Brevet FR2426526A1 — publié le 19791221

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de tuyaux en acier inoxydable par l'intermédiaire d'une soudure tendre d'apport, procédé qui permet un tel assemblage de manière satisfaisante tout en évitant qu'il se forme des espaces vides dans la partie soudée et que la soudure tendre fuit dans les tuyaux lorsqu'on utilise, pour l'assemblage de tuyaux en acier inoxydable, principalement une soudure (désignée ci-après soudure tendre) dont le point de fusion est inférieur à 450 C, par exemple un alliage de soudure. En général, on utilise un procédé d'assemblage par apport d'une soudure tendre parce que son application est relativement simple en vue du faible point de fusion, inférieur à 450 C, et parce que, comme soudure tendre, on utilise un alliage de soudure que l'on trouve facilement dans le commerce et dont l'utilisation est très répandue pour assembler un tuyau en cuivre avec un tuyau en cuivre ou bien un tuyau en cuivre et un raccord en cuivre pour réaliser une canalisation destinée à véhiculer des liquides ou des gaz. Toutefois, lorsqu'il s'agit de l'assemblage de tuyaux en acier inoxydable ou bien d'un tuyau en acier inoxydable et d'un raccord en acier inoxydable, on n'utilise pas ce procédé d'assemblage par apport d'une soudure tendre au Japon, aux Etats-Unis et en Europe, malgré qu'il existe un procédé permettant d'assembler par apport d'une soudure tendre un tuyau en acier inoxydable et un raccord en cuivre. Une raison pour laquelle un tel procédé d'assemblage de tuyaux en acier inoxydable ou bien d'un tuyau en acier inoxydable et d'un raccord en acier inoxydable n'a pas encore été mis au point sera décrite ci-après. Comme on le voit sur la figure 1, pour exécuter un assemblage par apport d'une soudure tendre de tuyaux en acier inoxydable ou bien d'un tuyau en acier inoxydable et d'un raccord en acier inoxydable, on emboîte en principe la partie de raccordement d'un tuyau extérieur 2 en acier inoxydable sur la partie de raccordement d'un tuyau intérieur I en acier inoxydable, en introduisant un désoxydant ou flux dans un espace compris entre le tuyau intérieur 1 et le tuyau extérieur 2, en chauffant uniformément la zone comprise entre la face d'extrémité du tuyau extérieur 2 et celle du tuyau intérieur 1 à l'aide d'un dispositif tel qu'un chalumeau ou analogue pour que la surface extérieure du tuyau intérieur 1 et la surface intérieure du tuyau extérieur 2 soient activées par le flux pour atteindre une température supérieure au point de fusion de la soudure tendre, en introduisant la soudure tendre dans l'espace compris entre le tuyau extérieur 2 et le tuyau intérieur 1 à partir de la face d'extrémité du tuyau extérieur 2 pour que tout l'espace compris entre le tuyau extérieur 2 et le tuyau intérieur 1 soit rempli de soudure tendre et en solidifiant la soudure tendre par refroidissement par eau forcée ou par air. Or, 'a la différence du cuivre, l'acier inoxydable possède une faible conductivité thermique. Par conséquent, la soudure tendre en fusion s'écoule par la zone de butée 3 où la face d'extrémité du tuyau extérieur 2 est en contact avec la face intérieure du tuyau intérieur I embossé dans le tuyau extérieur 2 qui est chauffé par le dispositif Chauffant, ce qui tend à provoquer la formation d'espaces vides ou bien le dépôt d'une certaine quantité de soudure tendre sur la face intérieure soit du tuyau extérieur 2 soit du tuyau intérieur I. En d'autre termes, si on veut chauffer uniformément la totalité de la périphérie du tuyau extérieur 2 dans lequel s'embotte le tuyau intérieur 1, il est inévitable qu'une partie de la zone de butée soit chauffée. ta raison en est que la conductivité thermique de l'acier inoxydable est inférieure à celle du cuivre. En conséquence, ladite partie de la zone de butée est maintenue 'a une température élevée. Il en résulte que la soudure tendre en fusion s'écoule par la zone de butée 3 et se dépose sur les tuyaux intérieur et extérieur 1 et 2 sans etre refroidie et solidifiée. Un ouvrier ne peut pas se rendre compte d'une telle fuite de la soudure tendre par la zone de butée 3 parce que les tuyaux en acier inoxydable assemblés sont en un matériau opaque. Meme s'il n'introduit aucune quantité de soudure tendre juste suffisante pour réaliser une soudure en vue d'éviter la fuite de la soudure tendre, il se forme des espaces vides dans la soudure tendre chargée en raison de la fuite de la soudure tendre qui se produit pour les raisons indiquées ci-dessus.Lorsque ces espaces vides sont importants ou qu'ils se forment dans le sens longitudinal des tuyaux, l'étanchéité à l'air de la partie de raccordement est beaucoup diminuée. la outre, la fuite d'une portion de la soudure tendre s'écoulant par la zone de butée 3 est peu souhaitable parce que cette portion de la soudure se dépose et s'attache à l'intérieur des tuyaux, ce qui tend non seulement à réduire la section intérieure effective des tuyaux mais aussi à entraîner une augmentation du coefficient de frottement des tuyaux vis-è-vis d'un fluide traversant ces tuyaux. Il en résulte aussi un gaspillage de la soudure tendre. A la suite d'études minutieuses faites sur le procédé d'assemblage de tuyaux intérieur et extérieur en acier inoxydable, procédé qui a été considéré jusqutà présent inefficace en ce qui concerne l'obtention d'un raccord étanche 'a l'air de haute fiabilité, les présents inventeurs ont constaté que les raisons pour lesquelles la soudure tendre fuit par la zone de butée résident dans les points suivants : 1) Si la conductivité thermique ou la chaleur spécifique du matériau constituant les tuyaux intérieur et extérieur est faible ou élevée et si la capacité thermique du matériau et de la soudure tendre est élevée, alors la soudure tendre fuit plus facilement par la zone de butée parce que la soudure tendre possède une faible capacité de refroidissement plus solidification. 2) Si le rapport volume/surface de la soudure tendre en fusion introduite dans l'espace entre le tuyau intérieur et le tuyau extérieur et la zone de butée devient plus important, la vitesse de refroidissement de la soudure tendre au niveau de la zone de butée est alors réduite proportionnellement. Cela fait que la soudure tendre fuit plus facilement par la zone de butée. 3) Si l'on permet à la soudure tendre en fusion de réagir avec la face extérieure du tuyau intérieur et/ou la face intérieure du tuyau extérieur pour former un composé de soudure tendre présentant un point de fusion plus élevé ou si la réaction s'effectue en un temps plus court pour former un composé présentant un point de fusion plus élevé, la soudure tendre ne fuit pas facilement par la zone de butée. 4) Si l'espace compris entre la face d'extrémité du tuyau intérieur et la partie de raccordement du tuyau extérieur est plus petit et plus long, la force retenant la soudure tendre en fusion se trouve augmentée par la force capillaire. Ici encore, la soudure tendre ne fuit pas facilement par la zone de butée. On a donc trouvé qu'une force capillaire insuffisante et une faible capacité de refroidissement plus solidification de la soudure tendre sont des raisons pour lesquelles la soudure tendre fuit par la zone de butée. Pour les raisons citées ci-dessus, lorsqu'il s'agit d'assembler un tuyau intérieur en acier inoxydable et un tuyau extérieur en acier inoxydable espacés radialement d'une distance d'environ 0,05 à 0,5 mm, de préférence entre 0,1 et 0,3 mm, le tuyau extérieur étant doté, comme le montre la figure 1, d'une extrémité évasée par pressage ou emboutissage, on n'utilise pas jusqu'a présent un procédé d'assemblage par apport de soudure tendre en raison de la mauvaise étanchéité à l'air de ladite extrémité. La présente invention concerne un procédé d'assemblage par apport d'une soudure tendre de tuyaux extérieur et intérieur en acier inoxydable, procédé qui permet de résoudre les problèmes sus-mentionnés en évitant la fuite de la soudure tendre en fusion par la zone de butée et en facilitant le refroidissement et la solidification de la soudure tendre en fusion au niveau de la zone de butée de la partie devant être soudée en permettant à la structure de la zone de butée de prendre une forme spéciale en vue d'assurer l'étanchéité à l'air de la partie soudée. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé d'assemblage par apport de soudure tendre de tuyaux en acier inoxydable qui consiste à embotter un tuyau intérieur en acier inoxydable dans un tuyau extérieur en acier inoxydable ou dans un raccord en acier inoxydable et 'a assembler les parties de raccordement de ces tuyaux par apport d'une soudure tendre2 ce procédé étant caractérisé en ce que ltépaisseur de la zone de butée du tuyau extérieur, au niveau de laquelle la face d'extrémité du tuyau intérieur entre en contact avec la face intérieure du tuyau extérieur, est supérieure à l'épaisseur de la partie de raccordement du tuyau extérieur pour augmenter l'effet de refroidissement exercé par la zone de butée sur la soudure tendre en fusion remplissant un espace entre le tuyau extérieur et le tuyau intérieur au niveau de la face d'extrémité du tuyau intérieur pendant le soudage. Plusieurs modes de réalisation de la présente invention sont décrits ci-ap?es à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure I est une vue latérale de la forme des tuyaux extérieur et intérieur utilisés dans le procédé de soudage classique, la moitié supérieure des tuyaux étant représentée en coupe; - les figures 2,3 et 4 sont des vues latérales de tuyaux soudés conformément 'a la présente invention, la moitié supérieure de ces tuyaux étant veprésentée en coupe; - la figure 5 est une vue latérale à l'état soudé des tuyaux extérieur et intérieur de la figure 1, la moitié supérieure de ces tuyaux étant représentée en coupe. Sur les dessins, le chiffre I désigne un tuyau intérieur en acier inoxydable et 2 un tuyau extérieur dans lequel s'enlboite la périphérie de la partie de raccordement du tuyau intérieur 1. Ce tuyau extérieur 2 peut etre constitué soit par un tuyau en acier inoxydable soit par un raccord en acier inoxydable tel qu'un coude ou un raccord en T. Le chiffre de référence 3 désigne une zone de butée du tuyau extérieur 2, laquelle entre en contact avec la face d'extrémité Qu tuyau intérieur i emboîté dans le tuyau extérieur 2. Dans le procédé de la présente invention, il est indispensable que l'épaisseur de la zone de butée 3 soit supérieure à celle de la partie de raccordement du tuyau extérieur 2.Par ailleurssle chiffre de référence 4 désigne la soudure tendre Dans la pratique de la présente invention, on emboîte d'abord le tuyau intérieur I dans le tuyau extérieur 2 de sorte que la face 1' extrémité du tuyau intérieur 1 entre en contact avec la zone de butée 3.On introduit ensuite un désoxy aant ou flux dans l'espace compris entre la périphérie intérieure du tuyau ex*é- rieur 2 et la périphérie extérieure du tuyau intérieur f. après avoir chauffé uniformément la périphérie de la partie de raccordement du tuyau extérieur 2 jusqu'a une température pré-déterminée, on introduit la soudure tendre 4 dans l'espace entre la périphérie intérieure du tuyau extérieur 2 et la périphérie extérieure du tuyau intérieur 1. La soudure tendre 4 ainsi introduite fond en raison de la chaleur dégagée par le tuyau extérieur 2, le flux et le tuyau intérieur 1 qui ont été chauffés.La soudure tendre 4 se diffuse en direction de la zone de butée 3 grâce à la force capillaire dans l'espace entre la périphérie intérieure du tuyau extérieur 2 et la périphérie extérieure du tuyau intérieur 1 et atteint la zone de butée 3. La soudure tendre en fusion 4 qui atteint ainsi la zone de butée 3 tend à s'écouler par la zone de butée 3 vers l'intérieur des tuyaux intérieur et extérieur 1 et 2.Toutefois, l'épaisseur de la zone de butée 3 est supérieure à celle de la partie de raccordement du tuyau extérieur 2 qui a été uniformément chauffée, de sorte qu'une partie de la soudure tendre 4 s'écoulantpar la zone de butée 3 est refroidie rapidement pour se solidifier du fait que, lorsqu'il s'agit d'un matériau comme l'acier inoxydable possédant une faible conductivité thermique, la température de sa face périphérique intérieure est inférieure à celle de sa face périphérique extérieure. De cette façon, on empêche la fuite de la soudure tendre 4. Lorsqu'on effectue un assemblage de cette façon, plus le paraîlèlisme de l'espace entre le tuyau intérieur 1 et la zone de butée 3 du tuyau extérieur 2 est parfait et plus l'espace entre le tuyau intérieur I et la zone de butée 3 du tuyau extérieur 2 est petit, alors plus la capacité de refroidissement de la soudure tendre 4 est grande et aussi plus l'effet apporté par l'action capillaire de l'espace pour retenir la soudure tendre est augmenté. Par contre, si la partie de refroidissement du tuyau extérieur 2 est réalisée en découpant une partie de la face intérieure du tuyau en acier inoxydable à paroi épaisse, la zone de butée peut entre taillée en biseau comme le montre la figure 3 en vue de prolonger la vie utile de l'outil de coupe ou de diminuer l'usure de celui-ci.En outre, comme le montre la figure 4, la partie de raccordement du tuyau extérieur 2 peut avoir une forme évasée réalisée par pressage ou emboutissage, après quoi on coupe une partie de la face intérieure de la partie de raccordement pour lui donner la forme voulue. Toutefois, le mode de réalisation représenté sur la figure 4 ainsi que les modes de réalisation dans lesquels la zone de butée 3 a une forme comme représenté sur les figures 2 et 3, sont tous efficaces pour empocher la soudure tendre en fusion 4 de s'écouler par la zone de butée 3 et pour assurer une excellente étanchéité à l'air. De ce point de vue, il n'y a pas de différence notable entre ces différents modes de réalisation. On va expliquer maintenant les avantages apportés par le procédé conforme à la présente invention en prenant quelques exemples. Exemple 1 On emboîte un tuyau intérieur en acier inoxydable SUS 304 d'un diamètre intérieur de 20,0 mm et d'un diamètre extérieur de 22,0 mm dans un tuyau extérieur en acier inoxydable SUS 304 d'un diamètre intérieur de 20,0 mm et d'un diamètre extérieur de 24,0 mm, ce dernier tuyau comprenant une zone de butée d'une épaisseur de 2,0 mm et une partie de raccordement d'une épaisseur de 0,8 mm, auxquelles parties on donne une forme telle que celle représentée sur la figure 3 en coupant la face intérieure de l'extrémité du tuyau en acier inoxydable.Dans un espace compris entre la périphérie intérieure d'une partie du tuyau extérieur devant être assemble avec le tuyau intérieur et la périphérie extérieure de la partie correspondante du tuyau intérieur, on introduit une soudure en pâte préparée en mélangeant un flux constitué principalement diacide phosphorique et de phosphate de monoammonium et d'une poudre de soudure constituée par 60 ffi de Sn et 40 aJ de Pb.On chauffe uniformément la circonférence de la partie de raccordement du tuyau extérieur à l'aide d'une lampe à souder. lasuite, on introduit en continu un fil de soudure de 2,0 mm de diamètre consitué par 50 ,# de Sn et 50 ffi de Pb qui est chauffé a l'état semi-fonda, dans l'espace entre la périphérie intérieure de la partie de raccordement du tuyau extérieur et la périphérie extérieure de la partie correspondante du tuyau intérieur, pour réaliser une soudure.On a soumis ladite partie assemblée par apport d'une soudure tendre è un essai' hydraulique 2 sous une pression de 17,5 kg/em selon les normes en vigueur au Japon pour les tuyaux d'alimentation d'eau, et aucune fuite d'eau nta été constatée. Un examen d'un échantillon de la partie assemblée par soudure tendre a montré qu'il ne s'est produit aucune fuite de la soudure tendre vers l'intérieur du tuyau. Exemple 2 On emboue un tuyau intérieur en acier inoxydable SUS 430 d'un diamètre intérieur de 20,0 mm et d'un diamètre extérieur de 22,0 mm dans un tuyau extérieur en acier inoxydable SES 430 d'un diamètre intérieur de 20,0 mm et d'un diamètre extérieur de23,0 mm, ce dernier tuyau comprenant une partie de raccordement d'une épaisseur de 1,0 mm et une zone de butée d'une épaisseur de 1,5 mm, auxquelles parties on donne une forme évasée telle que celle représentée sur la figure 4 par emboutissage, après quoi l'extrémité évasée est alésée.On introduit le même flux que pour 1! exemple I, et on chauffe uniformément la circonférence de la partie de raccordement du tuyau extérieur à l'aide d'un bec de gaz. ensuite, on introduit en continu un fil de soudure de la meAme composition que celle de l'exemple I et d'un diamètre de 2,0 mm dans l'espace entre la périphérie intérieure d'une partie du tuyau extérieur devant etre assemblée avec le tuyau intérieur et la périphérie extérieure de la partie correspondante du tuyau intérieur, pour réaliser un assemblage par apport d'une soudure tendre. On a soumis la partie assemblée au même essai hydraulique que dans ltexemple f, ce qui n'a mis en évidence aucune fuite d'eau. Un examen d'un échantillon de la partie soudée a montré qu'aucune fuite de la soudure tendre ne s'est produite vers l'intérieur du tuyau. Exemple comparatif On embotte un tuyau intérieur en acier inoxydable SUS 304 d'un diamètre intérieur de 20,0 mm et d'un diamètre extérieur de 22,0 mm dans un tuyau extérieur en acier inoxydable SUS 304 d'un diamètre intérieur de 20,0 mm et d'un diamètre extérieur de 22,0 mm, ce dernier tuyau comprenant une partie de raccordement à laquelle on donne une forme telle que celle représentée sur la figure 5 par emboutissage pour qu'elle ait un diamètre intérieur de 22,4 mm et un diamètre extérieur de 24,4 mm, après quoi on effectue les mêmes opérations que pour l'exemple 1 afin de réaliser l'assemblage. On a soumis la partie soudée au m8me essai hydraulique que dans l'exemple 1, et on nta constaté aucune fuite d'eau.Toutefois, un examen d'un échantillon de la partie soudée a mis en évidence non seulement un certain nombre d'espaces vides dans la partie de#raccordement, comme le montre la figure 5, mais aussi une quantité importante de soudure tendre qui s'était écoulée par la zone de butée vers 11 intérieur des tuyaux, ce qui avait pour conséquence une diminution marquée de la section effective des tuyaux. Par conséquent, cette partie soudée ne convient pas à une utilisation dans une canalisation d'alimentation d'eau. Comme on l'a décrit plus en détail ci-dessus, le procédé d'assemblage de tuyaux en acier inoxydable par apport d'une soudure tendre conformément à la présente invention est une découverte qui fait époque en permettant un tel assemblage de tuyaux en acier inoxydable qui a été considéré jusqu'ici comme impossible en raison de la formation d'espaces vides ou de la fuite de la soudure tendre vers l'intérieur des tuyaux, ayant pour conséquence un rétrécissement partiel de l'intérieur du tuyau. Grssce au procédé conforme à l'invention, il est possible non seulement d'emp8cher dans une large mesure la formation d'espaces vides, mais d'empêcher aussi la fuite de la soudure tendre qui s'écoule par la zone de butée vers l'intérieur du tuyau en modifiant simplement la forme ou 11 épaisseur de la zone de butée du tuyau extérieur. En outre, du fait que le présent procédé permet de mettre à profit la résistance favorable et la propriété de 11 acier inoxydable de résister aux attaques, il est possible d'obtenir une canalisation légère mais solide. En outre, du fait que le tuyau intérieur et le tuyau extérieur peuvent 8tre tous les deux en acier inoxydable, la canalisation résultante peut 8tre maintenue de manière store à l'état étanche à l'air. Ainsi, le procédé de la présente invention a une valeur industrielle importante sous de nombreux aspects. 2 On a soumis à des essais hydrauliques sous une pression de 17,5 kg/cm une canalisation comprenant une partie soudée conformément à la présente invention et une partie soudée de manière classique, comme représenté sur la figure 5, pour en examiner l'étanchéité z l'air Par ailleurs, on a examine, des échantillons des deux parties soudées pour déterminer la fuite de la soudure tendre vers 1' inté- rieur des tuyaux. Les résultats, figurant sur le tableau, ont montré que le procédé conforme à l'invention est supérieur.Sur le tableau, le dénominateur représente le numéro de Essai effectué tandis que le numérateur indique les valeurs minimales et maximales du nombre de fois que l'on a constaté des fuites d'eau et le nombre de fuites de la soudure tendre vers l'intérieur des tuyaux. TABLEAU \t: p#brtie soudée Figure 5 Procéaé conforme à I'inventrEon t Pi#rre 2 P-Igure 3 Pigmre 4 Propriétés Etanchéité à l'air de la partie de raccord I - 10/500 0 - 1/500 O - 3/500 O - 5/fui00 ment Fuite de la soudure tendre vers l1 intérieur 42/50 0/50 0/50 ilso des tuyaux REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage de tuyaux en acier inoxydable par apport d'une soudure tendre qui consiste à emporter un tuyau intérieur en acier inoxydable dans un tuyau extérieur en acier inoxydable ou dans un raccord en acier inoxydable et à assembler les parties de raccordement de ces tuyaux par l'intermédiaire d'une soudure tendre, caractérisé en ce que I1 épaisseur d'une zone de butée du tuyau extérieur au niveau de laquelle la face d'extrémité du tuyau intérieur est en contact avec la face intérieure du tuyau extérieur est supérieure à celle de la partie de raccordement du tuyau extérieur pour améliorer l'effet de refroidissement exercé par la zone de butée sur la soudure tendre en fusion introduite dans un espace compris entre le tuyau extérieur et le tuyau intérieur au niveau de la face d'extrémité du tuyau intérieur pendant le soudage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de butée a une forme cônique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de raccordement du tuyau extérieur est réalisée en élargissant ltextrémité d'un tuyau en acier inoxydable par pressage ou emboutissage, et en coupant une partie de la face intérieure de l'extrémité où se trouve la partie de raccordement.