Brevet FR2346098A1 — publié le 19771028

L'invention a pour objet, un procédé basé sur un principe d'explosion, pour une fixat-ion expansive de tubes dans des fonds de tamis, notamment d'échangeurs thermiques ou réchauffeurs; elle a également pour objet une charge explosive pour l'application de ce procédé. On connait un mode de fixation expansive de tubes dans des fonds de tamis d'appareils, par l'utilisation de charges explosives. On effectue cette fixation en une opération par introduction de charges explosives dans les bouts de tubes, placés dans un fond de tamis et par détonation de ces charges. En principe, on utilise des charges cylindriques de diamètre constant, composées d'un matériau explosif garnissant une douille réalisée en masse inerte d'épaisseur uniforme. Sous l'influence d'une détonation, le diamètre de la douille augmente en évasant le tube, dans lequel elle est engagée. Cette méthode susmentionnée ne garantit pas cependant l'étanchéité des assemblages ainsi obtenus. Par suite d'un assemblage défectueux de tubes dans un fond de tamis, il se produit souvent des fuites, en conséquence, il est nécessaire d'effectuer un étanchement supplémentaire des tubes. Un autre défaut de ce processus est le fait qu'il se prête uniquement à la fixation des tubes de petits diamètres ne dépassant pas 16 mm. Une analyse des causes du manque d'étanchéité occasionnant des fuites a montré qu'elles résultaient des jeux initiaux et des écarts entre le fond de tamis et les tubes. Il a été constaté qu'on peut éviter les inconvénients susmentionnés b condition d'effectuer cette fixation expansive en deux étapes et notamment, la première étape nommée ci-après "calibrage" par une voie procurant une fixation préliminaire des tubes dans le fond, la deuxième étape par une voie assurant leur fixation convenable. Dans un procédé selon l'invention, dans une première opération, c'est-b-dire le calibrage, on réduit les jeux existants entre le fond et les tubes. On effectue cette opération par un processus d'explosion ou par un mandrinage préliminaire des tubes à l'aide de machines de mandrinage, par exemple à commande électrique ou pneumatique, ou bien manuelle. Dans la deuxième étape, on effectue une fixation expansive efficiente par un processus d'explosion. Dans le cas d'application de processus d'explosion aux deux étapes du procédé, il faut éviter un choix de la charge et/ou du matériau explosif qui ne garantirait pendant le calibrage, que l'a justement du pourtour extérieur des tubes au pourtour des ouvertures dans un fond de tamis. On effectue sur des tubes une étape suivante d'opérations assurant des conditions plus sévères, c'est-b-dire : l'emploi d'une charge explosive b action plus forte que celle de la charge utilisée pour l'opération de calibrage Dans les deux étapes d'opérations, il est profitable, au point de vue pratique, d'utiliser les mêmes charges, mais respectivement remplies de matériau explosif de propriétés différentes. On a constaté alors que se prête bien b l'opération de calibrage, un matériau explosif présentant une vitesse de détonation D = 2700 b 3700 m/s et une densité 3 = 0,50 b 0,70 g/cm3 et pour l'opération de fixation éfficiente des tubes, un matériau explosif présentant une vitesse de détonation D = 3100 b 4100 m/s et une densité : = 0,75 b 0,90 g/cm3 Les paramètres d'un matériau explosif convenable à l'opération de calibrage conduisent par exemple b une "cyclonite de flegmatisation" avec addition de 2 b 6% en poids, d'aérosil et pour l'opération de fixation effective on est conduit, par exemple, à une"cyclonite de flegmatisation" avec addition de 3 à 8% de "microballons". Dans le cas de calibrage de tubes par mandrinoge préliminaire de ces derniers de façon traditionnelle, b l'aide de machines de mandrinage, par exemple, la deuxième étape du procédé, c'est b dire, la fixation effective des tubes est effectuée a l'gilde de matériaux explosifs dont les paramètres sont analogues à ceux susmentionnés, soit vitesse de détonation D = 3100 b 4100 m/s et densité g = 0,75 à 0,90 g/cm3. Dans un procédé selon l'invention, on choisit en partant d'essais, la valeur de la charge en fonction du diamètre du tube, de l'épaisseur de sa paroi, de l'épaisseur d'une plaque de fond de tamis, ainsi qu'en fonction du type du matériau constituant ces éléments. On fait un tir b partir d'un"front" et de préférence de manière qu'il ne se présente#pour tous les tubes qu'un calibrage en même temps ou qu'une expansion. On place des charges explosives dans des tubes, le mieux tous les deux rangs, puis on procède au tir. Puis on place et on procède au tir des charges dans les rangs voisins qui ne faisaient pas l'objet du tir précédent. Un procédé selon l'invention procure une série d'avantages par rapport au procédé appliqué jusqu'a présent. Un procédé b deux étapes élimine ou limite considérablement les jeux entre les tubes et les fonds de tamis et, ne cause pas de déviations des éléments unis. En outre, ce procédé permet de fixer des tubes de diamètres relativement grands puisqu'ils peuvent atteindre la valeur de 30mm et ceci même dans les cas où les jeux entre les tubes et les trous dans un fond de tamis sont plus grands que ceux admis dans les conditions techniques jusqu'a présent connues. Les charges explosives employées ordinairement b la fixation expansive de tubes dans des fonds de tamis de réchauffeurs se composent d'une douille inerte avantageusement constituée de matière plastique, à l'intérieur de laquelle un matériau explosif est logé, la douille est réalisée en forme de cylindre dont l'épaisseur de paroi est uniforme, de manière que, aussi bien la douille que le matériau explosif présentent les mêmes dimensions radiales pour la section destinée b être engagée dans un tube. Les dimensions de la douille sont choisies conformément b la dimension nominale des tubes destinés à une fixation expansive. Le tir des charges s'effectue à l'aide d'un cordeau ou d'un détonateur qui sont fixés dans un siège, celui-ci étant prévu, le plus souvent, dans la partie s'étendant au delà de la face du fond de tamis. Les charges mentionnées plus haut se prêtent a une fixation expansive qui concerne exclusivement de petits diamètres, le plus souvent jusqu'à 20mm. L'emploi de ces charges à la fixation de tubes ayant des diamètres plus grands n'est pas efficace vu qu'en raison de l'agrandissement du diamètre de la douille il serait aussi nécessaire d'augmenter la quantité de matériau explosif dans la charge. Une plus grande quantité du matériau explosif causerait, par détonation, une déformation permanente des plaques de fonds de tamis, ainsi qu'un élargissement de la partie des tubes située au delà de leur région de fixation. Indépendamment de ce qui précède et de ce qui est dit plus haut, on sait que si la dimension de la section se trouvant dans la région de fixation est considérablement plus petiteque le diamètre d'une ouverture d'un fond de tamis, alors, la dispersion des produits de détonation s'effectue principalement dans la direction axiale et seulement pour un degré très petit, dans la direction radiale désirée. Les causes susmentionnées rendent donc impossible l'utilisation pratique des charges connues jusqu'à présent, pour la fixation de tubes de grands diamètres. On a constaté que, par une réalisation convenable de la charge, on peut fixer dans des fonds de tamis, des tubes de diamètres plusieurs fois plus grands que ceux utilisés jusqu'à présent. Une charge explosive à appliquer dans un procédé selon l'invention se compose d'un protecteur fermé d'un coté, cylindrique, en forme d'une douille à l'intérieur de laquelle, on a placé un matériau explosif, étant donné que la douille et/ou le matériau explosif présentent des dimensions radiales qui sont fonction de leurs longueurs. Les variations de dimensions radiales d'une charge suivant ses dimensions axiales résultent du fait que la douille présente sur son pourtour extérieur et/ou intérieur un évidement annulaire ou un évidement dont la coupe est une forme quelconque ; le mieux, exécuté de manière perpendiculaire par rapport à l'axe longitudinal de la charge. Ces évidements peuvent présenter, en coupe, des formes telles que : triangle trapèze, carré, rectangle, secteur circulaire. Dans le cas ou des évidements circulaires se trouvent exclusivement sur le pourtour extérieur de la douille, il reste b l'intérieur de la douille, un canal de diamètre uniforme sur toute la longueur de la coupe. Le matériau explosif introduit dans cecanal se présente donc sous la forme d'un cylindre de diamètre uniforme sur toute sa longueur. Si les évidements annulaires se trouvent exclusivement sur le coté intérieur du protecteur, on obtient b l'intérieur de la douille, un canal dont le diamètre variable est fonction de la forme et des dimensions des évidements. Le matériau explosif introduit dans ce canal se présente donc sous la forme d'un cylindre de "diamètre variable". La douille comprise dans la charge, peut également être cannelée sur sa face extérieure et sur sa face intérieure. Dans ce cas, la douille ainsi que le matériau explosif présentent un "diamètre variable" en fonction de leur longueur. On peut appliquer les charges susmentionnées à la fixation de tubes de diamètres de 8 à 60 mm, mais aussi à des tubes de diamètres considérablement plus grands que ceux correspondant aux charges traditionnelles. L'encombrement de la charge y compris la profondeur des cannelures aménagées dans la douille sont choisis selon la vitesse désirée pour la collision de la face extérieure d'un tube avec la face d'une ouverture d'un fond de tamis. Cette vitesse dépend entre autres de paramètres tels que: "diamètre" du matériau explosif dans la charge, diamètre de la douille, diamètre du tube, ainsi que de la densité des matériaux qui constituent ces éléments. Cette relation est illustrée par la formule connue qui suit dans laquelle : V = vitesse de collision en m/s, de la face extérieure du tube avec la face d'un trou d'un fond de tamis; D = vitesse de détonation en m/s d "diamètre"du matériau explosif d2 = diamètre de la douille extérieure d3= diamètre d'un tube extérieur à fixer 3 matériau explosif #:: densité du matériau explosif en g/cm densité du tube en g/cm3 t t=densité de la douille en g/cm3 Etant donné par exemple que la vitesse de collision de la face extérieure du tube avec la face d'un trou d'un fond de tamis serait 200 m/s sur les tronçons cannelés de la charge et, 100 m/s sur les tronçons non cannelés (c'est-b-dire, sur les tronçons de diamètre maxi de la charge) alors, à l'aide de la formule susmentionnée, on peut calculer les données de réalisation de la charge. En principe, on assortit une quantité d'évidements cannelés, de manière quelconque, tenant compte cependant de la longueur du tronçon, sur lequel on réalise la fixation d'un tube. La charge décrite plus haut et conforme à l'invention se prête à la fixation dans des fonds de tamis, de tubes de diamètres jusqu'à environ 60mm au mieux. En cas de nécessité de fixation de tubes de diamètres plus grands, même audessus de 100 mm, on applique selon l'invention une charge modifiée par rapport à celle décrite plus haut. Une telle charge se compose d'une douille, b l'intérieur des parois de laquelle, un canal annulaire est aménagé de manière coaxiale, pour recevoir le matériau explosif, étant donné que la longueur de ce canal correspond en principe b la longueur de la douille. Ce canal pour le matériau explosif est en liaison avec le siège pour un détonateur ou un cordeau. L'espace entouré par la paroi intérieure de la douille reste alors libre. La douille sur le pourtour extérieur et/ou le canal destiné au matériau explosif, réalisé dans les parois de la douille peuvent présenter, en coupe, des dimensions radiales uniformes en fonction des dimensions axiales.La"variation" de dimension en coupe est analogue à celle qui est décrite ct-dessus, et résulte de la réalisation d'évidements annulaires de forme quelconque sur le pourtour extérieur d'une douille et/ou dans le canal pour le matériau explosif. Dans cette variante de la charge selon l'invention, le canal pour le matériau explosif est relié au piège pour le détonateur ou cordeau et ce siège peut être disposé au delà de l'espace ou dans l'espace du fond de tamis. Le siège peut résulter d'un mode de construction connue quelconque, mais il doit garantir cependant un contact convenable du matériau explosif compris dans la douille avec le matériau explosif situé dans le siège en vue de garantir une détonation. On a constaté qu'une forme de construction particulièrement avantageuse d'une charge selon l'invention, conduit à une variante dans laquelle le siège est disposé au delà du fond de tamis et est réalisé sous la forme d'un dôme en matériau inerte terminé par une tête en forme de petit tube ouvert. Dans la paroi du dame on a réalisé un canal coaxial qui communique d'un côté avec le canal réalisé dans la douille et, du côté opposé, avec un petit tube constituant la tête du siège. Ces deux canaux et le petit tube ont été garnis de matériau explosif et dans le matériau du petit tube on a situé le détonateur ou cordeau. En cas d'application ou le siège est disposé dans l'espace du fond de tamis, ce siège peut être réalisé par exemple, sous la forme de deux galets en matière plastique, entre lesquels on a prévu une couche de matériau explosif. L'un des galets est équipé d'une ouverture pour le détonateur. On fait entrer force ces galets dans l'espace de fixation. Une charge selon l'invention est représentée schématiquement à titre d'exemple sur les dessins en annexe. Sur ces dessins - La figure 1 représente, en coupe longitudinale, une charge comprenant une douille d'inertie présentant des cannelures sur sa face externe. - La figure 2 représente, en coupe longitudinale, une charge garnie d'un matériau explosif, dont le "diamètre" est fonction des dimensions axiales. - La figure 3 représente en coupe longitudinale, une charge comprenant une douille d'inertie cannelée sur ses faces externe et interre - La figure 4 est une coupe axiale qui permet de commenter des résultats obtenus a l'aide d'une charge conforme à l'invention. - La figure 5 représente, en coupe axiale, une variante conforme à l'invention et dans laquelle la douille et le matériau explosif présentent une épaisseur constante. - La figure 6 représente en coupe axiale, une autre variante dans laquelle la douille présente des variations d'épaisseur et le matériau explosif présente une épaisseur constante. En outre, on indiquera que les figurent représentent le tronçon d'une charge située dans un tube à fixer; le siège du détonateur ou le cordeau n'étant pas représenté. Une charge explosive se compose d'une douille 1 fermée à une extrémité, réalisée à partir de matière plastique (par exemple de polyéthylène, de chlorure polyvinyle ou d'un produit communément nommé "vinidur") et à l'intérieur de laquelle on a placé un matériau explosif 2. Cette charge se trouve engagée dans l'un des bouts d'un tube 3, qui est disposé d'un coté d'un fond de tamis 4, présentant un trou dans lequel ce bout du tube 3 est logé en vue de sa fixation. Un bout de la douille 1 fait saillie par rapport au fond de tamis et comporte un siège terminal pour un détonateur ou un cordeau, non représenté. Dans une charge conforme à l'invention cette douille et/ou le matériau explosif présentent des dimensions radiales qui sont fonction des dimensions longitudinales correspondantes ce qui forme des tronçons différents les uns des autres par leurs dimensions; par exemple des cannelures. De ce fait, la détonation du matériau explosif occasionne sur les diverses parties du tube soumis à la fixation au fond de tamis, des efforts différents. Ces efforts sont relativement grands pour les tronçons de la charge, dont la distance du matériau explosif au tube est relativement petite, par contre, ces efforts sont moindres pour !es tronçons dont le matériau explosif est plus éloigné de ce tube. Si le matériau explosif est présenté sous la forme d'un cylindre à base circulaire et Si la douille est cannelée sur son pourtour extérieur, alors pour les tronçons de la charge, dont la couche de matériau inerte est plus mince, il y aura des efforts plus grands que pour les tronçons dont la couche de matériau inerte est plus grande. Comme conséquence des efforts différents du tube sur le pourtour extérieur ainsi qu'en partie sur les ouvertures du fond de tamis il résulte un formage d'emboutissage d'enfoncements de circuit permettant un "coincement" du tube dans le fond, donc sa fixation plus étanche. Indépendamment de ce qui précède, la répartition, "variable11 d'une charge placée dans un tube d fixer, assure par application du procédé de fixation, une liaison de la périphérie du tube avec le fond. Cet effet supplémentaire est très avantageux car, il assure une étanchéité complète des éléments à fixer entre eux. Une charge selon l'invention assure non seulement une fixation étanche du tube avec un fond de tamis, mais aussi elle rend possible une tolérance plus grande que celle connue jusqu'a présent, quant au degré d'exactitude de réalisation des ouvertures dans ce fond. Ceci permet des jeux plus grands entre les tubes et ouvertures dans le fond que ceux prévus par les normes connues jusqu'a présent. Une variante de la charge explosive selon l'invention (figure 5) se compose d'une douille 1 fermée d'un côté, réalisée à partir de matière plastique, comme mentionné plus haut et dans la paroi de laquelle il a été aménagé un canal 2 pour un matériau explosif. Cette charge se trouve placée dans un bout d'un tube 3 qui est engagé dans un trou prévu dans un fond de tamis 4. Cette douille 1 comporte un siège terminal 5 qui fait saillie par rapport au fond de tamis. Le siège est réalisé sous la forme d'un dôme en matériau inerte, terminé par une tête en forme de petit tube ouvert. Dans la paroi du dôme on a exécuté un canal coaxial 9 pour le matériau explosif,?adaptant au canal de la douille et ce canal communique avec la tête du siège 5. Dans cette tête du siège on place un cordeau ou détonateur. Cette variante de la charge selon l'invention se prête aussi bien à la fixation dans des fonds de tamis, de tubes présentant de petits que de grands diamètres. Les diamètres de tubes à fixer peuvent dépasser même 100 mm. Cette charge assure non seulement une fixation étanche du tube dans un fond de tamis, mais en ce qui concerne le degré d'exactitude de réalisation de trous dans un fond, elle permet une tolérance plus grande que celle permise jusqutà présent. Les exemples cités ci-après, permettent d'apprécier les résultats que peut procurer l'invention. Exemple 1 Des tubes en acier au carbone, de diamètre extérieur de 20 mm et de 1,5 mm d'épaisseur ont été fixées, de manière expansive, dans quatre fonds de tamis en acier au carbone, dont chacun d'une épaisseur de 100 mm, présentait 6300 ouvertures. Les écarts entre ces ouvertures étaient de 26 mm. On a fixé ces tubes sur un tronçon de 40 mm engagé au fond d'une ouverture. Pour une fixation préliminaire des tubes, dont le but était une réduction des jeux entre les ouvertures et les tubes, on a appliqué des charges remplies "d'hexogène de flegmatisation" avec addition de 3% 'ä 'aérosil" à une densité de 0,6 g/cm et une vitesse de détonation de 3300 m/s. Pour la"fixation expansive "convenable des tubes, on a appliqué les charges remplies d'hexogène de flegmatisation avec addition de 3% de microballons à une densité de 0,8 g/cm3 et une vitesse de détonation s'élevant à 3800 m/s. On disposait les charges, en deux opérations, tous les deux rangs et on effectuait le tir à partir du rang de front. Après le tir des rangs chargés on introduisait les charges dans les rangs voisins puis on "tirait" ces derniers. Pour un nombre total de 25200 ouvertures il s'est présenté une "rosée de fuite" dans 5 ouvertures. On a procédé à l'étanchement supplémentaire des tubes dans ces ouvertures également par la méthode d'explosion et l'emploi de charges utilisées pour la fixation convenable des tubes. Exemple Il Au moyen de la charge explosive représentée à la figure 4 on a fixé des tubes d'acier 3 dans un fond de tamis en acier 4 (d'une chambre de chauffe d'un réchauffeur) de 20mm d'épaisseur. On a effectué cette fixation à une profondeur de 17 mm. La charge appliquée te composait d'une douille @ réalisée à partir de polyéthylXne haute pression remplie d'un matériau explosif 2 conforme aux paramètres suivants vitesse de détonation D ~ 3800 m/s, 9 densité du matériau explosif # 0,8 g/cm Les dimensions de la charge ont été conformes aux valeurs suivantes diamètre du cylindre de matériau explosif dl = 6 mm "diamètre mini" de la douille (correspondant à l'évidement) d2 = 18 mm "diamètre maxi" de la douille d3 = 29,4 mm diamètre du trou d'un fond de tamis D1 = 34 mm diamètre extérieur du tube D2 = 33 mm diamètre intérieur du tube D3 = 29,8 mm A l'aide des charges conforme à la réalisation décrite ci-dessus, on a exécuté une fixation à deux côtés de 600 tubes dans des fonds de tamis. Après détonation des charges, dix ouvertures seulement ont révélé "une rosée" de fuite, c'est-à-dire que l'étanchéité de ces 10 ouvertures seulement n'a pas été suffisante. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fixation expansive de tube, par explosion, dans un fond de tamis, notamment d'échangeur thermique ou réchauffeurs, caractérisé par le fait que l'on effectue la fixation en deux étapes : dans la première étape assurant une fixation préliminaire des tubes, on élimine les jeux entre les ouvertures dans le fond de tamis et les tubes par expansion des tubes en appliquantunprocessus d'explosion ou autre méthode connue par exemple l'emploi de machines de mandrinage et dans la deuxième étape on effectue une fixation expansive effective des tubes en appliquant un processus d'explosion. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par ce fait que la fixation préliminaire des tubes est effectuée par explosion à l'aide d'une charge explosive dont l'action est plus faible que celle de la charge utilisée pour la fixation effective des tubes. 3 - Charge explosive pour la fixation de tubes par explosion dans des fonds de tamis, notamment d'échangeurs thermiques ou rechauffeurs, se composant d'une douille inerte fermée à un bout, garnie d'un matériau explosif, l'autre bout faisant saillie par rapport au fond de tamis et présentant un siège pour un détonateur ou cordeau, caractérisée par le fait que la douille présente, sur son pourtour extérieur et/ou intérieur des évidements annulaires ou de forme quelconque et réalisés de préférence, perpendiculairement à l'axe longitudinal de la charge. 4 - Charge explosive selon la revendication 3, caractérisée par ce fait que les parois de la douille comportent un canal annulair;,coaxial pour le matériau explosif. 5 - Charge explosive selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le siège pour le détonateur ou cordeau se présente sous b forme d'un dôme comportant une tête terminale en forme de petit tube relié, d'un coté, au canal pour le matériau explosif et du côté opposé au détonateur ou cordeau.