FR2723869A1 - Replacing welded joint between dissimilar steel pipes in nuclear reactor - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé de réparation d'une liaison soudée hétérogène entre une tubulure d'un composant d'un réacteur nucléaire en acier de construction faiblement allié, appelé acier ferritique, et une tuyauterie en acier inoxydable austénitique. The invention relates to a method for repairing a heterogeneous welded connection between a pipe of a component of a nuclear reactor made of low-alloy structural steel, called ferritic steel, and a pipe made of austenitic stainless steel.
Les réacteurs nucléaires, et en particulier les réacteurs nucléaires à eau sous pression, comportent des composants tels que la cuve du réacteur, les générateurs de vapeur et le pressuriseur qui sont réalisés en acier de construction à haute résistance faiblement allié, revêtus intérieurement d'une couche d'acier inoxydable et reliés par l'intermédiaire d'une ou plusieurs tubulures, à une ou plusieurs tuyauteries en acier inoxydable austénitique constituant par exemple des canalisations de liaison au circuit primaire du réacteur. Nuclear reactors, and in particular pressurized water nuclear reactors, comprise components such as the reactor vessel, the steam generators and the pressurizer which are made of high-strength low-alloy structural steel, coated internally with a layer of stainless steel and connected via one or more pipes, to one or more austenitic stainless steel pipes constituting for example connecting pipes to the primary circuit of the reactor.
La cuve d'un réacteur nucléaire présente une forme générale cylindrique et comporte une virole portetubulures dans laquelle sont formées un ensemble de tubulures permettant le raccordement de la cuve aux tuyauteries des différentes boucles. The vessel of a nuclear reactor has a generally cylindrical shape and comprises a tubing holder shell in which a set of tubes is formed allowing the connection of the vessel to the pipes of the various loops.
Les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent une boîte à eau ayant une paroi de forme hémisphérique constituant la partie inférieure du générateur de vapeur, dans laquelle sont formées deux tubulures qui sont reliées par soudage à deux canalisations du circuit primaire du réacteur. The steam generators of nuclear pressurized water reactors comprise a water box having a hemispherical wall constituting the lower part of the steam generator, in which two pipes are formed which are connected by welding to two pipes of the primary circuit of the reactor. .
Le pressuriseur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comporte une enveloppe de forme générale cylindrique ayant deux fonds bombés, le fond inférieur présentant une tubulure de raccordement au circuit primaire du réacteur nucléaire par l'intermédiaire d'une tuyauterie d'expansion en acier inoxydable austénitique, le fond supérieur étant raccordé de la même manière à d'autres tuyauteries en acier inoxydable austénitique. The pressurizer of a pressurized water nuclear reactor has a generally cylindrical casing having two domed bottoms, the lower bottom having a connection pipe to the primary circuit of the nuclear reactor via a steel expansion pipe. austenitic stainless steel, the upper bottom being connected in the same way to other austenitic stainless steel pipes.
Dans tous les cas, les tubulures de raccordement du composant qui sont en acier de construction et revêtues intérieurement d'acier inoxydable doivent être fixées par soudage bout à bout sur une tuyauterie en acier inoxydable austénitique. In all cases, the component connection pipes, which are made of structural steel and lined with stainless steel internally, must be fixed by butt welding to austenitic stainless steel piping.
Il est donc nécessaire de réaliser une soudure de jonction hétérogène entre la tubulure et la tuyauterie, cette soudure hétérogène étant généralement réalisée en utilisant un alliage de nickel comme métal d'apport pour le remplissage d'un chanfrein ménagé entre la tubulure et la tuyauterie ou entre la tubulure et un tronçon intermédiaire de raccordement en acier inoxydable austénitique. It is therefore necessary to make a heterogeneous junction weld between the tubing and the piping, this heterogeneous weld being generally carried out using a nickel alloy as filler metal for filling a chamfer formed between the tubing and the piping or between the tubing and an intermediate connection section in austenitic stainless steel.
Préalablement à la réalisation de la soudure hétérogène entre la tubulure et la tuyauterie ou le tronçon intermédiaire, il est nécessaire de déposer une couche épaisse d'alliage de nickel, souvent nommée "beurrage", sur la partie d'extrémité de la tubulure constituant une surface de délimitation du chanfrein dans lequel on dépose le métal d'apport, lors du soudage. Before carrying out the heterogeneous weld between the tubing and the piping or the intermediate section, it is necessary to deposit a thick layer of nickel alloy, often called "buttering", on the end part of the tubing constituting a chamfer delimitation surface in which the filler metal is deposited, during welding.
Des contrôles effectués par ressuage de la zone de liaison hétérogène entre les tubulures et les tuyauteries des réacteurs nucléaire à eau sous pression ont mis en évidence, dans certains cas, des défauts dans ces zones de liaison. Inspections carried out by penetrant testing of the heterogeneous connection zone between the pipes and the piping of pressurized water nuclear reactors have revealed, in certain cases, faults in these connection zones.
Bien que les défauts détectés à ce jour ne portent pas atteinte réellement à la sureté de la liaison soudée en ce qui concerne son étanchéité et sa résistance, il est préférable d'envisager des réparations des liaisons soudées présentant des défauts, de manière à éviter tout risque d'évolution de ces défauts pendant l'utilisation du réacteur nucléaire, les tubulures et tuyauteries étant soumises au contact de l'eau sous pression du réacteur à très haute température et sous une très forte pression. Although the faults detected to date do not really affect the safety of the welded connection with regard to its tightness and resistance, it is preferable to envisage repairs of the welded connections presenting defects, so as to avoid any risk of these faults developing during the use of the nuclear reactor, the tubes and pipes being subjected to contact with pressurized water from the reactor at very high temperature and under very high pressure.
Une opération de réparation de la liaison soudée hétérogène entre une tubulure et une tuyauterie en acier inoxydable austénitique présente des difficultés, du fait que le composant et la tuyauterie ont été activés pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire et qu'il faut en conséquence effectuer la réparation en zone irradiée. De plus, la réparation qui pose des problèmes métallurgiques importants doit être effectuée dans une zone généralement exiguë à proximité du composant logé dans le bâtiment du réacteur. I1 est donc nécessaire de réaliser les opérations de réparation en utilisant des dispositifs de soudage automatique et en diminuant les temps d'intervention en zone fortement irradiée. An operation to repair the heterogeneous welded connection between a tubing and austenitic stainless steel piping presents difficulties, since the component and the piping were activated during the operation of the nuclear reactor and it is therefore necessary to carry out the repair in the irradiated area. In addition, the repair which poses significant metallurgical problems must be carried out in a generally confined area near the component housed in the reactor building. It is therefore necessary to carry out repair operations using automatic welding devices and reducing intervention times in highly irradiated areas.
Pour refaire la soudure hétérogène, il est d'autre part nécessaire d'effectuer un usinage de l'extrémité de la tubulure et de revêtir l'extrémité réusinée par une couche de beurrage en alliage de nickel. To remake the heterogeneous weld, it is also necessary to perform a machining of the end of the tubing and to coat the reworked end with a layer of buttering in a nickel alloy.
I1 faut également reconstituer la couche de revêtement inoxydable destinée à venir en contact avec l'eau sous pression du réacteur nucléaire, à l'intérieur de la liaison soudée. It is also necessary to reconstitute the layer of stainless coating intended to come into contact with the pressurized water of the nuclear reactor, inside the welded connection.
Les opérations de réparation sont donc généralement très délicates et très difficiles à mettre en oeuvre. Repair operations are therefore generally very delicate and very difficult to implement.
Dans le cas de la réparation de la liaison soudée de la ligne d'expansion d'un pressuriseur, il est également nécessaire de tenir compte de la présence d'une manchette thermique dans une disposition coaxiale à l'intérieur de la tubulure dans sa zone de jonction avec la tuyauterie. In the case of repairing the welded connection of the expansion line of a pressurizer, it is also necessary to take into account the presence of a thermal sleeve in a coaxial arrangement inside the tubing in its area junction with the piping.
Dans tous les cas, il est nécessaire de contrôler soigneusement la soudure hétérogène réalisée lors de la réparation, et de faciliter les inspections ultérieures appelées "inspections en service" auxquelles cette zone est soumise, ces opérations étant difficiles à mettre en oeuvre, en particulier dans le cas où la tubulure comporte une manchette thermique. In all cases, it is necessary to carefully control the heterogeneous weld produced during the repair, and to facilitate the subsequent inspections called "in-service inspections" to which this area is subjected, these operations being difficult to carry out, in particular in the case where the tubing includes a thermal cuff.
Jusqu'ici, on ne connaissait pas de procédé de réparation d'une liaison soudée hétérogène entre une tubulure et une tuyauterie qui puisse être mis en oeuvre de manière simple, avec une qualité parfaite de la réparation et une possibilité de contrôle de la soudure hétérogène réalisée. Hitherto, there has been no known method of repairing a heterogeneous welded connection between a pipe and a pipe which can be implemented in a simple manner, with perfect quality of repair and a possibility of controlling heterogeneous welding. carried out.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de réparation d'une liaison soudée hétérogène entre une tubulure d'un composant d'un réacteur nucléaire en acier de construction faiblement allié, appelé acier ferritique, et une tuyauterie en acier inoxydable austénitique, ce procédé pouvant être réalisé de manière simple, avec une qualité d'exécution parfaite et des possibilités de contrôle simple des soudures réalisées et en particulier de la soudure hétérogène entre l'acier ferritique et l'acier austénitique. The object of the invention is therefore to propose a method of repairing a heterogeneous welded connection between a pipe of a component of a nuclear reactor made of low-alloy structural steel, called ferritic steel, and a piping made of austenitic stainless steel , this process being able to be carried out in a simple manner, with a perfect quality of execution and possibilities for simple control of the welds produced and in particular of the heterogeneous weld between ferritic steel and austenitic steel.
Dans ce but
- on découpe et on sépare de la tubulure et de la tuyauterie, un tronçon tubulaire de liaison comportant une partie au moins de la liaison soudée,
- on réalise un tronçon tubulaire de remplacement ayant une longueur adaptée à la longueur axiale du tronçon de liaison, par soudage bout à bout d'une première pièce tubulaire en acier ferritique et d'une seconde pièce tubulaire en acier inoxydable austénitique,
- on soude bout à bout l'extrémité libre de la première pièce du tronçon de remplacement située à l'opposé de la seconde pièce, sur l'extrémité libre de la tubulure séparée du tronçon de liaison et laissée en attente, de manière que l'extrémité libre de la seconde pièce soit disposée en vis-à-vis de l'extrémité libre laissée en attente de la tuyauterie, et
- on raccorde par soudage l'extrémité libre de la seconde pièce du tronçon de remplacement située à l'op- posé de la première pièce, à l'extrémité laissée en at tente de la tuyauterie en acier inoxydable austénitique, pour refermer complètement l'espace entre l'extrémité libre de la seconde pièce du tronçon de remplacement et la tuyauterie.For this reason
- a tubular connecting section comprising at least part of the welded connection is cut and separated from the tubing and the piping,
a replacement tubular section is produced having a length adapted to the axial length of the connecting section, by butt welding of a first tubular piece of ferritic steel and of a second tubular piece of austenitic stainless steel,
- The free end of the first part of the replacement section situated opposite the second part is welded end to end, on the free end of the tubing separated from the connecting section and left waiting, so that the the free end of the second part is disposed facing the free end left waiting for the piping, and
- the free end of the second part of the replacement section located opposite the first part is connected by welding to the end left in a tent of the austenitic stainless steel piping, in order to completely close the space between the free end of the second part of the replacement section and the piping.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation du procédé de réparation suivant l'invention, dans le cas de la liaison soudée entre la tubulure d'un pressuriseur et la tuyauterie d'expansion de ce pressuriseur reliée à une canalisation du circuit primaire d'un réacteur nucléaire. In order to clearly understand the invention, we will now describe, by way of nonlimiting example, with reference to the attached figures, an embodiment of the repair method according to the invention, in the case of the connection. welded between the tubing of a pressurizer and the expansion piping of this pressurizer connected to a pipe of the primary circuit of a nuclear reactor.
La figure 1 est une vue partielle en élévation de la partie inférieure du pressuriseur et de la tuyauterie d'expansion. Figure 1 is a partial elevational view of the bottom of the pressurizer and the expansion piping.
La figure 2 est une vue en coupe axiale d'un tronçon tubulaire de remplacement d'un tronçon de liaison entre la tubulure et la tuyauterie d'expansion du pressuriseur, pour la mise en oeuvre du procédé de réparation suivant l'invention. Figure 2 is an axial sectional view of a tubular section for replacing a connecting section between the tubing and the expansion pipe of the pressurizer, for the implementation of the repair process according to the invention.
Les figures 3A, 3B, 3C et 3D sont des vues en coupe axiale d'une partie du pressuriseur et de sa tuyauterie d'expansion, au cours de différentes phases successives du procédé de réparation suivant l'invention. FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D are views in axial section of a part of the pressurizer and of its expansion piping, during different successive phases of the repair process according to the invention.
Les figures 4A, 4B et 4C sont des vues en élévation et en coupe partielle d'un pressuriseur, d'une cuve et d'un générateur de vapeur et de leurs tubulures de raccordement. FIGS. 4A, 4B and 4C are views in elevation and in partial section of a pressurizer, a tank and a steam generator and their connection pipes.
Sur la figure 1, on voit la partie inférieure 1 de l'enveloppe d'un pressuriseur comportant un fond de forme hémisphérique reposant par l'intermédiaire d'un support 3 sur un plancher 4 du bâtiment d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. In Figure 1, we see the lower part 1 of the casing of a pressurizer having a hemispherical bottom resting by means of a support 3 on a floor 4 of the building of a nuclear pressurized water reactor .
Une tubulure 2 solidaire du fond du pressuriseur dans sa partie centrale permet d'assurer le raccordement entre le pressuriseur et une tuyauterie d'expansion 5 reliée, à l'une de ses extrémités, à la tubulure 2 et, à son extrémité opposée non représentée, à une canalisation du circuit primaire du réacteur nucléaire. La tuyauterie d'expansion 5 met en communication le volume intérieur du pressuriseur avec une branche de l'une des boucles du circuit primaire. La tuyauterie 5 assure la liaison entre le circuit primaire et le volume intérieur du pressuriseur dans lequel pénètrent, à travers le fond bombé, des cannes chauffantes 6 reliées à une source électrique et permettant de participer à la régulation de pression du circuit primaire rempli d'eau, par dégagement de chaleur et de maîtriser l'évaporation dans le pressuriseur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. A tube 2 secured to the bottom of the pressurizer in its central part makes it possible to ensure the connection between the pressurizer and an expansion pipe 5 connected, at one of its ends, to the tube 2 and, at its opposite end not shown , to a pipeline in the primary circuit of the nuclear reactor. The expansion pipe 5 communicates the interior volume of the pressurizer with a branch of one of the loops of the primary circuit. The piping 5 provides the connection between the primary circuit and the interior volume of the pressurizer into which penetrate, through the convex bottom, heating rods 6 connected to an electrical source and making it possible to participate in the pressure regulation of the primary circuit filled with water, by generating heat and controlling evaporation in the pressurizer of a pressurized water nuclear reactor.
Par l'intermédiaire du pressuriseur dont le volume intérieur communique avec le circuit primaire, on assure le maintien en pression de l'eau de refroidissement du circuit primaire. By means of the pressurizer, the internal volume of which communicates with the primary circuit, the cooling water of the primary circuit is kept under pressure.
La tuyauterie d'expansion 5 comporte une branche droite 5a sensiblement horizontale qui est reliée, par l'intermédiaire d'un embout 5b et d'un coude 5c, à un tronçon 5d sensiblement vertical passant à travers le plancher 4 de support du pressuriseur 1 et relié à son extrémité supérieure à la tubulure 2 du pressuriseur. The expansion piping 5 comprises a substantially horizontal straight branch 5a which is connected, by means of a nozzle 5b and an elbow 5c, to a substantially vertical section 5d passing through the floor 4 for supporting the pressurizer 1 and connected at its upper end to the tubing 2 of the pressurizer.
La tuyauterie d'expansion 5 qui est fixée par soudage sur une canalisation du circuit primaire est réalisée en une nuance d'acier identique à la nuance d'acier dans laquelle sont réalisées les canalisations du circuit primaire. Généralement, les canalisations du circuit primaire et la tuyauterie d'expansion 5 sont en un acier inoxydable austénitique à faible teneur carbone. The expansion pipe 5 which is fixed by welding to a pipe of the primary circuit is produced in a steel grade identical to the steel grade in which the pipes of the primary circuit are made. Generally, the primary circuit pipes and the expansion piping 5 are made of low carbon austenitic stainless steel.
La paroi du pressuriseur 1 et la tubulure 2 sont en un acier de construction faiblement allié tel que l'acier 16 MND 5 à 0,16 % de carbone. The wall of the pressurizer 1 and the tubing 2 are made of a low alloyed structural steel such as 16 MND 5 steel with 0.16% carbon.
De ce fait, la soudure 8 entre l'extrémité du tronçon vertical 5d de la tuyauterie d'expansion 5 et la tubulure 2 est une soudure hétérogène joignant deux aciers de nuances très différentes. Therefore, the weld 8 between the end of the vertical section 5d of the expansion pipe 5 and the pipe 2 is a heterogeneous weld joining two steels of very different shades.
Cette jonction 8 par soudure hétérogène est généralement appelée liaison bimétallique. This junction 8 by heterogeneous welding is generally called bimetallic connection.
Par la suite, pour distinguer les aciers constituant les composants chaudronnés tels que les pressuriseurs et leurs tubulures de jonction, des aciers inoxydables austénitiques constituant les tuyauteries de liaison, on désignera ces aciers comme aciers ferritiques. Subsequently, to distinguish the steels constituting the boilermaking components such as pressurizers and their connecting pipes, austenitic stainless steels constituting the connecting pipes, these steels will be designated as ferritic steels.
On effectue, dans le cadre du contrôle des composants des réacteurs nucléaires, un contrôle périodique de la liaison bimétallique entre la tubulure du pressuriseur et la tuyauterie d'expansion. Within the framework of the control of the components of the nuclear reactors, a periodic check of the bimetallic connection between the tubing of the pressurizer and the expansion piping is carried out.
Dans le cas où des anomalies sont décelées au niveau de cette liaison bimétallique, par exemple dans le cas où l'on décèle des fissures ou amorces de fissure, il peut être nécessaire d'effectuer une réparation de la liaison soudée entre la tubulure et la tuyauterie, de manière à obtenir une liaison bimétallique exempte de défaut. In the event that anomalies are detected at the level of this bimetallic connection, for example in the case where cracks or crack initiations are detected, it may be necessary to repair the welded connection between the tubing and the piping, so as to obtain a defect-free bimetallic connection.
Cette réparation peut être effectuée de manière avantageuse par le procédé selon l'invention. This repair can be carried out advantageously by the method according to the invention.
De manière générale, ce procédé consiste à découper et à séparer de la tubulure et de la tuyauterie un tronçon de liaison entre la tubulure et la tuyauterie comportant une partie au moins de la liaison bimétallique 8, puis à fixer par soudure un tronçon de remplacement sur la tubulure et sur la tuyauterie. In general, this method consists in cutting and separating from the tubing and the piping a connecting section between the tubing and the piping comprising at least one part of the bimetallic connection 8, then fixing by welding a replacement section on the tubing and on the piping.
Un tronçon de remplacement permettant la mise en oeuvre de l'invention a été représenté sur la figure 2. A replacement section allowing the implementation of the invention has been shown in FIG. 2.
Le tronçon de remplacement 10 est constitué par une première pièce tubulaire 9 et une seconde pièce tubulaire 11 assemblées entre elles par soudage bout à bout. The replacement section 10 is constituted by a first tubular part 9 and a second tubular part 11 assembled together by butt welding.
Les opérations d'élaboration du tronçon de remplacement 10 peuvent être réalisées en usine, de sorte qu'on dispose pour la réalisation du tronçon 10 de tous les moyens d'usinage, de soudage et de traitement thermique d'une usine de fabrication de composants nucléaires. The operations for preparing the replacement section 10 can be carried out in the factory, so that all the machining, welding and heat treatment means of a component manufacturing plant are available for the production of the section 10. nuclear.
La première pièce tubulaire 9 du tronçon 10 est une pièce en acier ferritique de la même nuance que la nuance constituant la paroi et la tubulure du pressuriseur. The first tubular part 9 of the section 10 is a ferritic steel part of the same grade as the grade constituting the wall and the tubing of the pressurizer.
La première pièce tubulaire 9 en acier ferritique est usinée à ses extrémités, de manière à présenter deux bords chanfreinés 9a et 9b ayant une forme géométrique bien définie. The first tubular piece 9 of ferritic steel is machined at its ends, so as to present two chamfered edges 9a and 9b having a well defined geometric shape.
Le bord chanfreiné 9a est délimité vers l'intérieur par un rebord annulaire 9'a légèrement en saillie vers l'extérieur dans la direction axiale et usiné sur sa face interne pour constituer une gorge 9"a. The chamfered edge 9a is delimited inwards by an annular rim 9'a slightly projecting outwards in the axial direction and machined on its internal face to form a groove 9 "a.
On réalise le revêtement du second bord chanfreiné 9b de forme tronconique, par une couche épaisse d'alliage de nickel 12, appelée couche de beurrage. Ce revêtement est réalisé par fusion et dépôt d'un fil en alliage de nickel en utilisant une installation de soudage qui peut être manuelle ou automatique. The second chamfered edge 9b of frustoconical shape is coated with a thick layer of nickel alloy 12, called a buttering layer. This coating is produced by melting and depositing a nickel alloy wire using a welding installation which can be manual or automatic.
La seconde pièce tubulaire 11 est réalisée en acier inoxydable austénitique et mise en forme et usinée de manière à présenter une première partie d'extrémité délimitée par un bord chanfreiné tronconique Ila dont l'épaisseur est sensiblement égale à l'épaisseur de la première pièce 9 et une seconde partie d'extrémité délimitée par un bord chanfreiné lib de forme tronconique ayant une épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur de la première extrémité, cette épaisseur étant sensiblement égale à l'épaisseur de la paroi de la tuyauterie d'expansion 5 du pressuriseur. The second tubular part 11 is made of austenitic stainless steel and shaped and machined so as to have a first end part delimited by a tapered chamfered edge Ila whose thickness is substantially equal to the thickness of the first part 9 and a second end portion delimited by a chamfered edge lib of frustoconical shape having a thickness reduced relative to the thickness of the first end, this thickness being substantially equal to the thickness of the wall of the expansion pipe 5 of the pressurizer.
Les bords chanfreinés îîa et llb sont délimités au voisinage de la surface intérieure de la pièce tubulaire 11, chacun par un rebord annulaire en saillie dans la direction axiale vers l'extérieur. The chamfered edges 1a and 11b are delimited in the vicinity of the internal surface of the tubular part 11, each by an annular rim projecting in the axial direction towards the outside.
On réalise le soudage bout à bout des pièces 9 et 11 en déposant dans la gorge annulaire délimitée par le bord chanfreiné lla de la pièce 11 et la couche de beurrage 12 de la pièce 9, lorsque ces pièces sont en position d'assemblage, un métal d'apport 13 constitué par un alliage de nickel tel que l'alliage 82. The parts 9 and 11 are welded end to end by depositing in the annular groove delimited by the chamfered edge lla of the part 11 and the buttering layer 12 of the part 9, when these parts are in the assembly position, a filler metal 13 consisting of a nickel alloy such as alloy 82.
I1 est à remarquer que cette opération de soudage peut se faire à plat, par dépôt de métal de soudure dans le fond de la cavité, les pièces 9 et 11 étant disposées avec leurs axes horizontaux et mises en rotation pour réaliser le dépôt du cordon de soudage. It should be noted that this welding operation can be done flat, by depositing weld metal in the bottom of the cavity, the parts 9 and 11 being arranged with their horizontal axes and rotated to deposit the bead of welding.
On réalise ensuite un contrôle non destructif suivi d'un traitement thermique de détensionnement de la soudure hétérogène réalisée entre les pièces 9 et 11. Ce traitement de détensionnement peut être réalisé sans difficulté, du fait que le tronçon 10 peut être facilement placé à l'intérieur d'un moyen de chauffage assurant la mise à la température de traitement. A non-destructive test is then carried out followed by a stress relieving thermal treatment of the heterogeneous weld carried out between the parts 9 and 11. This stress relieving treatment can be carried out without difficulty, since the section 10 can be easily placed at the interior of a heating means ensuring the treatment temperature.
On dépose alors une couche de revêtement 14 en acier inoxydable sur la surface intérieure de la pièce tubulaire en acier ferritique du tronçon de remplacement 10. Ce dépôt est contrôlé après exécution. A coating layer 14 of stainless steel is then deposited on the internal surface of the tubular ferritic steel part of the replacement section 10. This deposit is checked after execution.
Bien entendu, les caractéristiques géométriques du tronçon de remplacement 10 sont définies en fonction de l'opération de réparation à effectuer et en particulier en fonction du découpage du tronçon de liaison à remplacer. Of course, the geometric characteristics of the replacement section 10 are defined as a function of the repair operation to be carried out and in particular as a function of the cutting of the connecting section to be replaced.
Le tronçon de remplacement peut présenter une longueur inférieure, sensiblement égale ou légèrement supérieure à la longueur du tronçon de liaison. The replacement section may have a shorter length, substantially equal to or slightly greater than the length of the connecting section.
Comme représenté sur la figure 3A, pour effectuer une opération de réparation, on réalise sur le site du réacteur nucléaire, dans un premier temps, le découpage d'un tronçon de liaison de la tubulure 2 à la tuyauterie 5, ce tronçon de liaison comportant tout ou partie de la liaison bimétallique 8. On réalise donc une première coupe de séparation de la tubulure 2 et de la tuyauterie d'expansion 5, au niveau de la liaison bimétallique 8, au plus près de la tubulure 2 en acier ferritique. As shown in FIG. 3A, in order to carry out a repair operation, the site of the nuclear reactor is first of all cut out of a connection section from the pipe 2 to the pipe 5, this connection section comprising all or part of the bimetallic connection 8. A first cut of separation of the tubing 2 and of the expansion piping 5 is therefore carried out, at the level of the bimetallic connection 8, as close as possible to the tubing 2 made of ferritic steel.
Préalablement au découpage du tronçon à remplacer, on effectue des relevés dimensionnels pour définir de façon précise la position des zones de coupe. Pendant le découpage, la tuyauterie est immobilisée. Prior to cutting the section to be replaced, dimensional measurements are made to precisely define the position of the cutting zones. During cutting, the piping is immobilized.
On réalise une seconde coupe de la tuyauterie 5, par exemple au-dessus du coude 5c, ou au niveau de la soudure de liaison 5c-5d. A second cut is made of the piping 5, for example above the elbow 5c, or at the level of the connection weld 5c-5d.
Le tronçon tubulaire séparé de la tubulure et de la tuyauterie est évacué et éliminé. The tubular section separated from the tubing and piping is evacuated and eliminated.
On effectue un usinage de l'extrémité de la tubulure 2 revêtue intérieurement d'une couche d'acier inoxydable de revêtement 2', pour éliminer la couche de beurrage en alliage de nickel présente entre la tubulure 2 et la liaison bimétallique 8 et pour réaliser un bord chanfreiné de forme tronconique 2a. Machining is carried out on the end of the tubing 2 internally coated with a layer of stainless steel coating 2 ′, in order to remove the layer of buttering made of nickel alloy present between the tubing 2 and the bimetallic connection 8 and to produce a chamfered edge of frustoconical shape 2a.
On réalise également l'usinage de l'extrémité de la tuyauterie 5 qui a été découpée, de manière à obtenir un très bon état de surface et un bord chanfreiné de raccordement. The end of the pipe 5 which has been cut is also machined, so as to obtain a very good surface condition and a chamfered connection edge.
Dans une deuxième phase, comme représenté sur la figure 3B, on met en place le tronçon de remplacement 10 en-dessous et dans le prolongement de la tubulure 2, de manière que les bords chanfreinés 2a et 9a délimitent une cavité annulaire dans laquelle on dépose un métal de soudage 15 par soudage en corniche, la tête de soudage étant mise en rotation autour de l'axe vertical de la tubulure 2 et du tronçon 10. In a second phase, as shown in FIG. 3B, the replacement section 10 is put in place below and in the extension of the tube 2, so that the chamfered edges 2a and 9a delimit an annular cavity in which one deposits a welding metal 15 by cornice welding, the welding head being rotated about the vertical axis of the pipe 2 and of the section 10.
La soudure 15 est une soudure homogène entre deux aciers ferritiques constituant la tubulure 2 et la pièce supérieure 9 du tronçon de remplacement 10. La soudure 15 peut donc être réalisée de manière classique soit avec un chanfrein tel que dessiné à la figure 3B, soit avec un chanfrein à joint étroit. On réalise ensuite le traitement thermique relatif à cette soudure. Dans le cas d'un chanfrein pour joint étroit, les bords du chanfrein sont peu inclinés et font un angle au plus égal à 5 avec un plan perpendiculaire aux axes de la tubulure et de la tuyauterie. La largeur maximale du chanfrein est au plus égale à 15 mm. The weld 15 is a homogeneous weld between two ferritic steels constituting the tube 2 and the upper part 9 of the replacement section 10. The weld 15 can therefore be produced in a conventional manner either with a chamfer as drawn in FIG. 3B, or with a narrow joint chamfer. The heat treatment relating to this weld is then carried out. In the case of a chamfer for a narrow joint, the edges of the chamfer are slightly inclined and form an angle at most equal to 5 with a plane perpendicular to the axes of the pipe and the piping. The maximum width of the chamfer is at most equal to 15 mm.
Les couches de revêtement inoxydable 2' de la tubulure 2 et 14 de la pièce 9 du tronçon de remplacement 10 sont séparées par un espace annulaire 16 disposé au niveau de la partie interne de la soudure 15, de sorte qu'il est nécessaire de compléter le revêtement inoxydable interne de la tubulure et de la partie supérieure en acier ferritique du tronçon de remplacement. The layers of stainless coating 2 ′ of the tubing 2 and 14 of the part 9 of the replacement section 10 are separated by an annular space 16 disposed at the level of the internal part of the weld 15, so that it is necessary to complete the internal stainless coating of the tubing and the upper ferritic steel part of the replacement section.
Comme il est visible sur la figure 3C, il subsiste un passage 17 entre la partie inférieure de la pièce 11 en acier inoxydable du tronçon de remplacement 10 et l'extrémité supérieure découpée et usinée de la tuyauterie d'expansion 5. As can be seen in FIG. 3C, there remains a passage 17 between the lower part of the piece 11 of stainless steel of the replacement section 10 and the upper cut and machined end of the expansion pipe 5.
On peut faire pénétrer un outillage de soudage par l'espace 17, de manière à effectuer d'une part la reprise de la partie interne de la soudure si nécessaire et d'autre part un revêtement inoxydable 16' dans l'espace libre 16 entre les couches 2' et 14, ainsi que le contrôle de la soudure par l'intérieur. A welding tool can be penetrated through the space 17, so as to carry out on the one hand the recovery of the internal part of the weld if necessary and on the other hand a stainless coating 16 ′ in the free space 16 between layers 2 'and 14, as well as the control of the weld from the inside.
Comme il est visible sur la figure 3D, on réalise la fermeture de l'espace 17 entre le tronçon de remplacement 10 et la tuyauterie 5 en soudant bout à bout un tronçon de fermeture 18, d'une part à l'extrémité infé rieure de la pièce en acier inoxydable 11 et d'autre part à l'extrémité supérieure de la tuyauterie d'expansion 5. As can be seen in FIG. 3D, the space 17 between the replacement section 10 and the piping 5 is closed by welding end to end a closure section 18, on the one hand at the lower end of the stainless steel part 11 and on the other hand at the upper end of the expansion pipe 5.
Le tronçon de fermeture désigné par le terme anglais "closer" est usiné à des dimensions assurant le remplissage de l'espace 17 à l'exception de deux gorges annulaires dans lesquelles est déposé du métal de soudure pour constituer les joints soudés 19 et 20. The closing section designated by the English term "closer" is machined to dimensions ensuring the filling of the space 17 with the exception of two annular grooves in which is welded metal deposited to constitute the welded joints 19 and 20.
I1 est à remarquer que le raccordement du tron çon de fermeture 18, au tronçon de remplacement 10 et à la tuyauterie 5 est réalisé par des opérations de soudure homogène entre deux aciers inoxydables de même nuance, le tronçon de fermeture 18 étant en acier inoxydable austénitique. It should be noted that the connection of the closing section 18, to the replacement section 10 and to the piping 5 is carried out by homogeneous welding operations between two stainless steels of the same grade, the closing section 18 being made of austenitic stainless steel. .
Les soudures réalisées sur le site du réacteur nucléaire sont donc des soudures homogènes qui ne présentent pas de difficulté d'exécution. Ces soudures peuvent être contrôlées. The welds made on the site of the nuclear reactor are therefore homogeneous welds which do not present any difficulty in execution. These welds can be checked.
La soudure hétérogène entre l'acier ferritique et l'acier austénitique qui est réalisée en usine peut être soigneusement détensionnée et contrôlée. The heterogeneous weld between ferritic steel and austenitic steel which is carried out in the factory can be carefully tensioned and controlled.
Le procédé de l'invention permet donc d'obtenir une réparation telle qu'on puisse garantir une qualité parfaite de la soudure hétérogène de la liaison et d'éloigner cette soudure des zones fortement irradiées. The method of the invention therefore makes it possible to obtain a repair such that it is possible to guarantee perfect quality of the heterogeneous weld of the connection and to distance this weld from the highly irradiated areas.
I1 est possible de remplacer au moins partiellement la manchette thermique qui est disposée axialement à l'intérieur de la tubulure dans la zone de liaison de la tubulure et de la tuyauterie et qui a été découpée et enlevée au moins partiellement, lors du découpage du tronçon de liaison. I1 est possible également de ne pas remplacer la manchette thermique du fait de la qualité des soudures, ce qui permet de faciliter les contrôles non destructifs ultérieurs de la liaison bimétallique. It is possible to replace at least partially the thermal sleeve which is arranged axially inside the tubing in the connection zone of the tubing and the piping and which has been cut and removed at least partially, during the cutting of the section link. It is also possible not to replace the thermal cuff due to the quality of the welds, which makes it possible to facilitate subsequent non-destructive checks of the bimetallic connection.
On peut réduire le nombre d'opérations et le temps d'exécution nécessaires pour la réparation en prévoyant un tronçon de remplacement assurant une fermeture complète de l'espace laissé libre après enlèvement du tronçon qui a été découpé dans la phase représentée sur la figure 3A. La longueur du tronçon de remplacement peut être sensiblement égale ou légèrement supérieure à 1' longueur du tronçon de liaison. La tuyauterie 5 doit être déplacée et maintenue par bridage pour permettre la mise en place et le soudage du tronçon de remplacement sur la tubulure. The number of operations and the execution time necessary for the repair can be reduced by providing a replacement section ensuring complete closure of the space left free after removal of the section which has been cut in the phase represented in FIG. 3A. . The length of the replacement section may be substantially equal to or slightly greater than the length of the connecting section. The piping 5 must be moved and maintained by clamping to allow the establishment and welding of the replacement section on the tubing.
Après fixation du tronçon de remplacement par sa partie supérieure ferritique sur la tubulure, il ne subsiste qu'une gorge annulaire de faible largeur entre l'extrémité inférieure du tronçon de remplacement en acier austénitique et l'extrémité supérieure de la tuyauterie d'expansion laissée en attente. On peut alors réaliser directement la fixation par soudage de l'extrémité inférieure du tronçon de remplacement en acier austénitique sur l'extrémité supérieure de la tuyauterie d'expansion, par une soudure homogène. After fixing the replacement section by its upper ferritic part on the pipe, there remains only an annular groove of small width between the lower end of the replacement section made of austenitic steel and the upper end of the expansion piping left waiting. It is then possible to directly carry out the fixing by welding of the lower end of the replacement section made of austenitic steel on the upper end of the expansion pipe, by a homogeneous weld.
Cette pratique impose, pour permettre l'introduction du tronçon 10 et les opérations de réalisation du joint soudé sur la tubulure 2, de pouvoir déplacer suffisamment l'extrémité de la tuyauterie d'expansion 5, le déplacement admissible étant fonction de la souplesse de la tuyauterie d'expansion 5. This practice requires, in order to allow the introduction of the section 10 and the operations for producing the welded joint on the pipe 2, to be able to move the end of the expansion pipe 5 sufficiently, the admissible movement being a function of the flexibility of the expansion piping 5.
Pour le soudage de tronçon sur la tubulure, lorsqu'on réalise les premières passes de soudage en fond de chanfrein de manière très soigneuse en utilisant de l'acier inoxyudable ou un alliage de nickel résistant à la corrosion tel que l'alliage 52, il devient possible d'éviter des passes de reprise sur l'envers de la soudure et le dépôt d'un complément de revêtement anti-corrosion à l'intérieur de la liaison soudée. For section welding on the pipe, when the first welding passes are made at the bottom of the chamfer very carefully using stainless steel or a corrosion-resistant nickel alloy such as alloy 52, becomes possible to avoid recovery passes on the reverse side of the weld and the deposit of additional anti-corrosion coating inside the welded connection.
Il est alors possible de mettre en oeuvre le procédé dans lequel le tronçon de remplacement est soudé directement à son extrémité inférieure sur l'extrémité supérieure de la tuyauterie d'expansion, puisqu'il n'est plus nécessaire de faire pénétrer un outil de soudage à l'intérieur de l'assemblage soudé pour effectuer des opérations de reprise et de revêtement sur l'envers de la soudure. It is then possible to implement the process in which the replacement section is welded directly at its lower end to the upper end of the expansion pipe, since it is no longer necessary to penetrate a welding tool inside the welded joint to carry out recovery and coating operations on the reverse side of the weld.
Dans ce cas, il est toutefois nécessaire de déplacer légèrement la tuyauterie lors de la mise en place du tronçon de remplacement et de la remettre en place et de la brider dans sa position d'assemblage pour réaliser la soudure de raccordement. In this case, it is however necessary to slightly move the piping when the replacement section is put in place and to put it back in place and clamp it in its assembly position to make the connection weld.
Sur les figures 4A, 4B et 4C, on a représenté de manière schématique et partielle trois composants d'un réacteur nucléaire dont les liaisons soudées à des tuyauteries en acier inoxydable, par l'intermédiaire de tubulures, peuvent être réparées par le procédé de l'invention. In FIGS. 4A, 4B and 4C, there is shown schematically and partially three components of a nuclear reactor whose welded connections to stainless steel pipes, via pipes, can be repaired by the process of l 'invention.
Sur la figure 4A, on voit un pressuriseur 21 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant dans sa partie inférieure une tubulure 22 de raccordement à une ligne d'expansion identique à la tubulure 2 du pressuriseur 1 représenté sur la figure 1. Le pressuriseur 21 comporte de plus, dans son fond supérieur, des tubulures 23 de raccordement à une ligne de décharge et à une ligne d'aspersion en acier inoxydable. Les liaisons des tubulures du pressurieur 23 avec les tuyauteries en acier inoxydable des lignes correspondantes peuvent être réparées par le procédé de l'invention, de même que la liaison de la tubulure 22 à la ligne d'expansion. In FIG. 4A, a pressurizer 21 of a pressurized water nuclear reactor is seen, comprising in its lower part a tube 22 for connection to an expansion line identical to the tube 2 of the pressurizer 1 shown in FIG. pressurizer 21 further comprises, in its upper bottom, pipes 23 for connection to a discharge line and to a stainless steel spray line. The connections of the pipes of the presser 23 with the stainless steel pipes of the corresponding lines can be repaired by the method of the invention, as can the connection of the pipe 22 to the expansion line.
Sur la figure 4B, on voit une partie de la cuve 24 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant une tubulure 25 de raccordement de la cuve à une canalisation primaire en acier inoxydable et éventuellement d'autres tubulures reliées à des canalisations en acier inoxydable différentes de canalisations primaires. In FIG. 4B, we see a part of the tank 24 of a pressurized water nuclear reactor comprising a pipe 25 for connecting the tank to a primary stainless steel pipe and possibly other pipes connected to steel pipes. different from primary pipes.
Sur la figure 4C, on voit la partie inférieure d'un générateur de vapeur 26 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression constituant une boîte à eau qui est reliée par deux tubulures telles que 27 à deux canalisations du circuit primaire du réacteur en acier inoxydable. In FIG. 4C, we see the lower part of a steam generator 26 of a pressurized water nuclear reactor constituting a water box which is connected by two pipes such as 27 to two pipes of the primary circuit of the steel reactor stainless.
Les liaisons soudées des tubulures 25 de la cuve 24 et des tubulures 27 du générateur de vapeur 26 peuvent être réparées par le procédé suivant l'invention. The welded connections of the pipes 25 of the tank 24 and the pipes 27 of the steam generator 26 can be repaired by the method according to the invention.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. The invention is not limited to the embodiment which has been described.
C'est ainsi qu'on peut imaginer de réaliser le tronçon de remplacement d'une manière différente de celle qui a été décrite, par exemple en utilisant, pour réaliser la première pièce du tronçon de remplacement, un acier ferritique différent de l'acier constituant la tubulure. It is thus possible to imagine making the replacement section in a different way from that which has been described, for example by using, to produce the first part of the replacement section, a ferritic steel different from steel. constituting the tubing.
I1 est possible de donner toute forme et longueur au tronçon de remplacement et à ses bords chanfreinés d'extrémité, qui soit compatible avec la forme des sections de raccordement de la tubulure et de la tuyauterie d'expansion. It is possible to give any shape and length to the replacement section and to its chamfered end edges, which is compatible with the shape of the connecting sections of the tubing and of the expansion piping.
Les soudures homogènes peuvent être réalisées en utilisant, tout métal d'apport qui soit compatible avec les pièces à joindre. Homogeneous welds can be made using any filler metal that is compatible with the parts to be joined.
La soudure hétérogène peut être réalisée soit en utilisant un alliage de nickel pour constituer le métal d'apport et le matériau de beurrage de la pièce en acier ferritique soit par un procédé de soudage direct à joint étroit du tronçon ferritique sur le tronçon austénitique sans beurrage. Dans ce cas, les bords du chanfrein font un angle au plus égal à 5 avec un plan perpendiculaire aux axes de la première pièce et de la seconde pièce du tron çon de remplacement et la largeur du chanfrein est au plus égale à 15 mm. Heterogeneous welding can be carried out either by using a nickel alloy to constitute the filler metal and the buttering material of the ferritic steel part or by a direct welding process with narrow joint of the ferritic section on the austenitic section without buttering . In this case, the edges of the chamfer make an angle at most equal to 5 with a plane perpendicular to the axes of the first part and of the second part of the replacement section and the width of the chamfer is at most equal to 15 mm.
L'invention s'applique dans le cas de toute liaison soudée entre une pièce tubulaire en acier de construction au carbone ou faiblement allié d'un composant tel que la cuve d'un réacteur nucléaire d'un type quelconque et une tuyauterie en acier inoxydable austénitique. The invention applies in the case of any welded connection between a tubular piece of carbon or low-alloy structural steel of a component such as the tank of a nuclear reactor of any type and a stainless steel pipe austenitic.
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| FR9410433A FR2723869A1 (en) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | Replacing welded joint between dissimilar steel pipes in nuclear reactor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |