extrémité du bras de montage de la bobine 16 radialement et vers l'extérieur, et le suivi de la surface interne du tube 48 et du manchon 50 Les capots d'extrémité de bobine 44 permettent une transition en douceur sur chaque extrémité de manchon 50 et sur tout autre obstacle rencontré Un équipement électronique connu dans l'industrie est fixé à l'extrémité d'un harnais de câblage 52 qui permet à l'ensemble de bobines à courants de Foucault 18 d'engendrer et de recevoir des signaux qui sont traités par l'équipement lorsque le dispositif de l'invention est tiré et amené à tourner dans le tube et le manchon La bobine rotative à enroulements croisés de l'ensemble 18 est plus efficace pour engendrer et recevoir les signaux qui permettent à l'opérateur de distinguer du tube les extrémités du manchon, de détecter la présence de défauts sur le manchon ou sur le tube tant à l'intérieur qu'à l'extérieur dans la zone sans liaison, et de détecter la présence de défauts sur la surface interne ou externe de la zone de liaison entre manchon et tube mieux que les enroulements croisés classiques Ceci est dû principalement au fait que les têtes d'enroulements croisés classiques ne tournent pas, ne suivent pas la surface, et lisent toute la circonférence du tube Au contraire, la tête selon l'invention tourne et place la bobine dans une position adjacente à un emplacement donné de la circonférence de manière à explorer uniquement un point à la fois sur le tube, et ceci en suivant un trajet de vérification hélicoïdal. Puisque divers modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre selon le concept de l'invention, et puisque diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, il est bien entendu que les détails doivent être interprétés comme illustratifs et non limitatifs. REVENDICATIONS 1 Tête rotative à courants de Foucault à enroulements croisés ( 10) pour le contrôle de tubes, caractérisée en ce qu'elle comprend: a une partie de corps principal ( 12) comportant un évidement ( 26) qui s'étend tout le long de la section centrale; b un moyen ( 14) pour centrer ladite partie de corps principal ( 12) dans le tube à vérifier; c un bras de montage de bobine ( 16) monté de façon pivotante à une extrémité dudit évidement ( 26), pour un déplacement radial dudit bras par rapport à ladite partie de corps principal; d une bobine à courants de Foucault à enroulements croisés ( 18) montée de façon adjacente à l'extrémité dudit bras de montage de la bobine; et e un moyen ( 20) pour déplacer ledit bras de montage de la bobine et ladite bobine à courant de Foucault radialement et vers l'extérieur, afin de suivre la surface interne du tube à vérifier. 2 Tête rotative à courants de Foucault à enroulements croisés selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen ( 14) pour centrer ladite partie de corps principal ( 12) comporte une roue ( 28) montée à rotation et adjacente à chaque extrémité de ladite partie de corps principal. 3 Tête rotative à courants de Foucault à enroulements croisés selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen ( 20) pour déplacer ledit bras de montage de la bobine ( 16) et ladite bobine à courant de Foucault ( 18) radialement et vers l'extérieur comporte des aimants opposés ( 46) montés sur ladite partie de corps principal et ledit bras de montage de bobine. 4 Tête rotative à courants de Foucault à enroulements croisés selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des capots d'extrémité de la bobine ( 44) montés de chaque côté de ladite bobine à courants de Foucault à enroulements croisés ( 18). Tête rotative à courants de Foucault à enroulements croisés pour le contrôle de tubes, caractérisée en ce qu'elle comprend: a une partie de corps principal ( 12) comportant un évidement ( 26) qui s'étend tout le long de sa section centrale; b un moyen ( 14) pour centrer ladite partie de corps principal dans le tube à vérifier, comprenant une roue ( 28) montée à rotation et adjacente à chaque extrémité de ladite partie de corps principal; c un bras de montage de bobine ( 16) monté de façon à pivoter sur une extrémité dudit évidement ( 26) pour un déplacement radial dudit bras ( 16) par rapport à ladite partie de corps principal; d une bobine à courants de Foucault à enroulements croisés ( 18) montée de façon adjacente à l'extrémité dudit bras de montage de la bobine ( 16); et e des aimants opposés ( 46) montés dans ladite partie de corps principal ( 12) et dans ledit bras de montage ( 16) de la bobine ( 18), de manière que le bras et la bobine soient déplacés radialement vers l'extérieur afin de suivre la surface interne du tube à vérifier. 6 Tête rotative à courants de Foucault à enroulements croisés selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des capots d'extrémité de bobine ( 44) montés de chaque côté de ladite bobine à courants de Foucault à enroulements croisés. 7 Procédé de vérification de tubes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a insertion d'une tête de vérification ( 10) munie d'une bobine à courants de Foucault à enroulements croisés ( 18) pour lire un point unique du tube dans celui- ci; b déplacement de ladite tête de vérification ( 10) axialement dans ledit tube tout en la faisant tourner simultanément, et déplacement de la bobine radialement vers l'extérieur pour suivre le tube, de manière que ladite bobine à courants de Foucault à enroulements croisés ( 18) se déplace dans le tube selon un trajet de vérification hélicoïdal; et c production et réception de signaux par ladite bobine à courants de Foucault à enroulements croisés ( 18) de manière à pouvoir déterminer l'état-matériel et le profil du tube.