Brevet FR2492692A1 — publié le 19820430

L'invention concerne un procédé de mandrinage ou de dudgeonnage, consistant a élargir des tubes en vue de leur fixation dans des plaques tubulaires par des galets ou rouleaux qui sont montés rotatifs dans un porte-rouleaux introduit dans le tube et qui sont écartés mutuellement dans le sens radial par un mandrin conique, ainsi qu'un outil ou dudgeon pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il s'est avéré que, dans certains cas, surtout s'il s'agit de tubes Ca parois) minces, même si l'on utilise des appareils de commande assurant une commande très précise, les tubes ne peuvent pas être assemblés de façon étanche a la plaque tubulaire parce que l'appui en trois ou en cinq points (suivant qu'il y a trois ou cinq rouleaux en appui sur le mandrin) ne se laisse pas supprimer. Le tube n'est donc pas élargi en une forme circulaire en section. Surtout en cas d'utilisation de dudgeons automatiques et de tubes minces, il est très difficile sinon impossible d'obtenir une application uniforme du tube tout autour de la paroi du trou de la plaque tubulaire. Le meme phénomène se produit aussi pendant le travail avec un dudgeon dont les rouleaux sont montés parallèlement a l'axe du dudgeon dans le porte-rouleaux et l'avance est produite par un filetage. Dans les deux cas, l'avance du dudgeon dans le tube ne se laisse adapter aux besoins qu'avec d'importants moyens techniques. Sur un dudgeon automatique, l'avance est fixée par l'angle formé entre les rouleaux et l'axe du corps de l'outil ; sur l'autre type de dudgeon, l'avance est fixe par le filetage au moyen duquel le dudgeon est enfoncé dans le tube après que l'élargissement d'assemblage a été atteint. L'invention vise donc a éviter ces inconvénients des procédés connus et des dudgeons employés pour leur mise en oeuvre et a créer plus particulièrement un dudgeon capable de former un arrondi, ctest-a-dire de former un tronçon de tube cylindrique de section circulaire, au début et/ou a la fin au moins de la zone de refoulement vers l'extérieur de la paroi du tube. En outre, l'avance du mandrin pour l'écartement des rouleaux doit être variable et il doit etre possible aussi d'adapter l'avance du dudgeon lui-même aux circonstances, de manière qu'elle puisse être ajustée à une grandeur optimale en fonction de l'épaisseur de la paroi, du matériau et du diamètre des tubes. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le mandrin est relié à un ou plusieurs vérins pneumatiques ou hydrauliques et une commande dont les éléments sont en soi connus varie la pression et/ou le débit du fluide de travail de ces vérins en fonction de la force antagoniste créée sur le mandrin pendant la déformation du tube. Il est avantageux que la pression dans le vérin soit égale a la force antagoniste, ou la force tirant le mandrin entre les rouleaux, pendant un laps de temps réglable avant et/ou après que l'élargissement d'assemblage ait été atteint. Il est avantageux qu'une partie du corps d'outil d'un dudgeon selon l'invention forme un vérin pneumatique ou hydraulique dont le piston est relié au mandrin. Le principal avantage du procédé de l'invention et du dudgeon pour sa mise en oeuvre est que l'avance du mandrin entre les rouleaux et, partant, l'écartement des rouleaux peuvent être commas dés en fonction de la force antagoniste, c'est- -dire de la réaction. Cela signifie que le mandrin est avancé très rapidement tant que les rouleaux ne sont pas encore appliqués contre la surface antérieure du tube. La déformation commence donc très vite après l'introduction du dudgeon dans le tube. Pendant la deformation; la pression ou le débit du fluide de travail du vérin faisant avancer le mandrin est varié suivant la grandeur de la force s'opposant a la déformation, ce qui fait varier de façon analogue la vitesse de déformation ou d'élargissement du tube. Cet avantage est particulièrement important parce que les tubes en matériau coûteux utilisés actuellement de plus en plus - et ayant en même temps une faible épaisseur - exigent une adaptation de l'elargissement d'assemblage aux différentes conditions pour obtenir un assemblage optimal.Des fixations d'une telle qualité sont indispensables surtout dans la construction de réacteurs nucléaires, afin que puisse etre garantie la sécurité des échangeurs de chaleur à tubes qui y sont utilisés par l'exclusion du risque de rupture prématurée et imprévisible de tubes, par exemple par suite de corrosion intergranulaire ou de corrosion fissurante due A la contrainte. En cas d'emploi d'un dudgeon automatique, où les rouleaux sont inclinés par rapport à l'axe longitudinal de l'outil, le mandrin, après introduction du dudgeon dans le tube à fixer, est tout d'abord avancé par une grande quantité de fluide, jusqu'a ce que les rouleaux ainsi écartés se soient appliqués contre la surface intérieure du tube. Ensuite, le mandrin est tiré davantage entre les rouleaux et le dudgeon lui-même avance plus dans le tube. Si l'on réduit alors la pression sur le piston, le mandrin pénetrera moins vite entre les rouleaux, ce qui équivaut à un élargissement plus lent du tube. Dès que l'élargissement d'assemblage est atteint, la commande applique toute la pression en sens contraire au piston, de sorte que le mandrin ne peut plus avancer par rapport aux rouleaux ni, par conséquent, les écarter plus. Si le dudgeon fait ensuite encore trois ou quatre tours, il arrondit la fin de la zone de refoulement avec l'écartement des rouleaux correspondant à l'élargissement d'assemblage, ce qui assure une très bonne étanchéité du dudgeonnage.Pour desserrer le dudgeon, il est commuté à la marche à gauche, c'est-à-dire entraîné en rotation en sens contraire, de sorte qu'il se visse hors du tube jusqu'à ce que le mandrin ne maintienne plus les rouleaux appliqués contre la surface intérieure du tube. Le dudgeon peut ensuite être retiré complètement du tube. Une telle opération d'arrondissement de la section du tube sans avance peut naturellement être prévue aussi au début d'un dudgeonnage, en retenant le dudgeon au même endroit jusqu'à ce que ses rouleaux aient produit l'élargissement d'assemblage, sans qu'il y ait une pression dans le cylindre du vérin. Quand l'élargissement d'assemblage est atteint, on immobilise le piston par une application de pression sur ses deux côtés et on laisse le dudgeon pénétrer davantage dans le tube sous la traction produite en raison de la position oblique des rouleaux, avec maintien de l'écartement des rouleaux correspondant à l'élargissement d'assemblage désiré du tube puisque le mandrin, retenu par le piston, ne peut pas être tiré davantage entre les rouleaux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'un dudgeon selon un premier exemple de réalisation de l'invention ; et la figure 2 est une coupe axiale de la région du piston d'un dudgeon multiple selon un second exemple de réalisation. La figure 1 représente un dudgeon dont le corps d'outil 11 possède une partie antérieure 12 et une partie postérieure 13. Le porte-rouleaux 15 est monté de façon à pouvoir tourner librement dans l'extrémité avant de la partie antérieure 12 par une partie discoide 14 entre des roulements à aiguilles 16. Le porte-rouleaux 15, formant une cage, présente généralement trois fentes 17 qui sont réparties circonférentiellement et dans lesquelles sont situés les rouleaux de mandrinage (non représentés) orientés parallèlement à l'axe longitudinal du mandrin 18. Celui-ci traverse une chambre 19 formée par la partie antérieure 12 du corps d'outil et dans laquelle peuvent être introduits, à travers l'orifice d'admission 20, de l'air de refroidissement, un brouillard d'huile et ainsi de suite.La longueur de la chambre 19 dans le corps 11 correspond à la course que le mandrin 18 doit effectuer pour produire l'écartement maximal des rouleaux. Le mandrin 18 est fixé a l'arriere par un bout carré 21 à une partie d'arbre 22 qui fait partie du dispositif d'entraînement en rotation et qui traverse de façon étanche la cloison 23 du corps d'outil 11. La partie d'arbre 22 coopère avec le piston 24 d'un vérin 25 formé par la partie postérieure 13 du corps d'outil 11. A l'arrière, une barre 26 reliée au piston 24 traverse le fond de cylindre 27 du vérin 25 et mène au dispositif d'entratnement en rotation (non repré sent8), avec interposition d'un accouplement télescopique. Le piston 24 peut se déplacer entre les deux butées 28 et 29 da#ns le vérin 25. A côtE de chacune de ces butées débouche en plus une canalisation 30 respectivement 31 dans le cylindre du vérin. Lors de l'utilisation du dudgeon, le porte-rouleaux 15 est introduit jusqu'à la butée 32 dans le tube à fixer dans une plaque tubulaire, le mandrin 18 et le piston 24 occupant les positions représentées sur la figure 1 et la machine d'entraînement fait déjà tourner le mandrin 18. Par la canalisation 30 est ensuite introduite une quantité relativement grande d'huile hydraulique sous une pression relativement basse, de sorte que le piston 24 et le mandrin 18 sont avancés rapidement. Lorsque, par suite de l'enfoncement du mandrin 18 entre les rouleaux, il s'établit aux rouleaux, donc aussi sur le mandrin 18 un couple de rotation, la pompe hydraulique alimentant le vérin 25 est commutée de façon en soi connue au régime haute pression, ce qui produit une avance plus lente du mandrin.Cette lente avance du mandrin 18, produisant le dudgeonnage proprement dit, peut être ajustée, limitée et éventuellement commandée davantage suivant les besoins et en fonction des dimensions du tube, du matériau dont il est fait, de l'épaisseur de sa paroi et de la vitesse de rotation de la machine d'entraînement. La commande hydraulique peut être conçue de manière que, au moment où l'élargissement d'assemblage préalablement ajusté sur l'appareil de commande est atteint, elle maintienne la pression nécessaire pour cet élargissement, tandis que la machine ss entraine- ment continue à tourner. On obtient ainsi un excellent arrondissement de l'extrémité de la zone de refoulement, ce qui permet de réaliser une zone de refoulement parfaitement cylindrique, ce qui est surtout très important dans le cas de tubes extrêmement minces. L'opération d'arrondissement ou d'égalisation en une section circulaire peut bien entendu être exécutée aussi pendant que le dudgeon tourne à gauche. Quoi qu'il en soit, la durée de cette opération est réglable sur l'appareil de commande. Pour dégager le dudgeon du tube, il faut tout d'abord couper la pression dans la canalisation 30 et envoyer du fluide de pression par la canalisation 31. Le piston 24 est de ce fait ramené A la position de départ représentée sur la figure 1, où le dudgeon est prêt pour un nouveau dudgeonnage. En cas d'utilisation d'un dudgeon comportant des rouleaux disposés obliquement dans le porte-rouleaux, le mandrin 18 est automatiquement tiré entre les rouleaux, ce qui produit l'écartement de ceux-ci, jusqu'à ce que l'élargissement d'assemblage préalablement ajusté soit atteint. A cet instant, la pompe hydraulique envoie la pression par la canalisation 31, ce qui maintient le piston 24 donc aussi le mandrin 18 à la position qu'ils occupent à cet instant, si bien que les rouleaux ne peuvent pas tirer le mandrin davantage entre eux et, comme la machine d'entraînement continue à tourner, l'endroit où travaille le dudgeon à ce moment est arrondi.Quand la machine d'entraînement est commutée à la marche à gauche après que l'élargissement d'assemblage a été atteint, le piston 24 doit être exposé à une pression telle, à travers la canalisation 30, que le mandrin 18 soit immobilise, par rapport aux rouleaux, à la position correspondant à L'élargissanent d'assemblage. La commande de ces opérations est en soi connue et peut etre réalisée par des moyens connus. Si le mandrin 18 ne doit pas être tiré entre les rouleaux à la vitesse préfixée par ceux-ci, il y a lieu d'établir dans le vérin 25 une contre-pression produisant sur le piston 24 une force inférieure a la force avec laquelle le mandrin 18 est tiré entre les rouleaux. La figure 2 représente un piston 32 monté coulissant dans un cylindre 33 et coopérant avec un mandrin 34 qui est monté rotatif mais de façon étanche dans le piston 32. Le mandrin 34 porte un anneau 35 par lequel il prend appui sur un roulement à aiguilles 36 incorporé dans le piston 32. Le bout de mandrin 37 traversant le piston est étanché par rapport à celui-ci par un joint 38, par exemple sous forme d'une bague à lèvres avec ressort. Sur l'extrémité du bout de mandrin 37 faisant saillie à l'arrière du piston 32 est emboîtée et fixée par une goupille transversale 41 la tête 39 d'un arbre d'entraînement 40. La tête 39 s'appuie également sur un roulement à aiguilles 42 dans le piston 32. Ce dernier est ajusté lui-même de façon étanche dans le cylindre 33 par la garniture 44. L'arbre 40 est étanché par des joints 43 dans la traversée par le fond du corps d'outil. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et que l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. Par exemple, il est parfaitement possible de prévoir le vérin hydraulique à côté du prolongement du mandrin dans-le corps d'outil ou de prévoir un vérin hydraulique directement raccordé à ce corps et de transmettre les mouvements du piston par une fourchette au mandrin REVENDICATIONS 1. Procédé de mandrinage ou de dudgeonnage, consistant à élargir des tubes en vue de leur fixation dans des plaques tubulaires par des galets ou rouleaux qui sont montés rotatifs dans un porterouleaux introduit dans le tube et qui sont écartés mutuellement dans le sens radial par un mandrin conique, caractérisé en ce que le mandrin est relié à un ou plusieurs vérins pneumatiques ou hydrauliques et une commande dont les éléments sont en soi connus varie la pression et/ou le débit du fluide de travail de ces vérins en fonction de la force antagoniste créée sur le mandrin pendant la déformation du tube. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de rouleaux disposés dans le porte-rouleaux parallèlement à l'axe de celui-ci, la pression dans le vérin produit une force qui est plus grande que la force antagoniste créée par la déformation du tube sur le mandrin. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de rouleaux disposés obliquement dans le porte-rouleaux, la pression dans le vérin produit une force qui est plus petite que la force par laquelle le mandrin est tiré entre les rouleaux 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que la pression dans le vérin produit, pendant un laps de temps réglable avant et/ou après que ltélargissement d'assemblage soit atteint, une force égale à la force antagoniste ou à la force avec laquelle le mandrin est tiré entre les rouleaux. 5. Dudgeon pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce qu'une partie (13) du corps du dudgeon est réalisée sous forme d'un vérin pneumatique ou hydraulique (25), comprenant un piston (24, 32) relié au mandrin (18, 34). 6. Dudgeon pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le vérin est disposé sous forme d'un organe autonome dans ou sur le corps du dudgeon, le piston du vérin étant relié au mandrin. 7. Dudgeon selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le vérin est un vérin à double effet, présentant un orifice d'admission en avant et un orifice d'admission à l'arrière.