Procédé de construction de corps creux frettés. Dans la technique des conduites forcées, comme aussi de réservoirs et récipients appe lés à supporter une pression intérieure élevée, il est connu depuis longtemps d'utiliser des corps cylindriques frettés. C'est ainsi que les tuyaux frettés ont depuis un certain temps à peu près remplacé, dans la. construction des conduites forcées, les tuyaux soudés, l'usage de frettes se prêtant à la réalisation des tuyaux de fortes épaisseurs et permettant. une économie sensible de métal.
On a tout d'abord utilisé le frettage à chaud suivant lequel les frettes préalable ment dilatées par chauffage sont emmanchées sur le tuyau et par refroidissement s'appli quent sur le tuyau en le serrant. fortement.
Un perfectionnement important a été obtenu par le procédé d'auto-frettage à froid tel que décrit dans le brevet suisse N 146315. Dans ce procédé, les frettes légèrement plus larges que le tuyau sont emmanchées à froid sur celui-ci. Puis l'on applique à l'intérieur du tuyau une pression suffisante pour dépas ser sa limite élastique et lui donner une dé formation permanente. En opérant ainsi, le tuyau se dilate à froid en venant s'appliquer sur les frettes qui font corps avec lui en se tendant élastiquement.
On utilise également un procédé selon lequel on applique l'autofrettage à froid à un tuyau préalablement surpressé, c'est-à-dire ayant reçu par application d'une pression in terne convenable, alors qu'il est maintenu dans un moule, une déformation permanente à froid. Ce procédé peut être appliqué en deux opérations: d'abord un surpressage pro prement dit. (brevet français N 831867 du 19 avril 1937), puis un autofrettage conforme à ce qui vient d'être indiqué. Il peut aussi être obtenu en une opération unique de sur- pressage et d'autofrettage simultané.
Ces divers procédés de frettage à froid constituent un perfectionnement notable par rapport au frettage à chaud. Ils permettent surtout une meilleure utilisation du métal et par conséquent une économie sensible de la matière mise en oeuvre.
Il faut observer que si, dans ces procédés, on obtient ces avantages en donnant à la paroi du tuyau une déformation permanente, on s'est toujours astreint à ne pas atteindre la limite élastique dans les frettes. On s'efforce au contraire de rester fort en dessous de la valeur de la limite élastique dans les frettes qui ne subissent de ce fait exclusivement que des tensions élastiques.
La présente invention a pour objet un procédé de construction de corps creux frettés consistant à imposer à la paroi du corps une déformation permanente à froid, ce procédé étant caractérisé en ce que la déformation permanente est aussi imposée aux frettes avec dépassement de leur limite élastique.
Selon ce procédé, on relève la limite élas tique non seulement de la paroi, mais aussi celle des frettes par traction et étirage à froid.
Ce relèvement de la limite élastique des frettes est compatible avec les qualités d'acier obtenues actuellement. Les aciers spéciaux et laminés actuellement livrés par les forges peu vent subir un étirage à froid avec déforma tion permanente, sans nuire à leurs qualités et notamment en conservant le degré de rési lience nécessaire et suffisant aux conditions à remplir.
Grâce à la déformation imposée aux frettes, on peut augmenter sensiblement la dé formation du tuyau-paroi sur lequel elles sont fixées. Pour le tuyau-paroi, il est possible d'atteindre l'allongement maximum avant la striction, c'est-à-dire celui qui correspond au sommet de la courbe des allongements.
Ce procédé permet de donner au métal de la paroi un écrouissage plus important que celui obtenu au moyen de l'autofrettage usuel ou de l'autofrettage combiné avec un surpres- sâge préalable ou simultané.
Un autre avantage du procédé réside en ce que les corps creux frettés réalisés selon l'invention donnent, de part leur mode de fabrication, une sécurité plus grande, vérifiée expérimentalement, au lieu d'une simple sécu rité calculée.
On sait en effet que les tuyaux frettés ordinaires sont calculés pour que l'application d'une pression de 2,5 fois la pression maxi mum de service détermine sur les frettes une fatigue au plus égale à la limite élastique du métal. .
En procédant selon l'invention, puisque l'on impose aux frettes un dépassement de leur limite élastique, on est amené à soumettre le corps creux, au cours de sa fabrication, à des pressions plus élevées. Cette pression peut atteindre trois fois la pression de service.
Il en résulte que, pour une même sécurité, on peut réduire le poids du métal mis en aeuvre.
Il est à noter que la réduction du poids de métal affecte principalement les frettes qui sont en métal le plus coûteux, ce qui assure une économie fort appréciable. L'invention vise ainsi le moyen de rendre les tuyaux frettés existants susceptibles de supporter une pression supérieure à celle pour laquelle ils ont été établis, ce moyen consistant à les soumettre à une opération d'étirage à froid qui dépasse la limite élastique des frettes et la relève sensiblement (en même temps qu'elle augmente davantage la limite élastique de la paroi).
Le relèvement de la limite élastique des frettes peut être appliqué à tous les tuyaux frettés quel que soit le mode de frettage uti lisé. Il peut être prévu lors de la fabrication de tuyaux neufs ou peut être pratiqué sur des tuyaux frettés existants. Il peut être utilisé avec des tuyaux frettés à chaud. Il est. parti culièrement avantageux avec des tuyaux auto- frettés à froid ou autofrettés et surpressés.
Dans son application en combinaison avec l'autofrettage à froid, il suffit de ménager les jeux convenables entre la paroi et les frettes pour obtenir une répartition conve nable des allongements dans la paroi et dans les frettes. Cette répartition est de préférence déterminée de telle sorte que les allongements respectifs de la paroi et des frettes correspon dent sensiblement au commencement de la striction des métaux dont elles sont consti tuées, l'allongement total étant la somme de l'écrouissage initial de la paroi et de l'allonge ment des frettes.
La réalisation du relèvement de la limite élastique des frettes peut se faire en une opé ration spéciale pratiquée sur un tuyau préala blement autofretté. Mais elle peut aussi être obtenue en une seule opération qui assure à la fois l'autofrettage et l'allongement des frettes.
Ces modes opératoires sont illustrés par les dessins annexés.
Les fig. 1 et 2 se rapportent à la double opération.
Les fig. 3 et 4 concernent l'opération unique.
Dans le mode selon les fig. 1 et 2, on part d'un tuyau préalablement autofretté, dans lequel la paroi 1, dans une opération initiale d'autofrettage, a été écrouie pour venir s'ap pliquer sur les frettes 2. Du fait de cette opé- ration, le tuyau qui avait à l'origine un dia mètre D s'est. gonflé pour prendre un dia mètre<I>D<B>+</B>a.</I>
Entre les frettes 2, on dispose les anneaux 3 en deux ou plusieurs pièces ayant un dia mètre intérieur correspondant- à. l'allongement b que l'on désire donner aux frettes .\2., c'est- à-dire le diamètre intérieur initial des frettes augmenté de b.
Une fois les anneaux 3 mis en place, l'en semble est installé entre les plateaux d'une presse hydraulique d'épreuve. Après exécution des joints d'étanchéité convenables, on met le tuyau progressivement en pression pour atteindre et même dépasser 2,5 fois la pres sion de fonctionnement (pression statique + surpression que le tuyau est appelé à sup porter).
Sous l'effet de la pression, la paroi 1 s'allonge en tendant les frettes 2, déterminant dans celles-ci des tensions croissantes, dépas sant leur limite élastique. Les frettes s'allon gent jusqu'à ce que la paroi extérieure de 1 vienne en contact avec les anneaux 3 (fig. 2) qui limitent ainsi l'allongement des frettes à la valeur déterminée.
L'opération est alors terminée. On ramène la pression à zéro, on enlève les anneaux 3. Le tuyau fretté garde la forme prise en fin d'opération, c'est-à-dire qu'il s'est déformé pour avoir un diamètre<I>D</I> + <I>a</I> + <I>b.</I>
Dans le mode opératoire des fig. 3 et 4, on part du tuyau étiré ou soudé proprement dit 1 de diamètre D. Sur ce tuyau, on eiu- manehe les frettes 2. Le diamètre intérieur de ces frettes est déterminé, non pas, comme dans le procédé ordinaire d'autofrettage avec le jeu simplement nécessaire à leur pose, mais avec un jeu a correspondant à l'allongement par tiel de la paroi 1. Puis, entre les frettes 2, on dispose les anneaux 3 en une ou plusieurs pièces, ces anneaux ayant un diamètre inté rieur<I>D + a</I> + <I>b,</I> la quantité <I>b</I> correspondant à l'allongement. prévu pour les frettes 2.
L'ensemble ainsi constitué est placé sur la presse et soumis à une pression croissante. Il se produit tout d'abord une déformation de la paroi 1 qui l'amène en contact avec les frettes 2. Puis, la pression augmentant, se produit l'allongement des frettes 2. L'allonge ment total a + b est ainsi obtenu en une seule opération.
Au lieu des anneaux 3 placés entre les frettes 2 et. prenant. appui sur la paroi 1, on peut utiliser une seule virole, en deux ou plu sieurs pièces, de diamètre intérieur corres pondant au diamètre extérieur final des frettes 2 après le relèvement de leur limite élastique. Cette virole est montée autour des frettes 2 et limite de l'extérieur l'allongement de celles-ci.
Le procédé selon l'invention est utilisé en général avec des frettes riâides. Mais il peut aussi s'appliquer avec des frettes souples soit en anneaux formés d'élingues en fils câblés, ou de bandes enroulées par couches succes sives ou encore avec des frettes constituées par des câbles enroulés hélicoïdalement autour du tuyau.
Exemple: On se propose de réaliser selon l'invention un tuyau autofretté à paroi et frettes à limites élastiques surélevées à froid, de 1 m 600 de diamètre intérieur destiné à supporter une pression de marche de 120 kg par em2.
Le tuyau paroi en tôles d'acier supérieur soudées, de caractéristiques mécaniques sui vantes: Résistance de rupture R Q54 kg par mm2 Limite d'élasticité E @_ 34 kg par mm2 Allongement de rupture A 1/o---# 20 de 1.8 mm d'épaisseur est. préparé avec un diamètre intérieur initial de 1 m 500.
Les frettes en acier spécial au chrome- nickel laminées et traitées à 115 kg, de carac téristiques mécaniques suivantes: R 115 kg par mm2 E 95 kg par mm2 À % 6 de 80 mm de largeur, 25 mm d'épaisseur espa- eées entre elles de 80 mm, sont préparées avec un diamètre intérieur initial de 1 m 606.
L'élément. ainsi préparé est disposé comme indiqué, entre les plateaux d'une presse hydraulique d'épreuve et soumis à une pres sion intérieure de 300 kg par cm2.
Pendant l'application progressive de cette pression, le tuyau se gonfle de 7 % en tendant les frettes jusqu'à les allonger de 2 0/0. En ramenant la pression à zéro, les frettes res tent fortement tendues et la paroi est forte ment comprimée, la paroi et les frettes étant déformées au-delà de leur limite d'élasticité.
L'épaisseur moyenne de ce tuyau, frettes comprises, est. de 30 mm 5.
Un tuyau autofretté ordinaire constitué de mêmes nuances d'acier pour les tôles et les frettes et destiné à supporter la même pres sion de marche serait fretté et éprouvé à la. pression de 240 kg par cm2 et son épaisseur moyenne serait de 37 mm avec une même épaisseur de paroi soit 16 mm et des frettes de même largeur et de même espacement, soit 80 mm, mais dont l'épaisseur serait de 38 mm.
L'économie de poids réalisée est de 21% par rapport aux procédés antérieurs et cela uniquement sur les frettes d'un prix plus élevé que celui des tôles.