Brevet FR2513921A1 — publié le 19830408

La présente invention se rapporte à un procédé d'assemblage de tuyaux par explosion selon le- quel on introduit les extrémités en vis-à-vis des tu- yaux entre une bague métallique extérieure et une bague métallique intérieure, cette dernière ayant un profil extérieur comportant des bords inclinés, de sorte qu'un intervalle en forme de coin est formé entre la bague intérieure et la surface latérale intérieure de l'extré- mité de chacun des tuyaux, après quoi on provoque l'ex- plosion d'une charge explosive à l'intérieur de la ba- gue intérieure. On connait déjà divers procédés d'assemblage de tuyaux par explosion Par exemple, le brevet britanni- que no 766 741 décrit un procédé selon lequel on intro- duit les extrémités des tuyaux entre une bague extérieu- re et une bague intérieure, et on fait ensuite exploser un explosif ayant la forme d'un cylindre à l'intérieur de cette dernière Les extrémités des tuyaux et la bague extérieure sont, de ce fait, déformées de façon à éta- blir ainsi un joint dépendant de la forme entre les tu- yaux La bague intérieure qui est en une matière ten- dre, telle que du plomb, est refoulée dans l'intervalle entre les surfaces d'extrémité des tuyaux pour protéger ces surfaces d'extrémité contre la corrosion Lorsqu'on utilise ce procédé, il existe un risque important que le joint ne soit pas étanche vis-à-vis des milieux à haute pression et à une température élevée La résis- tance mécanique du joint est pratiquement totalement dépendante de la déformation de la bague extérieure et des extrémités des tuyaux, étant donné que la ba- gue intérieure est fabriquée en une matière tendre qui n'accroît pas la résistance d'une manière appréciable. Le brevet américain N O 3 290 771 décrit un procédé d'assemblage par explosion de tuyaux à paroi mince munis d'un revêtement de protection contre la corrosion Les extrémités des tuyaux sont introduites dans des rainures ou dépressions annulaires formées dans les extrémités d'un manchon en matière plastique, qui entoure la charge explosive et est à son tour en- touré par une bague extérieure séparable munie d'une paire de rainures annulaires A la suite de l'explo- sion, les rainures donnent naissance à des nervures et creux alternés dans les extrémités des tuyaux et le manchon qui verrouillent les extrémités des tuyaux au manchon Après l'explosion, la bague extérieure est fendue et retirée Il n'est possible d'utiliser ce procédé que pour joindre de minces tuyaux et non pour joindre de lourds tuyaux en fer, par exemple dans les* pipelines de pétrole et de gaz et, en particulier, non pour joindre des tuyaux de chauffage urbain qui doi- vent résister à des pressions pouvant atteindre 20 bars et des températures pouvant atteindre 1200 C. D'une manière générale, la présente inven- tion a pour but de proposer un procédé pour réaliser, par explosion, un joint étanche à haute résistance principalement entre de lourds tuyaux métalliques, tels que les tuyaux de pipelines et des canalisations de chauffage urbain Jusqu'à présent de tels tuyaux ont été soudés entre eux, ce qui est un procédé onéreux qui nécessite un haut niveau de qualification profes- sionnelle, en particulier étant donné que le travail de soudage doit souvent être effectué dans des empla- cements inaccessibles, tels qu'à l'intérieur de con- duits Dans de nombreux cas, les joints soudés doivent être radiographiés, ce qui accroît encore les coûts. Ainsi, l'invention a également pour objet de proposer un procédé plus simple, qui prend moins de temps et qui nécessite un équipement moins important pour join- dre des tuyaux, en particulier des tuyaux qui sont situés dans des positions d'un accès difficile. On obtient ce résultat conformément à l'in- vention en utilisant une charge explosive annulaire dont on provoque l'explosion à l'aide de moyens détona- teurs qui produisent une explosion régulièrement répar- tie autour de la circonférence de'la charge, dans le plan central radial de la charge, de façon à produire des ondes explosives dirigées dans des sens opposés à partir du plan central de la charge, la force explosi- ve de la charge étant adaptée de telle sorte que la pression de collision entre les extrémités des tuyaux et la bague intérieure, lorsque cette dernière s'élar- git, produit une soudure entre la matière de la bague intérieure et la matière des extrémités des tuyaux. L'invention est basée sur l'idée de créer des conditions semblables à celles qui existent dans le soudage par explosion de deux tôles, par exemple, selon lequel une tôle, après une courte distance d'accélération, est amenée à frapper une autre tôle, l'explosion étant déclenchée à une extrémité de tel- le sorte que la collision se produit progressivement en direction de l'autre extrémité En utilisant, con- formément à l'invention, une bague intérieure ayant des bords inclinés et en déclenchant l'explosion au centre, les zones de collision partent du centre dans des directions opposées vers les extrémités de la bague intérieure. L'assemblage de tuyaux dans des emplacements inaccessibles est particulièrement simple, si confor- mément à une application préférée du procédé de l'in- vention, la bague intérieure est tout d'abord fixée à la bague extérieure à l'aide de moyens d'espacement placés centralement entre les bords des bagues On peut ensuite faire glisser la bague extérieure avec la ba- gue intérieure qui y est fixée sur l'extrémité d'un -premier tuyau, jusqu'à ce que le bord de l'extrémité du tuyau vienne en butée contre les moyens d'espace- ment situés dans l'intervalle entre les bagues Après avoir fixé la charge explosive annulaire en place sur l'intérieur de la bague intérieure, on introduit l'ex- trémité de l'autre tuyau dans l'intervalle entre les bagues jusqu'à ce que son bord d'extrémité vienne en butée contre les moyens d'espacement Ce processus ne nécessite absolument aucun accès au joint proprement dit: il suffit, au contraire, simplement que l'extré- mité extérieure d'un des tuyaux soit accessible de façon que l'on puisse appliquer une force à cette ex- trémité pour pousser les tuyaux l'un contre l'autre. Les moyens d'espacement assurent que les bagues seront centrées de manière précise par rapport aux extrémités des tuyaux, ce qui est essentiel pour réaliser une dé- formation et un soudage uniformes des extrémités des tuyaux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va sui- vre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en re- gard des dessins annexés sur lesquels: la Fig l représente une vue en coupe lon- gitudinale d'un mode de réalisation d'un dispositif d'accouplement utilisé pour la mise en oeuvre du pro- cédé de l'invention appliqué à une paire d'extrémités de tube; la Fig 2 représente une variante de la bague intérieure de la Fig l; les Fig 3 et 4 sont des vues, en coupe longitudinale, d'autres modes de réalisation de la bague extérieure et de la bague intérieure avant et après l'explosion; et la Fig 5 est une vue de côté d'un mode de réalisation d'un élément d'espacement. Sur la Fig l, les références 1 et 2 dési- gnent les parties d'extrémité de deux tuyaux en fer de type courant de 32 cm de diamètre, sur lesquelles est monté un dispositif d'accouplement selon l'inven- tion Ce dispositif comporte une bague extérieure 3 251392 1 en fer dont l'épaisseur est supérieure à celle des tu- yaux et qui présente, par conséquent, une plus grande résistance que les tuyaux dans la direction radiale. La bague 3 est munie d'une rainure radiale périphérique 4 qui est essentiellement en forme de V et comporte des bords 5, 6 inclinés l'un vers l'autre de part et d'autre d'une étroite surface de fond plate 8 Comme on peut le voir sur la figure, les extrémités des tu- yaux 1, 2 s'étendent jusqu'aux bords de la surface de fond 7. A l'intérieur des tuyaux et au centre de la rainure 4, est montée une bague intérieure 8 en fer dont la largeur est approximativement égale à celle de la rainure 4 La face supérieure de cette bague compor- te des surfaces inclinées 9, 10 qui ont la même incli- naison que les bords 5, 6 de la rainure 4 Les surfa- ces 9, 10 sont séparées par une rainure 11 peu profon- de à fond plat dont la largeur est égale à la largeur de la surface de fond 7. La bague 3 et la bague 8 sont fixées l'une à l'autre à l'aide de moyens d'espacement qui peuvent être constitués par une bande d'acier ondulée 12 qui a été représentée de manière plus détaillée sur la Fig 5 La bande 12 comporte des parties alternées 13 et 14 qui, dans la position des bagues représentées sur la Fig l, sont respectivement soudées par points au fond de la rainure 4 et montées par enclenchement brusque dans la rainure 11 de la bague 8 La bande 12 a ainsi une élasticité qui permet un mouvement élasti- que correspondant à la profondeur de la rainure 11. Sur la Fig 5, la référence 15 désigne les points de soudage à la rainure 4 En variante, la bande 12 peut être divisée en courts segments régulièrement espacés, comme indiqué par les lignes en traits mixtes sur la Fig 5 En utilisant une bande élastique, qui s'enclen- che brusquement dans la rainure de la bague intérieure, l'assemblage est simple du fait que les surfaces incli- nées existantes 9, 10 sont utilisées pour écarter pro- gressivement la bande Un avantage supplémentaire qui résulte de l'emploi de moyens d'espacement du type dé- crit est qu'après la déformation, ils n'occupent qu'un très petit espace, comme on le décrira ci dessous. Sur la Fig l, la moitié supérieure représente la position et la forme des éléments constitutifs du joint avant l'explosion d'une charge explosive 16 (représentée schématiquement) fixée à la bague intérieure 8 On fait exploser la charge explosive qui peut être constituée par une charge de dynamite annulaire, enfermée dans un étui en papier au moyen d'un certain nombre de détona- teurs 7 régulièrement répartis autour de la circonfé- rence de la charge, et connectée à des fils électriques ( 18) qui sortent par l'un des tuyaux Après l'explosion et l'expansion qui en résulte de la bague 8, on obtient un joint qui a l'aspect représenté sur la moitié infé- rieure de la Fig l Les extrémités des tuyaux sont éva- sées en cône vers l'extérieur et serrées entre les ba- gues, ce qui produit un joint dont la résistance à la traction est pleinement comparable à celle des tuyaux eux-mêmes Un dosage approprié de la charge explosive lié à un nettoyage soigneux des surfaces du joint assu- re également la réalisation d'une soudure entre la ma- tière de la bague intérieure et la matière des tuyaux dans la région comprise entre les flèches de la Fig l, de façon à réaliser un joint étanche La bande 12 se plie facilement dans l'espace compris entre les ex- trémités des tuyaux et ainsi n'entrave pas le proces- sus de déformation Comme on peut le voir sur la Fig 1, la bague intérieure 8 forme une transition pratiquement lisse entre les extrémités des tuyaux, de sorte que le joint ne produit aucune turbulence appréciable dans le milieu en écoulement. Dans le mode de réalisation représenté sur Z 513921 la Fig l, la plus grande longueur du bras de levier est obtenue lors de la déformation initiale des tuyaux, étant donné que la bague intérieure 8 vient en butée contre les extrémités des tuyaux au voisinage de leurs bords extérieurs Etant donné que la puissance de la charge dépend en premier lieu, du travail de déformation qui doit être effectué, cet agencement réduit au minimum la puissance requise de la charge Le milieu enfermé dans la rainure 4 peut être rapidement évacué par des trous de ventilation 19 qui sont régulièrement répartis autour de la bague extérieure 3 et qui relient la rai- nure 4 à l'atmosphère, ce qui contribue également à maintenir à une faible valeur la puissance optimale de la charge. La forme optimale de la rainure 4 de la bague extérieure et de la bague intérieure peut varier en fonction de divers facteurs, tels que la grosseur des tuyaux, les caractéristiques des matières, les exi- gences de soudage, etc Les Fig 2, 3 et 4 représen- tent diverses variantes de réalisation de la bague ex- térieure et de la bague intérieure dont les éléments correspondants ont été désignés par les mêmes référen- ces numériques que sur la Fig l. REVENDICATIONS - 1. Procédé d'assemblage de tuyaux par ex- plosion selon lequel on introduit les extrémités en vis-à-vis des tuyaux ( 1, 2) entre une bague métalli- que extérieure ( 3) et une bague métallique intérieure ( 8), cette dernière ayant un profil intérieur compor- tant des bords inclinés ( 9, 10), de sorte qu'un inter- valle en forme de coin est formé entré la bague-inté- rieure et la surface latérale intérieure de l'extrémi- té de chacun des tuyaux, après quoi on provoque l'ex- plosion d'une charge explosive ( 16) à l'intérieur de la bague intérieure, caractérisé en ce qu'on utilise une charge explosive annulaire ( 16) dont on provoque l'explosion à l'aide de moyens détonateurs ( 17) qui produisent une explosion régulièrement répartie autour de la circonférence de la charge, dans le plan central radial de la charge, de façon à produire des ondes ex- plosives dirigées dans des sens opposés à partir du plan central de la charge, la force explosive de la charge étant adaptée de telle sorte que la pression de collision, entre les extrémités des tuyaux ( 1,2) et la bague intérieure ( 8) lorsque cette dernière s'élargit, produit une soudure entre la matière de la bague in- térieure ( 8) et la matière des extrémités des tuyaux 1, 2). 2 Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'on fixe tout d'abord la bague inté- rieure ( 8) à la bague extérieure ( 3) à l'aide de mo- yens d'espacement ( 12) placés centralement entre les bords des bagues ( 3,8), en ce qu'on fait ensuite glis- ser la bague extérieure sur l'extrémité d'un tuyau ( 1 ou 2) jusqu'à ce que le bord d'extrémité du tuyau vienne en butée contre les moyens d'espacement situés dans l'intervalle entre les bagues ( 3,8), et en ce qu'après avoir fixé en place la charge explosive annu- laire ( 16) sur l'intérieur de la bague intérieure, on introduit en place l'extrémité de l'autre tuyau ( 2 ou 1) dans l'intervalle entre les bagues jusqu'à ce que son bord d'extrémité vienne en butée contre les moyens d'espacement ( 12) à la suite de quoi on provoque l'ex- plosion de la charge explosive ( 16). 3. Dispositif pour assembler des tuyaux métalliques par la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, qui comporte, d'une part, une bague métallique extérieure ( 3) et une bague métallique inté- rieure ( 8) entre lesquelles les extrémités en vis-à-vis des tuyaux ( 1,2) peuvent être introduites, la bague mé- tallique intérieure ( 8) ayant un profil extérieur com- portant des bords inclinés ( 9,10) et, d'autre part, une charge explosive ( 16), ce dispositif étant caractérisé en ce que la charge explosive ( 16) est annulaire et est munie de moyens détonateurs ( 17) disposés de façon à produire une explosion régulièrement répartie autour de la circonférence de la charge, dans le plan central ra- dial de la charge, et en ce que la force explosive de la charge ( 16) est adaptée de telle sorte que la pression de collision entre les extrémités des tuyaux ( 1,2) et la bague intérieure ( 8), lorsque celle-ci s'écarte, pro- duit une soudure entre la matière de la bague intérieure ( 8) et la matière des extrémités des tuyaux ( 1,2). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague extérieure ( 3) et la ba- gue intérieure ( 8) sont fixées l'une à l'autre à l'aide de moyens d'espacement ( 12) placés centralement entre les bords inclinés ( 9,10) de la bague intérieure, et en ce que la charge explosive annulaire ( 16) est fixée à l'intérieur de la bague intérieure ( 8). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'espacement sont cons- titués par des éléments élastiques ( 12) qui s'étendent radialement vers l'intérieur à partir du centre de la surface latérale intérieure de la bague extérieure et sont régulièrement répartis autour de la circonférence, ces éléments pénétrant dans une rainure périphérique (il) formée dans la surface latérale extérieure de la bague intérieure ( 8). 6. Dispositif selon la revendication 5, ca- ractérisé en ce que les éléments élastiques sont for- més par une ou plusieurs bandes d'acier ondulées ( 12) fixées par soudage à la bague extérieure ( 3) et montées par enclenchement brusque dans la rainure ( 11) de la bague intérieure ( 8).