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Dans les échangeurs de chaleur à faisceau tubulaire, les extrémités des tubes ont été, pendant longtemps? dudgeonnées dans les parois des plaques ou .des collecteurs entre lesquels le faisceau est disposé. Avec les hautes pressions, les hautes températures et les vitesses élevées de passage des fluides qui caractérisent les tendances modernes, ce mode de fixation est de moins en moins sûr, au point de devenir inadmissible dans bien des cas.
L'assemblage par soudure de tubes minces en acier avec des parois épaisses également en acier onne lieu à de très sé- rieuses difficultés pratiques et à de nombreux mécomptes; pour y remédier, on a proposé de former une lèvre tubulaire en saillie autour de l'orifice de la paroi épaisse,soit par étirage à partir de la masse de cette paroi, soit par forage d'un bossage prévu
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sur celle-ci,à l'emplacement de cet orifice, le tube étant en- suite soudé par sa section terminale,sans ou avec un embrè- vement, au bord extérieur de la lèvre. On a également proposé, dans le cas d'une paroi et de tubes d'acier, d'interposer un embout d'acier entre chaque tube et la paroi et d'effectuer les liaisons par soudure.
Or, pour certains échangeurs de chaleur, en particu- lier pour les réchauffeurs et les surchauffeurs, il est inté- ressant, tout en conservant des plaques d'acier épaisses, de substituer aux tubes d'acier des tubes en cupro-nickel qui faci- litent beaucoup la transmission des calories et qui sont moins sensibles à la corrosion. Le problème de l'assemblage devient alors plus complexe encore, puisque l'acier et le cupro-nickel sont des alliages très différents, doués de propriétés physiques nettement éloignées.
On notera que, dans le présent mémoire, on désigne par "cupro-nickel" des alliages de cuivre et de nickel à teneur prépondérante en cuivre, en particulier des alliages qui ren- ferment ces deux métaux dans une proportion pondérale d'environ 70:30 et qui peuvent contenir, en outre, du fer et du manganèse,. soit à l'état de traces ou d'impuretés soit en quantité pouvant atteindre 2 % en poids pour chacun d'eux en en-traînant une diminution corrélative de la teneur en cuivre de 1'alliage (par exemple 68 % de Cu, 30 % de Ni, 1% de Fe, 1 % de Mn, ou bien 66 % de Cu, 30 de Ni, 2 % de Fe, 2% de Un).
D'autres difficultés résultent de la fréquente néces- 'sité de fixer les tubes à de faibles distances les uns des autres et aussi de conditions de service souvent très dures.
La présente invention a pour objet un procédé qui permet de réaliser beaucoup plus facilement l'assemblage de tubes en cupro-nickel avec des parois perforées en acier.
Une particularité de la présente invention réside dans
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l'utilisation d'un embout tubulaire en alliage "Monel" ou, le cas échéant, en nickel ou en alliage "Inconel", entre la paroi d'acier et l'extrémité d'un tube en cupro-nickel, par soudure de l'embout d'une part à la paroi, et, d'autre part au tube, au moyen d'alliages d'apport appropriés, pour chaque soudure, aux matériaux en présence. L'utilisation d'un tel embout remédie, en particulier, aux difficultés et aux défauts d'une soudure directe du cupro-nickel sur l'acier ; l'alliage constituant @ l'embout est, en effet, choisi facilement soudable sur l'acier, d'une part, et sur le cupro-nickel, d'autre part.
L'alliage "Monel" considéré ici peut, en particulier, contenir du nickel (6.2,68 %), du fer (2,5 %), du silicium (1 à 2,2 %), du manganèse (0,5 à 1,5 %), du carbone (0,35 %) et du cuivre (le reste) ;l'alliage "Inconel" peut renfermer, en plus du nickel, du fer.
(11 %),du silicium (3 %), du manga- nèse (1,5 %), du carbone (0,4 %) et du chrome (14 à 17 %) ; quant au nickel, il peut contenir jusqu'à 1,25 % de fer, 2 % de silicium, 1,5 % de manganèse et 1% de carbone
Comme alliages d'apport, on utilise de préférence : l'alliage "Monel 140" pour la soudure de l'embout sur la plaque d'acier et 1.'alliage "Monel 130" pour sa soudure au tube de cupro-nickel; néanmoins, on peut aussi utiliser d'autres allia- ges appropriés à de telles soudures, en particulier :l'alliage "Inconel 132" dans le premier cas et l'alliage de "Cupro-nickel 137" dans le second cas, ou enfin utiliser de l'alliage "Monel ,130" dans les deux cas
On rappellera que les alliages indiqués ci-dessus ont les compositions suivantes (pourcentages en poids):
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EMI4.1
<tb> Monel <SEP> Monel <SEP> : <SEP> Inconel <SEP> :Cupro-
<tb>
<tb> 130 <SEP> 140 <SEP> : <SEP> 132 <SEP> :nickel <SEP> 137
<tb>
EMI4.2
, ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ e ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯;¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯-¯¯
EMI4.3
<tb> @
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 62 <SEP> à <SEP> 70 <SEP> :62 <SEP> à <SEP> 70 <SEP> :68 <SEP> minimum <SEP> 27 <SEP> à <SEP> 32
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> (contenant
<tb>
<tb>
<tb> Co)
<tb>
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> le <SEP> reste <SEP> le <SEP> reste <SEP> 0,5 <SEP> maximum <SEP> : <SEP> le <SEP> reste
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 4 <SEP> maximum <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> maximum <SEP> 1 <SEP> " <SEP> : <SEP> l, <SEP> 25 <SEP> maximum
<tb>
EMI4.4
o 0 .
Fer 2,5 maximum " " z1 " : l, 60 " . 0 0 . 0 0
EMI4.5
<tb> Silicium <SEP> 1,0 <SEP> 1,25 <SEP> " <SEP> :0,75 <SEP> " <SEP> : <SEP> 0,50 <SEP> "
<tb>
<tb> Carbone <SEP> :0,40 <SEP> " <SEP> 0,15 <SEP> " <SEP> 0,15 <SEP> " <SEP> 0,10 <SEP> "
<tb>
<tb> Soufre <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> " <SEP> : <SEP> 0,025 <SEP> " <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 015 <SEP> " <SEP> 0,25 <SEP> "
<tb>
<tb> Titane <SEP> 1 <SEP> " <SEP> 1,5 <SEP> " <SEP> -
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> il,50 <SEP> " <SEP> 0,75 <SEP> "
<tb>
<tb> Chrome <SEP> : <SEP> - <SEP> :- <SEP> :13 <SEP> à <SEP> 17
<tb>
EMI4.6
'0 it
EMI4.7
<tb> Cobalt
<tb> (y <SEP> compris <SEP> : <SEP> :
<tb> du <SEP> silicium: <SEP> - <SEP> : <SEP> - <SEP> :4 <SEP> minimum
<tb>
<tb> Columbium <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb> (y <SEP> compris <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb> du <SEP> tantale): <SEP> : <SEP> 3,00 <SEP> maxi-:
<SEP> - <SEP> : <SEP> - <SEP>
<tb> : <SEP> mum
<tb>
L'assemblage des trois parties essentielles, à savoir: la plaque d'acier, l'embout tubulaire, le tube de cupro-nickel, peut être effectué de diverses manières.
Suivant un premier mode d'exécution de l'invention, on fixe initialement l'embout, ou une pièce cylindrique massive, par soudure à sa base, sur une face de la paroi d'acier ou sur un bossage, massif ou tubulaire, localement en saillie sur cette faoe ; lorsqu'il s'agit d'une pièce cylindrique massive, on l'alèse et on l'usine ensuite pour la transformer en embout 'tubulaire, après quoi on soude le tube à l'extrémité libre, soit bout à bout, soit avec un embrèvement.
Selon un deuxième mode d'exécution de l'invention, on emmanche initialement dans un trou de diamètre correspondant de la paroi d'acier soit l'embout soit une pièce cylindrique massive et on complète l'assemblage de ces deux parties par une
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soudure périphérique à l'endroit de l'émergence de cet embout ou de cette pièce massive, le cas échéant en prévoyant un chan- frein au bord du trou de ladite paroi, afin de définir après- - emmanchement, entre celle-ci et ledit embout ou ladite pièce massive, une gorge de réception de soudure on. poursuit alors les opérations d'assemblage comme dans le premier cas.
Dans certains cas, il s'est révélé particulièrement avantageux de donner à l'embout une épaisseur -supérieure et un diamètre intérieur inférieur à ceux du tube et de ménager sur cet embout, vers son extrémité libre une partie suffisamment amincie pour pouvoir être coiffée par le tube ; la partie amin- cie, qui sert alors de fourrure intérieure au tube, permet, en particulier, de le maintenir en place et de l'empêcher de fluer lorsqu'on soude sa section terminale à l'épaulement formé sur le corps de l'embout à la base de sa partie amincie.
On prévoit alors un évasement progressif de la surface intérieure de l'embout,vers son extrémité libre,notamment le long de sa partie amincie, afin de supprimer tout changement brusque de la seotion offerte,au passage du fluide.
Malgré cette précaution, il est des cas où le rétré- cissement de cette section,à l'intérieur de l'embout dont le diamètre intérieur est plus petit que celui du tube en cupro- nickel qu'il prolonge,constitue un obstacle à la circulation uniforme du fluide dans ce tube. Cet inconvénient est particu- librement sensible,, lorsque ledit embout forme L'orifice de sortie du fluide ; en effet, la veine en écoulement subit alors une contraction à sa sortie,lors de son passage de l'intérieur du tube à l'intérieur de l'embout.
Afin d'éviter cet inconvénient, suivant un troisième mode d'exécution du procédé selon l'invention,-le diamètre in- térieur de l'embout est choisi égal à celui du tube qu'il pro- longe, avec lequel il est alors soudé bout à bout. Mais, comme
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cet embout ne, peut plus alors servir de fourrure de maintien du tube pendant l'opération de soudure,l'invention prévoit de placer une pièce amovible, mandrin ou fourrure, à l'intérieur dudit embout et dudit tube, avant cette opération. Cette pièce peut être réalisée en métal (acier par exemple) ou en céramique (stéalite ou aluminite par exemple) mais doit rester inaltéra- ble sous l'effet de la température du métal de soudure qui, en outre, ne doit pas adhérer à sa surface.
L'invention comprend plus spécialement l'application des particularités qui viennent d'être exposées, en combinaison avec les deuxième et troisième modes d'exécution décrits ci- dessus.
Elle comprend, bien entendu, les produits industriels nouveaux résultant de la mise en oeuvre sous ses diverses for- mes dudit procédé d'assemblage.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée, les particula- rités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig.l représente, en coupe axiale, une paroi épaisse en acier, un embout en alliage "Monel" et un tube mince en cupro-nickel assemblés conformément à l'un des modes d'exécution du procédé.
La fig.2 est une vue fragmentaire analogue, montrant l'utilisation d'une.virole de protection contre la turbulence .
La figure 3 représente, en coupe axiale, les mêmes éléments que la figure 1, assemblés conformément au troisième mode d'exécution du procédé, c'est-à-dire, avec introduction d'une fourrure amovible à l'intérieur du tube et de l'embout, en vue de l'opération de soudure de ces deux éléments.
La paroi 1, en acier au carbone soudable, est, par
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exemple, une placlu- ou virole de collecteur, d'une épaisseur de 60 mm ou plus ; elle comporte des trous tels que 2 dont ltespa- cement entre axes peut descendre jusqu'à 1,5 ou même 1,4 fois le diamètre extérieur des tubes à recevoir. Le bord de chaque trou 2, du côté du tube à recevoir, comporte un chanfrein 3 à profil en trapèze ainsi qu'il est représenté.
Dans le trou 2 est emmanché un embout tubulaire 4, pour assurer la liaison entre la paroi 1 et le tube de cupro- nickel 5 à fixer le trou 2 et l'embout 4, dans sa partie in- férieure, ont le même diamètre externe que le tube 5 en re- vanche le diamètre interne de l'embout est inférieur à celui du tube et, dans le haut, l'embout est aminci extérieurement au diamètre intérieur de ce tube, la portion mince 6 étant raccor- dée au corps de l'embout par une surface tronconique 7 à son extrémité extérieure, la paroi intnrne de la portion 6 va en s'évasant doucement en 8 pour rejoindre celle du tube 5 sans changement brusque. Le bas du tube 5 présente une surface tron- conique 9 qui, avec la surface analogue 7, définit une gorge de réception de soudure.
Une fois que l'embout 4 a été placé dans la paroi 1 ou que le tube 5 l'a été sur la portion 6 de l'embout, il suffit 'de former des cordons de soudure 10, 11 remplissant le chanfrein 3 et la gorge 7, 9. avec l'aide d'un chalumeau courbe pour le cordon 11 et d'un appareil de soudure électrique ou d'un chalu- meau pour le cordon 10 ; pendant la soudure, l'extrémité infé- rieure du tube 5 est maintenue par la portion 6 de l'embout, qui l'empêche de fluer.
Dans le troisième mode d'exécution du procédé, illus- tré par la figure 3, l'embout 4 en métal "Monel" est de même épaisseur que le tube 5 en cupro-nickel et de même diamètre intérieur que -ce dernier. Ces éléments sont soudés bout à bout, en opérant de la façon suivante :Après avoir fixé l'embout 4
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à la paroi de la plaque 1, comme déjà indiqué, on introduit à son intérieur une pièce amovible 16 (mandrin ou fourrure) qui dépasse d' une certaine longueur 1, l'extrémité libre' de cet embout. L'extrémité de cette pièce est ensuite coiffée par le tube 5, dont elle assure le maintien en position et évite le fluage, pendant l'opération de soudure. La pièce 16 est ensuite retirée.
Sur la figure 3, elle est représentée sous la forme d' une fourrure tubulaire et son retrait a lieu,en exerçant une traction axiale sur cette pièce, au moyen d'une tige 17 qui passe à travers sa partie creuse. A cet effet, la tige métallique 17 est rendue solidaire d'une rondelle d'appui 19, qui peut être serrée entre un épaulement 18 de cette tige, et un écrou 21 vissé sur l'extrémité filetée 20 de celle-ci.
Le retrait de la pièce 16 s'effectue en exerçant une traction axiale, dirigée dans le sens de la flèche 22, sur la tige 17 (ou sur un câble qui peut éventuellement la prolonger) ; cette traction peut être obtenue par un dispositif hydraulique'ou pneumatique,au piston mobile duquel ladite tige est reliée.Comme sur la figure 1, les extrémités en regard de l'embout 4- d'une part, du tube 5 d'autre part, sont pourvues de chanfreins opposés, formant une gorge de réception du métal 'de soudure et permettant la cons- titution d'un cordon 11. Pendant l'opération de soudure,la pièce amovible 16 peut être portée par endroits à une températu- re voisine de la température de fusion du métal (ou de l'allia- ge) qui forme le cordon 11. Cette pièce doit résister à cette température.
Comme déjà mentionné on la réalisera donc, par exemple, en acier ou en une matière céramique convenable.
Si elle est en acier, le métal de soudure.qui à l'état de fusion peut venir à son contact,ne doit pas adhérer à sa surface, afin de ne pas empêcher son retrait ultérieur. Un tra.itement superficiel préalable soit avec de la chaux soit avec un silicate permet d'obtenir ce résultat .
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On décrira ci-après les principales variantes qui entrent dans le cadre de l'invention.
Au lieu de chanfreiner uniquement la paroi 1 autour du bord du trou 2, on peut en même temps prévoir un chanfrein sur la périphérie de 1'embout 4 pour que lés deux chanfreins définissant ensemble la gorge de réception du cordon de soudure
10.
Dans les différents modes d'exécution au lieu de pré- senter un chanfrein 3 autour du trou 2, la paroi peut, en cet endroit comporter un bourrelet ou lèvre périphérique qui peut, à son tour, être chanfreiné dans le haut pour l'assemblage avec l'embout.
11 est possible également de remplacer initialement l'embout par une pièce massive qui est posée sur la paroi 1 à l'emplacement du trou 2 non encore percé ou qui est emmanchée dans un tel trou préalablement percé, d'assembler cette pièce à la paroi par soudure périphérique et de percer ensuite axia- lement la pièce massive et éventuellement la paroi 1 pour avoir finalement un ensemble auquel il suffit de fixer le tube.
On peut aussi prévoir sur la paroi 1, autour du trou
2, un épaulement destiné à centrer un embout qui, au lieu d'être destiné à pénétrer dans le trou 2, présente une large embase aménagée pour coiffer l'épaulement, la soudure d'apport pouvant alors être déposée dans les intervalles entre l'embase de cet - embout et celles des embouts adjacents.
Dans tous les cas, il y a avantage, comme le montre , la figure 2, à ménager dans l'embout 4, à l'extrémité opposée à celle qui reçoit le tube, un tar@udage 12 dans lequel est vissée une virole 13 en métal "Monel" dont la paroi interne, au même diamètre que celle de l'embout, s'évase en 14, grâce à quoi la turbulence à l'entrée (ou à la sortie) de l'embout est amoindrie ou supprimée ; la virole 13 peut, le cas échéant,
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être munie de cloisons intérieures en croisillon à la même fin elle présente sur son pourtour en 15 des pans facilitant son vissage ou son dévissage.
En cas d'incident, s'il s'avère nécessaire d'interrom- pre le passage de fluide dans le tube 5, il suffit de dévisser la virole 13 et de la remplacer par un bouchon plein que l'on peut, en outre, souder sur l'acier par mesure de sécurité ou munir d'un joint d'étanchéité.
Lorsque l'extrémité libre de l'embout et le tube qu'il prolonge sont soudés bout.à bout avec la présence d'une pièce amovible à leur intérieur, pendant l'opération de soudure (comme il est représenté sur la figure 4), si cette pièce est pleine, elle peut constituer une pièce unique avec sa tige d'extraction.
Par ailleurs cette tige peut se terminer par un crochet ou par un anneau ou bien peut être pourvue d'une ouverture ou d'une broche transversale permettant la mise en place d'un organe de préhension ou d'un câble de prolongement.
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits,notamment par substitution de moyens techniques équivalents sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention.