Procédé de fabrication d'un corps creux cylindrique en acier La présente invention se rapporte à la fabrication de corps creux cylindriques en acier, tels que con duites forcées pour installations hydrauliques, réser voirs de fluides sous pression et analogues. Elle vise notamment la fabrication de corps creux destinés à supporter aussi bien des pressions extérieures ,que des pressions intérieures, ainsi qu'il se trouve en parti- culier dans les conduites hydrauliques disposées en puits ou en galeries blindées, les réservoirs enter rés, etc.
Pour obtenir des corps creux répondant à cette double condition de résistance aux pressions exté rieures et intérieures, avec une utilisation judicieuse des propriétés du métal, on a déjà proposé de cons tituer le corps creux au moyen de deux parois espa cées, l'intervalle compris entre les deux parois étant garni de ciment ou de matière plastique.
Si cette disposition répond aux conditions requi ses, chaque paroi, en fait, doit être prévue pour sup porter seule une sorte d'efforts : la paroi externe les efforts de pression extérieure ; la paroi interne les pressions intérieures. Autrement dit, chaque paroi doit être déterminée, en ce qui concerne le choix du métal et son épaisseur, indépendamment de l'autre, sans tenir compte d'un effet réciproque.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un corps creux cylindrique en acier, caractérisé en ce que l'on garnit la paroi intérieure de frettes qui sont appliquées sur ladite paroi par expansion à froid de celle-ci et en ce que l'on pro duit l'expansion de la paroi intérieure garnie des frettes jusqu'à ce que celles-ci viennent en contact avec la paroi extérieure.
De la sorte, on obtient un corps creux dont les éléments constitutifs, parois et frettes, constituent un ensemble rigide, les frettes et les parois étant ser- rées sans possibilité de glissement se trouvent étroite ment associées. Dans le corps creux ainsi constitué, tous les éléments ont pour but de participer à la ré sistance aux efforts externes et internes.
A quantité de métal égale, cette résistance est améliorée. Le moment d'inertie de la section du corps creux est augmenté. La résistance au flambage du corps creux est accrue sensiblement. Inversement, ces avantages, pour des conditions de résistance dé terminée, autorisent une réduction du poids du mé tal à prévoir, donc une économie dans la confection de l'ouvrage, conduite ou réservoir.
Dans une mise en oeuvre particulière du procédé, on garnit la paroi intérieure de frettes et on assure le serrage des frettes selon la technique de l'autofret- tage à froid, c'est-à-dire en provoquant une expan sion de la paroi contre les frettes, et on produit l'ex pansion de la paroi intérieure garnie de frettes jus qu'à ce que les frettes viennent en contact avec la paroi extérieure.
Dans cette fabrication, les expansions de la pa roi intérieure, puis de cette paroi avec ces frettes sont poussées jusqu'à ce que les limites élastiques de l'acier soient dépassées avec production de déforma tion permanente et écrouissage du métal. Il convient, pour constituer respectivement les éléments succes sifs : paroi intérieure, frettes, paroi extérieure, de choisir des aciers ayant des limites élastiques res pectivement croissantes.
Le choix des limites élastiques de l'acier des di vers éléments peut être tel que le corps creux étant soumis à une pression extérieure, aucun glissement circonférentiel des frettes ne se produise sous l'effet du serrage.
La fabrication du corps creux peut s'effectuer par opérations successives d'autofrettage et d'expan- sion de l'élément autofretté dans la paroi extérieure. Mais elle peut être obtenue aussi, plus rapidement et plus économiquement en une opération unique d'expansion des éléments mis en place.
L'invention a aussi pour objet un corps creux obtenu au moyen du procédé.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, di vers stades d'une mise en oeuvre particulière du pro cédé constituant l'un des objets de l'invention.
La fig. 1 est une vue d'ensemble d'un corps creux avec arrachement partiel.
La fig. 2 montre en coupe partielle la disposi tion de ses divers éléments avant expansion.
La fig. 3 est une vue en coupe correspondant à la fig. 2, après expansion.
La fig. 4 est un diagramme explicatif.
La fig. 5 représente en coupe une application du corps creux pour la confection d'une conduite hy draulique en galerie blindée.
Le corps creux représenté est constitué d'une pa roi intérieure A, de frettes B et d'une paroi exté rieure C, en aciers dont les caractéristiques sont illus trées par le diagramme de la fig. 4. Ce diagramme représente les couches usuelles des contraintes Y en fonction des allongements X. Pour la paroi intérieure A, cette courbe A fait apparaître en EA la limite élas tique et en SA la striction. Les frettes B sont en acier correspondant à la courbe B avec ,limite élas tique EB et striction Sa.
La limite élastique EB est supérieure à la limite élastique EA de la paroi inté rieure A. La paroi extérieure C possède une limite élastique Ec supérieure à EB.
Pour constituer le corps creux, on enfile sur la paroi A les frettes B, celles-ci étant prévues pour présenter par rapport à la paroi A un jeu a. Puis on dispose l'ensemble de la paroi A et des frettes B dans la paroi extérieure C. Un jeu b est prévu entre les frettes et la paroi C.
Sur le diagramme de la fig. 4, les courbes B et C ont été décalées sur l'axe des allongements X des va leurs correspondant aux jeux<I>a</I> et<I>b :</I> décalage O@jOE = a des origines des courbes A et B ; décalage OBOc = b des origines des courbes B et C.
On procède à l'expansion de la paroi A en sou mettant celle-ci à une pression intérieure croissante. La paroi s'allonge suivant le trajet OA E,,, F jusqu'à ce qu'elle vienne en contact avec les frettes B : point F ayant pour abscisse la valeur du jeu a. Ce jeu est prévu de telle sorte que le point F se trouve au-delà de la limite élastique EA de la paroi A (autofrettage à froid).
En continuant l'expansion, c'est l'ensemble de la paroi A et des frettes B qui s'allonge: suivant le trajet FGH pour la paroi A et suivant OBGEBI pour les frettes. Au point I qui correspond au jeu b les frettes B viennent en contact avec la paroi extérieure C. Le jeu b est prédéterminé de façon que le point I se trouve au-delà de la limite élastique E$ des fret- tes B.
En continuant l'expansion, c'est l'ensemble A, B, C qui s'allonge. Lorsque l'on arrive à l'allongement correspondant au point L pour la paroi C, les ten sions sont M et N respectivement pour les frettes B et la paroi A. Ces points M et N définissent de nou velles limites élastiques du métal de B et A, les allon gements se produisant suivant les droites B' et A'.
Si le corps creux A B C est utilisé sous une pression interne produisant une contrainte O'P sur la paroi extérieure C, la tension des frettes B est O'Q et la tension de la paroi intérieure A est OR, tensions adaptées chacune à la nature et aux carac téristiques mécaniques de l'acier les constituant.
Sous une pression extérieure déterminant une compression O"R' sur la paroi intérieure A, la com pression des frettes B est O"Q', celle de la paroi ex térieure C est O"P'.
Dans le diagramme de la fig. 4, on a supposé que l'expansion finale du corps creux était telle que la contrainte imposée à la paroi externe C, au point L, demeurait inférieure à la limite élastique EC de celle-ci. Mais il va de soi que cette expansion pour rait être poussée plus loin de façon à dépasser le point Eç et à produire dans la paroi C un écrouissage avec relèvement de la limite élastique.
Le corps creux établi comme il vient d'être dé crit et représenté peut recevoir les applications les plus diverses dans les ouvrages destinés à recevoir un fluide sous pression, conduites forcées, réser voirs, etc.
Une de ses applications les plus avantageuses est la constitution des conduites forcées installées en puits ou galeries blindées (fig. 5).
On sait que, dans ce genre de conduites, on fait généralement participer le rocher S à la résistance de la conduite par l'intermédiaire du garnissage en béton T entre le rocher et la paroi extérieure de la conduite. Il s'ensuit que l'on peut réduire sensible ment l'épaisseur de la paroi. Cependant cet avan tage est souvent perdu parce qu'il faut prévoir de donner à la conduite une épaisseur suffisante pour que, vide, elle résiste au flambage, aussi bien au moment des injections de ciment en U entre conduite et béton que lors des infiltrations d'eau créant des pressions extérieures élevées.
Le corps creux A B C représenté et décrit ré- soud aisément ces difficultés. Par son moment d'iner tie accru du fait de l'écartement des parois A et C par les frettes B, il possède une résistance au flam bage suffisante pour assurer à vide la tenue de la conduite. Cette possibilité permet même de suppri mer les injections de ciment en U entre la paroi extérieure C et la conduite et le béton T, ce qui as sure une simplification et une économie appréciables.