Brevet FR2474641A1 — publié le 19810731

Raccord sphérique pour constructions tubulaires et systèmes de conduites et son procédé de fabrication. L'homme de l'art sait que des raccords sphériques peuvent entre utilisés avec avantage dans les conduites et les structures tubulaires pour réduire les concentrations de contraintes dans les joints entre des sections de conduite ou des éléments structurels. Les raccords sphériques ont une configuration idéale pour répartir les charges et les contraintes uniformément sur tout le joint. Les joints sphériques n'ont cependant pas trouvé une large application dans l'industrie, en premier lieu parce que leur fabrication est relativement conteuse et aussi parce que les joints sphériques conventionnels risquent de créer eux-memes des zones de concentration de tension dans le joint. A cet égard, les raccords sphériques connus pour conduites possèdent généralement un corps sphérique creux sur lequel sont soudées des tubulures de sortie orientées radialement pour le raccordement avec les conduites du système. Dans le cas des raccords sphériques utilisés dans des constructions telles que des treillis tubulaires, les tubes formant les éléments structurels ou membrures de la construction peuvent eux-mêmes être conformés en adaptation à la surface extérieure du corps sphérique et être soudés directement sur lui, ce qui évite le besoin de tubulures radiales. Dans un cas comme dans l'autre, le soudage dans une zone de fortes contraintes immédiatement adjacente à la surface sphérique du corps du raccord peut produire des concentrations de tensions et des amorces de fissures s'il n'est pas effectué dans les règles de l'art.Ce problème est encore rendu plus compliqué par le fait que les treillis tubulaires et les pipelines ou canalisations analogues sont souvent réalisés dans des régions ou à des endroits où le contrôle non destructif des joints de soudure est pratiquement impossible. L'invention évite les problèmes inhérents aux raccords sphériques conventionnels par la création d'un raccord qui possède des éléments de raccordement sous forme de tubulures façonnés directement du corps du raccord, et qui présente des transitions douces continues entre la surface sphérique du corps et les bouts extérieurs de jonction aux tubes des éléments de raccordement. Ces éléments de raccordement ou tubulures sont formés chacun par étirage d'une partie du corps du raccord. Ils assurent la plus faible concentration des contraintes et permettent d'attacher chaque conduite ou élément structurel tubulaire au raccord sphérique par une seule soudure circonférentielle à pénétration complète (sur toute l'épaisseur de paroi). Comme il ressort de la description qui va suivre du procédé de fabrication selon l'invention, les tubulures peuvent entre façonnées à différentes dimensions et suivant les dispositions désirées sur le corps sphérique ce qui laisse une grande latitude dans la conception des raccords, pour systèmes de conduites ou constructions tubulaires, sans que cela implique des analyses poussées des contraintes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en élévation d'un raccord sphérique selon l'invention; et - la figure 2 est une coupe axiale de ce raccord, prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 1 représente un raccord sphérique 10 du type convenant à la fois pour relier entre elles des sections de conduite dans un système de conduites et pour relier entre eux des éléments structurels ou membrures tubulaires dans une construction tubulaire. Le raccord 10 peut notamment etre fait d'un acier au carbone ayant une résistance minimale à la traction allant de 36 à 2 70 kglmm , mais il va de soi que pratiquement n'importe quel maté- riau susceptible d'être façonné selon le procédé de l'invention peut être utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention. Le raccord 10 possède un corps sphérique creux 12 qui est composé de deux sections hémisphériques 14, 16, ainsi qu'un certain nombre de protubérances tubulaires cylindriques ou tubulures 18 qui sont formées d'un seul tenant de la paroi du corps 12 et sont dirigées radialement vers l'extérieur à partir de ce corps. Chacune des tubulures 18 possède un bout extérieur 20 de jonction, qui est destiné à être relié par soudage à une extrémité d'une conduite ou d'une membrure tubulaire. Pour augmenter la qualité de cette liaison soudde, chaque bout 20 présente un biseau annulaire 22 qui est complémentaire a (forme une gorge en V avec) un biseau sur la conduite ou la membrure concernde, de sorte que la jonction peut Etre réalisée par une simple soudure bout à bout circonférentielle. Les dessins montrent que les tubulures 18 peuvent avoir des dimensions et des formes différentes, suivant les tubes devant atEe relies entre eux par le raccord 10, Dans cet exesnple, voir en particulier la figure 2 les tubulures 18a sont légèrement plus longues et possèdent un plus grand diamètre que les tubulures 18b et 18c, tandis que les tubulures 18b ont une plus forte épaisseur de paroi que les tubulures 18c, bien que les longueurs et les diamètres de ces tubulures soient à peu près égaux. Ces variations dans les dimensions des tubulures 18 sont réalisables par des procédés de fabrication connus, comme décrit ci-après. Un avantage important apporté par l'invention est les zones de transition 24 lisses et structurellement continues entre les tubulures 18 et le corps 12. Les charges et les contraintes transmises au raccord 10 par les tubes reliés à lui sont ainsi ré par ties uniformément, ce qui réduit les zones de concentration de tension et les problèmes qui y sont liés. Cet avantage est particulibrement net grflce au fait qu'il n'y a aucune soudure ou autre solution de continuité structurelle dans l'une quelconque des zones de transition 24. La fabrication du raccord 10 commence par la réalisation des sections hémisphériques 14, 16 à partir de tOles planes et par des procédés conventionnels. Des trous sont ensuite percés dans la paroi des sections 14, 16, aux points prédeterminés, puis des billes ou des sphères de façonnage, ayant les diamètres désirés, sont tirées radialement vers l'extérieur à travers les trous percés pour former les tubulures 18. L'opération d'étirage avec une telle sphère peut être effectuée par un tirage "libre" ou alors, si des tolérances plus étroites sont désirées, en combinaison avec une matrice de formage extérieure. Il peut etre nécessaire de chauffer la zone entourant le trou avant l'opération d'étirage.Il est dvi- dent que l'emploi de sphères et de matrices de différentes tailles permet de réaliser des tubulures 18 de différentes dimensions et formes. Les bouts extérieurs des tubulures 18 sont ensuite dressés pour former les bouts de jonction 20 équarris. Dans une opération d'usinage subsequente, un biseau annulaire 22 - dont le but a été décrit dans ce qui précède - est formé sur chacun des bouts 20. Enfin, les sections hémisphériques 14, 16 sont assem- blées à leurs bases, par une soudure 26 par exemple, pour former le raccord 10. Comme les tubulures 18c (figure 2) coupent la soudure 26, elles doivent Stre formées après le soudage des sections 14 et 16 l'une à l'autre. Cette formation de tubulures après l'assemblage des demi-sphères 14, 16 est seulement possible parce que les tubulures 18a sont assez grandes pour permettre l'accès l'intdrieur du corps 12 et aussi parce que les tubulures 18c sont beaucoup plus petites que les tubulures 18a. L'invention apporte une solution avec des possibilités d'application larges et de mise en oeuvre variées pour les constructeurs de canalisations et de structures tubulaires. Dans l'un comme dans la'autre domaine d'application, le raccord sphérique 10 représente le moyen le plus efficace pour répartir ùniformément les contraintes dans les joints entre les tubes. Comme expliqué plus haut, le façonnage des éléments de raccordement 18 directement sur le corps sphérique 12 apporte l'avantage qu'il n'y a pas de solutions de continuité ou de générateurs potentiels de tension dans les zones de transition critiques 24. De plus, la configuration des tubulures 18 permet de relier le raccord 10 aux tubes par de simples soudures bout à bout circonférentielles. L'invention représente donc un net progrès par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. Les raccords selon l'invention sont notamment utilisables sur les plates-formes de forage pétrolier au large des cOtes. La longueur axiale des tubulures sera généralement inférieure à leur diamètre REVENDICATIONS 1 - Raccord possédant un corps creux sphérique pour relier des tubes, caractérisé en ce qu'il présente au moins deux pro tubdrances tubulaires formées de matériau de la paroi du corps sphérique et dirigée radialement vers l'extérieur à partir de ce corps. 2 - Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est formé de deux parties hémisphériques creuses assemblées par leurs bases. 3 - Raccord selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les protubérances sont au moins à peu près cylindriques et ont un diamètre plus grand que leur longueur. 4 - Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les protubérances sont conçues pour être reliées aux tubes par des soudures bout à bout, l'extrémité extérieure de chaque protubérance étant pourvue d'un biseau annulaire pour former une gorge en V avec l'extrémité biseautée du tube à relier à la protubérance concernée. 5 - Procédé pour fabriquer un raccord sphérique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation de deux demi-sphères creuses sensiblement identiques, la formation de trous dans les demi-sphères b des endroits prédéterminés, le tirage d'une sphère de façonnage radialement vers l'extérieur à travers chaque trou pour former des protubérances tubulaires radialement saillantes sur les demi-sphères et l'assemblage des demi-sphères par leurs bases en un corps sphérique. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'usinage d'un biseau annulaire sur l'extrémité extérieure de chaque protubérance en vue de la liaison de cette extrémité àun tube par une soudure bout à bout.