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PERFECTIONNEMENTS APPORTES A LA FABRICATION DE RACCORDS METALLIQUES.
La présente invention est relative à des perfectionnements apportés à la fabrication de raccords métalliques ou analogues.
Elle concerne également des raccords métalliques ou analogues obtenus suivant des procédés conformes à l'invention.
Les raccords compris entre deux éléments formés de métaux à coefficients de dilatation thermique fort différents, tels des aciers austénitiques et ferritiques, sont soumis à de violents efforts lorsqu'ils sont chauffés, et spécialement lorsqu'ils ont à subir des variations cycliques comprises entre des hautes et basses températures et pressions.
Une telle situation se présente notamment dans des échangeurs de chaleur de types divers, des raffineries de pétrole et des installations de production de vapeur. Les températures et les efforts, ainsi que la fréquence et la rapidité de leurs modifications, varient de façon considérable; toutefois, les conditions les plus rigoureuses se rencontrent probablement dans certaines installations de production de vapeur, en raison du fait que l'on y fait usage à la fois de températures et de pressions élevées et sujettes à des fluctuations cycliques.
Jusqu'ici les températures supportées par les métaux utilisés dans des installations de production de vapeur ont permis, de façons satisfaisante, l'emploi d'aciers ferritiques contenant, par exemple, 0,5 % de molybdène, ou 1 % de chrome et 0,5 % de molybdène. Récemment, on a utilisé des aciers ferritiques comportant soit 2,25 % de chrome et 1 % de molybdène, soit
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3% de chrome, 0,5 % de molybdène, 0,75 % de vanadium et 0,5 % de tungstène.
Deux facteurs limitatifs sont à considérer dans le choix des matériaux à soumettre à des températures et à des pressions élevées ; sont la tendance à l'écaillage ou corrosion et la résistance offerte à celle-ci.
L'écaillage des aciers ferritiques habituels restreint leur emploi à des températures ne dépassant pas 510 C. Le besoin d'aciers pour des températures atteignant 605 C a fait naître le besoin d'aciers de plus grande résistance à l'écaillage. Par exemple, un acier de l'espèce susdite contient 18% Cr, 12 % ni et 1 % Nb; il s'agit d'un acier austénitique. En raison de son coût élevé, cet acier toutefois ne s'emploie qu'en présence de hautes températures et est raccordé à de l'acier ferritique en un point où la température est inférieure.
Si, entre deux éléments tubulaires formés des différents aciers susdits, un raccord est réalisé par soudage de bout en bout, en raison de la différence entre les coefficients de dilatation thermique de ces deux métaux au chauffage et au refroidissement, des tensions se manifestent dans un plan situé approximativement à angle droit par rapport à l'axe du tube ou de la conduite. De plus, des modifications de structure, tel qu'un déplacement de carbone allant de l'acier ferritique à l'acier austénitique, se produisent dans le même plan que le précédent et donnent lieu à un affaiblissement de matière.
Suivant l'invention, une pièce de jonction utilisable entre deux éléments métalliques ayant différents coefficients de dilatation thermique, est réalisée en partant d'une paire de flans ou analogues formés de métaux à coefficients de dilatation différents, et susceptibles d'être soudés ensemble par pression et à de hautes températures. Lorsqu'ils sont chauffés, lesdits flans, assemblés face contre face, sont disposés dans une matrice ou chambre; une pression est exercée sur l'un d'eux afin d'extruder l'ensemble par un passage dont la section est inférieure à celle desdits flans.
Ainsi, le flan arrière pénètre de force dans le flan avant et l'on obtient un raccord dans lequel une partie conique formée par l'un des métaux entoure une partie conique complémentaire constituée par l'autre métal. Dans le procédé suivant l'invention, les deux flans ou analogues sont soudés l'un à l'autre.
L'invention a essentiellement pour objet la production d'une pièce de jonction tubulaire.
Cet objet est aisément réalisable en utilisant des flans ou analogues de forme annulaire et en les extrudant d'une matrice de type habituel et comportant un mandrin ainsi qu'une partie conique débouchant sur une ouverture cylindrique.
Eventuellement, les flans ou analogues peuvent être constitués par des cylindres pleins. Dans pareil cas, ils peuvent être extrudés, d'une matrice analogue à la précédente, sous forme d'une barre qui est ensuite alésée pour donner une pièce tubulaire de jonction.
De même des cylindres pleins peuvent être disposés dans une cham- bre comportant une extrémité fermée et s'extruder vers l'arrière, c'est-p- dire dans le sens opposé au déplacement d'un mandrin vers ladite extrémité fermée afin de former autour de ce dernier un cylindre creux comportant une extrémité obturée qui est ensuite sectionnée.
Lorsqu'ils sont disposés dans la matrice ou dans la chambre susdites, les flans ou analogues peuvent être séparés l'un de l'autre ou réunis pour former ensemble un même bloc. Au cours du chauffage préalable à l'extrusion, il se manifeste une tendance à l'oxydation. Il importe d'empêcher la
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formation de celle-ci sur les surfaces qui doivent être soudées l'une à l'autre par extrusion. A cet effet, la méthode la plus avantageuse consiste à souder ensemble les flans ou analogues à l'entour de leurs faces opposées. Tout autre procédé peut être utilisé dans le même but.
Une pièce tubulaire de jonction extrudée conformément à l'invention peut normalement être usinée aux dimensions désirées. En général, elle est extrudée de façon à comporter une paroi d'une épaisseur supérieure à celle des tubes qu'elle doit relier, ladite pièce étant usinée à l'épaisseur de la paroi de ces derniers, avant d'être réunies à eux par soudage.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront plus clairement de la description de quelques exemples de procédés de fabrication de raccords métalliques, donnée ci-après à titre non limitatif et avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une représentation schématique d'une phase d'exécution d'un procédé selon l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un raccord obtenu au cours de la phase susdite.
La figure 3 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la fig. 2.
La figure 4 est une vue, analogue à celle de la fig. 2, d'un raccord terminé.
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale du raccord de la fig. 4 reliant deux tubes.
La figure 6 est une vue analogue à celle de la fig. 1 montrant une variante du procédé selon l'invention.
Et les figures 7 à 11 représentent schématiquement cinq phases d'exécution d'un autre procédé de fabrication conforme à l'invention.
Si l'on se réfère aux fig. 1 à 4, on constate que la première étape dans la fabrication d'un raccord métallique suivant l'invention consiste à réaliser deux flans annulaires 1 et 2. Le flan 1 est en acier austénitique comportant théoriquement 18 % de chrome, 12 % de nickel, 1 % de niobium et 0,1 % de carbone, le restant étant constitué essentiellement par du fer. Le flan 2 est en acier ferritique comportant théoriquement 2,25 % de chrome, 1 % de molybdène et 0,1 % de carbone, le restant se composant essentiellement de fer.
Les deux flans 1 et 2 ont une forme annulaire et sont réunis en un seul bloc- A cet effet, ils sont usinés sur leurs faces de contact et soudés sur les bords intérieurs et extérieurs desdites faces, comme indiqué par la référence 3 aux dessins, afin de prévenir toute oxydation durant le chauffage préalable à l'extrusion. Les soudures sont rectifiées au ras desdites faces pour que le bloc ainsi réalisé s'adapte étroitement à l'intérieur d'une matrice 4, habituelle d'une presse à extrusion.
Ensuite le bloc est porté à la température d'extrusion soit 1180 C, et placé dans la matrice 4. Un mandrin 5 est introduit dans le bloc, comme montré à la fig. 1, et une pression est exercée sur le flan arrière 2 par un piston 6 s'adaptant étroitement dans la matrice 4, et ainsi ledit bloc est extrudé sous forme d'un tube. Au cours de cette opération, l'extrémité antérieure du flan arrière 2 est pressée vers l'avant, le long de la périphérie du mandrin 5, dans l'extrémité postérieure du flan 1 précédent.
Comme représenté à la fig. 3, l'extrémité 7 du flan 2 est enfermée dans la paroi tubulaire du flan avant 1 et, immédiatement après ladite extrémité 7,
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la face intérieure du tube est formée par le métal constituant le flan 2.
Sur une longueur relativement importante du tube, la paroi de celui-ci est composée de parties coniques et complémentaires constituées par les deux métaux, celle appartenant au flan avant 1 étant disposée à l'extérieur.L'angle de conicité des parties susdites est déterminé par le rapport existant entre la section transversale des flans et celle de la pièce tubulaire de jonction extrudée, montrée à la fig. 2, et également par l'angle de conicité de la partie 9 de la matrice 4.
Le tube extrudé est ensuite sectionné à la longueur désirée, de façon telle que chacune des extrémités de la pièce terminée ne comporte qu'un seul métal. Il est usiné à la fois intérieurement et extérieurement aux diamètres désirés. Son aspect final est représenté à la fig. 4 par la référen- ce 21; on voit qu'au cours de la rectification interne, l'extrémité 8 du flan intérieur 2 est réduite pour accuser un angle effilé. Finalement la pièce jointive 21 ainsi obtenue est soudée bout à bout entre un tube 22 en acier austénitique et un tube 23 en acier ferritique, comme représenté schématiquement à la fig. 5.
Eventuellement, le tube extrudé peut, avant usinage, être étiré de façon à réduire l'épaisseur de sa paroi ; ses parties consti- tutives et superposées acquièrent une forme conique plus allongée.
Il est évident que les métaux constituant les deux flans ou analogues seront, de préférence, les mêmes que ceux formant les éléments tubulaires à raccorder, toutefois ils peuvent être de composition différente, pourvu qu'ils aient sensiblement les mêmes coefficients de dilatation thermique que les métaux desdits éléments tubulaires et qu'ils puissent être soudés de façon satisfaisante à ces derniers.
Par refroidissement, en partant de la température d'extrusion, le métal austénitique du flan 1, qui possède un coefficient de dilatation plus élevé, se contracte plus que le métal ferritique du flan 2. Il s'ensuit que se manifestent des efforts de traction dans le premier métal et des efforts de compression dans le second. Par échauffement subséquent, à partir de la température ordinaire, à une température élevée où les métaux perdent de leur résistance, les efforts développés par le refroidissement se réduisent.
Comme mentionné précédemment, le métal austénitique occupe la partie extérieure du raccord. Cette disposition peut toutefois être modifiée si l'emploi du produit final l'exige. Dans tout procédé exécuté comme il est représenté à la fig. l, le flan avant forme la partie extérieure du raccord.
Afin d'éviter, à une température élevée, un déplacement de carbone, de l'acier ferritique à l'acier austénitique, les faces opposées ou de contact des deux flans 1 et 2 peuvent être séparées par une couche, formant cloison, d'un métal, tel le nickel, applicable par électrolyse sur l'un des flans, ou sous forme d'une mince feuille disposée entre lesdits flans avant que ceux-ci soient soudés l'un à l'autre.
Afin de ne pas devoir souder les bords intérieurs des faces opposées, on peut recourir à des flans pleins, soudés uniquement à leur périphérie extérieure, une ouverture centrale étant ménagée, par exemple, par estampage, dans le bloc formé par lesdits flans, immédiatement avant l'extrusion de ce dernier.
Diverses pièces jointives peuvent être extrudées en une seule opération en plaçant dans la matrice un nombre correspondant de blocs ou de paires de flans, le tube obtenu par extrusion étant sectionné pour donner lieu à des raccords distincts. Cette opération est représentée à la fig.6,
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où sont montrées trois paires de flans 1 et 2, l'ensemble étant réuni en un seul bloc par des soudures 3. Ces flans sont pleins et une ouverture centrale est percée dans leur ensemble au moyen d'un poinçon 10 ou analogue.
Au lieu de souder les flans en un seul bloc, on peut les souder par paire pour former trois blocs.
La pièce jointive ou raccord peut être réalisée par extrusion d'avant en arrière, avec étirage subséquent de la pièce ainsi obtenue.
Ce procédé est représenté aux fig. 7 à 11. Dans la fig. 7, un bloc formé de deux flans pleins 1 et 2, soudés l'un à l'autre, est disposé dans une chambre 12 fermée à l'une de ses extrémités par un fond mobile 13 faisant office d'éjecteur et comportant deux guides 14 et 15 pour un poinçon 11 ou analogue. Le guide 14 est fixe, tandis que le guide 15 se déplace avec les flans au cours de l'extrusion. Lorsque le poinçon 11 pénètre de force dans les flans, comme montré à la fig. 8, ces derniers prennent la forme d'un cylindre creux 24 présentant une extrémité fermée 25, la partie avant du flan 2 pénétrant dans le flan 1, autour dudit poinçon 11. Le cylindre creux 24 est ensuite étiré par une barre d'étirage 16 (fig. 9) entre une paire de matrice 17 et 18, pour acquérir le profil indiqué à la fig. 10.
Finalement l'extrémité fermée 25 ainsi qu'une petite portion de la longueur de l'extrémité ouverte sont sectionnées, comme indiqué à la fig. 11, pour donner la pièce jointive 20 terminée, qui peut encore être usinée suivant les besoins. L'angle du cône compris entre les deux parties d'acier peut, par étirage du cylindre 24, varier dans une mesure plus ou moins grande.
REVENDRIONS.
1. - Procédé de fabrication d'une pièce jointive ou raccord pour deux éléments métalliques possédant différents coefficients de dilatation thermique, caractérisé en ce que, deux flans ou pièces analogues étant constitués respectivement de métaux possédant des coefficients de dilatation thermique différents, chauffés et disposés face contre face dans une matrice ou chambre, une pression est exercée sur l'un desdits flans ou analogues pour extruder l'ensemble que forment ceux-ci, par un passage de section transversale inférieure à celle desdits flans ou analogues, afin de faire pénétrer de force le flan ou analogue arrière dans le flan ou analogue avant et de réaliser ainsi une pièce jointive ou raccord comportant une partie conique formée par l'un des métaux susdits et entourant une partie conique complémentaire constituée par l'autre métal.