BE1026209B1 - PROCESS FOR REPAIRING BY DEPOSITION OF LASER METALLIC POWDER - Google Patents

PROCESS FOR REPAIRING BY DEPOSITION OF LASER METALLIC POWDER Download PDF

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BE1026209B1
BE1026209B1 BE2018/5802A BE201805802A BE1026209B1 BE 1026209 B1 BE1026209 B1 BE 1026209B1 BE 2018/5802 A BE2018/5802 A BE 2018/5802A BE 201805802 A BE201805802 A BE 201805802A BE 1026209 B1 BE1026209 B1 BE 1026209B1
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BE
Belgium
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cavity
laser
component
stainless steel
defect
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Application number
BE2018/5802A
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French (fr)
Inventor
Gisèle Walmag
Cindy Muylle
Yves Derriennic
Norberto Jimenez
Cédric Georges
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Westinghouse Electric Belgium
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00Restoring or reconditioning objects

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procède de dépôt de poudre métallique au laser qui peut être utilisé pour la réparation de composants en acier inoxydable moulé utilisés dans des milieux nucléaires. Des défauts internes trouvés dans un composant (200) lors d’opérations d'entretien de routine et de remise à neuf sont identifiés et ensuite excavés pour former une cavité (210). La cavité est remplie par plusieurs couches (3101, 3102,..., 310N) de dépôt de poudre métallique au laser et son intégrité est ensuite vérifiée.The present invention relates to a laser metal powder deposition process that can be used for the repair of molded stainless steel components used in nuclear media. Internal defects found in a component (200) during routine maintenance and refurbishment operations are identified and then excavated to form a cavity (210). The cavity is filled with several layers (3101, 3102, ..., 310N) laser metal powder deposition and its integrity is then verified.

Description

Procédé de réparation par dépôt de poudre métallique au laserRepair method by depositing metallic powder with laser

Domaine de l'inventionField of the invention

La présente invention concerne un procédé de réparation par dépôt de poudre métallique au laser, et elle concerne plus particulièrement, bien que non exclusivement, la réparation de composants nucléaires en acier inoxydable moulé.The present invention relates to a repair method by depositing metallic powder with a laser, and it relates more particularly, although not exclusively, to the repair of nuclear components made of cast stainless steel.

Contexte de l'inventionContext of the invention

Les technologies à base de laser, comme le placage au laser ou le dépôt de métal au laser, sont désormais une technologie établie pour la réparation de pièces et la modification de surface de composants onéreux. Grâce aux améliorations continues des sources laser, de la technologie des procédés et de la stratégie, la gamme des applications pour les procédés de dépôt par laser ne cesse de s'élargir.Laser-based technologies, such as laser plating or laser metal deposition, are now an established technology for repairing parts and modifying the surface of expensive components. Thanks to continuous improvements in laser sources, process technology and strategy, the range of applications for laser deposition processes continues to expand.

Le document US-B-7169242 décrit un procédé permettant d'éliminer des défauts de moulage d'un article doté d'une microstructure orientée. Le procédé comprend la fusion d'un défaut de moulage identifié localement par une source de chaleur sur une profondeur au moins égale à celle du défaut de moulage lui-même, et la solidification de la matière fondue de façon épitaxiale par rapport à la microstructure orientée environnante de l'article qui est sensiblement exempte de défauts de moulage. Dans ce procédé, la matière elle-même sert à remplir le défaut de moulage lorsqu'elle se solidifie à nouveau.Document US-B-7169242 describes a method for eliminating molding defects from an article provided with an oriented microstructure. The method includes melting a locally defined molding defect by a heat source to a depth at least equal to that of the molding defect itself, and solidifying the molten material epitaxially with respect to the oriented microstructure. surrounding the article which is substantially free from molding defects. In this process, the material itself serves to fill the molding defect when it solidifies again.

Le document US-A-2016/0243650 décrit un procédé de reprise d'un composant fabriqué dans un alliage de base soudable sans fusion pour éliminer un défaut de moulage. Le procédé comprend la formation d'une cavité dans le composant à l'emplacement du défaut de moulage et le remplissage au moins partiel de la cavité avec plusieurs couches comprenant chacune de multiples points de dépôt de poudre au laser. Chacun des multiples points de dépôt de poudre au laser est formé d'un alliage de charge.Document US-A-2016/0243650 describes a process for recovering a component made from a base alloy which can be welded without fusion to eliminate a molding defect. The method includes forming a cavity in the component at the location of the molding defect and at least partially filling the cavity with a plurality of layers each comprising multiple laser powder deposition points. Each of the multiple laser powder deposition points is formed from a filler alloy.

Les documents JP2001287062, US2017034933, US2016351281 et US20160351281 divulguent un procédé comprenant les étapes d'identification de la présence d'au moins un défaut dans un composant; d'excavation d'une région du composant qui comprend le au moins un défaut identifié pour former uneThe documents JP2001287062, US2017034933, US2016351281 and US20160351281 disclose a method comprising the steps of identifying the presence of at least one defect in a component; excavation of a region of the component which comprises the at least one defect identified to form a

BE2018/5802 cavité ; et de dépôt d'une matière additive à l'intérieur de la cavité selon un motif prédéterminé.BE2018 / 5802 cavity; and depositing an additive material inside the cavity according to a predetermined pattern.

Les composants nucléaires en acier inoxydable moulé sont régulièrement inspectés à l'aide de techniques de contrôle non destructif, et les défauts internes et/ou superficiels sont souvent détectés lors d'inspections de routine. A l'heure actuelle, il est impossible de réparer ces défauts internes et/ou superficiels à l'aides de procédés de soudage classiques à cause de la géométrie complexe des composants et des tolérances de fabrication strictes qui sont associées aux composants nucléaires en acier inoxydable moulé. Le résultat est qu'au lieu de réparer un composant à cause de la présence de défauts internes et/ou superficiels, la seule option est de remplacer le composant tout entier. Ce composant mis au rebut ou jeté forme alors une source de déchets radioactifs secondaires.Nuclear components made of cast stainless steel are regularly inspected using non-destructive testing techniques, and internal and / or surface defects are often detected during routine inspections. At present, it is impossible to repair these internal and / or surface defects using conventional welding processes because of the complex geometry of the components and the strict manufacturing tolerances associated with nuclear stainless steel components. mold. The result is that instead of repairing a component due to the presence of internal and / or surface defects, the only option is to replace the entire component. This discarded or discarded component then forms a source of secondary radioactive waste.

Il existe donc un besoin de pouvoir réparer des défauts internes et/ou superficiels dans des composants en acier inoxydable moulé afin que leur remplacement ne soit plus nécessaire dans la majorité des cas.There is therefore a need to be able to repair internal and / or surface defects in molded stainless steel components so that their replacement is no longer necessary in the majority of cases.

Résumé de l'inventionSummary of the invention

Un objet de la présente invention consiste à réduire les déchets radioactifs secondaires en réparant des composants du milieu nucléaire au lieu de les mettre au rebut.An object of the present invention is to reduce secondary radioactive waste by repairing components of the nuclear environment instead of disposing of them.

Un autre objet de la présente invention consiste à fournir un procédé de réparation de composants en acier inoxydable moulé apte à être utilisé en milieu nucléaire.Another object of the present invention is to provide a method of repairing molded stainless steel components suitable for use in a nuclear environment.

Selon un premier aspect de la présente invention, il est prévu un procédé de réparation d'un composant en acier inoxydable moulé, le procédé comprenant les étapes suivantes :According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for repairing a cast stainless steel component, the method comprising the following steps:

a) identification de la présence d'au moins un défaut dans le composant en acier inoxydable moulé ;a) identification of the presence of at least one defect in the cast stainless steel component;

b') nettoyage de la cavité ;b ') cleaning of the cavity;

b) excavation d'une région du composant en acier inoxydable moulé qui comprend le au moins un défaut identifié pour former une cavité ;b) excavating a region of the molded stainless steel component which includes the at least one identified defect to form a cavity;

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c) dépôt d'une poudre métallique au laser à l’intérieur de la cavité selon un motif prédéterminé ;c) depositing a metallic powder with the laser inside the cavity according to a predetermined pattern;

d) fonte et fusion la poudre métallique déposée au laser à l’intérieur de la cavité au moyen d’un laser ; etd) melting and melting the metal powder deposited with the laser inside the cavity by means of a laser; and

e) finition de la surface de la cavité remplie pour qu’elle corresponde à la surface du composant en acier inoxydable moulé.e) finishing the surface of the filled cavity so that it matches the surface of the cast stainless steel component.

L’utilisation d’un procédé de dépôt de poudre métallique au laser pour remplir la cavité excavée permet de contrôler rigoureusement les forces et les contraintes du composant, ce qui entraîne une diminution des déformations et des distorsions dans le composant réparé.The use of a laser metal powder deposition process to fill the excavated cavity allows rigorous control of the forces and stresses of the component, which leads to a reduction in deformations and distortions in the repaired component.

L’étape (b’) de nettoyage de la cavité avant l’étape c), permet de garantir que des matières libres se trouvant éventuellement à l’intérieur de la cavité sont éliminées avant remplissage de manière à empêcher l’apparition d’autres défauts au cours du procédé de dépôt de poudre métallique au laser.Step (b ') of cleaning the cavity before step c) makes it possible to guarantee that any free materials which may be inside the cavity are removed before filling so as to prevent the appearance of other defects during the laser metal powder deposition process.

Dans un mode de réalisation, les étapes c) et d) sont répétées plusieurs fois.In one embodiment, steps c) and d) are repeated several times.

Chaque répétition des étapes c) et d) forme une couche à l’intérieur de la cavité. Ceci garantit que la cavité excavée est complètement remplie.Each repetition of steps c) and d) forms a layer inside the cavity. This ensures that the excavated cavity is completely filled.

Dans un mode de réalisation, l’étape b) peut comprendre l’utilisation d’un contrôle non destructif pour contrôler l’excavation de la région comprenant le défaut.In one embodiment, step b) may include the use of non-destructive testing to control the excavation of the region comprising the defect.

En utilisant un contrôle non destructif de cette manière, un contrôle précis est obtenu afin de s’assurer que le défaut est inclus dans l’excavation et que pas plus de matière que nécessaire n’est excavée de la région.Using non-destructive testing in this way, precise testing is obtained to ensure that the defect is included in the excavation and that no more material than necessary is excavated from the area.

Dans un mode de réalisation, l’étape e) comprend une étape de finition mécanique.In one embodiment, step e) includes a mechanical finishing step.

Grâce à la finition mécanique, la surface du composant dans la région de l’excavation peut être rétablie rapidement quasiment à l’état où elle se trouvait avant excavation.Thanks to mechanical finishing, the surface of the component in the excavation region can be restored quickly to almost the state it was in before excavation.

Dans un mode de réalisation, une autre étape peut comprendre l’étape de vérification de la conformité de la réparation au reste du composant en acier inoxydable moulé.In one embodiment, another step may include the step of verifying that the repair conforms to the rest of the cast stainless steel component.

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Cela compte beaucoup dans un milieu nucléaire où l’intégrité et les tolérances dimensionnelles ont une grande importance.This is very important in a nuclear environment where integrity and dimensional tolerances are of great importance.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

Pour permettre une meilleure compréhension de la présente invention, Il va maintenant être fait référence, à titre d’exemple, aux dessins annexés sur lesquels :To allow a better understanding of the present invention, Reference will now be made, by way of example, to the appended drawings in which:

la figure 1 représente un ordinogramme d’un procédé de réparation de composants nucléaires en acier inoxydable moulé ;FIG. 1 represents a flow chart of a repair process for nuclear components made of molded stainless steel;

la figure 2 est l’illustration schématique d’une partie d’un composant qui a été excavé afin d’éliminer un défaut ;Figure 2 is a schematic illustration of part of a component that has been excavated to eliminate a defect;

la figure 3 est une vue de côté en coupe montrant une excavation dans le composant à réparer ;Figure 3 is a side sectional view showing an excavation in the component to be repaired;

la figure 4 est une vue de dessus de l’excavation de la figure 3 ;Figure 4 is a top view of the excavation of Figure 3;

la figure 5 est similaire à la figure 3 mais représente les passes de dépôt de poudre métallique au laser dans l’excavation ; et la figure 6 est similaire à la figure 4 mais représente les passes de dépôt de poudre métallique au laser dans l’excavation.FIG. 5 is similar to FIG. 3 but shows the passes of deposition of metal powder by laser in the excavation; and Figure 6 is similar to Figure 4 but shows the laser metal powder deposition passes in the excavation.

Description de l’inventionDescription of the invention

La présente invention va être décrite par rapport à des modes de réalisation particuliers et à la lumière de certains dessins, la divulgation n’y étant toutefois pas limitée. Les dessins décrits sont seulement schématiques et ne sont pas limitatifs. Dans les dessins, la taille de certain des éléments peut avoir été exagérée et non dessinée à l’échelle à des fins d’illustration.The present invention will be described with reference to particular embodiments and in the light of certain drawings, the disclosure being however not limited thereto. The drawings described are only schematic and are not limiting. In the drawings, the size of some of the elements may have been exaggerated and not drawn to scale for illustration purposes.

Les techniques de contrôle non destructif (CND) sont utilisées pour vérifier l’intégrité de composants nucléaires en acier inoxydable moulé. Les techniques TND utilisent des rayonnements électromagnétiques, des sons et d’autres conversions de signal pour examiner un vaste éventail d’articles ou de composants en termes d’intégrité, de composition ou d’état sans modifier l’état de l’article ou du composant proprement dit. Un contrôle par ressuage peut également être utilisé. Une inspection visuelle, améliorée par l’utilisation de loupes, de caméras ou d’autres dispositifs optiques est la forme de CND la plus répandue. Toutefois, une inspection visuelle se limite aux régions superficielles ouNon-destructive testing (NDT) techniques are used to verify the integrity of nuclear components made of cast stainless steel. TND techniques use electromagnetic radiation, sound and other signal conversions to examine a wide range of items or components in terms of integrity, composition or condition without changing the condition of the item or of the component itself. Penetrant testing can also be used. Visual inspection, enhanced by the use of magnifying glasses, cameras or other optical devices, is the most common form of NDT. However, a visual inspection is limited to the surface regions or

BE2018/5802 externes des articles ou des composants contrôlés. Un contrôle radiographique à l'aide d'un rayonnement pénétrant, par exemple des rayons X, des neutrons et un rayonnement gamma peut permettre un examen volumétrique de la structure interne d'un article ou d'un composant. Un contrôle aux ultrasons utilisant des systèmes à ultrasons peut également être utilisé. Par exemple, des transducteurs à ultrasons émettent des ondes sonores pour l'examen volumétrique d'articles ou de composants, et les ondes sonores réfléchies par les articles ou composants contrôlés sont évaluées en termes de variations d'amplitude ou autres. Il est également possible de tester des articles ou des composants constitués de matières ferreuses en leur appliquant des particules de fer et en appliquant un champ magnétique à l'article ou au composant pour identifier une éventuelle fuite dans le champ magnétique due à un défaut interne. Ces techniques étant largement connues, aucune autre description n'en sera donnée ci-après.BE2018 / 5802 external of controlled articles or components. A radiographic check using penetrating radiation, for example X-rays, neutrons and gamma radiation can allow a volumetric examination of the internal structure of an article or component. Ultrasonic testing using ultrasonic systems can also be used. For example, ultrasonic transducers emit sound waves for volumetric examination of articles or components, and the sound waves reflected by the controlled articles or components are evaluated in terms of amplitude variations or the like. It is also possible to test articles or components made of ferrous materials by applying iron particles to them and applying a magnetic field to the article or component to identify a possible leak in the magnetic field due to an internal fault. These techniques being widely known, no further description will be given below.

L'expression « poudre métallique au laser » utilisée dans le présent document désigne les poudres métalliques servant à une impression en trois dimensions ou à un prototypage rapide où un laser à haute densité de puissance est utilisé pour faire fondre des poudres métalliques et les fusionner entre elles. Un tel procédé est connu sous le nom de « fusion sélective au laser » (ou plus largement, de « frittage sélectif au laser ») où de fines couches de poudre métallique sont distribuées uniformément sur une plaque de substrat qui comporte des repères le long d'un axe vertical. Une fois que chaque couche a été distribuée, chaque tranche bidimensionnelle de la géométrie de la pièce est fusionnée en faisant fondre sélectivement la poudre métallique avant de répéter l'opération pour les couches suivantes.The expression “metallic laser powder” used in this document designates metallic powders used for three-dimensional printing or rapid prototyping where a high power density laser is used to melt metallic powders and merge them between they. Such a process is known as "selective laser melting" (or more broadly, "selective laser sintering") where thin layers of metal powder are evenly distributed on a substrate plate which has marks along it. 'a vertical axis. Once each layer has been distributed, each two-dimensional slice of the geometry of the part is fused by selectively melting the metal powder before repeating the operation for the following layers.

Un alliage d'acier inoxydable type pouvant être utilisé pour une « fusion sélective au laser » est l'acier inoxydable 17-4 (également connu sous le nom de UNS17400), une qualité d'acier inoxydable martensitique durci par précipitation (qui est magnétique) contenant 15 à 17,5 % de chrome et 3 à 5 % de nickel (parfois appelé acier inoxydable 15-5). Une fraction de 3 à 5 % de cuivre peut également se trouver dans l'alliage. Cet alliage d'acier inoxydable peut subir un traitement thermique pour arriver à des niveaux élevés de résistance et de dureté, avec une résistance à la corrosion et une usinabilité supérieures à cellesA typical stainless steel alloy that can be used for "selective laser melting" is 17-4 stainless steel (also known as UNS17400), a quality of precipitation-hardened martensitic stainless steel (which is magnetic ) containing 15 to 17.5% chromium and 3 to 5% nickel (sometimes called 15-5 stainless steel). A 3 to 5% fraction of copper can also be found in the alloy. This stainless steel alloy can be heat treated to achieve high levels of strength and hardness, with higher corrosion resistance and machinability than

BE2018/5802 de l'acier inoxydable le plus courant (UNS S30400, appelé également acier inoxydable 18-8, qui comporte 18 à 20 % de chrome et 8 à 10,5 % de nickel et qui est austénitique).BE2018 / 5802 of the most common stainless steel (UNS S30400, also called 18-8 stainless steel, which contains 18-20% chromium and 8-10.5% nickel and is austenitic).

Cela étant, d'autres alliages d'acier inoxydable, comme l'acier inoxydable austénitique de type 316L (UNSS31603), peuvent également être utilisés, en fonction de la matière dont est fait le composant. Le type 316L contient entre 2 et 3 % de molybdène, ce qui augmente sa résistance à la corrosion et lui confère une plus grande résistance à de hautes températures.However, other stainless steel alloys, such as austenitic stainless steel type 316L (UNSS31603), can also be used, depending on the material of which the component is made. Type 316L contains between 2 and 3% molybdenum, which increases its resistance to corrosion and gives it greater resistance at high temperatures.

L'expression « dépôt de poudre métallique au laser » utilisée dans le présent document désigne le dépôt d'au moins une couche de poudre métallique au laser sur un substrat, suivi de fonte et de la fusion de la couche de poudre métallique au laser. Généralement, plusieurs couches sont déposées pour remplir une cavité excavée, comme décrit plus en détail ci-après.The expression “deposition of metallic powder by laser” used in the present document designates the deposition of at least one layer of metallic powder by laser on a substrate, followed by melting and the melting of the layer of metallic powder by laser. Generally, several layers are deposited to fill an excavated cavity, as described in more detail below.

Le terme « défaut » utilisé dans le présent document désigne à la fois des défauts internes et des défauts superficiels susceptibles d'être présents dans un composant en acier inoxydable moulé.The term "defect" used in this document refers to both internal and surface defects that may be present in a cast stainless steel component.

La figure 1 représente l'ordinogramme 100 d'un procédé de détection et de réparation de défauts internes dans des composants en acier inoxydable moulé et en particulier, dans des composants en acier inoxydable moulé utilisés dans un milieu nucléaire, par exemple une pompe de refroidissement de réacteur. La première étape, l'étape 110, comprend un CND du composant pour identifier d'éventuels défauts internes. Ces défauts internes peuvent apparaître à l'issue de la fabrication initiale et/ou d'une réparation ultérieure. En outre, ces défauts internes peuvent s'être développés à l'intérieur du composant depuis la dernière inspection CND et sont repérés lors de l'inspection CND suivante. Selon le type de composant, plusieurs des techniques de CND décrites ci-dessus peuvent être utilisées.FIG. 1 represents the flowchart 100 of a method for detecting and repairing internal faults in molded stainless steel components and in particular in molded stainless steel components used in a nuclear medium, for example a cooling pump reactor. The first step, step 110, includes a component CND to identify possible internal faults. These internal faults may appear after initial manufacturing and / or subsequent repair. In addition, these internal faults may have developed inside the component since the last CND inspection and are identified during the following CND inspection. Depending on the type of component, several of the NDT techniques described above can be used.

Ayant identifié un défaut interne, une région comprenant le défaut est excavée, étape 120, pour former une cavité. Ces excavations peuvent être réalisées par usinage ou par meulage pour éliminer les défauts inacceptables. Généralement, un ensemble d'excavations est utilisé, par exemple, des ensembles géométriques, qui permettent d'atteindre le défaut depuis la surface duHaving identified an internal defect, a region comprising the defect is excavated, step 120, to form a cavity. These excavations can be carried out by machining or grinding to eliminate unacceptable defects. Generally, a set of excavations is used, for example, geometric sets, which allow the fault to be reached from the surface of the

BE2018/5802 composant. L'excavation est contrôlée par un examen CND qui permet de s’assurer que la totalité du ou des défauts a été éliminée lors de l'opération d’excavation.BE2018 / 5802 component. The excavation is controlled by a CND examination which makes sure that all of the defect (s) have been eliminated during the excavation operation.

Dans un mode de réalisation, décrit ci-après en référence aux figures 2 à 6, l’ensemble géométrique peut comprendre une série d’oblongs arrondis ou de cercles allongés, c’est-à-dire des cercles qui ont été divisés en deux suivant un diamètre et allongés pour inclure un rectangle entre les deux moitiés du cercle divisé de tailles différentes. Cette série d’oblongs arrondis ou de cercles allongés peut former un stade dont la base présente les plus petites dimensions et dont la surface supérieure présente les plus grandes dimensions avec un changement progressif de dimensions depuis la base jusqu’à la surface supérieure pour former une paroi graduée ou inclinée. Un stade type peut être circulaire ou elliptique (ou constitué de cercles allongés comme décrit ci-dessus).In one embodiment, described below with reference to FIGS. 2 to 6, the geometrical assembly can comprise a series of rounded oblongs or elongated circles, that is to say circles which have been divided into two along a diameter and elongated to include a rectangle between the two halves of the divided circle of different sizes. This series of rounded oblongs or elongated circles can form a stage whose base has the smallest dimensions and whose upper surface has the largest dimensions with a gradual change of dimensions from the base to the upper surface to form a graduated or inclined wall. A typical stage can be circular or elliptical (or made up of elongated circles as described above).

La région ou la cavité excavée est nettoyée, étape 130, pour s’assurer que d’éventuelles matières étrangères susceptible d’être entrées dans la région ou la cavité excavée sont éliminées avant de déposer plusieurs couches de dépôt de poudre métallique au laser, étape 140, dans la région ou la cavité excavée. L’étape de dépôt de poudre métallique au laser dépose une poudre métallique d’acier inoxydable de type 316L comme décrit ci-dessus dans la région ou la cavité excavée selon des trajets ou des motifs spécifiques et la poudre déposée est ensuite chauffée et fondue par un laser sous atmosphère gazeuse neutre pour remplir la région ou la cavité excavée. Il faut normalement plusieurs passes pour faire en sorte que la région ou la cavité excavée soit complètement remplie de la matière de charge, c’est-à-dire de la poudre fondue, par accumulation de plusieurs couches. Une surveillance visuelle est utilisée pendant le dépôt de métal au laser pour s’assurer que la cavité est correctement remplie.The excavated region or cavity is cleaned, step 130, to ensure that any foreign matter likely to have entered the excavated region or cavity is removed before depositing several layers of metallic powder deposit with the laser, step 140, in the region or the excavated cavity. The laser metal powder deposition step deposits a 316L stainless steel metal powder as described above in the region or the excavated cavity according to specific paths or patterns and the powder deposited is then heated and melted by a laser in a neutral gas atmosphere to fill the excavated region or cavity. It normally takes several passes to ensure that the excavated region or cavity is completely filled with the filler material, that is, the molten powder, by the accumulation of several layers. Visual monitoring is used during laser metal deposition to ensure that the cavity is properly filled.

Naturellement, la poudre métallique au laser utilisée est choisie de manière à correspondre à la matière dans laquelle a été fabriqué le composant moulé initial.Naturally, the laser metal powder used is chosen so as to correspond to the material from which the initial molded component was made.

Une fois que la région ou la cavité excavée a été remplie par le dépôt de plusieurs couches de poudre métallique au laser, une finition de la surface du composant est mise en œuvre, étape 150, afin qu’elle soit conforme auOnce the excavated region or cavity has been filled by depositing several layers of metallic powder with the laser, a finish of the surface of the component is implemented, step 150, so that it conforms to the

BE2018/5802 reste du composant. L'étape de finition comprend une finition mécanique, par exemple un polissage ou un meulage, pour répondre aux critères de surface exigés.BE2018 / 5802 rest of the component. The finishing step includes mechanical finishing, for example polishing or grinding, to meet the required surface criteria.

Après finition, une vérification à nouveau par CND, étape 160, de la région où le défaut initial a été détecté est mise en œuvre. Ceci permet de garantir que la réparation répond aux critères avec des contrôles dimensionnels et géométriques destinés à garantir le maintien de tolérances strictes pour le composant particulier.After finishing, a verification again by CND, step 160, of the region where the initial fault has been detected is implemented. This ensures that the repair meets the criteria with dimensional and geometric controls intended to guarantee the maintenance of strict tolerances for the particular component.

Le procédé peut ensuite être répété pour d'autres défauts identifiés dans l'article ou le composant.The process can then be repeated for other defects identified in the article or component.

La figure 2 représente une vue en plan d'une partie d'un article ou d'un composant 200 dans laquelle une région ou une cavité d'excavation 210 a été créée pour éliminer un défaut. Ici, la région ou la cavité d'excavation 210 à la surface du composant peut être considérée comme étant un cercle allongé comme décrit ci-dessus. Toutefois, d'autres profils adaptés peuvent être utilisés pour les régions ou les cavités d'excavation.Figure 2 shows a plan view of a portion of an article or component 200 in which an excavation region or cavity 210 has been created to eliminate a defect. Here, the excavation region or cavity 210 on the surface of the component can be considered to be an elongated circle as described above. However, other suitable profiles can be used for regions or excavation cavities.

La figure 3 représente une vue de côté en coupe de la partie de l'article ou du composant 200 présentant la région ou la cavité d'excavation 210 de façon plus détaillée. Ici, la région ou la cavité d'excavation 210 comporte une partie de base 220 qui s'étend jusqu'à une partie de surface 230 au moyen d'une partie paroi inclinée 240.Figure 3 shows a sectional side view of the portion of the article or component 200 showing the region or the excavation cavity 210 in more detail. Here, the excavation region or cavity 210 has a base part 220 which extends to a surface part 230 by means of an inclined wall part 240.

Sur la Figure 4, le composant 200 et la région ou la cavité d'excavation sont représentés selon une vue en plan. Comme vu, la partie de base 220 comprend également un cercle allongé mais dont les dimensions sont plus petites que celles du cercle allongé formant la partie de surface 230, et se trouve au centre à l'intérieur de la partie de surface 230 et reliée à celle-ci par la partie de paroi inclinée ou en pente 240. Bien que, dans cet exemple, la partie de base 220 soit représentée comme située au centre à l'intérieur de la partie de surface 230, la présence de cet emplacement central n'est pas indispensable et il peut y avoir un certain décalage entre la partie de base et la partie de surface.In Figure 4, the component 200 and the region or the excavation cavity are shown in a plan view. As seen, the base part 220 also comprises an elongated circle but whose dimensions are smaller than those of the elongated circle forming the surface part 230, and is located in the center inside the surface part 230 and connected to this by the inclined or sloping wall part 240. Although, in this example, the base part 220 is represented as located in the center inside the surface part 230, the presence of this central location n is not essential and there may be a certain offset between the base part and the surface part.

La figure 5 est similaire à la figure 3 mais représente également un nombre de passes de dépôt de poudre métallique au laser 3001, 3002, 3003, ...,FIG. 5 is similar to FIG. 3 but also represents a number of laser metal powder deposition passes 3001, 3002, 3003, ...,

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300n, où N est représenté comme étant égal à 4 dans cet exemple spécifique, sur la partie de base 220 et la partie de paroi inclinée ou en pente 240 jusqu'à la partie de surface 230. Naturellement, N peut être une quelconque valeur adaptée, et plusieurs couches de passes sont nécessaires pour remplir la région ou la cavité d'excavation 210. Chaque passe suit un trajet qui est similaire à la forme de la partie de base 220 de la cavité 210, c'est-à-dire l'un d'une série d'oblongs arrondis ou de cercles allongés qui remplissent conjointement la cavité 210.300n, where N is represented as being 4 in this specific example, on the base part 220 and the wall part inclined or sloping 240 to the surface part 230. Naturally, N can be any suitable value , and several layers of passes are necessary to fill the region or the excavation cavity 210. Each pass follows a path which is similar to the shape of the base portion 220 of the cavity 210, that is to say the '' one of a series of rounded oblongs or elongated circles which jointly fill the cavity 210.

La figure 6 est similaire à la figure 4 mais représente un nombre de passes de dépôt de poudre métallique au laser 300i, 3002, 3003, ..., 300n, dans la région ou la cavité excavée 210. Là encore, N est représenté comme étant égal à 4 mais peut être une quelconque valeur adaptée nécessaire pour remplir la région ou la cavité d'excavation 210.Figure 6 is similar to Figure 4 but shows a number of laser metal powder deposition passes 300i, 3002, 3003, ..., 300n, in the region or the excavated cavity 210. Again, N is shown as being equal to 4 but can be any suitable value necessary to fill the region or the excavation cavity 210.

Pour exécuter les étapes ou les passes de dépôt de poudre métallique au laser, la vitesse de laser minimum requise est d'au moins 1000 mm/min (ou autour de 16,5 mm/s). Le temps pris pour remplir une cavité de 20 mm de long sur 10 mm de large et sur 5 mm de profondeur se situe entre 1 et 4 minutes avec un temps supplémentaire nécessaire pour la préparation du remplissage, le positionnement du laser par rapport au composant à réparer, la programmation du laser et l'établissement d'un milieu gazeux neutre dans lequel le dépôt de poudre métallique au laser est effectué, etc.To perform the steps or passes of depositing metal powder with the laser, the minimum laser speed required is at least 1000 mm / min (or around 16.5 mm / s). The time taken to fill a cavity 20 mm long by 10 mm wide and 5 mm deep is between 1 and 4 minutes with additional time necessary for the preparation of the filling, the positioning of the laser relative to the component to be repair, programming of the laser and establishment of a neutral gaseous medium in which the deposition of metal powder by laser is carried out, etc.

Le laser peut être utilisé verticalement, c'est-à-dire perpendiculairement à la surface du composant à réparer, mais d'autres angles sont également possibles en combinaison avec la direction d'injection de la poudre métallique au laser.The laser can be used vertically, that is to say perpendicular to the surface of the component to be repaired, but other angles are also possible in combination with the direction of injection of the metal powder with the laser.

Un exemple où le procédé de la présente invention peut être utilisé est celui de la remise à neuf de pompes de refroidissement de réacteurs nucléaires. Le procédé de remise à neuf comprend la décontamination, le démontage et l'inspection, suivis de la réparation des composants, ou de leur remplacement si nécessaire, puis du remontage. Selon les résultats de l'inspection, certains composants peuvent s'avérer présenter des défauts qui nécessitent une réparation, généralement au moyen d'un procédé de soudage.An example where the method of the present invention can be used is that of the refurbishment of cooling pumps for nuclear reactors. The refurbishment process includes decontamination, disassembly and inspection, followed by repair of the components, or their replacement if necessary, then reassembly. Depending on the results of the inspection, some components may turn out to have defects that require repair, usually using a welding process.

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Toutefois, en milieu nucléaire, le risque principal qu'entraîne la réparation d'un composant au moyen d'un procédé de soudage est la déformation du composant à réparer. Les tolérances sur les composants utilisés en milieu nucléaire étant strictes, le soudage peut produire un composant déformé qui présente une déformation localisée due à un chauffage local sur le site de soudage. Cette déformation localisée peut entraîner des déformations incompatibles. Le résultat de ces déformations incompatibles est que le composant ne peut plus servir sans subir d'autres modifications et qu'il est souvent mis au rebut. De plus, comme une opération de soudage nécessite généralement un volume important de matière, un usinage après soudage est obligatoire pour le rétablissement d'un état de surface et de dimensions acceptables du composant réparé.However, in a nuclear environment, the main risk involved in repairing a component by means of a welding process is deformation of the component to be repaired. As the tolerances on the components used in the nuclear environment are strict, welding can produce a deformed component which exhibits localized deformation due to local heating at the welding site. This localized deformation can lead to incompatible deformations. The result of these incompatible deformations is that the component can no longer be used without undergoing other modifications and that it is often discarded. In addition, since a welding operation generally requires a large volume of material, machining after welding is compulsory for the restoration of an acceptable surface condition and dimensions of the repaired component.

Un dépôt de poudre métallique au laser pour la réparation de composants de RCP est avantageux par rapport à une réparation classique par soudage du fait qu'il permet de surveiller ou de contrôler étroitement les paramètres de dépôt pour s'assurer du maintien de la qualité. Comme la zone affectée par la chaleur (HAZ) est limitée, les forces et les contraintes exercées sur le composant pendant un dépôt de poudre métallique au laser sont nettement inférieures à celles exercées lors de procédés de soudage classiques. En outre, grâce à la limitation des forces et des contraintes, le composant à réparer ne se déforme pas autant que lors de procédés de soudage classiques. En outre, la quantité de post-usinage requise après dépôt de poudre métallique au laser est inférieure à celle requise après soudage. En réparant un composant par dépôt de poudre métallique au laser au lieu de le mettre au rebut, les déchets contaminés sont réduits.Laser metal powder deposition for repair of RCP components is advantageous over conventional welding repair since it allows the deposition parameters to be closely monitored or controlled to ensure quality is maintained. As the area affected by heat (HAZ) is limited, the forces and stresses exerted on the component during deposition of metal powder with the laser are much lower than those exerted during conventional welding processes. In addition, thanks to the limitation of forces and stresses, the component to be repaired does not deform as much as during conventional welding processes. In addition, the amount of post-machining required after depositing metal powder with the laser is less than that required after welding. By repairing a component by depositing metal powder with a laser instead of disposing of it, contaminated waste is reduced.

Grâce à la possibilité de réparer des composants nucléaires en acier inoxydable moulé, il existe une disponibilité accrue de composants puisqu'il n'est plus nécessaire de remplacer le composant, ce qui évite de longs délais de fabrication d'un composant de remplacement.Thanks to the possibility of repairing nuclear components in cast stainless steel, there is an increased availability of components since it is no longer necessary to replace the component, which avoids long delays in manufacturing a replacement component.

Du fait que le composant est réparé au lieu d'être mis au rebut, les déchets radioactifs secondaires sont considérablement réduits. Par ailleurs, la gestion des pièces détachées s'en trouve améliorée.Because the component is repaired instead of being scrapped, secondary radioactive waste is greatly reduced. In addition, the management of spare parts is improved.

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D'autres composants utilisés en milieu nucléaire et pouvant être réparés grâce au procédé de la présente invention comprennent, sans toutefois s’y limiter, des diffuseurs, des soupapes et des arbres.Other components used in the nuclear environment and which can be repaired by the process of the present invention include, but are not limited to, diffusers, valves and shafts.

Claims (6)

Revendicationsclaims 1. Procédé de réparation d'un composant (200) nucléaire en acier inoxydable moulé, le procédé comprenant les étapes suivantes :1. Method for repairing a nuclear component (200) made of cast stainless steel, the method comprising the following steps: a) identification de la présence d'au moins un défaut dans le composant (200) nucléaire en acier inoxydable moulé , caractérisé en ce que le procédé comprend en outre les étapes suivantes :a) identification of the presence of at least one defect in the nuclear component (200) of cast stainless steel, characterized in that the method further comprises the following steps: b) excavation d'une région du composant (200) nucléaire en acier inoxydable moulé qui comprend le au moins un défaut identifié pour former une cavité (210) ;b) excavating a region of the molded stainless steel nuclear component (200) which includes the at least one defect identified to form a cavity (210); b') nettoyage de la cavité (210)b ') cleaning the cavity (210) c) dépôt d'une poudre métallique au laser (3001, 3002, 3003 ..., 300N)à l'intérieur de la cavité (210) selon un motif prédéterminé :c) depositing a metallic powder by laser (3001, 3002, 3003 ..., 300N) inside the cavity (210) according to a predetermined pattern: d) fonte et fusion de la poudre déposée à l'intérieur de la cavité (210) au moyen d'un laser ; etd) melting and melting of the powder deposited inside the cavity (210) by means of a laser; and e) finition de la surface de la cavité remplie pour qu'elle corresponde à la surface du composant en acier (200) nucléaire inoxydable moulé.e) finishing the surface of the filled cavity so that it corresponds to the surface of the cast stainless steel (200) nuclear component. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la répétition des étapes c) et d) plusieurs fois.2. The method of claim 1, further comprising repeating steps c) and d) several times. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel chaque répétition des étapes c) et d) forme une couche métallique à l'intérieur de la cavité (210).3. The method of claim 2, wherein each repetition of steps c) and d) forms a metal layer inside the cavity (210). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape b) comprend l'utilisation d'un contrôle non destructif pour contrôler l'excavation de la région comprenant le défaut.4. Method according to any one of claims 1 to 3, in which step b) comprises the use of a non-destructive test to control the excavation of the region comprising the defect. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape e) comprend une étape de finition mécanique.5. Method according to any one of claims 1 to 4, wherein step e) comprises a mechanical finishing step. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre l'étape de vérification de la conformité de la réparation au reste du composant (200) nucléaire en acier inoxydable moulé.6. Method according to any one of claims 1 to 5, further comprising the step of verifying the conformity of the repair with the rest of the nuclear component (200) of cast stainless steel.
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