Brevet FR3011332A1 — publié le 20150403

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE NON DESTRUCTIF D'UNE SOUDURE D'UNE PIECE DE REACTEUR NUCLEAIRE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle non destructif par ultrasons d'une soudure réalisée dans une pièce de réacteur nucléaire et notamment dans un générateur de vapeur, dans une cuve ou un pressuriseur de réacteur nucléaire. La présente invention concerne tout particulièrement le contrôle non destructif des soudures de fortes épaisseurs, c'est-à-dire des soudures d'une épaisseur supérieure ou égale à 80 mm. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Les réacteurs nucléaires comportent de nombreuses pièces réalisées par l'assemblage de plusieurs tronçons soudés entre eux. Ainsi, la cuve principale d'un réacteur nucléaire comporte une paroi constituée par des forges en acier ferritique assemblés par soudage, joints circulaires bout à bout ferritique de fortes épaisseurs. De même, les générateurs de vapeur ou encore les pressuriseurs pour réacteurs nucléaires sont réalisées à partir de tôles ou forgés assemblés par des soudures circulaires de forte épaisseur. Bien que la fabrication de telles pièces fasse l'objet de toutes les précautions, les soudures peuvent comporter des défauts qu'il est nécessaire de détecter. Pour ce faire, l'art antérieur propose une technique de contrôle non destructif des soudures qui combine la radiographie et une méthode de contrôle manuel par ultrasons de la soudure. Toutefois, une telle technique est longue, elle nécessite de nombreux points de mesure, de nombreux réglages manuels, et en outre, elle nécessite d'avoir accès à l'intérieur et à l'extérieur des pièces à contrôler, ce qui n'est pas toujours aisé. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé et un dispositif de contrôle non destructif des soudures de pièces pour réacteur nucléaire qui soit plus rapide que ceux de l'art antérieur, plus simple et qui ne nécessite pas d'avoir accès à l'intérieur des pièces. Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de contrôle volumique des soudures qui soit plus fiable que ceux de l'art antérieur et qui ne nécessite qu'un nombre limité d'acquisitions. Pour ce faire, l'invention propose de réaliser le contrôle non destructif des soudures de pièces pour réacteur nucléaire par une combinaison de la technique TOFD (Time of flight diffraction), également appelée « mesure du temps de vol» et de la technique phased-array, également appelée « multiélément », de façon à réaliser un contrôle automatisé de la soudure qui peut être effectué lors d'une seule acquisition des données. Plus précisément, l'invention propose un procédé de contrôle non destructif d'une soudure dans une pièce pour réacteur nucléaire comportant une surface extérieure, la soudure comportant une première zone proche de la surface extérieure et une deuxième zone plus éloignée de la surface extérieure, le procédé utilisant : - Un premier capteur TOFD monoélément pour sonder la première zone de la soudure; - Un capteur TOFD multiélément pour sonder la deuxième zone de la soudure. On appelle « capteur TOFD monoélément » un capteur implémentant la technique TOFD conventionnelle. Un tel capteur comporte un émetteur monoélément et un récepteur monoélément. On appelle « capteur TOFD multiélément » un capteur implémentant la technique TOFD multiélément. Un tel capteur comporte un émetteur TOFD multiélément et un récepteur multiélément. Ainsi, l'invention propose de combiner la technique TOFD monoélément, qui est la technique TOFD conventionnelle, pour sonder la zone proche de la surface extérieure de la pièce, avec la technique TOFD multiélément pour sonder la zone de la soudure qui est la plus éloignée de la surface extérieure. Ainsi, à l'aide d'un nombre limité de capteurs, on peut sonder une soudure de forte épaisseur de manière précise. En effet, le procédé est particulièrement destiné à des soudures d'épaisseur comprises entre 100 et 300 mm, et de préférence comprise entre 100 et 250 mm. Le procédé selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises indépendamment ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Avantageusement, la première zone présente une épaisseur strictement inférieure à celle de la deuxième zone, ce qui permet de sonder précisément la zone proche de la surface extérieur de la soudure. La zone proche de la surface extérieure de la pièce, appelée « première zone » est de préférence située à une profondeur comprise entre 0 et 10 mm par rapport à la surface extérieure de la pièce. La première zone est de préférence située juste sous la surface extérieure de la pièce. La technique TOFD monoélément dans la première zone est de préférence mise en oeuvre avec une première fréquence, de préférence égale à 7.5 MHz. La deuxième zone est de préférence située à une profondeur supérieure à 30 mm, de préférence supérieure à 35 mm. La deuxième zone présente de préférence une épaisseur comprise entre 100 et 300 mm. Ainsi, l'ensemble de la deuxième zone, qui présente une épaisseur importante est contrôlée à l'aide d'un seul capteur, ce qui permet un gain de temps. La deuxième zone est de préférence située à une profondeur comprise entre 30 et 250 mm, plus préférentiellement entre 35 et 250 mm. La technique TOFD multiélément dans la deuxième zone est de préférence 25 mise en oeuvre avec une deuxième fréquence, de préférence égale à 2 MHz Avantageusement, la soudure comporte en outre une troisième zone située entre la première zone et la deuxième zone, le procédé utilisant un deuxième capteur TOFD monoélément pour sonder la troisième zone de la soudure. La troisième zone est de préférence située à une profondeur comprise entre 5 30 et 40 mm, de préférence entre 6 et 36 mm. La troisième zone présente de préférence une épaisseur comprise entre 10 et 40 mm, de manière plus préférentielle entre 10 et 30 mm. Chaque capteur TOFD comporte de préférence un émetteur et un récepteur situés de part et d'autre de la soudure. L'émetteur et le récepteur du premier capteur TOFD monoélément sont de préférence espacés d'une première distance Dl. L'émetteur et le récepteur du capteur TOFD multiélément sont de préférence 5 espacés d'une deuxième distance D3. L'émetteur et le récepteur du deuxième capteur TOFD monoélément sont de préférence espacés d'une troisième distance D3. L'émetteur et le récepteur de chaque capteur TOFD sont de préférence disposés selon un axe perpendiculaire à la soudure. 10 Avantageusement, le procédé de contrôle utilise en outre une première sonde multiélément émettant des faisceaux d'ondes transversales. Cette première sonde multiélément comporte de préférence un émetteur et un récepteur situés d'un même côté de la soudure. L'émetteur et le récepteur de la première sonde multiélément sont de 15 préférence alignés selon un axe parallèle à l'axe de la soudure. Avantageusement, la première sonde multiélément émet des faisceaux présentant des angles réfractés compris entre 45 et 70°. Avantageusement, la première sonde multiélément émet un faisceau suivant un angle de désorientation compris entre -15° et +15° de façon à optimiser la surface 20 réfléchissante de la soudure. Avantageusement, le procédé utilise en outre une deuxième sonde multiélément qui permet de rechercher des défauts transversaux. Un autre aspect de l'invention concerne également un dispositif de contrôle non destructif d'une soudure dans une pièce pour réacteur nucléaire, le dispositif 25 comportant une platine sur laquelle sont fixés : - Un premier capteur TOFD monoélément pour sonder une première zone de la soudure; - Un capteur TOFD multiélément pour sonder une deuxième zone de la soudure. 30 Chaque capteur TOFD monoélément comporte un émetteur TOFD monoélément et un récepteur TOFD monoélément. Le capteur TOFD multiélément comporte un émetteur TOFD multiélément et un récepteur TOFD multiélément. Avantageusement, le dispositif comporte en outre un deuxième capteur TOFD monoélément pour sonder une troisième zone de la soudure. Le dispositif comporte également de préférence une première sonde multiélément. Le dispositif comporte également de préférence une deuxième sonde multiélément. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - La figure 1, une vue de dessus d'une pièce contrôlée par un procédé selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2, une vue en coupe d'une pièce contrôlée par un procédé selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 3, une vue en coupe d'une pièce contrôlée par un procédé selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 4, une vue de côté d'une sonde multiélément utilisée par un procédé selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 5, une vue en perspective de la sonde de la figure 4 ; - Les figures 6 et 7, des vues de dessus de la sonde de la figure 4 ; - La figure 8, une vue de dessus d'une pièce contrôlée par un procédé de contrôle selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 9, une vue en coupe d'une pièce contrôlée par un procédé selon un mode de réalisation de l'invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION La figure 1 représente une vue de dessus d'une pièce dont on veut contrôler la soudure 1 avec un dispositif et un procédé de contrôle selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de contrôle 2 utilisé est représenté sur la figure 1. Ce dispositif de contrôle 2 comporte une platine 3 sur laquelle sont fixés : - Un premier capteur TOFD monoélément 4 permettant de sonder une première zone z1 de la soudure; - Un capteur TOFD multiélément 5 permettant de sonder une deuxième zone z2 de la soudure ; - un deuxième capteur TOFD monoélément 6 permettant de sonder une troisième zone z3 de la soudure. Le premier capteur TOFD monoélément 4 comporte un émetteur TOFD monoélément 7 et un récepteur TOFD monoélément 8. L'émetteur 7 et le récepteur 8 sont alignés suivant un axe 11 perpendiculaire à l'axe suivant lequel s'étend la soudure 1. La distance D1 entre l'émetteur 7 et le récepteur 8 est choisie de façon à ce que le premier capteur 4 permette de contrôler la zone z1 de la soudure qui est située directement sous la surface extérieure 10 de la pièce à contrôler. La zone z1 est de préférence située à une profondeur pl comprise entre 1.5 et 9.5 mm par rapport à la surface extérieure de la pièce. Le deuxième capteur TOFD monoélément 6 comporte un émetteur TOFD monoélément 12 et un récepteur TOFD monoélément 13. L'émetteur 12 et le récepteur 13 sont alignés suivant un axe 14 perpendiculaire à l'axe suivant lequel s'étend la soudure 1. La distance D3 entre l'émetteur 12 et le récepteur 13 est choisie de façon à ce que le deuxième capteur 6 permette de contrôler la zone z3 de la soudure qui est située sous la zone zl. La zone z3 est de préférence située à une profondeur p3 comprise entre 6 et 36 mm par rapport à la surface extérieure de la pièce. Le capteur TOFD multiélément 5 comporte un émetteur TOFD multiélément 15 et un récepteur TOFD multiélément 16. L'émetteur 15 et le récepteur 16 sont alignés suivant un axe 17 perpendiculaire à l'axe suivant lequel s'étend la soudure 1. La distance D2 entre l'émetteur 15 et le récepteur 16 est choisie de façon à ce que le capteur TOFD multiélément permette de contrôler la zone z2 de la soudure qui est située sous la zone z3. La zone z2 de la soudure est de préférence située à une profondeur p2 comprise entre 35 et 250 mm par rapport à la surface extérieure de la pièce. L'émetteur TOFD multiélément 15 peut par exemple comporter seize éléments, chaque élément implémentant la technique TOFD. Chaque élément de l'émetteur TOFD multiélément peut être contrôlé indépendamment des autres éléments de façon à émettre un faisceau ultrasonore permettant de sonder une partie de la zone z2 de la soudure. Pour cela, des paramètres de contrôle sont insérés dans un calculateur et des lois de retard à l'impulsion sur les éléments sont définies. Chaque élément a une fonction en angle et profondeur de détection. La technique TOFD est ainsi implémentée sur la base d'une combinaison de capteurs conventionnels pour les zones z1, z2 proches de la surface et multiélément pour la zone z2 plus éloignée de la surface extérieure. L'épaisseur à inspecter est divisée en plusieurs zones. Chaque zone est inspectée par une configuration TOFD dédiée. Les zones z1, z2, z3 ont été définies sur la base de simulations et d'essais pratiques sur des blocs avec entailles. On peut ainsi contrôler des épaisseurs comprises entre 35 et 250 mm avec la technique TOFD, ce qui n'était pas le cas dans l'art antérieur. Les acquisitions ainsi réalisées sont exploitables selon deux méthodes : en balayage parallèle à la soudure et non parallèle à la soudure. Le premier et le deuxième capteurs TOFD monoélément travaillent de préférence à une fréquence de 7.5 MHz. Le capteur TOFD multiélément travaille de préférence à une fréquence de 2 MHz. La platine 3 comporte également une première sonde multiélément 18 comportant un émetteur multiélément 19 et un récepteur multiélément 20. Cette première sonde multiélément 18 permet de faire varier l'angle d'ouverture de 45° à 70° et l'angle de skew, de préférence de -15 à + 15°, comme représenté sur les figures 5 et 6. L'émetteur multiélément 19 et le récepteur multiélément 20 sont disposés d'un même côté de la soudure. L'émetteur multiélément 19 est représenté plus précisément sur les figures 4 à 5. L'émetteur multiélément 19 comporte une matrice de 56 éléments individuels 21 pouvant chacun être pilotés indépendamment. Ces éléments individuels 21 sont connectés à des électroniques de pilotage adaptées permettant d'émettre et de recevoir indépendamment et simultanément sur chacune des voies. Ces électroniques doivent également pouvoir appliquer à l'émission et à la réception des retards électroniques différents pour chaque voie. On remplace le balayage mécanique traditionnel par un balayage électronique beaucoup plus rapide ce qui permet de détecter des défauts longitudinaux et transversaux. La focalisation électronique permet d'utiliser un seul capteur pour travailler à différentes profondeurs. La déflexion électronique autorise la variation des angles d'incidence avec un seul capteur. La sonde multiélément 18 permet de générer des ondes transversales avec des angles réfractés de 45° à 70° et une désorientàion de -15° à +15°, appelée « skew » en anglais. La platine 3 comporte également une deuxième sonde multiélément 22. Comme représenté sur la figure 8, la platine 3 ainsi formée se déplace par rapport à la soudure selon le chemin 24, selon un axe x et selon un axe y. L'acquisition des données ultrasonores se réalise par un balayage « raster ». La résolution de l'axe x définit les points d'acquisition spatiaux dans le sens de l'orientation du faisceau des capteurs qui visent la soudure perpendiculairement. La résolution de l'axe y définit les points d'acquisition spatiaux dans le sens de l'orientation du faisceau des capteurs qui visent parallèlement à la soudure. En référence à la figure 9, les capteurs multiéléments sont positionnés afin d'obtenir une amplitude de balayage optimisée pour un angle de 60°. La platine selon l'invention permet donc de déplacer en même temps tous les capteurs et avec la même amplitude par rapport à la soudure. Elle permet en outre de contrôler des soudures épaisses uniquement par la surface extérieure de la pièce à contrôler. Naturellement, l'invention est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.25 REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle non destructif d'une soudure (1) dans une pièce pour réacteur nucléaire, la pièce comportant une surface extérieure (10), la soudure (1) comportant une première zone (z1) proche de la surface extérieure (10) et une deuxième zone (z2) plus éloignée de la surface extérieure (10), le procédé utilisant : - Un premier capteur TOFD monoélément (4) pour sonder la première zone (z1) de la soudure (1); - Un capteur TOFD multiélément (5) pour sonder la deuxième zone (z2) de la soudure (1).2. 3. 4. 5. 6. 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la première zone (z1) est située à une profondeur (p1) comprise entre 0 et 10 mm. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la deuxième zone (z2) est située à une profondeur (p2) comprise entre 30 et 300 mm. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la soudure (1) comporte en outre une troisième zone (z3) située entre la première zone (z1) et la deuxième zone (z2), le procédé utilisant un deuxième capteur TOFD monoélément (6) pour sonder la troisième zone (z3) de la soudure (1). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la troisième zone (z3) est située à une profondeur comprise entre 5 et 40 mm. Procédé selon l'une des revendications précédentes, utilisant en outre une première sonde multiélément (18) émettant des faisceaux d'ondes transversaux. Procédé selon l'une des revendications précédentes, utilisant en outre une deuxième sonde multiélément (22).8. Dispositif de contrôle non destructif d'une soudure dans une pièce pour réacteur nucléaire, le dispositif comportant une platine (3) sur laquelle sont fixés : - Un premier capteur TOFD monoélément (4) pour sonder une première zone (z1) de la soudure (1); - Un capteur TOFD multiélément (5) pour sonder une deuxième zone (z2) de la soudure (1). 9. Dispositif de contrôle selon la revendication précédente, comportant en outre un deuxième capteur TOFD monoélément (6) apte à sonder une troisième zone (z3) de la soudure (1). 10. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 8 ou 9, comportant en outre une première sonde multiélément (18). 11. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 8 à 10, comportant en outre deuxième sonde multiélément (22).