Brevet FR2016745A1 — publié le 19700515

La présente invention concerne la dilatation par explosion de manchons de doublage. La corrosion-érosion est un phénomène qui combine un milieu corrosif et des débits élevés de sorte que le milieu corrosif atteint une surface nouvelle. Pour les tubes ferritiques, cela se produit fréquemment avec de nombreux appareils de chauffage d'eau d'alimentation dans les conditions de service. Cela se produit aussi pour d'autres matières. Le phénomène dépend généralement du traitement particulier de l'eau d'alimentation et du débit. Etant donné qu'il est difficile et coûteux de modifier ces conditions poXr de nombreux appareils de cnauffage, on a essayé diverses méthodes pour doubler de matière résistant à la corrosion la portion initiale des tubes. Les procédés essayés consistent à dilater un tube dans un faisceau de tubes puis à appliquer un revêtement électrochimique, ou bien à appliquer un revêtement électrochi- miqu e à des tubes et ensuite à dilater un tube dans un faisceau de tubes. Dans un cas comme da-ns l'autre, cela permet d'utiliser, au point de corrosion maximale, une matière résIs- tant à la corzD.-zion -t qui ti une conductivité thermique médiocre. Dans le cas du revêtement électrochimique, il est possible que des éléments corrosifs soient entraînés dans d'autres parties du système de chaudière et causent des dégâts. On a dilaté mécaniquement des tubes et or les a dilatés cinétiquement dans des faisceaux de tubes. Dans un cas comme dans l'autre, il est très difficile de dilater ensuite mécaniquement une pièce insérée. Les manchons insérés doivent présenter un chanfrein du cté arrière pour réduire la turbulence. Ce chanfrein nécessite un équipement spécial pour la dilatation mécanique vers le tube. Le résultat est douteux même si l'on emploie un équipement spécial. En outre, un écrouissage mécanique endommagerait probablement la surface de la pièce insérée, Dans la dilatation mécanicffze e d'un tube dans un faisceau de tubes, il reste un espacement près de la soudu re du tube à la face du faisceau de tubes.Cela vient du fait que dans la dilatation mécanique, la compression directe du tube sur la surface du faisceau cause un allongement du tube. Si l'on lamine alors mécaniquement dans le tbe une pièce d'insertion, elle bouche cet espacement et applique un effort axial à la soudure. En outre, elle applique un effort axial à la portion précédemment laminée et éventuellement, ouvre le joint. La dilatation cinétique de pièces insérées dans des tubes préalablement laminés aussi bien cinétiquement que mécaniquement est excellente pour le travail après coup et on peut l'effectuer de façon à ne pas fermer l'espacement voisin de la soudure. Nais pour une chaudière neuve, elle nécessite deux étapes, à savoir une dilatation du tube dans le faisceau et la dilatation de la pièce d'insertion dans le tube. Il est désirable aussi de créer un joint étanche à la pression entre les tubes et les faisceaux de tubes pour les appareils de chauffa;-e d'eau d'alimentation à basse pression, ou pour les tubes insérés dans des collecteurs de chaudière, au moyen d'anneaux étroits de contact. Il a été proposé de prévoir des rainures annulaires dans le trou du faisceau de tubes et de dilater le tube de façon qu'il entre dans les rainures mais cela n'est pas satisfaisant. I1 a été proposé aussi d'utiliser une charge annulaire d'explosif mais la charge annulaire est difficile à allumer, particulièrement dans les petites dimensions. L'un des buts de l'invention est de former une surface résistar.t à la corrosion-érosion à l'extrémité d'entrée d'un tube d'appareil de chauffage d'eau d'alimentation. En conséquec, on insère dans un tube situé à l'intérieur du faisceau de tubes ur mmchon de doublage résistant à la corrosion qui a une longueur inférieure à lgépaisseur du faisceau. On insère dans le manchon de doublage une pièce d'insertion qui présente une portion centrale le long de laquelle sont distribués des grains d'explosif et qui est isolée dans une portion annulaire de transmission de force en polyéthylè ne ou matière similaire. Le manchon s'amincit de préférence vers son extrémité intérieure pour former un bord mince.On fait détonner l'explosif et le manchon se dilate et se bloque à l'intérieur du tube et simultanément, le tube se dilate et se bloque à l'intérieur du trou du faisceau. Selon un mode d'exécution de l'invention, une pièce cylindrique d'insertion par explosion est entourée d'une portion annulaire tubulaire de transmission de force en polyéthylène ou matière similaire qui présente une portion concentrique élargie formant un anneau étroit de contact avec la surface intérieure d'un tube inséré dans le trou d'un faisceau. De préférence, la portion élargie est conique et présente une base pratiquement radiale et les cités du cône font un angle obtus d'environ 1500 avec le reste de la portion tubulaire à l'extrémité étroite'du cône. Sur les dessins : - la figure I est une coupe d'un faisceau de tubes dans la direction longitudinale d'un tube de celuici, illustrant le procédé et l'appareil permettant de dilater par explosion un manchon de doublage dans le tube et le faisceau, suivant le mode d'exécution préférentiel de l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale de la structure représentée par là figure I; - la figure 3 est une vue similaire à la figure I, montrant une variante; - la figure 4 est une coupe transversale de la structure représentée par la figure 3; - la figure 5 est une coupe longitudinale d'un tube et d'un faisceau avec un appareil selon l'invention, et - la figure 6 est une vue schématique de la dilatation du tube. Comme le montrent les figures I et 2, un faisceau de tubes IO présente une base qui reçoit un tube I2 en acier au carbone ou autre matière sujette à la corrosion. Généralement, on insère le tube à travers le faisceau avec un jeu de + O,I5 mm. Une extrémité du tube I2 est soudée en I4 à une surface du faisceau de tubes. On insère dans le tube I2 un manchon de dou blage I6 en matière résistant à la corrosion, par exemple en acier inoxydable. Ce manchon a une longueur inférieure à lé- paisseur du faisceau de tubes et son épaisseur diminue vers son extrémité intérieure pour former un bord mince I8.L'extrémité extérieure du manchon I6 présente de préférence un rebord 20 dirigé vers l'extérieur et formant une butée qui fixe la distance dont l'extrémité I8 pénètre dans le faisceau de tubes, Pour engendrer la force explosive, une pièce d'insertion 22 présente un diamètre extérieur permettant de ltinsérer dans le doublage et une longueur telle que lorsqu' elle est en position à l'intérieur du tube, la pièce d'insertion ait pratiquement la meme extension que la zone de chevauchement entre le manchon de doublage et le tube. La pièce d'insertion comprend essentiellement une portion axiale centrale 24 qui contient un nombre prédéterminé de grains d'explosif, généralement de 8 - I3 grains/dm, uniformément disposés le long de l'axe de la pièce d'insertion.Une matière connue qui peut astre utilisée est une amorce forméa de grains d'explosif enrobés dans un corps en fibres ou en matière plastique. Entourant la portion axiale, une portion tubulaire annulaire de transmission de force 26 occupe l'espa- ce compris entre la portion centrale et la surface intérieure du tube. En pratique, la portion annulaire de transiission de force est extrudée et ensùite coupée en longueurs désirées de pièce d'insertion. On insère alors la portion centrale 22 dans la portion de transmission de force. Un agent de transmission préférentiel est le polyéthylène ou une autre résine thermoplastique durcissable présentant pratiquement les mimes propriétés que le polyéthylène. Comme exemples de matières appropriées autres que le polyéthylène, on citera l'acétate de polyvinyle, les polytinyl- butyrals, le polystyrène, les polyamides, le poly-tétrafluoréthylène, les résine8 de polyester, les polymères de formaldéhyde, les polycarbonates, le polypropylène et les polymères et copolymères de chlorure de vinyle.Ces matières ont pratiquement la mEme flexibilité, la même capacité de formage, la mê- me élasticité, la même densité que le polyétbylène et leur point de fusion est au moins approximativement aussi élevé. La portion de transmission de force 26 possède à son extrémité extérieure un rebord 28 servant à fixer la mesure dans laquelle la pièce d'insertion pénètre dans le trou du faisceau de tubes. Dans le mode d'exécution des figures 3 et 4, le tube I2 n'est pas soudé au faisceau IO parce que la dilatation du tube dans le trou du faisceau est suffisante pour certaines installations sous pression.D'autre part, l'extrémité intérieure de la portion de transmission de force 26 présente la forme indiquée en 30 pour faire varier la puissance de formage en fonction du travail dont il s'agit, Comme le montrent les figures 5 et 6, un faisceau de tubes IIO est muni d'un trou destiné à recevoir un tube 112. Pour engendrer une force d'explosion, une pièce d'insertion 114 résente un diamètre extérieur tel qu'elle puisse être insérée dans le tube 112. La pièce d'inserbion 114 présente aussi une longueur telle que lorsqu'elle est disposée à l'intérieur du tube-112, elle présente au moins à peu près la même extension que la zone de chevauchement entre le tube 112 et le faisceau IIO.Essentiellement, la pièce d'insertion 114 comprend une portion axiale centrale 116 qui contient un nombre prédéterminé de grains d'explosif, généralement 8-I3 grains/dm, uniformément disposés le long de l'axe de la pièce d'insertion 114. On utilise une amorce connue formée de grains d'explosifs enrobés dans un corps de fibres ou de matière plastique. Entourant la portion axiale, une portion tubulaire annulaire de transmission de force 118 entoure la portion centrale et présente entre ses extrémités une portion concentrique élargie 120. Un agent de transmission préférentiel est le polyéthylène ou une autre résine thermoplastique durcissable présentant pratiquement les mêmes propriétés que le polyéthylène. D'autres matières appropriées sont l'acétate de polyvinyle, les polyvinylbutyrals; le polystyrène, les polyamides, le poly-tétrafluoréthylène, les résines de polyester, les po polymères de formaldéhyde, les polycarbonates, le-polypropylène et les polymères et copolymères de chlorure de vinyle. Ces matières ont pratiquement la rhevme flexibilité, la mevme capaci té de formage, la même elasticité, la même densité que le poly éthylène et leur point de fusion est au moins approximativement aussi élevé. La portion concentrioue I20 est conique et munie d'une base pratiquement radiale formant un bord I22 qui entre en contact par un anneau étroit avec la surface intérieure du tube. La portion concentrique I20 fait aussi un angle obtus I24 de l'ordre de 1500 avec le reste de la portion tubulaire II8, au petit bout de la portion conique 120. La portion tubulaire 118 présente aussi à une extrémité une deuxième portion élargie I26 formant un bouchon qui pénètre dans le tube II2. Cette portion I26 sert aussi à déterminer la profondeur de la première portion concentrique élargie I20 à l'intérieur du tube 112. Comme le montre la figure 6, on fait exploser un tube sans aucun faisceau et le tube I28, calibré à I9,6 mm, présente une bosse annulaire I30 calibrée à I9,9 mm, qui traduit la dilatation localisée qui se produit aux environs du trou du faisceau. R E V B D 1 g h 2 1 Q 14.S 10) - Appareil servant à dilater un manchon de doublage à l'intérieur d'un tube qui se trouve lui-meme à l'intérieur d'un faisceau de tubes, et caractérisé par le fait qu'il comprend un manchon de doublage résistant à la corrosion qui se dirige vers l'intérieur en partant de l'extrémi- té du tube sur une longueur notablement inférieure à l'épais- seur du faisceau, une pièce d'insertion comprenant une portion axiale centrale qui contient un nombre prédéterminé de grains d'explosif uniformément dispersés le long de l'axe de la pièce d'insertion, une portion annulaire tubulaire de transmission de force entourant la portion centrale et présentant la forme voulue pour s'ajuster étroitement à l'intérieur du manchon de doublage, et des moyens propres à donner à la pièce d'insertion, à l'intérieur du tube, une position telle que sa dimension longitudinale présente la même extension que la majeure partie de la zone de chevauchement entre le manchon de doublage et le tube. 20) - Appareil selon la revendication I, caractérisé par le fait que le tube passe à travers le faisceau et qu'une extrémité du tube est adjacente à une surface du faisceau, que la pièce d'in#ertion présente une dimension longitudinale approximativement égale à l'épaisseur du faisceau et que la portion annulaire est formée d'une résine thermoplastique durcissable telle que le polyétbylène ou une résine présentant pratiquement les memes qualités. 30) - Appareil selon la revendication I, caractérisé par le fait que l'épaisseur du manchon de doublage diminue vers son extrémité inférieure en formant un bord mince. 40) - Procédé de dilatation d'un manchon de doublage à l'intérieur d'un tube qui se trouve lui#meAme à l'intérieur d'un faisceau de tubes, procédé caractérisé par le fait que l'on met le tube en position à l'intérieur d'un trou du faisceau pour définir une zone de chevauchement entre le faisceau et le tube, que l'on met le doublage en place à l'intérieur du tube pour définir une zone de chevauchement plus petite entre le doublage et le tube, que l'on dispose à l'intérieur du doublage une pièce d'insertion explosive cylindrique ayant la même extension que la majeure partie des deux chevauchement 8 et qui comprend une portion axiale centrale comportant un nombre prédéterminé de grains d'explosif uniformément disposés le long de l'axe de la pièce d'insertion et une portion annulaire tubulaire de transmission de force entre~la portion centrale et la surface intérieure du tube, la surface extérieure de la pièce d'insertion s'ajustant étroitement à la surface intérieure du doublage, la portion annulaire étant formée d'une résine thermoplastique durcissable telle que le polyéthylène ou une résineaprésentant pratiquement les mêmes qualités. 50) - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on dilate le manchon de doublage à l'intérieur du tube en même temps que l'on dilate le tube à l'intérieur du faisceau. 60) - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qûs l'on soude le tube au faisceau avant d'y disposer le doublage. 70) - Procédé si on la revendication 4, caraco térisé par le fait que l'on dilate le tube et le doublage en mtme temps. 80) - Appareil à dilater des tubes dans un faisceau de tubes et cazactérisé par le fait qu'il comprend une pièce d'insertion comprenant une portion axiale centrale qui présente un nombre prédéterminé de grains d'explosif uniformément disposés le long de l'axe de la pièce d'insertion et une portion annulaire tubulaire' présentant une portion concentrique élargie qui entre en contact par un anneau étroit avec la surface intérieure du tube, et des moyens propres à donner à la pièce d'insertion, à l'intérieur du tube, une position telle que sa dimension longitudinale présente la même extension que la majeure partie de la zone de chevauchement entre le tube et le faisceau. 90) - Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le tube passe à travers le faisceau et qu'une extrémité du tube est adjacente à une surface du faisceau, que la pièce dtinssertion présente une dimension longitudinale approximativement égale à l#épaisseur du faisceau et que la portion annulaire est formée d'une résine thermoplastique durcissable telle que le polyéthylène ou une résine présentant la meme flexibilité, la même capacité de formage, la même élasticité et la même densité que le polyéthylène et un point de fusion au moins approximativement aussi élevé. 100) - Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la portion élargie est conique et présente une base pratiquement radiale et que les côtés du cône font un angle obtus de l'ordre de 1500 avec le reste de la portion tubulaire au petit bout de la portion conique. II ) - Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la portion élargie se trouve entre les extrémités de la portion tubulaire et que la portion tubulaire présente à une extrémité une deuxième portion élargie formant un bouchon qui pénètre dans le tube. 120) - Procédé visant à dilater des tubes dans un faisceau de tubes et caractérisé par le fait que l'on dispose la tube à l'intérieur d'un trou du faisceau pour définir une zone de chevauchement entre le faisceau et le tube, que l'on dispose à l'intérieur du tube une pièce d'insertion explosive cylindrique présentant la méme extension que la ma åeure partie de la zone de chevauchement et qui comprend une portion axiale centrale contenant un nombre prédéterminé de grains d'explosif uniformément disposés le long de l'axe de la pièce d'insertion et une portion annulaire tubulaire de transmission de force entre la portion centrale et la surface intérieure du tube, la portion de transmission de force présentant une portion concentrique élargie dont la surface extérieure entre en contact par un anneau étroit avec la surface intérieure du tube et qui est formée d'une résine thermoplastique durcissable telle que le polyéthylène ou une résine présentant pratiquement la méme flexibilité, la même capacité de formage, la même élasticité que le polyéthylène et un point de fusion au moins approximativement aussi élevé. 130) - Procédé selon la revendication I2, caractérisé par le fait que la portion de transmission de fonce présente à une extrémité une deuxième portion élargie formant un bouchon qui pénètre dans le tube et qui fixe la profondeur de la première portion élargie à l'intérieur du tube.