Essais & Simulations n°133

Essais

Essais et modélisation En application Validation expérimentale de la simulation numérique du contrôle par sonde tournante transverse des tubes de générateur de vapeur Le voisinage de la plaque support des tubes (PST) de générateur de vapeur (GV) est particulièrement complexe pour le contrôle non destructif (CND) par courants de Foucault (CF). En effet, chaque tube a été fixé à la PST par dudgeonnage, opération consistant à le gonfler mécaniquement pour l’encastrer dans la plaque. La déformation du tube induite dans cette « zone de transition de dudgeonnage » (ZTD) rend plus complexe le signal CF. Or, cette zone présente un risque d’apparition de dégradation (fissures de corrosion sous contrainte, dépôts…), c’est pourquoi on a conçu une sonde CF adaptée, appelée « sonde tournante transverse » (STT), dont le capteur reste plaqué contre la paroi interne du tube, ce qui a pour intérêt d’atténuer au maximum le signal de la ZTD. Cette sonde est en outre opérée à deux fréquences pour éliminer, par combinaison, le signal de la PST. Par ailleurs, la simulation numérique est abondamment utilisée en appui à la qualification des procédés de contrôle CF, en particulier celui par sonde STT. La méthode des éléments finis tridimensionnels (EF-3D), telle que mise en œuvre dans l’outil C3D-CND, permet de modéliser sans difficulté toute déformation du tube (avec la résolution permise par le maillage) et de prendre en compte les très fortes perméabilités magnétiques des PST par le biais des éléments d’impédance de surface. Par contre, la modélisation de l’acquisition du signal en ZTD met en difficulté la majorité des outils de simulation, dès lors que la STT reste en contact avec le tube déformé, générant ainsi une trajectoire hélicoïdale complexe à définir. Cette difficulté a été résolue en implémentant dans C3D-CND un modèle original simulant le basculement de la STT dans la ZTD, et ce modèle a été validé expérimentalement sur une maquette de ZTD comportant une entaille circonférentielle interne. Les trois composants du modèle numérique 1. La STT : c’est l’une des sondes les plus complexes à modéliser en raison des particularités de sa conception (voir Figure 1). En effet, pour intensifier et concentrer le champ de la bobine émettrice, cette dernière est logée dans un pot de ferrite lui-même blindé par un anneau conducteur. Les deux bobines réceptrices sont quant à elles alignées sur une génératrice du tube, afin de détecter fissures circonférentielles (en mode différentiel). Comme précisé plus haut, les trois bobines restent constamment plaquées contre la paroi interne du tube afin de réduire le signal de ZTD. Pour ce faire, elles sont insérées dans un sabot mobile pouvant se déplacer en translation et en rotation. 2. La ZTD : on a considéré la maquette d’une ZTD réaliste constituée de deux dudgeonnages mécaniques successifs appelés respectivement « intégral » (DMI) et « amélioré » (DMA), procédé minimisant la contrainte mécanique à l’encastrement du tube. En entrée de la zone de DMI se trouve une entaille circonférentielle interne électro-érodée (voir Figure 2 à gauche). Cette maquette bénéficie par ailleurs de relevés dimensionnels extrêmement précis (tolérance de 3 mm) pour le diamètre interne et l’épaisseur du tube sur toute Figure 1 Modèle de CAO de la STT (gauche), maillage EF-3D éclaté (milieu), vue du sabot mobile (droite) 18I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

essais et modélisation la longueur de la ZTD (Figure 2 à droite). Malgré la distorsion notable des sections du tube (visible sur les courbes en trait pointillé) et la corrélation entre le diamètre et l’épaisseur (illustrant la conservation du volume dans le dudgeonnage du tube), l’hypothèse classique du tube axisymétrique reste suffisante pour notre modèle de basculement et seules les valeurs moyennées ont été utilisées (courbes en trait plein). 3. Le modèle de basculement : à partir du déplacement du sabot mobile de la STT et de la géométrie de ZTD décrite finement (et supposée axisymétrique), on a élaboré un modèle de contact sabot-tube basé sur les hypothèses cinématiques suivantes : - la position des bobines est obtenue par la somme du déplacement et de la rotation du corps de sonde (c’est le balayage classique des sondes tournantes) et de deux paramètres supplémentaires : la translation radiale du sabot et sa rotation tangentielle, qui dépendent du profil de la ZTD (courbes rouge et bleue de la Figure 3) ; - la ZTD est décomposée en une succession de troncs de cône (courbe noire de la Figure 3) constituant une discrétisation linéaire, en quelques dizaines de points, du diamètre interne mesuré de la Figure 2 ; Figure 2 Maquette de ZTD avec entaille circonférentielle (gauche) et relevé dimensionnel (droite) - le contact sabot-tube s’effectue en deux points seulement, points qui doivent nécessairement encadrer le milieu du sabot afin d’assurer son équilibre statique en rotation (pour cela, l’extension axiale du sabot doit être connue précisément). n° de stand sur Wne : hall 7 stand J 152 Le succès de vos innovations technologiques Prestations de haute expertise technique pour le domaine de l’énergie • Conseil et accompagnement sur site client • Modélisation et simulation numérique • Qualification d’équipements • Solutions de surveillance vibratoire et acoustique • Organisation et réalisation d’essais • Gestion de projets • Recherche et Développement AVNIR Energy www.avnir.fr 06.42.09.68.73 energy@avnir.fr ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I19