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Les présents perfectionnements concernent les récipients à pression, tels que corps de chaudières ou collecteurs, faisant l'objet du
Brevet principal n 513,461, c'est-à-dire des récipients à pression du ty- pe comprenant au moins un siège de tube permettant de souder par fusion un joint tube-siège à l'épreuve de la pression entre un tube et le récipient à pression, ce dernier étant en un métal dont la dureté augmente lorsqu'il est chauffé au-dessus de la température critique inférieure et ensuite re- froidi, un dépôt de métal dont la dureté n'est pas ou pratiquement pas mo- difiée par le chauffage et le refroidissement consécutifs à la soudure par fusion, étant formé autour du siège du tube, sur la surface interne du réci- pient,
l'épaisseur de l'étendue de ce dépôt étant telles qu'un joint soudé peut être formé entre un tube adapté dans le siège de tube et le récipient à pression sans devoir chauffer au-dessus de sa température critique infé- rieure le métal du récipient adjacent au dépôt.
Ainsi qu'il a été mentionné dans le Brevet principal lorsqu'un joint soudé est formé entre la surface interne de la paroi d'un récipient à pression et l'extrémité d'un tube dudgeonné dans un siège de tube de la paroi, le métal de base de celle-ci adjacent à l'extrémité du tube est chauffé à une température variant entre le point de fusion du métal sur la ligne de fusion de la soudure et des températures successivement inférieures à des distances progressivement croissantes de la ligne de fusion.
Les aciers au carbone alliés et les aciers spéciaux inférieurs, de même que les aciers au carbone ordinaires, lorsqu'ils sont chauffés à la température ou au-dessus de la température appelée généralement température critique inférieure, subissent une trempe lors d'un refroidissement rapide à partir de la température critique inférieure. La température critique inférieure est fonction de la composition de l'acier.
Cette trempe du métal de base est capable de provoquer des crevasses ou fissures dans le métal à proximité de la soudure ou dans la soudure, pendant le refroidissement après la soudure du joint, ou subséquemment lorsque les pressions et températures de réception ou les pressions et températures de fonctionnement sont appli quées.
Les tensions auxquelles sont dues les crevasses apparaissant aux soudures peuvent être réduites par un chauffage préalable et supprimées par un recuit ou une opération d'élimination des efforts lorsque la soudure est effectuée dans un atelier, où l'on dispose de certaines facilités, mais le joint entre un tube et un siège de tube d'un récipient à pression est habituellement exécuté sur le chantier pendant le montage de la chaudière ou autre installation et l'emplacement du récipient à pression, son association avec les organes de la construction, et d'autres facteurs encore, rendent difficile un chauffage préalable et em- pêchent pratiquement une opération d'élimination des tensions.
L'invention qui fait l'objet du Brevet principal procure un moyen de souder par fusion des joints à l'épreuve de la pression, sans trem- pe dangereuse du métal de base pendant la soudure.
La présente invention concerne une variante du récipient à pression du genre indiqué, caractérisée en ce qu'au lieu d'un dépét autour du siège du tube, en prévoit en cet endroit une lamelle de métal convenablement unie au métal dont la dureté augmente lorsqu'il est chauffé au-dessus de sa température critique inférieure et refroidi ensuite, la lamelle étant d'un métal dont la dureté n'est pas eu pratiquement pas modifiée par le chauffage et le refroidissement lors d'une soudure par fusion, tandis que l'épaisseur et l'étendue de la lamelle sont telles qu'un joint soudé peut être formé entre un tube adapté dans le siège de tube et la lamelle sans chauffer au-dessus de sa température critique inférieure le métal du récipient adjacent à la lamelle.
Cette lamelle peut être prévue non sur la surface interne, mais
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sur la surface externe du récipient à pression,
L'invention comprend aussi le procédé pour établir un récipient à pression comme il est indiqué dans l'un ou l'autre des deux paragraphes précédents et pour raccorder un tube à ce récipient, ce procédé consistant à former un siège de tube dans la paroi du récipient à pression, à placer autour du siège et sur une surface du récipient une lamelle en un métal dont la dureté n'est pas ou sensiblement pas modifiée par le chauffage et le refroidissement consécutifs à la soudure par fusion, à souder périphériquement la lamelle sur le récipient à pression, à éliminer les tensions résultant du soudage de la lamelle au récipient, à introduire l'extrémité du tube dans le siège de tube,
à dudgeonner le tube contre son siège et à souder par fusion le tube à la lamelle sans chauffer au-dessus de sa température critique inférieure le métal du récipient adjacent à la lamelle.
L'invention concerne en outre une variante du récipient à pression du genre indiqué, caractérisée en ce qu'un dépôt de métal, dont la dureté n'est pas ou sensiblement pas modifiée par le chauffage et le refroidissement consécutifs à la soudure par fusionne! dont l'épaisseur et l'étendue sont telles qu'une soudure peut être formée entre un tube adapté dans le siège de tube et le récipient à pression, sans chauffer au-dessus de sa température critique inférieure le métal du récipient adjacent au dépôt, est formé autour du siège du tube non sur la surface interne mais sur la surface externe du récipient.
L'invention concerne aussi le procédé pour former un récipient à pression comme indiqué dans le paragraphe précédent et raccorder un tube à ce récipient, consistant à former dans la surface externe du récipient une gorge entourant l'emplacement désigné pour le siège de tube et située à proximité immédiate de cet emplacement ou recouvrant celui-ci, à remplir cette gorge d'un dépôt de métal de soudure dont la dureté n'est pas ou pratiquement pas modifiée par le chauffage et le refroidissement consécutifs à la soudure par fusion, à éliminer les tensions résultant du dépôt du métal dans la rainure, à formerle siège du tube dans la paroi du récipient à l'emplacement désiré, à introduire l'extrémité du tube dans le siège,
à dudgeonner le tube contre le siège et à souder par fusion le tube au dépôt de métal sans chauffer au-dessus de sa température critique inférieure le métal du récipient adjacent au dépôt.
L'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins schématiques annexés,dans lesquels
Figo 1 représente une partie de la paroi du corps cylindrique d'une chaudière en coupe à travers un siège de tube préparé pour recevoir un tube destiné à être raccordé au corps cylindrique par dudgeonnage et soudage ; raccordé;
Fig. 2 est une vue semblable à la fig. 1. représentant le tube
Figo 3 est une vue semblable à la fig. 2 mais d'une structure formée par une variante du procédé;
Figs. 4, 5 et 6 montrent encore une autre manière de raccorder un tube à un corps cylindrique, Fige 4 et 5 étant des vues en coupe et en plan, respectivement, d'une partie- de la paroi du corps cylindrique pendant une phase de l'opération et figo 6 étant une vue en coupe longitudinale montrant le tube raccordé;
Figs. 7 et 8 montrent une autre manière de raccorder un tube à un corps cylindrique, chaque figure étant une vue en coupe longitudinale d'une
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partie externe de la paroi du corps cylindrique, fige 7 correspondant à une phase intermédiaire de l'opération et fige 8 montrant le tube raccordé, et
Fig. 9 montre en coupe longitudinale à travers une partie de la paroi d'un corps cylindrique, le raccordement d'un tube avec le corps cy- lindrique, suivant un autre procédé.
Sur ces dessins, figs. 1 et 2 montrent une petite partie de la paroi 1 d'un corps cylindrique de chaudière à vapeur et eau en acier de haute résistance, à des stades de l'opération de raccordement d'un tube va- porisant 2 destiné à être raccordé au corps. La paroi 1 du corps est d'abord forée pour former un siège de tube 3, et autour de ce siège on mé- nage des gorges ou rainures annulaires 4. On supposera qu'il est nécessai- re de dudgeonner le tube dans le corps cylindrique sur place, c'est-à-dire à l'endroit où la chaudière doit être montée.
Après la formation du siège de tube rainuré 3, une rondelle 5, légèrement cintrée pour s'adapter à la forme de la surface interne 6 de - la paroi 1 du corps, est placée contre cette surface 6 autour du siège 3 et .est soudée en 7 autour de sa périphérie, externe au corps cylindrique.
Celui-ci et la rondelle peuvent avoir été préalablement chauffés en vue de ralentir le refroidissement subséquent. Lorsque la rondelle a été soudée en place on élimine les tensions produites dans le corps cylindrique. L'application de la rondelle et l'élimination des tensions s'effectuent en usine avant l'expédition du corps cylindrique. Fig. l montre la rondelle soudée à la surface interne de la paroi du corps cylindrique autour du siège du tube.
Sur le chantier de montage on introduit le tube 2 dans le corps cylindrique de façon que son extrémité intérieure dépasse la rondelle 5 vers l'intérieur, comme le montre la fige 2. Après introduction, le. tube et dudgeonné contre le siège de la manière usuelle et après dudgeonnage le métal de soudure est déposé de manière à former un joint soudé ou cordon de soudure 8 dans l'angle entre la face radialement extérieure de l'extrémité intérieure du tube en saillie vers l'intérieur et la face interne 9 de la rondelle 5. La fige 2 montre l'aspect final.
La rondelle 5 est faite en une matière dont la dureté n'est pas ou sensiblement pas modifiée lorsque, pendant la formation du joint soudé 8, elle est soumise à un cycle ou des cycles de chauffage à haute températu- re et de refroidissement relativement rapide à partir de cette température élevée. La rondelle 5 peut être faite par exemple en acier doux, ou en fer commercialement pur.
Les dimensions de la rondelle 5 sont choisies en fonction de la chaleur engendrée pendant la formation du joint soudé 8 et de la composition analytique du métal du corps cylindrique, ainsi que de l'épaisseur de la paroi de ce dernier, de telle sorte que par suite du gradient de température dans la matière de la rondelle, aucune partie du métal de la paroi 1 du corps n'est portée à une température dépassant le point critique inférieur pendant la formation du joint soudé 8. Par conséquent, il ne se produit pas, à la suite du ou des cycles de chauffage et de refroidissement pendant l'exécution du joint soudé 8, un changement de dureté des parties du métal de la paroi du corps cylindrique qui pourrait sans cela se produire.
La soudure 8, secondée par la soudure 7, assure un joint à l'épreuve de la pression à l'extrémité intérieure de la liaison entre la paroi du tube dudgeonné et le siège de tube 3.
La nature du métal servant à former le joint soudé peut varier, l'une des caractéristiques qui déterminent son choix étant un degré suffisant
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de ductilité. Le métal déposé en 7 pour souder la rondelle au corps cylindrique peut être du même genre que celui de la soudure 8.
Figa 3 montre une varianteoù la soudure 18 à la jonction entre la paroi d'un tube 12 dudgeonné dans un siège de tube 13 formé dans la paroi 11 d'un corps cylindrique de vapeur et d'eau d'une chaudière et une ron- delle 15, est établie à l'extrémité extérieure de la liaison. On soude le joint après@avoir, sur le chantier de montage, introduit le tube dans le corps cylindrique et l'avoir dudgeonné contre le siège 13 du tube, entre le tube et la rondelle 15 qui y a été appliquée et a été soudée périphé-iquement en 17 à la surface externe 19 du corps cylindrique avant l'expédition de ce dernier au chantier. L'élimination des tensions est effectuée en usine, avant l'expédition @u corps cylindrique.
Les matières du corps cylindrique. de la rondelle, et des deux soudures sont choisies, de même que les dimensions de la rondelle sont déterminées, suivant les indications données pour l'exemple d'exécution des figso 1 et 2. La soudure 18, secondée par la soudure 17, assure un joint à l'épreuve de la pression à l'extrémité extérieure de la jonction entre la paroi du tube dudgeonné et le siège de tube 13.
La rondelle 5 des figs. 1 et 2, ou la rondelle 15 de la fige 3, au lieu d'être simplement placée à l'endroit voulu contre la surface interne ou externe, respectivement, de la paroi du corps cylindrique, peut être placée, en vue d'être soudée périphériquement au corps cylindrique, de telle façon qu'elle repose entièrement ou partiellement dans une gorge, c'est-à-dire une rainure annulaire ménagée dans cette surface du corps à l'emplacement désiré du siège de tube et concentriquement à celui-ci. Les dispositions seront prises pour que la section transversale de la rondelle épouse la forme de celle de la rainure, que la rondelle s'ajuste étroitement dans la rainure et que les soudures 7 ou 17 soient établies à la ligne de jonction acces- siple entre le corps cylindrique et la rondelle.
Figs. 4,5 et 6 montrent une petite partie de la paroi 21 d'un corps cylindrique de vapeur et d'eau d'une chaudière en acier à haute résistance, et représentant différents stades de la formation d'une liaison avec un tube vapôrisant 22 destiné à être raccordé au corps cylindrique. Avant de percer le siège de tube 23, on creuse une rainure annulaire 31 dans la surface extérieure 29 de la paroi du corps cylindrique à l'emplacement désiré du siège et concentriquement à celui-ci. Le diamètre interne de la rainure 31 est un peu plus faible que celui du siège de tube. Le diamètre externe de la rainure 31 est plus grand à la surface externe 29 de la paroi du corps cylindrique qu'au fond de la rainure. On remplit alors la rainure 31 d'un dépôt de soudure 32.
Figs. 4 et 5 montrent en coupe la paroi du corps cylindrique avant la formation du siège de tubeg mais indiquent en traits interrompus l'emplacement désiré de ce siège.
Après que la rainure 31 a été remplie de soudure 32, on procède à l'élimination des tensions du corps cylindrique et on perce le siège 23 dans la paroi du corps, tandis que des rainures annulaires 24 sont ménagées autour du siège du tube. Le corps cylindrique est alors expédié au chantier eu la chaudière soit être montée.
Là, le tube 22 est introduit dans le siège de tube. L'extrémité intérieure du tube, une fois celuici introduit, dépasse du côté intérieur la surface interne 26 du corps cylindrique,, comma le montre la fig. 6. Après son introduction, le tube est dudgeonné contre le siège de la manière usuelle et, après dudgeonnage, du métal de soudure est déposé pour former un cordon de soudure ou joint soudé 28 dans l'angle entre la face externe du tube et la face externe 29' du dépôt de soudure 32. Figo 6 montre le dispositif achevé.
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Le dépôt de soudure 32 est formé d'une matière dont la dureté n'estpasou pratiquement pas modifiée lorsqu'au cours de l'exécution du joint de soudure 28, elle est soumise à un ou plusieurs cycles de chauffage à hau- te température et de refroidissement relativement rapide depuis cette haute température. La matière du dépôt de soudure peut être par exemple de l'acier doux ou du fer commercialement pur.
Le diamètre externe de la rainure 31 et la profondeur de celle- ci sont déterminés en fonction de la chaleur produite pendant l'exécution de la soudure, 28, de la composition analytique du métal du corps cylindri- que ainsi que de l'épaisseur de la paroi de celui-ci, de telle sorte que par suite du gradient de température à travers le dépôt de soudure 32 dans la rainure 31 aucune partie du métal de la paroi du corps cylindrique ne sera portée à une température dépassant son point critique inférieur pendant la formation du cordon de soudure 28. Il en résulte qu'il ne se produit aucun changement de la dureté des parties du métal de la paroi du corps cylindri- que comme conséquence du ou des cycles de chauffage et de refroidissement lorsque le cordon de soudure est exécuté, ce qui pourrait autrement se pro- duire.
La soudure 28 assure un joint étanche à l'épreuve de la pression à l'extrémité extérieure de la liaison entre la paroi du tube dudgeonné et le siège du tube 24.
Dans une variante du procédé décrit avec référence aux figs. 4 à 6 ;on creuse la rainure 31 et on élimine ensuite les tensions, non avant mais après que le siège du tube a été formé dans la paroi du corps cylindri- que.
Fige. 7 et 8 montrent une autre variante du procédé décrit avec référence aux fige- 4 à 6. Dans ce cas, la formation d'une rainure telle que celle représentée en 31 sur les figs. 4 et 6 est supprimée. et un dépôt annulaire de soudure 52 est formé sur la surface extérieure49 de la paroi 41 du corps cylindrique 41 à l'emplacement désiré du siège de tube 43 et concentriquement à celui-ci. Le diamètre interne du dépôt de soudure 52 est un peu inférieur à celui du siège de tube percé ensuite. Fig. 7 montre le dépôt de soudure 52 sur la surface externe de la paroi du corps cylindrique avant que le siège de tube ne soit percé. Après le dépôt du métal de soudure, et avant que le siège du tube ne soit exécuté, on procède à l'élimination des tensions du corps.
La profondeur du dépôt de soudure 52 et son diamètre externe sont tels que quand, après avoir, sur le chantier, introduit le tube 42 dans le siège 43 l'avoir dudgeonné contre celui-ci, on forme le joint soudé étanche 48, dans L'angle entre la surface extérieure du tube 42 et le dépôt de soudure 52, aucune partie du métal de la paroi du corps cylindrique n'est portée à une température dépassant le point critique inférieur pendant la formation du joint soudé 48 en raison du gradient de température à travers le dépôt de soudure 52. Fig. 8 montre le dispositif achevé adjacent à ks surface externe de la paroi du corps cylindrique.
Fig. 9 représente une liaison de tube entre la paroi 6l d'un corps cylindrique à paroi épaisse en acier spécial et un tube à forte paroi en acier spécial 62. Le dispositif est semblable à celui décrit avec référence à la fige 2 et comprend une rondelle 65 soudée en 67 à la surface interne 66 du corps cylindrique autour du siège 63 du tube, bien que la ron- delle 65 puisse, en variante, être logée au moins partiellement dans une rainure, et un cordon de soudure 68 reliant le tube à l'endroit où il dépasse la rondelle vers l'intérieur, à la face interne de la rondelle. Le procédé pour l'exécution du dispositif est semblable à celui décrit avec référence aux figs. 1 et 2.
Toutefois, le cordon de soudure 68 n'est pas uni au métal même du tube mais à un dépôt de soudure7l qui a été placé dans une gorge circonférentielle 72 formée à l'extrémité du tube.
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Le dépôt de soudure 71 est formé dans la gorge 72 avant que le tube 62 ne soit introduit et dudgeonné dans le siège 63 formé dans la paroi 61 du corps cylindrique; avant d'introduire ainsi le tube, on élimine les tensions au moins à son extrémité. La matière du dépôt de soudure 72 est choisie de manière que l'exécution du joint soudé 68 ne modifie pas ou pratiquement pas la dureté du dépôt de soudure 72. Par exemple, le métal em- ployé pour le dépôt de soudure peut être de l'acier doux, ou du fer commerc ialement pur.
Les dimensions de la rainure 72 sont telles que quand le joint 68 est soudé, le gradient de température qui existe dans le dépôt de soudure 72 a pour effet qu'aucune partie du métal du tube n'atteigne ou ne dépasse sa température critique, de telle sorte que malgré le refroidissement relativement rapide après la formation du joint soudé 68, il ne se produit aucun changement dans la dureté du métal du tube qui, autrement, pourrait donner lieu à la formation de crevasses pendant le refroidissement, ou ultérieurement lorsqu'on applique les pressions d'épreuves ou les pressions de fonctionnement, malgré l'omission par suite de son impraticabilité de l'élimination des tensions au chantier de montage.
La matière du joint soudé 68, la soudure en 67 reliant la rondelle au corps cylindrique, et la matière et les dimensions de la rondelle 65 sont les mêmes que celles décrites aux exemples correspondant aux figs. 1 et 2.
Dans les dispositions représentées sur les figs. 2,-3-et 9, une lamelle en forme de rondelle est placée autour du siège de tube. Toutefois, une lamelle peut s'étendre autour de deux ou plusieurs sièges de tubes, par exemple, il peut y avoir sur une partie de la paroi du récipient à pression où une série de sièges de tubes doivent être formés,une lamelle en acier doux qui a été unie à la paroi du récipient à pression sur la totalité ou la presque totalité de la surface de la lamelle par des lignes de soudures par points s'intersectant, les lignes étant si rapprochées qu'elles s'intersectent sur leur longueur; la lamelle est destinée à empêcher l'élé vation de la température du métal de base à son point critique pendant l'exécution des joints soudés pour la jonction des tubes.
La lamelle peut être faite de deux ou de plusieurs épaisseurs pour faciliter l'union avec le métal de base qui peut avoir lieu d'une manière semblable au procédé servant à unir une feuille de placage métallique à une tôle d'acier, décrit dans le Brevet anglais n 519.526.
Au lieu de former un dépôt de soudure de forme annulaire autour du siège de tube comme c'est représenté sur les figs. 7 et 8, il peut être préférable de former un dépôt de soudure sous forme d'une couche d'épaisseur appropriée sur une aire de la paroi du récipient à pression où une série de sièges de tubes doivent être formés, particulièrement aux endroits où ces sièges de tubes sont nombreux et très rapprochés.
REVENDICATIONS.
1.- Variante du récipient à pression suivant le brevet principal, caractérisée en ce qu'au lieu d'un dépôt autour du siège de tube,une lamelle métallique est prévue autour de celui-ci et est convenablement unie au métal dont la dureté augmente lorsqu'il est chauffé au-dessus de sa température critique inférieure et ensuite refroidi, la lamelle étant en un métal dont la dureté n'est pas ou sensiblement pas modifiée par le chauffage et le refroidissement consécutifs à l'exécution d'une soudure par fusion tandis que l'épaisseur et l'étendue de la lamelle sont telles qu'un joint soudé peut-être formé entre un tube introduit dans le siège du tube et la lamelle sans chauffer au-dessus de sa température critique inférieure le métal du récipient adjacent à la lamelle.