LA CAO : UN OUTIL POUR LA RÉDUCTION DES RISQUES RADIOLOGIQUES ET L AMÉLIORATION DES PERFORMANCES DES END EN RADIOGRAPHIE CAD : A TOOL FOR RADIOLOGICAL RISK REDUCTION AND IMPROVEMENT OF PERFORMANCE OF RADIOGRAPHIC CONTROL L. HAMON (1), D. SANCHEZ (1), P. BERNARDOFF (2), B. THOMIN (3) (1) EDF Production Ingénierie-CEIDRE 2 rue Ampère - 93206 St Denis Cedex 1 Tél. +33 (0)1 43 69 88 88 e-mail : laurent.hamon@edf.fr, danielle.sanchez@edf.fr (2) EDF Production Ingénierie-UTO, 6 avenue Montaigne - 93192 Noisy le Grand Tél. +33 (0)1 49 32 74 69 e-mail : pascal.bernardoff@edf.fr (3) CEGELEC CNDT, Ingénierie des Interventions 6 rue Zamenhof - 26303 Bourg de Péage Tél. 04 75 70 73 73 e-mail : bernard.thomin@cegelec.com Résumé La construction du premier réacteur EPR sur le site de Flamanville conduit au développement et à la qualification de procédés d'examens non destructifs avec de nouveaux enjeux. Pour les applications de contrôles radiographiques, l objectif visé est de diminuer les risques radiologiques et d améliorer les performances du contrôle par une meilleure maîtrise du positionnement de la source de rayonnement. Par ailleurs, l'exigence de mise en oeuvre d examens qualifiés lors de la Visite Complète Initiale, avant mise en service industrielle, nécessite de développer et qualifier l'end en parallèle de la fabrication des matériels. La nouveauté a consisté à faire appel à la CAO afin de concevoir et d'établir le dossier de démonstration de performances de quatre procédés d examen des soudures du circuit primaire. Cette démarche sera illustrée par la présentation d'un outillage de type intratube pour la mise en œuvre de la technique panoramique appliquée au contrôle des soudures de raccordement des tuyauteries primaires à la volute de la pompe primaire. Cet outillage, qui permet un centrage automatisé et précis, fait appel à un système laser permettant d assurer un positionnement maîtrisé de la source par rapport à l axe de la soudure à contrôler. Abstract The building of the first EPR reactor on the Flamanville site has led to the development and qualification of non-destructive examination methods to answer new challenges. In particular, new radiographic testing methods aim to reduce the radiation hazards and to improve the testing performance through a better control of the positioning of the gammagraphy source. Moreover, the need to implement the qualified procedure during the Pre-Service Inspection, which occurs before the commissioning of the power plant, means that the non-destructive 1
testing procedures need to be developed at the same time as the manufacturing of the components. The novelty described in this article lies in the use of Computer-Aided Design to demonstrate the performance of four different methods of examination of the primary circuit welds. This approach is illustrated by the presentation of the radiation source guide fixture which is used for the inspection by panoramic radiography of the welds connecting the primary circuit to the primary coolant pump volute. This tool offers automated and precise centering of the gammagraphy source with respect to the axis of the weld through the use of a laser system. I. Introduction La mise en œuvre du réacteur de nouvelle génération EPR sur le site de Flamanville implique de nouvelles spécificités. Notamment des durées d arrêt de tranche plus courtes que sur le reste du Parc de centrales nucléaires EDF en exploitation, le renforcement de la défense en profondeur et la poursuite de la réduction de la dosimétrie des intervenants. Des Examens Non Destructifs sont réalisés sur l ensemble des soudures du Circuit Primaire Principal de la centrale. Certaines de ces soudures sont soumises périodiquement à un contrôle volumique par radiographie. Les exigences réglementaires requièrent la qualification des techniques radiographiques mises en œuvre lors de la Visite Complète Initiale de la Tranche FLA3. Les qualifications portent notamment sur la démonstration de performances de ces procédés END en parallèle de la fabrication des matériels. L enjeu est par conséquent, la confrontation d'un composant en conception et l'obtention de la qualification bien en amont de sa mise en service industrielle. Quatre procédés d examen par radiographie des soudures du CPP sont confrontés à la qualification de la technique et des moyens de mise en œuvre associés. Deux applications qualifiées existantes sur le Parc REP sont à étendre et deux nouvelles applications sont à développer. Cet article illustre ces développements par la présentation des outillages de type intratubes automatisés, pour la mise en œuvre de la technique panoramique de contrôle des soudures de raccordement des tuyauteries primaires à la Volute de la Pompe Primaire. II. Description du composant à contrôler La figure 1 représente une vue générale du Groupe Moto Pompe Primaire (GMPP). Le palier EPR comprend 4 boucles, avec un générateur de vapeur et un GMPP par boucle. Le GMPP est constitué d une volute et d un groupe motorisé. Dans l axe vertical sous la volute, la tubulure d aspiration de la volute est raccordée à l embout de tuyauterie primaire en provenance du générateur de vapeur. Dans l axe horizontal, la tubulure de refoulement est raccordée à l embout de tuyauterie primaire en direction de la cuve du réacteur. Ces raccordements sont constitués par des soudures homogènes. Lors des interventions de contrôle radiographique de ces soudures, l hydraulique est démontée, permettant ainsi un accès à la volute par son ouverture supérieure. 2
Figure 1 : Groupe Moto Pompe Primaire Les composants concernés par l examen par radiographie sont les soudures circulaires de raccordement des volutes de pompes primaire aux tuyauteries du Circuit Primaire Principal. La conception des outillages dédiés à cet END repose sur la géométrie et l'environnement du GMPP. La figure 2 représente une vue en coupe schématique de la volute de pompe avec les éléments suivants : La bride utilisée comme surface d appui de l outillage La portée de joint sur laquelle repose l hydraulique Le guide d eau avec lequel l'outillage ne doit pas entrer en contact Les soudures de raccordement des tubulures aspiration et refoulement de la volute de pompe primaire à la tuyauterie primaire Figure 2 : Vue générale en coupe de la volute de pompe primaire L outillage en appui sur la bride de volute doit permettre de placer la source radiographique dans l axe de la soudure située à une distance de l ordre de 2000 mm du plan de bride. Le diamètre interne des tubulures est de 780 mm. 3
La volute du GMPP est en acier inoxydable austéno-ferritique moulé et les embouts de tuyauterie primaire sont en acier à azote contrôlé forgé. Les soudures homogènes sont réalisées en TIG Orbital Chanfrein Etroit avec métal d apport. L intervention de contrôle de ces soudures est réalisée dans les cas où l hydraulique de la pompe primaire est déposée, Circuit Primaire Principal ouvert. Il y a donc une forte dosimétrie et un risque non négligeable de contamination. L optimisation de la radioprotection est déterminante. Elle a été prise en compte pour la conception des outillages de type intratubes utilisés pour la mise en œuvre de l examen radiographique. III. Exigences de l END, technique radiographique et outillage intratube La qualification de l examen par radiographie de ces soudures homogènes de raccordement requise est de type conventionnel, selon le RSE-M [1]. Il n est pas recherché de défaut en particulier. L examen est effectué au titre de la défense en profondeur. La zone soumise à examen comprend la soudure et le métal de base adjacent (incluant la zone affectée thermiquement) limité en largeur par des plans perpendiculaires à la paroi situés à 10 mm de part et d autre des bords des chanfreins en paroi externe (voir figure 3). Côté Pompe 10 mm 10 mm Côté tuyauterie primaire Soudure Zone d examen Figure 3 : Schéma de la zone d examen La méthode d examen retenue est la radiographie utilisant : une technique panoramique, source centrée dans l axe de la soudure une source Cobalt 60 de dimensions maximales ( x h) 4,7 mm x 4,7 mm une interprétation en double film de système classe C2 Le développement et la qualification du procédé d examen par radiographie vise à disposer d un contrôle à performances garanties, notamment par la maîtrise du positionnement de la source, et comporte un objectif de réduction des risques radiologiques pour les intervenants. La démarche de qualification du procédé comporte deux étapes : la qualification de la technique et la qualification de la mise en œuvre. La qualification de la technique vise à démontrer les performances de l examen en termes de sensibilité de détection, de couverture de la zone soumise à examen et de précision de localisation des indications. La qualification de la mise en œuvre vise à démontrer l aptitude des outillages de type intratube à positionner la source de manière reproductible dans le domaine de tolérance revendiqué, soit : à mieux que ± 20 mm dans le sens axial, par rapport à l axe de la soudure à mieux que ± 10 mm dans le sens radial, par rapport à l axe de la tuyauterie La démonstration des performances du procédé END est menée en parallèle de la fabrication des matériels. La nouveauté a consisté à faire appel à la CAO afin de concevoir et d instruire la qualification du procédé et des outillages de positionnement de la source, sur des composants en construction. 4
IV. Conception des outillages de positionnement de la source La conception et le développement des outillages de type intratube s appuient sur des simulations numériques de type CAO permettant de confronter le dimensionnement du composant aux exigences END de positionnement de la source. Ces outillages permettent de déplacer et positionner la source de rayonnement de manière précise, fiable et reproductible. La figure 4 représente la vue d ensemble des outillages après mise en place sur la volute de la pompe primaire. Figure 4 : Outillages mis en place sur la pompe primaire Ces outillages (voir figure 5) comportent deux intratubes utilisés d une part pour l examen de la soudure côté refoulement («intratube refoulement») et, d autre part, pour l examen de la soudure côté aspiration («intratube aspiration»). 3 1 3 2 2 4 1 6 5 4 7 5 7 4 6 Figure 5 : Intratubes refoulement et aspiration 5
Le dispositif de mise en œuvre des outillages comporte : un tablier support des outillages sur lequel viennent s accrocher les volets d obturation qui se positionnent sur la bride de la volute (figure 6) les tables refoulement et aspiration, qui supportent et guident les deux intratubes, après mise en place sur le tablier (figure 7) Des protections biologiques, de type écrans de plomb spécifiques, peuvent être mis en place sur le tablier support de l outillage pour les points chauds internes des volutes de pompe primaire. Figure 6 : Mise en place du tablier et déploiement des volets d obturation Figure 7 : Intratube refoulement mis en place sur la table refoulement Les tables refoulement et aspiration sont équipées de moteurs permettant le déplacement des intratubes dans l axe de la tubulure de refoulement et d aspiration jusqu à leur position d examen. Les intratubes sont équipés de tripodes à commande pneumatique permettant, après leur ouverture, le centrage de l'embout d'irradiation, au droit de la zone d examen. Dans sa position de contrôle, l'embout d'irradiation se situe approximativement dans l'axe de la soudure. Le positionnement final de l'isotope (dont la position est connue par rapport à la géométrie de l'embout d'irradiation) est réalisé au plus près de l'axe de la soudure à partir de l acquisition du profil de délardage interne de la soudure, par un système de visée laser embarqué sur l intratube, à proximité de l embout d irradiation (voir figure 8). 6
Figure 8 : Système laser embarqué sur l intratube La mesure de distance relative entre le système laser et la paroi est réalisée à l aide du déplacement pas à pas du chariot motorisé de l intratube, et permet de déterminer les extrémités du délardage. Un exemple d acquisition du profil de délardage est représenté par la figure 9. Figure 9 : Exemple d acquisition de profil avec système laser associé à un déplacement A partir de cette acquisition, la cote théorique de déplacement "X" nécessaire pour amener la source dans le plan de l'axe de la soudure, est déterminée en utilisant le repérage des extrémités du délardage "X0" et "X1" et la valeur nominale de longueur du délardage (voir figure 10). Tuyauterie primaire X0 X X1 Tubulure volute 0 Sens D'acquisition du profil Figure 10 : Schéma de détermination de la position de l axe de la soudure 7
Le cumul des tolérances les plus contraignantes dues aux outillages, au composant et à la mise en œuvre, conduit à justifier le positionnement de la source par ces outillages avec une précision de l ordre de : ± 10 mm dans le sens axial, par rapport à l axe de la soudure ± 5 mm dans le sens radial, par rapport à l axe de la tuyauterie V. Réalisation d essais sur maquettes dans les conditions de l examen Les essais de qualification de la mise en œuvre ont démontré l aptitude des outillages de type intratube à positionner la source de manière reproductible dans le domaine de tolérances revendiqué pour la qualification de la technique. Ces essais ont été réalisés sur une maquette représentative de la géométrie de la volute de pompe primaire EPR FLA3 (voir figure 11), aux cotes les plus pénalisantes des plans. Figure 11 : Maquette représentative de pompe primaire La maquette permet également l entrainement et la formation du personnel d intervention dans les conditions réelles d encombrement, d accessibilité, avec les tenues de protection requises. La reproductibilité et la répétabilité du positionnement axial et radial de la source de rayonnement, dans l axe de chacune des soudures de raccordement, côté aspiration et refoulement de la pompe, ont été vérifiées sur cette maquette (voir figure 12). Figure 12 : Essais de mise en œuvre sur la maquette de pompe primaire 8
Les performances de positionnement de la source établies dans le dossier de conception et de justification technique, ont été vérifiées : en axial, par des mesures de positionnement du faisceau laser mis en œuvre sur une maquette de délardage représentative des dimensions les plus pénalisantes de la soudure à contrôler (voir figure 13) en radial, à l aide d un gabarit de positionnement mis en place sur la maquette de volute de pompe primaire, associé à des mesures de distances entre ce gabarit et l embout d irradiation (voir figure 14) Figure 13 : Validation du positionnement axial sur la maquette de délardage Figure 14 : Validation du positionnement radial avec le gabarit de positionnement VI. Conclusion Les outillages de type intratubes automatisés ont été conçus afin de permettre leur mise en place par deux opérateurs. Le personnel d intervention est formé et entrainé afin de permettre leur mise en place rapide. Des protections biologiques complémentaires seront mises en place sur le tablier support, adaptées aux points chauds détectés dans la volute. En conclusion, au terme de cette qualification, il nous semble important de retenir la précision obtenue de positionnement de la source, de l ordre de ± 10 mm dans le sens axial et de ± 5 mm dans le sens radial, dans des conditions exigentes de mise en œuvre, selon un processus ne permettant pas d avoir accès au composant en fabrication. Cette précision de positionnement garantit la performance de l examen radiographique par technique panoramique, pour le contrôle de ces soudures de raccordement de la volute de pompe primaire, lors des différentes phases d exploitation de la centrale. 9
Références bibliographiques [1] RSE-M édition 1997 et modifications 1998, 2000 et 2005 Règle de surveillance en exploitation des matériels mécaniques des îlots nucléaires REP 10