Brevet FR2866258A1 — publié le 20050819

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de rénovation automatique à distance d'une surface métallique. L'invention s'applique en particulier dans le cadre de l'industrie nucléaire et plus particulièrement à la rénovation des surfaces internes des tuyauteries primaires d'un circuit primaire d'une centrale nucléaire. Dans les circuits de transport de fluide d'une centrale nucléaire, les conditions de fonctionnement du réacteur amènent à injecter dans certains circuits et notamment dans le circuit primaire, du fluide à des températures différentes de celles du circuit dans lequel il est injecté. Lorsque ces injections sont réalisées à une fréquence importante et à une température notablement différente de celle du circuit dans lequel l'injection est réalisée, les zones de mélange de la tuyauterie subissent des variations thermiques en grands nombres pouvant conduire à des phénomènes de fatigue thermique dus à la contraction et/ou à l'expansion de zones de surfaces réduites en contact avec le fluide à une température différente de celle du circuit principal. De même, certaines zones des tuyauteries du circuit primaire peuvent aussi subir des dégradations par corrosion du fait de l'injection de produit de décontamination dans ce circuit. Un moyen pour remédier à ce genre de phénomènes est de régénérer et d'améliorer l'état des surfaces qui sont susceptibles d'être dégradées. Pour cela, il est connu d'utiliser le polissage qui modifie l'état de surface et la macrogéométrie des surfaces à traiter. Mais, le polissage des surfaces de tuyauteries pose des problèmes, car ces surfaces sont des surfaces courbes complexes et l'amélioration de leur état doit être réalisée sur la totalité avec le même soin et les mêmes critères sous peine de développer des phénomènes de fatigue thermique dans des zones moins bien traitées desdites surfaces. De plus, les surfaces à traiter sont généralement situées dans des zones difficilement accessibles si bien qu'il faut, pour effectuer le polissage, utiliser un outillage robotisé qui se place sur la surface interne de la tuyauterie par commande à distance et par téléopération ou de manière programmée. 2866258 2 Les dispositifs de polissage utilisés jusqu'à présent ne permettent pas de concilier la rigueur dans l'exécution du polissage pour éviter l'apparition des phénomènes de fatigue thermique dans les zones moins bien traitées et la gestion à distance des écarts dimensionnels et géométriques de la surface à traiter, tout en tenant compte notamment de l'usure de l'outil. L'invention a donc pour but de pallier à ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif de rénovation à distance d'une surface métallique qui permet d'obtenir un bon état des surfaces traitées ainsi qu'une bonne reproductibilité de l'effet recherché. L'invention a donc pour objet un procédé de rénovation automatique à distance d'une surface- métallique, comme par exemple une surface interne d'une tuyauterie primaire d'un circuit primaire d'une centrale nucléaire, caractérisé en ce que: - on amène à proximité de la surface à traiter, au moyen d'un 15 élément de transport robotisé, un outil de polissage déplaçable selon les trois directions d'un repère orthonormé, - on entraîne en rotation à une vitesse déterminée l'outil de polissage, - on applique sur la surface à traiter l'outil de polissage, - on déplace l'outil de polissage le long de la surface selon une combinaison de trajectoires préétablies, - on mesure en continu l'effort de l'outil sur ladite surface, et - on maintient cet effort constant quelque soit la géométrie de surface de cette surface à traiter. L'invention a également pour objet un dispositif de rénovation automatique à distance d'une surface métallique, comme par exemple une surface interne d'une tuyauterie primaire d'un circuit primaire d'une centrale nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend: - un outil de polissage entraîné en rotation et monté à l'extrémité 30 d'un bras support déplaçable selon les trois directions d'un repère orthonormé pour appliquer cet outil contre la surface à traiter et déplacer ledit outil sur cette surface selon une combinaison de trajectoires préétablies, - un élément de transport robotisé et portant le bras support, et - des moyens de mesure continue de l'effort de l'outil contre la surface pour maintenir par le bras support cet effort constant quelque soit la géométrie de surface de ladite surface à traiter. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les moyens de mesure sont disposés entre l'outil de polissage et l'extrémité du bras support, les moyens de mesure sont formés par un capteur d'effort dans les trois directions du repère orthonormé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une portion d'une tuyauterie primaire d'un circuit primaire d'une centrale nucléaire dans laquelle est 15 disposé un dispositif de rénovation conforme à l'invention, et - la Fig. 2 est une vue schématique à plus grande échelle de l'extrémité d'un bras de support du dispositif de rénovation muni d'un outil de polissage. Sur la Fig. 1, on a représenté une portion d'une tuyauterie primaire désignée par la référence générale 1 et dans laquelle débouche une canalisation 2 par exemple d'injection d'un fluide à une température différente de celle du fluide circulant dans cette tuyauterie 1. La zone de mélange des fluides ainsi créée à proximité de la canalisation 2 sur la surface interne 4 de la tuyauterie 1 constitue une zone dite sensible et subit des variations thermiques en grand nombre pouvant conduire sur une surface interne 3 déterminée à des phénomènes de fatigue thermique dus à la contraction et/ou à l'expansion de la surface dans cette zone de mélange. Pour rénover la surface interne 3 dans la zone de mélange ou pour effectuer un traitement préventif de cette surface interne, le polissage est un des moyens utilisés pour modifier l'état de surface et la macrogéométrie de la surface interne 3 et ainsi augmenter la durée de vie de la tuyauterie 1. Pour cela, le dispositif de rénovation conforme à l'invention désigné dans son ensemble par la référence 10, comporte un outil de polissage 11 de type connu, formé par une multitude de lamelles 12 juxtaposées et fixées sur un axe central 13, comme montré à la Fig. 2. Chaque lamelle 12 est recouverte de grains abrasifs et lorsque cet outil de polissage 11 est entraîné en rotation, le frottement des grains abrasifs des lamelles 12 sur la surface interne 3 de la tuyauterie 1 permet de polir cette surface. L'outil de polissage 11 est monté à l'extrémité d'un bras support 20 au moyen d'un coupleur 14 permettant de relier entre eux l'outil de polissage 11 et le bras support 20. De manière classique, ce bras support 20 se compose de trois éléments, respectivement 21, 22 et 23, articulés entre eux de façon à déplacer cet outil de polissage 11 selon les trois directions X, Y, Z d'un repère orthonormé. Afin de pouvoir intervenir à l'intérieur de la tuyauterie 1 dans des zones inaccessibles, le bras support 20 est porté par un élément de transport 30 robotisé constitué par un chariot automoteur assurant le déplacement de l'outil de polissage 11 à l'intérieur de la tuyauterie 1. A cet effet et de manière classique, il comporte deux trains de roues 31 dont l'écartement et l'inclinaison par rapport à un plan médian du chariot 30 peuvent être réglés de manière à adapter ce chariot à des tuyauteries de diamètre intérieur différent. Par exemple, chacun des trains de roues 31 comporte un moteur d'entraînement indépendant, non représenté, monté sur l'axe d'une des roues du train de roue correspondant. Les moteurs sont télécommandés pour les déplacements du chariot 30 dans la tuyauterie 1. Ce chariot 30 comporte aussi des moyens de bridage de ce chariot sur la paroi de la tuyauterie 1 ainsi que notamment au moins une batterie d'outils complémentaires. Ainsi que montré sur la Fig. 2, l'outil de polissage 11 est entraîné en rotation par un ensemble moto-réducteur désigné par la référence 15. Cet outil de polissage 11 est positionné et orienté dans l'espace de travail ou par rapport à la surface à traiter au moyen du bras support 20. Enfin, le dispositif comporte des moyens 25 de mesure continue de l'effort de l'outil de polissage 11 contre la surface interne 3 de la tuyauterie 1 pour maintenir par le bras support 20 cet effort constant quelque soit la géométrie de surface de cette surface à traiter. Ces moyens de mesure sont formés par un capteur 25 permettant de mesurer en continu l'effort d'application de l'outil 11 sur la surface interne 3 dans les trois directions X, Y, Z du repère orthonormé. Ce capteur d'effort 25 est disposé soit entre le coupleur 14 et l'extrémité de l'élément 23 du bras support 20, comme montré à la Fig. 1, soit entre l'ensemble moto-réducteur 15 et le coupleur 14, comme montré à la Fig. 2. Dans tous les cas, ce capteur d'effort 25 est disposé entre l'outil de polissage 11 et l'extrémité de l'élément 23 du bras de support 20, c'est à dire au plus près de cet outil de polissage 11. Afin de garantir l'effet optimum du polissage vis à vis de l'objectif visé, plusieurs paramètres influant sur le résultat final de ce polissage réalisé par l'outil 11, entraîné en rotation par l'ensemble 15, sont pris en compte. Ces paramètres sont: - le diamètre de l'outil de polissage, la taille et la nature des grains de l'abrasif de l'outil de polissage, la vitesse de rotation de cet outil de polissage en fonction du diamètre des grains d'abrasif, - la vitesse de déplacement de ces grains d'abrasif par rapport à la surface à traiter, - le parcours de l'outil de polissage et la force d'appui appliquée aux grains abrasifs par l'outil de polissage, et - la largeur de l'outil de polissage. Compte tenu de l'environnement hostile et du milieu confiné dans lequel ce genre d'intervention doit être réalisé, les différentes opérations de polissage et de contrôle sont effectuées au moyen de l'élément de transport 30 robotisé qui se déplace à l'intérieur de la tuyauterie 1 par commande à distance et par téléopération ou de manière programmée. Tout d'abord, le chariot 30 est placé dans la tuyauterie 1 et se déplace le long de cette tuyauterie 1 pour amener à proximité de la surface 3 à traiter l'outil de polissage 11. Compte tenu des dimensions de cette surface à traiter et du polissage à effectuer, le point de départ de la trajectoire de l'outil 11 ainsi que les consignes d'efforts à appliquer selon les différentes directions, l'orientation de l'outil 11 la direction principale de la trajectoire et le point d'arrivée de cet outil 11 sont établis et mémorisés pour une rénovation automatique de la surface à traiter. Ainsi, lorsque tous les différents paramètres ont été définis, l'outil de polissage 11 est entraîné en rotation par l'ensemble moto-réducteur 15 à une vitesse déterminée selon les différents paramètres précédemment mentionnés et cet outil de polissage 11 est appliqué sur la surface à traiter. Ensuite, l'outil de polissage 11 est déplacé par le bras support 20 le long de la surface 3 à traiter selon une combinaison de trajectoires préétablies et le capteur d'effort 25 mesure en continu les efforts de réaction dudit outil 11 selon les trois directions X, Y, Z du repère orthonormé de façon à réguler, par l'intermédiaire du bras support 20 la force d'appui dudit outil de polissage 11 sur la surface à traiter en fonction de la valeur de consigne programmée pour obtenir un effort constant quelque soit la géométrie de surface de cette surface à traiter. Ainsi, lors de l'exécution de la trajectoire par l'outil de polissage 11, le bras support 20 du chariot 30 assure les corrections nécessaires à l'effort pour appliquer un effort constant tout au long du déplacement. L'utilisation du contrôle d'effort permanent par le capteur 25 permet de générer automatiquement une trajectoire compensant automatiquement les écarts dimensionnels et géométriques de la surface à traiter. Le procédé et le dispositif qui.viennent d'être décrits sont applicables au traitement de surface à tire préventif. Dans ce cas, le traitement par polissage crée dans la couche superficielle du métal des contraintes de compression diminuant ainsi les risques d'apparition de fissures. Le procédé et le dispositif sont aussi applicables à la rénovation de surfaces soumises à la fatigue ou de surfaces sensibles à la corrosion des produits de décontamination chimique, comme par exemple une liaison bimétallique comprenant un alliage "base nickel" du type "inconel", NC 15Fe, NC 3OFe. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent en particulier de maîtriser l'état de surface en obtenant un bon écart moyen de rugosité (Ra) ainsi qu'un bon profil de la surface traitée (Rt) et d'éviter, de ce fait, un échauffement excessif lors de l'opération de rénovation de cette surface traitée pouvant conduire à des phénomènes de fatigue thermique. Ils permettent également d'obtenir un état de contrainte quasi uniforme et de maîtriser l'usure de l'outil de polissage, cela dans un environnement où le contrôle de certains paramètres est difficile, voire même impossible. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent aussi de travailler dans un espace confiné sans opérations de démontage ou d'enlèvement de l'élément de transport robotisé et de contrôler en permanence la force d'appui de cet outil de polissage afin de garantir l'effet optimum du polissage vis à vis de l'objectif visé ainsi qu'une bonne reproductibilité de l'effet recherché. REVENDICATIONS 1. Procédé de rénovation automatique à distance d'une surface métallique (3), comme par exemple une surface interne d'une tuyauterie primaire (1) d'un circuit primaire d'une centrale nucléaire, caractérisé en ce que: on amène à proximité de la surface (3) à traiter, au moyen d'un élément de transport (30) robotisé, un outil de polissage (11) déplaçable selon les trois directions d'un repère orthonormé, - on entraîne en rotation à une vitesse déterminée l'outil de polissage (11), - on applique sur la surface (3) à traiter l'outil de polissage, - on déplace l'outil de polissage (11) le long de la surface (3) selon une combinaison de trajectoires préétablies, - on mesure en continu l'effort de l'outil (11) sur ladite surface (3), - on compare cet effort par rapport à une valeur de consigne, et - on maintient cet effort constant quelque soit la géométrie de surface de cette surface (3) à traiter. 2. Dispositif de rénovation automatique à distance d'une surface métallique (3), comme par exemple une surface interne d'une tuyauterie primaire (1) d'un circuit primaire d'une centrale nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend - un outil (11) de polissage entraîné en rotation et monté à l'extrémité d'un bras support (20) déplaçable selon les trois directions d'un repère orthonormé pour appliquer cet outil (11) contre la surface (3) à traiter et déplacer ledit outil (11) sur cette surface (3) selon une combinaison de trajectoires préétablies, - un élément de transport (30) robotisé portant le bras support (20), et - des moyens (25) de mesure continue de l'effort de l'outil (11) contre la surface (3) pour maintenir, par le bras support (20), cet effort constant 30 quelque soit la géométrie de surface de ladite surface (3) à traiter. 10 15 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (25) de mesure sont disposés entre l'outil de polissage (11) et l'extrémité du bras support (20). 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 5 les moyens de mesure sont formés par un capteur (25) d'effort dans les trois directions du repère orthonormé.