Brevet FR2902521A3 — publié le 20071221

FR 2902521 A3 20071221 FR 0605305 A 20060614 L'invention concerne en général les dispositifs de mesure par courants de Foucault, notamment pour la détection de fissures circonférentielles dans les tubes de générateur de vapeur de réacteur nucléaire. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de mesure par courants de Foucault apte à détecter des fissures transversales dans un tube longitudinal, le dispositif étant du type comprenant : - au moins un bobinage d'émission ; - des moyens pour faire passer un courant d'excitation dans le bobinage d'émission, ledit bobinage d'émission étant apte à induire des courants de Foucault dans le tube à contrôler sous l'effet du courant d'excitation ; -au moins un bobinage de réception apte à produire un signal électrique de réception sous l'effet d'un champ magnétique induit généré par les courants de Foucault ; - des moyens pour détecter le signal électrique de réception. De tels dispositifs de mesure sont utilisés pour contrôler l'existence de fissures circonférentielles dans les tubes de générateur de vapeur, au ni-veau de la plaque tubulaire. Ces tubes présentent la forme d'épingles en U. Les extrémités libres de ces tubes sont engagées dans des orifices de la plaque tubulaire prévus à cet effet. Les tubes sont fixés de manière étanche sur la surface périphérique des orifices, généralement par dudgeonnage réalisé par expansion hydraulique. Le diamètre interne de l'orifice est légère-ment supérieur au diamètre externe du tube, de telle sorte que le tronçon d'extrémité du tube engagé dans l'orifice présente un diamètre plus important. Ce tronçon d'extrémité est soumis à de fortes contraintes mécaniques. Des défauts de type fissures de corrosion sous contraintes initiées en peau externe sont susceptibles de se produire dans cette zone du tube. Ces fissures peuvent être longitudinales, c'est-à-dire parallèles à l'axe du tube, ou circonférentielles. Les sondes à courants de Foucault de l'état de la technique présen- tent le défaut de mal discriminer une fissure circonférentielle et un réseau de fissures longitudinales rapprochées les unes des autres. II en résulte que, dans certains cas, on décide de boucher un tube d'un générateur de vapeur de manière erronée, alors que la zone d'expansion du tube est saine. Ceci conduit à pénaliser inutilement la capacité d'échange thermique du générateur de vapeur. L'invention vise donc à proposer un dispositif de mesure par courants de Foucault apte à détecter des fissures transversales dans un tube longitudinal, et qui soit moins sensible aux fissures longitudinales. A cette fin, l'invention porte sur un dispositif de mesure par courants de Foucault du type décrit ci-dessus, caractérisé en ce que le dispositif pré-sente une face de contact apte à être placée en contact avec une zone du tube à contrôler, le bobinage d'émission étant apte à générer, au niveau de la face de contact, un champ magnétique inducteur présentant des lignes de champ s'étendant dans un plan sensiblement tangent à ladite face de contact, le ou chaque bobinage de réception présentant des spires toutes sensiblement parallèles audit plan tangent. Le dispositif peut également présenter une ou plusieurs des caracté- ristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possible : - le dispositif comprend un noyau magnétique en U autour duquel est bobiné le bobinage d'émission ; - le noyau magnétique présente deux branches sensiblement parallè- les et perpendiculaires audit plan tangent, le ou chaque bobinage de réception étant disposé entre les deux branches du noyau magnétique ; - le dispositif comprend un écran magnétique interposé entre le ou chaque bobinage de réception et le bobinage d'émission ; - le dispositif comprend deux bobinages de réception superposés sui- vant une direction de superposition parallèle audit plan tangent, ladite direction de superposition étant destinée à être orientée parallèlement à la direction longitudinale du tube ; - les deux bobinages de réception sont câblés en série et en opposition ; et - le bobinage d'émission est apte à créer des courants de Foucault suivant une direction parallèle à la direction de superposition des bobinages de réception. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limita-tif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe, simplifiée, d'un tronçon d'un tube 5 de générateur de vapeur engagé dans la plaque tubulaire de ce même générateur ; - la figure 2 est une vue d'un dispositif de mesure conforme à l'invention, disposé à l'intérieur du tube de la figure 1, en vue de dessus ; - la figure 3 est une vue en coupe du tube et en élévation du dispositif 10 de mesure de la figure 2, considérée selon la ligne brisée III-III de la figure 2, l'enveloppe externe de la tête de mesure n'étant pas représentée pour laisser apparaître les constituants du dispositif de mesure ; et - la figure 4 est une représentation schématique de certaines lignes de courants de Foucault induits par le dispositif de mesure dans la zone du 15 tube en regard du dispositif. Le dispositif de mesure 1 est adapté à la détection de défauts de type fissures circonférentielles en pied de tubes 2 de générateur de vapeur. Les tubes 2 du générateur de vapeur présentent des formes d'épingles en U et sont fixés à leurs deux extrémités libres 4 dans la plaque tubulaire 6 du gé- 20 nérateur de vapeur. La plaque tubulaire 6 est une plaque de forte épaisseur, disposée en partie inférieure du générateur de vapeur. Elle comporte une pluralité d'orifices traversants 8 dans lesquels sont engagées les extrémités 4 des tubes 2. Comme le montre la figure 1, chaque extrémité 4 est plaquée de manière étanche contre la paroi périphérique de l'orifice 8. L'extrémité 4 25 est par exemple dudgeonnée dans l'orifice 8. L'extrémité 4 présente un diamètre plus grand par rapport au reste du tube 2. Le tube 2 comprend donc, à distance au-dessus de la plaque tubulaire 6, un tronçon 10 de diamètre relativement plus petit, et comprend, entre le tronçon 10 et l'extrémité 4, une zone de transition 12 de diamètre allant en 30 augmentant depuis le tronçon 10 jusqu'à l'extrémité 4. Il est connu qu'il peut se produire des défauts dans la zone 12 et dans l'extrémité 4 du tube, du fait que ces zones sont soumises à des contraintes mécaniques importantes. Ces défauts sont par exemple des fissures de cor- rosion sous contraintes initiées en peau externe. On distingue deux types de fissures : les fissures circonférentielles, s'étendant le long d'une circonférence du tube 2, et les fissures longitudinales s'étendant parallèlement à l'axe du tube. Le dispositif de mesure représenté sur les figures 2 et 3 est destiné spécifiquement à la détection des fissures circonférentielles. II est prévu pour détecter des fissures d'une profondeur supérieure à 40 % de l'épaisseur des tubes, et s'étendant sur un secteur angulaire supérieure à 50 . Les dimensions réelles des éléments du dispositif de mesure ne sont pas res- pectées sur les figures 2 et 3. Ils sont, relativement au tube 2, en réalité beaucoup plus petits que dans la représentation des figures 2 et 3. Comme le montre la figure 2, le dispositif de mesure 1 comporte : -un noyau magnétique 14 en U ; - un bobinage d'émission 16 bobiné autour du noyau magnétique 14 ; - des moyens 18 pour faire passer un courant d'excitation dans le bobinage d'émission 16, le bobinage d'émission 16 étant apte à induire des courants de Foucault dans le tube 2 à contrôler sous l'effet du courant d'ex-citation ; - deux bobinages de réception 20 aptes à produire un signal électri-20 que de réception sous l'effet d'un champ magnétique induit généré par les courants de Foucault ; et - des moyens 22 pour détecter le signal électrique de réception. Le noyau 14 présente, perpendiculairement à une direction principale X (figure 3), des sections en U. Il comporte deux branches planes 24 parai- 25 lèles, mutuellement reliées par une partie centrale 26. Les branches 24 sont parallèles à un plan défini par la direction X et par une direction Y perpendiculaire à la direction X, représentée radiale par rapport au tube 2 sur la figure 2. Le noyau 14 présente, parallèlement à la direction principale X, une hauteur supérieure à la longueur des branches 24 ou de la partie centrale 30 26, cette longueur étant considérée dans un plan perpendiculaire à la direc- tion principale X. Le dispositif de mesure 1 comporte une tête de mesure 27, délimitée par une enveloppe externe 28 à l'intérieur de laquelle sont placés le noyau 14, la bobine d'émission 16 et les bobines de réception 20. L'enveloppe ex-terne comporte une face de contact 29 sensiblement cylindrique, de rayon de courbure correspondant sensiblement au rayon de courbure du tube 2 à contrôler. Cette face de contact est destinée à être placée en contact avec une zone du tube 2 à contrôler. Le dispositif de mesure 1 comporte encore des moyens (non représentés) pour déplacer la tête de mesure 27 axialement le long du tube 2, radialement pour plaquer la face de contact 29 contre la surface interne du tube 2, et circonférentiellement sur la surface interne du tube 2. Les surfaces libres 30 des deux branches 24 tournées à l'opposé de la partie centrale 26 sont placées immédiatement en regard de la face de contact 29 à l'intérieur de l'enveloppe 28. Les bobinages de réception 20 sont de petite taille au regard de la taille du bobinage d'émission 16 et du noyau 14. Ils sont placés entre des bras 24 du noyau magnétique, à proximité immédiate de la face de contact 29. Ils sont superposés suivant la direction principale X, comme le montre la figure 3. Les spires des bobinages de réception 20 sont placées de telle sorte que leur axe central est normal à la surface de contact 29. Les spires sont sensiblement tangentes à la surface de contact 29. Un écran magnétique 32 en U, par exemple une feuille de cuivre, est placé entre les branches 24 du noyau magnétique, de façon à être interposé entre le bobinage d'émission 16 et les bobinages de réception 20. Les deux bobinages de réception 20 sont câblés en série et en oppo- sition. Ils sont raccordés électriquement aux moyens de détection 22. Ces moyens sont par exemple un oscilloscope. Les moyens d'excitation 18 du bobinage d'émission sont par exemple un générateur de courant alternatif relié électriquement au bobinage d'émission 16. Le fonctionnement du dispositif de mesure 1 décrit ci-dessus va main-tenant être détaillé. Le dispositif 1 est placé à l'intérieur du tube 2 à contrôler, son axe principal X étant orienté parallèlement à l'axe du tube. Le plan médian des branches 24 et parallèle aux axes X et Y est orienté sensiblement radiale-ment par rapport au tube 2. La face de contact 29 du dispositif est placée contre la surface interne 34 du tube. Puis, la source de courant 18 envoie un courant alternatif d'excitation dans le bobinage d'émission 16. Le bobinage d'émission 16, sous l'effet du courant d'excitation, crée, au niveau de la face de contact 29, un champ magnétique inducteur présentant des lignes de champ LI s'étendant dans un plan sensiblement tangent à ladite face de contact 29. Ce plan est également tangent à la zone du tube 2 située en regard de cette zone de contact. Les lignes de champ LI sont représentées sur la figure 3. Elles pré- sentent des formes ovales, et entourent les branches 24 du noyau 14. Sous l'effet des variations du courant d'excitation, et donc du champ magnétique inducteur, des courants de Foucault sont créés dans la zone du tube située en regard de la face de contact 29. Ces courants de Foucault présentent, en l'absence de fissures dans le tube 2, des lignes de courant I s'étendant suivant des directions générales parallèles à l'axe du tube 2, comme le montre la figure 4. On notera que les spires des bobinages de réception 20, du fait de leurs petites tailles, sont parallèles au plan dans lequel s'étendent les lignes de champ LI, de sorte que le flux magnétique à travers les spires des bobinages de réception 20 est sensiblement nul. En d'autres termes, les bobinages de réception 20 sont découplés magnétiquement du bobinage d'émission 16. Par ailleurs, l'écran magnétique 32 permet d'éviter que des lignes de fuite à l'intérieur du noyau magnétique en U 14 ne viennent créer un flux magnétique au niveau des bobinages de réception 20. En l'absence de fissures dans le tube 2, les lignes de courant I créent un champ magnétique induit dont les lignes de champ sont tangentielles à la surface du tube. Ces lignes de champ ne génèrent donc aucun flux à travers les spires des bobinages de réception 20. Comme le montre la figure 4, des fissures longitudinales 34 à l'intérieur du tube 2 ne vont pratiquement pas dévier les lignes de courant I. Les lignes de champ du champ magnétique induit restent donc, dans ce cas, sensiblement tangentielles à la surface du tube et ne génèrent pratiquement aucun flux à travers les bobinages de réception 20. En revanche, comme visible sur la figure 4, une fissure circonférentielle 36 provoque une forte déviation des lignes de courant I. Les lignes de courant, dans ce cas, comportent des portions d'orientation sensiblement circonférentielles notées l' sur la figure 4 autour de la fissure 36. De ce fait, le champ magnétique induit comporte une composante normale au plan de contact 30, qui génère un flux magnétique au travers des spires des bobinages de réception 20. Les variations de cette composante normale, sous l'ef- fet des variations du courant d'excitation, vont créer un courant électrique induit dans les bobinages de réception 20. Les moyens de détection 22 vont recueillir ce signal électrique. La tête de mesure se déplace circonférentiellement autour du tube 2, et axialement le long de ce tube, afin de couvrir la totalité de la zone à contrôler. Le dispositif de mesure décrit ci-dessus présente donc de multiples avantages. Du fait que le bobinage d'émission crée un champ magnétique dont les lignes de champ s'étendent dans un plan sensiblement parallèle aux spi- res des bobinages de réception, ces bobinages sont magnétiquement dé-couplés du bobinage d'émission. Par ailleurs, les courants de Foucault induits par le bobinage d'émission dans le tube 2 sont orientés de telle façon que le champ magnétique induit ne génère pas de flux au travers des bobinages de réception en l'ab- sence de fissures dans le tube 2 ou en présence seulement de fissures longitudinales. Les courants de Foucault ne génèrent un flux magnétique induit au travers des spires des bobinages de réception 20 qu'en présence de fis-sures circonférentielles dans le tube 2. Par ailleurs, le dispositif de mesure est maintenu au contact du tube afin de minimiser les variations d'entrefer entre la face de contact et le tube quand le dispositif de mesure se déplace axialement le long de la zone convergente 12 du tube. En outre, le fait que les deux bobinages de réception soient câblés en série et en opposition permet au dispositif de fonctionner en mode différentiel. L'effet d'une perturbation identique au droit des deux bobinages, par exemple une variation d'entrefer entre la face de contact du dispositif de mesure et le tube, est annulé par soustraction des deux signaux en opposition de phase. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure par courant de Foucault apte à détecter des fissures transversales dans un tube longitudinal (2), le dispositif comprenant : - au moins un bobinage d'émission (16) ; - des moyens (18) pour faire passer un courant d'excitation dans le bobinage d'émission (16), ledit bobinage d'émission (16) étant apte à induire des courants de Foucault dans le tube (2) à contrôler sous l'effet du courant d'excitation ; - au moins un bobinage de réception (20) apte à produire un signal électrique de réception sous l'effet d'un champ magnétique induit généré par les courants de Foucault ; - des moyens (22) pour détecter le signal électrique de réception ; caractérisé en ce que le dispositif présente une face de contact (29) apte à être placée en contact avec une zone du tube (2) à contrôler, le bobinage d'émission (16) étant apte à générer au niveau de la face de contact (29) un champ magnétique inducteur présentant des lignes de champ s'étendant dans un plan sensiblement tangent à ladite face de contact (29), le ou chaque bobinage de réception (20) présentant des spires toutes sensiblement parallèles audit plan tangent. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un noyau magnétique (14) en U autour duquel est bobiné le bobinage d'émission (16). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le noyau magnétique (14) présente deux branches (24) sensiblement parallèles et perpendiculaires audit plan tangent, le ou chaque bobinage de réception (20) étant disposé entre les deux branches (24) du noyau magnétique (14). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un écran magnétique (32) interposé entre le ou chaque bobinage de récep-tion (20) et le bobinage d'émission (16). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux bobinages de réception (20) superposés suivant une direction de superposition (x) parallèle audit plan tangent, laditedirection de superposition étant destinée à être orientée parallèlement à la direction longitudinale du tube (2). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux bobinages de réception (20) sont câblés en série et en opposition. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le bobinage d'émission (16) est apte à créer des courants de Foucault suivant une direction parallèle à la direction de superposition des bobinages de réception (20).