Brevet FR2902569A1 — publié le 20071221

La présente invention concerne un procédé de réparation d'une pénétration de fond de cuve d'un réacteur nucléaire et en particulier d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Les réacteurs à eau sous pression comportent une cuve remplie, lorsque le réacteur est en fonctionnement, par un fluide de refroidissement qui est constitué par de l'eau sous pression. Le coeur du réacteur constitué par des assemblages combustibles est entièrement plongé dans l'eau de refroidissement. Dans l'exploitation de tels réacteurs, il est nécessaire d'effectuer des mesures dans le coeur pendant le fonctionnement du réacteur. Il est en particulier nécessaire d'effectuer des mesures de flux neutronique à différents endroits selon la hauteur du coeur pour connaître la répartition de flux neutronique ou de puissance, suivant la direction axiale du coeur qui correspond généralement à la direction verticale. Les assemblages combustibles constituant le coeur comportent à leur partie centrale un tube d'instrumentation dans lequel on peut introduire, sur toute la hauteur du coeur, un doigt de gant étanche à l'intérieur duquel on place une sonde de mesure de flux neutronique pendant le fonctionnement du réacteur. Les doigts de gant associés à chacun des assemblages combustibles dans lequel on réalise des mesures de flux, doivent pouvoir être extraits de ces assemblages, par exemple lorsqu'on effectue le rechargement du coeur. Ces doigts de gant sont donc montés mobiles et glissants à l'intérieur de tubes de guidage joignant la partie inférieure de la cuve à une salle de mesure ou à un local d'instrumentation dans lequel les extrémités des doigts de gant opposées aux extrémités introduites dans le coeur, sont accessibles pour le déplacement des sondes, afin de recueillir des signaux de mesure desdites sondes et pour le déplacement des doigts de gant à l'intérieur des tubes de guidage. Le déplacement des doigts de gant dans les tubes de guidage se fait par simple poussée ou traction, un jeu suffisant étant prévu pour limiter les efforts à exercer sur le doigt de gant malgré la forme courbe des tubes de guidage sur la plus grande partie de leur parcours. Pour permettre aux différents doigts de gants associés aux assemblages combustibles de pénétrer à l'intérieur du coeur du réacteur, le fond de cuve est traversé par un certain nombre de tubes dits de pénétration de fond de cuve. Le tube de chaque pénétration de fond de cuve comporte, d'une part, une extrémité supérieure débouchant à l'intérieur de la cuve dans une colonne d'instrumentation pour le passage d'un doigt de gant et, d'autre part, une extrémité inférieure débouchant à l'extérieur de cette cuve et reliée au tube de guidage du doigt de gant correspondant. Chaque tube composé d'alliage en "Inconel" est fixé sur la paroi interne du fond de cuve en acier ferritique revêtu d'une couche en inox par un cordon de soudure en alliage "Inconel" qui est destiné, en particulier, à assurer l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de cette cuve. Or, il peut s'avérer qu'après un certain temps de fonctionnement du réacteur, des microfissures se forment dans le cordon de soudure interne d'un tube d'une pénétration de fond de cuve provoquant ainsi des suintements sur le tube qui se traduisent par un dépôt blanchâtre sur la surface externe dudit tube provenant du bore contenu dans l'eau primaire du réacteur en tant que modérateur du flux neutronique de ce réacteur. En effet, le bore est dissout dans l'eau primaire et lors du suintement de cette eau le long du tube de la pénétration de fond de cuve, elle s'évapore du fait de la pression et de la température qui règnent à l'intérieur de la cuve. Le bore sous forme de dépôt poudreux est donc présent sur la surface externe du tube aussi bien le long de l'épaisseur de la paroi de fond de la cuve, que le long de ce tube à l'extérieur de la cuve. Une méthode de réparation qui vient naturellement à l'esprit de l'homme du métier pour remédier à ce problème, consiste à déposer dans l'espace situé à l'intersection de la paroi externe de la cuve et de la paroi externe du tube de la pénétration de fond de cuve à réparer, désigné ci-après par gorge, un cordon de soudure. Mais de nombreux problèmes se posent. En effet, la zone dans laquelle l'intervention doit être effectuée, sous la cuve du réacteur, est fortement irradiée interdisant toute présence humaine. D'autre part, la gorge présente un profil évolutif selon une courbe gauche si bien que le dépôt d'un cordon de soudure comportant plusieurs couches dans ladite gorge nécessite l'utilisation d'un outillage automatique de soudage capable de réaliser l'intervention dans une zone fortement irradiée sans présence humaine. De plus, lors de l'exécution de la soudure dans la gorge, le bore déposé sur la paroi externe du tube entre cette paroi et la paroi de fond de cuve, peut se mélanger à la soudure et risque alors de provoquer à terme des fissures dans le cordon de soudure ne permettant pas de réaliser l'étanchéité souhaitée. Une méthode connue consiste à boucher préalablement, par l'intérieur de la cuve, le tube de la pénétration de fond de cuve, à découper, ensuite, sensiblement à mi-épaisseur de la paroi de la cuve, le tube de la pénétration de fond de cuve et, après avoir extrait cette portion de tube, à la remplacer par une nouvelle portion de tube. Ensuite, pour réaliser le maintien du tube et l'étanchéité, un 15 cordon de soudure est déposé dans la gorge ménagée entre la paroi externe de fond de cuve et la paroi externe de la nouvelle portion de tube. L'invention a pour but de proposer une méthode de réparation d'une pénétration de fond de cuve qui évite les inconvénients précédemment mentionnés et qui évite particulièrement l'opération de bouchage préliminaire du 20 tube permettant de réduire de manière conséquente le temps de présence des opérateurs dans une zone fortement irradiée. L'invention a donc pour objet un procédé de réparation d'une pénétration de fond de cuve d'un réacteur nucléaire, ladite pénétration comportant un tube fixé sur la paroi interne du fond de cuve par un cordon de 25 soudure interne et débouchant à l'extérieur du fond de cuve en formant avec la paroi externe dudit fond de cuve une gorge, caractérisé en ce qu'il consiste en les étapes suivantes : - après avoir constaté sur le tube et à l'extérieur du fond de cuve, un dépôt de bore indiquant une fuite du cordon de soudure interne, on prépare 30 une maquette représentative de la pénétration de fond de cuve à réparer et comportant une portion de fond de cuve et un tube formant avec ladite portion une gorge et on dispose cette maquette sur site dans une zone hors irradiation, - on fixe sur cette maquette dans la gorge deux demi-inserts ayant chacun un profil correspondant au demi-profil de la gorge, - on réalise toujours sur cette maquette un cordon de soudure dans la gorge de manière automatique, et on vérifie la bonne répartition des 5 passes de soudage, - on effectue, sur la maquette, un contrôle dimensionnel du cordon de soudure, et après validation de ce cordon de soudure, - on élimine le bore de préférence par brossage sur le tube de la pénétration du fond de cuve à réparer, et 10 -on effectue les étapes de fixation de deux demi-inserts dans la gorge, puis de réalisation d'un cordon de soudure de manière automatique par commande à distance, directement sur la pénétration de fond de cuve à réparer. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - on réalise le cordon de soudure sur la pénétration de fond de 15 cuve à réparer, de manière automatique, en plusieurs couches, chaque couche comprenant au moins une passe, - on réalise les différentes couches au moyen d'une torche automatique de soudage à quatre axes de déplacement commandée à distance depuis une zone située hors irradiation, 20 - après la réalisation de la première couche et de la dernière couche du cordon de soudure sur la pénétration de fond de cuve à réparer, on effectue un contrôle par ressuage et, de préférence, un contrôle toutes les trois couches, - entre la réalisation de la première couche et de la dernière 25 couche du cordon de soudure sur la pénétration du fond de cuve à réparer, on effectue au moins un contrôle intermédiaire par ressuage, - on réalise de manière automatique pour chaque couche au moins une passe de soudage pour combler la gorge, - chaque demi-insert présente une section triangulaire, et 30 - l'angle du triangle de la section de chaque demi-insert placé en fond de gorge comporte un méplat. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours 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 schématique en coupe et en élévation de la partie inférieure d'une cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, - la Fig. 2 est une vue schématique en coupe axiale d'une pénétration de fond de cuve, - la Fig. 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un tube d'une maquette d'une pénétration de fond de cuve à réparer et montrant une partie des différentes étapes de la méthode de réparation, conforme à l'invention, et - la Fig. 4 est une vue schématique et à plus grande échelle du tube de la maquette représentative du tube de la pénétration de fond de cuve à réparer sur laquelle les deux demi-inserts ont été représentés. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement un fond la d'une cuve 1 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression renfermant un coeur 2 non représenté du réacteur constitué par des assemblages combustibles. Le fond de cuve 1 a présente la forme d'une calotte sphérique. La paroi interne de ce fond de cuve est recouverte d'un revêtement 8 en inox et sa paroi externe est recouverte d'un revêtement 10c de type "INCONEL". Au cours de l'exploitation de ce type de réacteur nucléaire, des mesures dans le coeur 2 sont effectuées pour connaître en particulier la répartition de flux neutronique à différents endroits suivant la hauteur de ce coeur. Pour cela, les assemblages combustibles constituant le coeur 2 comportent, à leur partie centrale, un tube d'instrumentation 5 (Fig. 2) dans lequel on peut introduire sur toute la hauteur du coeur, un doigt de gant 6 étanche à l'intérieur duquel on déplace une sonde de mesure de flux neutronique, pendant le fonctionnement du réacteur. Les doigts de gant 6 doivent pouvoir être extraits des assemblages par exemple lorsqu'on effectue le rechargement du coeur. Ces doigts de gant sont donc montés mobiles et glissants à l'intérieur de tubes de guidage 7 (Fig. 1 et 2) joignant la partie inférieure du tube 10 de la pénétration de fond de cuve à une salle de mesure ou à un local d'instrumentation, non représenté, dans lequel les extrémités des doigts de gant opposées aux extrémités introduites dans le coeur sont accessibles pour le déplacement des sondes, pour le recueil des signaux de mesure et pour le déplacement des doigts de gant à l'intérieur des tubes de guidage 7. Ainsi que montré à la Fig.1, pour permettre aux différents doigts de gant associés aux assemblages combustibles de pénétrer à l'intérieur du coeur 2 du réacteur, le fond de cuve la est traversé par des tubes 10 de pénétration de fond de cuve. Comme montré plus particulièrement à la Fig. 2, le tube 10 de chaque pénétration de fond de cuve comporte une extrémité supérieure 10a débouchant dans un tube d'instrumentation 5 et une extrémité inférieure 10b débouchant à l'extérieur du fond de cuve la et reliée au tube de guidage 7 du doigt de gant 6 correspondant. Chaque tube 10 est fixé sur la paroi interne du fond de cuve la par un cordon de soudure 11. Comme cela apparaît à la Fig. 1, le fond de cuve la comporte donc une pluralité de tubes 10 sensiblement parallèles à l'axe longitudinal de la cuve et qui sont répartis en différents emplacements de la calotte sphérique du fond de cuve. Le tube 10 de chaque pénétration de fond de cuve détermine avec la paroi externe 1b du fond de cuve la, une gorge 15 qui présente, compte tenu de la forme en calotte sphérique de ce fond de cuve la, une intersection selon une courbe gauche. En effet, et comme cela est visible à la Fig. 2, l'ouverture de la gorge 15 autour du tube 10 est variable en fonction de la position de la pénétration sur le fond de cuve, d'une part, et en fonction de l'orientation radiale autour du tube, d'autre part. Si lors d'un contrôle de maintenance, la présence de bore sous forme de dépôt est détectée sur la paroi externe du tube 10 d'une pénétration de fond de cuve, à l'extérieur du fond de cuve la, signifiant que le cordon de soudure 11 de ce tube 10 présente des fissures, une réparation sur ledit tube 10 doit être effectuée. Le procédé selon l'invention permet d'effectuer ce type de réparation en réalisant préalablement toutes les opérations nécessaires sur une maquette représentative de la pénétration de fond de cuve à réparer, située sur site dans une zone hors irradiation, puis en reproduisant les opérations directement sur la pénétration de fond de cuve à réparer ce qui permet de diminuer de manière conséquente le temps d'intervention et la présence des opérateurs dans une zone fortement irradiée. Ainsi et comme montré à la Fig. 3, une maquette est construite et cette maquette qui est représentative de la pénétration de fond de cuve à réparer, comporte une portion d'un tube 20 qui traverse une portion de fond de cuve 100a présentant les mêmes caractéristiques et les mêmes dimensions qu'une portion du fond de cuve la. Le tube 20 détermine avec la paroi externe 100b du fond de cuve 100a une gorge 25 identique à la gorge 15 du tube 10 de la pénétration du fond de cuve à réparer. La paroi externe 100b du fond de cuve 100a de cette maquette est également recouverte d'un revêtement 100c de type "INCONEL" identique à celui 1c déposé sur la paroi externe 1 b du fond de cuve la. Après avoir réalisé cette maquette, un insert 30 est préparé et cet insert 30 constitué, comme cela apparaît à la Fig. 4, de deux demi-inserts, respectivement 30a et 30b, qui ont chacun un profil correspondant au demi-profil de la gorge 25. Les deux demi-inserts 30a et 30b ont chacun une section triangulaire et ils présentent comme la gorge 25 un profil évolutif selon une courbe gauche. Les deux demi-inserts 30a et 30b sont positionnés dans la gorge 25 et fixés sur la paroi externe 100b de la portion de fond de cuve 100a de la maquette et également sur la paroi externe du tube 20 de cette maquette. Ces deux demi-inserts 30a et 30b sont fixés par exemple par soudage manuel par points ou par tout autre procédé. Ensuite, un cordon de soudure désigné par la référence 35 est 30 réalisé dans la gorge 25 de la maquette. Ainsi que montré à la Fig. 3, le cordon de soudure 35 est réalisé de manière automatique au moyen d'une torche de soudage spécialement réalisée pour être aisément placée autour du tube de traversée et commandée à distance, en plusieurs couches 35a, 35b, 35c... 35n, chaque couche comportant plusieurs passes 36a, 36b, 36c,...36n dont le nombre est déterminé en fonction de la largeur de la gorge 25 pour combler l'intervalle séparant la paroi externe 100b du fond de cuve 100a de la maquette avec la paroi externe du tube 20. Sur la Fig. 3, différentes passes de chacune des couches ont été représentées par des sections en forme d'ellipse pour faciliter la compréhension, il est évident que le métal de soudure composant les passes de chacune des couches constitue un ensemble homogène. Selon l'exemple représenté à la Fig. 3, la première couche 35a comporte une passe 35b, cette première couche comblant l'espace séparant les deux parois latérales de la gorge 25. La seconde couche 35b comporte dans la zone où la gorge 25 est plus étroite deux passes 36b alors que dans la zone où la gorge 25 est plus large, elle comporte trois passes 36b de façon à combler l'espace séparant les deux parois latérales de la gorge 25. La troisième couche 35c comporte, dans la zone où la gorge 25 est la plus étroite trois passes 36c alors que dans la zone où la gorge 25 est plus large, cette troisième couche 35c comporte cinq passes 36c. Ces exemples sont donnés à titre indicatif, et selon la profondeur de la gorge 25, le cordon de soudure 35 comporte "n" couches et chaque couche comprend elle même de une à "n" passes de soudage. Chaque passe de chacune des couches est réalisée, de manière automatique au moyen de ladite torche de soudage, en partant du point le plus bas de la gorge 25 et en remontant sur un demi-parcours de cette gorge 25 vers le point le plus haut. Le deuxième demi-parcours de cette même passe est réalisé toujours en repartant du point le plus bas et en remontant vers le point le plus haut de la gorge 25 afin de réaliser une passe continue de soudure sur tout le pourtour de cette gorge 25. Les passes de chaque couche du cordon de soudure 35 sont réalisées à l'aide d'une torche de soudage automatique à quatre axes de déplacement pour suivre la trajectoire de l'intersection selon une courbe gauche, de préférence du type TIG, non représenté, qui comprend un système de pinces fixé sur le tube 20 de la maquette supportant une embase de positionnement de la torche de soudage automatique, ce système de pinces et cette embase de positionnement restant en place pendant toute la durée de réalisation du cordon de soudure 35. Après la réalisation de ce cordon de soudure 35, un contrôle dimensionnel de ce cordon de soudure est réalisé et si ce cordon de soudure est validé, les différentes opérations du procédé de réparation réalisées sur la maquette sont validées et l'autorisation est donnée d'effectuer la réparation sur le tube 10 de la pénétration de fond de cuve à réparer. Avant d'effectuer la réparation elle-même, le bore déposé sur la 10 paroi externe du tube 10 de la pénétration de fond de cuve à réparer, est éliminé de préférence par brossage ou par tout autre moyen approprié. Ensuite, les opérations consistant à fixer dans la gorge 15 les deux demi-inserts 30a et 30b de l'insert 30 et à déposer dans cette gorge 15 au-dessus de l'insert 30 un cordon de soudure 35 identique au cordon de soudure 15 35 réalisé sur la maquette et au moyen du même outillage, sont reproduites directement sur le tube 10 de la pénétration de fond de cuve à réparer. De préférence, des contrôles par ressuage sont effectués notamment après la réalisation de la première couche et de la dernière couche du cordon de soudure 35. Au moins un contrôle intermédiaire par ressuage est 20 également effectué entre la réalisation de la première couche et de la dernière couche du cordon de soudure et par exemple après la réalisation de la quatrième couche. De préférence, un contrôle par ressuage est effectué toutes les trois couches. Selon une variante, l'angle du triangle de la section de chaque demi-insert 30a et 30b de l'insert 30 placé en fond de gorge 15 peut comporter un méplat afin que cet insert ne soit pas en contact avec l'intersection de la paroi externe du fond de cuve et du tube car cette zone de jonction peut contenir du bore. De préférence, un contrôle de conformité dimensionnelle du cordon de soudure 35 n'est pas réalisé sur le tube 10 de la pénétration de fond de cuve après réparation, de façon à ne pas soumettre les intervenants à une 25 30 forte irradiation, mais une justification est produite par un relevé dimensionnel du cordon de soudure effectué sur la maquette, dans les mêmes conditions. Si un contrôle par ressuage révèle une non conformité, la zone défectueuse est refondue au moyen de la torche de soudage, puis un autre contrôle par ressuage est effectué sur cette zone. Bien évidemment l'ensemble des opérations de soudage et de contrôle est suivi par des caméras. La pose de l'insert avant la réalisation du cordon de soudure permet d'éviter que le bore présent entre la paroi de fond de cuve et le tube, vienne se mélanger avec la soudure au moment de la réalisation du cordon de soudure. De plus, la réalisation préalable de toutes les opérations de réparation sur une maquette sur site hors de la zone irradiée permet de garantir la faisabilité du procédé de réparation sans exposer les opérateurs à de fortes irradiations. Un tel procédé permet donc de diminuer la présence des opérateurs dans la zone irradiée. REVENDICATIONS 1. Procédé de réparation d'une pénétration de fond de cuve d'un réacteur nucléaire, ladite pénétration comportant un tube (10) fixé sur la paroi interne du fond de cuve (la) par un cordon de soudure (11) interne et débouchant à l'extérieur du fond de cuve (la) en formant avec la paroi externe (lb) dudit fond de cuve (1a) une gorge (15), caractérisé en ce qu'il consiste en les étapes suivantes : - après avoir constaté sur le tube (10) et à l'extérieur du fond de cuve (la), un dépôt de bore indiquant une fuite du cordon de soudure (11) interne, on prépare une maquette représentative de la pénétration de fond de cuve à réparer et comportant une portion de fond de cuve (100a) et un tube (20) formant avec la paroi externe (100b) de ladite portion (100a), une gorge (25), et on dispose cette maquette sur site dans une zone hors irradiation, - on fixe sur cette maquette dans la gorge (25), deux demi-inserts (30a, 30b) ayant chacun un profil correspondant au demi-profil de la gorge (25), - on réalise toujours sur cette maquette, de manière automatique par commande à distance, un cordon de soudure (35) dans la gorge (25) et on vérifie la bonne répartition des passes de soudage, - on effectue, sur la maquette, un contrôle dimensionnel du cordon de soudure (35), et après validation de ce cordon de soudure (35), - on élimine le bore de préférence par brossage sur le tube (10) de la pénétration de fond de cuve à réparer, - on effectue les étapes de fixation de deux demi-inserts (30a, 30b), puis de réalisation d'un cordon de soudure (35) de manière automatique par commande à distance, directement dans la gorge (15) de la pénétration de fond de cuve à réparer. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise le cordon de soudure (35) sur la pénétration de fond de cuve à réparer, de manière automatique, en plusieurs couches (35a, 35b, 35c,... 35n), chaque couche (35a, 35b, 35c,.... 35n) comprenant au moins une passe (36a, 36b, 36c,.... 36n). 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en cequ'on réalise les différentes couches (35a, 35b, 35c,..., 35n) au moyen d'une torche automatique de soudage à quatre axes de déplacement commandée à distance depuis une zone située hors irradiation. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après la réalisation de la première couche (35a) et de la dernière couche (35n) du cordon de soudure (35) sur la pénétration du fond de cuve à réparer, on effectue un contrôle par ressuage, et de préférence un contrôle toutes les trois couches. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'entre la réalisation de la première couche (35a) du cordon de soudure (35) sur la pénétration du fond de cuve à réparer, on effectue au moins un contrôle intermédiaire par ressuage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on réalise de manière automatique pour chaque couche (35a, 35b, 35c... 35n) au moins une passe (36a, 36b, 36c.... 36n) de soudage pour combler la gorge (15). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque demi-insert (30a, 30b) présente une section triangulaire. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle 20 du triangle de la section de chaque demi-insert (30a, 30b) placé en fond de gorge (15) comporte un méplat.