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SIEGE POUR APPAREILS DE ROBINETTERIE ET AUTRES APPAREILS ET PROCEDE
DE FABRICATION.
L'invention est relative aux sièges des appareils comportant des obturateurs dans lesquels les surfaces de contact doivent obligatoire- ment présenter une étanchéité pratiquement parfaite.
Cette condition soulève des difficultés particulières, entre autres, lorsque l'appareil contrôle le passage des fluides à pression et/ ou à température élevée.
Il en résulte que la nature des sièges, dans de tels appa- reils, est déterminée par la nature et les caractéristiques des fluides traversant les appareils comportant lesdits sièges.
On a donc été amené à faire choix, pour l'exécution de tels sièges, d'un métal résistant à la fois au grippage,à l'érosion du fluide, à la corrosion et qui, de plus,est antifriction et présente un coefficient de frottement aussi faible que possible afin de réduire au minimum.les efforts de manoeuvre.
Généralement, le métal choisi est différent de celui dont est exécuté l'appareil et l'on fait usage d'éléments annulaires rapportés et maintenus en place dans le corps de l'appareil par l'un des nombreux moyens industriels connus tels que le frettage, le matage, la soudure ou tout au- tre moyen convenant.
On a aussi proposé de réaliser ces anneaux de sièges par dé- pôt direct au chalumeau ou à l'arc. Or, la technique actuelle souffre encore de la difficulté qu'elle rencontre pour la fixation de ces sièges et aussi pour l'obtention d'une étanchéité suffisante, surtout lorsque le fluide véhiculé est à haute température.
En effet, du fait des différentes dilatations entre les métaux solidaires mais de masse différente, il se développe dans les anneaux, par suite des variations de température, des contraintes importantes capables de déformer sensiblement les anneaux et même de les détacher.
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On a essayé de remédier à ces inconvénients en fabricant des sièges bi-métal formés par un anneau dont le métal est semblable à celui du corps de l'appareil mais recouvert, au droit de la surface de contact ou du siège proprement dit, d'un dépôt de métal approprié. Ce recouvrement se pratique généralement par soudure ou brasage. Les anneaux bi-métal ainsi formés sont rapportés dans le corps de l'appareil et maintenus en place par frettage ou soudure
Comme on le voit, ces sièges bi-métal sont caractérisés par un changement de la nature du métal dans leur épaisseur mais la surface de contact ou siège proprement dit présente toujours un métal unique.
S'il est exact qu'on a ainsi apporté, dans ce domaine, une amélioration sensible, on a dû néanmoins constater que, surtout pour les pressions et les températures élevées, de nouvelles difficultés se sont révélées.
D'une part, les dépôts homogènes sont assez difficiles à ob- tenir, surtout lorsque les surfaces de contact sont relativement larges.
On a rencontré ces difficultés malgré l'observance de règles strictes imposant des préchauffages, recuits ultérieur ou autres traite- ments thermiques dans le but de faciliter le dépoté et de limiter les effets de dilatation et autres causes de tension interne.
On a aussi rencontré quelques difficultés pour maintenir ces sièges intacts.
En effet, la pratique a démontré que, si l'anneau ainsi réali- sé est moins sollicité par les variations de température puisque sa base est constituée d'un métal similaire à celui du corps de l'appareil, le dé- pôt formant le siège proprement dit introduit des tensions internes augmen- tant à mesure de l'augementation de sa surface. Comme ces dépôt,sa à raison de la nature du métal dont ils sont constitués, sont simplement brasés sans y être soudés réellement, on doit considérer ce complexe comme une espèce de collage sans aucune interpénétration mutuelle ou plus exactement sans zone de transition, la séparation des textures propres aux deux métaux so- lidarisés étant nette.
Il en résulte que les différences de dilation entre l'anneau et son dépôt crée des sollicitations importantes tendant à la séparation entre l'anneau et son dépôt.
Comme les exigences de la technique moderne sont de plus en plus grandes, il en résulte que cette amélioration se révèle actuellement insuffisante.
L'invention résoud ce problème d'une manière simple et sys- tématique .
Les sièges conformes à l'invention sont essentiellement carac- térisés en ce qu'étant bi-métal, les métaux de nature différente sont al- ternés aussi bien en largeur qu'en profondeur.
En effet, le procédé de fabrication des sièges bi-métal confor- mes à l'invention consiste à répartir au moins deux métaux de nature dif- férente, respectivement de dureté-différente, de telle manière que la surfa- ce de contact ou siège proprement dit présente des anneaux concentriques jointifs dans lesquels chaque anneau est voisin d'un anneau dont la dureté est différente de la sienne.
Préférablement,tous les anneaux pairs auront la même dureté, tous les anneaux impairs auront également la même dureté mais la dureté des anneaux pairs est différente de la dureté des anneaux impairs.
Le métal dont sont réalisés les anneaux d'une série paire ou impaire peut être le même que le métal de l'anneau de base. On remarquera donc que la caractéristique essentielle des sièges bi-métal, objets de l'invention, est que la surface de contact présente, sur son étendue, une
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alternance de zones généralement concentriques,de duretés différentes.
On peut évidemment réaliser cette caractéristique par des moyens très différents, soit en rapportant des éléments généralement con- centriques, soit en déposante sur un anneau de base dûment préparé, un métal de dureté différente de celui dudit anneau de base, soit de toute autre manière.
A simple titre d'exemple, sans aucun caractère limitatif, ni des sièges bi-métal dans leur présentation, ni des modes opératoires pour réaliser les sièges bi-métal conformes à l'invention, certaines exécutions sont décrites plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels
Les figures 1 à 4 schématisent les phases successives d'un mode opératoire conforme à l'invention;
Les figures 5 à 9 schématisent les phases successives d'un autre mode opératoire conforme à l'invention; la figure 10 est une coupe longitudinale par un appareil de robinetterie appliquant des sièges bi-métal conformes à l'invention.
Conformément au mode opératoire schématisé aux figures 1 à 4, on réalise un siège bi-métal conforme à l'invention en partant, par exemple, d'un anneau de base 1 (figure 1) et en creusant, dans l'une des faces annulaires 2, une série de gorges ou cannulures concentriques 2 (figure 2).
Dans ces gorges, on dépose des cordons 4 d'un métal dont la dureté est dif- férente de celle de l'anneau 1 (figure 3).
Par la nature même du processus de dépôt et par les cannelures 3, lesdits cordons sont intimement solidarisés audit anneau 1. Enfin, la face ainsi chargée est dressée et rectifiée (figure 4) et l'on obtient ainsi une surface de contact ou siège 2 se présentant sous l'aspect d'anneaux concentriques jointifs.
Un autre mode opératoire consiste, comme schématisé aux figures 5 à 9, à partir d'un même anneau de base 1 (figure 5) sur l'une des faces annulaires 2 duquel on dépose des cordons 6 d'un métal de nature égale ou différente du métal dont est formé ledit anneau 1 (figure 6). Les cordons 6 sont disposés en sorte de limiter entre eux des cannelures concentriques 7.
Dans ces cannelures, est apporté un métal dont les caractéristiques, respec- tivement la dureté, sont différentes de celles du métal dont sont formés les cordons 6. (figure 7).On forme ainsi une deuxième série de cordons 8 al- ternant avec lesdits cordons 6 (figure 8).Finalement, il suffit de redresser et éventuellement de rectifier la face annulaire ainsi chargée pour obtenir la surface de contact ou siège proprement dit 5 présentant des anneaux concen- triques dans lesquels les anneaux voisins sont de dureté différente (figure 9).
Il est évidemment possible de réaliser les mêmes sièges bi-métal de toute autre manière, les zones de dureté différente étant disposées con- centriquement, radialement ou de toute autre manière jugée satisfaisante.
Egalement, l'apport de métal peut se faire par tous les. moyens techniques et industriels connus. Il est également possible de réaliser une telle alternance de métaux de caractéristiques différentes par des éléments rapportés concentriques radiaux ou autres ou par une combinaison d'éléments rapportés et de métal déposé pour autant que l'on réalise finalement une disposition superficielle dans le siège proprement dit de zones jointives de dureté différente.
En tout cas, par cette technique nouvelle, on réalise, dans des conditions industrielles relativement faciles et économiques, des siè- ges convenant pour tous appareils contrôlant le passage de fluides à pres- sion et température élevées
On obtient également que les contraintes développées dans les sièges.sont relativement réduites et qu'en tout cas la séparation entre
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les masses solidarisées est pratiquement exclue. De plus, en cas de défail- lance de l'une ou l'autre partie du siège, on obtient que les autres par- ties restent suffisantes pour assumer toutes les conditions requises pour une bonne obturation.
L'invention s'étend, à la fois,aux sièges bi-métal pour tous usages généralement quelconques, pour autant que lesdits sièges présentent, dans l'étendue de leur surface de contact, une alternance dans les deux matières de dureté différente; elle s'étend aussi à tous les moyens permet- tant de réaliser de tels sièges bi-métal ainsi qu'aux appareils équipés de tels sièges.
REVENDICATIONS.'
1.- Sièges pour appareils de robinetterie et pour dispositifs analogues contrôlant plus spécialement le passage de fluides à haute pres- sion et à température élevée, caractérisés-en ce que leur surface de con- tact présente une alternance d'au moins deux matières de dureté différente.
2. - Sièges pour appareils de robinetterie et pour dispositifs analogues contrôlant plus spécialement le passage de fluides à haute pression et à température élevée, y caractérisés en ce que leur surface de contact pré- sente une alternance de masses annulaires jointives dans lesquelles les mas- ses adjacentes ont une dureté différente.
3.- Sièges selon les revendications 1 et 2, caractérisés en ce que les masses annulaires de dureté différente s'étendent sur toute l'épais- seur de l'anneau constituant le siège.
4. Sièges selon les revendications 1 et 2, caractérisés en ce que les sièges annulaires de dureté différente s'étendent sur une partie de l'épaisseur de l'anneau constituant le siège.
5. - Sièges selon les revendications précédentes, caractérisés par le fait que les masses annulaires jointives de dureté différente sont rapportées et mutuellement solidarisées.
6. - Sièges selon les revendications 1 à 4, caractérisés en ce que les masses annulaires de dureté différente sont obtenues par dépôt de mé- tal sur un anneau de base dûment préparé.
7.- Procédé pour la réalisation de sièges conformes à la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à partir de fragments d'anneaux; à disposer ces éléments jointifs de telle manière que, dans la surface de contact proprement dite,voisinent des éléments de dureté différente et, en- fin, à solidariser mutuellement ces éléments de manière à former le siège pro- prement dit.
80- Procédé pour la réalisation de sièges conformes à la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à partir d'un anneau de base d'une matière de dureté déterminée, à former des cannelures concentriques espacées l'une de l'autre; à déposer, dans ces cannelures concentriques, une matière de dureté différente de celle de l'anneau de base et, finalement, à redresser et, éventuellement, rectifier la face ainsi traitée, laquelle for- me la surface de contact ou siège proprement dit.
9.- Procédé pour la réalisation de sièges conformes à la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à partir d'un anneau d'une ma- tière de dureté différente; à déposer, sur l'une des faces annulaires, des cordons concentriques espacés l'un de l'autre d'une matière de dureté égale ou différente de celle de l'anneau de base; à déposer dans les espaces an- nulaires limités par lesdits cordons, une matière dé dureté différente de celle desdits cordons et à redresser et, éventuellement, rectifier la surfa- ce ainsi traitée de manière à réaliser la surface de contact ou siège pro- prement dit.
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SEAT FOR TAPS AND OTHER APPLIANCES AND METHOD
MANUFACTURING.
The invention relates to the seats of apparatus comprising shutters in which the contact surfaces must necessarily present a practically perfect seal.
This condition raises particular difficulties, among others, when the apparatus controls the passage of fluids at high pressure and / or temperature.
It follows that the nature of the seats, in such devices, is determined by the nature and characteristics of the fluids passing through the devices comprising said seats.
It was therefore necessary to choose, for the execution of such seats, a metal resistant both to seizing, to the erosion of the fluid, to corrosion and which, moreover, is antifriction and has a coefficient friction as low as possible in order to minimize the maneuvering forces.
Generally, the chosen metal is different from that of which the device is made and use is made of annular elements attached and held in place in the body of the device by one of the many known industrial means such as shrinking. , matting, welding or any other suitable means.
It has also been proposed to produce these seat rings by direct deposition with a torch or an arc. However, the current technique still suffers from the difficulty which it encounters in fixing these seats and also in obtaining sufficient sealing, especially when the fluid conveyed is at high temperature.
Indeed, because of the different expansions between the integral metals but of different mass, it develops in the rings, as a result of temperature variations, significant stresses capable of significantly deforming the rings and even detaching them.
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We tried to remedy these drawbacks by manufacturing bi-metal seats formed by a ring whose metal is similar to that of the body of the device but covered, in line with the contact surface or the seat itself, with a suitable metal deposit. This covering is generally carried out by welding or brazing. The bi-metal rings thus formed are reported in the body of the device and held in place by hooping or welding.
As can be seen, these bi-metal seats are characterized by a change in the nature of the metal in their thickness, but the contact surface or seat proper always has a single metal.
While it is true that a significant improvement has thus been made in this field, it has nevertheless been found that, especially for high pressures and temperatures, new difficulties have arisen.
On the one hand, homogeneous deposits are quite difficult to obtain, especially when the contact surfaces are relatively large.
These difficulties have been encountered despite the observance of strict rules requiring preheating, subsequent annealing or other heat treatments in order to facilitate the deposit and limit the effects of expansion and other causes of internal tension.
We also encountered some difficulties in keeping these seats intact.
In fact, practice has shown that, although the ring thus produced is less stressed by variations in temperature since its base is made of a metal similar to that of the body of the device, the deposit forming the the seat itself introduces internal tensions which increase as its surface increases. As these deposits, due to the nature of the metal of which they are made, are simply brazed without actually being welded to them, we must consider this complex as a kind of bonding without any mutual interpenetration or more exactly without a transition zone, the separation textures specific to the two solidarized metals being clear.
It follows that the differences in expansion between the ring and its deposit creates significant stresses tending to the separation between the ring and its deposit.
As the requirements of modern technology are increasingly great, it follows that this improvement is currently proving insufficient.
The invention solves this problem in a simple and systematic manner.
The seats according to the invention are essentially characterized in that, being bi-metal, the metals of different nature are altered both in width and in depth.
In fact, the method of manufacturing bi-metal seats conforming to the invention consists in distributing at least two metals of different nature, respectively of different hardness, such that the contact surface or seat proper has contiguous concentric rings in which each ring is adjacent to a ring whose hardness is different from its own.
Preferably, all even rings will have the same hardness, all odd rings will also have the same hardness but the hardness of even rings is different from the hardness of odd rings.
The metal from which the rings of an even or odd series are made may be the same as the metal of the base ring. It will therefore be noted that the essential characteristic of the bi-metal seats, objects of the invention, is that the contact surface has, over its extent, a
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alternation of generally concentric zones, of different hardnesses.
This characteristic can obviously be achieved by very different means, either by reporting generally concentric elements, or by depositing on a duly prepared base ring, a metal of a hardness different from that of said base ring, or in any other way. .
By way of example, without any limiting nature, neither of the bi-metal seats in their presentation, nor of the procedures for producing the bi-metal seats in accordance with the invention, certain executions are described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which
Figures 1 to 4 show schematically the successive phases of an operating mode in accordance with the invention;
FIGS. 5 to 9 show schematically the successive phases of another operating mode according to the invention; FIG. 10 is a longitudinal section through a valve apparatus applying bi-metal seats according to the invention.
According to the operating mode shown schematically in Figures 1 to 4, a bi-metal seat according to the invention is produced by starting, for example, from a base ring 1 (Figure 1) and by digging, in one of the faces annulars 2, a series of concentric grooves or cannulations 2 (FIG. 2).
In these grooves, beads 4 of a metal are deposited, the hardness of which is different from that of the ring 1 (FIG. 3).
By the very nature of the deposition process and by the grooves 3, said cords are intimately secured to said ring 1. Finally, the face thus loaded is drawn up and rectified (FIG. 4) and thus a contact surface or seat 2 is obtained. appearing in the form of contiguous concentric rings.
Another operating mode consists, as shown diagrammatically in FIGS. 5 to 9, from the same base ring 1 (FIG. 5) on one of the annular faces 2 of which beads 6 of a metal of equal nature are deposited or different from the metal from which said ring 1 is formed (FIG. 6). The cords 6 are arranged so as to limit concentric grooves 7 between them.
In these grooves, a metal is introduced, the characteristics of which, respectively the hardness, are different from those of the metal from which the beads 6 are formed (FIG. 7). A second series of beads 8 is thus formed, alternating with the said beads. cords 6 (figure 8) .Finally, it suffices to straighten and possibly rectify the annular face thus loaded to obtain the contact surface or seat proper 5 having concentric rings in which the neighboring rings are of different hardness (figure 9).
It is obviously possible to produce the same bi-metal seats in any other way, the zones of different hardness being arranged concentrically, radially or in any other manner deemed satisfactory.
Also, the metal supply can be done by all. known technical and industrial means. It is also possible to achieve such an alternation of metals of different characteristics by means of concentric radial or other inserts or by a combination of inserts and deposited metal as long as a surface arrangement is finally made in the seat proper. contiguous zones of different hardness.
In any case, by this new technique, seats are produced under relatively easy and economical conditions, suitable for all devices controlling the passage of fluids at high pressure and temperature.
It is also obtained that the stresses developed in the seats are relatively reduced and that in any case the separation between
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solidified masses is practically excluded. In addition, in the event of failure of one or the other part of the seat, the other parts remain sufficient to meet all the conditions required for good sealing.
The invention extends, at the same time, to the bi-metal seats for any general purpose, provided that said seats have, in the extent of their contact surface, an alternation in the two materials of different hardness; it also extends to all the means enabling such bi-metal seats to be produced as well as to devices equipped with such seats.
CLAIMS. '
1.- Seats for valves and similar devices controlling more especially the passage of fluids at high pressure and at high temperature, characterized in that their contact surface presents an alternation of at least two materials of different hardness.
2. - Seats for valves and similar devices controlling more especially the passage of fluids at high pressure and at high temperature, characterized in that their contact surface presents an alternation of contiguous annular masses in which the masses its adjacent ones have a different hardness.
3.- Seats according to claims 1 and 2, characterized in that the annular masses of different hardness extend over the entire thickness of the ring constituting the seat.
4. Seats according to claims 1 and 2, characterized in that the annular seats of different hardness extend over part of the thickness of the ring constituting the seat.
5. - Seats according to the preceding claims, characterized in that the contiguous annular masses of different hardness are attached and mutually secured.
6. - Seats according to claims 1 to 4, characterized in that the annular masses of different hardness are obtained by depositing metal on a duly prepared base ring.
7. A process for producing seats in accordance with claim 1, characterized in that it consists of fragments of rings; in arranging these contiguous elements in such a way that, in the actual contact surface, elements of different hardness are next to each other and, finally, in mutually joining these elements together so as to form the seat proper.
80- A method for producing seats in accordance with claim 1, characterized in that it consists, from a base ring of a material of determined hardness, in forming concentric grooves spaced apart from one of the ends. 'other; in depositing, in these concentric grooves, a material of a hardness different from that of the base ring and, finally, in straightening and possibly rectifying the face thus treated, which forms the contact surface or seat proper.
9. A process for producing seats in accordance with claim 1, characterized in that it consists of starting from a ring of a material of different hardness; in depositing, on one of the annular faces, concentric beads spaced apart from one another of a material of hardness equal to or different from that of the base ring; in depositing in the annular spaces limited by said beads, a material of a hardness different from that of said beads and in straightening and, optionally, rectifying the surface thus treated so as to produce the contact surface or seat proper .
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