Brevet FR2375591A1 — publié le 19780721

L'invention concerne un procédé pour essai de réception de tubes en métal, notamment en acier, en particulier de petits calibres et de grandes longueurs, selon lequel le tube est soumis à un contrôle de resistance à la pression et d'étanchéité, au moyen d'un milieu d'essai maintenu sous pression Pour effectuer l'essai- de- réception de tels tubes métalliques, notamment en- acier, il est connu de remplir ceux-ci d'huile sous pression de la meme façon que pour l'essai de résistance à la pression des récipients. Pour des applications déterminées, par exemple pour l'usinage des tubes destinés à être utilisés comme eléments de refroidissement pour des armoires frigorifiques, des congélateurs ou analogues, l'essai de résistance à la pression n'est toutefois pas suffisant à lui seul, du- fait que l'épreuve de pression des tubes au moyen d'-huile, même en temps qu'épreuve courante sous pression élevée, de 300 bars par exemple, ne fournit aucun ren seignement- sur l'étanchéite des tubes, en particulier vis-à-vis d'une pression interne de gaz.Un indice--de fuite trop élevé, provenant de défauts éventuels d'étanchéité, joue un rôle nettement défavorable, précisément et en particulier dans l'industrie du froid, par exemple en raison des pertes trop élevées en agent de refroidissement à l'état de vapeur. On a essayé, pour plus de simplicite, de combiner l'essai de résistance à la pression avec l'e-ssai d'étanchéité son on a toutefois constaté que l'épreuve de mise sous pression des tubes au moyen d'huile saus pression, ne permettait pas, même avec des durées de charge suffisamment longues, un contrôle satisfaisant d'étanchéité. Ceci est à attribuer au fait que des défauts d'étanchéité, en particulier vis-à-vis d'une pression gazeuse intérieure, pouvaient provenir de pores dans la paroi du tube, lesquels sont perméables aux mol-écules de gaz, mais imperméables aux molécules d'huile relativement grosses. Pour effectuer un contrôle spécial d'étanchéité, on a habituellement recours, comme dans la c~onstruction des récipients, au test dit "des bulles", dans lequel les tubes sont mis sous pression au moyen d'un milieu gazeux, et plongés dans un liquide, géneralement de l'eau. Toutefois, cette méthode s'est elle aussi révélée, dans la pratique du contrôle d'étanchéité des tubes, comme étant trop coûteuse et trop incertaine dans ces résultats. D'une part, le résultat de ce test des bulles peut être facilement faussé par le fait que l'air environnant, qui adhère à la paroi extérieure du tube, entraine la formation de bulles d'air, qui ne proviennent pas d'un manque d'étanchéité des parois du tube, et, d'autre part, des bulles d'air, dues seulement à de petites porosités, adhèrent habituellement plus ou moins longtemps à la surface extérieure du tube, avant de s'élever finalement, lorsqu'elles atteignent une grosseur suffisante, et manifester l'existence d'une fuite. Dans le cas où de très faibles indices de fuites sont exigés pour passer le test de la réception, il est donc indispensable de prolonger le test des bulles sur une durée su ffl samment longue, ce qui ne peut pas être effectué facilement pour des raisons économiques. A ceci s'ajoute le fait que des tubes, précisément destinés à l'industrie du froid, sont non seulement de calibres relativement petits, mais doivent être livrés en longueurs de finition relativement grandes, ce qui complique encore la mise en oeuvre des -deux essais de réception. Des tubes utilisés dans l'industrie précitée présentent, pour des longueurs ininterrompues de fabrication d'environ 1000 m et plus, des diamètres extérieurs d'-envi- ron 4 à 18 mm, de préférence de 5 à 10 mm, pour des épaisseurs de parois de 0,5 à 1,5 mm, de préférence de 0,5 à 0,9 mm. Il est clair que des tubes de si faibles sections intérieures et d'aussi grandes longueurs ne peuvent être, ne serait-ce que pour ces raisons, que très difficilement soumis aux essais habituels de résistance à la pression, par l'intermédiaire d'huile sous pression, étant donné que les durées de remplissage et de vidange sont trop longues et économiquement inacceptables. En outre, une grande partie de l'huile utilisée pour l'essai, demeure dans le tube et ne peut etre enlevée qu'au prix de moyens inacceptables, lorsque, comme c'est le cas par exemple. dans l'industrie du froid, les tubes doivent être livrés exempts d'huile à l'intérieur. Par ailleurs, le test des bulles n'est que peu exploitable économiquement pour des tubes de telles dimensions. Même si les tubes sont enroulés en anneaux, le contrôle d'étanchéité suivant ce principe est encore plus incertain que pour des tubes rectilignes ou des récipients. Même pour des fuites relativement importantes, un anneau d'enroulement présentant par exemple 300 spires pour une longueur d'environ 1000 m, ne peut plus être testé rigoureusement suivant cette méthode, du fait que les bul les d'air, de dimensions les plus faibles, perceptibles optiquement, demeurent accrochées aux couches de tubes se trouvant au-dessus de I'emplacement de la fuite et y adhèrent longtemps, sans être visibles à la surface du bain d'immersion. L'invention a pour but de supprimer les- inconvénients décrits des méthodes d'essai connues et d'améliorer l'essai de réception de résistance à la pression et d'étanchéité de tubes, en particulier de petits calibres et de grandes longueurs, de façon à offrir à l'utilisateur, dans des conditions économiques acceptables, des tubes satisfaisant aux exigences de propreté maximale de surface intérieure, telles que celles requises pour une résistance à la pression suffisante et un faible indice de fuite pour les gaz, approprié aux emplois correspondants des tubes. Ce but est atteint, dans le procédé selon l'invention, qui est caractérisé en ce qu'on enroule le tube de manière à former un anneau, en ce qu'on charge l'intérieur de cet anneau, en des opérations séparées, tout d'abord en vue de contrôler sa ré résistance. pendant une durée de mise en charge prédéterminée, par un gaz sec sous pression, préalablement amené à la pression élevée requise pour l'essai, et en ce qu'après évacuation du gaz sous pression, on remplit, en vue de l'essai d'étanchéité, cet anneau d'un gaz d'essai renfermant deMl'hélium sous uns plus faible pression, en ce qu'on dispose dans un récipient I'anneau, fermé aux deux extrémités, rempli du gaz d'essai, en ce qu'on établit un vide extérieurement à cet anneau, dans ledit récipient,et en ce qu'après une durée d'action déterminée, on déter-. mine son indice de fuite respectif légèrement trop élevé, au moyen d'un appareil indicateur d'hélium connu en soi, branché sur le récipient, et fonctionnant avec un spectromètre de masse. L'essai de résistance s'effectue avantageusement avec un gaz qui, suivant la résistance à la pression requise, est préalablement amené à une pression de 350 bars par exemple, et qui présente un degré hygrométrique pour lequel le point de rosée est en dessous d'environ -400C.Bien que l'azote par exemple convienne dans ce but, il suffit en général d'utiliser de l'air comprimé sous une pression élevée appropriée et suffisamment sec. Le contrôle ultérieur des fuites est effectué, conformément à l'invention, sous la forme d'un essai global de l'anneau d'en- roulement, au moyen d'un gaz d'essai renfermant de l'hélium, sous une pression d'environ 10 à 30 bars.A cet effet, de préférence un mélange gazeux renfermant environ 10% d'hélium et 90% d'azote, s'est révélé approprié, mélange tel qu'utilisé également comme gaz d'essai conjointement avec des appareils de recherche de fuite du type à hélium, fonctionnant avec un spectromètre de masse, pour d'autres buts de la technique, par exemple, dans la construction de réacteurs nucléaires, la construction d'appareils de haute qualité, ainsi qu'en fabrication de série industrielle. Suivant un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, l'essai de résistance à la pression et d'étanchéité de l'anneau d'enroulement se fait en deux opérations distinctes successives, entre lesquelles est prévue une opération préparatoire à l'essai d'étanchéité en liaison avec un-e fermeture étanche aux deux extrémités de l'anneau d'enroulement dont le remplissage s'effectue avec le gaz d'essai renfermant de l'hélium. L'essai de résistance à la pression de l'anneau d'enroulement de tube, avec le gaz sec sous pression, par exemple, l'air comprimé s'effectue au moyen de têtes deraccordement, montées de façon étanche, provisoirement pendant la mise en charge, aux deux extrémités de l'anneau d'enroulement, l'obtention de la pression d'essai prédéterminée étant indiquée automatiquement par un commutateur manométrique prévu dans au moins l'une des deux têtes de raccordement, et le gaz sous pression étant de nouveau évacué, également automatiquement, après la période déterminée de mise en charge.A ce dispositif est associé un indicateur automatique acoustique ou visuel, signalant à l'opérateur une fois établie la période de mise en charge, que le tube est "satisfaisant", dans le sens du contrôle décrit de résistance, et qu'on peut procéder à la phase préparatoire à l'essai ultérieur d'étanchéité. Après avoir quitté la station de contrôle de la résistance à la pression, l'anneau d'enroulement du tube, lors de la phase préparatoire à l'essai d'étanchéité est, conformément à une autre caractéristique importante de l'invention, rempli par le gaz d'essai maintenu sous pression, à partir de l'une des extrémités du tube, au moyen d'une tête de remplissage montée de manière étanche sur cette extrémité, jusqu'à ce que dans la zone d'un tuyau d'échappement branché à l'autre extrémité du tube, la présence d'hélium soit indiquée au moyen d'une sonde de contrôle d'hélium associée à ce tube, et afin d'être assuré qu'il ne reste plus de gaz d'essai.Oès que la sonde à hélium indique la présence d'hélium, cette extrémité du tube dans la-zone précédant le tube d'échappement est fermée par soudage étanche au moyen d'une machine à souder les fermetures de tubes, puise une fois établie la pression déterminée du gaz d'essai à l'intérieur de l'anneau d'enroulement, l'extrémité de remplissage dans la zone se trouvant à l'extérieur de la tête de remplissage est, elle aussi, fermée par soudage étanche au moyen d'une machine à souder les fermetures de tubes.La tête de remplissage servant au remplissage, par le gaz d'essai, dey'anneau d'enroulement, peut être poussée à l'intérieur de l'extrémité du tube ou à l'extérieur de celle-ci, et doit présenter à l'extrémité du tube, un raccordement d'une étanchéité telle que l'hélium provenant du gaz d-'essai ne s'échappe pas à l'extérieur en trop grandes quantitéss Le soudage étanche de cette extrémité du tube doit être, dans la seconde phase, d'une étanchéité telle, ou à un si faible intervalle de l'extrémité du tube du côté de la tête de remplissage, que cette tête puisse être facilement retirée après soudage étanche du tube, et mise en place pour le remplissage de l'anneau suivant.Le tuyau d'échappement à l'extrémité opposée du tube sert à empêcher un enrichissement d-u milieu. environnant en hélium, ce qui pourrait nuire au résultat de l'essai. On pourra ainsi, également brancher, si nécessaire, à l'extrémité du tube, un tube d'échappement dont l'extrémité libre débouche, le cas éch~éantp à l'air libre, à l'extérieur du local. Le tuyau d'échappement doit être, lui aussi, raccordé de façon étanche à l'extrémité du tube , donc il est indifférent, pour l'assemblage avec cette extrémité du tube, qu'il soit poussé à l'intérieur ou à l'extérieur de celle-ci. La sonde à hélium débouchant dans le tuyau est du type connu sous la forme de détecteur ou renifleur à hélium, utilisé à des fins analogues, et est agencée de façon à indiquer avec certitude la présence de molécules d'hélium, même en très petites quantités, au moyen d'un spectromètre de masse. Afin de simplifier et d'automatiser le procédé, il est avantageux que les soudages étanches des extrémités respectives de l'anneau d'enroulement, s'effectuent ou soient commandés automatiquement, en fonction, d'une part, de l'indication d'hélium fournie par la sonde sur le tuyau d'échappement, t d'autre part, d'un interrupteur à pression associé à la tête de remplissage et indiquant l'obtention de la pression de gaz d'essai prescrite à l'intérieur de l'anneau d'enroulement. Afin de s'assurer qu'il ne subsiste pas d'hélium résiduaire dans l'environnement, avant la mise en place de l'anneau d'enroulement dans le. récipient, il est avantageux, conformément à une autre caractéristique de l'invention > - d'envoyer un courant d'azote ou d'air, après enlèvement de la tête de remplissage et du tuyau d'échappement, à travers les extrémités du tube de l'anneau, ouvertes des deux côtés, en forme de manchons, lesquelles peuvent être éloignées de plusieurs centimètres entre l'emplacement du soudage étanche et l'extrémité libre respective, suivant la longueur de la zone d'assemblage avec la tête de remplissage ou le tuyau d'échappement. L'anneau d'enroulement, ainsi fermé de façon étanche à ses deux extrémités, et rempli de gaz d'essai sous la pression déterminée, étant mis en place dans le récipient, ce dernier est fermé et amené à la dépression voulue au moyen d'une pompe à vide, puis, après maintien pendant une durée suffisante pour l'essai, le courant aspiré du récipient, produit par la même pompe à vide ou par une autre pompe, est amené, en vue de déterminer l'indice de fuite de l'anneau d'enroulement à essayer, par l'intermédiaire d'un branchement, au spectromètre de masse réagissant aux molécules d'hélium de l'appareil indicateur d'hiium. La dépression appliquée dans le récipient pour le test de fuite, laquelle peut être comprise entre 10 4 et 10 2 Torr, est fonction de la vitesse de fuite, variant suivant les besoins, admissible pour l'utilisation envisagée pour chaque tube. L'avantage essentiel du procédé réside dans le fait qu'un tube essayé à la résistance à la pression peut être livré sous forme d'un anneau d'enroulement, à l'acheteur et à l'uElisateur de ce tube essayé conformément à l'invention, anneau qui, grâce aux deux soudages étanches, est encore rempli du gaz d'essais contenant de l'hélium pour l'essai, sous la pression prescrite de 10 à 30 bars par exemple, et pour lequel le faible indice de fuite correspondant à chaque application déterminée peut donc -être garanti au moment de la livraison. Si l'on constatait lors de l'essai, que l'anneau d'enroulement dépassait la faible valeur prescrite pour l'indice de fuite, il est avantageux, conformément à l'invention, afin de localiser la fuite, de munir l'anneau d'enroulement fermé aux deux extrémi tés et rempli du gaz d'essai sous pression, en son milieu, de deux soudures étanches supplémentaires, à distance l'une de l'autre, et de séparer les deux moitiés de l'anneau dans la zone comprise entre les deux soudures voisines, en vue de soumettre ensuite ces deux moitiés, séparément, au même contrôle d'étanchéité. Cette méthode peut être répétée aussi souvent que nécessaire, jusqu a ce qu'on trouve la portion de l'anneau présentant le défaut d'étanchéité. REVENDICATIONS 1. Procédé pour essai de réception de tubes en métal, notamment en acier, en particulier de petits calibres et de grandes longueurs, selon lequel le tube est soumis à un contrôle de résistance à la pression et d'étanchéité, au moyen d'un milieu d'essai maintenu sous pression, caractérisé en ce qu'on enroule le tube de manière à former un anneau, en ce qu'on charge l'intérieur de cet anneau, en des opérations séparées, tout d'abord en vue de contrôler sa résistance, pendant une durée de mise en charge prédéterminée, par un gaz sec sous dépression, préalablement amené à la pression élevée requise pour l'essai, et en ce qu'àprès évacuation du gaz sous pression, on remplit, en vue de l'essai d'étanchéité, cet anneau d'un gaz d'essai renfermant de l'hélium sous une plus faible pression, en ce qu'on dispose dans un récipient l'anneau, fermé aux deux extrémités , rempli du gaz d'essai, en ce qu'on établit un vide extérieurement à cet anneau, dans ledit récipient. et en ce qu'après une durée d'action déterminée. on détermine son indice de fuite respectif légèrement trop élevé, au moyen.d'un appareil indicateur d'hélium connu en soi, branché sur le récipient, et fonctionnant avec un spectromètre de masse. 2. Procédé- selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue l'essai de résistance à la pression et l'essai d'étanchéité sur l'anneau d'enroulement du tube en deux opérations distinctes successivesr entre lesquelles on procède; en tant qu'opération préparatoire à l'essai d'étanchéité en liaison avec une fermeture étanche aux deux extrémités de l'anneau d'enroulement, au remplissage de cet anneau avec le gaz d'essai renfermant de l'hélium. 3. Procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce qu'on effectue l'essai de résistance à la pression de l'anneau d'enroulement du tube avec le gaz sec sous pression, par exemple l'air comprimé. au moyen de têtes de raccordement, montées de façon étanche, provisoirement pendant la mise en charge, aux deux extrémités de l'anneau d'enroulement, l'obtention de la pression d'essai prédéterminée étant indiquée automatiquement par un commutateur manométrique prévu dans au moins l'une des deux têtes de raccordement. et le gaz sous pression étant de nouveau évacué, également automatiquement, après la période déterminée de mise en charge. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que, le tube ayant quitté la station de contrôle de la résistance à la dépression, on remplit l'anneau d'enroulement du tube, lors de la phase préparatoire à l'essai d'étanchéité, par le gaz d'essai renfermant de l'hélium, maintenu sous dépression, à partir de l'une des extrémités du tube, au moyen d'une tête de remplissage montée de manière étanche sur cette extrémité, jusqu'à ce que dans la zo-ne d'un tuyau d'échappement branché à l'autre extrémité du tube, la présence d'hélium soit indiquée au moyen d'une sonde de contrôle d'hélium associée à ce tube, en ce qu'on ferme ensuite par soudage étanche cette extrémité, dans la zone précédant le tuyau d'échappement, et en ce qu'après établissement de la pression déterminée du gaz d'essai à l'intérieur de l'anneau d'enroulement, on ferme également, -par soudage étanche, l'extrémité opposée du tube dans la zone à l'extérieur de la tête de remplissage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on commande automatiquement les soudages étanches des extrémités respectives de l'anneau d'enroulement, en fonction, d'une part, de l'indication d'hélium fournie par la sonde sur le tuyau d'é chappement, et d'autre part, d'un commutateur manométrique associé à la tête due remplissage et indiquant l'obtention de la pression de gaz d'essai prescrite à l'intérieur de l'annneau d'enroulement. 6 Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'on souffle, par exemple au moyen d'azote ou d'air, à travers les extrémités du tube de l'anneau d'enroulement, ouvertes des deuxcôtés en forme de manchons vers l'extérieur et munies des soudages étanches, après enlèvement de la tête de remplissage et du tuyau d'échappement, et avant mise en place dans le récipilent, afin d'éliminer l'hélium résiduaire. 7..Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ferme de façon etanche le récipient, après mise en place de l'anneau d'enroulement obturé de façon étanche à ses deux extrémités et rempli de gaz d'essai renfermant de l'hélium, sous la pression déterminée, en ce qu'on amène ce récipient à la dépression voulue, au moyen d'une pompe à vide, et en ce qu'après maintien pendant une durée suffisante pour essai, le courant aspiré du récipient, produit par la même pompe à vide ou par une autre pompe, est amené, en vue de dét-srminer l'indice de fuite de l'anneau d'enroulement à essayer, par l'Intermédiaire d'un branchement, au spectromètre de masse réagissant aux molécules d'hélium de l'appareil indicateur d'hélium. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on munit l'anneau d'enroulement fermé aux deux extrémités et rempli du gaz d'essai sous pression dans le cas d'un indice de fuite trop élevé et en vue de localiser la fuite, dans la zone médiane de cet anneau, de deux soudures étanches supplémentaires, à distance l'une de l'autre, et en ce qu'on soumet les deux moitiés d'anneau, après séparation de la zone comprise entre les deux soudures voisines, de nouveau et séparément au même contrôle d'étanchéité.