Brevet FR2685881A1 — publié le 19930709

PROCEDE DE FABRICATION DE TUBES DUPLEX ET TRIPLEX A BASE DE ZIRCONIUM. DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION. La présente invention est relative à un procédé de fabrication de tubes Duplex et Triplex à base de zirconium. La recherche de l'amélioration des caractéristiques des matériaux de gainage pour l'industrie nucléaire a conduit au au développement d'un nouveau type de produits : les tubes Duplex et Triplex Les tubes Duplex sont constitués par un bloc d'âme en Zircaloy 2 ou en Zircaloy 4 dont l'épaisseur représente 80 à 95% de l'épaisseur totale du tube et qui est entourée extérieurement par une gaine en un alliage de zirconium résistant à la corrosion en milieu réacteur nucléaire à eau bouillante ou à eau pressurisée. Dans le cas du tube Triplex, le bloc d'âme est revêtu intérieurement de zirconium ou d'un autre alliage de zirconium destiné à former une barrière aux produits de fission et à l'hydrogène engendrés dans le combustible et qui ont une action fragilisante sur l'âme en Zircaloy. Ces deux types de tubes sont généralement désignés sous le nom de tubes composites. ETAT DE LA TECHNIQUE. Le brevet français 2624136 ayant pour correspondant le brevet U.S. 4,981,527 décrit un procédé de fabrication de tubes composites à 3 couches ou Triplex comportant les étapes suivantes "-préparation de trois ébauches tubulaires par corroyage à chaud et usinage de façon à avoir des jeux d'assemblages de 0,2 à 0,5 mm entre les ébauches. Les corroyages à chaud des ébauches destinées aux revêtements comportant avantageusement, après un dégrossisage, une extrusion dans le domaine alpha d'une billette percée ou bien un filage inverse dans le domaine alpha, la première méthode étant préférée pour l'ébauche en Zr non allié et la seconde pour l'ébauche de plus fort diamètre. -l'assemblage des trois ébauches par bombardement électronique. -la trempe à l'eau de l'assemblage après l'avoir préchauffée dans le domaine de température béta et de préférence entre 920 et 1050 C. -l'extrusion de l'assemblage dans le domaine alpha. -le laminage à froid et le traitement thermique dans le domaine alpha en intermédiaire et un recuit partiel final." PROBLEME POSE. Le zirconium et ses alliages sont des matériaux relativement chers. L'homme de l'art est donc amené, lors de l'élaboration de tubes composites, à chercher des moyens de fabrication des ébauches qui permettent d'obtenir la meilleure mise au mille possible de zirconium et qui donnent des surfaces aptes à réaliser une bonne cohésion entre les dites ébauches. Certes, le brevet cité apporte un début de solution à ce problème mais, la demanderesse a trouvé qu'on pouvait encore progresser dans cette voie en modifiant les moyens de mise en forme des dites ébauches. EXPOSE DE L'INVENTION. L'invention consiste en un procédé de fabrication de tubes Duplex et Triplex à base de zirconium dans lequel on prépare une ébauche tubulaire externe destinée à former la gaine de revêtement du tube et une ébauche tubulaire interne ou bloc d'âme revêtue intérieurement ou non, les dites ébauches étant obtenues par usinage de barres à l'état de billettes creuses de filage caractérisé en ce que l'ébauche externe est soumise à un filage avec refoulement sur un poinçon puis enfilée sur l'ébauche interne à laquelle elle est associèe par soudage aux extrémités. Ainsi, à la différence de l'art antérieur où l'ébauche externe était soumise à un filage inverse, l'invention enseigne un filage avec refoulement sur un poinçon. En effet, on a constaté qu'avec ce dernier moyen de mise en forme, la mise au mille de zirconium était nettement meilleure. En outre, le filage avec refoulement sur un poinçon permet d'utiliser une presse de filage direct classique alors que le filage inverse necessite une presse spéciale d'où un avantage économique certain apporté par l'invention. Par ailleurs, dans le filage avec refoulement sur poinçon, c'est la face interne de l'ébauche qui est en contact avec le poinçon contrairement au filage inverse ou c'est la face externe. Or, la dite face interne est celle qui va être placée au contact de la face externe du bloc d'âme et on a constaté avec surprise qu'une telle opération permettait une meilleure adhérence des dites faces d'où un autre avantage du procédé selon l'invention. Le procédé comporte, de préférence, avant filage un traitement des billettes creuses destinées à former les gaines externes comportant un chauffage à une température voisine de 1000"C suivi d'une trempe à l'eau ; ce qui permet d'obtenir un meilleur comportement du tube composite à la corrosion. De préférence également, les gaines externes sont usinées après filage de manière à améliorer leur adhérence avec le bloc d'âme. DESSINS. L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins qui représentent, en coupe verticale axiale, la filière utilisée suivant l'invention ( figure 1 ) et celle de l'art antérieur figure 2 ). Sur la figure 1, on distingue l'ébauche tubulaire 1 dans l'alésage de laquelle pénètre l'aiguille 2. Sous l'action du poinçon 3 se déplaçant de gauche à droite, l'ébauche se transforme en gaine 4. Sur la figure 2, on distingue l'ébauche tubulaire 5 dans l'alésage de laquelle pénètre l'aiguille 6. Sous l'action de la filière 7 se déplaçant de gauche à droite l'ébauche se transforme en gaine 8. EXEMPLE D 'APPLICATION. - L'invention peut être illustrée à l'aide de l'exemple d'application suivant relatif à des tubes Triplex -Fabrication de la gaine externe A partir d'un alliage de zirconium contenant en poids 0,24t de vanadium et 0,22% de fer ainsi que les impuretés habituelles, -on a réalise par forgeage des barres -on a chauffé les barres à 1050"C puis on les a trempé à liteau ; -on a usiné les dites barres sous forme de billettes de filage ayant pour dimensions -diamètre 168 mm, -alésage 50 mm, -longueur 140 mm -on a enduit les billettes d'un lubrifiant -on a soumis les billettes à l'opération de filage avec refoulement sur poinçon dans une presse à filer ayant pour caractéristiques -diamètre intérieur du conteneur : 170 mm, -diamètre du poinçon : 146 mm, -diametre de l'aiguille de guidage : 49,7 mm ; -en fin d'opération, on a cisaillé des rondelles ( partie de la billette qui n'est pas pénétrée par le poinçon ) dans une filière de diamètre 147 mm ; -on a usiné les gaines ainsi obtenues pour aboutir aux dimensions suivantes -diamètre extérieur : 168 mm, -alésage : 148 mm, -longueur : 450 mm. Au cours de cette fabrication, on a constaté qu'à partir d'une ébauche de barre pleine de 168 mm pesant 20 kg on obtenait après filage et usinage une gaine de 14,5 kg, soit une mise au mille de 1380. Suivant l'art antérieur, il aurait fallu partir d'une barre pleine de, par exemple, 250 mm pesant 29 kg pour obtenir après filage et usinage une gaine de même poids :14,5 kg, soit une mise au mille de 2000. -Fabrication du bloc d'âme -on a forgé des lingots en Zircaloy 4 sous la forme de barres que l'on a usiné en billettes ayant les dimensions suivantes -diamètre extérieur : 152 mm, -alésage : 78,8 mm, -longueur : 450mm. Ces billettes ont été revêtues intérieurement par une gaine en zirconium déhafnié obtenue par filage d'une billette de diamètre extérieur 168 mm, alèsage 48 mm et longueur 450 mm sous forme d'un tube de diamètre extérieur 81 mm et intérieur 47 mm qui a été ensuite usiné en tronçons de diamètre extérieur 78,8 mm, diamètre intérieur 48 mm et longueur 450 mm. Les deux composants en Zircaloy 2 et en zirconium déhafnié ont été assemblés de la manière suivante -nettoyage des surfaces, -décapage fluorhydrique, -mise en place de la gaine en zirconium déhafnié dans l'âme en Zircaloy 2, -soudage des deux composants aux deux extrémités par soudure circulaire par bombardement électronique. -Fabrication du Triplex La gaine externe et le bloc d'âme sont assemblés de la même façon que les deux composants du bloc d'âme. Puis, on procède après un chauffage à 600"C à -un filage en un produit composite de diamètre extérieur 80 mm et d'épaisseur 17 mm, -un traitement thermique de détente, -un laminage à pas de pélerin à froid jusqu'à un diamètre extérieur de 63,5 mm et d'épaisseur 10,9 mm, un recuit sous vide. Un contrôle aux ultrasons a montré que suivant l'invention, aucune décohésion entre les différents composants du tube complexe n'était décelable. L'exemple ci-dessus décrit un tube Triplex destiné à des réacteurs à eau bouillante. La même technique s'applique à des tubes Duplex destinés à des réacteurs à eau pressurisée tels que les tubes avec âme en Zircaloy 4 et revêtement extérieur en alliage de zirconium contenant 0,5t d'étain, 0,28 de fer, 0,08% de chrome, 0,15% d'oxygène et les impuretés habituelles. REVENDICATIONS. l.-Procédé de fabrication de tubes Duplex et Triplex à base de zirconium dans lequel on prépare une ébauche tubulaire externe destinée à former la gaine de revêtement du tube et une ébauche tubulaire interne ou bloc d'âme revêtue intérieurement ou non, les dites ébauches étant obtenues par usinage de barres à l'état de billettes creuses de filage caractérisé en ce que l'ébauche externe est soumise à un filage avec refoulement sur un poinçon puis enfilee sur l'ébauche interne à laquelle elle est associée par soudage aux extrémités. 2.-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les billettes creuses destinées à former les gaines externes sont soumises à un chauffage au voisinage de 1000"C suivi d'une trempe à l'eau avant filage. 3.-Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'après filage les gaines externes sont usinées.