Brevet FR2295813A1 — publié le 19760723

la présente invention concerne un dispositif pour le soudage de pièces tubulaires, en milieu immergé et en particulier, pour souder une bride de raccordement sur l'extrémité d'un tube. On sait que les opérations de soudage en milieu aquatique sont particulièrement délicates et longues et exigent de ce fait un personnel de plongée particulièrement bien entrafné, Pour réaliser la liaison en milieu immergé, entre deux pièces tubulaires engagées axialement l'une dans 11 autre, on utilise actuellement, la méthode consistant à injecter une matière plastique dans l'espace annulaire compris entre deux joints d'étanchéité insérés entre les deux pièces tubulaires. Cette méthode nécessite cependant une mise en oeuvre très longue et coûteuse, puisque chaque opération complète demande environ 10 jours et 19 plongeurs spécialisés. On connaît d'autre part une méthode permettant de réaliser une liaison entre une bride et un tube. Cette méthode consiste notamment, à engager l'extrémité du tube dans l'alésage de la bride et à déformer cette extrémité du tube sous l'effet de l'explosion produite par une cartouche explosive placée à l'intérieur du tube. Cette méthode connue ne permet cependant pas d'obtenir une soudure entre le tube et l'alésage de la bride mais uniquement de sertir l'extrémité du tube dans l'alésage précité. Cette méthode prévoit également de ménager dans l'alésage de la bride des gorges annulaires dans lesquelles l'extrémité du tube peut s'accrocher sous l'effet de la déformation qu'elle subit lors de l'explosion. La liaison ainsi obtenue ne permet pas de satisfaire aux conditions d'étanchéité requises en milieu immergé. De plus, cette méthode ne prévoit aucun moyen, permettant de réaliser la jonction entre les deux pièces directement en milieu immergé. te but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des méthodes précitées en fournissant un dispositif permettant d'obtenir le soudage entre deux pièces métalliques immergées, dans des conditions d'efficacité, de rapidité et de prix de revient beaucoup plus avantageuses. te dispositif visé par l'invention, pour le soudage en milieu immergé de pièces tubulaires, notamment de tubes et de brides, comprend un support pour maintenir l'extrémité de l'une des pièces engagée dans un alésage ménagé dans l'autre pièce et pour maintenir une cartouche explosive dans cette extrémité de l'une des pièces. Suivant l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que l'alésage précité est sensiblement tronconique, la grande base de cette surface sensiblement tronconique étant adjacente à l'extrémité de la pièce mâle engagée dans cet alésage et le diamètre de la petite base étant légèrement supérieur au diamètre de cette pièce, en ce que la cartouche explosive renferme des moyens d'amorçage pour amorcer l'explosion sensiblement au niveau de la petite base de l'alésage sensiblement tronconique et en ce que les moyens de support comprennent des moyens pour centrer la pièce relativement à l'alésage de la pièce femelle, des moyens pour assurer l'étanchéité à l'égard du milieu, de l'espace compris entre les deux pièces et des moyens pour assurer la circulation d'un gaz dans cet espace. Après amorçage de L'explosif, l'onde de pression circonférentielle engendrée progresse vers l'extrémité de la pièce mâle engagée dans l'alésage de la pièce femelle, à partir d'une position correspondant sensiblement à la petite base de la surface tronconique de l'alésage. On réalise ainsi une expansion progressive de l'extrémité de la pièce mâle et on obtient une soudure des parties en contact remarquable par un interface ondulé. Par ailleurs, gracie à la circulation du gaz dans l'espace cylindro-tronconique compris entre les deux pièces, on évacue le milieu liquide dans lequel est immergé le dispositif, ce qui est indispensable pour que la soudure puisse se faire. Pour obtenir une zone soudée régulière répartie sur toute la périphérie de la pièce engagée dans l'alésage de l'autre pièce, il est avantageux que l'explosif recouvre totalement au moins la surface interne de la pièce tubulaire mâle. Selon une version préférée du dispositif conforme à l'invention, la charge explosive est constituée par une couronne d'explosif et par un disque d'explosif engagé dans la couronne, l'ensemble étant monté dans la pièce engagée dans l'alésage de l'autre pièce de façon que la face interne du disque corresponde sensiblement avec la petite base de l'alésage. L'espace intérieur de la couronne peut ainsi recevoir les moyens d'amorçage pour amorcer l'explosif au niveau de la face interne du disque explosif. Ces moyens d'amorçage peuvent être constitués par un détonateur placé suivant l'axe des deux pièces. Puur centrer les deux pièces, la pièce femelle porte, de préférence, un manchon coaxial à son ouverture, dans lequel est engagée la pièce mAle, la liaison entre le manchon et la pièce mâle étant assurée par des vis de centrage réglables radialement. Dans le cas où les pièces à soudeisont constituées par une bride et un tube, les moyens pour assurer l'étanchéité à l'égard du milieu de l'espace compris entre le tube et l'alésage de la bride comprennent de préférence, une bague élastique recouvrant l'extrémité libre du manchon et un joint annulaire placé entre une plaque rigide fixée à la bride et solidaire de la cartouche explosive. L'invention vise également le procédé pour la mise en oeuvre du dispositif de soudage en milieu immergé précité. Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'on engage la pièce mâle dans l'alésage sensiblement tronconique de la pièce femelle, on centre ces deux pièces, on introduit dans la pièce mâle la cartouche explosive, on réalise l'étanchéité de l'espace compris entre la pièce mâle et l'alésage de la pièce femelle, on réalise dans l'espace précité une circulation d'un gaz sous une pression au moins supérieure à la pression du liquide environnant pour évacuer le liquide de cet espace et on amorce l'explosif en un point situé sur l'axe de la pièce mâle et dans un plan correspondant sensiblement à la petite base de l'alésage sensiblement tronconique. Ce procédé est de mise en oeuvre simple et rapide et de plus ne nécessite qu'un nombre limité de plongeurs. D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue en coupe suivant l'axe d'un tube et d'une bride, d'un dispositif préféré conforme à l'invention - la figure 2 est une vue également en coupe suivant l'axe du tube et de la bride montrant la soudure obtenue après mise en oeuvre du dispositif de la figure 1. Dans la réalisation de la figure 1, le dispositif conforme à l'invention pour le soudage de l'extrémité du tube 1 dans l'alésage 2 de la bride de raccordement 3 comprend une cartouche explosive cylindrique 4 engagée dans le tube 1 et un support pour maintenir l'extrémité du tube engagée dans l'alésage 2. Ce support comprend un manchon cylindrique 5 fixé à la bride 3 et entourant le tube 1. Les vis 6 vissées dans le manchon 5 et réparties autour de ce dernier viennent en appui contre le tube 1 et permettent par conséquent de centrer le tube 1 relativement à l'alésage 2. Pour maintenir la cartouche explosive 4, le dispositif comprend d'autre part, une plaque twide7 disposée en regard de la face de la bride 3 qui est opposée à celle comportant le manchon 5. Cette plaque 7 est soudée à la cartouche explosive 4 et est fixée à la bride 3 au moyen des boulons et des écrous 8 qui servent normalement au raccordement de la bride 5 avec une autre bride (non représentée). On voit en outre, que l'alésage 2 de la bride 3 est légèrement tronconique, la grande base 9 de cette surface tronconique étant adjacente à l'extrémité libre la du tube 1 et le diamètre de la petite base 10 étant légèrement supérieur au diamètre du tube 1 pour faciliter l'engagement et le centrage du tube dans l'alésage 2. L'espace Il compris entre le tube 1 et l'alésage 2 affecte par conséquent un volume cylindro-tronconique. Pour rendre cet espace il étanche vis-à-vis du milieu dans lequel est immergé le dispositif conforme à l'invention, une bague élastique 12 en caoutchouc ou analogue recouvre l'extrémité libre Sa du manchon 5 et un joint annulaire t3 est placé entre la plaque 7 et la bride 3. Pour évacuer l'eau ou tout autre liquide d'immersion de l'espace il précité, le dispositif comporte en outre, des moyens pour assurer dans cet espace la circulation d'un gaz non miscible au liquide précité, tel que l'air. Dans la réalisation représentée, ces moyens comprennent un conduit 14 d'amenée de gaz provenant d'une bouteille de gaz comprimé ou de toute autre source de gaz sous pression (non représentée), débouchant dans l'espace 11 au voisinage de la jonction entre le manchon 5 et la bride 3. Pour l'évacuation de ce gaz, la plaque rigide 7 comprend une tubulure de sortie 15 placée entre la cartouche explosive 4 et le joint annulaire 13. Pour permettre une évacuation optimale du liquide contenu dans 1' espace il, on peut munir le manchon 5 de plusieurs conduits tels que le conduit 14, répartis tout autour du manchon 5. De meme, il est avantageux que la sortie de gaz s'effectue par plusieurs tubulures telles que la tubulure 15, réparties sur la plaque 7. Ces tubulures peuvent également être remplacées par une ouverture annulaire centrée sur l'axe de la cartouche explosive 4. Pour aue la soudure soit réalisée sur une zone la plus étendue possible, l'explosif contenu dans la cartouche 4 doit recouvrir au moins totalement la surface interne du tube 1 qui est engagée dans l'alésage 2 de la bride 3. De préférence, comme indiqué à la figure 1, l'explosif est composé de deux éléments moulés. L'un de ces éléments est constitué par une couronne d'explosif 16 s'étendant suivant l'axe du tube t et dépassant de part et d'autre la grande base 9 et la petite base 10 de la surface tronconique définissant l'alésage 2. L'autre élément est un disque explosif 17 et est engagé dans l'extrémité de la couronne 16. La position de ces deux éléments par rapport à l'espace 11 est telle que la face interne 17a du disque 17 corresponde apDroximativement à la petite base 10 de la surface tronconique définissant l'alésage 2. Dans la réalisation représentée, l'amorçage de cet explosif est réalisé au moyen d'un détonateur 18 logé à l'intérieur de la couronne 16 et suivant l'axe du tube 1. La position du détonateur 18 est assurée au moyen d'un bouchon 19 en matière plastique ou autre, engagé dans la couronne 16. Ainsi, lorsque le tube 1 est centré par rapport à l'alésage 2 de la bride 3, le détonateur 18 se trouve situé sur l'axe du volume cylindro-tronconique définissant l'espace 11. Par ailleurs, le détonateur 18 touche la face interne 17a du disque 17, de façon que l'allumage de l'explosif commence au niveau de cette face et au centre de celle-ci. On voit d'autre part, que la cartouche explosive 4 est adjacente à un conteneur cylindrique 20 définissant un volume rempli de gaz. Ce volume sert à amortir l'onde de choc produite par l'explosion et dirigée suivant l'axe du tube 1. Il n'est généralement pas utile que la pression du gaz contenu dans ce conteneur 20 soit égale à celle du liquide d'immersion. On peut d'autre part modifier le volume du conteneur 20 pour augmenter ou diminuer 11 effet d'amortissement. Dans la réalisation décrite, le volume du conteneur 20 est au moins égal à deux fois celui de la cartouche explosive 4 et convient pour les opérations usuelles de soudure dont on indiquera quelques exemples plus loin. De préférence également, le demi-angle au sommet a du cône délimitant l'espace 11 cylindro- conique est réglé entre une valeur généralement comprise entre 2 et 80 suivant la nature des métaux à souder et les propriétés de l'explosif utilisé. Par ailleurs, pour obtenir une zone soudée régulière, l'expérience a montré que l'extrémité libre la du tube 1 devait être dépassante par rapport à la bride 3 comme indiqué à la figure 1 et plus généralement par rapport à la position souhaitée pour la fin de la zone soudée. Si la position souhaitée de fin de soudure correspond au bord de la bride 3, il est avantageux de munir l'extrémité dépassante du tube d'une entaille 21 de section en V située dans le prolongement de la bride 3 comme indiqué à la figure 1. Cette entaille 21 suffit à amorcer la rupture de la partie dépassante du tube au cours de l'explosion. A titre indicatif, ce dépassem nt est généralement de l'ordre de 1 à 2 fois l'épaisseur du tube. Il est également possible de couper rapidement la partie dépassante du tube 1 en utilisant un cordeau explosif de découpage fonctionnant en milieu immergé, dont l'allumage peut être commandé en même temps que l'explosif de la cartouche 4. Pour la mise en oeuvre du dispositif conforme à l'invention, on opère, en milieu immergé comme suit Sur le tube 1 dont la surface a été préalablement préparée par polissage mécanique, chimique ou électrolytique, on place la bride 3 munie du manchon 5. On centre la bride 3 en agissant sur les vis de réglage 6 et on met en place la bague d'étanchéité 12. On introduit le conteneur 20 dans le tube 1, on met en place le joint annulaire 13 sur la bride 3, on introduit lacartouche explosive 4 solidaire de la plaque 7 dans le tube 1 et on fixe la plaque 7 à la bride. Par la tubulure 14, on introduit ensuite par exemple de l'air comprimé, sous une pression supérieure à la pression hydrostatique environnante de manière à évacuer le liquide situé dans 1' espace 1 1 par la tubulure de sortie 15 prévue à cet effet. La ligne de mise à feu de l'explosif est alors reliée au détonateur 18. La mise à feu du détonateur 18 provoque l'amorçage du disque explosif 17 en son centre et la détonation se propage dans la couronne d'explosif 16 et fournit une onde circonférentielle plane. L'énergie libérée par la détonation assure la liaison par soudage du tube 1 sur la bride 3. Sur la figure 2, on voit le résultat de la liaison obtenue entre l'extrémité du tube 1 et la bride 3, après suppression des organes de centrage et de circulation de gaz. On constate que l'extrémité du tube 1 a été déformée et est venue s'appliquer contre l'alésage 2 tronconique de la bride 3. La partie dépassante du tube 1 a d'autre part été éliminée sous l'effet de l'explosion. On peut constater qu'une partie au moins de la surface de contact entre L'extrémité du tube 1 est soudée d'une façon régulière sur toute la périphérie de l'alésage 2. Cette zone soudée se caractérise par des ondulations que l'on peut observer au microscope, dues à la déformation du métal sous l'effet de 1' explosion. Les essais ont montré d'autre part que la résistance à la traction de la zone soudée 22 obtenue égale au moins celle du métal en présence qui présente la résistance la plus faible. A la figure 2, la zone soudée 22 s'étendant approximative- ment entre le milieu de l'alésage 2 et l'extrémité lb du tube 1 a été schématisée par des ondulations pour la distinguer de la zone 23 située en arrière de celle-ci où le tube 1 est simplement serti dans l'alésage 2 de la bride 3. On donne ci-après quelques exemples de mise en oeuvre du dispositif conforme à l'invention. Semple 1 : On a soudé au moyen du dispositif décrit en référence à la figure 1, dix brides en acier grade A 105 du type "Slip-on" selon la norme ASA 300, sur des tubes en acier, qualité pétrole de diamètre égal à 20 cm environ. L'alésage des brides était tronconique sur 62 ma et le demi-angle au sommet de l'alésage correspondant était égal à 60. L'explosif utilisé était un explosif composite à base de penthrite, mis en forme par coulée et présentant une vitesse de détonation égale à 4500 m/s. La masse totale d'explosif était égale à 1800 g et l'amorçage a été réalisé au moyen d'un détonateur. De l'air sous pression a été introduit dans espace par la tubulure 14, sous une pression égale à 5 bars et appliquée pendant 50 minutes. La zone soudée qui a été obtenue était continue sur toute la périphérie du tube et sur une largeur moyenne de 25 mm. zXemple 2 Avec le dispositif utilisé dans l'exemple 1, on a soudé une bride en acier sur un tube en acier de diamètre égal à environ 10 cm et d'épaisseur égale à 4 mm. Rxemtle 5 Une soudure large de 15 mm a également été obtenue avec le dispositif conforme à l'invention entre une bride et un tube en acier de 10 cm de diamètre, en utilisant un explosif pulvérulent présentant une vitesse de détonation égale à 3800 m/s. te dispositif conforme à l'invention que l'on vient de décrire présente ainsi les avantages suivants il permet d'obtenir en milieu immergé, une soudure entre des pièces métalliques dans des conditions particulièrement avantageuses au point de vue facilité et rapidité de mise en oeuvre. La mise en place du dispositif en milieu immergé n'exige en effet, qutun minimum d'opérations. La soudure obtenue est régulière et présente une résistance mécanique au moins égale à celle du métal en présence-qui est le moins résistant. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au soudage en milieu immergé de brides et de tubes. il est en effet possible également de souder au moyen du dispositif conforme à l'invention deux pièces tubulaires engagées l'une dans l'autre de telle sorte que l'espace compris entre elles soit sensiblement cylindroconique. On peut également prévoir d'autres moyens de centrage des pièces, d'autres moyens pour réaliser l'étanchéité de l'espace compris entre les deux pièces et d'autres moyens pour évacuer de cet espace le liquide du milieu en présence, notamment suivant la nature des pièces à souder. Il va de soi d'autre part que l'explosif de la cartouche explosive 4 au lieu d'être consitué par une couronne et un disque moulés comme indiqué dans la réalisation représentée, peut également être remplacé par une plaque d'explosif roulée, associée à un disque découpé dans une plaque d'explosif. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le soudage en milieu immergé de pièces tubulaires, notamment de tubes et de brides, comprenant un support pour maintenir l'extrémité de l'une des pièces engagée dans un alésage ménagé dans l'autre pièce et pour maintenir une cartouche explosive dans cette extrémité de l'une des pièces, caractérisé en ce que l'alésage précité est sensiblement tronconique, la grande base de cette surface sensiblement tronconique étant adjacente à l'extrémité de la pièce mâle engagée dans cet alésage et le diamètre de la petite base étant légèrement supérieur au diamètre de cette pièce, en ce que la cartouche explosive renferme des moyens d'amorçage pour amorcer l'explosion sensiblement au niveau de la petite base de l'alésage sensiblement tronconique et en ce que le support comprend des moyens pour centrer la pièce mâle relativement à l'alésage de la pièce femelle, des moyens pour assurer l'étanchéité à l'égard du milieu, de l'espace compris entre les deux pièces et des moyens pour assurer la circulation d'un gaz dans cet espace. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'explosif recouvre totalement au moins la surface interne de la pièce tubulaire mâle. 3. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la charge explosive est constituée par une couronne d'explosif et un disque d'explosif engagé dans la couronne, l'ensemble étant monté dans la pièce mâle, de façon que la face interne du disgue corresponde sensible 1 ' alesage de ment avec la petite base de/la pièce femelle. 4. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le demi-angle au sommet du cône définissant l'alésage varie entre 2 et 80 environ. 5. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la cartouche explosive comprend un détonateur placé suivant l'axe de la pièce mâle. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'explosif placé dans la cartouche est adjacent à des moyens pour amortir l'onde de choc produite par l'explosion. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour amortir l'onde de choc sont constitués par un volume de gaz. 8. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce femelle porte un manchon coaxial à son ouverture, dans lequel est engagée la pièce mâle, la liaison entre le manchon et la pièce mâle étant assurée par des vis de centrage réglables radialement. 9. Dispositif conforme à la revendication 1, applicable à la soudure d'un tube et d'une bride, caractérisé en ce que la cartouche explosive est solidaire de la bride par l'intermédiaire d'une plaque fixée à la face extérieure de la bride. 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que la plaque est fixée à la bride au moyen des organes de fixation dont est normalement pourvue la bride pour le raccordement avec une autre bride. 11. Dispositif conforme à la revendication 1 ou à l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les moyens pour assurer l'étanchéité entre les deux pièces comprennent une bague élastique recouvrant le tube et l'extrémité libre du manchon et un joint annulaire placé entre la plaque et la bride. 12. Dispositif conforme à la revendication 1 et à l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que les moyens pour assurer la circulation d'un gaz comprennent un conduit d'entrée du gaz fixé au manchon et débouchant dans l'espace compris entre le manchon, le tube et l'alésage de la bride et un conduit de sortie fixé à la plaque entre le joint annulaire d'étanchéité et Na cartouche explosive. 13. Dispositif conforme à la revendication 1 et à l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'extrémité du tube est dépassante par rapport à la bride, ce dépassement étant compris entre une fois et deux fois environ l'épaisseur du tube. 14. Dispositif conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que l'extrémité dépassante du tube comporte une entaille disposée dans le prolongement de la bride. 15. Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'on engage la pièce mâle dans l'alésage sensiblement tronconique de la pièce femelle, on centre ces deux pièces, on introduit dans la pièce mâle la cartouche explosive, on réalise l'étanchéité de l'espace compris entre la pièce mâle et l'alésage de la pièce femelle, on réalise dans l'espace précité une circulation d'un gaz sous une pression au moins supérieure à la pression du liquide environnant pour évacuer le liquide de cet espace et on amorce l'explosif en un point situé sur l'axe de la pièce mâle et dans un plan correspondant sensiblement à la petite base de l'alésage sensiblement tronconique.