Brevet FR2685950A1 — publié le 19930709

MANCHETTE BIMETALLIQUE POUR LA REPARATION D'UN TUBE D'ECHANGEUR DE CHALEUR DETERIORE LOCALEMENT ET PROCEDE DE REPARATION D'UN TEL TUBE AU MOYEN DE CETTE MANCHETTE. DESCRIPTION L'invention concerne une manchette bimétalli que conçue pour permettre la réparation d'un tube d'échangeur de chaleur comportant des détériorations locales tel les que des fissures. L'invention concerne également un procédé permettant de réparer un tel tube au moyen de cette manchette bimétallique. L'invention s'applique en particulier à la réparation des tubes des générateurs de vapeur équipant les centrales nucléaires. En effet, ces tubes se trou vent dans un environnement particulièrement corrosif qui conduit à l'apparition fréquente de fissures ou de détériorations Locales, notamment dans la zone immédia tement adjacente à la partie des tubes fixée à la plaque à tubes. Pour réparer les tubes de générateur de vapeur dans lesquels ont été détectées des détériorations loca les, il est connu de venir placer à l'intérieur de cha que tube détérioré, dans la zone à réparer une manchette bimétallique de renforcement du tube. Habituellement, cette manchette comporte un tronçon de tube réalisé dans un alliage métallique généralement identique à celui du tube à réparer. Un revêtement réalisé en un matériau de brasage tel que du nickel ou du chrome recouvre le tronçon de tube sur au moins une partie de sa hauteur. Lorsque la manchette bimétallique a été placée à l'intérieur du tube à réparer, sa fixation est assurée soit mécaniquement, par dudgeonnage, soit par brasage ou par soudage, soit encore par une combinaison de ces deux méthodes. Dans la pratique, les réparations ainsi effec tuées dans les tubes des générateurs de vapeur sont difficiles à mettre en oeuvre. De plus, elles engendrent à terme des fissurations plus ou moins importantes en fonction des matériaux mis en oeuvre et des conditions de service. L'invention a précisément pour objet une manchette bimétallique d'un type nouveau, améliorant les conditions de réparation des tubes détériorés et permettant d'éliminer les risques de fissuration ultérieure de la manchette, malgré les conditions thermiques et l'ambiance corrosive régnant dans la zone considérée. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'une manchette bimétallique, pour la réparation d'un tube d'échancheur de chaleur détérioré localement, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux tronçons de tube réalisés dans un alliage métallique, et un anneau reliant les deux tronçons de tube, réalisé en un matériau de soudage. L'expression "matériau de soudage" désigne ici tout matériau présentant une bonne soudabilité, tel que les alliages nickel-chrome, l'inconel 600 et I' inco- nel 690. Avantageusement, l'alliage métallique dans lequel sont réalisés les deux tronçons de tube est identique à l'alliage métallique dans lequel est réalisé le tube à réparer, cet alliage pouvant notamment être de l'incoloy 800. Selon le cas, la manchette bimétallique conforme à l'invention peut être réalisée soit en fixant l'anneau aux deux tronçons de tube par friction, soit en formant l'anneau entre les deux tronçons de tube par chargement du matériau de soudage sur un support cylindrique amovible inséré au préalable dans la manchette, soit enfin en fixant t'anneau aux deux tronçons de tube par soudage sans métal d'apport, par exemple au moyen d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons. L'invention a aussi pour objet un procédé de réparation d'un tube d'échangeur de chaleur détérioré localement, selon lequel on place à l'intérieur du tube à réparer une manchette bimétallique comportant un matériau de soudage sur une partie au moins de sa surface extérieure, puis on soude la manchette dans le tube, caractérisé par le fait qu'on utilise à cet effet une manchette bimétallique réalisée de la manière décrite précédemment. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale illustrant de façon schématique un générateur de vapeur dont les tubes détériorés localement peuvent être réparés à l'aide de manchette bimétallique conforme à l'invention ; - les figures 2A, 2B et 2C sont des vues en coupe longitudinale illustrant à plus grande échelle la fabrication d'une manchette bimétallique conforme à L'invention selon trois procédés différents ; et - la figure 3 est une vue en coupe longitudina le illustrant encore à plus grande échelle la réparation de l'un des tubes du générateur de vapeur de la figure 1 à L'aide d'une manchette bimétallique conforme à l'invention. On a représenté schématiquement sur la figure 1 un générateur de vapeur utilisé dans une centrale nucléaire, pour assurer le transfert thermique entre l'eau primaire contenue dans le circuit primaire du réacteur et lteau-vapeur secondaire contenue dans le circuit secondaire du réacteur. Ce générateur de vapeur comprend de façon connue une enveloppe extérieure 10, d'axe vertical, dont le volume intérieur est divisé en deux parties par une plaque perforée 12 appelée plaque à tubes. La plaque à tubes 12 est située immédiatement au-dessus du fond bombé de l'enveloppe 10 et délimite avec ce dernier une boîte à eau séparée en un collecteur d'entrée 14 d'eau primaire et un collecteur de sortie 16 d'eau primaire par une cloison verticale 18. Les collecteurs d'entrée 14 et de sortie 16 de l'eau primaire sont reliés l'un à l'autre par un faisceau de tubes en U renversé 20 qui sont fixés par dudgeonnage et par soudage dans les perforations de la plaque à tubes 12, de telle sorte que les deux extrémités de chacun des tubes 20 débouchent respectivement dans le collecteur d'entrée 14 et dans le collecteur de sortie 16 de l'eau primaire. L'eau secondaire est admise à l'intérieur de l'enveloppe 10 du générateur de vapeur par un collecteur d'entrée 22 de l'eau secondaire, de forme torique, situé au-dessus du faisceau de tubes 20. L'eau secondaire redescend jusqu'à la plaque à tubes 12 dans un espace annulaire 23 formé entre l'enveloppe extérieure 10 et une enveloppe intérieure 24 entourant le faisceau de tube 20. L'eau secondaire remonte ensuite à l'intérieur de l'enveloppe 24 en récupérant, au contact des tubes 20, la chaleur véhiculée par L'eau primaire circulant dans ces derniers. L'eau secondaire à l'état liquide se transforme ainsi en vapeur d'eau qui sort du générateur de vapeur par une tubulure 26 prévue à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 10, après avoir traversé des dispositifs de séchage (non représentés). Entre les périodes d'arrêt et de fonctionnement du réacteur, les tubes 20 sont soumis à des contraintes thermiques importantes qui tendent à les endommager, notamment dans la zone située au voisinage immédiat de la plaque à tubes 12. En effet, cette zone est soumise à une corrosion particulièrement intense car des boues véhiculées par l'eau secondaire ont tendance à s'y déposer. Des arrêts périodiques du réacteur permettent de contrôler les tubes 20 et de détecter ceux qui présentent des défauts tels que des fissures. Conformément à l'invention, il est proposé de réparer les tubes 20 qui présentent des détériorations locales telles que des fissures, en venant placer à l'intérieur de ces tubes des manchettes bimétalliques dont la structure et la fabrication vont à présent être décrites en se référant successivement aux figures 2A à 2C. Comme l'illustre chacune de ces trois figures, la manchette bimétallique 28 conforme à l'invention est formée par l'assemblage bout à bout de deux tronçons de tubes 30a et 30b et d'un anneau 32 intercalé entre ces deux tronçons de tube. De façon plus précise, les tronçons de tube 30a et 30b ainsi que l'anneau 32 ont des formes tubulaires et présentent un même diamètre et une même épaisseur, de façon à former une manchette 28 dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre intérieur du tube 20 à réparer. Contrairement à ce qui est représenté pour faciliter la lecture sur les figures 2A à 2C ainsi que sur la figure 3, ltanneau intermédiaire 32 présente une longueur relativement faible (par exemple environ 1 à 4 mm), alors que la longueur de chacun des tronçons de tube 30a et 30b est sensiblement plus importante. Les tronçons de tube 30a et 30b sont réalisés dans un alliage métalLique qui est avantageusement choisi identique à l'alliage métallique dans lequel est réalisé Le tube 20 à réparer. Dans l'exemple considéré, cet alliage est de l'incoloy 800. En ce qui concerne L'anneau 32 reliant les tronçons de tube 30a et 30b, il est réalisé en un matériau de soudage, c'est-à-dire en un matériau présentant une bonne soudabilité vis-à-vis de l'alLiage métallique formant le tube 20 à réparer et les tronçons de tube 30a et 30b Dans l'exemple considéré, ce matériau de soudage peut notamment être un alliage nickel-chrome, de l'inconel 600 ou de L'inconel 690. Il est à noter que la composition chimique de L'alliage métallique fondu servant à fabriquer l'anneau 32 est ajustée au mieux de sa soudabilité, de façon à éliminer les risques de fissuration à chaud et à garantir une bonne tenue à la corrosion. Comme L'illustre plus précisément la figure 2A, L'anneau 32 peut être fixé entre les deux tronçons de tube 30a et 30b par friction, en faisant tourner en sens inverse les tronçons de tube 30a et 30b comme l'il- lustrent les flèches F1 sur la figure 2A. Les dimensions de L'anneau 32 ainsi que la composition chimique du matériau de soudage qui le constitue sont choisies en fonction de la technique qui sera utilisée par la suite pour mettre en place la manchette 28 à l'intérieur du tube 20 à réparer. La figure 28 illustre une autre méthode de fabrication de la manchette bimétallique 28, selon laquelle on place d'abord les extrémités adjacentes des tronçons de tube 30a et 30b sur une pièce cylindrique amovible 34, puis on forme L'anneau 32 par chargement du matériau de soudage contre la pièce 34, dans la zone située entre les extrémités en vis-à-vis des tronçons de tube 30a et 30b, comme l'illustrent les flèches F2. On a représenté sur la figure 2C une troisième méthode de fabrication de la manchette bimétallique 28 conforme à l'invention, selon laquelle on place entre les extrémités en vis-à-vis des tronçons de tube 30a et 30b L'anneau 32, comme dans la méthode décrite précé demment en se référant à La figure 2A, puis on soude chacun des tronçons de tube sur l'anneau 32, sans métal d'apport, par exemple au moyen d'un faisceau laser ou 5 d'un faisceau d'électrons, comme l'illustrent les flè ches F3. Lorsque la manchette bimétallique 28 a été fabriquée, par exemple par L'une des trois méthodes qui viennent d'être décrites en se référant successivement aux figures 2A, 28 et 2C, cette manchette est introduite à l'intérieur du tube 20 à réparer, dans la zone dans laquelle des défauts ont été repérés, puis elle est fixée dans cette zone par soudage. Pour cela, on intro duit a l'intérieur de la manchette 28 et, pLus précisé ment, à l'intérieur de l'anneau 32, un appareil de soudage, (par exemple TIG, laser) permettant de faire fondre L'anneau 32 et les parties adjacentes des tron çons de tube 30a et 30b et du tube 20 à réparer, pour former une zone de liaison par soudure désignée par la référence 36 sur la figure 3. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. En particulier, la méthode de fabrication de la manchet te bimétallique et les matériaux consituant les deux tronçons de tube et L'anneau de liaison peuvent être différents de ceux qui ont été décrits. REVENDICATIONS 1. Manchette bimétallique, pour la réparation d'un tube (20) d'échancheur de chaleur détérioré localement, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux tronçons de tube (30a,30b) réalisés dans un alliage métallique, et un anneau (32) reliant les deux tronçons de tube, réalisé en un matériau de soudage. 2. Manchette bimétallique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le tube à réparer (20) et Les deux tronçons de tube (30a,30b) sont réalisés dans un même alliage métallique. 3. Manchette bimétallique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit alliage métallique est de l'incoloy 800. 4. Manchette bimétallique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit matériau de soudage est choisi dans le groupe comprenant Les alliages nickel-chrome, l'inconel 600 et l'inconel 690. 5. Manchette bimétallique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'anneau (32) est fixé aux deux tronçons de tube (30a, 30b) par friction. 6. Manchette bimétallique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'anneau (32) est formé entre les deux tronçons de tube (30a,30b) par chargement du matériau de soudage sur une pièce cylindrique amovible (34) placée provisoirement dans la manchette. 7. Manchette bimétallique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par Le fait que L'anneau (32) est fixé aux deux tronçons de tube (30a, 30b) par soudage. 8. Procédé de réparation d'un tube d'échangeur de chaleur détérioré localement, selon lequel on place à l'intérieur du tube à réparer une manchette bimétallique (28) comportant un matériau de soudage sur une partie au moins de sa surface extérieure, puis on soude la manchette dans le tube, caractérisé par le fait qu'on utilise une manchette bimétallique selon l'une quelconque des revendications précédentes.