FR2496509A1 - Procede et machine de calibrage de tuyaux - Google Patents

Abstract

POUR CALIBRER OU REMETTRE AU ROND UNE REGION 1 D'UN TUYAU 2, ON ENFERME CETTE REGION DANS UN CORSET OUVRANT 4, ET ON LA LAMINE CONTRE LA PAROI INTERIEURE DE CE CORSET AU MOYEN DE DEUX GALETS PRESSEURS 26 QUE L'ON DEPLACE SUIVANT UN MOUVEMENT HELICOIDAL. APPLICATION AUX BOUTS UNIS DES TUYAUX EN FONTE DUCTILE CENTRIFUGES.

Description

La présente invention est relative au calibrage des tuyaux ou analogues, c'est-à-dire à la correction et à la suppression de leur ovalisation. Elle s'applique notamment aux tuyaux en fonte à graphite sphéroïdal ou fonte ductile, mais également aux tubes d'acier et, plus généralement, à tous les éléments tubulaires en matériau élastique, par exemple en cuivre, aluminium et leurs alliages.

On sait que les tuyaux en fonte coulés par centrifugation ont tendance à s'ovaliser à la sortie des machines à centrifuger, car ils sont extraits encore très chauds de la coquille de centrifugation et manquent ainsi de résistance mécanique. Ils ont donc tendance à l'affaissement. Pour y remédier, on les fait tourner sur eux-mêmes, si possible dès leur extraction ou démoulage, et on continue à les faire tourner sur eux-mêmes lorsqu'on leur fait traverser un four de traitement thermique.

Malgré ces précautions, il arrive que certains tuyaux, à la sortie du four de traitement thermique, se retrouvent ovalisés au-delà des tolérances admissibles.

Ce risque d'ovalisation est d'autant plus grand que le tuyau a un diamètre plus grand par rapport à son épaisseur.

Or; si l'on peut être assez tolérant sur le respect de la section circulaire du fût ou de la-partie courante du tuyau, on doit être exigeant pour l'extrémité mâle ou bout uni du tuyau, qui, lors de l'assemblage sur chantier avec l'emboîtement d'un autre tuyau, doit pouvoir pénétrer facilement dans l'emboîtement pour confectionner un joint d'étanchéité avec une garniture annulaire élastique interposée entre l'emboîtement et le bout uni. Il est surtout important pour assurer une bonne étanchéité que l'extrémité mâle du tuyau ait une section bien circulaire afin d'offrir une portée régulière à la garniture d'étanchéité sur toute sa périphérie.

On connaît un procédé rudimentaire de désô- valisation consistant à mesurer l'ovalisation en plusieurs points de la longueur du tuyau,c'est-à-dire à repérer en ces divers points le diamètre maximal et le diamètre minimal, puis à forger les zones de diamètre maximal, soit par frappe ou percussion, à la masse, soit par décor mation à la presse, de manière à aplatir les zones de diamètre maximal et à expanser au contraire les zones de diamètre minimal, c'est-à-dire de manière à aplatir les sections elliptiques pour s'efforcer de les transformer en des sections circulaires.

On connaît également un procédé plus évolué de désovalisation à froid consistant à faire tourner sur lui-même le tuyau ovalisé reposant sur une paire de galets et à exercer pendant cette rotation un effort de pression extérieur et/ou intérieur au moyen d'un galet-antagoniste des galets de support.

Ces procédés de forgeage connus présentent 1 inconvénient que lorsque l'effort de forgeage est relâché et que par conséquent les contraintes de déformation sont relâchées, le tuyau auquel on vient de rendre une section circulaire tend à reprendre une section ovale au bout de quelque temps, par exemple au bout de quelques semaines.

Ce phénomène constaté de retour à l'ovalisation s'expliquerait peut-être par le fait que les contraintes de forgeage sont trop localisées au lieu d'être uniformément réparties sur tout le pourtour de chaque section transversale ainsi forgée, et sont des contraintes de flexion (resultantes de contraintes de traction et de compression).

L'invention a pour but de fournir un procédé et une machine assurant une parfaite remise en forme circulaire des tuyaux ou analogues en matière élastique notamment en fonte ductile ou en acier, la forme circulaire étant définitivement stable dans le temps.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de calibrage d'une portion tubulaire d'un tuyau ou analogue en matière élastique, notamment en fonte ductile ou en acier, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on enveloppe la portion tubulaire dans une cavité cylindrique rigide ayant un diamètre légèrement inférieur au diamètre extérieur que l'on veut donner à ladite portion tubulaire, et l'on applique fortement la paroi de cette portion tubulaire sur la paroi de la cavité de façon à effectuer un laminage de la portion tubulaire.

Ce laminage peut en particulier être obtenu en déplaçant sur la paroi interne de ladite portion tubulaire des organes presseurs auxquels on fait parcourir toute la longueur de la cavité, tout en exerçant simultanément une pression radiale centrifuge sur la paroi de ladite portion tubulaire au moyen de ces organes presseurs.

L'invention a également pour objet une machine de - calibrage d'une portion tubulaire d'un tuyau ou analogue en matière élastique, notamment en fonte ductile ou en acier, destinée à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, cette machine étant caractérisée en ce qu'elle comporte un corset ouvrant définissant en position fermée une cavité cylindrique dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre extérieur voulu pour ladite portion tubulaire, un plateau rotatif coaxial au corset et entraI- né par un moteur, des moyens de déplacement axial de ce plateau, un ou plusieurs organes presseurs tourillonnant sur des axes respectifs montés mobiles radialement sut le plateau, et des moyens pour exercer sur ces axes un effort radial centrifuge.

Grâce au procédé et à la machine de l'invention, la remise au rond est précise et reproductible, et définitive du fait que les contraintes de conformation de la portion tubulaire d'extrémité sous une forme circulaire sont bien réparties sur tout le pourtour de la portion tubulaire ainsi façonnée.

La stabilité de ce calibrage dans le temps est encore due au fait que lesdites contraintes sont uniquement des contraintes de compression et non pas comme dans les procédés connus des contraintes de flexion.

Ces contraintes de compression pure sont de préférence voisines de la limite élastique du matériau constituant l'extrémité tubulaire mais inférieures à cette limite élastique.

En outre, ce procédé et cette machine ne nécessitent pas d'intervention humaine pour le façonnage, alors que le forgeage à la masse l'exige, et enfin la machine se prête à une automatisation permettant de traiter mécaniquement de grandes séries de tuyaux, dans des conditions de tolérance de diamètres beaucoup plus serrées que celles dont on devait se contenter aussi bien dans le procédé rudimentaire précité de frappe que dans le procédé plus évolué de contraintes d'aplatissement à l'aide d'un galet rotatif de pression interne ou externe.

L'invention est exposée ci-après plus en détail a l'aide des dessins annexés, qui en représentent seulement un mode d'exécution. Sur ces dessins:
la Fig. 1 est une vue en élévation latérale, avec coupe partielle, d'une machine conforme à l'inven- tion;
les Fig 2 et 3 sont des vues de cette machine prises en coupe respectivement suivant les lignes 2-2 et 3-3 de la Fig. 1;
les Fig. 4 et 5 correspondent respectivement aux Fig. 2 et 3 mais illustrent schématiquement la position des éléments de la machine au début et à la fin de l'opération de remise au rond d'un tuyau.

La machine représentée aux dessins est destinée à la remise au rond de l'extrémité mâle ou bout uni 1 de tuyaux en fonte 2 ayant subi une certaine ovalisation au cours de leur fabrication, par exemple lors de la traversée d'un four de traitement thermique.

La machine comprend un bâti fixe 3 qui porte d'une part un corset ouvrant 4, d'autre part un ensemble de galetage 5.

Comme on le voit aux Fig. 3 et 5, le corset 4 est constitué de trois parties: une partie inférieure 6 fixée au bâti 3 et deux parties latérales 7 articulées sur la partie 6 autour d'axes horizontaux parallèles 8.

Les extrémités supérieures 8A des parties latérales 7, opposées aux axes 8, sont reliées par un vérin hydraulique 9 d'orientation à peu près horizontale et transversale. Chaque partie 6,7 définit un secteur circulaire s'étendant sur environ 1200 et dans lequel est fixé sans jeu, par exemple vissé, un secteur 10, 11 respectivement d'une fourrure interchangeable 12.

Lorsque le vérin 9 est rétracté (Fig. 3), les secteurs 10, 11 viennent en butée les uns sur les autres par leurs faces d'extrémité planes et radiales 13 et forment ensemble une fourrure parfaitement circulaire d'axe X-X horizontal dont le diamètre intérieur Di est légèrement inférieur au diamètre extérieur que l'on souhaite donner au bout uni 1. De même, les parties 6 et 7 du corset 4 viennent en butée les unes sur les autres par leurs faces d'extrémité planes et radiales 14, qui sont respectivement coplanaires aux faces 13 des secteurs 10 et 11.

Lorsque le vérin 9 est mis en extension (Fig. 5), le corset 4 s'ouvre suffisamment pour permettre l'introduction ou l'évacuation facile d'un bout uni 1.

L'ensemble de galetage 5 comprend un châssis 15 monté coulissant sur une glissière 16 du bâti 3 parallèle à l'axe X-X et mû par un vérin 17 monté entre ce châssis 15 et le bâti. Le châssis 15 porte un groupe moto-réducteur 18 entraînant un arbre 19 d'axe X-X sur lequel est calé un plateau transversal circulaire 20.

Deux dispositifs de galetage 21 (dont un a été partiellement omis à la Fig. 1 dans un but de clarté) sont articulés en porte à faux sur le plateau 20. Chacun d'eux comprend un levier coudé ou té 22 et un vérin hydraulique d'actionnement 23. La barre de chaque té est orientée à peu près radialement et articulée par une extrémité autour d'un tourillon 24 parallèle à l'axe X-X et voisin de la périphérie du plateau, tandis que son autre extrémité porte un tourillon 25 parallèle au tourillon 24 et sur lequel est monté fou un galet 26 à profil longitudinal bombé ou en tonneau. Le tourillon 25 est fixe à l'extrémité d'une saillie 27 du té 22 parallèle à l'axe X-X (Fig. 1).

Le vérin 23 est articulé sur le plateau 20 et sur l'extrémité de la hampe du té 22 de façon à attaquer à peu près perpendiculairement cette hampe.

Ainsi, les deux points d'articulation 28 des vérins 23 sur le plateau 20 sont voisins l'un de l'autre, les tourillons 24 sont également voisins l'un de l'autre dans la région dia:étralerrnt opposée du plateau,et les axes des galets 26 sont situés sur un mêrre diamètre du plateau,à peu près à midistance entre les points 28 et les tourillons 24.

Les conduites 29 d'alimentation et de décharge des vérins 23 traversent un joint tournant 30 du châssis 15,1'arbore 19 et le plateau 20.Enfin,la fourrure 12 est munie,à son extrémité située du côte du dispositif de galetage 5,d'un épaulement circulaire 31 formant butée pour le bout uni 1.

Le fonctionnement de la machine ainsi décri- te est le suivant.

Au départ (Fig. 4 et 5), le corset 4 est ouvert et le vérin 17 rétracté, ce qui amène les galets 26 dans un mêmeplan transversal voisin de l'extrémité intérieure du corset 4, c'est-à-dire de son extrémité la plus proche du châssis 15, comme représenté en traits pleins à la Fig. 1. Les vérins 23 sont rétractés, de sorte que les galets 26 sont rapprochés l'un de l'autre.

Le plateau 20 est entraîné en rotation par le groupe moto-réducteur 18.

Au moyen d'un dispositif de manutention automatique classique (non représenté), un tuyau 2 est amené suivant l'axe X-X (flèche f de la Fig. 1) jusqu'à ce que la tranche d'extrémité de son bout uni 1 heurte une butée radiale 31 prévue à l'extrémité intérieure de la partie fixe 10 de la fourrure 12.

Le corset est alors fermé par le vérin 19, et les vérins 23 sont actionnés pour écarter l'un de l'autre les galets 26. Ceux-ci s'appliquent sur deux points diamétralement opposés de la surface intérieure de l'extrémité libre du bout uni 1 (Fig. 1, 2 et 3), et le vérin 17 est mis progressivement en extension. Ainsi, les galets 26 roulent sur l'intérieur du bout uni 1 suivant une trajectoire hélicoïdale en en laminant la paroi.

On a représenté aux Fig. 1 et 2 les sens de déplacement correspondants du châssis 15, du plateau 20 et des galets 26.

La longueur du corset 4 correspond à la longueur de tuyau pouvant intervenir dans la confection d'un joint, c'est-à-dire à la longueur à remettre au rond. Lorsque les galets 26 ont atteint l'extrémité extérieure du corset (position en traits interrompus de la Fig. 1), la remise au rond est terminée; on ramène la machine à sa position de départ par rapprochement radial des galets 26, ouverture du corset, évacuation du tuyau et éventuellement retour du vérin d'avance 17. Il est à noter que cette dernière opération n'est pas absolument nécessaire, car la machine peut travailler indifféremment dans les deux sens, en "poussant" le tuyau ou en le "tirant"; le fait de travailler uniquement en "tirant" (rentrée de tige du vérin 17 au cours du galetage) est toutefois plus avantageux car le tuyau reste alors bien positionné à longueur par son maintien contre la butée 31 de la fourrure 12.

On s'intéressera maintenant plus-en détail à l'opération de galetage,ou de remise au rond, proprement dite
Au cours de cette opération, le bout uni 1 est enserré dans un corset bien rond fortement verrouillé par le vérin 9. Les galets 26 sont appliqués fortement contre sa surface intérieure. Ils produisent un laminage de la paroi du tuyau, c'est-à-dire qu'ils produisent ou tendent à produire un allongement du métal et une expansion du tuyau, et ceci sur toute la longueur du corset grâce au mouvement hélicoïdal des galets.

Le tuyau est limité dans son expansion par le corset. Sa paroi extérieure vient se plaquer fortement, et bien régulièrement sur toute la périphérie, sur la paroi intérieure de la fourrure 12. Il se crée ainsi dans la paroi du tuyau une contrainte tangentielle dans le sens du laminage qui est une contrainte de compression pure et est bien régulière sur toute la périphérie. On s'efforce d'obtenir une contrainte légèrement inférieure à la limite élastique du métal.

On comprend ainsi que lorsqu'on ouvre le corset, le tuyau est parfaitement rond et a tendance à augmenter son diamètre suivant la loi de Hoeke: i (allonge::ent unitaire) =

désigne la contrainte de compression créée par le galetage,E le module de Young,D le diamètre extérieur du tuyau, et I le périmètre d'une section circulaire du tuyau.

Par conséquent, lorsque le tuyau est évacué, son diamètre extérieur D est un peu plus grand que le diamètre intérieur Di de la fourrure 12. Si les tolérances t admissibles conduisent à une valeur du diamètre extérieur
D du bout uni 1 comprise entre De et De + t, on peut par exemple choisir d'obtenir un diamètre extérieur final ou: ce qui nécessitera de choisir D.=(D+2
2t De cT
Di = De + - - E
i = De + 3
En pratique, A D # t/2. Par conséquent, Di > De Il s'ensuit que si le tuyau a un diamètre extérieur maximal voisin de la valeur minimale De, ce diamètre est inférieur au diamètre intérieur de la fourrure 12. Dans ce cas, le corset se referme librement sur le bout uni 1, et le galetage expanse ce bout uni contre la fourrure 12.

Son diamètre final, après évacuation, est Di + 2t .

Si au contraire le diamètre extérieur maximal du tuyau est proche de la valeur maximale De + t, cette valeur est supérieure à Di. Le vérin 9 est assez puissant pour rétreindre le bout uni. En se fermant, le corset réduit le diamètre extérieur du tuyau à la cote Di du corset. Le galetage a alors pour effet de bien égaliser la contrainte de compression dans toute la paroi du tuyau. Quand on ouvre le corset, le tuyau se retrouve 2t comme précédemment à la cote Di + 3
Ainsi, suivant le cas, le galetage produit soit une dilatation et une mise au rond, soit un rétreint et une mise au rond du bout uni 1. Dans les deux cas, le roulement des galets 26 assure simultanément une égalisation des contraintes de compression pure d'une part sur toute la périphérie, d'autre part sur toute la longueur du bout uni contenue dans le corset.Ceci a pour conséquence que la relaxation des contraintes modifie le diamètre du bout uni mais en laissant celui-ci parfaitement circulaire, ce qui est le but recherché, car cette relaxation s'effectue de façon uniforme. Le bout uni reste donc rond au cours du temps.

De plus, le fort laminage subi par le bout uni augmente sa résistance mécanique, comme tout laminage, et il améliore l'état de surface du bout uni, alors que cette surface porte généralement de petites saillies dues aux criques de la coquille de centrifugation. Ceci est intéressant car c'-est justement la surface du bout uni qui entre en contact avec la garniture d'étanchéité lors de la confection d'un joint.

Grâce au profil en tonneau des galets 26, la surface de contact galets 26-bout uni 1- est faible.

Ceci permet d'obtenir des efforts de laminage importants avec une puissance motrice modérée et donc une machine relativement légère.

Le procédé de l'invention peut êtremis en oeuvre à n'importe quelle température, donc à froid ou à chaud, par exemple au sortir d'un four de recuit. S'il est mis en oeuvre à chaud, ce qui est plus facile car le métal est plus ductile, la température de formage doit être constante en vue d'obtenir un diamètre final constant. Cet impératif est du à l'incidence du retrait de refroidissement.

L'adaptation de la machine à des tuyaux de différents diamètres s'effectue par simple changement de la fourrure 12. En variante, le corset 4 pourrait être directement au diamètre Di,auquel cas il faudrait disposer d'un jeu de corsets pour les différents diamètres de tuyaux 2.

En variante également, on peut prévoir un nombre de galets 26 différent de deux, par exemple trois galets régulièrement répartis autour du plateau 20. De même, le nombre de secteurs du corset ouvrant peut être modifié, par exemple rament à deux.

L'avance du châssis 15 peut être obtenue par d'autres moyens que le vérin 17, par exemple par un système vis-écrou ou pignon-crémaillère.De plus,le montage mobile radialement des galets 16 peut être constitué par un dispositif à glissières radiales incorporé au plateau 20, avec une commande du mouvement radial par vis ou par vérin; on peut également, pour les gros diamètres de tuyaux, monter les galets de laminage directement en bout de tige de vérins disposés radialement sur le plateau.

Claims (9)

- REVENDICATIONS

1.- Procédé de calibrage -d'une portion tubulaire d'un tuyau ou analogue en matière élastique, notamment en fonte ductile ou en acier, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on enveloppe la portion tubulaire dans une cavité cylindrique rigide ayant un diamètre légèrement inférieur au diamètre extérieur que l'on veut donner à ladite portion tubulaire, et l'on applique for-- tement la paroi de cette portion tubulaire sur la paroi de la cavité de façon à effectuer un laminage de la portion tubulaire.

2.- procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise le laminage en dépla çant sur la paroi interne de ladite portion tubulaire des organes presseurs auxquels on fait parcourir toute la longueur de la cavité, tout en exerçant simultanément une pression radiale centrifuge sur la paroi de ladite portion tubulaire au moyen de ces organes presseurs.

3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on fait décrire aux organes presseurs une trajectoire hélicoïdale sur la paroi interne de ladite portion tubulaire.

4.-Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au cours du laminage, on engendre dans ladite portion tubulaire des contraintes de compression pure inférieures à la limite élastique de la matière de cette portion.

5.- Machine de calibrage d'une portion tubulaire d'un tuyau ou analogue en matière élastique, notamment en fonte ductile ou en acier, destinée à la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, cette machine étant caractérisée en ce qu'elle comporte un corset ouvrant (4) définissant en position fermée une cavité cylindrique dont le diamètre (Di) est légèrement inférieur au diamètre extérieur voulu pour ladite portion tubulaire (1) , un plateau rotatif (20) coaxial au corset et entraîné par un moteur (18), des moyens (17) de déplacement axial de ce plateau, un ou plusieurs organes presseurs (26) tourillonnant sur des axes respectifs (25) montés mobiles radialement sur le plateau, et des moyens (23) pour exercer sur ces axes un effort radial centrifuge.

6.- Machine suivant la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits axes (25) sont montés sur des bras (22) articulés sur le plateau (20) autour d'axes (24) parallèles à l'axe (X-X) de ce dernier.

7.- Machine suivant la revendication 6, caractérisée en ce qu'un vérin (23) est articulé entre un point (28) du plateau (20) et le ou chaque bras (22).

8.- Machine suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux organes presseurs (26) régulièrement répartis autour du plateau (20).

9. Machine suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que ladite cavité cylindrique est définie par une fourrure interchangeable (12) montée dans le corset (4).

lQ.- Machine suivant l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que les organes presseurs (26) sont des galets en forme de tonneaux.