Brevet FR2527296A1 — publié le 19831125

La présente invention a trait à des joints d'étanchéité enroulés en spirale De tels joints sont bien connus; leur caractéristique principale réside dans l'utilisation d'une bande métallique profilée enroulée en spirale avec une bande intercalaire d'un matériau d'étanchéité tel que polytétra- -fluoréthylène, papier ou graphite en feuille mince Le pro- filé peut typiquement comporter au moins une rainure ou gout- tière, s'étendant suivant la longueur de la bande, façonnée par opération de laminage Un tel profilé sera dit ci-après profilé d'étanchéité enroulé en spirale. Le joint enroulé en hélice résultant est enserré entre des pièces à réunir de façon que les bords de la bande métal- lique profilée soient en contact chacun avec l'une des pièces. La force de serrage est appliquée perpendiculairement au plan de la spirale de sorte que celle-ci est comprimée dans la même direction par déformation élastique de la bande autour de la rainure ou gouttière que présente le profilé d'étanchéité pré- cité En service, l'application au joint de cycles thermiques et/ou de pression fait varier la force de serrage L'élastici- té du joint enroulé en hélice est usuellement telle que ces variations sont absorbées sans difficulté, au moins dans les joints de tuyauterie courants. Lorsqu'il s'agit d'assemblages complexes et que l'ampli- tude de mouvement dû aux cycles thermiques et/ou de pression est relativement grande, le joint enroulé en spirale courant peut ne pas présenter un degré suffisant de rappel élastique. Pour tenter de résoudre cette difficulté, on a proposé d'uti- liser des joints enroulés en hélice jumelés, mais quand l'am- plitude de mouvement dû aux cycles thermiques et/ou de pres- sion est très grande, il faut disposer d'un joint enroulé en spirale à pouvoir de rappel élastique supérieur à la nor- male L'expression "pouvoir de rappel élastique" désigne dans le présent contexte le degré de compression axiale que le joint enroulé en spirale peut supporter sans subir de défor- mation permanente Ce pouvoir est une mesure de l'aptitude d'un joint enroulé en spirale à compenser un mouvement relatif entre les pièces réunies par le joint. Certes, on dispose de métaux à haut pouvoir de rappel élastique, mais ceux-ci ne se prêtent pas aux traitements courants de fabrication de joints d'étanchéité car on ne peut faire apparaître le haut pouvoir de rappel élastique qu'en soumettant le métal à des traitements thermiques trop rigou- reux pour les matériaux d'étanchéité utilisés Malheureusement, on ne peut non plus appliquer le traitement thermique avant de profiler et d'enrouler la bande métallique pour former un joint enroulé en spirale, parce que le métal traité n'est pratique- ment pas ouvrable. Suivant la présente invention, on réalise un joint d'étan- chéité enroulé en spirale pour les opérations de mise d'une bande métallique recuite à haute résistance à la traction, susceptible de trempe thermique, sous forme de profilé d'étan- chéité enroulé en spirale, puis de traitement thermique appli- qué à la bande pour la tremper, avant de l'enrouler avec une bande d'un matériau d'étanchéité pour former un joint d'étan- chéité enroulé en spirale On peut enrouler la bande en bobine après profilage, afin de réduire la grandeur de la chambre de traitement thermique nécessaire Le traitement thermique est- usuellement opéré sous vide, de sorte que la grandeur de la chambre constitue un facteur pratique important Les métaux particulièrement préférés sont à base d'aciers spéciaux du type susceptible de trempe thermique, tels qu'Inconel X 750 ou acier inoxydable Armco 17/7 PH (ayant subi un durcissement structural). L'utilisation d'un matériau à haute résistance à la trac- tion, susceptible de trempe thermique, selon l'invention per- met d'obtenir un joint d'étanchéité enroulé en spirale doté d'un excellent pouvoir de rappel élastique, allié à une haute résistance à la compression Elle permet de fabriquer de tels joints de diamètres relativement grands, par exemple d'un mètre ou plus Même si le matériau d'étanchéité pouvait suppor- ter un traitement thermique suffisant pour tremper la bande métallique, il faudrait disposer d'une chambre à vide assez grande pour recevoir le joint Le procédé selon l'invention permet d'appliquer le traitement thermique à la bande métalli- que mise sous forme de bobine de diamètre beaucoup plus faible. On va maintenant décrire brièvement l'invention en se ré- férant à l'exemple suivant On a fabriqué un joint d'étanchéité enroulé en spirale en conférant par profilage à une bande étroite d'acier inoxydable ARMCO 17/7 PH à l'état recuit (état "A") une section en V peu profond (suivant la longueur de la bande) On a enroulé lâchement la bande profilée et on l'a placée dans un four sous vide et soumise à un traitement thermique standard comportant un chauffage et un refroidissement con- trôlés, suivis d'un nouveau chauffage faisant subir à la bande un durcissement structural (passage à l'état TH 1050) Les ex- pressions "état A" et "état TH 1050 " sont utilisées par les fa- bricants pour qualifier les propriétés physiques du métal. Après refroidissement à l'air, on a enroulé la bande pro- filée avec une bande de graphite en feuille mince pour former un joint enroulé en hélice standard à alésage nominal de 10 cm de Classe 600 dans lequel la feuille de graphite constituait le matériau d'étanchéité intercalaire. On a incorporé le joint résultant à un anneau de guidage courant et on l'a soumis à des essais de pouvoir de rappel élastique en régime de cycles thermiques et/ou de pression sur un dispositif d'essai de joints courant Le pouvoir de rappel élastique s'est avéré sensiblement supérieur à celui d'un joint analogue réalisé par des moyens courants en utilisant de 1 ' acier inoxydable ordinaire de nuance A I S I 316 L Dand les deux cas, on a surveillé avec soin le degré d'étanchéité assu- ré par le joint afin de rendre les essais comparables. La méthode d'essai a consisté à ramener tout d'abord par compression le joint à l'épaisseur de l'anneau de guidage ex- térieur le supportant On a aussi mis l'intérieur du joint sous une pression de 10 M Pa conformément à la Norme Fondamenta- le ANSI B 16 5 La charge nécessaire pour ce faire a été de 109 t pour le joint courant et de 127 t pour le joint réalisé selon l'invention On a ensuite ramené progressivement la char- ge à 9 t en surveillant les fuites et le pouvoir de rappel élastique par rapport à l'épaisseur initiale à l'état non com- primé La distance de rappel élastique a été de 178 pm pour le joint courant et de 254 pm pour le joint selon l'invention L' amélioration de pouvoir de rappel élastique dépasse donc 40 %, ce résultat étant des plus satisfaisants. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de joint enroulé en spirale, caractérisé par les opérations de mise par profilage d'une bande de métal recuit à haute résistance à la traction, sus- ceptible de trempe thermique, sous forme de profilé d'étan- chéité enroulé en spirale, suivie par le traitement thermique de la bande puis son enroulement conjointement avec une bande de matériau d'étanchéité en vue de la formation d'un joint d'étanchéité enroulé en spirale. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que l'on enroule en bobine la bande profilée-avant son traitement thermique. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on opère le traitement thermique dans un four sous vide. 4 Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le métal susceptible de trempe thermique est un acier spécial ayant subi un durcissement structural. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce-que l'on choisit le matériau d'étanchéité parmi le polytétrafluoréthylène, le papier ou un graphite en feuille mince.