Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les matériaux utilisés pour la constitution des composants principaux des centrales nucléaires à eau pressurisée (REP) ont été définis pour une parfaite intégrité des enceintes sous pression à température élevée pendant plusieurs décennies. Les aciers faiblement alliés au manganèse-nickel-molybdène assurent un excellent compromis entre tenue à la pression et ténacité. Les structures de génie civil comme le liner du bâtiment réacteur et les piscines comportent également de nombreux composants métalliques soudés, importants pour la sûreté des centrales. Cet article présente la spécificité de tous ces matériaux et les précautions opératoires de soudage permettant de garantir le niveau de sûreté requis sur toute la durée de l'exploitation.
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Materials used for the manufacturing of the main components of pressurized water reactors (PWRs) in nuclear power plants are designed to ensure pressurized equipment integrity at high temperature for several decades. These materials, steels lightly alloyed with manganese-nickel-molybdenum, offer an excellent compromise between tensile strength and toughness. Components important for plant safety are not limited to nuclear pressure equipment. Civil engineering structures such as the liner of the containment building, and pools, also have many metal components with welds. Given the specific features of these materials, operating precautions have been defined and continuously improved to ensure the level of safety required throughout operating lifespan.
Auteur(s)
-
Denis BUISINE : Expert groupe EDF - Directeur adjoint, EDF – CEIDRE, Saint-Denis (France)
-
Gérard PERRAT : Directeur technique et sûreté Division fabrication – Areva, Saint-Marcel (France)
INTRODUCTION
Les matériaux de base utilisés pour la constitution des composants des centrales nucléaires à eau pressurisée (REP) ont été définis pour garantir la parfaite intégrité des enceintes sous pression à température élevée pendant plusieurs décennies. Les nuances de ces matériaux en acier faiblement allié ont été optimisées afin qu'elles soient façonnables et soudables. Les installations nucléaires font l'objet, en France et dans tous les pays, d'une réglementation spécifique qui ne cesse de se renforcer en fonction du retour d'expérience. L'arrêté du 26 février 1974 pour le circuit principal des centrales nucléaires qui imposait des règles formelles concernant la fabrication, le contrôle et l'organisation qualité, a été remplacé par l'arrêté du 12 décembre 2005 (dit arrêté ESPN) qui, tout en reprenant l'essentiel de l'arrêté de 1974, renforce les exigences en matière de conception, en particulier au niveau de l'analyse de risques. Les nuances et les procédés ont été codifiés dans un recueil RCC-M (Règles de conception et de construction applicables aux matériels mécaniques) en cohérence avec les réglementations. En complément, des précautions opératoires particulières pour le soudage ont été déterminées pour tous les procédés de soudage en tenant compte des spécificités des matériaux de base et des produits d'apport pour répondre aux exigences contractuelles et réglementaires et plus généralement au niveau de qualité attendu. Ces précautions qui étaient basées, à l'origine, sur l'expérience industrielle des fabricants d'enceintes sous pression, ont été constamment améliorées par le retour d'expérience des fabrications des centrales nucléaires et complétées par une démarche exhaustive d'analyse de risques requise par l'arrêté ESPN de décembre 2005.
Les composants des centrales nucléaires à eau pressurisée importants pour la sûreté qui comportent des opérations de soudage ne se limitent pas aux équipements sous pression nucléaires. En effet, les structures de génie civil importantes pour la sûreté comme le liner du bâtiment réacteur, les piscines... comportent également de nombreux composants métalliques soudés. Les pratiques (nuances utilisées, précautions de soudage, contrôles...) ont là encore été optimisées au fil du retour d'expérience et ont été codifiées pour l'EPR dans un recueil ETCC (EPR Technical code for civil work) .
On présente dans la suite le soudage de la chaudière nucléaire, le soudage des structures de génie civil et enfin quelques exemples de retour d'expérience (de fabrication et d'exploitation) ayant conduit à une amélioration de ces opérations de soudage.
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MOTS-CLÉS
réacteur à eau sous pression soudage précautions opératoires aciers faiblement alliés tenue à la pression
KEYWORDS
pressurised water reactors | welding | operating precautions | low-alloy steels | tensile stress
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Soudage dans les structures de génie civil1. Soudage de la chaudière nucléaire
1.1 Rappel des matériaux utilisés pour les composants de la chaudière nucléaire
Les matériaux de base des enceintes sous pression telles que la cuve, les générateurs de vapeur (GV) ou le pressuriseur sont en acier faiblement allié au manganèse-nickel-molybdène de structure bainitique . La nuance de base 16MnNiMo05, appelée « 16MND5 », permet de garantir un excellent compromis entre la tenue à la pression (jusqu'à 150 bars) à haute température (jusqu'à 350 oC) et la ténacité. Les premières enceintes sous pression des centrales nucléaires du palier 900 MW ont été constituées de pièces laminées et forgées. Les pièces envirolées-soudées ont été remplacées par des pièces forgées afin de limiter le nombre de joints soudés à inspecter régulièrement en service.
Pour les générateurs de vapeur, la nuance 16MND5 a été remplacée par les nuances 18MND5 et 20MND5, ayant des teneurs en carbone légèrement supérieures, dans le but d'obtenir des caractéristiques de traction plus élevées, afin de rester dans les mêmes gammes d'épaisseur (environ 100 mm) pour les enceintes sous pression des centrales nucléaires des paliers 1 300 MW, N4 et EPR, en particulier pour les générateurs de vapeur de rechange pour lesquels, à l'occasion du remplacement, il a pu être proposé des augmentations de puissance, dans le même encombrement.
Le matériau de la cuve, quant à lui, n'a pas changé et est toujours resté de nuance 16MND5.
La soudabilité des pièces en acier faiblement allié est obtenue en maîtrisant la composition chimique du métal de base (limitations de la teneur en carbone, même pour les nuances 18MND5 et 20MND5, ainsi que de la teneur en nickel et chrome). Les risques d'hétérogénéité de ces pièces massives de plusieurs dizaines...
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Soudage de la chaudière nucléaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Arrêté du 26 février 1974 relatif à la construction du circuit primaire principal des chaudières nucléaires à eau.
-
(2) - * - Arrêté du 12 décembre 2005 relatif aux équipements sous pression nucléaires.
-
(3) - RCCM AFCEN - * - Règles de conception et de construction applicables aux matériels mécaniques.
-
(4) - ETCC AFCEN - * - EPR Technical code for civil work.
-
(5) - MILLEVILLE (Ph.), VAILLANT (F.), VIDAL (P.), DUNAND ROUX (L.), MARTINOVITCH (M.), BUISINE (D.) - Qualification of new filler metal made of high chromium content nickel base alloy. - AFIAP, Paris, 17-18 oct. 1995.
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