Eric Boudreault, Bruce Hazel

Novembre 2013

Les Entretiens Jacques CartierLes Entretiens Jacques Cartier

1

Traitement thermique robotis in situ appliqu la rparation de turbines hydrauliques

Contact: boudreault.eric @ireq.ca

Plan Contexte

Fabrication des roues de turbine Problmatique: vieillissement du parc hydrolectrique

Cavitation rosion Fissuration

Solution: Traitement thermique robotis Chauffage par induction portable Robot Simulation et planification de trajectoire

Contrle du profil de temprature

Preuve de concept de la technologie

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Les roues sont un assemblage soud de pices coules et usines.

Une fois lassemblage termin la pice est place dans une fournaise. Ex: Norme ASTM A487: 565 620 C pendant plusieurs heures

Fabrication des roues

3

Aube .Couronne .

Ceinture .Tire de : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heat-Treating-Furnace.jpg

Traitement thermique (T. T.)

4

Amliorer les proprits de lacier Propagation de fissure Ductilit

Abaisser les contraintes internes

T.T.

FragileDuctile

Soudage T. T.

Tire de : http://plasticinestock.deviantart.com/art/Plasticine-Crab-100798165

Il est actuellement impossible de raliser un tel traitement thermique sans retirer la roue de la centrale ($$$).

Exemples dapplications:

CavitationCavitation rosionrosion Retouche Retouche la fabricationla fabrication

Problmatique

5

FissureFissure

Tire de : http://en.wikipedia.org/wiki/CavitationTire de : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cavitation_Propeller_Damage.JPG

Acier

Fissure

5,0

mm

Rparation de fissure

6

Exemple de fissure

Rparation de fissure (suite)

7

6.0m

m

Gougeage

,

Rparation de fissure (suite)

8

1

23

5 46

Soudage

Mtal fondu

Rparation de fissure (suite)

9

Meulage et polissage

Rparation de fissure (suite)

10

Traitement thermique

C

Zone fondue

Z AT

12 mm

Solution

11

Hydro-Qubec dveloppe un nouveau procd de traitement thermique robotis in situ.

SCOMPI robot

Bobine induction

Conducteurs tresss

Condensateur

Robot Scompi

Electro-technique Chauffage par

induction portable

Rsum de linvention

Robotique

SCOMPI

Simulation

lments

finis

Calcul parallle

GPGPU

Invention

Mtallurgie

Traitement

thermique

Planificationde trajectoire

T.T. ->

Trajectoire

Mesure

Thermographie

1. Un courant alternatif haute frquence circule dans une bobine. 2. La bobine place proximit dune pice dacier engendre un courant lectrique. 3. Un courant lectrique dans un matriau cre un chauffement.

Technologie comparable aux cuisinires induction.

Chauffage par induction

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Avantages Sans contact Sans fume Facile contrler lectronique portable

Tire de : http://www.flickr.com/photos/chriscoyier/6839939850/sizes/o/in/photostream/

Dveloppement dun systme lectronique portable Industrie: Petite pice amene un systme de grande envergure T. T. robotis: Petit systme amen une pice de grande envergure

Chauffage par induction (suite)

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Industrie T. T. robotisvs

Tire de : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plustherm_induction_heater.jpghttp://fr.m.wikipedia.org/wiki/Fichier:Induction_heating_of_bar_crop.jpg

Technologie Scompi

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Robot portable multi procd pour la rparation des quipements lourds en place

Procds: Soudage, coupe, gougeage

Meulage

Martelage Mesure laser

Applications: Rparation de cavitation

Reprofilage daube de turbine Rfection de voie de roulement

45 chantiers complts en 15 ans

Hydro-Qubec 100/350 roues de turbine en acier inoxydable 13Cr-4Ni ge moyen des groupes: 30 ans Rparation actuelle des fissures avec acier inoxydable 309 L

de la limite lastique Htrognit microstructurale Zone affecte thermiquement fragile Rsistance la cavitation faible Contraintes internes leves

Traitement thermique Utiliser le matriel de base Cible: 620 10 oC

Augmente: Dure de vie Rsistance la cavitation

Double la limite lastique

Exemple dapplication

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Dfi: 1. Maintenir la temprature lintrieur de 2 % derreur2. Uniformiser le profil de temprature

T. T. sur le 13Cr-4Ni : 620 10 oC pendant 60 min.

Un ouvrier avec une source de chauffage au gaz ne pourrait pas raliser manuellement le T.T. aussi longtemps et prcisment

Contrle du profil de temprature

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Tem

pra

ture

(C

)

Temps (s)

TcibleT.T.T.T.

Tem

pra

ture

(C

) Tcible

Position

Zone traiter

UniformisationUniformisation

Planification de la trajectoire Trajectoire va-et-vient:

Serpentin .

Mtal chaud (rougi) .

.

Serpentin .

.

1 2

3 4 5

Simulation

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Les technologies informatiques actuelles permettent aujourdhui de simuler en temps rel le processus de chauffage sur un ordinateur portable.

Lordinateur calcule la trajectoire de la source ncessaire pour maintenir la temprature uniforme sur une zone apprciable.

Essai 1 Essai n

Optimisation

Tire de : http://www.consolesrepaired.co.uk

Correction des erreurs en place

20

610 C 3 mm

D

L

Capteur de temprature

Modification des paramtres Hauteur du serpentin Trajectoire

Mesure

Preuve de concept: rparation de fissure

5

Usinage de lentaille Soudage de la fissure Meulage du dessus

Preuve de concept: traitement thermique

7

T.T. robotis T.T. four

Profile de temprature (0, 0, 0)

Temps (s)

Tem

pra

ture

(C

)

C63062762462161861561261050052025

Mesure de la rsistance au choc

9

Preuve de concept: mesure des proprits

Duret

Tire de : http://plasticinestock.deviantart.com/art/Plasticine-Crab-100798165

9

Preuve de concept: mesure des contraintes internes

Aprs soudage

Aprs T.T.

(MPa)

T. T.

Rduction de moiti des contraintes internes aprs T. T.

Relaxation

Tension

Conclusion

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Ralisations Les traitements thermiques robotiss sont comparables ceux raliss dans un four. Le profil de temprature est contrl lintrieur de la plage de tolrance (2 %) sur une

dimension acceptable. La rparation de fissure, de cavitation ou de dommage caus par lrosion est

maintenant possible in situ. Le traitement thermique in situ permettra vraisemblablement de rduire les cots de

maintenance de faon importante ($$$).

Travaux futurs Contrler la temprature sur des gomtries massives forte courbure. Contrler le profil de temprature au refroidissement pour rduire les contraintes

internes dans la zone soude.