Brevet FR2500575A1 — publié le 19820827

La présente invention se rapporte à la fabrication de structures soudées et a notamment pour objet un moyen d'arrêt ou de limitation du cheminement d'une fissure dans le matériau d'un structure soudée en tales. L'invention peut être utilisée pour arrêter notamment les ruptures fragiles et les fractures par choc du matériau constituant une structure soudée telle que : coque de navire, paroi de réservoir swdédestiné austD-#produits pétroliers, etc. Elle présente le plus d'intérêt pour la création d'un obstacle sur le trajet de cheminement probable d'une fissure lors de son cheminement en avalanche" dans les gazoducs exploités dans des conditions de basses températures. On connaît un moyen d'arrêt du cheminement de fissures, qui se présente sous forme de plaques de doublage fixées par rivetage par-dessus une rainure pratiquée de part en part, par exemple, dans la coque d'un navire ou dans la paroi d'un réservoir, et disposée sur le trajet probable de cheminement d'une fissure, perpendiculairement à la direction de celle ci (voir "Fizika razrushenia" par V.M. Finkel, M., Metallurgian, 1970, p. 280). Toutefois, les assemblages rivetés sont imposssibles à utiliser dans un certain nombre de structures. En particulier, la méthode du rivetage ne peut être utilise pour les gazoducs à haute pression, où,powtant,les moyens d'arrêt de la propagation des fissures sont particulièrement utiles. En effet, de tels assemblages n'assurent pas l'étanchéité et la résistance mécanique des gazoducs. D'autre part, quand on a recours au soudage pour résoudre/ce problème, on n'obtient pas l'effet recherché, car la fissure traverse les soudures et les plaques de doublage et continue son chemin le long du gazoduc. On connait aussi un moyen d'arrêt du cheminement de fissures (voir "Razrushenie", v. 5, M., Mashinostroenie, pp. 40-43), qui se présente sous forme d'un empilage de tôles encastré, situé sur le trajet probable de la fissure, ou, en d'autres termes, sous forme d'un élément d'insertion multicouche disposé dans une zone de fissuration éventuelle dans une structure en tôles (coque de navire, réservoir, gazoduc) dont la rupture peut avoir des consé~- quences graves. Quand on utilise un tel moyen d'arrêt,la fissure, en cheminant, atteint ledit empilage de plaques et,gr#ce au changement des propriétés du matériau dudit empilage et aux particularités du cheminement de ladite fissure dans ce dernier, sa vitesse et son trajet de cheminement changent, la fissure, en quelque sorte, s'y enlise et son cheminement cesse. Cependant, les dimensions d'une telle insertion multicouche dépendent de la longueur de la fissure dans les limites de l'insertion jusqu'à son arrêt difinitif. En cas de rupture en avalanche d'une structure soumise à une haute pression, en particulier d'un gazoduc constitué de tubes de grand diamètre (1200 à 1420 mm), la vitesse de propagation de la fissure atteint 400 à 600 m/s. On comprend que la dimension d'un tel moyen d'arrêt suivant la direction du trajet présumé de la fissure doit être assez grande, d'où le coftélevé dudit moyen.D'autre part, lorsqu'il s'agit de ruptures par choc, l'effet de freinage du cheminement de la assure est insuffisant,car,pour une même 4SEEeurde 1'empilage fe plaques et-du matériau dans lequel est engendrée la rupture par choc, les caractéristiques de résilience dudit empilage sont proches de celles dudit matériau. L'invention vise donc un moyen d'arrêt du cheminement d'une fissure, qui permettrait. de freiner d'une manière efficace et fiable le cheminement de la fissure sur une petite partie de son trajet au sein dudit moyen d'arrêt. Ce problème est résolu à l'aide d'un moyen d'arrêt du cheminement d'une fissure dans une structure soudée en tales, du type constituant une partie de ladite structure et se présentant sous forme d'un élément d'insertion multicouche, caractérisé, selon l'invention, en ce que dans au moins une couche de l'élément d'insertion est pratiquée au moins une fente ou tentaille disposée sous un angle par rapport à la direction du cheminement de la figure. Ceci permet de freiner très efficacement le mouvement de la fissure sur une faible partie de son trajet dans le corps du moyen d'arrêt, du fait, que, une fois qu'elle a atteint le bord de ladite fente, la fissure ne peut pas reprendre son cheminement à partir de l'autre bord. Il est rationnel que les fentes soient décalées l'une par rapport à l'autre dans au moins deux couches de lteleSmgfd > erin. Pour assurer l'étanchéité de la structure, il est rationnel que dans chacune des couches extrêmes de l'insertion, de part et d'autre de chacune des fentes, soient réalisés des cordons de soudure de pénétration. Lorsque la structure en tôles soudées est une conduite, l'insertion multicouche a la forme d'un tube dont les couches sont disposées suivant une spirale d'Archimède. Dans ce dernier cas,la longueur de chacune des fentes correspond à celle d'au moins une spire de ladite spirale. En outre,les fentes pratiquées dans une couche peuvent être mutuellement parallèles. Turque l'insertion soit étanche, au moins l'une de ses couches intérieures est pleine. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la detcription explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs,avec références aux dessins non #tnitatIs annexes dans lesquels:: - la figure 1 représente schématiquement un moyen d'arrêt du cheminement d'une fissure, réalisé ,selon l'invention,sous forme d'une insertion multicouche dans une structure soudée en tôles (avec arrachement partiel de l'une des couches) - la figure 2 représente schématiquement une variante de réalisation du moyen d'arrêt conforme à l'invention,dans lequel les fentes réalisées dans dan ouches coïncident (vue en perspective);; - la figure 3 représente une variante de réalisation comportant des cordons de soudure de pénétration dans les couches extrêmes de l'insertion (vue en perspective) - la figure 4 représente schématiquement une variante de réalisation du moyen d'arret, destinée à prévenir le cheminement d'une fissure (vue de profil) - la figure 5 illustre schématiquement l'arrêt du cheminement d'une fissure dans l'élément d'insertion. Le moyen d'arrêt du cheminement d'une fissure 1 (figure i) dans le matériau d'utestructure soudée 2 en tôles (coque de navire, réservoir haute pression, gazoduc, etc.)est constitué par une partie de la structure 2,réalisée sous forme d'un élément d'insertion multicouche 3 avec une fente on entaille 4 pratiquée dans au moins une couche 5 de l'insertionsslaquelle fente est disposée sous un angle par rapport à la direction du cheminement de la fissure 1. Pour diminuer la longueur de la fente et rendre plus probable l'aboutissement de la fissure à ladite fente, il est rationnel d'orienter celle-ci sous un angle proche de 900 par rapport à la direction la plus probable de cheminement de la fissure. Dans les couches 5 de l'élément d'insertion 3, les fentes peuvent soit être décalées l'une par rapport à l'autre, soit coïncider l'une avec l'autre dans au moins deux couches 5 (figure 2). Pour que la structure 2 (figure 3) munie d'un élément d'insertion 3 soit parfaitement étanche, il est avantageux de réaliser dans les couches extrêmes de l'insertion 3 des cordons de soudure de pénétration 6 disposés de part et d'autre de chacune des fentes et dont la profondeur de pénétration est de préférence supérieure à la profondeur de la couche. Lorsque la structure soudée 2 en tôles est une conduite (figure 4), l'élément d'insertion multicouche 3a la forme d'un tube dont les couches 5 sont disposées suivant une spirale d'Archimède et dont le diamètre n'est pas, de préférence, inférieur au diamètre de la conduite. La longueur de chacune des fentes 4 peut alors correspondre à la longueur d'au moins une spire de l'élément dtimertion 3 (figure 5). Comme représenté sur les figures 1-3, les fentes pratiquées dans une couche de l'élément d'insertion 3 peuvent être mutuellement parallèles. Pour que l'élément d'insertion 3 soit étanche, au moins l'une de ses couches intérieures 5 est pleine. Le cheminement d'une fissure est arrêté de la manière suivante. La fissure 1 en mouvement (figures 1, 5) pénètre dans l'élément d'insertion multicouche 3, rencontre sur son chemin la fente 4 et, ayant débouché à la surface libre de cette fente, ne peut plus recommencer à cheminer sur l'autre bord de ladite fente. Pour fabriquer l'élément d'insertion multicouche décrit on opère comme suit. Avant de procéder à l'assemblage des tôles en un élément multicouche, on pratique, par exemple à l'aide d'une fraise ou d'une meule mince, des fentes dans certaines desdites tôles. Ensuite, ces tôles sont assemblées en un empilage de façon que lesdites fentes soient disposées conformément à l'une des variantes de l'invention. Dans le cas d'une conduite, l'élément d'insertion multicouche est fabriquée à partir d'un feuillard qui est d'abord dressé et dont on découpe ensuite une ébauche de dimensions voulues en fonction du nombre de couches nécessaire . Ensuite, toujours à l'aide d'une meule, on pratique dans l'ébauche obtenue une fente (ou des fentes) de forme et de longueur nécessaires, après quoi on enroule l'ébauche comportant la ou les fentes. Pour vérifier l'efficacité du moyen d'arrêt du cheminement d'une fissure, on a soumis à des essais pneumatiques deux tubes. Le diamètre de ces tubes était de 1420 mm, leur longueur était de 160 m, la température des tubes était, lors des essais, de -150C, la pression à l'intérieur du tube était de 7,5 MPa. Au milieu de chacun des tubes on a pratiqué une incision ou amorce de rupture et on a inséré de part et d'autre de cette incision à une certaine distance de celle-ci, des moyens d'arrêt multicouches. Par explosion d'un pot de trinitrotoluène fixé, dans chacun des tubes, au niveau de l'incision, on a provoqué une fissuration par rupture fragile dans l'un des tubes, et une fissuration de rupture par choc, dans l'autre. Dans les deux cas, les fissures sont arrivées aux fentes pratiquées dans les éléments d'insertion multicouches et s'y sont arrêtées. Aucune rupture ne s'est produite audelà dudit élément. La nouvelle conception proposoedu moyen d'arrêt du cheminement d'une fissure permet, par exemple dans les gazoducs de 1400 mm de diamètre, de réduire la longueur du moyen d'arrêt jusqu'à 1,5 m, ce qui est très inférieur à la longueur des moyens d'arrêt multicouches de conception connue. Bien entendu, l'invention n'est nuÇegent limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Moyen d'arrêt du cheminement d'une fissure dans une structure soudée en tôles, du type se présentant comme une partie de ladite structure, sous forme d'un élément d'insertion multicouche (3), caractérisé en ce que dans au moins l'une des couches (5) de ltélément d'insertion (3) est pratiquée au moins une fente ou entaille (4) orientée sous un angle par rapport à la direction du cheminement de la fissure (1). 2. Moyen d'arrêt selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes d'au moins deux couches (5) de l'élément d'insertion (3) coincident. 3. Moyen d'arrêt selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans chacune des couches (5) extrêmes de l'élément d'insertion (3), de part et d'autre de chacune des fentes (4), sont réalisés des cordons (5) de soudure de pénétration d'une profondeur supérieure à la profondeur de la couche. 4. Moyen d'arrêt selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que dans le cas où ladite structure est une conduite, l'élément d'insertion multicouche (3) a la forme d'un tube à paroi multicouche dont les couches (5) sont disposées suivant une spirale d'Archimède. 5. Moyen d'arrêt selon la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur de chacune des fentes (4) correspond à au moins la longueur d'une spire de l'élé- ment d'insertion. 6. Moyen d'arrêt selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une couche O itérieure de l'élément d'insertion (3) est pleine. 7. Moyen d'arrêt selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les fentes (4) pratiquées dans au moins une couche (5) de l'élément d'insertion (3) sont parallèles entre elles.