CH643766A5 - PROCESS FOR TRIMMING A METAL BODY AND METAL BODY OBTAINED BY THIS PROCESS. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé de garnissage d'un corps métallique et le corps métallique obtenu par ce procédé. 25 On sait qu'il est nécessaire d'avoir des structures à haute résistance mécanique, comportant des surfaces métalliques intérieures résistant à la corrosion, comme c'est le cas, par exemple, pour un robinet-vanne monté sur une conduite dans laquelle circulent des fluides corrosifs sous haute pression. Une vanne de ce genre peut être en 30 acier AISI4130 et munie intérieurement (chambre de la vanne et passages) d'une garniture en acier inoxydable de la série 300. The present invention relates to a method of lining a metal body and the metal body obtained by this method. It is known that it is necessary to have structures with high mechanical resistance, comprising internal metal surfaces resistant to corrosion, as is the case, for example, for a gate valve mounted on a pipe in which circulate corrosive fluids under high pressure. A valve of this type can be made of AISI4130 steel and provided internally (valve chamber and passages) with a 300 series stainless steel gasket.

On a tenté à plusieurs reprises de réaliser de telles structures. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3349789 et 2497780 ont pour objet des vannes munies de garnitures qui doivent être fixées et scel-35 lées dans les passages d'écoulement, mais pour lesquelles il n'est pas prévu de garniture de chambres de vannes. Several attempts have been made to create such structures. Patents of the United States of America Nos. 3349789 and 2497780 relate to valves provided with fittings which must be fixed and sealed in the flow passages, but for which no chamber fittings are provided. valves.

Des produits ont été fabriqués selon un procédé sous pression isostatique à chaud, en créant un espace qui est rempli de métal en poudre et entouré d'un matériau flexible, pouvant demeurer étanche -io aux températures et aux pressions de formage. Lorsqu'il est soumis à la chaleur et à la pression, le métal en poudre se consolide à la forme voulue. Les procédés connus se rapportent au formage de structures solides ou au revêtement de l'extérieur d'une structure. D'autres exemples de la technique connue peuvent être trouvés dans 45 les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3631583, 3992202 et 4142888, mais cette technique antérieure ne décrit pas de méthode faisant appel à un processus de compression isostatique à chaud pour former des garnitures à l'intérieur des cavités d'une structure telle que, par exemple, un corps de vanne ou un corps d'arrêt de 50 l'écoulement d'un fluide. Products have been manufactured using a hot isostatic pressure process, creating a space which is filled with powdered metal and surrounded by a flexible material, which can remain impervious to forming temperatures and pressures. When subjected to heat and pressure, the powdered metal consolidates to the desired shape. The known methods relate to forming solid structures or coating the exterior of a structure. Other examples of the known technique can be found in US Pat. Nos. 3631583, 3992202 and 4142888, but this prior art does not describe a method using a hot isostatic compression process to form fittings inside the cavities of a structure such as, for example, a valve body or a body for stopping the flow of a fluid.

La compression isostatique à chaud (HIP) est bien connue dans la technique et est décrite, par exemple, au chapitre 9 du «Powder Metallurgy Equipment Manual» de l'Association de l'équipement pour la métallurgie des poudres, 2e éd., 1977. Ce procédé consiste à 55 ménager un espace à l'intérieur des cavités du corps liées par les parois de la cavité et par un moule flexible, à remplir cet espace d'un métal en poudre, à établir un vide dans cet espace et à soumettre le corps à une température et à une pression de formage de façon qu'une garniture de métal en poudre consolidé soit formée avec la 60 cavité du corps. Hot isostatic compression (HIP) is well known in the art and is described, for example, in Chapter 9 of the "Powder Metallurgy Equipment Manual" of the Powder Metallurgy Equipment Association, 2nd ed., 1977 This process consists in providing a space inside the cavities of the body linked by the walls of the cavity and by a flexible mold, filling this space with powdered metal, establishing a vacuum in this space and subjecting the body to forming temperature and pressure so that a consolidated powdered metal lining is formed with the body cavity.

L'invention a pour but de fournir un procédé perfectionné de fabrication d'un corps à cavités munies de garnitures. The object of the invention is to provide an improved method of manufacturing a body with cavities provided with fittings.

La structure peut être en acier allié à haute résistance et le garnissage un matériau résistant à la corrosion. The structure can be made of high-strength alloy steel and the lining a corrosion-resistant material.

65 Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: 65 The method according to the invention is characterized in that it comprises the following operations:

on positionne un moule métallique transmettant une pression à l'intérieur du corps et à distance des parois de la cavité du corps, a metallic mold transmitting pressure is positioned inside the body and at a distance from the walls of the body cavity,

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643 766 643,766

on remplit de poudre métallique l'espace compris entre le moule et les parois de la cavité, the space between the mold and the walls of the cavity is filled with metallic powder,

on établit le vide dans ledit espace rempli de poudre métallique, et on soumet le corps et le moule à une température et à une pression suffisantes pendant une durée suffisamment longue pour fixer la s poudre métallique en une garniture métallique uniformément dense de la cavité, the vacuum is established in said space filled with metal powder, and the body and the mold are subjected to a sufficient temperature and pressure for a time long enough to fix the metal powder in a uniformly dense metal lining of the cavity,

on laisse refroidir le corps revêtu de la garniture, et on usine les cavités revêtues aux dimensions voulues. the body coated with the lining is allowed to cool, and the coated cavities are machined to the desired dimensions.

Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exem- io pie une forme d'exécution de l'objet de l'invention. The appended drawing shows schematically and by way of example an embodiment of the subject of the invention.

Sur ce dessin: On this drawing:

la fig. 1 est une vue en coupe du corps d'une vanne, illustrant la structure utilisée pour obtenir un espace dans les cavités de cette structure; 15 fig. 1 is a sectional view of the body of a valve, illustrating the structure used to obtain a space in the cavities of this structure; 15

la fig. 2 est une vue en coupe partielle suivant 2-2 de la fig. 1 ; fig. 2 is a partial sectional view along 2-2 of FIG. 1;

la fig. 3 est une vue en coupe de la structure terminée, montrant la finition avec la garniture métallique consolidée après usinage. fig. 3 is a sectional view of the completed structure, showing the finish with the consolidated metal lining after machining.

Un corps de vanne 10, représenté à la fig. 1, est constitué par une structure en acier allié, présentant des cavités, à savoir des passages 20 d'écoulement 12 et une chambre de vanne 14, sur lesquelles il est prévu d'appliquer une garniture résistant à la corrosion. A valve body 10, shown in FIG. 1, is constituted by an alloy steel structure, having cavities, namely flow passages 12 and a valve chamber 14, on which it is intended to apply a corrosion-resistant seal.

Afin de préparer l'addition de poudre métallique, une boîte 16 présentant un tube à paroi mince 18, un fond plat 20 et un manchon à paroi mince 22 traversant la partie médiane du tube 18, est insérée 25 dans la chambre 14. Le fond 20 est relié à l'extrémité du tube 18 par soudage. Un tube à paroi mince 24 est inséré, comme représenté, à travers les passages 12 et le manchon 2. Une bague 26 est soudée à l'extérieur de la boîte 16 et à l'extérieur du corps 10, comme représenté, cependant que des bagues 28 et 30 sont soudées aux extrémi- 30 tés du tube 24 et à l'extérieur du corps 10. Un tube de remplissage 32 traverse la bague 26, et un tube de remplissage 34 traverse la bague 30. La structure de la boîte 16, du tube 24 et des bagues 26, 28 et 30 assemblées à ceux-ci, fournit un espace 36 dans les parois des passages 12 et de la chambre 14. Cette structure fonctionne comme un 35 moule flexible transmettant une pression, ou une structure scellée en métal de mince épaisseur, comme décrit ci-après. Il importe que toutes les soudures dans la structure de la boîte 16, du manchon 22 et du tube 24 soient étanches à l'air et le demeurent durant la phase de consolidation, afin d'éliminer l'air de la poudre métallique chauffée. 40 In order to prepare the addition of metal powder, a box 16 having a thin-walled tube 18, a flat bottom 20 and a thin-walled sleeve 22 passing through the middle part of the tube 18, is inserted 25 into the chamber 14. The bottom 20 is connected to the end of the tube 18 by welding. A thin-walled tube 24 is inserted, as shown, through the passages 12 and the sleeve 2. A ring 26 is welded to the outside of the box 16 and to the outside of the body 10, as shown, however rings 28 and 30 are welded to the ends of the tube 24 and to the outside of the body 10. A filling tube 32 passes through the ring 26, and a filling tube 34 passes through the ring 30. The structure of the box 16 , the tube 24 and the rings 26, 28 and 30 assembled therewith, provides a space 36 in the walls of the passages 12 and of the chamber 14. This structure functions as a flexible mold transmitting a pressure, or a sealed structure thin metal, as described below. It is important that all the welds in the structure of the box 16, the sleeve 22 and the tube 24 are airtight and remain so during the consolidation phase, in order to remove the air from the heated metal powder. 40

L'espace 36 dans les cavités 12 et 14 du corps est alors rempli, au moyen des tubes de remplissage 32 et 34, d'une poudre métallique appropriée, telle que l'acier inoxydable 316. Il est recommandé que le corps 10 soit soumis à des vibrations durant le remplissage de l'espace 36, de façon qu'il soit complètement rempli de poudre métalli- 45 que, avant de procéder à l'opération suivante. De préférence, le matériau de la boîte 16, du tube 24 et des bagues 26, 28 et 30 sera identique au matériau utilisé pour la garniture. Il est par ailleurs avantageux que l'espace soit suffisamment grand, afin d'obtenir une garniture métallique consolidée qui soit d'une épaisseur suffisante pour 50 permettre un usinage à la forme définitive, sans creux ni trous dans la garniture terminée. Lorsqu'on utilise le même matériau pour la boîte 16 et le tube 24, une partie de la garniture à l'état fini peut être le matériau de la boîte 16 et du tube 24. The space 36 in the cavities 12 and 14 of the body is then filled, by means of the filling tubes 32 and 34, with a suitable metallic powder, such as stainless steel 316. It is recommended that the body 10 is subjected to vibrations during the filling of the space 36, so that it is completely filled with metal powder 45, before proceeding to the next operation. Preferably, the material of the box 16, the tube 24 and the rings 26, 28 and 30 will be identical to the material used for the lining. It is also advantageous for the space to be sufficiently large, in order to obtain a consolidated metal lining which is of sufficient thickness to allow machining to the final shape, without hollows or holes in the finished lining. When the same material is used for the box 16 and the tube 24, part of the packing in the finished state can be the material of the box 16 and the tube 24.

Lorsque l'espace 36 est complètement rempli, un vide est établi 55 en raccordant des moyens appropriés, tels qu'une pompe à vide (non représentée) à l'un ou à l'autre, ou aux deux tubes 32 et 34. Un vide suffisant doit être établi de façon que la quantité de gaz présent dans l'espace 36 ne nuise pas à la formation d'une garniture métallique consolidée appropriée. Lorsque le vide désiré est atteint, les tubes de remplissage 32 et 34 sont fermés et scellés. Le cas échéant, des valves appropriées (non représentées) peuvent être agencées et fixées de manière à être fermées lorsque la mise sous vide est terminée. Il est recommandé que ces valves soient étanches lorsqu'elles sont soumises aux conditions de formage. When the space 36 is completely filled, a vacuum is established 55 by connecting suitable means, such as a vacuum pump (not shown) to one or the other, or to the two tubes 32 and 34. A Sufficient vacuum must be established so that the amount of gas present in space 36 does not interfere with the formation of an appropriate consolidated metal gasket. When the desired vacuum is reached, the filling tubes 32 and 34 are closed and sealed. If necessary, suitable valves (not shown) can be arranged and fixed so as to be closed when the evacuation is complete. It is recommended that these valves be sealed when subjected to forming conditions.

Le corps 10 est ensuite placé dans un autoclave (non représenté) ou dans un autre dispositif approprié, où il est soumis à une température de formage (environ 1150°C) et à une pression de formage (environ 1050 kg/cm2). On maintient le corps 10 dans ces conditions de formage pendant plusieurs heures, puis on le laisse refroidir. The body 10 is then placed in an autoclave (not shown) or in another suitable device, where it is subjected to a forming temperature (about 1150 ° C) and to a forming pressure (about 1050 kg / cm2). The body 10 is kept under these forming conditions for several hours, then it is allowed to cool.

Lors de l'exposition aux conditions de formage dans l'autoclave, la boîte 16 et le tube 24, étant déformables, se dilatent de manière à compresser le métal en poudre contre les parois des passages 12 et de la chambre 14. Par suite de la chaleur et de la pression, le métal se trouve consolidé de manière à former une garniture solide à l'intérieur du corps, laquelle est totalement liée aux parois des passages 12 et de la chambre 14. Si la boîte 16 et le tube 24 sont en un même matériau que la garniture, ils feront corps avec la garniture et pourront former une pièce unique du produit final. When exposed to the forming conditions in the autoclave, the box 16 and the tube 24, being deformable, expand so as to compress the powdered metal against the walls of the passages 12 and of the chamber 14. As a result of heat and pressure, the metal is consolidated so as to form a solid lining inside the body, which is completely linked to the walls of the passages 12 and of the chamber 14. If the box 16 and the tube 24 are made of the same material as the filling, they will become one with the filling and may form a single part of the final product.

Le corps refroidi 10 est traité à chaud, de la façon requise, pour obtenir les propriétés mécaniques désirées, puis usiné à la forme représentée à la fig. 3. Il présente alors une garniture 40 uniformément lisse, résistant à la corrosion, sur les parois des passages 12 et de la chambre 14. Si la boîte 16 et le tube 24 sont en un matériau différent de la garniture, ils seront de préférence éliminés entièrement durant l'usinage. The cooled body 10 is heat treated, as required, to obtain the desired mechanical properties, then machined to the shape shown in FIG. 3. It then has a uniformly smooth lining 40, resistant to corrosion, on the walls of the passages 12 and of the chamber 14. If the box 16 and the tube 24 are made of a material different from the lining, they will preferably be eliminated entirely during machining.

Les parois à garnir selon le procédé de l'invention peuvent être nickelées, à titre de préparation pour le formage d'une garniture selon ledit procédé de l'invention. On considère que le nickelage empêche l'oxydation, contribue à obtenir une continuité dans la liaison et empêche le chrome présent dans la poudre métallique de migrer dans l'alliage et de former une structure martensitique indésirable. The walls to be lined according to the method of the invention can be nickel-plated, as preparation for the forming of a liner according to said method of the invention. It is considered that nickel plating prevents oxidation, contributes to obtaining continuity in the bond and prevents the chromium present in the metal powder from migrating into the alloy and from forming an undesirable martensitic structure.

Le procédé de l'invention peut être mis en œuvre pour fournir des garnitures de nickel, d'alliages de nickel, de tantale, d'alliages hastelloy, de cuivre, d'alliages de cuivre, d'alliages à base de cobalt, d'aciers inoxydables et d'alliages de titane et de carbures liés à un corps en aciers alliés, aciers au carbone ou aciers inoxydables de différentes nuances. The method of the invention can be implemented to provide nickel, nickel alloys, tantalum, hastelloy alloys, copper, copper alloys, cobalt-based alloys, d '' stainless steels and titanium alloys and carbides linked to a body of alloy steels, carbon steels or stainless steels of different grades.

Le procédé de l'invention permet d'obtenir une garniture sur les parois de trous ou de cavités d'intersection, dans un récipient à pression à parois épaisses, en utilisant le récipient à pression comme métal de base destiné à recevoir la poudre métallique compressée iso-statiquement à chaud. La structure représentée et décrite est un corps de vanne en acier allié garni d'acier inoxydable. Le procédé peut être mis en œuvre pour garnir l'alésage et les éléments de guidage d'un corps d'arrêt de la circulation d'un fluide, en utilisant deux tubes en acier inoxydable comme moule autour de l'espace dans lequel est introduite la poudre métallique, à la place du tube et de la boîte décrits. The method of the invention makes it possible to obtain a filling on the walls of holes or intersection cavities, in a thick-walled pressure vessel, using the pressure vessel as base metal intended to receive the compressed metal powder. iso-statically hot. The structure shown and described is an alloy steel valve body lined with stainless steel. The method can be implemented to fill the bore and the guiding elements of a body for stopping the circulation of a fluid, using two stainless steel tubes as a mold around the space into which is introduced. metal powder, in place of the tube and box described.

Les conditions de formation (température, pression, temps et importance du vide) sont bien connues et devraient être adaptées aux matériaux particuliers utilisés. The conditions of formation (temperature, pressure, time and importance of the vacuum) are well known and should be adapted to the particular materials used.

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2 feuilles dessins 2 sheets of drawings

Claims (10)

643 766 643,766 2 2 REVENDICATIONS 1. Procédé de garnissage d'un corps métallique présentant une pluralité de cavités se coupant entre elles, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: 1. A method of lining a metal body having a plurality of cavities intersecting each other, characterized in that it comprises the following operations: on positionne un moule métallique transmettant une pression à l'intérieur du corps et à distance des parois de la cavité du corps, a metallic mold transmitting pressure is positioned inside the body and at a distance from the walls of the body cavity, on remplit de poudre métallique l'espace compris entre le moule et les parois de la cavité, the space between the mold and the walls of the cavity is filled with metallic powder, on établit le vide dans ledit espace rempli de poudre métallique, a vacuum is established in said space filled with metallic powder, et on soumet le corps et le moule à une température et à une pression suffisantes pendant une durée suffisamment longue pour fixer la poudre métallique en une garniture métallique uniformément dense de la cavité, and the body and the mold are subjected to a sufficient temperature and pressure for a sufficiently long time to fix the metal powder in a uniformly dense metal lining of the cavity, on laisse refroidir le corps revêtu de la garniture, et on usine les cavités revêtues aux dimensions voulues. the body coated with the lining is allowed to cool, and the coated cavities are machined to the desired dimensions. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le nickelage desdites cavités du corps avant ladite opération de fixation. 2. Method according to claim 1, characterized in that the nickel plating of said body cavities is carried out before said fixing operation. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite opération d'usinage élimine le moule métallique de l'intérieur des cavités revêtues. 3. Method according to claim 1, characterized in that said machining operation eliminates the metal mold from the inside of the coated cavities. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est effectué à une température de 1150°C et à une pression de 1050 kg/cm2 pendant une durée de 2 h, de manière à obtenir une garniture uniformément dense dans les cavités, en ce qu'on laisse refroidir le corps revêtu de la garniture, et qu'on usine les cavités revêtues aux dimensions voulues. 4. Method according to claim 1, characterized in that it is carried out at a temperature of 1150 ° C and at a pressure of 1050 kg / cm2 for a period of 2 h, so as to obtain a uniformly dense filling in the cavities , in that the body coated with the lining is allowed to cool, and that the coated cavities are machined to the desired dimensions. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule est en acier allié à haute résistance, et en ce que le garnissage est en acier inoxydable. 5. Method according to claim 1, characterized in that the mold is made of high-strength alloy steel, and in that the lining is made of stainless steel. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moule est en acier inoxydable, et en ce qu'on effectue l'usinage du moule et du garnissage, afin d'obtenir la surface voulue. 6. Method according to claim 5, characterized in that the mold is made of stainless steel, and in that the machining of the mold and of the lining is carried out, in order to obtain the desired surface. 7. Corps métallique muni d'une garniture obtenu par le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un corps présentant une pluralité de cavités et une garniture de poudre métallique consolidée, appliquée sur les parois desdites cavités. 7. Metal body provided with a lining obtained by the method of claim 1, characterized in that it comprises a body having a plurality of cavities and a lining of consolidated metal powder, applied to the walls of said cavities. 8. Corps métallique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les cavités dans ledit corps sont des cavités se coupant entre elles, 8. Metal body according to claim 7, characterized in that the cavities in said body are cavities intersecting each other, 9. Corps métallique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un corps de vanne muni d'une garniture comprenant un corps en acier allié présentant une chambre de vanne et des passages d'écoulement et une garniture de poudre métallique consolidée, appliquée sur les parois de la chambre et des passages d'écoulement. 9. Metallic body according to claim 7, characterized in that it is a valve body provided with a gasket comprising a alloy steel body having a valve chamber and flow passages and a gasket. consolidated metallic powder, applied to the walls of the chamber and the flow passages. 10. Application du procédé selon la revendication 1 pour la fabrication d'un corps de vanne muni d'une garniture, caractérisée en ce qu'elle comprend les opérations suivantes: 10. Application of the method according to claim 1 for the manufacture of a valve body provided with a gasket, characterized in that it comprises the following operations: on usine, au-dessus de la cote, la chambre et les passages d'écoulement dans le corps de vanne, the chamber and the flow passages in the valve body are machined above the dimension, on effectue le nickelage des parois usinées de la chambre et des passages d'écoulement, nickel plating of the machined walls of the chamber and of the flow passages, on insère une boîte en acier inoxydable dans la chambre, la boîte étant dimensionnée de façon à être à distance des parois usinées de la chambre, a stainless steel box is inserted into the chamber, the box being dimensioned so as to be at a distance from the machined walls of the chamber, ladite boîte présentant un manchon disposé au travers et soudé à l'intérieur de celle-ci, said box having a sleeve disposed through and welded inside thereof, on insère un tube en acier inoxydable dans les passages du corps et à travers le manchon, a stainless steel tube is inserted into the body passages and through the sleeve, on fixe des bagues de fermeture d'extrémités autour des extrémités ouvertes de la boîte et du tube. end closure rings are fixed around the open ends of the box and the tube. on fixe les bagues de fermeture d'extrémités à l'extérieur du corps de vanne, en vue d'assurer que la boîte et le manchon sont à une distance uniforme des parois usinées du corps, the end closure rings are fixed to the outside of the valve body, in order to ensure that the box and the sleeve are at a uniform distance from the machined walls of the body, l'une des bagues de fermeture présentant un tube de remplissage qui la traverse, one of the closure rings having a filling tube which passes through it, on introduit une poudre d'acier inoxydable, par le tube de remplissage, dans l'espace ménagé dans la cavité et dans les passages entourant la boîte et le tube, a stainless steel powder is introduced, through the filling tube, into the space provided in the cavity and in the passages surrounding the box and the tube, on anime d'un mouvement de vibration le corps de la vanne, afin 5 d'assurer le remplissage complet de l'espace par la poudre métallique, the valve body is animated with a vibration movement, in order to ensure the complete filling of the space with the metallic powder, on soutire le gaz dudit espace, afin de réduire la pression à l'intérieur, the gas is drawn from said space, in order to reduce the pressure inside, on ferme et on obture le tube de remplissage, we close and close the filling tube, îc on chauffe le corps, la boîte, le manchon et la poudre métallique sous la pression et la température de formage, îc the body, the box, the sleeve and the metal powder are heated under the pressure and the forming temperature, on maintient la température et la pression dans l'autoclave pendant une durée suffisante pour que la poudre métallique soit consolidée de manière à former une garniture, the temperature and the pressure are maintained in the autoclave for a time sufficient for the metal powder to be consolidated so as to form a lining, 15 on laisse le corps revêtu se refroidir, et on usine aux dimensions voulues la chambre et les passages revêtus. The coated body is allowed to cool, and the coated chamber and passages are machined to desired dimensions.