Brevet FR2067086A1 — publié le 19710813

La présente invention concerne les procédés- de fabrication des corps de grosse robinetterie et de gros accessoires de tuyauterie matricés-soudés, employés essentiellement dans les tuyauteries des centrales thermiaues et atomiques, dans les installations chimiques et de raffinage-du pétrole, ainsi que les outils pour la mise en oeuvre de ces proc~édés. On connait un procédé de fabrication des corps de grosse robinetterie et de gros accessoires de tuyauterie matricés-sou dés, suivant lequel l'élément principal du corps est réalisé en deux moitiés en forme de calottes, obtenues d'une seule pièce avec une tubulure unilatérale ou bilatérale par matriçage, ces deux moitiés étant assembléee l'une à l'autre par soudage. Selon le brevet ayant nouer objet ledit procédé connu, le formage des principaux éléments du corps est réalisé par matriçage dans un outil ouvert, ou bien par matriçage et défonçage dans un outil fermé. Pour appliquer ce procédé de matriçage à la fabrication des éléments des gros corps, il faudrait utiliser dés presses de très grande puissance-et des outils à matricer extrêmement lourds. Etant donné la nomenclature étendue et la fabrication en petites séries des pièces de grosse robinetterie, l'emploi de presses très puissantes et d'outillages de fabrication coûteuse se traduirait par une augmentation importante du prix de la ro robinetterie et par l'accroissement isirlvestissements pour la construc tion d'ateliers spécialisés. La réalisation des corps de robinetterie avec un grand nombre d'éléments afin de réduire la force exigée de la presse, entraînerait l'augmentation des frais de main d'oeuvre, et le grand nombre de soudures abaisserait la fiabilité du corps matricé-soudé. Les gros accessoires de tuyauterie, notamment les tés et les raccords distributeurs (dans ces derniers, les tubulures sont disposées sous des angles différant de 9po), sont souvent réalisés sphériques, par emboutissage de deux demi-sphères à partir de flans découpés dans des toles. Les tubulures sont soit réalisées par rabattement des bords ou par soudage. Dans le premier procédé de fabrication i corps se trouve fortement affaibli par ltorifice, aussi s'avère-t-il nécessaire d'augmenter notablement l'épaisseur de la paroi du corps, tandis que dans le second procédé de fabrication les soudures se trouvent aux endroits subissant les plus fortes contraintes. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients indiqués. I1 s'agissait donc de créer un procédé de fabrication de corps de grosse robinetterie et de gros accessoires de tuyauterie matricés-soudés, ainsi qu'un outil pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui n'exigeraient pas l'emploi de presses de très grande puissance (jusqu'à 50 000 t), ni d'outils très lourds. Dans ce but, on propose un procédé de fabrication de corps de grosse robinetterie et d'accessoires de tuyauterie matricés-soudés, du type dans lequel l'élément principal du corps est réalisé avec deux moitiés en forme de calottes, chacune desquelles est matricée d'une seule pièce avec une tubulure bilatérale ou unilatérale, ces deux moitiés étant assemblées par soudage, procédé dans lequel, suivant l'invention, les moitiés, en forme de calottes sont réalisées par formage d'un flan découpé dans une tôle ou d'un tronçon de tube, c'est-à-dire par emboutissage et rétreinte, opérations au cours desquelles on façonne des ébauches en forme de calottes avec création d'une réserve de métal dans les zones centrales; ensuite, par matriçage local, on obtient à partir de ladite réserve de métal une tubulure de forme définitive. I1 est avantageux, dans le cas de fabrication es moitiés en forme de calottes à partir d'une tôle, de façonner au préa labile avec cette tôle une ébauche en forme de calotte avec un rebord cylindrique, en créant ainsi une réserve de métal dans sa partie périphérique, puis, par rétreinte, de transférer cette réserve de métal vers la partie centrale de l'ébauche. I1 est aussi avantageux, dans le cas de fabrication des moitiés en forme de calottes à partir d'un tube, de créer la réserve de métal dans la partie périphérique de l'ébauche en forme de calotte par façonnage de cette ébauche à partir d'un tronçon de tube de longueur suffisante pour obtenir dans la partie entrale de l'ébauche, lors de la rétreinte aui suit la réserve de métal né@essaire pour façonner la tubulure. Il est préférable, dans le cas A 'obtention des moities en forme de @alottes à partir d'une tôle, de pratiquer l'orifice de la tubulure dans l'ébauche après avoir donné à celle-ci la forme d'une calotte. Il est préférable de réaliser le matriçage local nar élargissement de l'orifice de la tubulure et nar pression simultanée exer@ée sur sa tranche. Il est aussi nréférable de @éaliser le matriçage local avec contre-pression a l'endroit de formage de la tubulure intérieure, afin e créer au sein du métal de la tubulure un état de contrainte avec compression dans toutes les directions, pour prévenir l'apparition de @enflements ou d'ét@anglements. L'invention a également nour objet un outil nour la mise en oeuvre du procéd6 indiqué. L'outil, comprenant une matricée et un poinçon de rétreinte, est doté, suivant l'invention, d'un poinçon de formage auxiliaire destiné à être engagé dans l'orifice de la tubulure pour le matriçage local, tandis que ans son poinçon de rétreinte est prévu un alésage central rour e façonnage de la tubulure intérieure. Il est avantageux de réaliser le noinçon de formage auxiliaire de manière qu'il soit étagé, afin d'élargir l'ori- fice de la tubulure et produire @@epression sur sa tranche. Il est aussi avantageux, pour produire une compression 'ans toutes les iretions au sein du métal de la tubulure, au cours se son matriçage, de doter l'outil d'un eontre poinçon situé 9 l'intérieur su poinçon de rétreinte et ayant un alésage @entral dans lequel s'engage le bout du poinçon de formage au dernier moment lu matriçage de la tubulure. Le procédé et l'outi] pour sa mise en oeuvre faisant l'objet de la présente invention, permettent en définitive de fabriquer des corps de grosse robinetterie et des gros accessoires de tuyauteries pour des caractéristiques hautes et ultra-hautes pression et température), avec emnloi de Dresses ordinaires et d'outils de poids @ourants. Plus loin, l'invention est expliquée rar un exemnle de réalisation donné à titre non limitatif et par les dessins annexés qui représentent: - la figure 1, un corps matricé-soudé de gros robinet vanne, en coupe longitudinale; - la figure 2, idem, vue de dessus; - la figure 3, un corps matricé-soudé de gros robinet vanne avec une poche inférieure, en coupe longitudinale; - la figure 4, un corps matricé-soudé de gros clapet de retenue, en coupe longitudinale; - la figure 5, le corps matricé-soudé d'un gros raccord distributeur à trois vois, en coupe longitudinale; - les figures 6, 7, , 9 et 10, la séquence des chan gements de forme de l'ébauche dans le cas de fabrication de l'élément principal d'un corps à tubulure bilatérale par le procédé fessant l'objet de l'invention, à partir d'un flan découpé dans une tôle;; - les figures 11, 12 et 13, idem, dans le cas de fa brication à partir d'une ébauche tubulaire; - la figure 14, un outil pour la rétreinte et le ma triçage local, réalisé suivant l'invention, en position ini tiale; - la figure 15, idem, en position après rétreinte; - la figure 16, idem, pendant le matriçage; - la figure 17, idem, à la fin du matriçage Les figures 1 à 5 représentent des exemples de cons truction de pièces-types de robinetterie et d'accessoires de tuyauterie, dont les éléments principaux des corps peuvent être fabriqués conformément à la présente invention. Les figures 1 et 2 représentent le corps d'un robinetvanne constitué par deux moitiés hémisDhériques 1 soudées l'une à l'autre et formant l'élément principal du corps, auquel sont soudées la tubulure centrale 2 et les tubulures latérales 3. Dans la cavité du corps sont soudés deux sièges 4. Deux principaux genres de robinet-vanne peuvent etre réalisés: à coins et à sièges parallèles. Dans le cas d'emploi pour un robinet-vanne à sièges parallèles, le corps est réalisé avec une poche inférieure qui est formée par un fondez soudé, représente sur la figure 3. Une construction analogue est employée pour les corps des clapets de retenue, des soupapes régulatrices et des sounapes d'étranglement: -La figure 4 présente le corps de tels clapets ou soupapes. Ce corps comprend une moitié hémisDhérique 6 réalisée avec une tubulure bilatérale, et ure seconde moitié 7 avec une tubulure unilatérale 8 possédant un rebord renforcé 9 qui est façonné sur le côté opposé à celui de la tubulure, sous forme d'une tubulure intérieure basse. De la sorte, la tubulure unilatérale à rebord renforcé est une variante de tubulure bilatérale. La figure 5 représente le corps d'un raccord distributeur à trois voies. Ce corps est constitué par une moitié hémisphérique 10 qui comporte une tubulure unilatérale 11 de grand diamètre, dont l'orifice affaiblit notablement la paroi du cors. C'est pourquoi cette tubulure est réalisée avec un rebord de renfort 12. La seconde moitié hémisphérique 13 comporte des tubulures 14 de diamètre plus netit, qui peuvent etre réalisées aussi bien avec un rebord que sans rebord de renfort. Les moitiés en forme de calottes, en particulier hémisphériques, à tubulures bilatérales (ou unilatérales, mais avec rebord de renfort), des corps de robinetterie et d'accessoires de tuyauterie, sont fabriquées, suivant le Drocédé oronosé, en nlusieurs opérations de façonnage, deux variantes du nrocédé étant recommandées selon la dimension du corns. Les moitiés de corns en forme de calottes particulièrement grosses sont fabriquées-à partir de flans découpés dans des tôles. Les flans sont décounés ronds (figure 6). Puis on obtient par emboutissage une ébauche en forme de calotte (figure 7) avec-un rebord cylindrique 15, lequel est ensuite transformé en tubulure par formage. Dans l'ébauche obtenue, on usine un orifice central 16 (figure b) pour la tubulure et, au besoin, on dresse la tranche 17 pour supprimer les in-egalités Ceci fait, on exécute une rétreinte longitudinale avec refoulement d'une partie du métal de l'ébauche, de i néri phérie (dù rebord cylindrique) vers le centre, pour former une réserve de métal dans la tubulure extérieure lb (figure 9), puis à partir de ce métal on obtient par matriçage local, une tubulure centrale bilatérale 19 (figure 10) de forme définitive, Dans la moitié façonnée, on usine pour le soudage le bord 20 et la tranche extérieure 21 de la tubulure 19. Cette opération achève la fabrication de la moitié en forme de calotte. Les moitiés en forme de calottes sont ensuite assemblées pour former les corps. Les moitiés en forme de calottes a' tubulures nour les corps de diamètres un peu plus petits peuvent être fabriquées à partir de tronçons de tubes sans soudure. Le tronçon de départ (figure 11) est coupé à une longueur déterminée. Ensuite il est rétreint longitudinalement et reçoit la forme montrée sur la figure 12, en assurant la nr- sence d'une réserve de métal dans la tubulure extérieure 22. Après cela, par matriçage local de la zone centrale de l'ébauche, on obtient une tubulure bilatérale 23 (figure 15). Dans le cas d'utilisation d'ébauches tubulaires, la rétreinte longitudinale et le matriçage local sont exécutés de la même façon que dans le cas de fabrication de moitiés à tartir de flans plats. Toutefois, le processus de façonnage des moitiés en forme de calottes s'avère tîus facile lorsque l'ébauche de départ est tubulaire, car les opérations d'em boutissage de l'ébauche en forme de calotte et d'alésage de l'orifice sont supprimées. Dans les processus de façonnage indiqués, le matriçage local est exécuté par refoulement d'une partie du métal des tubulures extérieures 18 et 22 (figures 9 et 12) à l'interieur du corps, et de ce fait on obtient des tubulures bilatérales 19 et 23 (figures 10 et 13). On propose d'exécuter cette oné- ration ûar élargissement dé l'orifice de la tubulure et nression simultanée sur sa tranche extérieure. Grâce à un tel mode opératoire, le métal est transféré dans la zone intérieure et la tubulure intérieure est mise en forme. Dans le cas de matriçage d'une tubulure bilatérale de grande hauteur, on propose d'exécuter le matriçage local avec recours à une contre-pression à l'endroit où se forme la tubulure intérieure. La contre-pression permet de créer au sein du métal en déformation un état de contrainte par compression dans toutes les directions, ce qui prévient l'apparition de renflements et d'étrangiments. Pour exécuter les opérations de rétreinte longitudinale et de matriçage local avec une seule chauffe, on propose un outil à actionséquentielle, dont la construction diffère de celle de l'outil à rétreindre bien connu. La construction de l'outil et son principe de fonctionnement sont illustrés sur les figures 14 à 17. La matrice de rétreinte 24 (figure 14) est fixée au coulisseau extérieur (non représenté), et le poinçon de formage 25 est fixé au coulisseau intérieur ou au piston de la presse (non représentés). Le poinçon de rétreinte 26, et la plaque inférieure 27 sont montés conjointement sur la table de la presse (non renrésentée). Le contre-poinçon 28 est déplacé à l'aide du piston du vérin inférieur de la presse (non représenté). Le formage dans l'outil s'effectue dans l'ordre suivant. La table de la presse étant tirée à l'extérieur, le pont roulant descend sur le poinçon à rétreindre 26 et centre sur celui-ci l'ébauche en forme de calotte 29, dans laquelle est alésé un orifice 30 et dont la tranche 31 est dressée. Ceci fait, le coulisseau extérieur déplace la matrice de rétreinte 24 qui exécute la rétreinte longitudinale de l'ébauche 32 (figure 15) et est maintenu en position basse jusqu'à la fin du façonnage. Le contre-poinçon 28 est amené à sa position haute initiale. Ensuite, le coulisseau intérieur de la presse déplace le poinçon de formage 25 qui élargit l'orifice 33 (figure 16) de l'ébauche 34 et presse sur sa tubulure extérieure 35; le contrepoinçon 28 descend sous l'effet de la pression du métal, en exer çant une contre-pression déterminée. Au stade final He façonnage de l'ébauche 36 (figure 17), le bout du poinçon de formage 25 s'engage dans l'alésage central 37 du contre-poinçon 28. De la sorte, il se forme une cavité fermée pour le métal à matricer. Grâce à ce fait, on obtient, à la fin de la déformation, une moitié en forme de coupole de l'élément de corps, définitivement façonnée. Lors de la course retour d-u-coulisseau intérieur, on retire le poinçon de formage 25 de l'orifice de l'ébauche 36. Ensuite on remonte la matrice de rétreinte 24. On pousse la moitié matricée hors de l'outil au moyen du contre-oinçon 28 et on l'enlève de l'outil à l'aide du pont roulant après avoir mis la table en position extérieure. Le procédé proposé et l'outil pour le réaliser permettent de fabriquer des co-rps d grosse robinetterie et de gros accessoires de tuyauterie suffisamment résistants et rigides, pour différentes caractéristiques du fluide jusqu'à des caractéristiques supercritiques. La forme sphérique de la partie principale du corps est optimale, en ce qui concerne la résistance et la rigidité, pour les récipients fonctionnant sous pression interne. La procédé proposé n'exige pas pour sa réalisation, même dans le cas de fabrication de très gros corps, l'emploi de matériels formants exceptionnels. Le procédé et l'outil pour sa mise en oeuvre assurent I'obtention de moitiés matricées qui sont assemblées par des soudures annulaires en formant une paroi d'épaisseur constante, ce qui permet d'appliquer les procédés de soudage mécanisés et les méthodes physiques modernes de contrôle des soudures. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs nombinaisons si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un procédé de fabrication de corps de grosse robinetterie et de gros accessoires de tuyauterie matricés-soudés, suivant lequel l'élément principal du corps est-réalisé en deux moitiés en forme de calottes, ces moitiés étant matricées chacune d'une seule pièce avec une tubulure soit bilatérale, soit unilatérale, puis assemblées l'une à l'autre par soudage, caractérisé en ce que lesdites moitiés en forme de calottes sont fabriquées par emboutissage d'un flan plat, au cours duquel on obtient des ébauches intermédiaires en forme de calottes et on crée dans leur zone centrale une réserve de métal, anrès quoi, à partir de cette réserve de métal, on obtient par matriçage local une tubulure de forme définitive. 2. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de fabrication desdites moitiés en forme de calottes à partir d'un flan plat, on façonne au préalable avec ce flan de manière à obtenir une ébauche en forme de calotte avec un rebord cylindrique, en créant ainsi une réserve de métal dans sa partie périphérique, puis on refoule par rétreinte cette réserve de métal dans la partie centrale de l'ébauche-. 3. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de fabrication desdites moitiés en forme de calottes à partir d'un tube, la réserve de métal dans la partie périphérique de l'ébauche en forme de calotte est créée par façonnage d'un tronçon de tube de longueur telle qu'après rétreinte elle assure l'obtention, dans la partie centrale de l'ébauche, de la réserve de métal nécessaire pour façonner la tubulure. 4. Un procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, dans le casde fabrication desdites moitiés en forme de calottes à partir d'un flan plat, l'ori- fice de la tubulure est pratiqué dans leurs ébauches après avoir donné au flan la forme d'une calotte. 5. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le matriçage local est réalisé par élargis sement de l'orifice de la tubulure et pression simultanée sur sa tranche. 6. Un procédé suivant la revendication 5, caractéris en ce que le matriçage local est réalisé avec une contrepression à l'endroit où est façonnée la tubulure intérieure. 7. Un outil pour réaliser le procédé faisant l'objet de la revendication 1, comprenant une matrice et un poinçon de rétreinte, caractérisé en ce qu'il est doté d'un poinçon de formage auxiliaire s'engageant dans l'orifice de la tubulure pour le matriçage local, et que dans le poinçon de rétreinte il est prévu un alésage centraî pour le faÇonnage de la tubulure intérieure. 8. Un outil suivant la revendication 7, caractérisé encre que ledit poinçon de formageauliaire est r'ari étagé pour élargir l'prifice des la tubulure et presser sur sa tranche. 9. Un outil suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'afin de créer une comnression, dans toutes les directions au sein du métal de la tubulure au cours du matri çage, il est doté d'un contre-poinçon situé à l'intérieur du poinçon de rétreinte et possédant un alésage central dans lequel s'engage le bout du poinçon de formage au dernier moment du matriçage de la tubulure. 10. les appareils de robinetterie et les accessoires de tuyauteries, caracterisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 6.