Brevet FR2801819A1 — publié le 20010608

DISPOSITIF CENTRALISF.UR ET DE RETF,NUE DF. BAIN DE SOUDURE EN FUSION UTILE POUR LE SOUDAGE CONDUITES COMPORTANT UN ECRAN DI? PROTECTION La présente invention concerne un système de protection pour les dispositifs centraliseur et de retenue du bain de soudure en fusion dans le cas du raboutage de deux conduites tubulaires métalliques. Elle concerne plus particulièrement le raboutage des conduites dans l'industrie chimique, pétrochimique et l'industrie du et en particulier les conduites sous-marines posées à partir de barges dans des profondeurs d'eau pouvant atteindre et dépasser 3000m. Dans l'industrie chimique, pétrochimique et l'industrie gaz, les transferts de fluides sont réalisés, en général dans des conduites assemblées à partir de tubulures unitaires, en général de 6 ' 24m de longueur, raccordées par soudage en bout à bout. Le soudage se faisant en général depuis l'extérieur en utilisant des technologies de type TIG, MIG ou MAG, fil fourré ou encore à l'électrode enrobée, le bain de fusion produit, en général, à l'intérieur de la conduite, un bourrelet, qui en cas d'excès, est préjudiciable au bon fonctionnement de la conduite, car il induit des vortex et des pertes de charges indésirables. De plus, lors de passage de racleurs pour nettoyer la dite conduite, coupelles desdits racleurs buttant contre ces bourrelets, gênent la progression de l'outil et risquent de s'endommager, ce qui peut conduire, dans certains cas, au blocage dudit outil dans la conduite. Pour maîtriser ces bourrelets, lors du raboutage de deux longueurs à souder, on introduit de manière connue dans la conduite, au niv de la dite jonction, un dispositif centraliseur et de retenue du bain de soudure en fusion qui remplit simultanément deux fonctions suivantes a) d'une part, de rendre coaxiales les deux conduites dont faces des extrémités sont, en fonction de la procédure de soudage utilisée, maintenues fermement en contact ou à une distance de quelques millimètres et, b) d'autre part, de constituer une surface d'appui à l'intérieur des dites conduites en continuité de la paroi interne des dites conduites, de manière à ce que le bain de soudure en fusion reste en place au niveau de la jonction et ne se répande pas à l'intérieur des dites conduites. Un dispositif centraliseur et de retenue de bain de soudure en fusion est constitué classiquement d'un assemblage de pièces métalliques supports tels que des sabots, juxtaposés et emboîtés uns par rapport aux autres, disposés de manière à former un assemblage circulaire ou sensiblement circulaire dans un plan (XX, YY) sorte que les déplacements des dits sabots dans la direction perpendiculaire au dit plan (M) et dans un sens opposé pour deux sabots adjacents engendrent un déplacement radial des dits sabots et donc une augmentation du diamètre de l'assemblage circulaire ou sensiblement circulaire. tels dispositifs à sabots sont commercialisés par la Société BROOK HOUSE, UK. D'autres concepts, basés sur un système de supports du type tuiles actionnées par des vérins ont été développés par la Société CCI (Houston, USA) pour remplir sensiblement la même fonction. Dans la majorité des centraliseurs, leur surface périphérique d'appui est en général constituée d'éléments à base cuivre. En effet, lors du soudage, le bain de soudure en fusion constitué de métal en fusion à très haute température, ne se combine avec la pièce en cuivre. En revanche, la dite pièce à base de cuivre se trouve endommagée par les éclats, débris et projections du bain de soudure en fusion et/ou de la torche de soudure et sa durée de vie est limitée. Dans certaines configurations de soudage, il est nécessaire de changer les dites pièces supports après seulement 15 cycles d'utilisation, voire moins. Le dispositif centraliseur s'expanse radialement par serrage, de sorte que les sabots en cuivre assurent après expansion, une surface périphérique sensiblement continue pour soutenir le bain. De ce fait, les dits sabots sont très complexes et très coûteux à fabriquer, surtout pour les conduites de diamètre important, c'est à dire 500 à 750 mm et plus. Des variantes ont été développées de manière à limiter cet endommagement, par utilisation de supports, notamment de sabots, en composés métalliques différents encore en céramique, mais ces derniers sont fragiles et difficiles à fabriquer et ne répondent qu'imparfaitement au problème posé. Ainsi, le problème à résoudre selon la présente invention est de fournir un outil centraliseur et de retenue de bain de soudure en fusion de longévité accrue. La solution selon la présente invention consiste en un dispositif centraliseur et de retenue de bain soudure en fusion utile pour le raboutage par soudage de deux conduites tubulaires métalliques (la, lb), constitué par un assemblage circulaire ou sensiblement circulaire d'une série de supports métalliques, tels des sabots ou tuiles, juxtaposés (4a, 4b) pouvant se déplacer les par rapport aux autres depuis une position rétractée à une position expansée radialement lorsque le dit dispositif est placé en regard extrémités à rabouter des dites conduites, dispositif caractérisé en que la surface périphérique externe (G) du dit assemblage de supports en regard des parois internes des dites extrémités à rabouter est recouverte d'un écran protecteur expansible (5) qui recouvre la dite surface périphérique à la fois en position rétractée et en position expansée. Le dit écran protège les dits supports du bain de soudure en fusion et de la torche de soudure. Du fait de sa caractéristique d'expansion, l'écran protecteur selon la présente invention, peut être adapté sur le dispositif dans sa position rétractée lorsqu'on l'introduit à l'intérieur d'une première conduite. Puis il continue à recouvrir complètement le dispositif lorsque celui-ci est disposé en regard des deux extrémités des dites conduites à rabouter et est expansé. Lors de l'expansion du dit dispositif centraliseur, les supports, notamment les sabots viennent s'appliquer sur l'intérieur des extrémités des conduites, le dit écran s'expanse sans se rompre de telle manière que l'écran fournit à l'ensemble des supports, notamment des supports une protection sensiblement continue sur toute la périphérie en évitant le contact direct entre le bain de soudage et les supports. Dans un mode de réalisation avantageux du dispositif selon l'invention, le dit écran est réalisé en un matériau non tissé constitué de fibres enchevêtrées de nature minérale ou organique. De tels matériaux non tissés peuvent être réalisés en fibres de verre, en fibres céramiques ou en tous types de fibres minérales composites ou encore en fibres de matériaux synthétiques thermoplastiques. De préférence un dispositif selon l'invention, est caractérisé en ce que les fibres enchevêtrées forment une matrice renfermant des charges minérales. Lors de l'opération de soudage le matériau non tissé à base de fibres minérales ou organiques se consume et donne lieu à un dépôt de cendres sous forme d'une couche pelliculaire et des dites substances minérales constitutives des fibres ou des dites charges renfermées dans la matrice des fibres. On a découvert que cette couche pelliculaire, de façon surprenante, protège suffisamment le métal des supports par rapport aux éclats et projections de bain de soudure, d'une part sans se combiner au bain de soudure en fusion ce qui pourrait en affecter les caractéristiques soudage et d'autre part, en empêchant l'impact et/ou l'accrochage des dits débris, éclats et projections sur les dits sabots, qui les endommagerait. Dans ce mode de réalisation, l'écran selon l'invention donc un écran consommable qui doit être changé à chaque utilisation, mais sa fabrication et sa mise en place sont extrêmement simples et coüt est faible par rapport au coût d'un jeu de supports, notamment de sabots dont la durée de vie, grâce à l'invention, peut être augmentée considérablement. I1 s'agit donc d'un dispositif de protection économique simple à mettre en oeuvre sur les dispositifs centraliscurs et retenue de bain de soudure en fusion existants. Pour réaliser un écran selon l'invention, on peut utiliser un matériau en lui-même expansible ou un matériau rigide ou semi-rigide mais dont la configuration tridimensionnelle autorise une variation de la surface par déformation de la dite configuration tridimensionnelle. Dans une version de l'invention dans laquelle le dit écran est réalisé en matériau expansible, le dit écran peut être constitué matériau non tissé présentant un enchevêtrement de fibres notamment de fibres courtes, par exemple de 2 à 4 cm, le dit enchevêtrement autorisant l'allongement du dit matériau, dans une direction au moins, de telle manière qu'en position expansée du dit dispositif centraliseur, l'écran recouvre sans rompre la dite surface périphérique de l'assemblage de supports, notamment de sabots. Dans autre version de l'invention dans laquelle le dit écran n'est pas nécessairement expansible, un dispositif selon l'invention, est caractérisé ce que le dit matériau non tissé est constitué d'une bande qui présente une configuration tridimensionnelle déformée, de préférence ondulée, pliée ou gaufrée, la dite configuration permettant un allongement par déformation de sorte que sa surface développée puisse recouvrir sans se rompre le dit dispositif en position expansée. L'allongement de l'écran, notamment le développé de la déformation, notamment de l'ondulation, du gaufrage ou du plissage de l'écran doit fournir un allongement de circonférence correspondant à la variation de la circonférence des sabots entre la position rétractée et position expansée. Plus particulièrement, l'allongement de l'écran entre la dite position rétractée et la dite position expansée est de 1 à 20 %. A titre d'exemple, un centraliseur destiné à une conduite 500mm de diamètre intérieur et présentant une circonférence de 450mm en position rétractée sera équipé d'un écran déformé, notamment gaufré ou ondulé à 10%, c'est à dire qu'en configuration déformée, notamment gaufrée ou ondulée, sa circonférence, correspondant au diamètre extérieur du centraliseur rétracté, est inférieure de 10"/o à son diamètre final, lorsque ledit centraliseur est en position expansé. Dans une version extrémement simple de l'invention, l'écran est réalisé en une feuille papier, notamment un papier de pe kraft. Le bain soudage brûle le papier, lequel produit principalement des gaz et des cendres minérales, l'ensemble n'ayant pas de conséquences significatives la qualité de la soudure finale et protégeant suffisamment les sabots. De façon avantageuse, un dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'écran est constitué d'une feuille de papier ondulé gaufré. D'autres caractéristiques et avantages à la présente invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée - va suivre, en référence aux figures suivantes dans lesquelles # La figure 1 est une coupe axiale en vue côté de deux conduites en cours d'assemblage, présentées face à face avec un léger désaxage ; # Les figures 2 et 3 montrent un dispositif centraliseur et de retenue de bain de soudure en fusion respectivement en position rétractée (figure 2) et en position expansée (figure 3) ; # Les figures 4 et 5 sont des vues en coupe de la conduite au niveau des sabots d'un dispositif centraliseur et de retenue de bain de soudure en fusion selon l'invention, équipé d'un écran protecteur, respectivement en position rétractée (figure 4) et en position expansée (figure 5). # La figure 6 est une vue en perspective d'un assemblage circulaire de sabots métalliques d'un dispositif centraliseur et de retenue de bain de soudure. La figure 1 est une coupe axiale en vue côté de deux conduites la-1b en cours d'assemblage, présentées face à face avec un léger désaxage. Les figures 2 et 3 sont des coupes similaires à la figure 1 montrant dispositif centraliseur et de retenue de bain de soudure en fusion 2 respectivement en position rétractée sur la figure et en position expansée sur la figure 3. Le dit dispositif centraliseur est constitué d'un actionneur 3, par exemple un vérin, coopérant avec des éléments juxtaposés, indépendants les uns des autres, qui jouent le rôle de sabots, l'ensemble constituant une surface sensiblement circulaire continue diamètre inférieur au diamètre intérieur de la conduite. Lorsque le vérin 3 est actionné, il déplace les uns par rapport aux autres, l'ensemble des éléments 4a-4b ce qui a pour effet de déformer la surface circulaire et d'augmenter son diamètre tout en gardant une surface sensiblement circulaire continue, venant en butée sur l'intérieur de la conduite, qui permet aux sabots de jouer leur rôle de maintien du bain pendant le processus de soudage. Sur la figure 6 on a représenté une vue en perspective dispositif centraliseur et de retenue de bain de soudure en fusion comprenant six sabots (4a à 4f). Les sabots (4) présentent entre eux des surfaces de contact (7) inclinées à la fois par rapport à l'axe ZZ' et par rapport au plan XX' YY'. On entend ici par "inclinée" une position intermédiaire entre 0 et 90 , en général de 30 à 60 . De par l'inclinaison de ces surfaces de contact, les sabots peuvent passer d'une position rétractée à une position expansée. En effet, le déplacement, le long des dites surfaces de contact dans la direction de l'axe longitudinal ZZ' des dites conduites et du dit dispositif de retenue, de deux sabots adjacents ayant un déplacement dans cette direction mais dans un sens opposé, engendre un déplacement radial des sabots et donc une augmentation du diamètre de l'assemblage des sabots qui passent d'un assemblage circulaire à un assemblage seulement sensiblement circulaire. La position rétractée permet d'introduire le dispositif centraliseur à l'intérieur de la conduite depuis son extrémité libre jusqu'à l'extrémité à rabouter, laquelle se présente en regard de l'extrémité d'une deuxième conduite. Lorsque le dispositif centraliseur est adapté juste en regard de la jonction entre les deux conduites à rabouter celui-ci est expansé de manière à venir en butée contre les parois internes des extrémités des dites conduites à rabouter. Le bain de soudure en fusion est appliqué dans un chanfrein réalisé aux extrémités des dites conduites à rabouter et du fait que dispositif de retenue vient buter sur la surface interne des extrémités des conduites à rabouter, il joue à la fois le rôle de centraliseur entre les deux conduites. figure 4 est une vue en coupe de la conduite 1 au niveau du plan d'assemblage des deux conduites (1 a, 1 b) détaillant circonférence 6 tangente à l'ensemble des sabots 4 (non représentés) laquelle est installé un écran constitué d'une bande de feuille de papier kraft ondulé 5 selon l'invention. Le dispositif centraliseur est alors en position rétractée et les ondulations sont sensiblement uniformément réparties sur la périphérie. La figure 5 est une vue similaire à la figure 4, dans laquelle le centraliseur a été expansé de manière à ce que les sabots, non représentés mais dont la surface périphérique externe continue est schématisée par un cercle 6, viennent en contact avec la paroi interne de la conduite et soutienne ainsi le bain de soudage. Lors de cette expansion, les ondulations de l'écran se réduisent lorsque les sabots sont en contact avec l'intérieur de la conduite, l'écran n'est pas endommagé et présente une continuité ce qui permet d'assurer la protection des sabots sur l'intégralité de la périphérie. Cette feuille de papier est consumée dès que le soudage est mis en oeuvre. On observe de façon tout à fait surprenante que simple couche pelliculaire de cendres et de substances minérales protège de façon efficace la surface des sabots, des débris, éclats et projections du bain de soudure en fusion et de la torche de soudage. dispositif selon l'invention s'applique à tous les métaux utilisés dans la construction des conduites, circulaires ou non, lesdits métaux pouvant être, par exemple, le cuivre ou ses alliages, l'aluminium ou ses alliages, les aciers inoxydables, le titane, etc. ... REVENDICATIONS 1. Dispositif centraliseur et de retenue de bain de soudure en fusion utile pour le raboutage par soudage de deux conduites tubulaires métalliques (1 a, 1b), constitué par un assemblage circulaire ou sensiblement circulaire d'une série de supports métalliques juxtaposés (4a, 4b) pouvant se déplacer les uns par rapport aux autres depuis une position rétractée à une position expansée radialement lorsque le dit dispositif est placé à l'intérieur des dites conduites, en regard des extrémités à rabouter des dites conduites, dispositif caractérisé en ce que la surface périphérique externe (6) du dit assemblage de supports regard parois internes des dites extrémités à rabouter est recouverte d'un écran protecteur expansible (5) qui recouvre la dite surface périphérique en position rétractée et peut s'allonger de manière recouvrir dite surface périphérique en position expansée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dit écran (5) est réalisé en un matériau non tissé constitué de fibres enchevêtrées de nature minérale ou organique. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que fibres enchevêtrées forment une matrice renfermant des charges minérales. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les dites fibres comprennent des fibres de verre, fibres céramiques, fibres matériaux composites minéraux ou fibres synthétiques thermoplastiques. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce le dit écran est constitué d'un matériau non tissé expansible présentant un enchevêtrement de fibres, de préférence de fibres courtes, le dit enchevêtrement autorisant l'allongement du matériau dans une direction au moins de telle manière qu'en position expansée du dit dispositif l'écran recouvre sans se rompre la dite surface périphérique de l'assemblage de supports. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérise en ce que le dit matériau non tissé est constitué d'une bande qui présente une configuration tridimensionnelle déformée, de préférence ondulée pliee ou gaufrée, la dite configuration permettant un allongement déformation de sorte que sa surface développée puisse recouvrir sans rompre le dit dispositif en position expansée. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'écran est constitué d'une feuille de papier. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'écran est constitué d'une feuille de papier kraft. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce l'écran est constitué d'une feuille de papier ondulée ou gaufrée. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en que l'allongement de l'écran entre la dite position allongée et dite position expansée est de 1 à 20 %.