Brevet FR2242188A1 — publié le 19750328

L'invention est relative à l'utilisation d'un explosif pour l'assemblage de tubes qui sont immergés dans un liquide, par exemple des conduites sous-marines. L'invention s'applique à l'assemblage direct de deux tubes, lorsque l'extrémité de l'un des tubes est formée de manière à recevoir l'extrémité correspondante de l'autre tube, et à la fixa#tion d'un man#chon d'accouplement ou d'une bride à l'extrémité d'un tube pour faciliter la fixation de celui-ci à un autre tube ou à un dispositif ou à une installation sous-marine. Par exemple, l'invention peut être utilisée pour la réparation d'une conduite sous-marine, en enlevant une section détériorée et en y insérant une nouvelle section.Un moyen d'obtenir ce résultat est de mettre en#oeuvre l'invention pour fixer des brides d'accouplement aux extrémités laissées libres après l'enlèvement de la section endommagée et de fixer ensuite la section de remplacement aux brides d'accouplement par des techniques classiques pour l'assemblage de tubes. Conformément à l'invention, il est prévu un procédé pour former à l'aide d'un explosif un joint d'assemblage entre un premier et un second élément tubulairesimmergés dans un liquide, dans lequel procédé l'extrémité du premier élément est disposé à l'intérieur de l'extrémité du second élément avec une charge explosive placée à l'intérieur de l'extrémité du premier élément, des éléments absorbeurs de chocs sont disposés à l'intérieur des es des deux éléments de craque cOté de la charge explosive pour déplacer le liquide d'au moins une partie de la longueur de chacune desdites âmes, des joints d'étanchéité intérieurs et extérieurs étant disposés de manière à former une enceinte hermétiquement fermée comprenant au moins l'espace situé entre les extrémités des deux éléments, le liquide est ensuite déplacé hors de cette enceinte par un agent gazeux et la charge explosive est allumée pour assurer l'assemblage des extrémités des éléments tubulaires. On sait déjà que des joints d'assembla#e- formés à l'aide d'explosifs peuvent être de deux sortes: des joints d'assemblage par expansion ou des soudures par explosifs, selon la nature et l'importance de la charge explosive et de la disposition des diverses pièces avant l'exploaion. Lorsqu'unie soudure par explosif est nécessaire, on utilise habituellement un explosif à grande vitesse de détonation et on laisse une distance de garde entre les pièces à assembler.Dans ces conditions, dans le procédé conforme à l'invention, les diamètres des extrémités des deux éléments seront choisis, relativement l'un a' l'autre, de manière à laisser un espace annulaire entre eux et la masse de liquide qui, conf#ormément à l'invention, doit autre déplacée par un agent gazeux avant l'allumage de la charge explosive. Dans le cas où on ne recherche qu'-un joint d'assemblage par expansion, il est inutile de prévoir une distance de garde mais seulement des tolérances de fabrication qui assurent une insertion facile de l'extrémité du premier élément dans l'extrémité du second, et les écarts de concentricité des deux extrémités se traduisent par la formation d'un espace entre les deux extrémités (cet espace pouvant être subdivisé en un certain nombre d'espaces séparés), lequel doit être débarrassé de liquide et de toute autre souillure en vue de fournir un assemblage satisfaisant. Dans le cas d'un joint d'assemblage par expansion, la mise en oeuvre d'une rainure annulaire dans l'extrémité du second élément rend le joint d'assemblage plus résistant aux forces axiales. Le second élément (élément extérieur) doit de préférence présenter une limite d'élasticité supérieure à celle du premier, en vue de fournir un joint d'assemblage étanche par effet de serrage. Qu'il s'agisse de former un joint d'assemblage par expansion ou une soudure par explosif, le joint d'étanchéité intérieur peut être disposé à l'intérieur de l'ame du second élément tubulaire, moyennant quoi ltenceinte précitée comprend un espace situé à l'intérieur de l'âme du second élément, en plus de ltes- pace situé entre les extrémités des deux éléments. Selon une variante, le joint d'étanchéité intérieur est formé entre l'extrémité du premier élément et la surface intérieure du second élément. Dans un procédé préférentiel, le joint d'étanchéité intérieur est monté sur une bague porteuse qui porte aussi la charge d'explosif. La bague porteuse peut être maintenue en place axialement par des ressorts de compression agissant entre la bague porteuse et une bague de serrage immobilisée à l'intérieur du second élément. Les éléments absorbeurs de chocs sont constitués de préférence par des sacs gonflables. Il est également possible d'utiliser un matériau expansé, notamment dans le cas où le second élément est relativement court et est constitué uniquement par exemple par une bride d'accouplement munie d'un manchon qui s'emmanche sur l'extrémité du premier élément et est soudé à cette extrémité. La charge explosive elle-même est de préférence portée par un corps gonflable qui assure un contact intime de la charge avec la surface intérieure du premier élément. Le second élément est de préférence supporté extérieurement par une agrafe segmentée qui est disposée autour de la région dans laquelle se produit l'assemblage par explosif. L'invention est décrite plus en détail ci-après, à l'aide de trois de-ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexésdans lesquels: -la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un assemblage prévu pour souder l'un à l'autre deux tubes, à l'aide d'un procédé conforme à l'invention, -la figure 2 est une coupe analogue d'un assemblage prévu pour souder l'un à l'autre deux tubes à l'aide d'un second procédé conforme à l'invention et -la figure 3 est une vue en perspective, en coupe partielle, d'un assemblage prévu pour souder une bride d'accouplement à l'extrémité d'un tube a l'aide d'un troisième procédé conforme à l'invention. La figure 1 représente deux tubes de métal 10 et 11 qui doivent être assemblés. Un élément en forme de manchon métallique 12 présente à une-extrémité, une partie 12a de diamètre intérieur réduit, en forme de tube, qui est enfilée à frottement doux sur le tube Il et est soudée à celui-ci par un cordon de soudure 13. Le soudage de la partie 12a du manchon sur le tube 11 est effectué à l'air, avant que la conduite soit déposée sur le fond sous-marin. On peut utiliser un procédé de soudage par fusion, comme on l'a représenté sur la figure, ou, selon une variante, un procédé de soudage par explosif. A l'extrémité opposée de l'élément en forme de manchon 12 est prévue une partie 12D de diamètre intérieur réduit, qui est emmanchée à frottement doux sur le tube 10. L'extrémité du tube 10 s'étend à l'intérieur de la partie centrale de plus grand diamètre de l'élément en forme de manchon 12, en formant un espace annulaire 14 entre-l'extremité du tube et la partie centrale du manchon La surface intérieure du - manchon 12 et la surface extérieure du tube 10 sont abrasées dans la région où elles sont superposées. L'âme du tube Il contient un sac gonflable-15 destiné à déplacer l'eau et un sac gonflable 16 destiné à assurer l'étanchéité, ces deux sacs gonflables étant mis en place et gonflés avant que le tube 10 soit introduit dans le manchon 12. Un sac gonflable de déplacement d'eau analogue- 17 est inséré dans l'extrémité du tube 10, conjointement avec un corps gonflable 18 qui porte une charge explosive et qui sert à obturer d'une manière étanche l'extrémité du tube 10. L'introduction et le gonflage du sac 17 et du corps 18 peuvent être effectués à l'air avant que le tube 10 soit introduit dans le manchon 12 sur le fond sous-marin.Le corps 18 portant la charge explosive est placé à l'intérieur de l'extrémité du tube 10, dans la région entourée par l'espace 14, mais un peu en retrait de l'extrémité proprement ditedu tube afin de réduire au maximum l'entrée des produits de l'explosion à l'intérieur de l'espace 14. Le corps gonflable 18 qui porte la charge explosive est du type, décrit dans le brevet britannique n0 1.297.708, qui est constitué par un réceptacle réalisé en un matériau capable de transmettre des ondes de choc, tel que du caoutchouc, dont les parois contiennent une charge explosive, conjointement avec un détonateur et une charge d'amorçage. Le corps est introduit dans l'âme du tube 10-et est ensuite gonflé jusqu'à ce qu'il vienne en contact avec la surface intérieure du tube. Les fils conducteurs du détonateur peuvent traverser un bouchon disposé dans la paroi du manchon 12 qui est ensuite obturé d'une manière étanche lors de la détonation de l'explosif ou autrement est enlevé à travers l'âme du tube 10.Selon une variante, les fils peuvent être reliés par l'intermédiaire d'un dispositif interrupteur manoeuvrable à distance à une batterie qui fournit un courant suffisant pour actionner le détonateur. Le dispositif interrupteur peut être manoeuvré de l'extérieur des tubes 10 et 11 et du manchon 12 au moyen d'un champ magnétique engendré par un enroulement électrique ou au moyen d'un générateur piézo- acoustique du type Sonar. Sur l'extérieur du tube 10 est disposée une bague d'étanchéité en caoutchouc dur 19 qui présente une partie plus flexible en forme de volet 20. La bague 19 est placée initialement sur le tube 10 avec la partie en forme de volet 20 retour née vers l'arrière. Lorsque le tube 10 est introduit dans le manchon 12, le volet est ramené sur l'extrémité de la partie 12b du manchon, de manière-à former un joint d'étanchéité extérieur qui empêche lteau de pénétrer dans l'espace 14 et dans l'espace 21 intérieur au manchon 12, lequel espace est fermé à une extrémité par le sac d'étanchéité 16 placé dans le tube 11 et à l'autre extrémité par le corps gonflé 18 placé dans le tube 10. Des conduits d'entrée 22 et de sortie 23 traversent le manchon 12 et débouchent dans il espace 14 au voisinage immédiat de la partie d'extrémité 12b du manchon. Les conduits d'entrée et de sortie 22,23 sont raccordés par des tuyaux souples ( non représentés ici) à une soupape et à un appareillage de pompage situés hors de l'eau dans laquelle les tubes sont immergés Pour enlever l'eau contenue dans les espaces 14 et 21-, de l'air propre ou de l'azote est amené, par le conduit d'entrée 22 à une pression légèrement supérieure à la pression hydrostatique qui règne à l'intérieur du manchon 12 L'eau contenue dans le manchon 12 est ainsi déplacée et refoulée à travers le conduit de sortie 23.Pour éviter le dépôt de sels dissous qui, notamment dans le cas de l'eau de mer, se produirait å l'intérieur du manchon 12 si la surface intérieure de celui-ci était séchée directement, les espaces 12 et 21 sont ensuite balayés par un courant d'eau pure. Cette eau est déplacée par l'air ou l'azote puis par un solvant tel que de l'alcool méthylique qui élimine tout reste d'eau. Les espaces 14 et 21 sont enfin balayés de nouveau avec de ltair ou de l'azote qui est préalablement séché pour réduire la concentrationde vapeur d'eau à un niveau aussi bas que l'on veut, en utilisant un appareillage tel qu'un tube Draeger pour mesurer la concentration résiduelle. Une agrafe segmentée 24 est placée autour du manchon 12, dans la région du corps 18 qui porte la charge explosive, en vue de maintenir le manchon- à I tencontre des forces développées par l'explosion. L'agrafe 24 est constituée essentiellement d'un certain nombre de segments métalliques maintenus autour du manchon 12 par une bande de serrage ou un élément analogue qui peut s'enlever une fois la soudure effectuée. Après l'élimination de l'eau des espaces 14- et 21, de la manière décrite ci-dessus, la charge explosive est allumée de manière à dilater l'extrémité du tube 10 et l'appliquer contre le manchon 12 pour former une soudure. Au cours du soudage, la partie du tube 10 qui est située au-delà du corps 20 qui porte la charge protège la région de la soudure des produits de l'explosion et empêche ainsi sa contamination.La formation de la soudure sépare les conduits d'entrée et de sortie 22,23 de l'espace 21 intérieur au manchon 12 et assure ainsi une liaison étanche à l'eau entre les tubes 10 et 11. Dans le mode de réalisation de la figure 2, les parties correspondant à celles de la figure 1 sont munies des mêmes références numériques et ne seront donc pas décrites plus en détail. A la place du manchon 12, le tube il lui-même est formé de manière à présenter une partie d'extrémité 25 de grand diamètre, qui entoure l'extrémité du tube 10, en formant un espace annulaire 14 qui est fermé, comme#dans le cas précédent, par un joint d'étanchéité extérieur 19 présentant une partie en forme de volet 20. L'extrémité intérieure du tube 10 est toutefois avancée de manière à s'appliquer contre un échelon 26 formé dans le tube Il et un joint d'étanchéité gonflable 27 est placé entre l'extrémité du tube 10 et la surface intérieure de la partie d'extrémité 25 du tube 11.Le joint d'étanchéité 27 assure une étanchéité intérieure, pour fermer l'espace 14. L'élimination de l'eau, le balayage et le séchage à l'aide des conduits 22 et 23 n'affecte maintenant que l'espace 14 quine trouve dans la région immédiate de la soudure et on évite la nécessité de s'occuper du grand espace 21 situé à l'intérieur du manchon 12. On peut utiliser des pressions de gaz et des vitesses de balayage relativement élevées pour le traitement de l'espace 14. Un corps gonflable 28 portant la charge d'explosif est placé à l'intérieur de l'extrémité du tube 10. Le dessin montre un détonateur 29 porté par le corps 28. Les sacs gonflables 15 et 17 sont placés aussi près que possible du corps 28 pour déplacer l'eau de la région de l'explosion. Avec l'agencement représenté sur la figure 2, il est avantageux que l'extrémité de la conduite immergée soit le tube 10. Le sac gonflable 17 et le corps 28 portant la charge doivent ensuite être insérés à l'intérieur de l'extrémité du tube et les autres parties de l'assemblage sont enfilées par dessus. Les sacs de déplacement d'eau 15 et 17 servent comme auparavant à absorber l'onde de choc lorsque l'explosif est allumé et empêchent ainsi tout gonflement des parois des tubes. Une fois la soudure effectuée, les sacs 15 et 17 et les restes de la charge explosive peuvent être évacués du tube par balayage, par des moyens connus. Il y a lieu de remarquer que dans chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus, il est possible d'utiliser des formes différentes de joints d'étanchéité Par exemple, le joint d'étanchéité extérieur peut être du type gonflable. La charge explosive n'a pas besoin d'etce portée par un corps gonflable, pourvu qu'elle soit placée très près de la surface intérieure# du tube où elle est disposée. Les procédés décrits ci-dessus peuvent être appliqués au soudage successif d'un certain nombre de joints d'assemblage. il peut être utilisé pour fixer sur un tube un élément en forme de manchon portant une bride. Pour remplacer une section endommagée d'un tube, une bride peut être soudée à chacune des extrémités libres qui subsistent après enlèvement de la section en dommagée et une nouvelle section peut ensuite être montée entre les brides par des procédés d'assemblage de tubes classiques. La figure 3 montre un agencement d'équipement pour la réparation sous l'eau d'un tube métallique 30, en y fixant un manchon 31 muni drune bride annulaire 32. Le tube 30 peut être constitué par l'extrémité libre d'une conduite dont la partie endommagée a été enlevée#et la fixation du manchon 31 permettra ensuite d'accoupler une nouvelle section à la bride 32 Une partie en forme de jupe évasée suivant un cône 33 présente une partie en forme de lèvre 34 soudée à l'extrémité du manchon 31 qui sert de guide pour introduire l'extrémité du tube 30 dans le manchon 31. Un joint d'étanchéité extérieur gonflable 35 est placé à l'extrémité du manchon 3t à l'intérieur de la partie en forme de lèvre 34 de manière à s'appliquer contre la surface extérieure du tube 30. Un tube de gonflage 36 traversant la partie en forme de lèvre 34 permet le gonflage du joint. Un joint d'étanchéité intérieur gonflable 37 est disposé à l'extrémité du tube 30 afin d'obturer d'une manière étanche l'interstice entre le tube 30 et la surface intérieure du manchon 31. Le joint d'étanchéité 37 est supporté par une bague porteuse 38 Cette bague porteuse 38 supporte aussi une charge explosive annulaire gonflable 39 qui se trouve placée à l'intérieur du tube 30. Une bague de serrage 40 munie d'une partie expansible 41 peut être serrée à l'intérieur du manchon 31 et constitue une butée contre laquelle des ressorts de compression 42 prennent appui pour pousser la bague porteuse 38 axialement en direction du tube 30 et maintenir ainsi le joint d'étanchéité 37 contre l'extrémité du tube. La bague porte#use 38 présente des échelons et une lèvre 43 qui retient le joint d'étanchéité 37 et un évidement supplémentaire 44 pour le logement de la charge 39. La charge 39 est retenue par une plaque de recouvrement d'extrémité 45 qui contient une charge radiale d'amorçage qui relie la charge 39 à un détonateur 46. Un tube de gonflage 47 pour la charge 39 traverse une série d'ouvertures 48 de la plaque de recouvrement 45 et sort du manchon 31, et des fils conducteurs 49 pour le détonateur 46 sortent du manchon 31. A l'intérieur du tube 30 est placé un sac gonflable 50 de déplacement d'eau, dont le tube de gonflage n'est pas représenté sur le dessin, mais passe à travers l'extrém#té ouverte du tube 30 et à travers l'assemblage à souder. Un élément d'entretoisement 51 porte contre le sac 50. Un élément segmenté, en forme d'agrafe 52 est placé autour de la surface extérieure du manchon 31 dans la région de la charge 39 de manière à supporter le manchon 31 à l'encontre des forces développées par l'explosion. Un certain nombre de tubes 53 sont prévus sur le manchon 31 pour permettre d'éliminer l'eau de l'espace 14 compris entre l'extrémité du tube 30 et la surface intérieure du manchon 31 après le gonflage des joints d'étanchéité 35 et 37. L'élimination de l'eau, puis le balayage, le nettoyage et le séchage peuvent être effectués de la manière décrite à propos de la figure 1. Le procédé de confection d'une soudure, à l'aide de l'appareillage décrit ci-dessus, consiste à placer le manchon 31 autour du tube 30 qui contient le sac de déplacement d'eau 50, alors non encore gonflé, à placer fermement la bague de serrage 40 à l'intérieur de l'âme du manchon 31 au moyen de la partie extensible 41, à relâcher les ressorts 42 pour qu#'ils poussent élastiquement l'élément porteur annulaire 38 vers la droite et à gonfler les joints d'étanchéité 35 et 37 et le sac de déplacement d'eau 50. L'espace 54 compris entre les joints d'étanchéité 35 et 37 est ensuite balayé, nettoyé et séché.Enfin la cavité intérieure ouverte de la bague de serrage 40 et de la bague porteuse 38 est remplie de matière expansée ou d'un élément gonflé à l'air pour absorber l'onde de choc de l'explosion et la charge explosive 39 est allumée au moyen du détonateur 46 et de la charge ra#diale d'amorçage contenue dans la plaque de recouvrement 45, de manière à dilater le tube 30 et à le souder au manchon 31. Une fois la soudure achevée, l'agrafe segmentée 52 peut être enlevée et peut être utilisée pour d'autres soudures par explosif. Les matériaux utilisés pour la construction de la bague de serrage 40, de la bague porteuse 38 et des autres éléments de construction intérieures peuvent être constitués par des matières plastiques ou analogues qui se fragmenteront sous l'action de l'explosion. Une fois la soudure effectuée, ces éléments consommables peuvent être facilement éliminés de l'âme du tube par des procédés usuels pour 11 élimination de déchets de l'intérieur de tubes. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède,l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. Par- exemple, le manchon peut être formé sur l'une des extrémités d'un autre tube par évasement-de celui-ci#de sorte qu'on peut former une conduite par une série d'opérations de soudage en assemblant un tube avec une extrémité évasée de la partie de la conduite précédemment formée. -REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la formation, à l'aide d'un explosif, d'un joint d'assemblage entre un premier et un second élément tubulairesimmergés dans un liquide, caractérisé en ce que l'extrémité du premier élément est disposée à l'intérieur de l'extrémité du second élément avec une charge explosive placée à l'intérieur de l'extrémité du premier élément, des éléments absorbeurs de chocs sont disposés à l'intérieur des âmes des deux éléments de chaque côté de la charge explosive pour déplacer le liquide d'au moins une partie de la longueur de chacune desdites âmes, des joints d'étanchéité intérieur et extérieur étant disposés de manière à former une enceinte hermétiquement fermée comprenant au moins l'espace situé entre les extrémités des deux éléments, le liquide est ensuite déplacé hors de cette enceinte par un agent gazeux et la charge explosive est allumée pour assurer l'assemblage des extrémités des éléments tubulaires. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité intérieur est disposé à l'intérieur de l'âme du second élément tubulaire, de telle manière que l'enceinte précitée comprend un espace qui est situé à l'intérieur de l'âme du second élément en plus de l'espace précité situé à l'intérieur de l'âme du second élément en plus de l'espace précité situé entre les extrémités des deux éléments. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité intérieur est formé entre l'extrémité du premier élément et la surface intérieure du second élément. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité intérieur est supporté par une bague porteuse fixée à 1-' intérieur du second élément. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bague porteuse coulisse librement à l'intérieur du second élément et est poussée en direction de l'extrémité du premier élément par des ressorts prenant appui contre une bague de serrage maintenue en place à l'intérieur du second élément. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la bague porteuse supporte également la charge explosive. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications pré cémentes, caractérisé en ce que le déplacement du liquide par un agent gazeux est effectué au moyen d'orifices situés dans ltex- trémité du second élément et placés de telle manière que le joint d'assemblage formé par la détonation de la charge explosive se trouve entre lesdits orifices et le corps du second élément. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments absorbeurs de chocs sont constitués par des sacs gonflables qui occupent la section droite de l'âme dans laquelle ils sont disposés. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge explosive est portée par un corps gonflable. 10.- Appareillage pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une bague de serrage expansible destinée à être maintenue en place à l'inté rieur du second élément, une bague porteuse portant un joint d'étanchéité annulaire sur son pourtour, de telle manière qu'il s'applique contre la surface-intérieure de l'âme du second élé ment et contre l'extrémité du premier élément, et portant aussi une charge explosive placée de manière à se trouver à l'inté rieur du premier élément, et des ressorts destinés à pousser axialement la bague porteuse pour l'écarter de la bague porteuse.