Brevet FR2025604A1 — publié le 19700911

La présente invention concerne un procédé de fabrication de tubes pour le transport de chialeur, portant des systèmes capillaires sur la paroi intérieure. Le procédé selon l'invention consiste à laminer des cannelures longitudinales dans une bande plane d'un métal approprié pour la fabrication de tubes pour le transport de chaleur, cette bande étant ensuite cintrée de façon connue, avec la surfaçe profilée. à l'inté rieur, pour former un tube fendu dont les ;bords longitudinaux sont reliés par un joint de soudure. Les tubes pour le transport de chaleur constituent des systèmes simples pour la transmission de chaleur5 et se présentent sous forme de tubes fermés de façon étanche au vide aux deux extrémités. Ces tubes -sont de préférence en métal, et sont partiellement remplis d'un liquide de travail. Comme liquides de travail pour de tels tubes on utilise, par exemple, de l'eau, de l'ammoniaca des métaux alcalins fondus, du plomb et de ltargent. Suivant la température de service des tubes pour le transport de chaleur, on utilise, par exemple, les matières suivantes pour leur fabrication : différentes sortes d'acier, du-nickel et des alliages de nickel pour des températures de service faible et moyennez pouvant atteindre 1200"C environ, ainsi que des métaux réfractaires tels que le niobium, le tantale, le tungstène, de même que des alliages de ces métaux lorsque les température de service sont élevées, jusqu'à 25000C environ.La chaleur qui doit être transportée par le tube est appliquée à l'une de ses extrémités. Le liquide de travail s'évapore et absorbe la chaleur sous forme de chaleur d'évaporation. La vapeur du liquide s'écoule vers l'autre extrémité du tube, qui est seulement un peu plus froide et sty condense en cédant sous forme de chaleur de condensation la chaleur absorbée au préalable sous forme de chaleur d'évaporation. Lorsque le tube est disposé verticalement, le liquide de travail s'écoule de nouveau dans la zone d'évaporation sous l'effet de la pesanteur. Lorsqu'il n'est pas disposé verticalement, on prévoit sur sa paroi intérieure des réseaux de mailles ou des systèmes capillaires disposés dans le sens axial et assurant le retour du fluide de travail à la zone d'évaporation sous l'effet de la capillarité. On connaît des couches intérieures poreuses de parois de tubes pour le transport de chaleur sous les formes les plus diverses et notamment sous forme de tissus de fibres, de fibres de verre, de métal poreux, de tubes céramiques poreux, de treillis de fils, ou de tales minces ondulées ou perforées (voir la revue ingenieur digest, 6ème année, nà 6, 1967, pages 33-35).Il est egalement connu9pour la fabrication de tubes destinés au transport de chaleur et comprenant-des systèmes capillaires, d'utiliser des tôles pisanes, par exemple en nickelg dåns lesquelles on pratique des passages capillaires lèngitudinaux s'étendant sur toute la longueur de la tôleS de cintrer la tole pour former un tube fendu, et de relier les bords longitudinaux opposés par un joint de soudure (voir la publication "Heat Pipe Capability Dxperiments", les Alamos Scientific Laboratory de l'Université de Californie, 1966). Les conformations des systèmes capillaires de tubes pour le transport de chaleur doivent être déterminées en fonction de la température de service prévue afin d'obtenir un écoulement optimal du flux thermique. Chaque nouvelle forme ou disposition des passages capillaires nécessite par conséquent la fabrication d'outils coûteux pour l'usinage des parois intérieures des tubes. L'objet de l'invention est un procédé simple et très efficace pour la fabricatiaide tubes destinés au transport de chaleur comprenant des systèmes capillaires sur les parois intérieures. -Le procédé selon l'invention s'applique donc à la fabrication de tubes dont les parois intérieures portent des systèmes capillaires, qui consiste à usiner des cannelures longitudinales dans l'une des surfaces d'une bande plane, à cintrer la bande pour former un tube fendu, la surface cannelée se trouvant à l'intérieur, et à relier les bords opposés de ce tube par un joint de soudure longitudinal. Le procédé selon l'invention se caractérise par le fait que les cannelures longitudinales sont obtenues par une déformation au moyen d'un laminage. Comme matière pour la bande constituant le produit de départ d'-un tube fabriqué conformément à l'invention, on peut utiliser toutes les matières métalliques déformables. Le choix est limité par la température de service ainsi que par la nature corrosive du fluide de travail. On peut notamment utiliser des métaux réfractaires tels que le zirconium, le niobium, le tantale, le tungstène le titane ainsi que leurs alliages. Différentes sortes d'acier, notamment des aciers all és, conviennent également. On peut aussi utiliser du nickel, de même que des alliages de nickel et de chrome et/ou de fer. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise une bande métallique plane, ayant par exemple une largeur d'environ 35 mm et une épaisseur de 3 mm, dans laquelle on lamine la structure capillaire axiale désirée. Les passages capillaires ont le plus souvent, une section carrée mesurant 0,5 mm de coté. On peut cependant prévoir également des sections trapézotéales, de même que des passages capillaires de formes et de sections différentes dans un seul tube. On choisit le profil du cylindre de laminage de façon à obtenir un système capillaire dont les gorges et les parties pleines axiales présentent la forme désirée après le cintrage de la bande profilée et préparée. Le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux pour la formation de systèmes capillaires compliqués. On peut obtenir de tels systèmes,-conformément à l'inventions en disposant sur la bande plane, par exemple en nickel - dont la surface intérieure est profilée par un laminage - des treillis de fils tissés de différentes façons (par exemple à la façon d'une toile, crois sans envers ou tressés) et ayant des ouvertures de maille différentes, ou des tales perforées et/ou profilées, au moyen dçun placage par laminage. I1 peut être avantageux de faire suivre cette dernière opération par un recuit de diffusion pour parfaire la liaison.La liaison peut cependant être obtenue également par un soudage sur une machine, par exemple par un procédé de soudage par résistance au moyen d'un galet, avec ou sans gaz protecteur. L'ouverture des mailles et le type du tissage des treillis ou la conformation de la tale profilée peuvent être adaptés de nombreuses façons à l'écartement des parties pleines ou des gorges axiales du support plan constitué par la bande profilée. Le sens du tissage du treillis ou la perforation de la tale peut être parallèle à la structure capillaire, ou peut former un angle avec cette structure. La liaison entre le treillis ou la tale et la bande plane s'effectue chaque fois sur le dessus des parties pleines situées entre les gorges. Conformément au procédé de fabrication de tubes pour le transport de chaleur selon l'invention, il est également possible de réaliser des tubes comprenant des structures capillaires différentes dans le sens axial ou radial du tube lorsqu'il est nécessaire de maintenir un flux thermique déterminé. I1 est dans ce cas possible de disposer les différents systèmes capillaires les uns après les autres dans le sens axial de la bande métallique plane, ou les uns à côté des autres, parallèlement à cet axe. Le procédé selon l'invention permet également la formation de systèmes capillaires comprenant des gorges ou des parties pleines en dépouille formées lors du cintrage d'une bande dont l'une des surfaces est profilée par laminage. On peut utiliser la même matière ou des matières d fflérentes pour la bande métallique et le matériau de doublage. On peut tenir compte de la déformation des cannelures sur l'une des surfaces de la bande métallique plane par le processus de doublage subséquent au moyen d'une conformation appropriée des cannelures, de sorte que la forme de ces dernières corresponde exactement à celle que l'on désire obtenir après le processus de doublage, suivi ou non par un recuit de diffusion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé représentant, en perspective, le cintrage d'une bande dont l'une des surfaces est profilée. Le cintrage de la bande plane, dont l'une des surfaces est profilée, s'effectue de manière connue à l'aide d'outils à empreintes multiples, par étirages ou au moyen de rouleaux. La demanderesse a découvert que ce dernier procédé est avantageux lorsqu'il s'agit de tubes de faible longueur. La bande, profilée dans le sens longitudinal, est cintrée -dans ce cas à l'aide de l'outil représenté à la figure 1 et dont la longueur correspond à celle du tube. On introduit la bande profilée 3 au moyen d'un poussoir en acier 2 dans un bloc parallélépipédique 1 contenant un rouleau en acier 4. 5 désigne une bande profilée cintrée. La soudure du joint du tube s'effectue, avec ou sans apport de matière suivant la matière utilisée poux la paroi du tube, par un procédé de soudage approprié à cet effet, par exemple par un soudage par bombardement éIectronique ou par un soudage à arc de plasma lorsqu'il s'agit de. métaux réfractai-res, et par un soudage à arc d'argon lorsqutil s'agit d'acier. Le soudage du tube fendu s'effectue après le cintrage, précédé éventuellement par l'application d'un second système capillaire. Le joint de soudure peut être préparé de manière connue par un usinage avec enlèvement de copeaux. On peut prévoir un joint pour un soudage bout à bout, avec recouvrement, avec des bords obliques ou chanfreinés; il y a toutefois lieu de faire en sorte que le système capillaire soit uniforme sur toute la surface intérieure du tube. Pour des raisons de corrosion et d'érosion, il est avantageux de prévoir le joint de soudure au-dessus d'une partie pleine située entre deux gorges axiales. On peut lisser la surface extérieure du tube pour le transport de chaleur soit avant le soudage, soit après, au moyen d'un étirage connu avec ou sans lubrifiant. Il est préférable d'ébavurer le joint de soudure par une rectification cylindrique. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour une fabrication continue, ce qui permet d'obtenir des tubes d'une longueur quelconque, mais également pour la fabrication de tronçons de tube. EXEMPLE Cet exemple concerne la fabrication d'un tube en nickel 99,6 (DIN 17 740) comportant un système capillaire formé par des gorges et des parties pleines axiales, et par un treillis de nickel fixé sur la parai intérieure; ce tube a un diamètre extérieur de ll mm et un diamètre intérieur de 8 mm, et comprend à l'intérieur des parties pleines carrées, situées entre les gorges, mesurant 0,5 x 0 > 5 mm. On utilise une bande de nickel ayant été soumise à un recuit blanc, d'une largeur de 35 mm et une épaisseur de 3 mm, dont on profile la surface intérieure en trois passes à une vitesse de laminage de 0,1 à 0,5 mm/s.Le cylindre cannelé a une largeur de 35 mm, un diamètre de 70,5 mm, et comporte 34 surélévations trapézotdales -mesurant 0,53 mm à la base, 0,50 mm au sommet, et 0,50 mm de hauteur, ce qui correspond à un angle de 3 36' par rapport à l'axe du cylindre Après la préparation des bords de-la bande profilée, on applique un tissu de nickel (ouverture de maille 0,210 mm) sur la surface profilée décapée de la bande de nickel. Cette application s'effectue en une seule passe à la température ambiante, et elle est suivie par un recuit de diffusion à vide sous une température comprise entre 1000 et 1300 C, de préférence à 1300 C et un vide de 5.10 torr. On effectue ensuite le cintrage de ce matériau composite à l'aide de l'outil représenté à la figure 1. Le soudage longitudinal du tube fendu ainsi obtenu s'effectue par bombardement électronique, après un usinage avec enlèvement de copeaux des bords du joint. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de tubes pour le transport de chialeur, portant des systèmes capillaires sur la paroi intérieure, comprenant la formation de cannelures longitudinales dans l'une des surfaces d'une bande plane, Ie cintrage de cette dernière, avec la surface cannelée à l'intérieur, pour former un tube fendu, et le soudage des bords longitudinaux opposés de ce tube, caractérisé en ce que les cannelures longitudi- naines sont obtenues par une déformation par laminage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal composant le tube pour le transport de chaleur est un métal réfractaire ou un alliage d'un tel métal, un acier faiblement ou fortement allié, du nickel ou un alliage de nickel avec du fer et/ou du chrome. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que l'on applique un ou plusieurs treill-is, ou des tales perforées et/ou profilées en métal destiné à la fabrication de tubes pour le transport de chaleur, sur les parties pleines formées à l'intérieur du tube entre les gorges. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précét dentes, caractérisé en ce que le tube pour le transport de chaleur peut comprendre plusieurs systèmes capillaires disposés les uns après les autres dans le sens axial du tube, ou les uns à côté des autres dans le sens radial à 11 intérieur du tube.