FR2987419A1 - Method for replacing connection zone of two metallic tubular pipes having different metallurgical compositions, involves sandwiching insert between two tubular pipes, and securing tubular pipes with portions of insert by welding - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de remplacement d'une zone de liaison de deux éléments tubulaires métalliques de composition métallurgique différente La présente invention concerne un procédé de remplacement d'une zone de liaison de deux éléments tubulaires métalliques hétérogènes. De nombreuses applications industrielles comportent des éléments tubulaires par exemple pour le transport d'un fluide, qui sont reliés entre eux par soudage. The present invention relates to a method for replacing a bonding zone of two heterogeneous metal tubular elements. Many industrial applications include tubular elements for example for the transport of a fluid, which are interconnected by welding.
Dans certains cas, les éléments tubulaires ont des compositions métallurgiques très différentes. C'est le cas notamment dans l'industrie nucléaire, par exemple des tubulures des cuves, des pressuriseurs et des générateurs de vapeurs qui sont en acier faiblement allié et des tuyauteries du circuit primaire principal reliant ces éléments entre eux qui sont en acier austénitique. In some cases, the tubular elements have very different metallurgical compositions. This is particularly the case in the nuclear industry, for example tubing pipes, pressurizers and steam generators which are low-alloy steel and pipes of the main primary circuit connecting these elements together which are austenitic steel.
Les liaisons de ces éléments tubulaires entre eux sont réalisées par une soudure appropriée. Selon les conditions en service, il peut être nécessaire de remplacer la zone bimétallique entre les deux éléments tubulaires. Le remplacement des liaisons bimétalliques endommagées se fait généralement à l'identique de la liaison d'origine. On procède par usinage à l'élimination du beurrage constituant la liaison bimétallique, puis à sa reconstitution par un procédé de soudage automatique ou manuel, pour réaliser ensuite la soudure de liaison composant la tuyauterie par un procédé automatique ou manuel.. En fonction de la conception d'origine, la réparation nécessite l'assemblage par soudage de matériaux différents, comme par exemple un acier inoxydable et/ou un alliage à base de nickel. La solution actuelle présente selon la technologie retenue, soit des difficultés de soudabilité opératoire, soit des difficultés d'obtention des caractéristiques mécaniques requises. De même la présence de deux matériaux hétérogènes génère des difficultés pour la réalisation des contrôles de fabrication et de suivi en service. The links of these tubular elements together are made by a suitable weld. Depending on the operating conditions, it may be necessary to replace the bimetallic zone between the two tubular elements. The replacement of damaged bimetallic links is usually the same as the original link. Machining is carried out by removing the butter forming the bimetallic bond, and then by reconstituting it by an automatic or manual welding process, in order to subsequently perform the bonding of the piping by an automatic or manual process. original design, the repair requires the welding assembly of different materials, such as for example a stainless steel and / or a nickel-based alloy. The present solution presents according to the selected technology, either difficulties of operational weldability, or difficulties in obtaining the required mechanical characteristics. Similarly, the presence of two heterogeneous materials creates difficulties for the realization of manufacturing and in-service monitoring.
L'invention a pour but de proposer un procédé de remplacement d'une zone de liaison bimétallique de deux éléments tubulaires par une liaison bimétallique fabriquée en usine avec une parfaite maîtrise des caractéristiques métallurgiques, mécaniques et de sa contrôlabilité. L'invention a donc pour objet un procédé de remplacement d'une zone de liaison de deux éléments tubulaires métalliques de composition métallurgique hétérogène, caractérisé en ce qu'il consiste en les étapes suivantes : - on fabrique un insert comportant une première partie de composition métallurgique identique à un premier des éléments tubulaires et une seconde partie de composition métallurgique identique à un second desdits éléments tubulaires, - on intercale l'insert entre les deux éléments tubulaires en disposant les première et seconde parties dudit insert contre respectivement les premier et second éléments tubulaires, et - on solidarise par soudure homogène le premier élément tubulaire avec la première partie de l'insert et le second élément tubulaire avec la seconde partie dudit insert. On entend ici par soudure homogène une soudure solidarisant l'un à l'autre deux éléments constitués par des matériaux de même composition, ou sensiblement de même composition. The object of the invention is to propose a method for replacing a bimetallic bimetallic zone of two tubular elements by a bimetallic link manufactured in the factory with a perfect control of the metallurgical and mechanical characteristics and its controllability. The subject of the invention is therefore a method for replacing a connecting zone of two metal tubular elements of heterogeneous metallurgical composition, characterized in that it consists of the following steps: an insert having a first part of composition is manufactured metallurgical identical to a first of the tubular elements and a second part of metallurgical composition identical to a second of said tubular elements, the insert is inserted between the two tubular elements by arranging the first and second parts of said insert against respectively the first and second elements tubular, and - homogenously welded together the first tubular element with the first part of the insert and the second tubular element with the second part of said insert. Homogenous welding is here understood to mean a weld joining together two elements consisting of materials of the same composition, or substantially of the same composition.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le premier élément tubulaire et la première partie de l'insert sont en acier non allié ou faiblement allié ; - le second élément tubulaire et la seconde partie de l'insert sont en acier plus fortement allié que le premier élément tubulaire et la première partie de l'insert, par exemple en acier inoxydable austénitique ; - l'insert est fabriqué par compaction isostatique à chaud des première et seconde parties ; - le premier élément tubulaire présente un revêtement interne en acier fortement allié, par exemple en acier inoxydable ; - la première partie de l'insert présente un revêtement interne partiel, le procédé comprenant une étape de dépôt d'un revêtement interne complémentaire raccordant le revêtement interne du premier élément tubulaire au revêtement interne partiel de la première partie de l'insert ; et - la première partie de l'insert est dépourvue de revêtement interne, le procédé comprenant une étape de dépôt d'un revêtement interne complémentaire sur la première partie de l'insert, se raccordant au revêtement interne du premier élément tubulaire. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe de deux éléments tubulaires et d'un insert de liaison pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective et en coupe longitudinale d'une zone de liaison entre les deux éléments tubulaires reliés par un insert de remplacement, ; et - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe de deux éléments tubulaires reliés par un insert de remplacement, dans une variante de réalisation où le premier élément tubulaire présente un revêtement interne. Sur les figures, on a représenté les extrémités de deux éléments tubulaires, respectivement 1 et 2. L'élément tubulaire 1 est constitué par l'extrémité par exemple d'une tubulure de cuve ou de pressuriseur ou de générateur de vapeur en acier non allié ou faiblement allié, tandis que l'élément tubulaire 2 est constitué par l'extrémité par exemple d'une tuyauterie en acier plus fortement allié (acier inoxydable austénitique) du circuit primaire principal. The method according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination: the first tubular element and the first part of the insert are made of unalloyed steel or low alloyed steel; the second tubular element and the second part of the insert are of higher alloy steel than the first tubular element and the first part of the insert, for example of austenitic stainless steel; the insert is manufactured by hot isostatic compaction of the first and second parts; the first tubular element has a lining made of high alloyed steel, for example made of stainless steel; the first part of the insert has a partial inner liner, the method comprising a step of deposition of a complementary inner lining connecting the inner lining of the first tubular element to the partial inner lining of the first part of the insert; and the first part of the insert is devoid of internal lining, the method comprising a step of deposition of a complementary internal lining on the first part of the insert, connecting to the inner lining of the first tubular element. The features and advantages of the invention will become apparent from the following description, given by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a sectional view of two tubular elements and a bonding insert for carrying out the method according to the invention; - Figure 2 is a schematic perspective view and in longitudinal section of a connecting zone between the two tubular elements connected by a replacement insert,; and - Figures 3 and 4 are sectional views of two tubular elements connected by a replacement insert, in an alternative embodiment wherein the first tubular element has an inner coating. In the figures, there is shown the ends of two tubular elements, respectively 1 and 2. The tubular element 1 is constituted by the end for example of tubing or pressurizer tubing or non-alloy steel steam generator or weakly alloyed, while the tubular element 2 is constituted by the end for example of a higher alloy steel pipe (austenitic stainless steel) of the main primary circuit.
L'acier faiblement allié est par exemple du type 16MND5 ou 18MND5 ou SA-508 Gr3 012. L'acier plus fortement allié est par exemple de type Z2 CND 18-12 Azote Controlée, ou SA-182 Grade F316. Les éléments tubulaires 1 et 2 sont destinés à être reliés entre eux par une zone de liaison 3 bimétallique de soudage compatible avec la composition métallurgique de chacun de ces éléments afin de former un passage continu pour un fluide. Pour cela, le procédé selon l'invention consiste à préfabriquer en usine un insert 10 de remplacement destiné à assurer une nouvelle zone de liaison 3 entre les éléments tubulaires, respectivement 1 et 2. The low-alloy steel is, for example, of the type 16MND5 or 18MND5 or SA-508 Gr3 012. The most highly-alloyed steel is, for example, Z2 CND 18-12 Controlled Nitrogen or SA-182 Grade F316. The tubular elements 1 and 2 are intended to be interconnected by a bimetal welding connection zone 3 compatible with the metallurgical composition of each of these elements in order to form a continuous passage for a fluid. For this, the method according to the invention consists in prefabricating at the factory a replacement insert 10 intended to provide a new connection zone 3 between the tubular elements, respectively 1 and 2.
L'insert 10 de remplacement comporte une première partie 11 de composition métallurgique identique au premier élément tubulaire 1 et dans le cas présent en acier non allié ou faiblement allié et une seconde partie 12 de composition métallurgique identique au second élément tubulaire 2 et dans le cas présent en acier fortement allié (inox austénitique). L'insert 10 composé des deux parties 11 et 12 est obtenu par compaction isostatique à chaud permettant la fabrication en série de ce type de pièces de rechange. Ainsi, la liaison bimétallique entre les deux parties 11 et 12 de l'insert 10 est réalisé en usine avec une parfaite maîtrise des caractéristiques métallurgiques et mécaniques. La contrôlabilité de cette liaison bimétallique est améliorée par le fait que la jonction entre les deux matériaux est parfaitement rectiligne et qu'il y a une très faible diffusion entre ces deux matériaux. En variante, la partie inoxydable de l'insert est constituée par soudage automatique, en constituant un rechargement de type beurrage. L'insert 10 de remplacement ainsi préfabriqué est intercalé entre les deux éléments tubulaires 1 et 2 en disposant la première partie 11 contre l'élément tubulaire 1 et la seconde partie 12 contre l'élément tubulaire 2. The replacement insert 10 comprises a first part 11 of metallurgical composition identical to the first tubular element 1 and in this case unalloyed steel or low alloy steel and a second part 12 of metallurgical composition identical to the second tubular element 2 and in the case present in high alloy steel (austenitic stainless steel). The insert 10 composed of the two parts 11 and 12 is obtained by hot isostatic compaction for the mass production of this type of spare parts. Thus, the bimetallic connection between the two parts 11 and 12 of the insert 10 is made in the factory with perfect control of the metallurgical and mechanical characteristics. The controllability of this bimetallic bond is improved by the fact that the junction between the two materials is perfectly rectilinear and that there is very little diffusion between these two materials. Alternatively, the stainless part of the insert is constituted by automatic welding, constituting a butter-type reloading. The prefabricated replacement insert 10 is interposed between the two tubular elements 1 and 2 by placing the first part 11 against the tubular element 1 and the second part 12 against the tubular element 2.
Ensuite, le premier élément tubulaire 1 est solidarisé par soudure homogène avec la première partie 11 de l'insert 10 et le second élément tubulaire 2 est également solidarisé par soudure homogène avec la seconde partie 12 de cet insert 10. Les procédés de soudage utilisés sont manuels ou automatiques avec des métaux d'apport homogènes et parfaitement connus d'un point de vue soudabilité, métallurgique, mécanique et contrôlabilité. Le procédé selon l'invention permet donc de fabriquer et de contrôler en usine, l'insert de remplacement bimétallique et, de ce fait, de s'affranchir d'opérations de soudage et d'usinage à faire en zones contrôlées pour la reconstruction sur site du beurrage, donc de permettre une réduction de doses pour les intervenants dans le domaine nucléaire. Le procédé selon l'invention permet aussi de s'affranchir des contrôles par ultrasons du beurrage puisque ce dernier est supprimé et de s'affranchir d'utilisations de matériaux sensibles à la corrosion sous contrainte, comme par exemple l'inconel 182 ou 82. Enfin, le procédé selon l'invention permet de monter sur site une pièce de rechange constituée d'une liaison bimétallique préfabriquée et contrôlée en usine, en évitant les hétérogénéités métallurgiques liées au soudage hétérogène de la liaison d'origine. Ce procédé est applicable quelle que soit la nuance d'origine constituant la zone de liaison à remplacer. Dans une variante représentée sur la figure 3, le premier élément tubulaire 1 présente une paroi 14 en acier non allié ou faiblement allié, et un revêtement interne 15, en acier inoxydable, recouvrant une face interne de la paroi 14. Dans ce cas, la première partie 11 de l'insert 10 comporte elle aussi une paroi 16 dans le même matériau que la paroi 14 du premier élément tubulaire 1, et un revêtement partiel 17 dans le même matériau que le revêtement interne 15 du premier élément tubulaire 1. Le revêtement partiel 17 recouvre un côté interne de la paroi 16. Ce revêtement partiel 17 est déposé en usine, au moment de la fabrication de l'insert. L'insert 10 est amené sur chantier avec son revêtement partiel 17. Au moment du soudage du premier élément tubulaire 1 à la première partie 11 de l'insert 10, le revêtement partiel 17 est déjà en place. Toutefois, il s'arrête à distance de la zone affectée thermiquement par la soudure. Le procédé comprend alors une étape supplémentaire, intervenant après réalisation de la soudure 18 raccordant le premier élément tubulaire 1 à la première partie 11 de l'insert 10. Au cours de cette étape, on dépose un revêtement interne complémentaire 19 au droit de la soudure 18. Le revêtement 19 raccorde le revêtement interne 15 du premier élément tubulaire 1 au revêtement interne partiel 17 de la première partie 11 de l'insert 10. Dans une autre variante représentée sur la figure 4, le premier élément tubulaire 1 présente lui aussi une paroi 14 en acier non allié ou faiblement allié, et un revêtement interne 15, en acier inoxydable, recouvrant une face interne de la paroi 14. La première partie 11 de l'insert 10 comporte elle aussi une paroi 16 dans le même matériau que la paroi 14 du premier élément tubulaire 1, mais en revanche elle ne comporte pas initialement un revêtement partiel 17 dans le même matériau que le revêtement interne 15 du premier élément tubulaire 1. Au moment du soudage du premier élément tubulaire 1 à la première partie 11 de l'insert 10, la paroi 16 n'est pas recouverte par un revêtement. Le procédé comprend une étape supplémentaire, intervenant après réalisation de la soudure 18 raccordant le premier élément tubulaire 1 à la première partie 11 de l'insert 10. Au cours de cette étape, on dépose un revêtement interne complémentaire 20 au droit de la soudure 18 et sur la paroi 16 de la première partie 11 de l'insert. Le revêtement 20 se raccorde au revêtement interne 15 du premier élément tubulaire 1. Then, the first tubular element 1 is joined by homogeneous welding with the first part 11 of the insert 10 and the second tubular element 2 is also secured by homogeneous welding with the second part 12 of this insert 10. The welding processes used are manual or automatic with homogeneous filler metals and perfectly known from a weldability, metallurgical, mechanical and controllability point of view. The method according to the invention thus makes it possible to manufacture and control in the factory, the bimetallic replacement insert and, thus, to be free of welding and machining operations to be done in controlled areas for the reconstruction on buttering site, so to allow a reduction of doses for the actors in the nuclear field. The method according to the invention also makes it possible to dispense with ultrasonic controls of buttering since the latter is eliminated and to overcome the use of materials sensitive to stress corrosion, such as inconel 182 or 82. Finally, the method according to the invention makes it possible to mount on site a spare part consisting of a prefabricated and factory-controlled bimetallic link, avoiding metallurgical heterogeneities related to the heterogeneous welding of the original link. This method is applicable regardless of the original shade constituting the connection area to be replaced. In a variant shown in Figure 3, the first tubular element 1 has a wall 14 of unalloyed steel or low alloy, and an inner liner 15, stainless steel, covering an inner face of the wall 14. In this case, the first part 11 of the insert 10 also has a wall 16 in the same material as the wall 14 of the first tubular element 1, and a partial coating 17 in the same material as the inner lining 15 of the first tubular element 1. The coating partial 17 covers an inner side of the wall 16. This partial coating 17 is deposited at the factory, at the time of manufacture of the insert. The insert 10 is brought on site with its partial coating 17. At the time of welding the first tubular element 1 to the first part 11 of the insert 10, the partial coating 17 is already in place. However, it stops at a distance from the heat affected zone by the weld. The method then comprises an additional step, occurring after completion of the weld 18 connecting the first tubular element 1 to the first portion 11 of the insert 10. During this step, an additional internal coating 19 is deposited at the weld 18. The coating 19 connects the inner liner 15 of the first tubular element 1 to the partial inner lining 17 of the first portion 11 of the insert 10. In another variant shown in FIG. 4, the first tubular element 1 also has a wall 14 of unalloyed steel or low alloy steel, and an inner liner 15, made of stainless steel, covering an inner face of the wall 14. The first portion 11 of the insert 10 also has a wall 16 in the same material as the wall 14 of the first tubular element 1, but on the other hand it does not initially comprise a partial coating 17 in the same material as the inner lining 15 of the first tubular element 1. At the time of welding the first tubular element 1 to the first portion 11 of the insert 10, the wall 16 is not covered by a coating. The method comprises an additional step, occurring after completion of the weld 18 connecting the first tubular element 1 to the first portion 11 of the insert 10. During this step, a complementary internal coating 20 is applied to the weld 18 and on the wall 16 of the first part 11 of the insert. The coating 20 is connected to the inner lining 15 of the first tubular element 1.
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JPS58148080A (en) * | 1982-03-01 | 1983-09-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Joint of different materials |
| FR2723869A1 (en) * | 1994-08-30 | 1996-03-01 | Framatome Sa | Replacing welded joint between dissimilar steel pipes in nuclear reactor |
| JPH11315973A (en) * | 1998-05-01 | 1999-11-16 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Welding method for steel products whose compositions are different from each other |
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| US20100028705A1 (en) * | 2006-09-06 | 2010-02-04 | Alstom Technology Ltd | Dissimilar metal transition for superheater or reheater tubes |
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2012
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Patent Citations (5)
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| Publication number | Publication date |
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