Brevet FR2769858A1 — publié le 19990423

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé de traitement de la zone de transition entre les parties dudgeonnée et non dudgeonnée d'un tube, tel que par exemple un tube d'échangeur thermique. Elle vise également un échangeur thermique obtenu à l'aide de ce procédé. En premier lieu, on rappellera que le dudgeonnage est une opération effectuée par un outil appelé dudgeon et qui, en bref, consiste à refouler, sur une courte distance, le métal d'une pièce tubulaire afin d'en augmenter le diamètre extérieur pour permettre notamment sa fixation ou son immobilisation sur un support. Dans les échangeurs thermiques tubulaires, il est bien connu d'immobiliser par dudgeonnage le pied d'une multiplicité de tubes dans autant d'alésages pratiqués dans une plaque transversale aménagée à l'intérieur du corps de l'échangeur. Le dudgeonnage, théoriquement, devrait permettre de résoudre les problèmes d'étanchéité des tubes dans la plaque tubulaire entre les parties primaire et secondaire de l'échangeur, c'est-à-dire entre un côté et l'autre de la plaque tubulaire, mais cela n'est pratiquement jamais le cas. En effet, il se produit, lors du dudgeonnage une déformation plastique conduisant à de nombreux défauts ou dislocations au niveau de la maille cristalline du matériau constituant le tube, et cela notamment au niveau de la zone de transition entre la partie dudgeonnée et la partie non dudgeonnée des tubes. Il se produit par consequent dans cette zone écrouie des phénomènes de corrosion et de fissuration préjudiciables notamment à l'immobilisation et l'étanchéité des tubes sur la plaque tubulaire transversale. Pour remédier à ces inconvénients, il a été proposé de réduire l'écrouissage dans la zone de transition du dudgeonnage en effectuant dans cette zone une déformation intermédiaire appelée Dudgeonnage Amélioré Mécanique (D.A.M.). Or, il a été trouvé qu'un tel artifice ne suffit encore pas à arrêter les effets de la corrosion sous tension procurant des fissures traversantes dans la paroi des tubes et nuisant à l'étanchéité. Aussi, la présente invention a pour but de résoudre le problème ci-dessus en proposant un procédé de traitement spécial de la zone de transition précitée pour régénérer le métal écroui des tubes d'un échangeur thermique par exemple, du fait de l'opération de dudgeonnage dans la plaque tubulaire recevant ces tubes. Ainsi, tout défaut d'étanchéité, de fissuration et/ou de corrosion est avantageusement supprimé. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement de la zone de transition entre les parties dudgeonnée et non dudgeonnée d'un tube, tel que par exemple un tube d'échangeur thermique, caractérisé en ce qu'après avoir réalisé un dudgeonnage du tube, on effectue à l'intérieur de ce tube au niveau de ladite zone de transition un chauffage local jusqu'à une température supprimant l'écrouissage résultant de la déformation plastique du tube sous l'effet du dudgeonnage. Ce procédé est encore caractérisé en ce que le chauffage précité est réalisé par une boucle chauffante fonctionnant par effet joule ou par haute fréquence. Suivant un autre mode de réalisation, le chauffage est réalisé par friction d'un organe tournant dans le tube au niveau de la zone de transition précitée. Le procédé selon cette invention est encore caractérisé en ce que dans le cas d'un ensemble important de tubes raccordés à une plaque par dudgeonnage et la traversant, on réalise une maquette du voisinage immédiat du tube à traiter afin de déterminer les paramètres électriques de la boucle chauffante ou les paramètres de rotation-frottement de l'organe de friction permettant d'atteindre la température minimale nécessaire à la suppression de l'écrouissage. Suivant une réalisation préférée, la maquette précitée comprend une plaque à neuf alésages avec neuf tubes respectivement dudgeonnés dans ces alésages et répartis de façon à disposer d'un tube central entouré par huit tubes. Ainsi, à l'aide d'une telle maquette, on pourra avantageusement fixer la température de chauffage idéale à utiliser pour réaliser le traitement thermique de l'invention sur la multiplicité des tubes équipant la plaque transversale d'un échangeur thermique. Bien entendu, l'invention vise également un échangeur thermique comportant une plaque transversale avec des tubes dudgeonnés, et obtenu à l'aide du procédé répondant à l'une et ou l'autre des caractéristiques cidessus. Un tel échangeur thermique peut par exemple constituer un générateur de vapeur d'une centrale nucléaire. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique et en coupe transversale d'un pied de tube dudgeonné dans une plaque tubulaire et traité conformément à l'art antérieur - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 mais montrant comment et avec quel élément peut être traitée la zone de transition entre partie dudgeonnée et non dudgeonnée du tube, selon la présente invention - la figure 3 est une vue en plan de dessus d'une maquette permettant de déterminer les paramètres de chauffage du tube à utiliser pour le traitement de ce tube, dans la multiplicité des tubes dudgeonnés dans la plaque transversale d'un échangeur thermique ; et - la figure 4 est une vue en coupe verticale du tube central de la maquette équipé d'un appareil de mesure de la température au niveau de la zone de transition précitée. On voit sur la figure 1 une plaque tubulaire, qui est la plaque agencée transversalement dans un échangeur thermique tubulaire, cette plaque 1 comportant un alésage 2 dans lequel est introduit par son pied un tube 3. Un dudgeonnage du tube 3 dans la plaque 1 est effectué en 4 pour réaliser notamment l'étanchéité entre le côté primaire A et le côté secondaire B de l'échangeur thermique. On a montré en 5 la zone de transition entre la partie dudgeonnée 4 du tube 3 et la partie non dudgeonnée 6. Dans cette zone de transition 5, comme on le voit bien sur la figure 1, on a réalisé un DAM (Dudgeonnage Amélioré Mécanique) qui se traduit par une marche 7 constituant en quelque sorte une déformation intermédiaire visant à réduire l'écrouissage dans la zone de transition 5. Toutefois, non seulement la réalisation d'une telle marche 7 doit être effectuée avec un outillage spécial et constitue une opération onéreuse, mais elle n'est pas suffisante pour empêcher sur la zone de transition 5 les phénomènes de corrosion sous tension et de fissuration. Conformément à l'invention, et en se reportant à la figure 2 où les mêmes repères ont été utilisés pour désigner les éléments communs à la figure 1, on voit qu'à l'intérieur du tube 3 est introduit, par le côté primaire A de la plaque 1 qui est le plus accessible, une boucle chauffante 8, fonctionnant par effet joule ou bien par haute fréquence, cette boucle étant située au niveau de la zone de transition 5 pour réaliser un chauffage local de cette zone qui résulte de l'opération préalable de dudgeonnage du tube 3 dans la plaque 1. Ainsi, un tel traitement thermique local permettra une régénération de la structure du métal conduisant à une baisse considérable ou à une annulation du niveau de densité de dislocations dans le métal des tubes 3. Autrement dit, grâce à ce traitement thermique, le métal des tubes 3 retournera à son niveau d'origine, et, en quelque sorte, récupérera sa résistance à la corrosion vis-à-vis des fluides primaire et secondaire. Suivant un autre mode de réalisation (non représenté), la boucle ou spire chauffante 8 pourra être remplacée par un organe de friction monté rotatif à l'intérieur du tube 3 au niveau de la zone de transition 5 et susceptible d'engendrer le traitement thermique à la température minimum nécessaire à la suppression de l'écrouissage dans ladite zone. La mise au point des paramètres du chauffage de la zone de transition 5 peut avantageusement s'effectuer sur une maquette du voisinage immédiat du tube à traiter, que l'on voit en 9 sur la figure 3. Cette maquette est en fait représentative d'un tube de la plaque et de ses premières voisines. Suivant l'exemple représenté, cette maquette est constituée par un morceau de plaque tubulaire 12 comportant neuf alésages 22 dans lesquels sont dudgeonnés respectivement neuf tubes 33 suivant une configuration telle que l'on a un tube central entouré par huit tubes. Ainsi, la mesure peut s'effectuer sur le tube central dans lequel est introduite une boucle chauffante 8, comme on le voit bien sur la figure 3, ce tube étant représentatif, compte tenu de son voisinage immédiat, d'un tube courant dudgeonné dans la plaque tubulaire d'un échangeur thermique. Bien entendu, la boucle chauffante 8 est située au niveau de la zone de transition 5 entre partie dudgeonnée 4 et partie non dudgeonnée 6 du tube 3, comme on le voit bien sur la figure 4. Sur cette figure on a montré en 10 un thermocouple en contact avec la zone de transition 5 de façon à permettre la mesure de la température du tube 3 en cours de traitement. Les paramètres du chauffage sont déterminés de la façon suivante. On effectue une mesure en continu des paramètres électriques de la boucle chauffante 8, soit une mesure de l'intensité du courant, de la tension et de la fréquence. En montant en puissance, la température lue sur l'appareil 11 peut être mesurée jusqu'à ce qu'on obtienne la température minimale ou de revenu nécessaire à la suppression de l'écrouissage. A ce stade et après stabilisation thermique, on note les paramètres électriques de la boucle 8, de sorte qu'il suffira d'utiliser ces paramètres pour effectuer le traitement thermique voulu sur les tubes d'un échangeur thermique grandeur nature. Le même processus de mesure pourra être effectué en utilisant à la place de la boucle chauffante 8, un organe tournant de friction. On mesurera alors des paramètres tels que notamment le nombre de tours par minute de cet organe, la nature du tampon de friction etc... Ainsi, l'utilisation d'une maquette telle que 9 représentative de la plaque tubulaire d'un échangeur thermique permettra avantageusement d'optimiser les paramètres de chauffe de la boucle chauffante ou de l'organe de friction réalisant le traitement thermique local selon cette invention. On a donc réalisé suivant l'invention un traitement thermique local, qui peut bien sûr être adapté au matériau des tubes et qui permet d'abaisser et même d'annuler le niveau des densités de dislocations dans la zone de transition entre partie dudgeonnée et partie non dudgeonnée des tubes, pour ainsi recouvrer la resistance à la corrosion du métal d'origine. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVEND I CATI ON S 1. Procédé de traitement de la zone de transition (5) entre les parties dudgeonnée (4) et non dudgeonnée (6) d'un tube (3) tel que par exemple un tube d'échangeur thermique, caractérisé en ce qu'après avoir réalisé un dudgeonnage du tube (3) on effectue à l'intérieur de ce tube au niveau de ladite zone de transition (5) un chauffage local jusqu'à une température supprimant l'écrouissage résultant de la déformation plastique du tube (3) sous l'effet du dudgeonnage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage précité est réalisé par une boucle chauffante (8) fonctionnant par effet joule ou par haute fréquence. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage précité est réalisé par friction d'un organe tournant dans le tube au niveau de la zone de transition (5). 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que dans le cas d'un ensemble important de tubes raccordés à une plaque par dudgeonnage et le traversant, on réalise une maquette (9) du voisinage immediat du tube à traiter afin de déterminer les paramètres électriques de la boucle chauffante (8) ou les paramètres de rotation-frottement de l'organe de friction permettant d'atteindre la température minimale nécessaire à la suppression de l'écrouissage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la maquette précitée (9) comprend une plaque (12) à neuf alésages (22) avec neuf tubes (33) respectivement dudgeonnés dans ces alésages et répartis de façon à disposer d'un tube central entouré par huit tubes. 6. Echangeur thermique comportant une plaque transversale (1) portant des tubes dudgeonnés (3) dans des alésages de ladite plaque, caractérisé en ce qu'il est obtenu à l'aide du procédé selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Echangeur thermique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il constitue un générateur de vapeur d'une centrale nucléaire.