Brevet FR2418902A1 — publié le 19790928

L'invention concerne un procédé pour rendre un compensateur à soufflet métallique, en particulier à simple paroi solidaire d'une pièce métallique, en particulier une pièce tubulaire qui doit s'y raccorder, procédé dans lequel on façonne ltextrémité de sortie du soufflet, servant à son raccordement, en une douille cylindrique, on emboîte cette dernière dans l'extrémité de la pièce à raccorder sur une longueur de recouvrement axiale, et soude ensuite la douille et la pièce sur toute la circonférence de ltextrémité libre de la douille cylindrique en les réunissant ainsi en un ensemble unitaire. L'invention concerne en outre un compensateur à soufflet comportant une pièce fixée sur son extrémité de sortie servant au raccordement, et réalisé par ce procédé. Dans un procédé connu du type mentionné et dans un compensateur à soufflet à pièce raccordée réalisé par ce procédé, la douille cylindrique du soufflet recouvre l'extrémité de la pièce sur la surface circonférentielle extérieure de celle-ci. La douille cylindrique est superposée. La réunion par soudure s'effectue également à l'extérieur et ce, soit par un cordon de soudure bout à bout inséré de l'extérieur, soit au moyen d'un joint d'angle à recouvrement, soudé d'un seul côté, toujours tout autour de l'extrémité de la douille cylindrique. Ce mode de réalisation suscite les observations suivantes. Suivant les règles de la technique de construction des récipients sous pression, les soudures angulaires entre autres ne peuvent être admises que si, au cours du fonctionnement, elles ne subissent aucune déformation variable notable, car l'aptitude à supporter un effort dynamique d'une soudure d'angle diminue d'une façon imprévisible le nombre des alternances admissibles en raison de l'effet d'entaille qui se présente. Pour ce motif, on prolonge en conséquence l'extrémité de raccordement de la douille cylindrique mentionnée plus haut et ce, sur une longueur suffisante pour faire disparaître dans une large mesure, dans le sens axial, la sollicitation à la flexion causée par le déplacement axial et angulaire du soufflet du fait de la rigidité de la douille cylindrique, et pour obtenir qu'il ne se produise plus à l'emplacement de la soudure que de faibles tensions. Si l'on doit s'attendre dans le système à des pressions élevées, on considère jusqu'ici qu'il est néces saire, pour des raisons de solidité, de poser supplémentaire ment, à l'extérieur sur la douille cylindrique appliquée, une bague-support. On a toutefois constaté que ce procédé connu, et la jonction établie selon ce procédé entre l'extrémité de raccor dement du soufflet compensateur et la pièce qui s'y raccorde sont encore insuffisants pour résister aux efforts qui se produi sent réellement en fonctionnement. Dans le calcul de résistance des compensateurs à soufflet à paroi unique par exemple, on a établi simplement jusqu'ici les variations de sollicitations de la matière par le déplacement axial et angulaire du soufflet dans les opérations d'arrivée et de retour de conduites tubu laires, et on a tenu compte de ces variations dans l'analyse de la fatigue, toutefois on a alors considéré la pression intérieure dans le compensateur à soufflet et dans l'ensemble du système tubulaire comme négligeable, ou seulement comme une charge statique.Il est cependant apparu maintenant que, précisément, les variations de sollicitations au cours des opérations d'amenée et de retour des conduites tubulaires contribuent d'une façon marquante et notable à l'importance de la dilatation totale, et doivent en conséquence, absolument, être prises en considération dans l'analyse de la fatigue, et ce, du point de vue de l'éta blissement et de la configuration de la jonction entre ltextré- mité de raccordement du soufflet et la pièce qui s'y raccorde. Les compensateurs à soufflet construits suivant le procédé connu jusqu'ici, comportant une pièce fixée à l'extrémité de raccordement de sortie ne tiennent qu'insuffi samment compte de ces contraintes réelles du système. Il se produit ainsi, en raison de l'établissement d'une pression entre l'extrémité de raccordement à la sortie du soufflet d'une part, et la partie de la construction qui s'y raccorde d'autre part, dans un mode de réalisation connu, en raison des diffé rences de dilatation, sur le côté de l'entaille de la soudure en cordon d'angle, une sollicitation dynamique, qui, à plus ou moins long terme, conduit au moins à des défauts d'étanchéité. Le prolongement de l'extrémité de raccordement du soufflet sous la forme d'une douille cylindrique, nécessaire pour l'opération de compensation, se montre, aussi, défavorable pour les tensions dues à la pression intérieure. Ainsi, on a constaté sur ces cordons de soudure des détériorations qui ont entraîné des difficultés importantes dans la disponibilité d'installations qui étaient équipées de compensateurs à soufflet de ce genre et de parties de la construction qui s'y raccordent. Il est apparu ici, qu'en particulier sur des compensateurs à soufflet qui sont soumis à des exigences sévères pour l'étanchéité, les défauts d'étanchéité de ces soudures d'angle ne peuvent que difficilement être localisés. C'est ainsi qu'on peut expliquer qu'après avoir procédé à un essai sous pression de l'ouvrage, on a pu déceler subitement des défauts d'étanchéité au cours de répétition des vérifications et ce, dans la zone des cordons de soudure d'angle Si l'on cherche à se rendre compte par des calculs numériques de l'influence réciproque du compensateur à soufflet d'une part et de la pièce qui s'y raccorde d'autre part, on constate que, dans les constructions du type antérieur, on n'obtient souvent pas le résultat recherché sans une bague d'appui supplémentaitaire, car sans une bague de ce genre, les tensions tolérables sur la membrane sont dans beaucoup de cas dépassées, en particulier si les pressions sont importantes.Il est en outre défavorable, dans les modes de réalisation connus, que ces derniers ne satisfassent pas aux exigences élevées que l'on demande pour la protection contre la corrosion, en raison du risque supplémentaire de corrosion en fissures, en particulier si l'on appareille un soufflet austénitique avec une partie de construction ferritique qui s'y raccorde. L'invention a pour objet de supprimer ces inconvénients et d'améliorer le procédé du type mentionné ainsi que le compensateur à soufflet construit par ce procédé, avec la partie de construction qui s'y raccorde, de façon telle que ce mode de réalisation soit en mesure de répondre aux sollicitations dynamiques, qu'en conséquence on puisse considérer comme admissible un nombre important d'alternances, que surtout le cordon de soudure soit soulagé des efforts dynamiques, qu'on supprime ainsi à peu près totalement le danger de voir apparaître des défauts d'étanchéité dans la zone du cordon de soudure, qu'en outre le risque supplémentaire de corrosion en fissures soit inhibé par le fluide qui est transporté et qu'enfin, par-dessus tout, le procédé de fabrication, et en conséquence le produit fabriqué soient les plus simples et les plus économiques possibles. A cet effet, l'invention concerne un procédé caractérisé en ce que l'on enfonce la douille cylindrique, sur la longueur de recouvrement, dans l'intérieur de l'extrémité de la pièce, on amène sa surface extérieure en appui sur la surface intérieure de cette extrémité de la pièce, et on soude ensuite sur tout leur pourtour, cette extrémité de la pièce et l'extre- mité de la douille cylindrique. On peut mettre en oeuvre le procédé dans ce cas par exemple avant d'enfoncer la douille cylindrique, en l'amènent à un diamètre extérieur qui est essentiellement égal au diamètre intérieur de l'extrémité de la pièce, ou plus grand que ce dernier, en restant alors toutefois plus petit que le diamètre extérieur de cette pièce. Le procédé sera mis en oeuvre d'une façon avan tageuse si par exemple l'extrémité de la pièce présente intérieurement un gradin formé par un décrochement qui, mesuré à partir de l'extrémité libre, correspond sensiblement à la longueur de recouvrement, et dont le diamètre intérieur est plus grand que celui du reste de la longueur de la pièce, la dimension du gradin étant choisie sensiblement égale à l'épaisseur de paroi de la douille cylindrique, et l'on amène cette douille à un diamètre extérieur qui est essentiellement égal au diamètre intérieur du décrochement intérieur, pratiqué dans l'extrémité de la pièce, et après avoir enfoncé la douille cylindrique, on la soude sur le pourtour de son extrémité, à l'intérieur, avec l'extrémité de la pièce, par une soudure à rapprochement encastrée.Au lieu de procéder ainsi, l'invention prévoit aussi que l'on amène la douille cylindrique à un diamètre extérieur qui est essentiellement égal au diamètre intérieur de l'extrémité de la pièce, et que l'on soude la partie introduite de la douille cylindrique, à l'intérieur, avec l'extrémité de la pièce par un cordon de soudure d'angle appliqué sur tout le pourtour de l'extrémité de cette douille. Dans un mode de réalisation essentiel de l'invention, on réunit avec la pièce des compensateurs à plusieurs couches en posant d'abord un cordon de soudure d'étanchéité annulaire sur le pourtour de ltextrémité de la douille cylindrique, l'extrémité de la douille cylindrique étant soudée avec l'extrémité de la pièce au moyen d'un cordon de soudure à rapprochement ou d'un cordon de soudure d'angle. Ce procédé suivant l'invention est extrêmement simple et économique à mettre en pratique. On obtient de cette façon une jonction entre l'axtrémité de raccordement du soufflet d'une part, et la pièce qui s'y raccorde d'autre part qui satisfait, surtout dans la zone du cordon de soudure, à des exigences d'étanchéité extrêmement sévères et ce, pendant une longue durée. L'aptitude à supporter les sollicitations dynamiques dans la zone de jonction est remarquablement grande, et par suite le nombre d'alternances qui peuvent être subies et tolérées et par suite la durée de service sont très élevées. Les sollicitations dynamiques dans la zone de raccordement de l'extrémité du soufflet sur la pièce n'affectent à peu près pas le cordon de soudure.La douille cylindrique, qui se trouve dans l'intérieur de l'extrémité de la partie de la construction, est repoussée radialement vers l'extérieur en raison de la pression intérieure régnante et serrée contre l'extrémité de cette partie sur laquelle la douille cylindrique peut s'appuyer. Il s'en suit une action qui s'oppose aux tensions nuisibles de la pression intérieure du système. Le cordon de soudure est remarquablement peu sollicité du côté de la fente, et surtout, ne l'est pas par le fluide qui passe dans le système. On supprime par suite totalement le danger de corrosion en fissures par ce fluide. Le cordon de soudure est affranchi des contraintes dynamiques. Ce mode de réalisation suffit même si les pressions dans les conduites où il est placé sont élevées sans qu'on ait besoin de prévoir des bagues d'appui supplémentaires. Ces avantages sont valables, également, pour le procédé et pour le compensateur à soufflet fabriqué suivant le procédé avec la pièce qui est fixée à la sortie de son extrémité de raccordement. Cette dernière pièce est conformée suivant un perfectionnement avantageux de l'invention, par exemple d'une façon telle que la douille cylindrique enfoncée dans l'intérieur de l'extrémité de la pièce sur la longueur de recouvrement en y étant maintenue, est en contact d'appui, par sa surface extérieure avec la surface intérieure de l'extrémité de la pièce, et est reliée avec cette dernière, sur son pourtour, solidairement et étanche à la pression, par l'extrémité de cette douille cylindrique, au moyen d'un cordon de soudure exécuté à l'intérieur de l'extrémité de la pièce. Le diamètre extérieur de la douille cylindrique est ici, essentiellement, égal au diamètre intérieur de l'extre- mité de la partie de la construction intéressée, ou plus grand que cette dernière, mais cependant plus petit que son diamètre extérieur. Une autre forme de réalisation avantageuse de ce compensateur à soufflet avec la pièce qui s'y raccorde prévoit que l'extrémité de la pièce présente intérieurement un décrochement en forme de gradin, dont la dimension axiale, mesurée à partir de l'extrémité libre, correspond sensiblement à la longueur de recouvrement, dont le diamètre intérieur est plus grand que celui du reste de la longueur de cette pièce, la dimension du décrochement étant au moins aussi grande que l'épaisseur de la paroi de la douille cylindrique, le diamètre extérieur de cette douille cylindrique étant essentiellement égal au diamètre intérieur du décrochement intérieur de l'extrémité de la pièce, et la douille cylindrique étant reçue à l'intérieur du décrochement en forme de gradin et étant soudée intérieurement avec l'extrémité de la pièce, sur le pourtour de l'extrémité de la douille cylindrique, au moyen d'un cordon de soudure par rapprochement encastré. Dans une autre forme de réalisation, on prévoit que le diamètre extérieur de la douille cylindrique est essentiellement de la même grandeur que le diamètre intérieur de l'extrémité de la pièce, cette douille cylindrique, placée à l'intérieur de l'extrémité de la pièce, étant soudée par un cordon de soudure d'angle apposé sur le pourtour de l'extrémité de la douille cylindrique. Dans ces deux derniers cas, il peut être avantageux que la douille cylindrique se raccorde, à peu près sans former de courbe, axialement, directement, à la matière qui forme la paroi qui va du rebord extérieur à l'onde du soufflet. On peut ainsi supprimer une courbure spéciale un peu en forme de boucle qui serait intercalée dans la direction axiale de la douille cylindrique, par exemple à la hauteur du bord intérieur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention,dessins dans lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale axiale schématique de l'extrémité de r#r ordement d'un compensateur à soufflet avec la pièce qui sty raccorde, suivant un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une coupe longitudinale schématique de l'extrémité de raccordement d'un compensateur à soufflet avec la pièce qui s'y raccorde suivant un second mode de réalisation. Dans le premier exemple de réalisation de la figure 1, on voit illustrée schématiquement l'extrémité de raccorde -ment 10 de la sortie d'un compensateur à soufflet 11, métallique, à simple paroi, à laquelle se raccorde, avec alighement des axes centraux, par son extrémité 13, une pièce tubulaire 12 métallique. L'extrémité de raccordement 10 est façonnée, à son extrémité libre, en une douille cylindrique 14. Sur une longueur de recouvrement axial qui correspond à peu près à la longueur de la douille cylindrique 14, l'extrémité 13 de la pièce et l'extré- mité de raccordement 10 sont emboîtées, et sont soudées ensemble circulairement en un ensemble solidaire, dans la zone de l'extrémité libre 15 de la douille cylindrique. La douille cylindrique 14 est enfoncée dans l'intérieur de l'extrémité 13 de la pièce, de la longueur de recouvrement, et y est maintenue. La douille cylindrique 14 se trouve ici, par sa surface extérieure en contact d'appui avec la surface intérieure de l'extrémité 13 de la pièce. Le cordon de soudure, indiqué en 16 dans la figure I, qui se trouve à l'extrémité 15 de la douille cylindrique, à l'intérieur de l'extrémité 13 de la pièce, s'étend sur la circonférence et relie mécaniquement, solidairement, cette extrémité de raccordement 10 avec la pièce 12, et aussi avec étanchéité quand une pression élevée s'applique. Le cordon de soudure 16 est exécuté sous la forme d'une soudure à rapprochement encastrée. Comme on peut s'en rendre compte, dans le premier mode de réalisation de la figure 1, la douille cylindrique 14 est introduite dans l'extrémité 13 de la partie de la construc tion et, ce, de façon telle que la surface intérieure de cette douille cylindrique 14 se raccorde sans gradin et d'une façon continue à la surface intérieure de la pièce 12. La pièce 12 présente à son extrémité 13, intérieurement, un décrochement en forme de gradin 17, dont la dimension axiale, mesurée à partir de l'extrémité libre, correspond sensiblement à la longueur de recouvrement. Le diamètre du décrochement 17 est supérieur à celui du reste de la longueur de la pièce 12, la dimension du gradin étant à peu près égale à l'épaisseur de paroi de la douille cylindrique 14.Dans une idée de coordination appropriée, le diamètre extérieur de la douille cylindrique 14 est sensiblement égal du diamètre intérieur que l'on a donné au décrochement intérieur 17. Le procédé destiné à la fabrication de la jonction décrite et les avantages obtenus avec ce procédé et le produit qu'il permet d'obtenir, sont exposés en détail dans l'introduction de la description et on ne reviendra pas sur ce point pour éviter des répétitions. Pour le second exemple de réalisation, de la figure 2, on utilise pour les éléments qui correspondent à ceux du premier exemple de la figure 1, des chiffres références augmentés de 100, ce qui permet de se référer à la description du premier exemple. Le second exemple de réalisation suivant la figure 2 se distingue du premier exemple du fait que, suivant la figure 2, le diamètre extérieur de la douille cylindrique 114 est sensiblement de la même grandeur que le diamètre intérieur de l'extrémité 113 de la pièce. La douille cylindrique 114 s'applique ainsi sur l'intérieur de l'extrémité 113 de la pièce. On soude alors la douille cylindrique 114, placée à l'intérieur de l'extrémité 113 de cette pièce, avec elle, circulairement sur l'extrémité 115 de la douille au moyen d'un cordon de soudure d'angle 116 appliqué. Les deux exemples de réalisation suivant les figures 1 et 2 ont en commun le fait que la douille cylindrique 14 ou 114 est raccordée à peu près sans courbure axiale, directement à la matière formant la paroi 20 ou 120 qui va du rebord extérieur 18 ou 118 à l'onde 19 ou 119 du soufflet. Il n'y a pas de courbure sensiblement en forme de rebord intérieur du compensateur à soufflet, allant radialement vers l'intérieur au delà de la douille cylindrique 14 ou 114 et elle serait d'ailleurs surperflue. Dans une forme de réalisation essentielle dans laquelle on doit réunir avec la partie intéressée de la construction des compensateurs à soufflet faits de plusieurs couches, on a avantage à procéder en appliquant d'abord un cordon de soudure d'étanchéité annulaire sur le pourtour de l'extrémité de la douille cylindrique, ltextrémité de la douille cylindrique étant soudée avec l'extrémité de la pièce de la construction au moyen d'un cordon de soudure à rapprochement ou d'un cordon de soudure d'angle. REVENDICATIONS 10) Procédé pour rendre un compensateur à soufflet métallique, en particulier à simple paroi solidaire d'une pièce métallique, en particulier une pièce tubulaire qui doit s'y raccorder, procédé dans lequel on façonne l'extrémité de sortie du soufflet, servant à son raccordement, en une douille cylindrique, on emboîte cette dernière dans l'extrémité de la pièce à raccorder sur une longueur de recouvrement axiale, et soude ensuite la douille et la pièce sur toute la circonférence de l'extrémité libre de la douille cylindrique en les réunissant ainsi en un ensemble unitaire, procédé caractérisé en ce que l'on enfonce la douille cylindrique (14, 114), sur la longueur de recouvrement, dans l'intérieur de l'extrémité (13, 113) de la pièce, on amène sa surface extérieure en appui sur la surface intérieure de cette extrémité (13, 113) de la pièce, et on soude ensuite sur tout leur pourtour, cette extrémité (13, 113) de la pièce et l'extrémité (15, 115) de la douille cylindrique. 20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, avant d'enfoncer la douille cylindrique (14, 114), on l'amène à un diamètre extérieur qui est essentiellement égal au diamètre intérieur de l'extrémité (13, 113) de la pièce, ou plus grand que ce dernier, en restant alors toutefois plus petit que le diamètre extérieur de cette pièce. 30) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité (13) de la pièce présente intérieurement un gradin formé par un décrochement (17) qui, mesuré à partir de l'extrémité libre, correspond sensiblement à la longueur de recouvrement, et dont le diamètre intérieur est plus grand que celui du reste de la longueur de la pièce (12), la dimension du gradin étant choisie sensiblement égale à l'épaisseur de paroi de la douille cylindrique (14), et l'on amène cette douille (14) à un diamètre extérieur qui est essentiellement égal au diamètre intérieur du décrochement (17) intérieur, pratiqué dans l'extrémité (13) de la pièce, et après avoir enfoncé la douille cylindrique (14), on la soude sur le pourtour (15) de son extrémité, à l'intérieur, avec l'extrémité (13) de la pièce, par une soudure à rapprochement (16) encastrée. 40) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu l'on amène la douille cylindrique (114) à un diamètre extérieur qui est essentiellement égal au diamètre intérieur de l'extrémité (113) de la pièce, et que l'on soude lapartie introduite (114) de la douille cylindrique, à l'intérieur, avec l'extrémité (113) de la pièce par un cordon de soudure d'angle (116) appliqué sur tout le pourtour de l'extrémité (115) de cette douille. 50) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lors du façonnage de l'extrémité de raccordement à la sortie du soufflet, on façonne, à partir du rebord extérieur (18, 118) du soufflet, la matière qui forme la paroi (20, 120) de ce soufflet (19, 119) pour qu'elle se raccorde, à peu près sans courbure, directement à la douille cylindrique (14, 114) qui s'y raccorde axialement. 60) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on réunit avec la pièce des compensateurs à plusieurs couches en posant d'abord un cordon de soudure d'étanchéité annulaire sur le pourtour de l'extrémité de la douille cylindrique, l'extrémité de la douille cylindrique étant soudée avec l'extrémité de la pièce au moyen d'un cordon de soudure à rapprochement ou d'un cordon de soudure d'angle. 70) Compensateur à soufflet comportant une pièce fixée à son extrémité de raccordement servant à la sortie, réalisé par le procédé suivant la revendication 1, compensateur caractérisé en ce que la douille cylindrique (14, 114) enfoncée dans l'intérieur de l'extrémité (13, 113) de la pièce sur la longueur de recouvrement, en y étant maintenue, est en contact d'appui, par sa surface extérieure avec la surface intérieure de l'extrémité (13, 113) de la pièce, et est reliée avec cette dernière, sur son pourtour, solidairement et étanche à la pression, par l'extrémité (15, 115) de cette douille cylindrique, au moyen d'un cordon de soudure (16, 116) exécuté à l'intérieur de l'extrémité (13, 113) de la pièce. 80) Compensateur à soufflet suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la douille cylindrique (14, 114) est essentiellement égal au diamètre intérieur de la pièce (13, 113), ou plus grand que ce dernier mais cependant plus petit que son diamètre extérieur. 90) Compensateur à soufflet suivant, l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'extr mité (13) de la pièce présente intérieurement un décrochement (17) en forme de gradin, dont la dimension axiale, mesurée à partir de l'extrémité libre, correspond sensiblement à la longueur de recouvrement, dont le diamètre intérieur est plus grand que celui du reste de la longueur de cette pièce (12), la dimension du décrochement étant au moins aussi grande que l'épaisseur de la paroi de la douille cylindrique (14), le diamètre extérieur de cette douille cylindrique (14) étant essentiellement égal au diamètre intérieur du décrochement intérieur (17) de l'extrémité (13) de la pièce, et la douille cylindrique (14) étant reçue à l'intérieur du décrochement (17) en forme de gradin et étant soudée intérieurement avec l'extrémité (13) de la pièce, sur le pourtour de l'extrémité (15) de la douille cylindrique, au moyen d'un cordon de soudure par rapprochement (16) encastré. 100) Compensateur à soufflet suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la douille cylindrique (114) est eseentiellement de la mOme grandeur que le diamètre intérieur de l'extrémité (113) de la pièce, cette douille cylindrique (114), placée à l'intérieur de l'extrémité (113) de la pièce, étant soudée par un cordon de soudure d'angle (116) apposé sur le pourtour de l'extrémité (115) de la douille cylindrique. lle) Compensateur à soufflet suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la douille cylindrique (14, 114) se raccorde axialement, à peu près sans courbure, directement àla matière (20, 120) formant la paroi qui va du rebord extérieur (184 118) à l'onde du soufflet (19, 119).