CH620380A5

CH620380A5 -

Info

Publication number: CH620380A5
Application number: CH326578A
Authority: CH
Inventors: Georges Le Huede; Guy Zacharie
Original assignee: Electricite De France
Priority date: 1977-05-02
Filing date: 1978-03-28
Publication date: 1980-11-28
Also published as: ZA781799B; SE7804970L; DE2818671B2; FR2389429B1; US4134287A; FR2389429A1; GB1582408A; ES469259A1; IT7867857A0; BE866448A; DE2818671C3; IT1108654B; SE427991B; DE2818671A1

Description

La présente invention est relative à un procédé permettant d'assurer la relaxation des contraintes résiduelles d'un tube fixé par dudgeonnage mécanique sur un support dans la zone assurant la transition entre la partie dudgeonnée et la partie non déformée de ce tube.

On connaît parfaitement dans la technique le procédé de dudgeonnage mécanique de tubes sur un support, notamment sur une plaque comportant des alésages recevant de tels tubes, du genre plaque à tubes d'échangeur de chaleur, ce procédé consistant dans un premier temps à élargir chaque tube par l'intérieur pour l'amener au contact de la surface de l'alésage correspondant puis, dans un second temps, à forcer le tube contre cette paroi en provoquant un véritable laminage ou forgeage à froid du métal du tube qui assure l'adhérence de celui-ci avec la plaque. Avantageusement, les matériaux du tube et de la plaque sont choisis de telle sorte que leurs caractéristiques mécaniques conduisent à une déformation plastique du tube sans dépasser la limite d'élasticité de la plaque. Le cas échéant, le dudgeonnage réalisé peut être complété par un soudage d'extrémité.

De façon classique, le dudgeonnage de tubes s'effectue au moyen d'outils appropriés, appelés dudgeons, comportant généralement une série de galets à axes parallèles ou inclinés sur celui de l'alésage et du tube engagé dans celui-ci, ces galets étant entraînés en rotation et forcés vers l'edxtérieur par une broche axiale déplacée entre ces galets. Ceux-ci repoussent la paroi du tube contre celle de l'alésage.

A l'endroit qui sépare la partie dudgeonnée proprement dite de plus large diamètre de la partie où le tube présente son diamètre nominal initial, le tube présente des contraintes résiduelles de tension non négligeables, susceptibles de conduire à des fissurations en milieu corrosif et, le cas échéant, à un percement des tubes en fonctionnement. Il apparaît donc indispensable de réaliser, avant l'exploitation des tubes, notamment dans un

échangeur de chaleur, un détensionnement préalable des régions précédentes, afin d'obtenir une relaxation quasi totale de ces contraintes résiduelles, préjudiciables à la bonne tenue ultérieure de ces tubes.

Divers procédés de détensionnement ont déjà été envisagés, consistant plus particulièrement en un traitement thermique des zones concernées. Toutefois, cette opération présente des difficultés pour être mise en œuvre correctement, dans la mesure où le chauffage doit être limité à la zone ou région de transition entre partie dudgeonnée et partie non déformée des tubes afin de ne pas relâcher simultanément les contraintes assurant la résistance mécanique du dudgeonnage lui-même, surtout si le coefficient de dilatation des tubes est supérieur à celui de la plaque. En outre, lorsque le tube est plus résistant au fluage que la plaque, par exemple lorsque ce tube est réalisé en acier inoxydable austéni-tique ou en alliage à haute teneur en nickel et la plaque en acier au carbone par exemple, le cycle thermique appliqué, limité en température pour ne pas dégrader les caractéristiques de la plaque, ne conduit qu'à un faible abaissement des contraintes au-delà de la zone dudgeonnée.

Compte tenu de ces difficultés, aucun de ces procédés n'a toutefois fait l'objet d'une application industrielle étendue et, dans la très grande majorité des cas, on a donc été conduit jusqu'ici à ne pas pratiquer de détensionnement des zones concernées.

La présente invention concerne un procédé pour le détensionnement d'un tube dudgeonné mécaniquement sur un support, notamment dans sa zone de transition, apte à être mis en œuvre une fois le dudgeonnage effectué, c'est-à-dire après que la liaison entre le tube et le support a été réalisée.

A cet effet, le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'il consiste à déformer diamétralement, de façon permanente et d'une quantité contrôlée, le tube dudgeonné au moins dans sa zone de transition entre la partie dudgeonnée et la partie du tube où celui-ci a conservé son diamètre nominal, et à l'exclusion de la partie dudgeonnée.

Ce procédé repose sur un principe général connu, qui consiste à relâcher les contraintes résiduelles d'une pièce traitée en imposant mécaniquement à celle-ci une déformation, de telle manière que la limite d'élasticité globale de la pièce soit atteinte. Les zones soumises à des contraintes résiduelles se déforment alors plas-tiquement, tandis que celles sans contraintes sont moins sollicitées, la déformation restant en permanence contrôlée pour éviter un laminage préjudiciable de la paroi du tube dans la zone dudgeonnée. Il en résulte une adaptation des différentes zones de la pièce de telle manière qu'après relâchement, c'est-à-dire lorsque la pièce est revenue pratiquement à sa forme initiale, le niveau des contraintes résiduelles locales soit considérablement diminué. A titre indicatif, un tel processus de détensionnement mécanique s'applique couramment sur des parties droites de tubes, après dressage, en produisant un effort de traction qui impose en fin de fabrication un léger allongement du tube. Toutefois, ce procédé ne se prête pas au cas particulier plus spécialement envisagé, où les tubes sont dudgeonnés sur un support et notamment sur une plaque.

Le procédé suivant la présente invention repose sur une mise en œuvre différente de ce même principe, en recherchant une déformation diamétrale contrôlée des zones concernées.

Dans un premier mode de mise en œuvre du procédé, on provoque la déformation diamétrale du tube par la commande de l'avance axiale d'un outil de forme conique ou ogivale au moyen d'un vérin ou analogue. Dans une variante, on peut utiliser pour obtenir le même effet un outil expansible radialement vers l'extérieur.

Selon une autre variante également, on provoque la déformation diamétrale du tube au moyen d'un dudgeon à galets tournants. Enfin, dans une autre variante, on provoque la déformation diamétrale du tube en introduisant à l'intérieur de celui-ci un fluide sous pression. De préférence, le procédé s'applique au

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détensionnement mécanique de tubes d'échange de chaleur en U identiques, dont les deux extrémités sont fixées sur une même plaque-support, et se caractérise en ce que tous les tubes sont déformés d'une quantité qui correspond à une variation de volume identique.

Les caractéristiques du procédé pour le détensionnement mécanique d'un tube dudgeonné sur un support selon l'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit de plusieurs exemples de mise en œuvre, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:

— les fig. 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe longitudinale partielle d'un tube dudgeonné sur une plaque et d'un outil engagé à l'intérieur de ce tube, permettant la relaxation des contraintes dans la zone de transition entre la partie dudgeonnée et la partie extérieure de diamètre nominal de ce tube;

— la fig. 3 illustre à plus faible échelle une autre variante d'une installation de mise en œuvre de ce procédé.

Sur la fig. 1, la référence 1 désigne l'extrémité d'un tube cylindrique métallique, fixé sur une plaque transversale 2 également métallique, par un procédé de dudgeonnage classique. A cet effet, la plaque 2 comporte un alésage 3 dont les dimensions permettent l'engagement du tube 1, la partie 4 de ce tube située dans l'alésage étant forcée par tout moyen approprié, tel qu'un dudgeon à broche axial (non représenté), contre la paroi interne de cet alésage, en réalisant le dudgeonnage du tube, et l'adhérence de ce dernier. La partie 4 ainsi dudgeonnée se raccorde à la partie 5 du tube, de diamètre nominal, au-delà de l'alésage 3, par une zone de transition 6, représentée en traits interrompus sur le dessin.

Le détensionnement des contraintes résiduelles créées par le dudgeonnage dans la zone de transition 6, est réalisé grâce à l'engagement par l'intérieur du tube et au-delà de la partie dudgeonnée 4 d'un outil 7 de forme conique ou ogivale, permettant, suite à une avance axiale progressive à l'intérieur du tube, réalisée par un vérin pneumatique ou hydraulique notamment, de faire subir à la zone de transition 6 une déformation vers l'extérieur pour l'amener en fin de course dans la position 8 illustrée en traits pleins sur la figure. A titre indicatif, la déformation à appliquer sur la zone de transition est généralement de l'ordre de 0,5% sur le diamètre et peut être obtenue automatiquement, par exemple en contrôlant l'amplitude du déplacement de l'outil 7.

La variante illustrée sur la fig. 2 consiste à utiliser l'outil 7 (du type dudgeon) provoquant la déformation de la zone de transition 6 du tube dudgeonné au moyen d'une broche axiale portant des galets tournants 9. Là encore, la relaxation des contraintes, suite à la déformation vers l'extérieur de la zone de transition 6, est aisément ajustée, en programmant l'arrêt de la broche portant les galets après un nombre de tours convenable de ceux-ci, correspondant à une déformation déterminée, définie par un étalonnage préalable.

Dans une autre variante de mise en œuvre du procédé illustrée sur la fig. 3, la déformation des zones de transition du tube 1 après dudgeonnage de ses extrémités 10 et 11 est réalisée par mise sous pression hydraulique de ce tube. A cet effet, les extrémités dudgeonnées sont obturées par deux joints démontables, respectivement 12 et 13, le joint 12 étant traversé par une canalisation 14 qui réunit l'intérieur du tube à une pompe hydraulique 15 ou

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analogue, la pression étant mesurée dans cette conduite 14 par un manomètre 16. De même, le joint 13 est réuni par une conduite 17 à une vanne d'échappement et de vidange 18.

Dans cette variante de mise en œuvre, la pression créée par la pompe hydraulique 15 à l'intérieur du tube 1 est choisie pour produire une déformation suffisante des zones de transition du tube au-delà des parties dudgeonnées, en réalisant une contrainte circonférentielle moyenne atteignant une valeur déterminée. Toutefois, il y a lieu de noter que, afin de calculer la pression minimale nécessaire au détensionnement de tous les tubes d'une fourniture donnée, on peut se trouver, en raison de dispersions importantes sur les caractéristiques mécaniques et géométriques de ces tubes, dans une situation telle que la pression nécessaire au détensionnement du tube le plus résistant conduise à une déformation excessive du tube le moins résistant. Il peut donc être préjudiciable d'appliquer à tous les tubes une pression interne unique pour obtenir le détensionnement des zones de transition.

Avantageusement, le processus mis en jeu est convenablement modifié de façon à imposer aux tubes une variation de volume identique pour tous les tubes, ce qui revient en fait à imposer une déformation au lieu d'une contrainte.

La relation reliant en effet la variation de volume intérieur AV du tube à la variation de diamètre A0 du tube est donnée par la formule :

où L est la longueur du tube et le diamètre intérieur moyen. Ce volume AV est aussi celui du fluide à injecter après remplissage du tube lorsque l'on procède avec un fluide incompressible.

La relation (1) ci-dessus a l'avantage de ne pas faire intervenir l'épaisseur des tubes. En outre, pour une même fourniture de tubes, les variations sur le diamètre intérieur sont en général faibles, de l'ordre de 2% en plus ou en moins. Par conséquent, la variation de

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volume AV nécessaire pour obtenir une déformation —

0i donnée ne variera d'un tube à l'autre que si la longueur L varie. En particulier, pour des échangeurs de chaleur dont les longueurs de tubes ne varient pas dans des limites trop larges, la variation de volume AV nécessaire au détensionnement sera pratiquement toujours la même.

Le procédé décrit permet donc d'obtenir de façon simple et pratique à mettre en œuvre le détensionnement mécanique des tubes dudgeonnés sur un support et notamment sur une plaque, en améliorant ainsi considérablement les caractéristiques mécaniques de ces tubes vis-à-vis de la corrosion sous tension, grâce à la relaxation des contraintes risquant dans certains milieux de produire des fissurations irrémédiables. A noter enfin que le procédé s'applique, comme déjà précisé, au cas où les tubes sont fixés sur leur plaque ou support par dudgeonnage mécanique préalable; a contrario, si la fixation des tubes résulte d'une déformation par expansion hydraulique, le procédé ne présente pas d'intérêt, un tel processus de fixation n'engendrant pas de contraintes résiduelles analogues à celles du dudgeonnage mécanique.

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1 feuille dessins

Claims

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1. Procédé pour le détensionnement d'un tube dudgeonné mécaniquement, caractérisé en ce qu'il consiste à déformer diamétralement, de façon permanente et d'une quantité contrôlée, le tube dudgeonné au moins dans sa zone de transition entre la partie dudgeonnée et la partie du tube où celui-ci a conservé son diamètre nominal, et à l'exclusion de la partie dudgeonnée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on provoque la déformation diamétrale du tube par la commande à l'avance axiale d'un outil de forme conique ou ogivale au moyen d'un vérin, l'outil présentant un diamètre inférieur au diamètre interne de la partie dudgeonnée du tube.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on provoque la déformation diamétrale du tube par un outil expansible radialement vers l'extérieur.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on provoque la déformation diamétrale du tube au moyen d'un dudgeon à galets tournants.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on provoque la déformation diamétrale du tube par l'introduction dans celui-ci d'un fluide sous pression.

6. Procédé selon la revendication 5, appliqué au détensionnement mécanique de tubes d'échange de chaleur en U identiques, dont les deux extrémités sont fixées sur une même plaque-support, caractérisé en ce que tous les tubes sont déformés d'une quantité qui correspond à une variation de volume identique.

7. Tube dudgeonné sur un support dont le détensionnement a été réalisé par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.