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Dans les échangeurs de chaleur à faisceau tubulaire, les extrémités des tubes ont été, pendant longtemps? dudgeonnées dans les parois des plaques ou .des collecteurs entre lesquels le faisceau est disposé. Avec les hautes pressions, les hautes températures et les vitesses élevées de passage des fluides qui caractérisent les tendances modernes, ce mode de fixation est de moins en moins sûr, au point de devenir inadmissible dans bien des cas.
L'assemblage par soudure de tubes minces en acier avec des parois épaisses également en acier onne lieu à de très sé- rieuses difficultés pratiques et à de nombreux mécomptes; pour y remédier, on a proposé de former une lèvre tubulaire en saillie autour de l'orifice de la paroi épaisse,soit par étirage à partir de la masse de cette paroi, soit par forage d'un bossage prévu
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sur celle-ci,à l'emplacement de cet orifice, le tube étant en- suite soudé par sa section terminale,sans ou avec un embrè- vement, au bord extérieur de la lèvre. On a également proposé, dans le cas d'une paroi et de tubes d'acier, d'interposer un embout d'acier entre chaque tube et la paroi et d'effectuer les liaisons par soudure.
Or, pour certains échangeurs de chaleur, en particu- lier pour les réchauffeurs et les surchauffeurs, il est inté- ressant, tout en conservant des plaques d'acier épaisses, de substituer aux tubes d'acier des tubes en cupro-nickel qui faci- litent beaucoup la transmission des calories et qui sont moins sensibles à la corrosion. Le problème de l'assemblage devient alors plus complexe encore, puisque l'acier et le cupro-nickel sont des alliages très différents, doués de propriétés physiques nettement éloignées.
On notera que, dans le présent mémoire, on désigne par "cupro-nickel" des alliages de cuivre et de nickel à teneur prépondérante en cuivre, en particulier des alliages qui ren- ferment ces deux métaux dans une proportion pondérale d'environ 70:30 et qui peuvent contenir, en outre, du fer et du manganèse,. soit à l'état de traces ou d'impuretés soit en quantité pouvant atteindre 2 % en poids pour chacun d'eux en en-traînant une diminution corrélative de la teneur en cuivre de 1'alliage (par exemple 68 % de Cu, 30 % de Ni, 1% de Fe, 1 % de Mn, ou bien 66 % de Cu, 30 de Ni, 2 % de Fe, 2% de Un).
D'autres difficultés résultent de la fréquente néces- 'sité de fixer les tubes à de faibles distances les uns des autres et aussi de conditions de service souvent très dures.
La présente invention a pour objet un procédé qui permet de réaliser beaucoup plus facilement l'assemblage de tubes en cupro-nickel avec des parois perforées en acier.
Une particularité de la présente invention réside dans
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l'utilisation d'un embout tubulaire en alliage "Monel" ou, le cas échéant, en nickel ou en alliage "Inconel", entre la paroi d'acier et l'extrémité d'un tube en cupro-nickel, par soudure de l'embout d'une part à la paroi, et, d'autre part au tube, au moyen d'alliages d'apport appropriés, pour chaque soudure, aux matériaux en présence. L'utilisation d'un tel embout remédie, en particulier, aux difficultés et aux défauts d'une soudure directe du cupro-nickel sur l'acier ; l'alliage constituant @ l'embout est, en effet, choisi facilement soudable sur l'acier, d'une part, et sur le cupro-nickel, d'autre part.
L'alliage "Monel" considéré ici peut, en particulier, contenir du nickel (6.2,68 %), du fer (2,5 %), du silicium (1 à 2,2 %), du manganèse (0,5 à 1,5 %), du carbone (0,35 %) et du cuivre (le reste) ;l'alliage "Inconel" peut renfermer, en plus du nickel, du fer.
(11 %),du silicium (3 %), du manga- nèse (1,5 %), du carbone (0,4 %) et du chrome (14 à 17 %) ; quant au nickel, il peut contenir jusqu'à 1,25 % de fer, 2 % de silicium, 1,5 % de manganèse et 1% de carbone
Comme alliages d'apport, on utilise de préférence : l'alliage "Monel 140" pour la soudure de l'embout sur la plaque d'acier et 1.'alliage "Monel 130" pour sa soudure au tube de cupro-nickel; néanmoins, on peut aussi utiliser d'autres allia- ges appropriés à de telles soudures, en particulier :l'alliage "Inconel 132" dans le premier cas et l'alliage de "Cupro-nickel 137" dans le second cas, ou enfin utiliser de l'alliage "Monel ,130" dans les deux cas
On rappellera que les alliages indiqués ci-dessus ont les compositions suivantes (pourcentages en poids):
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EMI4.1
<tb> Monel <SEP> Monel <SEP> : <SEP> Inconel <SEP> :Cupro-
<tb>
<tb> 130 <SEP> 140 <SEP> : <SEP> 132 <SEP> :nickel <SEP> 137
<tb>
EMI4.2
, ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ e ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯;¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯-¯¯
EMI4.3
<tb> @
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 62 <SEP> à <SEP> 70 <SEP> :62 <SEP> à <SEP> 70 <SEP> :68 <SEP> minimum <SEP> 27 <SEP> à <SEP> 32
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> (contenant
<tb>
<tb>
<tb> Co)
<tb>
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> le <SEP> reste <SEP> le <SEP> reste <SEP> 0,5 <SEP> maximum <SEP> : <SEP> le <SEP> reste
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 4 <SEP> maximum <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> maximum <SEP> 1 <SEP> " <SEP> : <SEP> l, <SEP> 25 <SEP> maximum
<tb>
EMI4.4
o 0 .
Fer 2,5 maximum " " z1 " : l, 60 " . 0 0 . 0 0
EMI4.5
<tb> Silicium <SEP> 1,0 <SEP> 1,25 <SEP> " <SEP> :0,75 <SEP> " <SEP> : <SEP> 0,50 <SEP> "
<tb>
<tb> Carbone <SEP> :0,40 <SEP> " <SEP> 0,15 <SEP> " <SEP> 0,15 <SEP> " <SEP> 0,10 <SEP> "
<tb>
<tb> Soufre <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> " <SEP> : <SEP> 0,025 <SEP> " <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 015 <SEP> " <SEP> 0,25 <SEP> "
<tb>
<tb> Titane <SEP> 1 <SEP> " <SEP> 1,5 <SEP> " <SEP> -
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> il,50 <SEP> " <SEP> 0,75 <SEP> "
<tb>
<tb> Chrome <SEP> : <SEP> - <SEP> :- <SEP> :13 <SEP> à <SEP> 17
<tb>
EMI4.6
'0 it
EMI4.7
<tb> Cobalt
<tb> (y <SEP> compris <SEP> : <SEP> :
<tb> du <SEP> silicium: <SEP> - <SEP> : <SEP> - <SEP> :4 <SEP> minimum
<tb>
<tb> Columbium <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb> (y <SEP> compris <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb> du <SEP> tantale): <SEP> : <SEP> 3,00 <SEP> maxi-:
<SEP> - <SEP> : <SEP> - <SEP>
<tb> : <SEP> mum
<tb>
L'assemblage des trois parties essentielles, à savoir: la plaque d'acier, l'embout tubulaire, le tube de cupro-nickel, peut être effectué de diverses manières.
Suivant un premier mode d'exécution de l'invention, on fixe initialement l'embout, ou une pièce cylindrique massive, par soudure à sa base, sur une face de la paroi d'acier ou sur un bossage, massif ou tubulaire, localement en saillie sur cette faoe ; lorsqu'il s'agit d'une pièce cylindrique massive, on l'alèse et on l'usine ensuite pour la transformer en embout 'tubulaire, après quoi on soude le tube à l'extrémité libre, soit bout à bout, soit avec un embrèvement.
Selon un deuxième mode d'exécution de l'invention, on emmanche initialement dans un trou de diamètre correspondant de la paroi d'acier soit l'embout soit une pièce cylindrique massive et on complète l'assemblage de ces deux parties par une
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soudure périphérique à l'endroit de l'émergence de cet embout ou de cette pièce massive, le cas échéant en prévoyant un chan- frein au bord du trou de ladite paroi, afin de définir après- - emmanchement, entre celle-ci et ledit embout ou ladite pièce massive, une gorge de réception de soudure on. poursuit alors les opérations d'assemblage comme dans le premier cas.
Dans certains cas, il s'est révélé particulièrement avantageux de donner à l'embout une épaisseur -supérieure et un diamètre intérieur inférieur à ceux du tube et de ménager sur cet embout, vers son extrémité libre une partie suffisamment amincie pour pouvoir être coiffée par le tube ; la partie amin- cie, qui sert alors de fourrure intérieure au tube, permet, en particulier, de le maintenir en place et de l'empêcher de fluer lorsqu'on soude sa section terminale à l'épaulement formé sur le corps de l'embout à la base de sa partie amincie.
On prévoit alors un évasement progressif de la surface intérieure de l'embout,vers son extrémité libre,notamment le long de sa partie amincie, afin de supprimer tout changement brusque de la seotion offerte,au passage du fluide.
Malgré cette précaution, il est des cas où le rétré- cissement de cette section,à l'intérieur de l'embout dont le diamètre intérieur est plus petit que celui du tube en cupro- nickel qu'il prolonge,constitue un obstacle à la circulation uniforme du fluide dans ce tube. Cet inconvénient est particu- librement sensible,, lorsque ledit embout forme L'orifice de sortie du fluide ; en effet, la veine en écoulement subit alors une contraction à sa sortie,lors de son passage de l'intérieur du tube à l'intérieur de l'embout.
Afin d'éviter cet inconvénient, suivant un troisième mode d'exécution du procédé selon l'invention,-le diamètre in- térieur de l'embout est choisi égal à celui du tube qu'il pro- longe, avec lequel il est alors soudé bout à bout. Mais, comme
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cet embout ne, peut plus alors servir de fourrure de maintien du tube pendant l'opération de soudure,l'invention prévoit de placer une pièce amovible, mandrin ou fourrure, à l'intérieur dudit embout et dudit tube, avant cette opération. Cette pièce peut être réalisée en métal (acier par exemple) ou en céramique (stéalite ou aluminite par exemple) mais doit rester inaltéra- ble sous l'effet de la température du métal de soudure qui, en outre, ne doit pas adhérer à sa surface.
L'invention comprend plus spécialement l'application des particularités qui viennent d'être exposées, en combinaison avec les deuxième et troisième modes d'exécution décrits ci- dessus.
Elle comprend, bien entendu, les produits industriels nouveaux résultant de la mise en oeuvre sous ses diverses for- mes dudit procédé d'assemblage.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée, les particula- rités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig.l représente, en coupe axiale, une paroi épaisse en acier, un embout en alliage "Monel" et un tube mince en cupro-nickel assemblés conformément à l'un des modes d'exécution du procédé.
La fig.2 est une vue fragmentaire analogue, montrant l'utilisation d'une.virole de protection contre la turbulence .
La figure 3 représente, en coupe axiale, les mêmes éléments que la figure 1, assemblés conformément au troisième mode d'exécution du procédé, c'est-à-dire, avec introduction d'une fourrure amovible à l'intérieur du tube et de l'embout, en vue de l'opération de soudure de ces deux éléments.
La paroi 1, en acier au carbone soudable, est, par
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exemple, une placlu- ou virole de collecteur, d'une épaisseur de 60 mm ou plus ; elle comporte des trous tels que 2 dont ltespa- cement entre axes peut descendre jusqu'à 1,5 ou même 1,4 fois le diamètre extérieur des tubes à recevoir. Le bord de chaque trou 2, du côté du tube à recevoir, comporte un chanfrein 3 à profil en trapèze ainsi qu'il est représenté.
Dans le trou 2 est emmanché un embout tubulaire 4, pour assurer la liaison entre la paroi 1 et le tube de cupro- nickel 5 à fixer le trou 2 et l'embout 4, dans sa partie in- férieure, ont le même diamètre externe que le tube 5 en re- vanche le diamètre interne de l'embout est inférieur à celui du tube et, dans le haut, l'embout est aminci extérieurement au diamètre intérieur de ce tube, la portion mince 6 étant raccor- dée au corps de l'embout par une surface tronconique 7 à son extrémité extérieure, la paroi intnrne de la portion 6 va en s'évasant doucement en 8 pour rejoindre celle du tube 5 sans changement brusque. Le bas du tube 5 présente une surface tron- conique 9 qui, avec la surface analogue 7, définit une gorge de réception de soudure.
Une fois que l'embout 4 a été placé dans la paroi 1 ou que le tube 5 l'a été sur la portion 6 de l'embout, il suffit 'de former des cordons de soudure 10, 11 remplissant le chanfrein 3 et la gorge 7, 9. avec l'aide d'un chalumeau courbe pour le cordon 11 et d'un appareil de soudure électrique ou d'un chalu- meau pour le cordon 10 ; pendant la soudure, l'extrémité infé- rieure du tube 5 est maintenue par la portion 6 de l'embout, qui l'empêche de fluer.
Dans le troisième mode d'exécution du procédé, illus- tré par la figure 3, l'embout 4 en métal "Monel" est de même épaisseur que le tube 5 en cupro-nickel et de même diamètre intérieur que -ce dernier. Ces éléments sont soudés bout à bout, en opérant de la façon suivante :Après avoir fixé l'embout 4
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à la paroi de la plaque 1, comme déjà indiqué, on introduit à son intérieur une pièce amovible 16 (mandrin ou fourrure) qui dépasse d' une certaine longueur 1, l'extrémité libre' de cet embout. L'extrémité de cette pièce est ensuite coiffée par le tube 5, dont elle assure le maintien en position et évite le fluage, pendant l'opération de soudure. La pièce 16 est ensuite retirée.
Sur la figure 3, elle est représentée sous la forme d' une fourrure tubulaire et son retrait a lieu,en exerçant une traction axiale sur cette pièce, au moyen d'une tige 17 qui passe à travers sa partie creuse. A cet effet, la tige métallique 17 est rendue solidaire d'une rondelle d'appui 19, qui peut être serrée entre un épaulement 18 de cette tige, et un écrou 21 vissé sur l'extrémité filetée 20 de celle-ci.
Le retrait de la pièce 16 s'effectue en exerçant une traction axiale, dirigée dans le sens de la flèche 22, sur la tige 17 (ou sur un câble qui peut éventuellement la prolonger) ; cette traction peut être obtenue par un dispositif hydraulique'ou pneumatique,au piston mobile duquel ladite tige est reliée.Comme sur la figure 1, les extrémités en regard de l'embout 4- d'une part, du tube 5 d'autre part, sont pourvues de chanfreins opposés, formant une gorge de réception du métal 'de soudure et permettant la cons- titution d'un cordon 11. Pendant l'opération de soudure,la pièce amovible 16 peut être portée par endroits à une températu- re voisine de la température de fusion du métal (ou de l'allia- ge) qui forme le cordon 11. Cette pièce doit résister à cette température.
Comme déjà mentionné on la réalisera donc, par exemple, en acier ou en une matière céramique convenable.
Si elle est en acier, le métal de soudure.qui à l'état de fusion peut venir à son contact,ne doit pas adhérer à sa surface, afin de ne pas empêcher son retrait ultérieur. Un tra.itement superficiel préalable soit avec de la chaux soit avec un silicate permet d'obtenir ce résultat .
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On décrira ci-après les principales variantes qui entrent dans le cadre de l'invention.
Au lieu de chanfreiner uniquement la paroi 1 autour du bord du trou 2, on peut en même temps prévoir un chanfrein sur la périphérie de 1'embout 4 pour que lés deux chanfreins définissant ensemble la gorge de réception du cordon de soudure
10.
Dans les différents modes d'exécution au lieu de pré- senter un chanfrein 3 autour du trou 2, la paroi peut, en cet endroit comporter un bourrelet ou lèvre périphérique qui peut, à son tour, être chanfreiné dans le haut pour l'assemblage avec l'embout.
11 est possible également de remplacer initialement l'embout par une pièce massive qui est posée sur la paroi 1 à l'emplacement du trou 2 non encore percé ou qui est emmanchée dans un tel trou préalablement percé, d'assembler cette pièce à la paroi par soudure périphérique et de percer ensuite axia- lement la pièce massive et éventuellement la paroi 1 pour avoir finalement un ensemble auquel il suffit de fixer le tube.
On peut aussi prévoir sur la paroi 1, autour du trou
2, un épaulement destiné à centrer un embout qui, au lieu d'être destiné à pénétrer dans le trou 2, présente une large embase aménagée pour coiffer l'épaulement, la soudure d'apport pouvant alors être déposée dans les intervalles entre l'embase de cet - embout et celles des embouts adjacents.
Dans tous les cas, il y a avantage, comme le montre , la figure 2, à ménager dans l'embout 4, à l'extrémité opposée à celle qui reçoit le tube, un tar@udage 12 dans lequel est vissée une virole 13 en métal "Monel" dont la paroi interne, au même diamètre que celle de l'embout, s'évase en 14, grâce à quoi la turbulence à l'entrée (ou à la sortie) de l'embout est amoindrie ou supprimée ; la virole 13 peut, le cas échéant,
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être munie de cloisons intérieures en croisillon à la même fin elle présente sur son pourtour en 15 des pans facilitant son vissage ou son dévissage.
En cas d'incident, s'il s'avère nécessaire d'interrom- pre le passage de fluide dans le tube 5, il suffit de dévisser la virole 13 et de la remplacer par un bouchon plein que l'on peut, en outre, souder sur l'acier par mesure de sécurité ou munir d'un joint d'étanchéité.
Lorsque l'extrémité libre de l'embout et le tube qu'il prolonge sont soudés bout.à bout avec la présence d'une pièce amovible à leur intérieur, pendant l'opération de soudure (comme il est représenté sur la figure 4), si cette pièce est pleine, elle peut constituer une pièce unique avec sa tige d'extraction.
Par ailleurs cette tige peut se terminer par un crochet ou par un anneau ou bien peut être pourvue d'une ouverture ou d'une broche transversale permettant la mise en place d'un organe de préhension ou d'un câble de prolongement.
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits,notamment par substitution de moyens techniques équivalents sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention.
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In tube bundle heat exchangers, the ends of the tubes have been, for a long time? expanded in the walls of the plates or .des collectors between which the beam is arranged. With the high pressures, high temperatures and high flow speeds of fluids that characterize modern trends, this method of attachment is less and less secure, to the point of becoming inadmissible in many cases.
The assembly by welding of thin steel tubes with thick walls also made of steel gives rise to very serious practical difficulties and to numerous shortcomings; to remedy this, it has been proposed to form a tubular lip projecting around the orifice of the thick wall, either by stretching from the mass of this wall, or by drilling a boss provided
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thereon, at the location of this orifice, the tube then being welded by its end section, without or with a recess, to the outer edge of the lip. It has also been proposed, in the case of a wall and of steel tubes, to interpose a steel end piece between each tube and the wall and to make the connections by welding.
However, for certain heat exchangers, in particular for heaters and superheaters, it is advantageous, while retaining thick steel plates, to substitute for the steel tubes copper-nickel tubes which will facilitate - very much the transmission of calories and which are less sensitive to corrosion. The assembly problem then becomes even more complex, since steel and cupro-nickel are very different alloys, endowed with clearly different physical properties.
It will be noted that, in the present specification, the term “cupro-nickel” denotes copper and nickel alloys with a predominant copper content, in particular alloys which contain these two metals in a weight proportion of approximately 70: 30 and which may also contain iron and manganese ,. either in the state of traces or of impurities or in an amount which can reach 2% by weight for each of them, resulting in a corresponding decrease in the copper content of the alloy (for example 68% Cu, 30 % Ni, 1% Fe, 1% Mn, or 66% Cu, 30 Ni, 2% Fe, 2% Un).
Other difficulties arise from the frequent need to fix the tubes at short distances from each other and also from often very harsh operating conditions.
The present invention relates to a method which makes it much easier to assemble copper-nickel tubes with perforated steel walls.
A feature of the present invention lies in
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the use of a tubular end piece in "Monel" alloy or, where appropriate, in nickel or in "Inconel" alloy, between the steel wall and the end of a copper-nickel tube, by welding the end piece on the one hand to the wall, and on the other hand to the tube, by means of suitable filler alloys, for each weld, to the materials present. The use of such a tip overcomes, in particular, the difficulties and the defects of a direct welding of the cupro-nickel on the steel; the alloy constituting @ the tip is, in fact, chosen to be easily weldable on the steel, on the one hand, and on the cupro-nickel, on the other hand.
The "Monel" alloy considered here can, in particular, contain nickel (6.2.68%), iron (2.5%), silicon (1 to 2.2%), manganese (0.5 to 1.5%), carbon (0.35%) and copper (the remainder), the "Inconel" alloy may contain, in addition to nickel, iron.
(11%), silicon (3%), manganese (1.5%), carbon (0.4%) and chromium (14 to 17%); as for nickel, it can contain up to 1.25% iron, 2% silicon, 1.5% manganese and 1% carbon
As filler alloys, the following are preferably used: the "Monel 140" alloy for welding the end piece to the steel plate and the "Monel 130" alloy for its welding to the copper-nickel tube; nevertheless, it is also possible to use other alloys suitable for such welds, in particular: the "Inconel 132" alloy in the first case and the "Cupro-nickel 137" alloy in the second case, or finally use "Monel, 130" alloy in both cases
It will be recalled that the alloys indicated above have the following compositions (percentages by weight):
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EMI4.1
<tb> Monel <SEP> Monel <SEP>: <SEP> Inconel <SEP>: Cupro-
<tb>
<tb> 130 <SEP> 140 <SEP>: <SEP> 132 <SEP>: nickel <SEP> 137
<tb>
EMI4.2
, ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ e ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯; ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯-¯¯
EMI4.3
<tb> @
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 62 <SEP> to <SEP> 70 <SEP>: 62 <SEP> to <SEP> 70 <SEP>: 68 <SEP> minimum <SEP> 27 <SEP> to <SEP> 32
<tb>
<tb>
<tb>: <SEP> (containing
<tb>
<tb>
<tb> Co)
<tb>
<tb>
<tb> Copper <SEP> the <SEP> remains <SEP> the <SEP> remains <SEP> 0.5 <SEP> maximum <SEP>: <SEP> the <SEP> remains
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 4 <SEP> maximum <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> maximum <SEP> 1 <SEP> "<SEP>: <SEP> l, <SEP> 25 <SEP> maximum
<tb>
EMI4.4
o 0.
Maximum 2.5 iron "" z1 ": 1. 60". 0 0. 0 0
EMI4.5
<tb> Silicon <SEP> 1.0 <SEP> 1.25 <SEP> "<SEP>: 0.75 <SEP>" <SEP>: <SEP> 0.50 <SEP> "
<tb>
<tb> Carbon <SEP>: 0.40 <SEP> "<SEP> 0.15 <SEP>" <SEP> 0.15 <SEP> "<SEP> 0.10 <SEP>"
<tb>
<tb> Sulfur <SEP>: <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> "<SEP>: <SEP> 0.025 <SEP>" <SEP>: <SEP> 0, <SEP> 015 <SEP> " <SEP> 0.25 <SEP> "
<tb>
<tb> Titanium <SEP> 1 <SEP> "<SEP> 1.5 <SEP>" <SEP> -
<tb>
<tb> Aluminum <SEP> il, 50 <SEP> "<SEP> 0.75 <SEP>"
<tb>
<tb> Chrome <SEP>: <SEP> - <SEP>: - <SEP>: 13 <SEP> to <SEP> 17
<tb>
EMI4.6
'0 it
EMI4.7
<tb> Cobalt
<tb> (y <SEP> including <SEP>: <SEP>:
<tb> of <SEP> silicon: <SEP> - <SEP>: <SEP> - <SEP>: 4 <SEP> minimum
<tb>
<tb> Columbium <SEP>: <SEP>: <SEP>:
<tb> (y <SEP> including <SEP>: <SEP>: <SEP>: <SEP>:
<tb> of <SEP> tantalum): <SEP>: <SEP> 3.00 <SEP> maxi-:
<SEP> - <SEP>: <SEP> - <SEP>
<tb>: <SEP> mum
<tb>
The assembly of the three essential parts, namely: the steel plate, the tubular nozzle, the copper-nickel tube, can be carried out in various ways.
According to a first embodiment of the invention, the end piece, or a solid cylindrical part, is initially fixed by welding at its base, on one face of the steel wall or on a boss, solid or tubular, locally. protruding on this faoe; in the case of a massive cylindrical part, it is stripped and then milled to transform it into a tubular end piece, after which the tube is welded at the free end, either end to end or with a recess.
According to a second embodiment of the invention, either the end piece or a solid cylindrical part is initially fitted into a hole of corresponding diameter in the steel wall and the assembly of these two parts is completed by a
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peripheral weld at the location of the emergence of this end piece or of this massive part, where appropriate by providing a chamfer at the edge of the hole in said wall, in order to define after - fitting, between the latter and said end piece or said solid part, a weld receiving groove on. then continues the assembly operations as in the first case.
In certain cases, it has been found to be particularly advantageous to give the end piece a greater thickness and an inner diameter less than those of the tube and to provide on this end piece, towards its free end, a sufficiently thinned part to be able to be capped by the tube; the thinned part, which then serves as an inner fur for the tube, makes it possible, in particular, to hold it in place and to prevent it from creeping when its end section is welded to the shoulder formed on the body of the tube. tip at the base of its thinned part.
Provision is then made for a gradual widening of the inner surface of the end piece, towards its free end, in particular along its thinned part, in order to eliminate any sudden change in the seotion offered, to the passage of the fluid.
Despite this precaution, there are cases where the narrowing of this section, inside the end piece, the internal diameter of which is smaller than that of the cupro-nickel tube which it extends, constitutes an obstacle to the uniform circulation of the fluid in this tube. This drawback is particularly sensitive when said end piece forms the outlet for the fluid; in fact, the flowing vein then undergoes a contraction at its exit, during its passage from the interior of the tube to the interior of the nozzle.
In order to avoid this drawback, according to a third embodiment of the process according to the invention, the internal diameter of the end piece is chosen equal to that of the tube which it extends, with which it is then butt welded. But like
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this end piece can then no longer serve as a retaining fur for the tube during the welding operation, the invention provides for placing a removable part, mandrel or fur, inside said end piece and said tube, before this operation. This part can be made of metal (steel for example) or ceramic (stealite or aluminite for example) but must remain unalterable under the effect of the temperature of the weld metal which, moreover, must not adhere to its. area.
The invention more specifically comprises the application of the features which have just been explained, in combination with the second and third embodiments described above.
It naturally includes the new industrial products resulting from the use in its various forms of said assembly process.
The description which will follow with reference to the appended drawing, given by way of nonlimiting example, will clearly explain how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the drawing and from the text, of course being part of said invention.
Fig.l shows, in axial section, a thick steel wall, a tip of "Monel" alloy and a thin copper-nickel tube assembled in accordance with one of the embodiments of the process.
Fig. 2 is a similar fragmentary view, showing the use of a turbulence protection flywheel.
FIG. 3 represents, in axial section, the same elements as in FIG. 1, assembled in accordance with the third embodiment of the method, that is to say, with the introduction of a removable fur inside the tube and of the end piece, for the welding operation of these two elements.
The wall 1, made of weldable carbon steel, is, by
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example, a placlu- or collector shell, with a thickness of 60 mm or more; it has holes such as 2, the spacing between axes of which can go down to 1.5 or even 1.4 times the outside diameter of the tubes to be received. The edge of each hole 2, on the side of the tube to be received, has a chamfer 3 with a trapezoidal profile as shown.
In the hole 2 is fitted a tubular end piece 4, to ensure the connection between the wall 1 and the copper-nickel tube 5 to be fixed, the hole 2 and the end piece 4, in its lower part, have the same external diameter. that the tube 5 on the other hand, the internal diameter of the end piece is less than that of the tube and, at the top, the end piece is thinned outwardly to the internal diameter of this tube, the thin portion 6 being connected to the body of the nozzle by a frustoconical surface 7 at its outer end, the inner wall of the portion 6 widens gently at 8 to join that of the tube 5 without abrupt change. The bottom of the tube 5 has a truncated surface 9 which, together with the like surface 7, defines a weld receiving groove.
Once the end piece 4 has been placed in the wall 1 or the tube 5 has been placed on the portion 6 of the end piece, it suffices to form weld beads 10, 11 filling the chamfer 3 and the groove 7, 9. with the help of a curved torch for the bead 11 and an electric welding device or a torch for the bead 10; during welding, the lower end of the tube 5 is held by the portion 6 of the nozzle, which prevents it from creeping.
In the third embodiment of the method, illustrated by FIG. 3, the "Monel" metal tip 4 is of the same thickness as the copper-nickel tube 5 and of the same internal diameter as the latter. These elements are welded end to end, operating as follows: After fixing the end cap 4
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the wall of the plate 1, as already indicated, is introduced inside a removable part 16 (mandrel or sleeve) which protrudes by a certain length 1, the free end 'of this tip. The end of this part is then capped by the tube 5, which it maintains in position and prevents creep, during the welding operation. Part 16 is then removed.
In FIG. 3, it is shown in the form of a tubular fur and its withdrawal takes place, by exerting an axial traction on this part, by means of a rod 17 which passes through its hollow part. For this purpose, the metal rod 17 is made integral with a support washer 19, which can be clamped between a shoulder 18 of this rod, and a nut 21 screwed onto the threaded end 20 thereof.
The part 16 is withdrawn by exerting an axial traction, directed in the direction of arrow 22, on the rod 17 (or on a cable which may possibly extend it); this traction can be obtained by a hydraulic or pneumatic device, to the movable piston of which said rod is connected. As in FIG. 1, the ends facing the end piece 4- on the one hand, of the tube 5 on the other hand , are provided with opposing chamfers, forming a groove for receiving the weld metal and allowing the constitution of a bead 11. During the welding operation, the removable part 16 can be brought in places to a temperature. close to the melting point of the metal (or alloy) which forms the bead 11. This part must withstand this temperature.
As already mentioned, it will therefore be produced, for example, from steel or from a suitable ceramic material.
If it is made of steel, the weld metal. Which in the molten state can come into contact with it, should not adhere to its surface, so as not to prevent its subsequent removal. A prior surface treatment either with lime or with a silicate makes it possible to obtain this result.
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The main variants which come within the scope of the invention will be described below.
Instead of chamfering only the wall 1 around the edge of the hole 2, it is possible at the same time to provide a chamfer on the periphery of the end piece 4 so that the two chamfers together defining the groove for receiving the weld bead.
10.
In the various embodiments, instead of presenting a chamfer 3 around the hole 2, the wall may, at this location, comprise a peripheral bead or lip which may, in turn, be chamfered at the top for assembly. with the mouthpiece.
It is also possible to initially replace the end piece with a solid part which is placed on the wall 1 at the location of the hole 2 not yet drilled or which is fitted into such a previously drilled hole, to assemble this part to the wall by peripheral welding and then axially drilling the solid part and possibly the wall 1 to finally have an assembly to which it suffices to fix the tube.
It is also possible to provide on the wall 1, around the hole
2, a shoulder intended to center a tip which, instead of being intended to penetrate into the hole 2, has a large base arranged to cover the shoulder, the filler weld then being able to be deposited in the intervals between the base of this - end piece and those of adjacent end pieces.
In all cases, there is an advantage, as shown in Figure 2, to provide in the nozzle 4, at the end opposite to that which receives the tube, a tar @ udage 12 in which is screwed a ferrule 13 in "Monel" metal, the internal wall of which, the same diameter as that of the end piece, widens at 14, thanks to which the turbulence at the inlet (or at the outlet) of the end piece is reduced or eliminated; the shell 13 can, where appropriate,
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be provided with internal cross-shaped partitions at the same end it has on its perimeter in 15 sections facilitating its screwing or unscrewing.
In the event of an incident, if it becomes necessary to interrupt the passage of fluid in the tube 5, it suffices to unscrew the ferrule 13 and replace it with a solid plug which can also be , weld on steel for safety or provide a gasket.
When the free end of the nozzle and the tube it extends are butt welded with the presence of a removable part inside them, during the welding operation (as shown in Figure 4) , if this part is full, it can constitute a single part with its extraction rod.
Moreover, this rod may end with a hook or with a ring or else may be provided with an opening or a transverse pin allowing the installation of a gripping member or an extension cable.
It goes without saying that modifications can be made to the embodiments which have just been described, in particular by substitution of equivalent technical means without going beyond the scope of the present invention.