EP2552625A1 - Procédé et dispositif pour la fabrication d'une virole bi-matériaux, et virole ainsi réalisée. - Google Patents

Procédé et dispositif pour la fabrication d'une virole bi-matériaux, et virole ainsi réalisée.

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EP2552625A1
EP2552625A1 EP11719324A EP11719324A EP2552625A1 EP 2552625 A1 EP2552625 A1 EP 2552625A1 EP 11719324 A EP11719324 A EP 11719324A EP 11719324 A EP11719324 A EP 11719324A EP 2552625 A1 EP2552625 A1 EP 2552625A1
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EP
European Patent Office
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wall
ferrule
mold
shell
casting
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Withdrawn
Application number
EP11719324A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric PERDRISET
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Areva NP SAS
Original Assignee
Areva Cruesot Forge
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Filing date
Publication date
Application filed by Areva Cruesot Forge filed Critical Areva Cruesot Forge
Publication of EP2552625A1 publication Critical patent/EP2552625A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/02Rigid pipes of metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/02Casting compound ingots of two or more different metals in the molten state, i.e. integrally cast
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/16Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D31/00Cutting-off surplus material, e.g. gates; Cleaning and working on castings
    • B22D31/002Cleaning, working on castings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/06Ingot moulds or their manufacture
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998Combined manufacture including applying or shaping of fluent material
    • Y10T29/49988Metal casting
    • Y10T29/49989Followed by cutting or removing material

Definitions

  • the invention relates to the field of metallurgy, and more particularly to the manufacture of bimaterial shells, that is to say of parts formed of two concentric solid parts of annular shapes made of two different materials and secured to each other. the other.
  • ferrules as constituents of reactor vessels or pressurizers.
  • These ferrules may be manufactured by welding two ferrules initially separated and each manufactured by any method, or a ferrule and a band to be disposed on a surface of the ferrule.
  • the outer shell may, for example, be low-carbon steel type 16MND5 and the inner ferrule be 304L type austenitic stainless steel initially in strip form.
  • the outer shell of carbon steel may be obtained by forging, and the inner ferrule of stainless steel may, as has been said, be constituted by a band that is welded to the inner surface of the outer shell.
  • the inner diameter of the inner shell may be between 2 and 9 meters, its height may be between 2 and 5 meters, the thickness of the ferrules may be of the order of 50mm to 600mm for the outer shell and from 5mm to 100mm for the inner shell.
  • the object of the invention is to provide a method of manufacturing such bimaterial ferrules having a better productivity and an excellent reliability.
  • the subject of the invention is a process for manufacturing a bimaterial shell consisting of an annular outer shell and an annular inner shell welded to each other, the two rings being in different materials, characterized in that:
  • - Source casting and solidification of the outer shell is carried out in a casting space defined by a casting base, a wall of a first mold arranged on the casting base and an outer wall, movable upwards, a second mold, disposed on said base and concentric with the first mold; said movable outer wall of the second mold is lifted so as to reveal the skin of the outer shell which has solidified against it;
  • the outer wall of the second mold can be lifted when solidification of the outer shell is completed.
  • the interface between the outer shell and the outer wall of the second mold can be lubricated.
  • the outer shell may be carbon steel and the inner shell of stainless steel.
  • the invention also relates to a device for the manufacture of a bimaterial shell consisting of an annular outer shell and an annular inner shell welded to each other, the two rings being of different materials characterized in that it comprises:
  • It may comprise a chuck internally cooled and surrounded by the inner wall of the second mold.
  • Said molds may comprise flyweights.
  • the outer wall of the second mold may include means for lubricating its interface with the metal intended to form the outer shell.
  • the subject of the invention is also a bi-material shell consisting of an annular outer shell and an annular inner shell welded to each other, the two rings being of different materials, characterized in that was obtained by the above method.
  • the outer ferrule may be 16MND5 carbon steel and the inner ferrule may be 304L stainless steel.
  • the ferrule may be a constituent of a nuclear or petrochemical reactor vessel
  • the ferrule may be a component of a nuclear reactor pressurizer.
  • the invention aims to achieve successively, or almost simultaneously, the solidification of two hollow ingot whose shapes and compositions correspond to those of the two components of the bi-material shell that is desired to obtain. .
  • the solidification of the outer face of the ingot constituting the inner ferrule takes place directly on the inner face of the ingot constituting the outer ferrule, or vice versa, and their joining is carried out by welding-diffusion or co-solidification of the metals constituting them.
  • FIG. 1 represents an exemplary device according to the invention used for the manufacture of bi-material ferrule. It has as essential elements in the first place a base 1 for the casting source of a slightly conical annular shaped ingot in the example shown.
  • This base 1 in the example shown, comprises in its central part a base 2 of substantially cylindrical shape and protruding from the remainder of the base 1.
  • a first mold is defined in part by a cylindrical metal wall 3 deposited on the base 1, and whose lower part encloses the base 2, the upper face constitutes the bottom of the first mold.
  • This wall 3 of the first mold may optionally be cooled externally or internally by circulation of a fluid, or be uncooled.
  • the inner face of the first mold 3 serves to ensure the solidification of the outer portion of the ferrule.
  • the 1 comprises an inlet channel 4 for liquid metal (for example a low-carbon steel 16MND5), connected to a mother of casting not shown, that is to say to a vertical pipe for receiving the liquid metal s escaping from the bottom of the ladle where its temperature and composition have been regulated.
  • the input channel 4 is divided into a plurality of output channels (of which two 5, 6 are visible in the figures) which open on the upper face of the base 2 and make it possible to send liquid metal to various parts of the annular casting space 7 delimited externally by the wall 3 of the first mold.
  • a second mold is defined by the upper face of the base 2 of the base 1, two other cylindrical metal walls 8, 9 concentric, defining between them an annular space 10 for casting the inner part of the ferrule.
  • the base 1 comprises another inlet channel 1 1 for liquid metal (for example a 304L austenitic stainless steel), connected to another casting mother (not shown) that the casting mother feeding the channel entry 4 previously cited.
  • This other input channel 1 1 is preferably divided into a plurality of output channels (two of which 12, 13, located at the rear of the sectional plane of the figures, just like the input channel 1 1) are represented. in dotted lines in the figures. They open on the upper surface of the base
  • This second mold has, according to the invention, a feature which is that its outermost wall 8 which separates the two casting spaces 7, 10 (and therefore constitutes an inner wall for the first mold) is vertically movable to the control, in ways that will be seen later. Unrepresented lifting means, controlled by an operator or an automated device, provide this mobility.
  • the innermost wall 9 of the second mold is indifferently fixed or removable. The installation is completed by a cooling system of the innermost wall 9 defining the second mold.
  • this cooling system may be a mandrel 14 cooled internally by circulation of a fluid (for example water) as described in documents FR-A-2,525,131, FR-A-2,543,031, FR-A- 2 676 670 or FR-A-2 676 671
  • a fluid for example water
  • the installation is also preferably provided, in the upper parts of the casting spaces 7, 10, weights 15, 16, that is to say, circumferential pieces of refractory material disposed on the fixed walls of the molds:
  • Figure 2 shows the installation during casting and solidification of the outer shell 17 made of carbon steel.
  • a carbon steel in the liquid state has been introduced into the device through the inlet channel 4 and has entered the casting space 7 defined by the inner wall of the first mold 3 and the wall outer 8 of the second mold.
  • FIG 2 the shell 17 is being solidified and a solidified skin 18 is formed against the walls of the first mold.
  • Figure 3 shows the installation during casting and solidification of the inner ring of stainless steel. After having lifted the cylindrical wall 8 which separated the two casting spaces 7, 10 so as to reveal the solidified skin of the outer shell 7, a stainless steel was introduced through the inlet channel 11. liquid state. It has penetrated into the casting space defined by the outer shell 17 and the other wall defining the casting space of the second shell. This solidifies against the wall 9 cooled by the mandrel 14, and also against the inner surface of the outer shell 17.
  • the temperatures of the two metals are chosen at the time of casting of the inner ferrule so that the chemometallurgical diffusion between the carbon steel and the stainless steel is carried out at their interface significantly, or that a co-solidification takes place at this interface. In this way, an excellent quality of the joining of the two ferrules is obtained by a welding-diffusion or co-solidification phenomenon.
  • the first ingot mold 3 and the wall 9 of the second mold are removed, and the blank of the desired bi-material shell is obtained, ready to be forged and / or machined for obtaining the final shell, after also possible heat treatments.
  • the invention makes it possible to eliminate the welding phase of the stainless steel strip and to verify the welds, and thus to gain at least 5 to 10% of the overall manufacturing time of a two-component shell of large size. For example, in a non-limiting way, this may represent 5 to 10 weeks on a manufacturing plan that may be spread over a hundred weeks
  • the mold for making such a shell is predominantly cast iron, the removable internal device being made of cast iron or steel.
  • a circular forging and / or rolling step allows the production of a blank having substantially the final length of the two-component shell, and a minimum blank thickness adapted to the subsequent machining phase.
  • Finally a machining phase is performed to bring the bimetallic ferrule from the blank state to the finished part state with predefined dimensions.
  • the rings 17, 18 annular may be cylindrical, frustoconical, rectangular section or other.

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Abstract

Procédé de fabrication d'une virole bi-matériaux, constituée d'une virole extérieure annulaire (17) et d'une virole intérieure annulaire soudées l'une à l'autre; on réalise la coulée en source de la virole extérieure (17) dans un espace de coulée (7) délimité par une paroi d'une première lingotière et par une paroi extérieure (8) déplaçable vers le haut d'une deuxième lingotière concentrique à la première; on soulève ladite paroi déplaçable (8) de la deuxième lingotière de manière à découvrir la peau de la virole extérieure (17) qui s'est solidifiée contre elle; on réalise la coulée en source et la solidification de la virole intérieure dans un espace de coulée délimité par ladite peau et une paroi intérieure (9) fixe de ladite deuxième lingotière, le soudage des deux viroles s'effectuant par diffusion entre lesdites viroles; et on effectue éventuellement un forgeage et/ou une desdites viroles soudées. Dispositif pour l'utilisation de ce procédé, et virole ainsi réalisée.

Description

Procédé et dispositif pour la fabrication d'une virole bi-matériaux, et virole ainsi réalisée.
L'invention concerne le domaine de la métallurgie, et plus particulièrement la fabrication de viroles bi-matériaux, c'est-à-dire de pièces formées de deux parties solidaires concentriques de formes annulaires réalisées dans deux matériaux différents et solidarisées l'une à l'autre.
L'industrie liée à l'utilisation de réacteurs soumis à la pression - dont l'industrie nucléaire et pétrochimique - utilise de telles viroles comme constituants de cuves de réacteurs ou de pressuriseurs. Ces viroles peuvent être fabriquées par soudage de deux viroles initialement séparées et fabriquées chacune par un procédé quelconque, ou d'une virole et d'une bande à disposer sur une surface de la virole. La virole extérieure peut, par exemple, être en acier à bas carbone de type 16MND5 et la virole intérieure être en acier inoxydable austénitique de type 304L initialement sous forme de bande.
La virole extérieure en acier au carbone peut être obtenue par forgeage, et la virole interne en acier inoxydable peut, comme on l'a dit, être constituée par une bande que l'on soude sur la surface intérieure de la virole extérieure. De façon non limitative, le diamètre intérieur de la virole interne peut être compris entre 2 et 9 mètres, sa hauteur peut être comprise entre 2 et 5 mètres, les épaisseurs des viroles peuvent être de l'ordre de 50mm à 600mm pour la virole externe et de 5mm à 100mm pour la virole interne.
Cette solution relativement simple à mettre en œuvre n'est cependant pas optimale, car il s'agit d'un procédé long à mettre en œuvre. Pour une virole de cœur de réacteur ayant les dimensions précitées, le soudage et le contrôle de la qualité de soudage peuvent prendre entre 5 et 10 semaines - la durée variant en fonction des dimensions intérieures de la virole et de l'épaisseur de couche de soudure désirée. La qualité du soudage doit être vérifiée très soigneusement et dépend des critères de détection appliqués.
Le but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de telles viroles bi- matériaux présentant une meilleure productivité et une excellente fiabilité.
A cet effet l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une virole bi- matériaux, constituée d'une virole extérieure annulaire et d'une virole intérieure annulaire soudées l'une à l'autre, les deux viroles étant en des matériaux différents, caractérisé en ce que :
- on réalise la coulée en source et la solidification de la virole extérieure dans un espace de coulée délimité par une base de coulée, une paroi d'une première lingotière disposée sur la base de coulée et par une paroi extérieure, déplaçable vers le haut, d'une deuxième lingotière, disposée sur ladite base et concentrique à la première lingotière ; - on soulève ladite paroi extérieure déplaçable de la deuxième lingotière de manière à découvrir la peau de la virole extérieure qui s'est solidifiée contre elle ;
- on réalise la coulée en source et la solidification de la virole intérieure dans un espace de coulée délimité par ladite peau de la virole extérieure qui s'est au préalable solidifiée contre la paroi extérieure déplaçable de la deuxième lingotière et une paroi intérieure fixe de ladite deuxième lingotière, le soudage des deux viroles s'effectuant par diffusion de matière entre les surfaces desdites viroles qui sont au contact l'une de l'autre lors de la solidification ;
- et on effectue éventuellement un forgeage et/ou un usinage de l'ensemble formé par lesdites viroles soudées.
On peut soulever ladite paroi extérieure de la deuxième lingotière lorsque la solidification de la virole extérieure est achevée.
On peut commencer à soulever ladite paroi extérieure de la deuxième lingotière alors que la coulée de la virole extérieure est achevée, mais que sa solidification n'est pas encore achevée.
On peut commencer à soulever ladite paroi extérieure de la deuxième lingotière alors que la coulée de la virole extérieure n'est pas encore achevée.
On peut lubrifier l'interface entre la virole extérieure et la paroi extérieure de la deuxième lingotière.
On peut réaliser un refroidissement forcé de la paroi intérieure de la deuxième lingotière.
La virole extérieure peut être en acier au carbone et la virole intérieure en acier inoxydable.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la fabrication d'une virole bi- matériaux constituée d'une virole extérieure annulaire et d'une virole intérieure annulaire soudées l'une à l'autre, les deux viroles étant en des matériaux différents, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une base de coulée en source ;
- un canal d'entrée et ses canaux de sortie pour le métal liquide destiné à constituer le matériau de la virole extérieure ménagés dans ladite base, lesdits canaux de sortie débouchant dans un premier espace de coulée défini par la face supérieure de la base, une paroi intérieure d'une première lingotière et la paroi extérieure d'une deuxième lingotière ;
- un canal d'entrée et ses canaux de sortie pour le métal liquide destiné à constituer le matériau de la virole intérieure ménagés dans ladite base, lesdits canaux de sortie débouchant dans un deuxième espace de coulée défini par la face supérieure de la base, ladite paroi extérieure de la deuxième lingotière et la paroi intérieure de la deuxième lingotière ;
- et des moyens de levage de ladite paroi intérieure de la deuxième lingotière selon une direction verticale, permettant de découvrir la surface intérieure solidifiée de la virole extérieure et de la mettre au contact du métal liquide destiné à constituer la virole intérieure.
Il peut comporter un mandrin refroidi intérieurement et entouré par la paroi intérieure de la deuxième lingotière.
Lesdites lingotières peuvent comporter des masselottes.
La paroi extérieure de la deuxième lingotière peut comporter des moyens de lubrification de son interface avec le métal destiné à constituer la virole extérieure.
L'invention a également pour objet une virole bi-matériaux constituée d'une virole extérieure annulaire et d'une virole intérieure annulaire soudées l'une à l'autre, les deux viroles étant en des matériaux différents, caractérisée en ce qu'elle a été obtenue par le procédé précédent.
La virole extérieure peut être en acier au carbone 16MND5 et la virole intérieure peut être en acier inoxydable 304L.
La virole peut être un constituant de cuve de réacteur nucléaire ou pétrochimique
La virole peut être un constituant d'un pressuriseur de réacteur nucléaire.
Comme on l'aura compris, l'invention vise à réaliser successivement, ou quasi- simultanément, la solidification de deux lingots creux dont les formes et les compositions correspondent à celles des deux composants de la virole bi-matériaux que l'on désire obtenir. La solidification de la face extérieure du lingot constituant la virole intérieure s'effectue directement sur la face interne du lingot constituant la virole extérieure, ou inversement, et leur solidarisation s'effectue par soudage-diffusion ou co-solidification des métaux les constituant.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux figures annexées suivantes :
- la figure 1 qui représente schématiquement de face vue en coupe une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
- la figure 2 qui représente la même installation lorsque la virole extérieure est en cours de solidification ;
- la figure 3 qui représente la même installation lorsque la virole extérieure est entièrement solidifiée et la virole intérieure en cours de solidification.
La figure 1 représente un exemple de dispositif selon l'invention utilisé pour la fabrication de virole bi-matériaux. Il comporte comme éléments essentiels en premier lieu une base 1 pour la coulée en source d'un lingot de forme annulaire légèrement conique dans l'exemple représenté. Cette base 1 , dans l'exemple représenté, comporte dans sa partie centrale un socle 2 de forme sensiblement cylindrique et faisant saillie par rapport au restant de la base 1 .
Une première lingotière est définie en partie par une paroi cylindrique métallique 3 déposée sur la base 1 , et dont la partie inférieure enserre le socle 2 dont la face supérieure constitue le fond de la première lingotière. Cette paroi 3 de la première lingotière peut éventuellement être refroidie extérieurement ou intérieurement par circulation d'un fluide, ou être non refroidie. La face intérieure de la première lingotière 3 a pour fonction d'assurer la solidification de la partie externe de la virole. A cet effet, la base
1 comporte un canal d'entrée 4 pour du métal liquide (par exemple un acier à bas carbone 16MND5), connecté à une mère de coulée non représentée, c'est-à-dire à une canalisation verticale destinée à recevoir le métal liquide s'échappant du fond de la poche de coulée où sa température et sa composition ont été réglées. Le canal d'entrée 4 se divise en une pluralité de canaux de sortie (dont deux 5, 6 sont visibles sur les figures) qui débouchent sur la face supérieure du socle 2 et permettent de faire parvenir du métal liquide à divers endroits de l'espace de coulée annulaire 7 délimité extérieurement par la paroi 3 de la première lingotière.
Une deuxième lingotière est définie par la face supérieure du socle 2 de la base 1 , deux autres parois cylindriques métalliques 8, 9 concentriques, définissant entre elles un espace annulaire 10 destinée à la coulée de la partie interne de la virole. A cet effet, la base 1 comporte un autre canal d'entrée 1 1 pour du métal liquide (par exemple un acier inoxydable austénitique 304L), connecté à une autre mère de coulée (non représentée) que la mère de coulée alimentant le canal d'entrée 4 précédemment cité. Cet autre canal d'entrée 1 1 se divise de préférence en une pluralité de canaux de sortie (dont deux 12, 13, situés à l'arrière du plan de coupe des figures, tout comme le canal d'entrée 1 1 ) sont représentés en pointillés sur les figures. Ils débouchent sur la surface supérieure du socle
2 et permettent de faire parvenir du métal liquide dans l'espace de coulée annulaire 10 défini par les parois 8, 9 de la deuxième lingotière.
Cette deuxième lingotière présente, selon l'invention, une particularité qui est que sa paroi 8 la plus extérieure qui sépare les deux espaces de coulée 7, 10 (et constitue donc une paroi intérieure pour la première lingotière) est mobile verticalement à la commande, selon des modalités qui seront vues plus loin. Des moyens de levage non représentés, commandés par un opérateur ou un dispositif automatisé, assurent cette mobilité. La paroi 9 la plus intérieure de la deuxième lingotière est indifféremment fixe ou amovible. L'installation est complétée par un système de refroidissement de la paroi la plus intérieure 9 définissant la deuxième lingotière. Par exemple ce système de refroidissement peut être un mandrin 14 refroidi intérieurement par circulation d'un fluide (eau par exemple) tel que décrit dans les documents FR-A-2 525 131 , FR-A-2 543 031 , FR-A-2 676 670 ou FR-A-2 676 671 Ce mandrin 14 est en contact avec la paroi la plus intérieure 9 définissant la deuxième lingotière pour assurer son refroidissement et son soutien lors de l'utilisation de l'installation
L'installation est également de préférence pourvue, dans les parties supérieures des espaces de coulée 7, 10, de masselottes 15, 16, c'est-à-dire de pièces circonférentielles en matériau réfractaire disposées sur les parois fixes des lingotières :
- la face interne de la première lingotière 3 ;
- et la paroi 9 la plus intérieure de la deuxième lingotière.
Le rôle de ces masselottes 15, 16, dont le principe est bien connu en coulée de lingots de métal liquide, est de retarder la solidification du métal dans la zone située face à elles, de sorte qu'il se forme dans cette zone, le plus longtemps possible, une réserve de métal liquide qui pourra alimenter la partie axiale du lingot pour lui assurer une solidification la plus homogène possible. En effet, les peaux solidifiées qui se forment à partir des parois opposées d'une lingotière peuvent croître de façon irrégulière et finir par se rejoindre localement de manière anticipée, en formant ainsi des « ponts » qui emprisonnent du métal encore liquide. Celui-ci, en se solidifiant, va diminuer de volume et laisser des espaces vides appelés « retassures » qui risquent d'être rédhibitoires pour la qualité du lingot et des produits qui en seraient issus. Dans le cas des viroles du type que l'invention vise à fabriquer, ces retassures seraient d'autant plus nuisibles que les viroles ne subissent pas ou peu de déformations plastiques ultérieures qui permettraient assurément de refermer les retassures. La réserve de métal liquide maintenue par la masselotte permet d'alimenter la partie centrale du lingot en cours de solidification, et d'éviter la formation des ponts à l'origine des retassures ou de les faire refondre après leur formation.
La figure 2 représente l'installation en cours de coulée et de solidification de la virole extérieure 17 en acier au carbone. On a introduit dans le dispositif, à travers le canal d'entrée 4, un acier au carbone à l'état liquide, et il a pénétré dans l'espace de coulée 7 défini par la paroi intérieure de la première lingotière 3 et la paroi extérieure 8 de la deuxième lingotière.
Sur la figure 2, la virole 17 est en cours de solidification et une peau solidifiée 18 se forme contre les parois de la première lingotière. La figure 3 représente l'installation en cours de coulée et de solidification de la virole intérieure en acier inoxydable. Après avoir soulevé la paroi cylindrique 8 qui séparait les deux espaces de coulée 7, 10 de façon à découvrir la peau solidifiée de la virole extérieure 7, on a introduit, à travers le canal d'entrée 1 1 , un acier inoxydable à l'état liquide. Il a pénétré dans l'espace de coulée 10 défini par la virole extérieure 17 et l'autre paroi 9 définissant l'espace de coulée 10 de la deuxième virole. Celle-ci se solidifie contre la paroi 9 refroidie par le mandrin 14, et aussi contre la surface intérieure de la virole extérieure 17. Les températures des deux métaux (la virole solidifiée 17 et le métal liquide 18 destiné à constituer la virole annulaire interne) sont choisies au moment de la coulée de la virole intérieure pour que la diffusion chimico-métallurgique entre l'acier au carbone et l'acier inoxydable s'effectue à leur interface de façon significative, ou qu'il se produise une co-solidification à cet interface. De cette façon, on obtient une excellente qualité de la solidarisation des deux viroles, par un phénomène de soudage-diffusion ou de co-solidification.
Après solidification complète de l'acier inoxydable 18, on retire la première lingotière 3 et la paroi 9 de la deuxième lingotière, et on obtient l'ébauche de la virole bi- matériau désirée, prête à être forgée et/ou usinée pour l'obtention de la virole définitive, après également d'éventuels traitements thermiques.
Avantageusement, pour faciliter le soulèvement de la paroi 8 séparant les deux espaces de coulée 7, 10, sans endommagement de la surface de la virole 17 on peut prévoir que sa face destinée à être mise au contact de la virole extérieure 17 soit équipée de moyens de lubrification tels que des conduits d'injection d'huile débouchant sur la surface de la paroi, de manière analogue à ce qui est pratiqué pour les lingotières de coulée continue de l'acier ou de conduits d'injection de gaz sous pression permettant le décollement rapide de la paroi 8 .
On a décrit et représenté le cas où on attend, pour couler la virole intérieure en acier inoxydable, que la virole extérieure 17 soit entièrement solidifiée. Mais il demeurerait conforme à l'invention de ne pas attendre cette solidification complète et d'effectuer la levée de la paroi cylindrique 8 puis la coulée de l'acier inoxydable 18 alors que la solidification de la virole extérieure 17 ne serait pas encore totalement achevée. Il suffirait que la peau solidifiée formée sur la paroi 8 soit déjà suffisamment solide pour ne pas être endommagée par le mouvement de la paroi 8 et pour résister à la pression qu'exercerait sur elle l'acier inoxydable 18 lors de sa coulée. Cette solution a pour avantage de réaliser la coulée alors que la surface interne de la virole extérieure est à une température relativement élevée, ce qui augmente l'intensité de la diffusion des métaux l'un dans l'autre. La cohésion des deux viroles est ainsi encore mieux assurée. De la même façon, il est envisageable de commencer la levée de la paroi cylindrique 8 puis la coulée de la virole intérieure avant la fin de la coulée de la virole extérieure 17, lorsque la solidification de la virole extérieure 17 est néanmoins suffisamment avancée pour que la peau solidifiée contre la paroi cylindrique 8 soit suffisamment épaisse et solide pour supporter sans dommages le déplacement de la paroi 8 et la pression exercée par le métal liquide 18 injecté pour former la virole intérieure. La solidification de la virole extérieure 17 peut se poursuivre même lorsque la paroi 8 est en mouvement.
L'invention, par rapport aux techniques connues jusqu'à présent, permet de supprimer la phase de soudage de la bande d'inox et de vérification des soudures, et ainsi de gagner au moins 5 à 10% du temps de fabrication globale d'une virole bi- composant de grande dimension. Par exemple, de manière non limitative, cela peut représenter 5 à 10 semaines sur un plan de fabrication pouvant s'étaler sur une centaine de semaines
La fabrication d'une virole bi-matériaux passe par l'élaboration d'un lingot creux bi- composant.
La lingotière permettant de fabriquer une telle virole est majoritairement en fonte, le dispositif interne amovible étant, lui, fabriqué en fonte ou en acier. Une étape de forgeage et/ou de laminage circulaire permet la réalisation d'une ébauche ayant sensiblement la longueur finale de la virole bi-composant, et une épaisseur d'ébauche minimale adaptée à la phase d'usinage ultérieure. Enfin une phase d'usinage est réalisée pour amener la virole bi-matériaux de l'état d'ébauche à l'état de pièce finie aux cotes prédéfinies.
L'invention a été décrite en référence à la fabrication de viroles bi-matériaux en acier au carbone pour la partie extérieure et en acier inoxydable pour la partie intérieure. Mais bien entendu cet exemple n'est pas limitatif et d'autres matériaux peuvent être utilisés. De même, les ordres de grandeur des dimensions qui ont été cités en exemple ne sont pas limitatifs.
Dans le cadre de l'invention, les viroles 17, 18 annulaires peuvent être cylindriques, tronconiques, de section rectangulaire ou autre.
On peut également envisager de couler la virole intérieure 18 avant la virole extérieure 17, à condition de prévoir des moyens de refroidissement qui assurent que c'est la virole intérieure 18 qui se refroidit en premier de façon forcée. De la même façon que ce qui a été décrit précédemment dans le cas inverse, la coulée de la virole extérieure 17 peut s'effectuer sur une virole intérieure 18 qui est déjà partiellement ou totalement solidifiée ou encore en cours de coulée.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Procédé de fabrication d'une virole bi-matériaux, constituée d'une virole extérieure annulaire (17) et d'une virole intérieure annulaire (18) soudées l'une à l'autre, les deux viroles étant en des matériaux différents, caractérisé en ce que :
- on réalise la coulée en source et la solidification d'une première virole (17, 18) dans un espace de coulée (7,10) délimité par une base de coulée (1 ), une première paroi de lingotière (3, 9) disposée sur la base de coulée (1 ) et par une paroi (8), déplaçable vers le haut, disposée sur ladite base (1 ) et concentrique à la paroi de lingotière (3, 9) ;
- on soulève ladite paroi déplaçable (8) de manière à découvrir la peau de la première virole (17, 18)) qui s'est solidifiée contre elle ;
- on réalise la coulée en source et la solidification de la seconde virole ( 18,17) dans un espace de coulée délimité par ladite peau de la première virole (17, 18) qui s'est au préalable solidifiée contre la paroi (8) déplaçable et une deuxième paroi de lingotière (9, 3) fixe, le soudage des deux viroles s'effectuant par diffusion de matière entre les surfaces desdites viroles qui sont au contact l'une de l'autre lors de la solidification ou par co-solidification ;
- et on effectue éventuellement un forgeage et/ou un usinage de la virole bi- materiaux formée par lesdites viroles soudées.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce la première virole est la virole extérieure annulaire (17)
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce la première virole est la virole intérieure annulaire (18)
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on soulève ladite paroi déplaçable (8) lorsque la solidification de la première virole (17, 18) est achevée.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on commence à soulever ladite paroi déplaçable (8) alors que la coulée de la première virole (17, 18) est achevée, mais que sa solidification n'est pas encore achevée.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on commence à soulever ladite paroi déplaçable (8) alors que la coulée de la première virole
(17, 18) n'est pas encore achevée.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on lubrifie l'interface entre la première virole (17, 18) et la paroi déplaçable (8).
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on insuffle un gaz sous pression à l'interface entre la première virole (17, 18) et la paroi déplaçable
(8).
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on réalise un refroidissement forcé de l'une et/ou l'autre des paroi(s) (3, 9) de la lingotière.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la virole extérieure (17) est en acier au carbone et la virole intérieure en acier inoxydable.
1 1 . Dispositif pour la fabrication d'une virole bi-matériaux constituée d'une virole extérieure annulaire (17) et d'une virole intérieure annulaire (18) soudées l'une à l'autre, les deux viroles étant en des matériaux différents, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une base de coulée en source (1 ) ;
- un canal d'entrée (4) et ses canaux de sortie (5, 6) pour le métal liquide destiné à constituer le matériau de la virole extérieure (17) ménagés dans ladite base (1 ), lesdits canaux de sortie (5, 6) débouchant dans un premier espace de coulée (7) défini par la face supérieure de la base (1 ), une paroi intérieure d'une première lingotière (3) et la paroi extérieure (8) d'une deuxième lingotière ;
- un canal d'entrée (1 1 ) et ses canaux de sortie (12, 13) pour le métal liquide (18) destiné à constituer le matériau de la virole intérieure ménagés dans ladite base (1 ), lesdits canaux de sortie (12, 13) débouchant dans un deuxième espace de coulée (10) défini par la face supérieure de la base (1 ), ladite paroi extérieure (8) de la deuxième lingotière et la paroi intérieure (9) de la deuxième lingotière ;
- et des moyens de levage de ladite paroi extérieure (8) de la deuxième lingotière selon une direction verticale, permettant de découvrir la surface intérieure solidifiée de la virole extérieure (17) et de la mettre au contact du métal liquide (18) destiné à constituer la virole intérieure.
12. Dispositif selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement de la paroi intérieure (9) de la deuxième lingotière, tels qu'un mandrin (14) refroidi intérieurement et entouré par la paroi intérieure (9) de la deuxième lingotière.
13. Dispositif selon la revendication 1 1 ou 12, caractérisé en ce que lesdites lingotières comportent des masselottes (15, 16).
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 1 à 13, caractérisé en ce que la paroi extérieure (8) de la deuxième lingotière comporte des moyens de lubrification de son interface avec le métal destiné à constituer la virole extérieure (17).
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 1 à 13, caractérisé en ce que la paroi extérieure (8) de la deuxième lingotière comporte des moyens d'insufflation de gaz sous pression à son interface avec le métal destiné à constituer la virole extérieure (17).
16. Virole bi-matériaux constituée d'une virole extérieure annulaire (17) et d'une virole intérieure annulaire (18) soudées l'une à l'autre, les deux viroles étant en des matériaux différents, caractérisée en ce qu'elle a été obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 10.
17. Virole selon la revendication 16, caractérisée en ce que la virole extérieure est en acier au carbone 16MND5 et en ce que la virole intérieure est en acier inoxydable 304L.
18. Virole selon la revendication 16 ou 17, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un constituant de cuve de réacteur nucléaire ou pétrochimique.
19. Virole selon la revendication 16 ou 17, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un constituant d'un pressuriseur de réacteur nucléaire.
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