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" Perfectionnements aux objets fabriqués à partir de xx ouivre xx ou d'alliages à base de cuivre et destinés à être soumis à l'action de la vapeur ou de l'eau chaude *.
Ia présente invention est relative aux objets fabriqués à partir de cuivre et d'alliages à 'base de cuivre traitas pour que leur résistance à la corrosion ou à la séparation inter cristallise au sein du matai, en particulier dans la sapeur et dans l'eau chaude, soit améliorée; l'invention vise également le procédé pour réduire, la corrosion ou la séparation inter cristalline par addition d'une cer- taine quantité de cadmium.
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II a été constaté, dans certaines installa- tions de distribution de Tapeur, en particulier à des températures supérieures à 100 C et à des pres- sions supérieures à la pression atmosphérique, que la vapeur et (ou) les gaz accompagnant habituellement la vapeur dans les installations industrielles ordi- naires produisent la désintégration ou la fissuration de certains alliages à base de cuivre.
Des défail- lances importantes du cuivre et des alliages à base de cuivre se sont produites au cours de leur usage, par exemple sur des parties de joints de dilatation, dans les canalisations de vapeur de grandes villes telles que New York et Boston. la défaillance préma- turée ou inattendue .du cuivre ou des alliages à base de cuivre en pareil cas constitue une menace sérieuse pour le commerce et pour la santé publique.
une étude approfondie des causes de telles défail- lances dans les alliages à base de cuivre a été entreprise et a en pour résultat que, par un nouveau procédé d'essai, dans la vapeur, il a été découvert que sont certains alliages/capables d'offrir une résistance particulière à l'action de la vapeur aux températures élevées.
L'action de désintégration de la vapeur ou à laquelle des gaz contenus dans la -vapeur et laquelle il a été fait allusion dans le paragraphe précédent, est par- ticulièrement prononcée aux limites des grains des alliages; cette action sépare lesdits grains ou cris- taux en détruisant la cohésion et le lien qui, nor- malement, maintiennent les cristaux de l'alliage réunis pour former une masse résistante et uniforme.
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Certains alliages à base de cuivre, lorsqu'ils sont soumis à un effort, ou lorsqu'ils sont alternative- ment soumis à un effort et abandonnés au repos, se sont révélés comme étant plus sensibles à cette ac- tion de désintégration de la vapeur et (ou) des gaz de la vapeur que d'autres alliages à base de cuivre.
Le cuivre pur du commerce lui-même est sensible à ladite action et perd rapidement ses qua- lités lorsqu' il est soumis à des efforts importants.
L'effet de la vapeur aux températures élevées sur le cuivre et sur certains alliages à base de cuivre est connu, des ingénieurs chargés des canalisations de vapeur précitées; xxx il est connu aussi des techniciens des industries mécaniques et métallurgiques, mais il a été démontré d'une manière plus complète dans un nouveau procédé d' essai de laboratoire.
Des.fils de,cuivre et de plusieurs allia- ges à base de cuivre ont été soumis à l'action de la. vapeur pendant qu'ils étaient soumis à un effort, ou alors qu'ils étaient alternativement soumis à un effort et laissés au repos. On a constaté par lesdits essais que des alliages à base de cuivre xxx xxxxxxx martelés ou forgés xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx ,,Quand ils étaient soumis à des efforts,,/ xxxxxxxxxxxxxxxxx étaient susceptibles/de subir une action de désintégration plus ou moins prononcée par la vapeur et ceci indique que les alliages restants de ces systèmes sont sensibles également à cette ac- tion de désintégration.
Ces systèmes comprennent, en plus du cuivre pur du commerce :
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- les alliages Quitte-silicium. du commerce à 4% au moins de silicium .
- les alliages cuivre-aluminium. du commerce - les alliages cuivre-silicium.-manganèse du commerce - les alliages cuivre-zinc du commerce - les alliages cuivre-zinc-nickel du commerce - les alliages cuivre-étain du commerce - les alliages cuivre-étain-nickel du commerce - les alliages cuivre-aluminium-étain du commerce @ les alliages cuivre-zinc-étain du commerce - les alliages cuivre-nickel du commerce - les alliages cuivre-nickel-silicium du commerce - les alliages cuivre-zinc-silicium du commerce 7 -sine - les alliages cuivre-nickel-aluminium du commerce et les alliages analogues à base de cuivre.
Conformément à la présente intention des objets sont fabriqués à partir de cuivre ou d'al- liages à base de cuivre et ils sont adaptés pour pou- voir être soumis à l'action de la vapeur ou de l'eau chaude. ces alliages renfermant une petite quantité de cadmium, de préférence de xxx 0,01 % à 3 % de @ cadmium, pour réduire la tendance à la séparation inter-cristalline dans le métal sous l'action de la va.peur ou de l'eau chaude.
Un grand nombre d'alliages à base de cuivre sans cadmium. et d'autres contenant du cadmium ont été soumis aux essais et, bien que l'amélioration soit plus grande pour certains alliages que pour d'au- tres, les essais montrent que dans la pratique, tous les alliages à base de cuivre sont améliorés au moins @ dans une certaine mesure, par la présence de cadmium dans l'alliage, en ce qui concerne la résistance à la corrosion par la va;peur.
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les essais ont été faits dans une chambre de vapeur cylindrique sous une pression de 9,14 Kg/cm2 qui équivaut à une température d'enviren 1800 C. la vapeur était analysée et les impuretés déterminées.
Les échantillons d'alliages à 'base de cuivre se trou- vaient sous la forme de filsde 0,916 xx mm. de diamètre passant à travers des presse-étoupe garnis d'amiante dans chacun des fonds de la chambre, de telle manière qu'une charge de valeur quelconque puisse être appli- guée aux fils. Les oharges en question variaient de de zéro à 80 %/la résistance finale à la traction des échantillons.
Des essais faits sous des charges intemé- diaires, telles que 5 %, 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, etc,** de la résistance finale à la traction des échantillons ont montré que la durée de vie des échantillons soumis aux essais dans la. vapeur variait proportionnellement à la charge ou effort appliqué pendant l'essaie
Par suite ,des essais ont été effectués sous des tensions inférieures et supérieures à la. limite élastique et (ou) à la Imite proportionnelle de plusieurs échantillons.
Le mode opératoire habituel consistait à maintenir constamment la vapeur mais à supprimer Se la charge pendant un certain temps chaque jour.
Il a été trouvé au moyen de ce nouveau procédé d'essai que certains alliages à base de cuivre étaient rapidement hors d'usage par 1'*effet, de la sépa- ration inter granulaire commençant à la surface des échantillons et s'étendant vers l'intérieur jusqu'à ce que la section transversale restante de métal sain
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se rompe par suite de 1*augmentation de l'effort par unité de surface* Un autre type de mise hors service des échantillons a été découvert : les grains se séparaient à l'intérieur des échantillons sans liaison apparente avec la surface.
Certains échantillons se trouvaient mis hors d'usage par l'un ou l'autre de ces lui types de séparation inter granulaire, tandis que d'autres l'étaient par une combinaison des deux types de séparation.
Pour rendre apparent le comportement dans l'appareil d'essai décrit plus haut de plusieurs alliages à base de cuivre choisis, on donnera maintenant des exemples desdits alliages. Les échantillons étaient soumis dans la chambre à une pression de -vapeur d'environ 9,14 kg/cm2 (180 C) et chaque échantillon était soumis individuellement à un effort de traction atteignant 80 %de sa résistance finale à la traction,
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]Résultats d'lassais dans la vapeur de divers alliages à base de cuivre soumis, chacun , à un effort de traction atteignant
80 % de sa résistance finale à la traction.
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<tb> Mis <SEP> hors
<tb> service
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<tb> heures
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<tb> 2 <SEP> 98,58 <SEP> 0,60 <SEP> 0,80 <SEP> 0,02 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> - <SEP> -- <SEP> 3002
<tb> 3 <SEP> 97,00 <SEP> -- <SEP> -.. <SEP> 3,00 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 1
<tb> 4 <SEP> 96,00 <SEP> -- <SEP> 1,00 <SEP> 3,00 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 76 <SEP> 1/2
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6 94,00 # -- -. ..- b, 00 1,00 -- 160
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<tb> 6 <SEP> 93,00 <SEP> -- <SEP> 1,00 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 5,00 <SEP> 1,00 <SEP> -- <SEP> 1699
<tb> 7 <SEP> 96,94 <SEP> -..
<SEP> -- <SEP> 0,48 <SEP> 2,34 <SEP> -- <SEP> 55
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8 96,71 - 0,66 0,50 -- 1,88 -- -- 1109
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<tb> 9 <SEP> 66,00 <SEP> -- <SEP> -.. <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 5,00 <SEP> 1,5 <SEP> 27,50 <SEP> 4
<tb> 10 <SEP> 66,00 <SEP> -- <SEP> 1,00 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 5,00 <SEP> 1,5 <SEP> 26,50 <SEP> 48
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11 98,25 -- -- 1,50 0,25 - - - 42 qt4 12 97,00 -- 1,00 1,75 0,$5 èè --- - 1058 13 95900 - - - -- g p0 - 3-4/5 14 94,00 - 1,00 -- -# -- 5900 90 16 97,50 # 2,60 # # # -- 1 16 9 1,00 - - - - 16 99,00 -- 1,p0 # # <# # 1/L2 17 98 00 2,00 - # - - 1/2 18 Cuivre -- - .- -- -- -- .,...
0 19 89,90 --- 0,la 10,00 16 ?'s0 89,75 z 0,26 - - 10,00 # T Z01 21 89,,b0 --- 0,50 z la,00 - -t- 65a 22 88,75 OS25 -- -- 10,00 1,00 187 25 88,50 r- 0,50 -* 10,00 1,00 or- 407
Les essais réels à la vapeur ci-dessus! rapportes et plusieurs autres essais analogues ont démontré la supé-
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rioritê des alliages à 'base de cuivre renf'erJ1Ji.Ult du cadmium lorsqu t ils sont soumis à des efforts dans la vapeur, les
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essais de la demanderesse montrent que d'autres éléumts
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tels que le manganèse, le nickel, l'étain et l'arsenic, ainsi que des combinaisons de ces éléments, contri- buent de manière appréciable à empêcher ou à contrarier l'action de la vapeur et (ou)
des gaz contenue dans la vapeur sur le cuivre et sur les alliages à base de cuivre; bien que la demanderesse reconnaisse les effets avantageux de la présence dans certains alliages à base de cuivre, lorsqu'ils sont utilisés dans la vapeur, d'éléments tels que le manganèse, le nickel, l'étain et l'arsenic, la demanderesse a découvert et démontra que le cadmium est l'élément le plus avantageux dans un grand nombre de cas et même qu'il améliore la résistance à la corrosion à la -vapeur et (on) aux gaz lorsqu'il est utilisé avec lesdits éléments.
En voici des exemples : - Cadmium ajouté à du cuivre du commerce - " " à des alliages cuivre-étain
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- * * à * * cuivra-n.i.ckel-a1.uminium - * t t t ouivm-nickel-aluminiumzinc * * 18:.... cuivre-siliciun-mangsnèse z * * * * " ouivre-mickel-siliciux - s w w w r cui*re-niokel - " " " " " cuivre-silicium - " " " " w cuivre-aluminium
La proportion de cadmium est habituellement de 0,01 % à 1,50 % environ de l'alliage bien qu'elle puisse atteindre 3 % si on le désire.
Bans plusieurs cas des appareils fabriquée au moyen de ces alliages à base de cuivre renfermant du cadmium doivent comporter des oints formés par soudure. Il a été constaté que de telles soudures
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peuvent être (et sont de préférence) faites au moyen de soudures semblables renfermant du cadmium ou de baguettes de métal d'apport car il est important que les joints soudés soient aussi rosis- tantx, l'action de désintégration par la vapeur due les métaux soudés eux-mêmes.
Une caractéristique d'un certain nombre de ces alliages est Inexistence d'une pellicule superficielle rougeâtre visible après recuit ou chauffage particulièrement à la surface des alliages les plus légers renfermant du nickel. Cette pellicule semble conférer une certaine protection contre la séparât ion ou corrosion inter-cristalline.
Lors de la coulée des alliages précités ' à base de cuivre et renfermant du cadmium, le oadmium peut être ajouté tel quel ou sous une forme appropriée quelconque d'alliage. Autrement dit, il peut être ajouté conformément à la pratique habituelle de la fonderie. Un procédé satisfaisant consiste à 7.'ajouter sous forme d'un alliage contenant par exemple 90 % de cuivre et 10 % de cadmium.
L'alliage résultant peut être coulé en tout moule approprié. Les pièces coulées peuvent ensuite être laminées, forgées, martelées, étirées, filées à la presse etc.,, soit à chaud, soit à froid et, dans beaucoup de cas, aussi bien à chaud qu'à froid, pour être mises sous des formes diverses telles que feuilles, barres, tiges, fils, tubes, etc... par des procédés actuellement bien connus et utilisés dans l'industrie des alliages de cuivre.
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parmi les applications des alliages à base de cuivre renfermant du cadmium, on peut citer les conducteurs électriques et les conducteurs de chaleur, :
particulièrement en présence de vapeur, les tubes de condenseur, les joints de dilatation et les dispositifs analogues dans les conduites de vapeur, les dispositifs de réglage ou de commande de distribution de vapeur, les tubes sans soudure ondulés, les tubes métalliques flexibles, les soufflets, les diaphragmes et autres organes des dispositifs de réglage de vapeur ou d'eau, les valves ou soupapes, les tubes de chauffage, les conducteurs de vapeur et les réservoirs, les récipients, les cuves et autres appareils destinés à contenir des liquides à la température de xxxxxxxx vaporisation, les aubes et autres organes des turbines à vapeur et tous appareils particulièrement destinés à fonctionner dans la vapeur ou devant résister à l'action de corrosion et de désih- tégration de la vapeur.
Sur le dessin annexa, on a représenté des exemples de divers objets destinés à travailler dans la vapeur et dans l'eau chaude, objets dont les qualités, pour de telles applications, sont grandement améliorées par l'invention car leur durée est considé- rablement augmentée s'ils sont en contact avec de la vapeur ou de l'eau chaude, aussi bien quand ils sont soumis à des efforts que lorsqu'ils sont au repos, si l'on utilise ces alliages contenant du cadmium; ce métal suppose en effet, dans une large mesure, à la corrosion et à la désintégration dues à l'action de
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la. vapeur er de l'eau chaude et (ou) des gaz contenus dans la vapeur,.
Sur le dessin annexa ? la figure 1 est une coupe longitudinale d'un tuyau ou conducteur qui peut être utilise pour transporter de la vapeur et de l'eau chaude; la figure 2 en est une coupe transversale ; la figure 3 est une coupe longitudinale d'une portion de soufflet pouvant être utilisé l'oU!' des joints de dilatation, pour des dispositifs commandés ou des dispositifs de réglage, etc... pour les installations de vapeur et d'eau chaude; la figure 4 en est une coupe transversale; la figure 5 est une coupe transversale de pièces métalliques en forme de coupe embouties ou matricées s'emboîtant l'une dans l'autre et destinées à être utilisées dans les installations de vapeur et dans les dispositifs de réglage de vapeur; la figure 6 en est une vue en plan par dessus ;
la figure 7 est une coupe longitudinale d'un tube sans soudure annulaire ondulé: pouvant être utilisé dans des systèmes à vapeur ou à eau chaude: la figure 8 en est une coupe transversale; la figure 9 est une vue en xxxx élévation latérale avec partie en coupe longitudinale d'un autre type de tube sans soudure, ondulé; la figure 10 en est une coupe transversale,* la figure 11 est une vue en élévation latérale d'un bouilleur ou récipient pour la vapeur ou l'eau chaude;
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la figure 12 est une coupe transversale d'un diaphragme flexible ; la figure 13 en est une vue en plan par- dessus; la figure 14-,,est une coupe d'un diaphragme plan; la figure 15 en est une vue en plan;
la. figure 16 est une vue en élévation laté- rale avec uoupe longitudinale partielle d'une autre forme de tuyau ou tube métallique flexible; la figure 17 en est une coupe transversale; la figure 18 montre une pièce plane faite dans une feuille de métal; la figure 19 montre une bande semblable eintrée suivant toute tonne voulue ; la figure 20 enfin est une vue en perspective d'un réservoir.
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Le tube ou conducteur des figures 1 et 2 peut avoir toute section habituelle quelconque et, pour l'utilisation avec de la vapeur et de l'eau chaude, être fait au moyen de l'alliage perfectionné renfermant du cadmium, conformément à l'invention.
Le soufflet flexible 22 des figures 3 et 4 est formé d'une feuille de métal flexible ohdulée comme le montre le dessin; il est établi pour être utilisé dans des joints de dilatation ou pour servir de soufflet formant l'élément expansible et contractile
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de dispositifs régulateuis fonctionnant par la :pression.
Le dispositif de la figure 5 comprend deux pièces 23 et 24 en forme de coupe embouties ou matricées à partir de feuilles de l'alliage en question; ces
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pièces sont réunies par emboîtement de manière que leur position se trouve réglée par exemple sous diverses pressions, eto..., dans les dispositifs régulateurs pour les installations de vapeur et d'eau chaude. les pièces 23 et 24 peuvent être reliées à l'installation par des tuyaux appropriés fixes aux raccords 25.
Le tube ondulé sans soudure 26 de la figure 7 est fait d'une feuille mince flexible de métal; il peut être utilisé pour conduire de là vapeur et de l'eau ou pour d'autres usages analogues, Dans cette forme particulière, les ondulations sont annulaires. le tube sans soudure 27 des figures 9 et 10 est construit de la même manière, avec cette différence cependant que les ondulations sont disposées en hélice; ce tube peut être utilisé pour conduire de la vapeur et pour d'autres applications de la xxx meme manière que le tube des figures 7 et 8.
L'élément 28 de la figure 11 montre schématiquement un bouilleur,, réservoir, ou autre dispositif analogue pour la vapeur ou l'eau chaude; il peut être construit de toute manière voulue, par exemple au moyen de feuille s rivées ou soudées, de fonds etc...
Le diaphragme 29 des figures 12 et 13 est fait d'une feuille mince flexible de l'alliage considéré et il peat être ondulé comme on l'a indiqué en 30 pour être utilisé dans des dispositifs régulateurs etc...
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Le diaphragme 31 des figures 14 et 15 est sensiblement le même sauf qu'il est lisse au lieu d'être ondulée
Sur les figures 16 et 17, on a représenté un type habituel de tube flexible à enroulement en hélice et à emboîtement, tube formé d'une bande 32 conformée sur un bord par xxxx courbure vers l'in- térieur et latéralement, comme on l'a indiqué en 33 et placée entre une partie 34,courbée vers l'exté- rieur, du bord opposé de la spire -voisine, de telle manière que ces spires soient xxxxxxxx emboitées l'une dans l'autre et qu'elles puissent exécuter un certain déplacement relatif pour permettre la flexion du tube.
De tels tubes peuvent être utilisés pour conduire de la vapeur ou de l'eau chaude entre des éléments xxxx,mobiles l'un par rapport à l'autre, d'un système et en tous autres lieux ou cela serait jugé désirable.
Ia plaque plane 35 de la figure 18 peut être utilisée pour toutes applications désirées ou pour constituer divers éléments de l'installation de vapeur ou d'eau chaude.
Il en est de même de la pièce 36 de forme' irrégulière que montre la figure 19.
Le réservoir 37 représenté sur la figure 20 peut être de toute construction appropriée, celle qui est figurée comportant des parois latérales 38 et des parois extrêmes 39 avec un fond non figuré.
Les éléments que montré le dessin et qui viennent d'être décrits sont simplement des exemples du grand nombre d'éléments qui peuvent être améliorés grâce à l'invention, celle-ci ayant pour effet d'aug-
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413286 menter leur résistance à la corrosion et à la désin- tégration dans les applications où de tels éléments sont en contact avec la. vapeur et avec l'eau chaude.
En même temps qu'il confère aux alliages la résistance à la corrosion et à la désintégration, le cadmium augmente leur résistance à l'allongement graduel sous des efforts même lorsqu'ils sont soumis à aux températures élevées qui existent dans les applications avec de l'eau chaude et de la Tapeur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.