Brevet FR2502781A1 — publié le 19821001

DISPOSITIF D'ESSAIS DE FISSURATION PAR FATIGUE EN MILIEU CORROSIF DANS DES EPROUVETTES METALLIQUES PRESENTANT UNE ENTAILLE La présente invention concerne un dispositif d'essais de fissuration par fatigue en milieu corrosif d'éprouvettes métalliques. Le développement des ressources pétrolières sous-marines et le transport du pétrole à travers la mer nécessitent l'installation d'équipements importants tels que les oléoducs et les plates-formes. Ces équipements doivent supporter de gros efforts dans un environnement corrosif pendant une certaine durée de service, ce qui pose des problèmes difficiles à résoudre. Il est donc nécessaire de développer non seulement des compositions d'acier, mais aussi des procédés de soudage appropriés. Dans ce développement, il faut toujours effectuer des essais tels que celui de rupture et celui de fissuration par fatigue pour vérifier que la sécurité de l'équipe- ment final est assurée.Toutefois, on ne peut pas prévoir exactement la durée de service de la pièce en acier d'après les essais ordinaires. I1 faut effectuer les essais en mettant les éprouvettes dans des conditions analogues à celles de l'environnement réel dans lequel est installé l'équipement final. Le but de l'invention est justement de proposer un dispositif d'essais de fissuration par fatigue d'éprouvettes métalliques dans des conditions semblables à celles de l'environnement marin réel. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif d'essais de fissuration par fatigue en milieu corrosif d'éprouvettes métalliques présentant une entaille. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - un bâti rigide, - un système bielle-manivelle produisant un mouvement rectiligne alternatif, - un ressort solidaire à l'une de ses extrémités du système biellemanivelle de façon à transformer le mouvement rectiligne alternatif en des cycles de traction ondulés, - des moyens pour former une chaîne d'éprouvettes, dont l'une des extrémités est fixée rigidement en un point du bâti et l'autre est reliée à l'une des extrémités du ressort qui est opposée à celle solidaire du système bielle-manivelle, de façon à permettre d'appliquer les cycles d'effort de traction ondulés à la chaîne d'éprouvettes, et - un ou plusieurs bacs contenant un liquide corrosif dans lequel les éprouvettes sont plongées, provoquant ainsi le développement d'une fissure par fatigue au voisinage du fond de l'entaille de chaque éprouvette dans le milieu corrosif. Selon une réalisation de l'invention, chacun des bacs est muni d'un conduit d'amenée du liquide et d'un conduit d'évacuation du liquide pour la circulation du liquide corrosif et comporte un trop-plein afin de maintenir le niveau du liquide dans les bacs. Selon une autre réalisation de l'invention, la chaîne d'éprouvettes est reliée au ressort par l'intermédiaire d'un levier, de façon à ce que l'effort de traction exercé par le ressort soit multiplié. Suivant une réalisation préférée de l'invention, le système biellemanivelle est susceptible d'être déplacé de façon à pouvoir ajuster la valeur moyenne de l'effort de traction exercé par le ressort. Conformément à un mode de réalisation, les moyens pour former la chaîne d'éprouvettes sont munis d'une cellule de mesure de charge de façon à pouvoir mesurer la valeur de l'effort de traction appliqué à la chaîne d'éprouvettes. Suivant une caractéristique de l'invention, le système bielle-manivelle est constitué - d'un plateau entraîné en rotation par un moteur et comportant une saillie sur l'une de ses faces, - d'une bielle reliée à ladite saillie de façon à transformer la rotation en un mouvement rectiligne alternatif, la saillie étant susceptible d'être déplacée le long d'un rayon du plateau de façon à pouvoir ajuster l'amplitude des cycles ondulés de l'effort de traction appliqués aux éprouvettes. Comme on l'a compris, le dispositif de l'invention reproduit des conditions d'essais semblables à celles de l'environnement réel et permet d'examiner le comportement de la fissuration par fatigue des pièces d'acier qui sont destinées à être utilisées dans des équipements dans la mer. Les éprouvettes sont plongées dans un liquide corrosif frais qui est mis en circulation, ce qui permet ainsi de reproduire l'environnement naturel de la mer. De plus, le dispositif de l'invention est susceptible d'être ajusté de façon à faire varier la valeur moyenne et l'amplitude des cycles ondulés de l'effort de traction qui sont appliqués aux éprouvettes. L'invention sera mieux comprise et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure I représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente une réalisation du bac contenant un liquide corrosif dans lequel l'éprouvette est plongée. On a représenté, sur la figure 1, le dispositif d'essais de fissuration par fatigue qui comprend un système bielle-manivelle 1 qui est monté sur un support 2. Le support 2 est, à son tour, mobile sur une poutre transversale 3 qui fait partie d'un bâti 4 supportant le dispositif. Comme il est bien connu, le système bielle-manivelle 1 produit un mouvement rectiligne alternatif. Plus particulièrement, le système biellemanivelle 1 est constitué d'un plateau 5 qui est entraîné en rotation, par l'intermédiaire d'un réducteur (non représenté sur la figure 1), par un moteur 6 qui est monté aussi sur le support 2, et d'une bielle qui est constituée par une pièce 7 de forme ovale qui coopère avec le plateau 5 de façon à transformer la rotation en un mouvement rectiligne alternatif. Pour cette coopération, d'une part, le plateau 5 est muni, sur l'une de ses faces, d'une saille 8 et, d'autre part, la bielle 7 est munie, sur celle de ses faces qui est en regard du plateau 5, d'une rainure 9 perpendiculaire à la poutre transversale 3. La saillie 8 s'emboîte dans la rainure 9 de façon coulissante.La bielle 7 est munie sur l'autre face d'une languette 10 qui est perpendiculaire à la rainure 9. La languette 10 de la bielle 7 s'emboîte de façon coulissante dans une rainure 11 qui est agencée parallèlement à la languette 10 dans une pièce 12 fixée rigidement au support 2, ce qui ne permet à la bielle 7 qu'un mouvement rectiligne. Comme on le comprend, lorsque le plateau 5 est entraîné en rotation, la saillie 8 glisse dans la rainure 9 de la bielle 7 en lui donnant un mouvement rectiligne. Comme dit plus haut, le support 2 est mobile sur la poutre transversale 3. A cet effet, le support 2 est monté de façon coulissante sur la poutre 3 parallèlement à laquelle s'étend une tige 13. La tige 13 est filetée à l'une de ses extrémités 14 sur laquelle s'engage un taraudage 15 ménagé dans une partie du support 2. Un volant 16 est agencé à l'autre extrémité de la tige 13 et permet l'ajustement de la position du support 2, à savoir du système bielle-manivelle 1. Comme on le voit sur la figure 1, un ressort 17 est relié à l'une de ses extrémités à la bielle 7 afin de transformer le mouvement rectiligne alternatif en des cycles d'effort de traction ondulés. Le ressort 17 est solidaire à l'autre extrémité d'un levier 18. Le levier 18 est articulé sur un axe 19 et solidaire à l'autre extrémité de moyens pour former une chaîne d'éprouvettes 20, à laquelle se trouve appliqué l'effort de traction. Comme on le comprend, l'effort de traction exercé par le ressort 17 est multiplié par le levier 18 dans un rapport approprié ; dans le cas du mode représenté sur la figure 1, il est multiplié par 5. Chacune des éprouvettes 21 est entaillée préalablement afin de faciliter le développement de fissures, conformément à la norme d'essais de fissuration par fatigue. L'éprouvette 21 est aussi préalablement perçée de deux trous 22 et 22' de part et d'autre de l'entaille 23. Comme on le voit sur la figure 1, les moyens pour former la chaîne d'éprouvettes 20 sont constitués d'un couple de barres 24, de plusieurs couples de barrettes 25 pour accoupler les éprouvettes 21, et d'une barre 26. Le couple de barres 24 est relié à l'une de ses extrémités au levier 18 par un boulon 27 et à l'autre extrémité à l'éprouvette occupant la première position par un boulon qui traverse le trou 22. Les barrettes 25 sont fixées à leurs deux extrémités respectivement aux éprouvettes 21 adjacentes par des boulons qui traversent les trous 22 et 22'. Le dernier couple de barrettes 25 accouple l'éprouvette occupant la dernière position et la barre 26 qui est, à son tour, fixée en un point du bâti 4 par un écrou 28. Comme on le voit sur la figure i, la barre 26 est munie d'une cellule de mesure de charge 29 de façon à pouvoir mesurer en continu l'effort de traction appliqué aux éprouvettes 21. La cellule 29 peut être d'un type bien connu dans le secteur technique considéré et ne constitue donc pas l'essence de l'invention. Le dispositif d'essais de l'invention comporte des bacs 30 contenant un liquide corrosif tel que l'eau de mer, dans lequel sont plongées les éprouvettes 21. Comme on le voit plus clairement sur la figure 2, le bac 30 est muni d'un conduit d'amenée 31 qui est relié à une source du liquide (non représentée sur les figures), et d'un conduit d'évacuation 32 qui est relié à un récipient (non représenté sur les figures). Un trop-plein 33 est ménagé dans le bac 30 afin de maintenir le niveau du liquide à la hauteur désirée. Le bac 30 est monté sur des tiges 34 et 34' qui sont fixées à une poutre transversale 35 du bâti 4. On explique ci-dessous le fonctionnement du dispositif d'essais de fissuration par fatigue suivant l'invention. On dispose une chaîne d'éprouvettes comme représenté sur la figure 1. Plus particulièrement, on accouple les éprouvettes 21 au moyen des barrettes 25 de façon à former une chaîne et on fixe l'une des extrémités de cette chaîne au levier 18 par l'intermédiaire d'un couple de barres 24 et l'autre extrémité à la poutre du bâti 4 par l'intermédiaire de la barre 26. Ensuite, on fixe les bacs 30 par les tiges 34 et 34' à la poutre transversale du bâti 4 de façon à mettre les éprouvettes 21 dedans. On alimente les bacs 30 en un liquide corrosif par le conduit d'amenée 31. Le niveau du liquide dans le bac 30 est maintenu à une même hauteur par le trop-plein 33 et le liquide qui déborde est récupéré par le conduit d'évacuation 32. D'autre part, on ajuste la valeur de l'effort de traction appliqué aux éprouvettes 21. Tout d'abord, on ajuste la position de la saillie 8 le long du rayon de la plaque 5, dont la longueur correspond à l'amplitude des cycles ondulés de l'effort de traction qui sont appliqués aux éprouvettes 21. Ensuite, on peut ajuster la position transversale du support 2 par le volant 16, ce qui fait varier la longueur du ressort 17, dont l'allongement est proportionnel à la valeur de l'effort de traction. Dans ces conditions, lorsqu'on met le moteur 6 en marche, le plateau 5 est entraîné en rotation et la bielle 7 transforme la rotation en un mouvement rectiligne alternatif avec une amplitude qui correspond au rayon de rotation de la saillie 8. Le mouvement rectiligne alternatif est transmis au ressort 17 et transformé en des cycles de l'effort de traction, dont la valeur moyenne peut être ajustée. L'effort de traction ondulé est multiplié et appliqué par le levier 18 à la chalne d'éprouvettes 20. Comme on l'a vu ci-dessus, le dispositif d'essais selon l'invention reproduit des cycles de l'effort de traction ondulés à des conditions variables. De plus, il reproduit un environnement corrosif d'essais semblable à celui dans lequel travailleront les pièces réelles. Il va de soi que la présente invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation particuliers décrits. Ainsi, la technologie particulière du système bielle-manivelle décrite en référence à la figure 1 peut être remplacée par toute autre technologie équivalente sans sortir du cadre de l'invention telle que définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'essais de fissuration par fatigue en milieu corrosif d'eprouvettes métalliques 21 présentant une entaille 22, caractérisé en ce qu'il comprend - un bâti rigide 4, - un système bielle-manivelle 1 produisant un mouvement rectiligne alternatif, - un ressort 17 solidaire à l'une de ses extrémités du système biellemanivelle 1 de façon à transformer le mouvement rectiligne alternatif en des cycles de traction ondulés, - des moyens pour former une chaîne d'éprouvettes 20, dont l'une des extrémités est fixée rigidement en un point du bâti 4 et l'autre est reliée à l'une des extrémités du ressort 17 qui est opposée à celle solidaire du système bielle-manivelle 1, de façon à permettre d'appliquer les cycles de traction ondulés à la chaîne d'éprouvettes 20, et - des bacs 30 contenant un liquide corrosif, dans lequel les éprouvettes 21 sont plongées, provoquant ainsi le développement d'une fissure par fatigue au voisinage du fond de l'entaille 23 de chaque éprouvette 21 dans le milieu corrosif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des bacs 30 est muni d'un conduit d'amenée du liquide 31 et d'un conduit d'évacuation du liquide 32 et comporte un trop-plein 33 afin de maintenir le niveau du liquide dans les bacs 30. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la chaîne d'éprouvettes 20 est reliée au ressort 17 par l'intermédiaire d'un levier 18 de sorte que l'effort de traction exercé par le ressort 17 soit multiplié. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système bielle-manivelle 1 est susceptible d'être déplacé de façon à pouvoir ajuster la valeur moyenne de l'effort de traction exercé par le ressort 17. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens pour former la chaîne d'éprouvettes 20 sont munis d'une cellule de mesure de charge 29 de façon à pouvoir mesurer la valeur de l'effort de traction appliqué à la chaîne d'éprouvettes 21. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système bielle-manivelle 1 est constitué - d'un plateau 5 entralné en rotation par un moteur 6 et comportant une saillie 8 sur l'une de ses faces, - d'une bielle 7 reliée à ladite saillie 8 de façon à transformer la rotation en un mouvement rectiligne alternatif, la saillie 8 étant susceptible d'être déplacée le long d'un rayon du plateau 5 de façon à pouvoir ajuster l'amplitude des cycles ondulés de effort de traction appliqués aux éprouvettes.