Brevet FR2748278A1 — publié le 19971107

La présente invention est relative à un procédé de métallisation de supports métalliques et se rapporte plus particulièrement à la métallisation à chaud de tuyaux notamment de tuyaux en fonte qui sont obtenus par coulée continue verticale. Parmi les procédés connus de métallisation à chaud de tuyaux, on connait - la galvanisation à chaud à façon; - le revêtement de Zn ou de ZnAl en continu de tôles d'acier; - les méthodes de projection thermique d'alliages de Zn ou de ZnAl; - le zingage de tuyaux. Les solutions existantes de galvanisation présentent les inconvénients suivants. La galvanisation à chaud à façon revêt le tuyau intérieurement et extérieurement et le tuyau subit une remontée en température, de sorte que les résultats d'autres opérations préalables exécutées sur le tuyau à des températures moins élevées risquent d'être compromis. La galvanisation à chaud par voie liquide au défilé pose le problème actuellement insoluble de l'étant chéité au bain liquide entre le tuyau vertical et le métal liquide, ainsi que le problème de la gestion d'un bain sain (sans mattes) et de composition stable dans le temps. La métallisation à froid associée à un recuit permettrait d'assurer une bonne diffusion si l'on respecte des conditions draconiennes de préparation de surface du tuyau et imposerait vraisemblablement un traitement thermique sous atmosphère inerte. Le coût d'un tel cycle de traitement serait important et présenterait de ce fait un intérêt économique limité. Le tuyau à revêtir issu de la coulée continue n'est pas rugueux ce qui rend impossible l'accrochage d'un revêtement à froid sans procéder à une préparation de surface. Pour obtenir un revêtement diffusé, il faut un tuyau exempt de peau d'oxydes et la température de travail doit être élevée ou bien le temps de maintien du tuyau doit être long. L'invention vise à réaliser un revêtement diffusé uniforme ayant une bonne résistance aux chocs. L'invention a en outre pour but de réaliser un revêtement très adhérent sur l'extérieur d'un tuyau dont la position et le diamètre varient, défilant en continu en direction verticale et ne pouvant subir de rotation, tout en évitant de faire subir au tuyau une trempe thermique. L'invention a de plus pour but de réaliser un revêtement assurant l'auto-cicatrisation des blessures. L'invention a enfin pour but de réaliser un revêtement qui participe à la résistance à la corrosion en situation enterrée. Elle a donc pour objet un procédé de métallisation d'un tuyau métallique obtenu par coulée verticale et déplacé verticalement en continu selon un mouvement ascendant, caractérisé en ce qu'il consiste: - à refroidir le tuyau dans une atmosphère inerte vis à vis de l'oxydation jusqu'à une température de 700 à 900"C; et - à projeter sur le tuyau préalablement refroidi à la température précitée, un alliage de métallisation à base de zinc à l'aide d'un ensemble de pistolets de projection disposés de manière à entourer le trajet du tuyau à métalliser. Suivant une caractéristique particulière de l'invention, on fait osciller les pistolets de projection autour du trajet du tuyau avec une fréquence et une amplitude angulaire adaptées à la vitesse de déplacement du tuyau en vue de l'obtention d'un revêtement uniforme en épaisseur. L'invention a également pour objet une installation de métallisation d'un tuyau métallique obtenu par coulée continue verticale ascendante et déplacé verticalement en continu, caractérisée en ce qu'elle comprend sur le trajet du tuyau, une station de métallisation comprenant un passage pour le tuyau, une enceinte de métallisation, des pistolets de projection montés dans ladite enceinte sur une platine oscillante entourant ledit trajet, des moyens d'alimentation de chaque pistolet en matériau de métallisation et des moyens pour faire osciller la platine de support et pour déplacer les pistolets dans ladite enceinte selon un mouvement oscillant dont la fréquence et l'amplitude angulaire assurent la réalisation d'un revêtement uniforme en épaisseur. L'invention a en outre pour objet un tuyau métallique obtenu par coulée verticale, caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement de métallisation obtenu par le procédé défini ci-dessus. Selon une caractéristique particulière, les pistolets de projection sont au nombre de trois et sont disposés sur la platine à 1200 les uns des autres. Selon une autre caractéristique particulière, les pistolets de projection sont des pistolets à flamme ou des pistolets à arc. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le matériau de métallisation est un fil d'alliage ZnxAllx et les moyens d'alimentation en matériau de métallisation comprennent pour chaque pistolet une réserve de fil et un dispositif de dévidage commandé par le mouvement d'oscillation de la platine de support des pistolets. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.l est une vue schématique en coupe verticale d'une installation de métallisation suivant l'invention; - la Fig.2 est une vue schématique en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la Fig.3 est une vue schématique partielle de côté de l'installation de métallisation de la figure 1; - la Fig.4 est une vue en coupe partielle d'un pistolet à flamme de l'installation; et - la Fig.5 est une micrographie d'un revêtement obtenu par le procédé suivant l'invention. L'installation de métallisation représentée à la figure 1 comporte sur le trajet d'un tuyau T obtenu dans une installation de coulée continue verticale ascendante non représentée et au-dessus de cette installation, une cheminée 1 pour le passage du tuyau T en cours de fabrication, dans lequel est injecté par un conduit 2, de l'azote pour permettre au tuyau T de se déplacer entre la sortie de l'installation de coulée et l'installation de métallisation dans une atmosphère de protection de la surface du tuyau T contre l'oxydation. La cheminée 1 comporte une partie inférieure 3 dans laquelle le tuyau passe progressivement au cours de son déplacement ascendant de 1100 0C à 1000"C et une partie supérieure 4 refroidie à l'eau située immédiatement audessous de la zone de métallisation et dans laquelle la température du tuyau passe de 1000"C à une température comprise entre 700 et 900"C. Un masque coulissant 5 en matériau isolant thermique est disposé dans la cheminée 1 au niveau de la jonction de la partie inférieure 3 et de la partie supérieure 4 de celle-ci et son déplacement dans la partie supérieure 4 refroidie permet de contrôler le refroidisse ment du tuyau T par interposition entre le tuyau et la paroi de ladite partie refroidie. Au-dessus de la cheminée 1 est disposée une enceinte de métallisation 6 comprenant un fond 7 incliné vers le bas, du centre vers la périphérie, et pourvu de conduits d'aspiration 8. Dans sa partie centrale, le fond 7 est raccordé à un capot anti-chutes 9 à travers lequel le tuyau T à revêtir passe avec un jeu minimal afin d'éviter que le produit de métallisation projeté qui n'adhère pas à la paroi du tuyau ne tombe vers le bas de l'installation. L'enceinte comporte en outre une platine oscillante 10 sur laquelle sont montés des pistolets de projection tels que le pistolet de métallisation à flamme 11. Chaque pistolet est alimenté en fil de métallisation 12 d'une manière qui sera décrite en référence aux figures 2 à 4. Les pistolets 11 sont par exemple au nombre de trois et sont disposés sur la platine 10 à 1200 les uns des autres. Chaque pistolet 10 projette un jet 13 de matériau de métallisation sur le tuyau T pendant son déplacement ascendant. Les pistolets de projection peuvent également être des pistolets à arc. Ils peuvent également être constitués par des organes de pulvérisation de métal liquide. Les pistolets à flamme présentent cependant l'avantage de constituer une technologie chaude qui ne perturbe pas la cinétique de refroidissement du produit. Ils assurent un excellent rendement de la projection des gouttelettes d'alliage pulvérisé car les gouttelettes ne sont pas chassées du support comme par exemple dans le cas de l'utilisation de pistolets à arc. Le débit des pistolets à flamme est plus fin que celui des pistolets à arc. Ils nécessitent un seul fil de matériau de métallisation alors qu'il faut deux fils pour les pistolets à arc. La paroi supérieure 14 de l'enceinte 6 comporte elle aussi des conduits d'aspiration 15. L'enceinte 6 est surmontée d'une gaine 16 refroidie à l'eau permettant au tuyau métallisé de sortir de l'installation de métallisation à une température de 750"C et formant un écran thermique qui évite de chauffer exagérément l'installation. L'installation représentée en coupe à la figure 2 comporte une plate-forme (non représentée) traversée par le tuyau en formation, sur laquelle est montée l'enceinte de métallisation pourvue de la platine annulaire 10. La platine 10 est entraînée en rotation selon un mouvement oscillant par un mécanisme approprié non représent6. Comme indiqué plus haut, dans le présent exemple, elle porte trois pistolets de métallisation à flamme 11. Ce nombre de trois assure le meilleur compromis entre le coût de l'installation et la régularité de l'épaisseur du revêtement. Toutefois, le nombre de pistolets peut être différent de trois. L'amplitude de déplacement angulaire de la platine 10 ainsi que sa fréquence sont fonction de l'angle de dispersion des jets 13 de métal fondu que projettent les pistolets 11 ainsi que de la vitesse de déplacement du tuyau T afin de permettre l'application d'une couche de métallisation d'épaisseur uniforme. A chaque pistolet de métallisation 11 qui comporte des moyens d'alimentation en oxygène et en gaz, par l'intermédiaire de flexibles appropriés (non représen tés), est associé un dispositif d'alimentation en produit de métallisation sous forme de fil 12. Chaque dispositif comprend une réserve de fil 20 et un dévidoir désigné par la référence générale 21, destiné à amener le fil de métallisation 12 de la réserve de fil 20 au pistolet 11 associé compte tenu des mouvements oscillants auxquels est soumis le pistolet 11 porté par la platine oscillante 10. Le fil 12 est avantageusement constitué d'un alliage contenant de 5 à 15% d'Al. Il est également possible d'utiliser un fil fourré formé d'une âme de Zn entourée d'une gaine d'Al, auquel cas, on peut obtenir après fusion un alliage Zn45Al55. Le fil fourré peut également être formé d'une âme d'aluminium et d'une gaine de Zn. On choisit le meilleur fil fourré ou le meilleur alliage pour aboutir à une composition de métallisation de type ZnAllx souhaitée. Sur la figure 3, on a représenté l'un des pistolets de projection 11 porté par la platine oscillante 10 de l'installation ainsi que la réserve de fil 20 et le dispositif de dévidage ou dévidoir 21 associé. Le fil de métallisation 12 est placé sous forme de bobine dans un fût 22, par exemple un fût de type standard pour produits pétroliers pourvu d'un noyau central 23 sur lequel la bobine de fil (non représentée) est enfilée à l'intérieur du fût. A côté du fût est disposé un châssis 25 comprenant une potence 26 qui supporte un dispositif redresseur de fil 27 à quatre rouleaux auquel est associé un cône d'entrée 28 pour le fil 12 tourné vers le fût 22. A la sortie du redresseur de fil 27, est disposé un ensemble de roues dont une première roue 30 est portée par un support oblique 31 fixé en un point 32 du montant vertical de la potence 26. Une seconde roue 34 est montée oscillante autour d'un point voisin du point de fixation 32 de fixation de la première roue 30 par l'intermédiaire d'une potence ou support mobile 35 auquel est suspendu un poids 36. Le poids 36 est fixé à une tige 37 articulée sur la potence 35. Une troisième roue 38 de renvoi du fil vers la platine, disposée au-dessus de la platine oscillante 10 est fixée à la structure de l'installation non représentée. A la sortie de la troisième roue 38 est prévu un second redresseur de fil à quatre rouleaux 40. Le pistolet 11 porte à son extrémité arrière opposée à sa buse de projection 42, une quatrième roue 44 ou roue d'admission du fil dans le pistolet, montée sur un support pivotant et permettant de modifier l'inclinaison du fil de métallisation 12 en fonction des oscillations de la platine 10. Le fil de métallisation 12 se déloge de la bobine de réserve contenue dans le fût 22, passe par le col d'entrée 28, est redressé une première fois dans le redresseur 27, passe sur la première roue 30, puis sous la seconde roue 34, puis à nouveau sur la troisième roue 38. Il est maintenu en tension par le poids 36 agissant sur la potence oscillante 35 de support de la seconde roue 34. Il est à nouveau redressé par le second redresseur de fil à quatre rouleaux 40 et il pénètre dans le pistolet à flamme 11 après être passé sur la quatrième roue 44. Le pistolet 11 comporte un dispositif d'entraînement du fil en vue de l'amener dans la zone de fusion. Ce dispositif connu en soi et non représenté comprend un servomoteur à génératrice tachymétrique incorporée, un ensemble de transmission avec réducteurs et molettes d'entraînement du fil et un dispositif de serrage pneumatique des molettes qui, par l'intermédiaire d'un piston assurent le serrage du fil entre elles. Ainsi qu'on peut le voir plus clairement à la figure 4, le pistolet à flamme 11 comportant une embase 46 fixée à la platine 10, est pourvu à son extrémité opposée à la buse 42 de métallisation, d'un berceau 48 comprenant des paliers 49,50 sur lesquels est montée oscillante une fourche 51 de support de la quatrième roue d'admission 44. Les paliers 49 et 50 sont orientés radialement par rapport à la platine oscillante 10. Un guide 52 du fil de métallisation 12 à l'entrée de la roue 44 est en outre porté par la fourche 51. Le palier 50 du berceau 48 qui se trouve le plus proche de la zone de fusion du pistolet 42 comporte un passage axial 56 traversé par le fil 12. Le pistolet comporte en outre des embouts 58,60 destinés à recevoir des flexibles non représentés d'alimentation du pistolet en gaz et en oxygène. Le gaz utilisé peut avantageusement etre du propane, de l'acétylène ou du gaz naturel. L'alliage ZnAl du fil est donc acheminé vers la zone de fusion du pistolet de projection 11 pour y être fondu en fines gouttelettes et projeté. Le tuyau T à métalliser étant à la bonne température de travail, soit à environ 800"C et exempt d'oxydes de surface en raison de l'atmosphère d'azote qui l'entoure dans la zone de métallisation, il reçoit des jets 13 émis par les pistolets 11, un brouillard de gouttelettes de ZnAl qui viennent s'y plaquer. Le mouvement de translation du tuyau combiné à un mouvement alternatif de rotation des pistolets 11 permet d'assurer une bonne régularité d'épaisseur du revêtement 62 obtenu. L'alliage reste liquide sur le tuyau mais ne coule pas par un effet de capillarité et aussi en raison de l'oxydation superficielle très rapide et de la solidification superficielle du revêtement extérieur ainsi obtenu. Pendant toute la phase de refroidissement qui suit la phase de métallisation et qui dure environ 15 mn, l'alliage réagit avec la fonte du matériau qui constitue le tuyau, pour former des intermétalliques de type Fex, Al(,) chargés en faible proportion de Zn interstitiel. Le résultat obtenu est un tuyau revêtu avec un revêtement extérieur réalisé en continu et parfaitement adhérent. Le système d'aspiration associé à l'enceinte et relié notamment aux conduits d'aspiration 8 prévus dans le fond 7 et 15 prévus dans la paroi supérieure 14 de celleci permet la récupération des gouttelettes d'alliage qui n'ont pas atteint le tuyau. On donne ci-après à titre d'exemple un certain nombre d'indications numériques relatives aux paramètres de fonctionnement et à la nature de l'alliage de métallisation utilisé. La vitesse d'avance du fil 12 est de 3 m/mn, son diamètre est de 4 mm, et sa masse linéaire est de 70 g/m. Le rendement de la production est de l'ordre de 50%. Comme indiqué précédemment, le fil est réalisé soit en un alliage Zn85Al15 soit sous la forme d'un fil fourré à âme de Zn permettant d'obtenir un alliage Zn4 > Al55. L'angle de rotation des pistolets de projection 11 est de 95". Le pas du cycle de projection est de 70 mm. Les essais réalisés ont permis d'obtenir un revêtement de 100 g/m2 à 500 g/m2 avec un alliage de Zn85 Au15. Comme représenté à la figure 5, la micrographie d'une coupe du revêtement obtenu montre bien l'obtention d'une interface diffusée. On voit en effet sur cette figure, qu'entre la paroi de fonte 65 et la couche de revêtement de ZnAl 66, il s'est formé une interface intermétallique diffusée 67. Les essais de chocs opérés sur le tuyau revetu ont permis d'aller jusqu'à 150 J, c'est-à-dire jusqu'à la déformation du tuyau sans détériorer le revêtement. Les caractéristiques en corrosion du revêtement obtenu sont de même niveau que celles que l'on pourrait obtenir par galvanisation à chaud à façon sur un même support et avec un même alliage. Au cours de son revêtement, le tuyau ne subit pas d'effet de trempe. Le procédé de métallisation suivant l'invention présente vis-à-vis de l'état de la technique les avantages suivants. Il permet la maîtrise de l'épaisseur du revêtement de métallisation par réglage de la vitesse de l'avance des fils d'alliage de métallisation. Il permet d'obtenir un revêtement en ligne en continu. Il permet d'obtenir un revêtement diffusé et anti-corrosion. Il permet une pose facile d'un bouche-pores en raison de la rugosité conférée au tuyau initialement lisse par le revêtement de métallisation. Il permet enfin d'utiliser du fil fourré ainsi que d'autres alliages. REVENDICATIONS 1. Procédé de métallisation d'un tuyau métallique obtenu par coulée verticale et déplacé verticalement en continu selon un mouvement ascendant, caractérisé en ce qu'il consiste: - à refroidir le tuyau dans une atmosphère inerte vis à vis de l'oxydation jusqu'à une température de 700 à 900"C; et - à projeter sur le tuyau préalablement refroidi à la température précitée, un alliage de métallisation à base de zinc à l'aide d'un ensemble de pistolets de projection disposés de manière à entourer le trajet du tuyau à métalliser. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage à base de zinc est du Zn1Al 1-z 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'alliage de métallisation se présente sous la forme d'un fil. 4. Procédé suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit fil est un fil d'un alliage comprenant entre 5 et 15% de Zn. 5. Procédé suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit fil est un fil de Zn85All5. 6. Procédé suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit fil est un fil fourré formé d'une âme de Zn entourée d'une gaine d'Al permettant d'obtenir après fusion un alliage Zn45Al55. 7. Procédé suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit fil est un fil fourré formé d'une âme d'Al entourée d'une gaine de Zn. 8. Installation de métallisation d'un tuyau métallique obtenu par coulée continue verticale ascendante et déplacé verticalement en continu, caractérisée en ce qu'elle comprend sur le trajet du tuyau, une station de métallisation comprenant un passage pour le tuyau, une enceinte de métallisation (6), des pistolets de projection (11) montés dans ladite enceinte sur une platine oscillante (10) entourant ledit trajet, des moyens (20,21) d'alimentation de chaque pistolet en matériau de métallisation (12) et des moyens pour faire osciller la platine de support et pour déplacer les pistolets dans ladite enceinte selon un mouvement oscillant dont la fréquence et l'amplitude angulaire assurent la réalisation d'un revêtement uniforme en épaisseur. 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le passage pour le tuyau (T) à revêtir comporte une partie inférieure (3), une partie supérieure (4) refroidie à l'eau, un masque coulissant (5) de contrôle de refroidissement du tuyau (T) étant disposé à la jonction des parties inférieure (3) et supérieure (4), l'enceinte de métallisation (6) étant disposée audessus de ladite partie supérieure (4) et étant surmontée par une gaine (16) refroidie à l'eau. 10. Installation suivant l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que les pistolets de projection (11) sont au nombre de trois et sont disposés sur la platine à 1200 les uns des autres. 11. Installation suivant l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que les pistolets de projection (11) sont des pistolets à flamme ou des pistolets à arc. 12. Installation suivant l'une des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que le matériau de métallisation (12) est un fil d'alliage ZnAl et les moyens d'alimentation en matériau de métallisation comprennent pour chaque pistolet une réserve de fil (20) et un dévidoir (21) commandé par le mouvement d'oscillation de la platine (10) de support des pistolets munis de moyens d'entraînement du fil. 13. Installation suivant l'une des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que l'enceinte de métallisation (6) comporte un fond (7) incliné vers le bas, du centre vers la périphérie et pourvu d'orifices d'aspiration (8), ledit fond (7) étant raccordé en son centre à un capot anti-chutes (9) à travers lequel le tuyau (T) à revêtir, passe avec un jeu minimal afin d'éviter que le produit de métallisation projeté qui n'adhère pas à la paroi du tuyau ne tombe pas vers le bas de l'installation. 14. Installation suivant l'une des revendications 8 à 13, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation de chaque pistolet (11) en produit de métallisation (12) comprennent une réserve de fil (20) et un dispositif de dévidage dudit fil à partir de la réserve et d'amenée vers le pistolet (11) correspondant. 15. Installation suivant la revendication 14, caractérisée en ce que la réserve de fil associée à chaque pistolet (11) comprend un fût (22) de réception d'une bobine de fil de métallisation pourvu d'un noyau central (23) sur lequel la bobine de fil est enfilée. 16. Installation suivant l'une des revendications 14 et 15, caractérisée en ce que le dispositif de dévidage du fil de métallisation comprend un ensemble de roues (30,34,38) d'acheminement du fil (12) de la réserve (20) jusqu'au dessus de la platine oscillante (10) et une roue (44) d'admission dans le pistolet (11) correspondant du fil provenant de l'ensemble de roues (30,34,38), ladite roue d'admission étant montée oscillante sur le pistolet selon une direction radiale de ladite platine (10), son orientation suivant les oscillations de ladite platine (10). 17. Installation suivant la revendication 16, caractérisée en ce que l'ensemble de roues (30,34,38) comporte une première roue (30) supportant le fil (12) portée par un support fixe (31), une seconde roue (34) passant sous le fil (12) portée par un support oscillant (35) auquel sont associés des moyens (36,37) de tension du fil (12) et une troisième roue (38) de renvoi du fil (12) vers la roue (44) d'admission du fil dans le pistolet (11). 18. Installation suivant la revendication 17, caractérisée en ce que le dispositif de dévidage comporte en outre entre le fût (22) et la première roue (30), un cône d'entrée (28) pour le fil (12) et un premier dispositif redresseur de fil (27) et à la sortie de la troisième roue (38), un second dispositif redresseur de fil (40). 19. Installation suivant l'une des revendications 17 et 18, caractérisée en ce que les moyens de tension du fil (12) comprennent un poids (37) suspendu au support oscillant (35) de la seconde roue (34). 20. Installation suivant l'une des revendications 16 à 19, caractérisée en ce que la roue (44) d'admission du fil (12) dans le pistolet (11) est montée oscillante dans un berceau (48) de celui-ci au moyen d'une fourche (51) et de paliers (49,50) disposés radialement par rapport à la platine oscillante (10), le palier (50) le plus proche de la zone de fusion du pistolet (11) comprenant un passage (56) traversé par le fil (12). 21. Tuyau métallique obtenu par coulée verticale, caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement de métallisation obtenu par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7.