Brevet FR2156610A1 — publié le 19730601

concerne concerneun procédé de réalisation do pièces creuses à paroi épaisse, en particulier cylindrique, par apport de matière de soudage en fil ou en ruban, dont l'épaisseur correspond à une fraction de ltépaisseur de la paroi de la pièce et qui est déposée par couches successives sur une couche en rotation par rapport au poste de soudage par apport de matière. L'invention concerne par ailleurs une pièce creuse à paroi épaisse réalisée par ce procédé ainsi qu'une application industrielle de cette pièce. vivant un procédé connu, des coquilles refroidies disposées à l'intérieur et à ltextérieur de la pièce creuse en deli mitent l'épaisseur de la paroi. Ce procédé a l'inconvénient que les coquilles refroidies provoquent une déperdition d'énergie relativement coûteuse, par exemple de chaleur produite électriquement. Par ailleurs, la réalisation de récipients coniques ou ovales est conteuse, car il faut utiliser dans ce cas des coquilles très grandes. Selon une particularité essentielle du procédé de l'in~ vention destiné à éliminer les inconvénients mentionnés et à apporter d'autres avantages décrits plus bas, l'ébauche a pratiquement la forme de la pièce creuse à réaliser, mais une paroi beaucoup plus mince et la matière de soudage est déposée en plusieurs couches sur au moins l'une des deux surfaces formant l'enveloppe de cette ébauche, ladite épaisseur: de matière qui est une fraction de celle de la paroi de la pièce creuse étant disposée dans le sens radial. L'apport progressant radialement de matière de soudage donne l'avantage que l'ébauche et les premières spires subissent un effort de compression et les spires extérieures de la matière apportée par soudage subissent un effort de traction. La pente de la courbe des efforts peut ensuite être réglée par recuit de la pièce creuse, de manière que lorsque celle -ci est utilisée comme récipient sous pression, les efforts stéquilibrent pratiquement dans les fibres in térieures et extérieures de sa paroi lorsqu'elle est en service.Le procédé de l'invention apporte par ailleurs l'avantage qutil est possible de faire varier la qualité du matériau sur ltépaisseur de la paroi au cours de la fabrication de la pièce creuse, de manière qui sera expliquée plus bas. n est bien entendu que itexpression "radial" ne se limite pas a' des picces creuses cylindriques de re'voiution, mais aussi à des pièces creuses ayant d'autres formes, par exemple ovales. Selon un mode avantageux de nase en oeuvre du procédé de l'#-avention, le poste de dép8t de matière de soudage progresse dans le sens des génératrices de l'ébauche pendant ou à la fin d'une rota- tion relative de cotte dernière avant qu'il ne progresse dans le sens radial. L'ébauche peut ètre en un matériau différent du maté riau déposé de soudage. De plus, le matériau de soudage de la première et/ou de la dernière couche peut être différent de celui des autres couches de la pièce creuse. Il est possible d'appliquer un procédé de soudage à plusieurs fils pour la réalisation simultanée de la pièce creuse en plusieurs emplaeements. Le dépôt des couches de la matière de soudage peut être simultané avec le soudage à cette dernière d'éléments rapportés sur la pièce creuse devant être réalisée. Les surépaisseurs nécessaires de raidissement de la pièce, par exemple les brides des extrémités, peuvent aussi être réalisées par apport de matière de soudage.Celle-ci peut e#tre dirigée sur la pièce creuse de manière que le rapport de l'avance de cette matière à la vitesse périphérique du lieu correspondant de depot soit constant afin qu'il en résulte une paroi d'épaisseur uniforme. La matière de soudage peut arriver obliquement par rapport au plan des brides de la pièce creuse lors de son dépôt sur les parties voisines de ces brides. Selon une.particu ] #rité essentielle de la pièce creuse à paroi épaisse réalisée selon le procédé de l'invention, cette paroi se compose sur son épaisseur de celle de l'ébauche et de la somme, dépassant cette dernière épaisseur, de plusieurs couches minces de matière de soudage. En particulier, l'épaisseur de la paroi de l'ébau- che est au maximum égale à un tiers de l'épaisseur totale de la paroi de la pièce creuse réalisée. Une application importante de la pièce creuse produite d'après le procédé de l'invention se rapporte à la réalisation de cuves sous pression pour réacteurs nucléaires. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels : la figure 1 est une vue en élévation en bout d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention la figure 2 est une élévation latérale du dispositif de la figure t ; et la figure 3 est une élévation d'une variante de dispositif pour la miso en oeuvre du procédé de l'invention. le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comprend corne un tour une poupée fixe 1 et ule poupée mobile 2 qui supportent une ébauche 3 d'un récipient cylindrique devant être réalisé. Une vis sans fin 5 calée sur l'arbre 6 d'un moteur 7 commande la broche 8 de la poupée 1 par l'intermédiaire d'un pignon 4 auquel elle est reliée. La poupée 2 est mobile entre des glissières 10 et des vis il peuvent ] 'immobiliser sur une assise 12. Des flasques 21 en queue d'abondesllr lesquels un support 22 peut coulisser sont disposés sur un bati 20, parallèlement aux broches coaxiales des poupées 1 et 2. Une tige filetée 23 commandée par un moteur 24 fait avancer le support 22. Celui-ci supporte un appareil 25 de soudage à électrode 26 en ruban. L'ébauche 3 se compose d'un cylindre mince et creux 30 réalisé par courbure d'une tole plane et aux deux extrémités duquel deux brides épaisses 32 et 33 sont soudées coaxialement. L'ébauche a sensiblement la forme du récipient devant être réalisés mais l'e'pais- seur de sa paroi est beaucoup plus faible. Pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention; l'appareil 25 de soudage à ruban est monté sur le support 22 à ltelrplacement auquel son électrode 26 se trouve à côté de la bride 33 de l'ébauche 3. Le moteur 7 fait tourner l'ébau- che lentement autour de son axe de symétrie longitudinal et l'électrode 26 en ruban est dirigée sur l'enveloppe extérieure 35 de l'ébauche à une vitesse convenable d'avance.Lorsque l'ébauche arrive à la fin d'une révolution, c 'est-à-dire lorsqu'unie spire presque fermée de la première couche de soudage a été réalisée, le moteur 24 est mis en marche et fait avancer l'appareil 25 de soudage sur une distance égale à la largeur de l'électrode 26 en ruban, de manière qutune seconde spire d'une couche de matière de soudage soit déposée à côté de la première. Ce processus se répète jusqutà ce que l'enveloppe extérieure 26 soit recouverte jusqu'à la bride 32 d'une couche de matière formée do spires juxtaposées et soudées. De la soudure est mise à la main dans le coin subsistant entre deux spires voisines. Lorsque l'appareil est arrivé à la bride 32, son sens de déplacement est inversé et il dépose de la meme manière que décrite pour les premières spires une seconde couche da matière de soudage sur celle préalablement déposée en progressant vers la bride 33. La figure 2 représente une paroi 27 constituée déjà de plusieurs couches. n est aussi possible de procéder en guidant i1appa- reil de soudage le long de l'enveloppe de l'ébauche de manière qu'il subisse une certaine avance continue pour le dépit d'une couche de matière pendant la rotation de l'ébauche et l'avance de l'électrode. Lorsque l'appareil est arrivé à la bride 32, son déplacement est inver- sé et la seconde couche est déposée sur l'ébauche, et ainsi de suite. Le procédé de l'invention peut aussi être mis en oeuvre par dépot successif des couches de la matière de soudage dans le sens radial sur ##'ébauche; l'arrêt du moteur 24 supprimant l'avance de l'appareil 25. Lorsque l'épaisseur voulue de la paroi du récipient est atteinte loealement, l'appareil est dép ] acé latéralement sur une distance correspondant à la largeur de l'électrode en ruban et il est retenu à coté des couches préalablement déposées, puis il dépose les unes au-dessus des autres de la meme manière plusieurs couches qui se succèdent dans le sens radial jusqu'au moment où l'épaisseur voulue de la paroi est atteinte. On procède de la même manière jusqu'à ce que la paroi atteinge l'épaisseur voulue sur la longueur totale de l'ébauche.Pour éviter d'avoir à déposer à la main de la matière de soudage dans les coins qui peuvent subsister lorsque l'un ou l'autre de ces deux modes opératoires est mis en oeuvre, il est possible d'utiliser au début et à la fin de la couche un ruban formé par projection ou se rétrécissant progressivement, 11 avance du ruban devant bien entendu varier en continu dans les deux sens (avance le long des flasques 32 et 33 et avance du ruban dans le sens de sa longueur). Un disque fixe peut couper le ruban à largeur voulue pendant sa mise en fusien, le tronçon découpé glissant vers l'avant sur la tête proprement dite de soudage et s'enroulant. L'ébauche peut subsister à la fin de la fabrication du récipient ou elle peut etre éliminée, par exemple par tournage.Le procédé peut être mis en oeuvre à l'aide d'une ébau che en un matériau différent de la matière déposée de sondage. Si, par exemple; le récipient réalisé doit contenir un liquide corrosif, il est possible de choisir pour l'ébauche un matériau qui résiste à la corrosion produite par ce liquide particulier. Ia matière de soudage n'a pas elle-m & e à satisfaire à ce critère. La matière de soudage de la première et/ou de la dernière couche du récipient peut être différente de celle des autres couches. Par exemple; la matière de la première couche déposée direc- tement sur l'ébauche peut être choisie pour son aptitude à bien se souder avec le matériau de l'ébauche. Les autres couches peuvent être on une matière qui se soude bien avec celle do la première couche. La couche ez.terieure peut castre choisie en une matière ayant d'autres caractéristiques voulues que celles du reste de la paroi, par exemple qui résiste à la corrosion ou qui est choisie pour son fini de surface. Pendant la réalisation du récipient par apport de matière de soudage, il est possible de lo munir de pièces rapportées, par exemple de tubulures de raccord, qui sont soudées au moment du dépôt des couches. L'avance de l'appareil de soudage doit alors être adaptée à la forme et aux dimensions des éléments rapportés et de plus, un dispositif de découpage doit donner à la matière de soudage la forme qui correspond aux conditions cortinuellement changeantes de soudage à l'emplacement de dépôt. Le récipient peut etre réalisé par apport de matière sinrultanément en plusieurs emplacements à l'aide de plusieurs appareils de soudage ou à l'aide d'appareils de soudage à plusieurs rubans ou fils, les points de soudage pouvant être branchés électriquement en parallèle ou en série ou pouvant être branchés de manière totalement indépendante. Les surépaisseurs éventuellement nécessaires de raidissement du récipient, par exemple les brides des extrémités, peuvent être réalisées par les mêmes passes de soudage d'après l'une ou l'autre des manières décrites. Ainsi, les brides 32 et 33 de l'ébauche de la figure 1 peuvent avoir des cotes inférieures à celles représentées et leurs fermes et cotes définitives peuvent leur être conférées par soudage. Il est possible de donner de manière certaine une épaisseur uniforme à la paroi du récipient par un rapport constant de la vitesse d'avance de la matière de soudage et de la vitesse périphérique à l'emplacement de dépôt. Au moment du dépôt à proximité d'une bride, il est nécessaire de diriger la matière de soudage sur l'ébauche obliquement par rapport au plan de la bride, car sinon l'arc (du soudage par électrodes) s'allume prématurément entre la bride et la matière de soudage. La figure 3 représente un manipulateur utilisé pour la réalisation d'une pièce creuse en calotte à paroi épaisse réalisée par apport de matière de soudage selon le procédé de l'invention. Une ébauche 50 formée d'une tale mince mise en forme à la presse et comportant une bride 51 est fixée sur une table 52 qui est rotative autour de son axe 53. La table rotative comporte une couronne 54 à denture interne engrenant avec un pignon non représenté qui est calé sur un arbre 55 d'un moteur 56. Par ailleurs, un moteur 57, un pignon non représenté, calé sur l'arbre de ce dernier et une couronne dentée 58 peuvent faire basculer la table 52 autour d'un axe 59 qui est per pendiculaire au plan dv dessin.Le manipulateur comporte par ailleurs un support 65 et des glissières 66 sur lesquelles un appareil 67 de soudage est mobile alternativement. Pour réaliser une calotte sphérique, la table rotative 52 est d'abord disposée obliquement de manière que la pointe de l'électrode 68 de l'appareil 67 de soudage se trouve au point 69 le plus haut de l'ébauche 50. Après allumage de l'électrode de soudage, la table est entraSnée en rotation et le moteur 57 de basl culement est simultanément mis en marche. Les deux mouvements simula nés de la table åéplacent progressivement le lieu de dépit de la matière de soudage en hélice sur l'ébauche jusqu'au moment où la bride 51 de cette dernière est atteinte.Ensuite, une première couche de matière de soudage est déposée sur l'ébauche. Puis le mouvement de basculement de la table est inversé, de manière que le lieu de dépôt de la matière de soudage suive la même voie dans le sens inverse jusqutau point 69 le plus haut de l'ébauche. La seconde couche de matière de soudage est ainsi déposée sur l'ébauche. Les mouvements de basculement sont répétés jusqu'à ce que le nombre voulu de couches, ctest- à-dire que l'épaisseur voulue de la paroi de la calotte sphérique devant être réalisée soit atteint. Dans les procédés décrits, la matière de soudage est déposée sur l'enveloppe extérieure de l'ébauche. n est bien entendu possible de déposer de la même manière de la matière de soudage sur l'enveloppe interne de l'ébauche. I1 est aussi possible de déposer cette matière sur ltenveloppe intérieure ainsi que sur 7'en- veloppe extérieure. Par exemple, une matière résistant à la corrosion peut être déposée en une ou plusieurs couches sur l'enveloppe intérieure de l'ébauche. fl va de soi que le procédé décrit et représenté peut subir diverses modifications, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de pièces creuses à paroi épaisse, en particulier cylindrique,par apport de matière de soudage on fil ou en ruban dont l'épaisseur est une fraction de celle de la paroi de la pièce à réaliser et qui est déposée en couches successives sur une ébauche rotative par rapport au lieu de dépôt, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'ébauche a sensiblement la forme de la pièce creuse devant être réalisée, mais une paroi d'épaisseur bien inférieure et la matière de soudage est dépcsée en plusieurs couches sur au moins ltune des deux surfaces formant l'enveloppe de cette ébauche, ltépaisseur de la matière d'apport qui est une fraction de celle de l'épaisseur de la paroi de la pièce creuse étant disposée dans le sens radial. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lieu de dépôt progresse pendant ou à la fin d'une révolution relative de l'ébauche dans le sens des généra-#icos de l'enveloppe de cette dernière avant de progresser dans le sens radial. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche est en matériau différent de la matière déposée de soudage. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière de soudage de la première couche ou de la dernière couche ou de ces deux couches est différente de celle des autres couches constituant la pièce creuse. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par l'application du procédé de soudage à plusieurs fils. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des éléments rapportés sur la pièce creuse devant être réalisée sont soudés simultanément au dépôt des couches de matière de soudage sur lteSbauche. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que les surépaisseurs nécessaires au raidissement de la pièce creuse, par exemple les brides d'extrémité, sont aussi réalisées par dépôt. de matière de soudage. 8. Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le rapport de la vitesse d'avance dela matière de soudage à la vitesse périphérique du lieu momentané de dép8t est constant, de manière qu'il en résulte une paroi d'épaisseur uniforme. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérise on ce que la matière de soudage est dirigée obli- quement par rapport au plat; des brides lors de son dépot sur les parties voisines ce ces derniares 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'ébauche a une paroi dont ltépaisseur est au maximum égale a un tiers de l'épaisseur totale de la paroi de la pièce creuse devant être réalisée. 11. Récipient sous pression réalisé par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que sa paroi se compose dans le sens de son épaisseur de l'épaisseur dc l'ébauche et de la somme; supérieure à cette dernière épaisseur, de plusieurs couches minces de matière de soudage. 12. 4pplication du procédé selon #l'une quelconque des revendications 1 à 10 à la réalisation d'une cuve sous pression de réacteur nucléaire.