Brevet FR2421322A1 — publié le 19791026

On connait différentes méthodes de jonction de tubes. Beaucoup de raccords de tubes comprennent un élément femelle et un élément mâle et sont caractérisés par l'utilisation d'une bride de serrage autour de l'élément femelle. L'élément mâle peut être fixé de manière étanche au moyen d'un matériau adhésif approprié Le brevet Américain 3 208 136 décrit une méthode con sistant à former un élément femelle sur un tube et à former une gorge annulaire à ltextêmité de l'autre tube. L'extrenité munie d'une gorge est seulement partiellement engagée à l'intérieur de la partie femelle avec une force suffisante pour que les parois de la gorge fléchissent légèrement. L'industrie du pétrole utilise pour le transport d'hydrocarbures des tubes munis d'un revêtement intérieur.Les raccords de tube classiques sont vulnérables aux attaques chi miques,particulie'rement dans la région définie comme " l'ou- verture" où la paroi terminale de l'elément mâle vient en con tact avec la paroi interne de l'élément femelle. La présente invention réalise un raccord de tubes, c'est à dire une connexiaimécanique et chimique,qui est méca niquement et chimiquement très résistante,qui est relativement peu coûteuse à réaliser ou à réparer sur le chantier et qui est capable de supporter des fluides corrosifs,tels que des produit hydrocarbonés, sous des pressions appréciables.Il se forme au tomatiquement un anneau interne flexible, adhésif et non poreux a' l'ouverture du raccord lorsqu'on effectue la connexion. Cet anneau coopère avec le revetement intérieur du tube pour pro téger l'ouverture du raccord contre la corrosion. On ~ On comprendra mieux les principes de la présente invention d'après la description suivante en relation avec les dessins annexés,dans lesquels: - La Figure 1 représente un raccord de tube nu,compre nant une vue en coupe de la partie femelle et une vue en coupe de la partie mâle, la partie mâle étant représentée Juste avant son insertion dans la partie femelle; - la figure 2 représente le raccord de la figure 1 après réa lisation; - les figures 3 et 4 sont respectivement analogues aux figu res 1 et 2, mais concernent un tube comportant un revêtement in térieur;; - la figure 5 est une vue en coupe représentant un système actionné hydrauliquement pour faire pénétrer la partie mâle à 1' intérieur de la partie femelle, et - les figures 6 et 7 représentent le dispositif de la figure 5 avec des mandrins permettant de former la partie femelle et la partie mâle respectivement. En se référant maintenant aux figures 1 et 2, on y voit un premier tube nu 10 comportant une partie femelle 12. Un second tube nu 14, qui doit être relié au tube 10, comporte une partie mâ- le 16. La partie femelle 12 comporte une section cylindrique 18, de longueur appréciable, suivant l'axe longitudinal 20. L'orifice formé par la paroi cylindrique 22 de section 18 a un diamètre légèrement plus faible que le diamètre de la paroi cylindrique externe 24 de la partie mâle 16, de manière à former un aJustement mécanique étanche métal-sur-métal des parois 22 et 24 (figure 2). La section 18 de la partie femelle 12 est suivie d'une section conique 28, également de longueur appréciable suivant l'axe longitudinal 20. La section conique 28 prolonge l'extrémité interne 29 de la section cylindrique 18 et s'infléchit intérieurement vers l'axe longitudinal 20, suivant un angle d'inclinaison 21. La sec tion conique 28 se raccorde au tube 10 suivant un plan transversal passant par le point 30. La;partie mâle 24 comporte une section cylindrique 32 comprise entre les points 34 et 36. La section cylindrique 32 est suivie d'une section conique 38 se prolongeant jusqu'à la face terminale 40 du tube 14. DU point 36 Jusqu'a' la face terminale 40, la section conique 38 s'incline intérieurement suivant un angle d'inclinaison 23. Selon l'invention, l'angle 23 est plus grand que l'angle 21, en sorte que, lorsqu'on réalise la jonction des tubes (figure 2), il se forme une cavité 42 entre la surface conique extérieure 43 de la asection conique 38 et la surface conique intérieure 44 de la section conique 28. La cavité 42 se forme approximativement entre le point 36 et la face terminale 40. La largeur radiale 41 de la cavité 42, entre les surfaces infléchies opposées43 et 44 s'accroît uniformément du point 36 à la face terminale 40. La largeur 41, en un point quelconque le long de la cavité 42, est déterminée par l'importance de la différence entre les angles 21 et 23. Il est essentiel cependant, en particulier pour des tubes comportant un revêtement, que cette différence angulaire soit d'au moins 2 degrés. Suivant un aspect important de l'invention, un ajustement sans interférence, s'établit entre les surfaces coniques opposées 43, 44 sur une longueur appréciable de la cavité 42, le long de l'axe longitudinal 20, allant de la face terminale 40 intérieurement Jusqu' au point 36. La longueur de la cavité 42 est choisie de manière à ne pas réduire l'orifice du tube formé par les sections 10 et 14. Les dimenSions exactes pour un raccord particulier et les angles d'infléchissement seront choisis en fonction de la taille des tubes à réunir, de l'épaisseur de paroi du tube et du fait ou non que les tubes sont munis d'un revêtement intérieur. Dans son essence, la méthode pour former le raccord consiste à fabriquer#chaque section de tube de manière qu'il présente une partie femelle à une extrémité et une partie mâle à l'autre extrémité. Avant de réaliser le raccord, la paroi externe 43 de la section conique 38 est revêtue d'une couche d'épaisseur suffisante d'adhésif par exemple du type epoxy liquide. Comme la partie mâle est graduellement enfoncée à force complètement à l'intérieur de la partie femelle, l'adhésif est progressivement comprimé suivant une direction longitudinale.L'action de compression progressive produit plusieurs effets bénéfiques: la paroi externe 43 de la partie mâle tend a exercer une pression répartie sur 1' adhésif ainsi que l'exige la formation d'une Jonction stable et résistante; l'adhésif extrudé de la cavité 42 forme également un anneau 50 qui étanchéifie#l'ouverture 52 du raccord. Lorsqu'il est solidifié, l'adhésif forme une paroi solide continue 65 (figure 4) à l'intérieur de la cavité 42, évitant ainsi les. inconvénients de la plupart des joints classiques dans lesquels les ébarbures inévitables sur les parois opposées 42, 43 provoquent la formation de défauts d'enrobage ou pores dans le raccord. ha présence de tels défauts est très nuisible à la résistance mécanique et à la résistance à la corrosion du raccord. La différence entre les angles 21 et 23 doit être d'au moins 2 degrés de manière que l'adhésif souple soit convenablement extrudé sous pression sans formation de défauts d'enrobage ou de pores et qu'un volume suffisant d'adhésif provenant de la cavité 42 puisse former un anneau suffisamment large 50 de manière à recouvrir complètement l'ouverture 52. Les figures 3 et 4 sont essentiellement analogues aux figures 1 et 2, exCepté que les sections de tubes 10 et 14 comportent un reyêtement intérieur 60 qui, dans le cas de la section 10, se prolonge Jusqu'au point 61 proche, mais de préférence moins éloigné quejla ligne de raccordement 29 entre la section cylindrique 18 et la section conique 28. Dans le cas de la section 14, le revêtement 60 couvre la totalité de la paroi interne, la face terminale 40 et une petite partie de la paroi extérieure 38 jusqu'au point 62. On a découvert qu'en choisissant la différence entre les angles 21 et 23 au moins égale à 2 degrés, dans le cas d'un tube muni d'un revêtement intérieur, il était possible de former un tron çon de tube à revêtement continu du fait que le revêtement 60 de la paroi interne de la partie femelle est parfaitement relié au revêtement 60 de la paroi interne de la partie mâle par l'intermédiaire de l'anneau 50, en sorte qu'il n'y ait pas de métal nu exposé à l'action de fluides corrosifs transportés par le pipe-line. En conséquence, n'importe quel produit hydrocarboné que pourrait transporter le pipe-line ne pourrait attaquer le métal du raccord de tube à son point le plus vulnérable, c'est-à-dire l'ouverture 52. L'adhésif liquide, qui durcit rapidement pour former l'anneau 50 et la paroi solide 65, réalise une étanchéité parfaite entre les parois coniques opposées 43 et 44. L'interférence ou l'aJustement métal-sur-métal entre les sections cylindriques 18 et 24 réalise, que ce soit pour les tubes à revêtement interne ou pour les tubes sans revêtement, une connexion extrêmement résistante et étanche ayant la résistance mécanique requise à la jonction, de manière à protéger la paroi 65 et l'anneau 50 de contraintes excessives de tension ou de torsion. Un appareil 70, adapté à la réalisation du raccord selon 1' invention, est illustré schématiquement aux figures 5 à 7. L'agen- cement représenté à la figure 5 est illustré en relation avec la fabrication d'un raccord entre les sections de tube 10 et 14 qui ont déjà une partie mâle et une partie femelle formées à leurs extrémit,és apposées. Cet appareil comprend deux blocs 71A et 71B. Chaque bloc comprend un orifice central 73 qui le traverse coaxialement à l'axe longitudinal 20 des sections de tube 10 et 14 que l'on désire réunir. Sur la face interne de chaque bloc se trouve une cavité conique 74 qui s'infléchit intérieurement vers l'axe longitudinal 20.La cavité 74 forme une chambre pour recevoir les outils 75, 82 et 92 qui peuvent être sélectivement placés dans ladite chambre. Chaque outil est bloqué manuellement en position par des moyens de verrouillage 76 et 77 (représentés seulement sur le bloc 71B de la figure 5, par souci de simplification des dessinus) les blocs 71A et 713 sont accouplés de manière amovible à une paire de vérins 72A et 723. L'outil 75 est fendu suivant un diamètre et a des dents prévues pour serrer le tube (figure 5). En appliquant une pression hydraulique suffisante aux vérins 72A et 72D, la figure 5 montre comment la partie mâle 16 est introduite à force, complètement, dans la section cylindrique femelle 18. L'élasticité des parois en engagement de la partie femelle et de la partie mâle n'excède pas la limite élastique du matériau du tube et un ajustement solide par liaison mécanique avec une force compulsive convenable sera maintenu à tout moment. Les figures 6 et 7 illustrent comment l'appareil 70 peut être facilement adapté pour la formation de la partie mâle et de la partie femelle. Ainsi la section cylindrique 18 et la paroi infléchie 28de la partie #mellel2 peuvent êbe formés par un outil 92 (figure 6) ayant un mandrin solide 90 adapté à pénétrer par force dans le tube cylindrique 10. L'outil 92 peut être d'une seule pièce qui est verrouillée étroitement par un système 93 de plaque débordante maintenue par un écrou. Le mandrin 90 est disposé coaxialement à l'axe longitudinal 20 des tubes 10 et 14.Lorsqu'on applique la pression pan l'intermédiaire des vérins 72A et 72B, les blocs 71A et 713 se rapprochent et, par suite, enfoncent à force l'extrémité cylindrique de la section de tube 10 sur le mandrin 90 qui forme la section conique 28. La partie mâle 16 est formée de manière analogue à la partie femelle 12. L'outil 82 (figure 7) est analogue à l'outil 92 excepté que son mandrin 80 comporte une cavité 81 pour former la partie mâle. L'extrémité rétrécie de la cavité 81 forme la section conique 38. L'outil 82 est maintenu en place par un système 83 à plaque débordante, maintenue par écrou. Bien que dans une usine de fabrication de tubes, les parties mâles et femelles soient automatiquement formées à la machine, sur le chantier il est souhaitable de disposer de l'appareil portatif 70 pour faire des réparations de pipe-lines rompus, de même que pour réaliser des parties mâles et femelles sur de nouvelles sections de tubes, simplement en interchangeant les outils 75, 82 et 92 sur les blocs 71A et 713. En plus des avantages sus-mentionnés, les Joints coniques selon l'invention réalisent une liaison mécanique dont larésistance est bien supérieure à celles des autres Joints mécaniques connus et approche la résistance d'un Joint soudé sur un tube d'acier. Le joint conique supportera des pressions internes dépassant de lOío la spécification minimale de résistance élastique du matériau du tube raccordé. En traction longitudinale, il supportera jusqu'à 90%-de larésistance à la traction du matériau du tube raccordé. Le raccord conique des tubes selon l'invention est tout-à-fait conforme aux réglementations américaines concernant le transport par pipe-lines. Cette réglementation de sécurité prévoit la soudure pour la jonction de pipe-lines transportant du gaz et des liquides afin de répondre aux exigences de résistance à la pression dans les conditions d'utilisation. le joint conique de tubes peut aussi assurer la jonction de tubes à revêtement interne , prévus pour servir dans des conditions de corrosion. Comme le raccord de tubes conique est formé par le tube lui-même, il constitue un moyen très économique de Jonction de portions de tubes. En outre, il ne nécessite pas l'emploi de personnel qualifié pour réaliser un joint fiable suivant le procédé de l'invention. De plus, du fait de la nature du raccord conique, la liaison est réalisée de la même ma rizière chaque fols qu'elle est faite, quelle que soit l'habileté de ltopérateur qui la réalise, REVENDICATIONS l-,Xéthode de fabrication d'un raccord conique entre un premier et un second éléments de tube, caractérisé par: a) la réalisation d'un élément de raccord femelle à une extrémité du premier élément de tube, cet élément de raccord femelle ayant une section cylindrique et une section adjacente terminale conique s'infléchissant vers l'intérieur en direction de l'axe longitudinal du tube; le diamètre intérieur de la section cylindrique de la partie femelle étant légèrement plus faible que le diamètre extérieur du second élément de tube pour permettre un ajuste# ment entre eux par liaison mécanique; b) la réalisation d'un élément de raccord mâle à une extrémité du second élément de tube, cet élément de raccord mâle ayant une section terminale conique infléchie vers l'intérieur dont l'angle de conicité est supérieur à l'angle de conicité de la section conique de la partie femelle, la différence angulaire entre lesdites sections coniques définissant une cavité entre celles-ci, et c) la mise en place d'un liquide adhésif dans cette cavité entre ladite surface conique intérieure de la partie femelle et la paroi conique extérieure de la partie mâle, de manière à former entre elles un Joint étanche entre lesdites sections coniques et une bague angulaire à l'ouverture de ladite cavité. 2- Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la différence angulaire estd'au moins 2 degrés. 3- Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits premier et second éléments de tubes comportent un revêtement intérieur et ladite bague annulaire assure le recouvrement complet de l'intervalle entre les revêtements desdits tubes. 4- Raccord conique de tube pour relier les extrémités de sec tion de tubes, caractérisé par a) des parties terminales mâles et femelles à l'intérieur et à l'extérieur, sur les sections de tubes respectives, s'engageant coaxialement l'une dans l'autre, infléchies coniquement , dans lesquelles: - angle d'infléchissement de la partie terminale interne mâle est plus grand que l'angle d'infléchissement de la partie terminale externe femelle, afin que la différence d'angle entre les parties infléchies définisse entre elles une cavité conique; - les dianètres relatifs desdites sections de tube aux extrémités internes des dites parties terminales infléchies sont réalisées de manière à définir un aJustement par liaison mécanique entre les sections de tubes; et b) l'interposition d'un adhésif comprimé entre les parties terminales coniques en engagement mutuel, cet adhésif formant une paroi solide dans ladite cavité et une bague annulaire à l'ouvertu- re de ladite cavité. 5- Raccord conique de tubes selon la revendication 4, carac térisé en ce que les sections des tubes sont munies d'un revêtement interne et ladite bague annulaire recouvre complètement l'intervalle compris entre les revêtements des sections de tube. 6- Raccord conique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la différence d'angle est d'au moins 2 degrés. 7- Raccord de tube entre une première et une seconde section de tube,caractérisé en ce que la première section de tube comporte une partie femelle constituée de a) une portion cylindrique de longueur appréciable ayant un diamètre intérieur légèrement inférieur au diamètre extérieur de la Seconde section de tube, pour former avec celle-ci un aJustement mécanique, et b) une portion conique prolongeant ladite portion cylindrique et s'infléchissant vers l'intérieur, et en ce que la seconde section de tube comporte une partie mâle formée par une portion conique s'infléchissant vers l'intérieur, la longueur de la portion conique mâle étant légèrement inférieure à la longueur de la portion conique femelle et la portion conique femelle ayant un angle d'inclinaison inférieur à celui de la portion conique mâle, de manière que lorsque la partie mâle est complètement enfoncée à force dans la partie femelle, la surface conique interne de la partie femelle délimite avec la surface conique externe de la partie mâle une cavité allant sensiblement de la zone de raccordement des portions conique et cylindrique de la partie femelle à l'extrémité de la partie mâle, une substance adhésive comprimée étant disposée dans cette cavité et formant une paroi solide de liaison entre les parties male et femelle. 8- Raccord de tube selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite substance adhésive forme une bague, à l'ouverture, entre 11 extrémité de la partie mâle et la portion opposée de la paroi interne conique de la partie femelle. 9- Raccord de tube selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites sections de tube ont un revêtement intérieur et la bague est solidarisée avec les revêtements desdites sections de tubes. 10- Raccord de tube selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison de la portion conique de ladite partie femelle est inférieure d'au moins 2 degrés à l'angle d'inclinaison de ladite partie mâle.