Brevet FR2491189A1 — publié le 19820402

i Il existe un besoin en une structure à haute résistance, présentant des surfaces métalliques internes résistant à la corrosion, par exemple une vanne porte montée dans une conduite qui contient des fluides corrosifs sous haute pression. Une telle vanne peut être réalisée en acier du type "AISI 4130" et elle peut être revêtue intérieurement (chambre et canaux) d'un acier inoxydable du type "300". De nombreux essais ont porté sur de telles structures. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique NI 3 349 789 et NI 2 497 780 décrivent des vannes comportant des garnitures qui doivent être fixées et scellées dans les canaux d'écoulement. Cependant, aucun moyen-n'est prévu pour revêtir les chambres de ces vannes. On a réalisé des produits par le procédé à pression isostatique appliquée à chaud, ce procédé consistant à former un espace rempli de métal en poudre et entouré d'une matière souple qui peut maintenir un joint sous la température et la pression de mise en forme. Le métal en poudre, lorsqu'il est chauffé et mis sous pression, se consolide dans la forme souhaitée. Les procédés antérieurs ont porté sur la réalisation de structures solides ou sur le revêtement de la surface extérieure d'une structure. D'autres exemples de l'art antérieur sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N0 3 631 583, NO 3 992 202 et NI 4 142 888, mais l'art antérieur ne décrit pas de procédé utilisant le processus à pression isostatique à chaud pour former un revêtement ou un garnissage dans des cavités d'une structure telles que, par exemple, un corps de vanne ou un corps d'obturateur anti-éruption. L'invention concerne un procédé perfectionné pour revêtir les cavités d'un corps par pressage isostatique à chaud. Le pressage isostatique à chaud est bien connu de l'homme de l'art et décrit, par exemple, dans le chapitre 9 de l'ouvrage "Powder Metallurgy Equipment Manual" de la Powder Metallurgy Equipment Association, 2ème édition, 1977. Le procédé consiste à établit dans les cavités du corps un espace délimité par les parois de ces cavités et par un moule élastique remplissant l'espace avec du métal en poudre, à établir le vide dans cet espace et à soumettre le corps à une température et une pression de mise en forme afin que le métal en poudre consolidé forme un garnissage dans la cavité du corps. L'invention a donc pour objet un procédé perfectionné pour produire un corps présentant des cavités revêtues, et notamment un procédé perfectionné de fabrication d'une structure résistant à la pression, en acier allié à haute résistance, dont les surfaces intérieures sont revêtues de matière résistant à la corrosion. L'invention concerne également un procédé perfectionné pour revêtir des cavités d'ur.e structure métallique, le revêtement étant constitué de métal consolidé par le processus à pression isostatique à chaud. L'invention concerne en outre un procédé perfectionné pour revêtir des cavités entrecroisées à l'intérieur d'une structure métallique. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un corps de vanne, montrant la structure utilisée pour délimiter l'espace à l'intérieur des cavités du corps; - la figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la figure 1; et - la figure 3 est une coupe axiale de la structure achevée et finie, cette vue montrant le revêtement métallique consolidé, après usinage. La figure 1 représente un corps 10 de vanne qui comprend une structure en acier allié présentant des cavités qui comprennent des canaux 12 d'écoulement et une chambre 14 devant recevoir un revêtement résistant à la corrosion. Pour préparer l'apport de métal en poudre, une boîte 16, comportant un mince tube 18, un fond plat 20 et un mince manchon 22 qui traverse la partie intermédiaire du tube 18, est introduit dans la chambre 14 de la vanne. Le fond 20 est scellé à l'extrémité du tube 18, par exemple par soudage, et le manchon 22 est également scellé au tube 18 par soudage. Un mince tube 24 est introduit dans les canaux 12 et le manchon 22, comme représenté. Un anneau 26 est soudé à la surface extérieure de la boite 16 et à la surface extérieure du corps 10, comme représenté, et des anneaux 28 et 30 sont soudés autour des extrémités du tube 24 et sur la surface extérieure du corps 10. Un tube 32 de remplissage passe à travers l'anneau 26 et un tube 34 de remplissage traverse l'anneau 30. La structure constituée par la boite 16, le tube 24 et leurs anneaux 26, 28 et 30 de fermeture délimite un espace 36 avec les parois des canaux 12 et de la chambre 14. Cette structure assume la fonction d'un moule élastique transmettant la pression ou d'une structure étanche en métal mince, transmettant la pression, comme décrit ci-après. Il est important que les soudures de la structure constituée par la boite 16, le manchon 22 et le tube 24 soient étanches à l'air et qu'elles conservent cette étanchéité pendant la phase de consolidation, afin que la poudre métallique chauffée soit isolée de l'air. L'espace 36 ménagé à l'intérieur des cavités 12 et 14 du corps est ensuite rempli, au moyen des tubes 32 et 34, d'une poudre métallique convenable, par exemple de l'acier inoxydable du type "316". Il est recommandé que le corps 10 soit soumis à des vibrations pendant le remplissage de l'espace 36 afin que ce dernier soit totalement rempli de poudre de métal avant le commencement de l'étape suivante. Il est avantageux que la matière constituant la boite 16, le tube 24 et les anneaux 26, 28 et 30 soit similaire à celle utilisée pour le revêtement. De plus, il est recommandé que l'espace soit suffisamment grand pour qu'il s'y forme un revêtement en métal consolidé ayant une épaisseur suffisante pour permettre son usinage à la forme finale, sans que le revêtement fini présente des évidements ou des défauts d'enrobage. Lorsque la même matière est utilisée pour la boite 16 et le tube 24, une partie du revêtement fini peut être constituée par la matière de la boite 16 et du tube 24. Lorsque l'espace 36 est totalement rempli, le vide est fait par le branchement d'un dispositif convenable, par exemple une pompe à vide (non représentée), à l'un ou l'autre des tubes 32 et 34 de remplissage ou à ces deux tubes. Le vide doit être suffisant pour que la quantité de gaz présents dans l'espace 36 n'affecte pas la formation d'un revêtement métallique consolidé convenable. Lorsque le vide souhaité est atteint, les tubes 32 et 34 de remplissage sont fermés et scellés. Si cela est souhaité, des robinets convenables (non représentés) peuvent être montés sur ces tubes afin de pouvoir être fermés lorsque l'opération d'établissement du vide est finie. Il est recommandé que ces robinets soient étanches dans les conditions de mise en forme. Ensuite, le corps 10 est placé dans un autoclave (non représenté) ou dans tout autre appareil convenable dans lequel il est soumis à une température (environ 1150WC) et une pression (environ 105 MPa) de mise en forme. Le corps 10 est maintenu dans ces conditions de mise en forme pendant plusieurs heures, puis on le laisse refroidir. Pendant l'exposition aux conditions de mise en forme dans l'autoclave, la boîte 16 et le tube 24, qui sont élastiques, s'expansent de façon à comprimer le métal en poudre contre les parois des canaux 12 et de la chambre 14. La chaleur et la pression provoquent donc une consolidation du métal qui forme, à l'intérieur du corps, un revêtement solide se liant totalement aux parois des canaux 12 et de la chambre 14. Dans le cas o la boîte 16 et le tube 24 sont réalisés dans la même matière que le revêtement, ils s'intègrent à ce revêtement et peuvent faire partie du produit fini. Le corps refroidi 10 est ensuite soumis à un traitement thermique tel que demandé pour acquérir les propriétés mécaniques souhaitées, puis il est usiné à la forme montrée sur la figure 3. Les parois de ses canaux 12 et de sa chambre 14 présentent alors un revêtement uniforme et lisse 40, résistant à la corrosion. Dans le cas o la boîte 16 et le tube 24 sont réalisés en une matière différente de celle du revêtement, ils sont de préférence totalement éliminés au cours de l'étape d'usinage. Il est recommandé que les parois à revêtir par le procédé de l'invention soient nickelées au cours d'une étape 2491M8! de préparation à la formation d'un revêtement par le procédé de l'invention. On pense que le nickelage empêche l'oxydation, favorise la continuité de la liaison et empêche le chrome, présent dans le métal en poudre, de passer par migration dans l'alliage et de former une structure martensitique non désirée. Il est prévu de pouvoir mettre en oeuvre le procédé de l'invention pour la réalisation de revêtements de nickel, d'alliages de nickel, de tantale, d'alliages "Hastelloy", de cuivre, d'alliages de cuivre, d'alliages à base de cobalt, d'aciers inoxydables et d'alliages et de carbures de titane, liés à un corps pouvant être constitué de diverses qualités d'acier allié, d'acier au carbone ou d'aciers inoxydables. Le procédé selon l'invention réalise un revêtement sur les parois d'alésages ou de cavités qui s'entrecroisent dans une enceinte à parois épaisses, résistant aux pressions, cette enceinte étant utilisée comme métal de base recevant le métal en poudre appliqué par pression isostatique et à chaud. La structure décrite et représentée est un corps de vanne en acier allié, revêtu d'acier inoxydable. Le procédé selon l'invention peut être utilisé pour revêtir l'alésage et les glissières d'un corps d'obturation anti-éruption au moyen de deux tubes d'acier inoxydable formant le moule autour de l'espace dans lequel la poudre de métal est introduite, à la place du tube et de la boite décrits précédemment. Les conditions de formation (température, pression, temps et degré de vide) sont bien connues et doivent être réglées en fonction des matières particulières utilisées. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour revêtir un corps présentant plusieurs cavités, caractérisé en ce qu'il consiste à fixer et sceller une structure fermée (16, 24) en métal mince à l'intérieur des cavités (12, 14> du corps (10), à une certaine distance des parois des cavités, à remplir de poudre de métal l'espace (36) compzis entre les parois des cavités et la structure scellée, à éliminer le gaz dudit espace, à soumettre le corps (10), contenant la stucture scellée et Ja poudre de métal, à une température d'environ 1150WC et à une pression d'environ 105 MPa pendant une durée d'environ deux heures afin de consolider la poudre de métal pour qu'elle forme un.revêtement uniforme et dense dans les cavités, à laisser refroidir le corps revêtu, et à usiner aux dimensions souhaitées les cavités revêtues. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste également à nickeler les cavités du corps avant la fixation de la structure. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'usinage consiste à éliminer la structure scellée en métal mince de l'intérieur des cavités revêtues). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités comprennent deux cavités qui s'entre- coisent. 5. Procédé pour revêtir un corps métallique présentant une cavité, caractérisé en ce qu'il consiste à positionner un moule métallique (16, 24), transmettant la pression, à l'intérieur et à une certaine distance des parois de la cavité (12, 14) du corps (10), à remplir d'une poudre de métal l'espace (36) compris entre le moule et les parois de la cavité, à faire le vide dans l'espace rempli de poudre de métal, et à soumettre le corps (10) et le moule à une température et à une pression suffisantes, pendant une durée suffisante pour -consolider la poudre de métal en une garniture métallique dense et uniforme recouvrant la cavité. 6. Procédé pour appliquer un revêtement résistant à la corrosion sur la surface intérieure d'une enceinte à haute résistance à la pression, caractérisé en ce qu'il consiste à fixer et sceller un moule élastique (16, 24) à la surface à revêtir, à une certaine distance de cette surface, à remplir de poudre de métal l'espace (36) compris entre la surface et le moule, à faire le vide dans l'espace, et à soumettre le moule, la poudre de métal et la structure (10) à une température et une pression suffisamment élevées pour consolider la poudre de métal afin qu'elle forme un revêtement dense et uniforme sur la surface. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste également à nickeler ladite surface avant l'étape de fixation du moule. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enceinte est en acier allié à haute résistance et en ce que le revêtement est en acier inoxydable. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste également à enlever par usinage le moule et le revêtement excédentaire. 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le moule est en acier inoxydable, caractérisé en ce qu'il consiste à usiner le moule et le revêtement pour obtenir la surface souhaitée. 11. Procédé de réalisation d'une structure de vanne revêtue, caractérisé en ce qu'il consiste à sur- dimensionner par usinage une chambre (14) et des canaux (12) d'écoulement dans le corps (10) de la vanne, à nickeler les parois usinées de la chambre et des canaux d'écoulement, à introduire dans la chambre une boite (16) en acier inoxydable, dimensionnée de manière à être espacée des parois usinées de la chambre, cette boite pouvant être traversée par un manchon (22) qui est soudé à ladite boite, à introduire un tube (24) d'acier inoxydable dans les canaux du corps et dans le manchon, à fixer des anneaux (26, 28, 30) de fermeture d'extrémité autour des extrémités ouvertes de la boite et du tube, à fixer les anneaux de fermeture à la surface extérieure du corps afin d'assurer le maintien d'un espace uniforme entre, d'une part, la boîte et le manchon et, d'autre part, les parois usinées du corps, l'un des anneaux 2491 189 de fermeture étant traversé par un tube (32 ou 34) de remplissage, à introduire au moyen dudit tube de remplissage une poudre d'acier inoxydable dans l'espace (36) situé dans la cavité et les canaux, autour de la boîte et du tube, à faire vibrer le corps de la vanne pour assurer un remplissage complet de l'espace par la poudre de métal, à éliminer le gaz dudit espace afin de réduire la pression régnant dans ce dernier, à fermer et sceller le tube de remplissage, à chauffer le corps, la boîte, le manchon et la poudre de métal sous une pression et à une température de mise en forme, à maintenir la température et la pression, obtenues dans un autoclave, pendant une durée suffisante pour que le métal en poudre se consolide et forme un revêtement, à permettre au corps revêtu de se refroidir, et à usiner la chambre et les canaux revêtus aux dimensions souhaitées. 12. Corps de vanne revêtu, caractérisé en ce que le corps (10) en acier inoxydable présente une chambre (14) et des canaux (12) d'écoulement, les parois de la chambre et les canaux étant revêtus de métal en poudre consolidé. 13. Structure revêtue, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (10) qui présente plusieurs cavités (12, 14) et un revêtement de métal en poudre consolidé recouvrant les parois des cavités. 14. Structure selon la revendication 13, caractérisée en ce que les cavités du corps s'entrecroisent.