FR2558926A1 - Procede de fixation d'une structure de tube a double paroi et revetement interieur de titane a une plaque tubulaire en titane - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION EST RELATIVE A UN PROCEDE DE FIXATION D'UNE STRUCTURE DE TUBE A DOUBLE PAROI ET REVETEMENT INTERIEUR DE TITANE A UNE PLAQUE TUBULAIRE EN TITANE. LE PROCEDE SE CARACTERISE EN CE QU'IL CONSISTE A SOUDER PAR PRESSION UN COLLET 4 EN TITANE A UNE FACE D'EXTREMITE DU TUBE EXTERIEUR 2 DE FACON A OBTENIR UNE PARTIE D'EXTREMITE SOLIDAIRE EN TITANE COMPRENANT LE COLLET EN TITANE A UNE EXTREMITE DU TUBE EXTERIEUR, A INSERER LE TUBE DE REVETEMENT INTERIEUR EN TITANE DANS LE TUBE EXTERIEUR COMPORTANT LA PARTIE D'EXTREMITE EN TITANE, ET A FIXER LE TUBE DE REVETEMENT INTERIEUR EN TITANE AU TUBE EXTERIEUR, EN CONTACT DE PRESSION AVEC LA SURFACE INTERIEURE DU TUBE EXTERIEUR, DE MANIERE A OBTENIR LA STRUCTURE DE TUBE A DOUBLE PAROI ET REVETEMENT INTERIEUR DE TITANE. APPLICATION: TECHNIQUES DES CONDENSEURS ET ECHANGEURS DE CHALEUR.

Description

La présente invention se rapporte, d'une manière

générale, à un procédé de fixation d'une structure tubulai-

re à double paroi,revêtue de titane,à une plaque tubulaire en titane; elle vise, plus particulièrement, un procédé par lequel une structure de tube à double paroi, compre-

nant un tube extérieur non en titane et un tube de revête-

ment intérieur mince en titane appliqué en contact de pres-

sion avec la surface intérieure du tube extérieur, est fi-

xée de façon appropriée à une plaque tubulaire en titane

d'un appareil, tel qu'un condenseur.

Dans la technique des condenseurs et échangeurs

de chaleur, il est connu d'utiliser des structures de tu-

yauteries ou de tubes à double paroi et revêtement de ti-

tane dont chacune comprend un tube métallique extérieur non en titane et un tube de revêtement intérieur mince, très résistant à la corrosion et maintenu en contact de

pression avec la surface intérieure du tube métallique ex-

térieur. Par exemple, on connaît un tube à double paroi qui

est une combinaison d'un tube extérieur en aluminium à ai-

lettes et d'un tube de revêtement intérieur mince en titane.

Le tube extérieur en aluminium à ailettes présente une con-

ductivité thermique élevée lors de la condensation d'un

fluide de travail, tandis que le tube de revêtement inté-

rieur en titane possède une grande résistance à la corrosion par l'eau de mer. Dans un condenseur utilisant de telles structures de tube à double paroi possédant les propriétés mentionnées ci-dessus, on obtient un dispositif d'échange de chaleur dans lequel de l'eau de mer ou un autre fluide également corrosif (fluide de refroidissement) circule à l'intérieur du tube à double paroi revêtu intérieurement de titane, tandis que la surface extérieure du tube est

exposée à un flux d'un fluide condensable qui n'est pas cor-

rosif vis-à-vis d'une matière à base d'aluminium constituant le tube extérieur. Plus particulièrement, les condenseurs

utilisant des structures de tube à double paroi du type dé-

crit ci-dessus comprennent: un condenseur pour générateur de puissance utilisant l'énergie thermique des mers (en fonction de la différence de température), dans lequel le

fluide de travail condensable est l'ammoniac ou une sub-

stance fluorocarbonée; un condenseur de turbine à sub- stance fluorocarbonée, du type vertical; et un condenseur

de liquéfaction de gaz naturel liquéfié.

Les tubes à double paroi utilisés dans un conden-

seur sont généralement montés sur des plaques tubulaires qui divisent le condenseur en compartiments, de sorte qu'un fluide corrosif de refroidissement, par exemple de l'eau de

mer, introduit dans ces compartiments de condenseur, circu-

le à l'intérieur des tubes à double paroi fixés aux plaques tubulaires. Puisque les plaques tubulaires sont également exposées au fluide corrosif de refroidissement, elles sont de préférence fabriquées en titane. Toutefois, lorsqu'on utilise des plaques tubulaires en titane, on doit résoudre certaines difficultés liées au mode de fixation des tubes

à double paroi aux plaques tubulaires en titane. Plus pré-

cisément, les tubes à double paroi sont habituellement fi-

xés aux plaques tubulaires en titane, par exemple par ex-

pansion diamétrale mécanique du tube à double paroi ou par

un procédé de soudagefermé. Ces procédés connus de fixa-

tion présentent divers inconvénients indiqués ci-après.

Dans le cas o le tube à double paroi revêtu de

titane est fixé à la plaque tubulaire en titane par expan-

sion diamètrale mécanique du tube à double paroi, chaque

partie d'extrémité du tube, insérée dans un orifice de mon-

tage ménagé dans la plaque tubulaire, est dilatée mécanique-

ment en diamètre par des moyens appropriés, de sorte que les surfaces extérieures du tube sont maintenues en contact de pression avec la surface intérieure définissant l'orifice de montage. La fixation par le simple contact de pression entre les deux pièces n'est pas suffisante pour assurer ou maintenir des niveaux satisfaisants d'étanchéité aux fluides, de conductivité thermique et de résistance mécanique très

fiable de la fixation. En outre, ce mode de fixation pré-

sente un inconvénient en ce que les extrémités du tube ex-

térieur, en aluminium ou autres matières métalliques de ré-

sistance relativement faible à la corrosion, sont exposées au fluide corrosif qui circule dans le tube à double paroi, de sorte que les parties d'extrémité du tube tendent à être corrodées par le fluide. Il est donc nécessaire de revêtir

les faces d'extrémité du tube à double paroi avec une pein-

ture anti-corrosion appropriée ou de recouvrir les extré-

mités du tube avec des bouchons de protection appropriés.

D'autre part, dans le cas o le tube à double

paroi est soudé à la plaque tubulaire, la partie d'extrémi-

té du tube à double paroi et revêtement de titane est insé-

rée dans l'orifice de montage de la plaque tubulaire2 de

sorte qu'un manchon en titane est interposé entre la sur-

face extérieure du tube et la surface intérieure de l'ori-

fice de montage, l'extrémité du tube à double paroi étant soudée par fusion le long de sa circonférence, suivant un

procédé de soudage étanche. Dans ce mode de fixation éga-

lement, l'extrémité soudée du tube en aluminium ou autre

métal non en titane, ayant une faible résistance à la cor-

rosion, est exposée à la corrosion par le fluide corrosif

de travail. Les extrémités soudées du tube doivent donc ê-

tre protégées par des recouvrements appropriés, comme indi-

qué plus haut. Ce recouvrement protecteur conduit à accroî-

tre le nombre des opérations d'assemblage, ainsi que la du-

rée et le prix de l'assemblage.

La présente invention a pour objet un procédé perfectionné de fixation d'une structure de tube à double

paroi et revêtement intérieur de titane à une plaque tubu-

laire en titane.

L'invention a également pour objet un tel procé-

dé de fixation qui permet d'obtenir, entre la structure de

tube et la plaque tubulaire, un joint possédant des carac-

téristiques sensiblement améliorées d'étanchéité aux flui-

des, de conductivité thermique, de résistance mécanique

et de fiabilité de la fixation, et de résistance à la cor-

rosion. Conformément à la présente invention, on obtient

un procédé de fixation d'une structure de tube à double pa-

roi et revêtement intérieur en titane à une plaque tubulai-

re en titane,la structure de tube à double paroi comprenant

un tube extérieur,en matière métallique différente du ti-

tane, et un tube de revêtement intérieur en titane ou allia-

ge de titane qui est fixé au tube extérieur en contact de pression avec une surface intérieure du tube extérieur, le dit procédé comprenant: (a) le soudage par pression d'un collet en titane de longueur prédéterminée, fabriqué en titane ou alliage de titane, à une face d'extrémité du tube extérieur, de façon

à obtenir une partie d'extrémité solidaire en titane cons-

tituée par le collet en titane soudé à une extrémité du tube extérieur;

(b) l'insertion du tube de revêtement intérieur en ti-

tane dans le tube extérieur comportant la partie d'extrémi-

té en titane, et la fixation du tube de revêtement intérieur en titane au tube extérieur, en contact de pression avec la

surface intérieure du tube extérieur, de manière à consti-

tuer la structure de tube à double paroi et revêtement in-

térieur de titane; et

(c) l'insertion d'une région d'extrémité de la struc-

ture de tube à double paroi,comprenant la partie d'extrémi-

té en titane, dans un orifice de montage ménagé dans la pla-

que tubulaire en titane, et le soudage de la partie d'extré-

mité en titane du tube extérieur et d'une partie d'extrémi-

té du tube de revêtement intérieur en titane,correspondant à la partie d'extrémité en titane, à la plaque tubulaire

en titane.

Dans le procédé conforme à l'invention, décrit ci-dessus, la structure de tube à double paroi et revêtement de titane comporte, à l'extrémité de son tube extérieur, une partie d'extrémité en titane constituée d'un collet en titane. Autrement dit, l'extrémité de la structure de tube à double paroi est entièrement en titane et peut donc être soudée facilement, de façon usuelle, à la plaque tubulaire qui est également en titane. Par conséquent, le joint soudé est obtenu sans formation d'une couche d'alliage de titane avec d'autres métaux, de sorte que l'assemblage soudé du tube et de la plaque tubulaire possède des caractéristiques

supérieures d'étanchéité aux fluides, de conductivité ther-

mique et de résistance et fiabilité de fixation.

Il faut également noter que la partie soudée ré-

sultant du soudage est essentiellement constituée de titane et est donc pratiquement exempte de risque de corrosion,qui se produirait sans cela du fait de l'exposition à un fluide de refroidissement tel que l'eau de mer. Par conséquent,

le présent procédé supprime complètement la nécessité ha-

bituelle de prévoir des couches anti-corrosion ou des recou-

vrements pour protéger le joint soudé de la corrosion.

Il est entendu que le collet en titane peut être raccordé au tube extérieur par l'intermédiaire d'un collet auxiliaire en matière métallique convenant à un soudage de

bonne qualité avec le tube extérieur, au lieu d'être direc-

tement soudé par pression avec le tube extérieur. Dans ce cas, le collet auxiliaire est soudé par pression,à une de ses extrémités,au collet en titane et soudé par fusion à l'autre extrémité au tube extérieur, de façon à constituer

un élément de collet composite solidaire du tube extérieur.

L'élément de collet composite comprend une partie d'extré-

mité solidaire en titane, comportant le collet en titane

à une extrémité du collet composite.

Suivant un mode avantageux de réalisation de l'invention, la région d'extrémité de la structure de tube à double paroi est placée dans l'orifice de montage de la

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plaque tubulaire en titane, de façon à ce qu'une face d'ex-

trémité de la partie d'extrémité en titane affleure dans le

plan de l'extrémité correspondante de l'orifice de montage.

Dans le cas o le collet en titane est directement soudé au tube extérieur, la longueur du collet en titane est choi- sie de sorte que la soudure entre le collet en titane et le

tube extérieur se trouve à l'intérieur de l'orifice de mon-

tage. Lorsqu'on utilise le collet auxiliaire, la longueur

totale du collet en titane et du collet auxiliaire est choi-

sie de sorte que la soudure entre le collet auxiliaire et le tube extérieur se trouve à l'intérieur de l'orifice de montage. Le soudage par pression du collet en titane ou du collet auxiliaire au tube extérieur peut être effectué par soudage par frottement, soudage explosif (liaison), soudage

aux ultrasons, soudage par résistance, soudage par diffu-

sion ou soudage par pression à froid.

Suivant un autre mode avantageux de mise en oeu-

vre de l'invention, le procédé comprend également l'expan-

sion diamétrale de la région d'extrémité soudée de la struc-

ture de tube à double paroi dans l'orifice de montage, de façon à fixer la région d'extrémité en contact de pression avec la surface intérieure de la plaque tubulaire en titane

définissant l'orifice de montage, avant la soudure de la ré-

gion d'extrémité à la plaque tubulaire.

Conformément à un autre mode préféré de mise en

oeuvre de l'invention, le procédé comprend également la for-

mation d'une gorge dans une face d'extrémité de la plaque

tubulaire en titane, de façon à entourer une extrémité ou-

verte de l'orifice de montage correspondant à la partie d'ex-

trémité en titane du tube extérieur. La région d'extrémité de la structure de tube est soudée à une partie rainurée de

la plaque tubulaire en titane, près de la gorge.

Lorsqu'on utilise le collet auxiliaire en plus du tube en titane, le soudage par fusion du collet auxiliaire

au tube extérieur est effectué alors que les faces d'extré-

mité ou les bords du collet auxiliaire et du tube extérieur

sont mutuellement en butée.

En variante, les bords du collet auxiliaire et du tube extérieur sont préparés de façon à présenter des parties épaulées pouvant être mises en contact l'une avec l'autre et le soudage par fusion de ces deux pièces est

effectué alors que les parties épaulées des bords sont main-

tenues mutuellement en butée.

En variante, on prépare les bords de façon à ce qu' ils coopèrent, lorsqu'ils sont mutuellement en butée, pour définir une gorge en V ou une gorge en U. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé dans lequel on utilise le collet auxiliaire, celui-ci est en

même matière métallique que le tube extérieur.

Outre les dispositions qui précèdent, l'inven-

tion comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront

de la description qui va suivre.

L'invenrion sera mieux comprise à l'aide du comnplé-

ment de description ci-après, qui se réfère aux dessins an-

nexés, dans lesquels: la figure 1 illustre un mode de mise en oeuvre du

procédé conforme à l'invention, pour la fixation d'une struc-

ture de tube à double paroi et revêtement intérieur de tita-

ne à une plaque tubulaire en titane; la figure 2 est une coupe d'un tube extérieur, suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle, à plus grande échelle,du détail A indiqué sur la figure 1;

la figure 4 est une vue, correspondant à la fi-

gure 1, qui illustre un autre mode de réalisation de l'in-

ventions et

les figures 5(a),5(b),5(c),5(d)sont des vues par-

tielles des extrémités opposées du tube extérieur et d'un collet auxiliaire, illustrant différents types de joints de

soudage par fusion.

Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Sur la figure 1, qui illustre un mode de mise en

oeuvre du procédé conforme à l'invention, le repère 2 dé-

signe globalement un tube extérieur qui sert d'élément tu-

bulaire extérieur d'une structure 12 de tube à double paroi et revêtement intérieur en titane, décrite ci-après. A une face d'extrémité de ce tube extérieur 2 est fixé un collet 4 en titane, de longueur prédéterminée t, qui est fabriqué en titane ou ailiage de titane. La fixation du collet en titane 4 au tube extérieur 2 peut être effectuée de façon appropriée, choisie parmi les procédés connus de soudage par pression comprenant: soudage par friction; soudage par explosion (liaison); soudage par ultrasons; soudage

par résistance (soudage à amorçage et refoulement); souda-

ge par diffusion; et soudage par pression à froid. Si né-

cessaire et en fonction du procédé spécifique de soudage

par pression utilisé, on soumet au moins les surfaces join-

tives et les parties adjacentes du tube extérieur 2 et du

collet en titane 4 à des traitements préliminaires, compre-

nant par exemple un dégraissage. Ainsi, le tube extérieur 2

est muni d'une partie d'extrémité solidaire en titane cons-

tituée par le collet en titane 4 à une extrémité axiale du

tube extérieur.

Lorsque la structure 12 de tube à double paroi est utilisée comme tube de condensation, le tube extérieur

2 comporte de préférence,sur sa surface extérieure,une plu-

ralité d'ailettes 6 de hauteur appropriée. Dans ce mode par-

ticulier de réalisation, les ailettes 6 sont solidaires du tube 2 et s'étendent axialement sur le tube 2 et elles sont mutuellement espacées sur la circonférence du tube, comme représenté sur la figure 2. Ces ailettes axiales 6 peuvent

être remplacées par une ou plusieurs ailettes circonféren-

tielles, espacées axialement les unes des autres sur le tu-

be extérieur 2. Dans tous les cas, il n'est pas prévu d'ai-

lettes 6 sur une distance prédéterminée m à partir de l'ex- trémité du tube extérieur 2 à laquelle le collet en titane 4 est soudé par pression, de sorte que la structure 12 de

tube à double paroi peut être fixée dans une plaque tubu-

laire en titane 16, décrite ci-après.

Le tube extérieur 2 est en matière appropriée,

choisie parmi des métaux qui diffèrent du titane, c'est-

à-dire des métaux non à base de titane qui ont d'excellen-

tes caractéristiques de conductivité thermique, par exem-

ple l'aluminium et ses alliages, le cuivre et ses allia-

ges, les aciers, etc. Apres soudage par pression du collet en titane 4 au tube extérieur 2, on enlève par des moyens appropriés

les bavures ou barbes 8 engendrées sur les surfaces inté-

rieures et extérieures de la soudure, comme représenté sur

la figure 1, de sorte que les surfaces extérieures et in-

térieures de la partie d'extrémité m du tube extérieur 2 et celles du collet en titane 4 sont mutuellement alignées,

à l'interface de soudure.

Pour éviter la formation d'une couche d'alliage à l'interface de soudure ou jonction du tube extérieur 2

et du collet en titane 4, il est utile d'interposer un in-

sert approprié, par exemple une couche d'argent ou de nickel, entre les surfaces de jonction en butée des deux pièces 2, 4. Le procédé suivant la présente invention peut comprendre

une telle opération auxiliaire, pour améliorer la soudure.

On insère un tube 10 de revêtement intérieur, en

titane ou alliage de titane, dans le tube extérieur 2 com-

portant la partie d'extrémité solidaire 4 en titane (collet

en titane 4 soudé), de sorte que le tube intérieur 10 en ti-

tane constitue un chemisage interne de la structure 12 de tube à double paroi. On applique ensuite une pression, par exemple une pression hydraulique, à la surface intérieure du tube de revêtement intérieur 10 ainsi inséré, de sorte que le tube de revêtement intérieur 10 est fixé au tube extérieur 2, la surface extérieure du tube intérieur 10

étant maintenue en contact de pression avec la surface in-

térieure du tube extérieur 2. On obtient ainsi la structu-

re 12 de tube à double paroi et revêtement intérieur en titane, dans laquelle une partie d'extrémité de fixation 14 entièrement en titane est constituée sur la longueur par la partie d'extrémité 4 en titane (collet solidaire 4 en titane) du tube extérieur 2 et la partie d'extrémité correspondante du tube de revêtement intérieur 10 en titane,

qui sont maintenues en contact de pression l'une avec l'au-

tre. On fixe ensuite la structure 12 de tube à double paroi revêtue de titane, comportant la partie d'extrémité

de fixation 14 en titane, à la plaque tubulaire 16 en ti-

tane. Plus précisément, on insère une région d'extrémité

de la structure de tube 12, comprenant la partie d'extrémi-

té 14 en titane, dans un orifice de montage 18 prévu à tra-

vers l'épaisseur de la plaque tubulaire 16. La structure de tube 12 est placée de sorte qu'une face d'extrémité de la partie d'extrémité de fixation 14 en titane affleure

à l'extrémité correspondante de l'orifice de montage 18.En-

suite,l'extrémité de la partie d'extrémité de fixation 14

(extrémité du collet en titane 4 et extrémité du tube de re-

vêtement intérieur 10) est soudée à l'extrémité correspon-

dante de la plaque tubulaire 16, par un procédé de soudage usuel, par exemple par soudage à l'arc. La structure 12 de tube à double paroi est ainsi fixée à la plaque tubulaire 16. Lorsque la fixation de la structure 12 de tube

à double paroi à la plaque tubulaire 16 en titane est ef-

fectuée par un procédé connu de soudage à l'arc ou autre, 1 1

comme indiqué plus haut, on procède à l'opération de souda-

ge in situ ou en usine de fabrication d'un condenseur, par

exemple. Dans ce cas, il est recommandé et utile de prépa-

rer le bord ou la face d'extrémité de la partie d'extrémi-

té 4 en titane (collet en titane) ou de ménager une gorge

ou évidement approprié dans la face d'extrémité de la pla-

que tubulaire 16, près de l'extrémité de l'orifice de mon-

tage 18, afin d'améliorer la pénétration de la soudure et

pour d'autres raisons. En outre, il est souhaitable d'ob-

tenir un mélange de la zone de fusion ou d'utiliser un me-

tal d'apport, suivant le cas. Dans le présent mode de réa-

lisation, la plaque tubulaire 16 comporte une gorge annu-

laire 20, comme représenté sur la figure 3. Cette gorge 20

est entaillée dans la face d'extrémité de la plaque tubu-

laire 16, de façon à entourer l'extrémité ouverte de l'ori-

fice de montage 18. Autrement dit, la gorge annulaire 20 définit une partie annulaire à laquelle l'extrémité de la structure 12 de tube à double paroi est soudée par fusion,

par exemple par soudage à l'arc.

Il est avantageux que la région d'extrémité de

la structure de tube à double paroi,insérée dans l'orifi-

ce de montage 18, soit dilatée radialement vers l'extérieur par des moyens appropriés, avant le soudage des deux pièces 12, 16, de façon à ce que la région d'extrémité insérée de

la structure de tube 12 soit maintenue en contact de pres-

sion avec la surface intérieure définissant l'orifice de

montage 18.

Comme décrit plus haut, puisque la structure 12 de tube à double paroi est soudée à la plaque tubulaire 16 en titane et que la partie d'extrémité de fixation 14 est

* entièrement en titane, il ne se forme pas de couche d'al-

liage fragile à la soudure 22. Autrement dit, la soudure 22 est composée essentiellement de titane et elle est donc très résistante à la corrosion, ce qui assure une jonction extrêmement saine des deux pièces 12, 16 et, par suite, une grande amélioration de l'étanchéité aux fluides (étanchéité

sous pression), de la conductivité thermique et de la ré-

sistance mécanique de la fixation.

La longueur de la région d'extrémité de la struc-

ture de tube 12 à insérer dans l'orifice de montage 18 et

la longueur t du collet en titane sont déterminées de fa-

çon à permettre de maintenir le collet en titane 4 (partie

d'extrémité en titane) en contact de frottement sous pres-

sion avec la surface intérieure de l'orifice de montage 18.

En outre, la structure de tube doit être placée, par rap-

port à la plaque tubulaire 16, de sorte que la soudure en-

tre le collet en titane 4 et le tube extérieur 2 se trouve

dans la longueur de l'orifice de montage 18.

On se reporte maintenant à la figure 4 qui il-

lustre un autre mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'inventiondans lequel le collet 4 en titane n'est pas

soudé par pression directement à une extrémité du tube ex-

térieur 2, comme dans le mode de réalisation précédent,

mais fixé au tube extérieur 2 par l'intermédiaire d'un col-

let auxiliaire24. Cette disposition est la caractéristique

principale de ce mode de réalisation modifié.

Plus particulièrement, on fixe d'abord le collet en titane 4 à une extrémité du collet auxiliaire 24, par un procédé approprié de soudage par pression, comme décrit plus

haut. On enlève ensuite les bavures extérieures et inté-

rieures 8 qui résultent du soudage par pression. On obtient

ainsi un collet composite 26 solidaire du tube extérieur 2.

Le collet auxiliaire 24, soudé par pression au collet 4 en titane, est en matière métallique non à base de

titane, qui permet d'obtenir une soudure saine au tube ex-

térieur 2 et on utilise en général le même métal que celui

du tube extérieur 2.

L'élément de collet composite 26, comprenant les

collets en titane et auxiliaire 4, 24 qui sont soudés en-

semble par pression, est soudé par fusion à une extrémité du tube extérieur 2, à l'extrémité du collet auxiliaire 24 à l'opposé du collet en titane 4. Ainsi, l'élément de collet composite 26, soudé par fusion au tube extérieur 2,

comprend une partie d'extrémité en titane composée du col-

let 4 en titane à une extrémité de l'élément de collet 26. Le soudage par fusion du collet auxiliaire 24 de l'élément

de collet 26 au tube extérieur 2 est effectué par un procé-

dé approprié de soudage à l'arc sous atmosphère de gaz inerte, par exemple le procédé TIG (soudage à l'arc de tungstène en atmosphère de gaz inerte) ou le procédé MIG

(soudage à l'électrode de métal sous atmosphère de gaz iner-

te),ou par un procédé approprié de soudage au plasma ou aux faisceaux d'électrons. Il est entendu que les parties de jonction du tube extérieur 2 et du collet auxiliaire 24 peuvent être soumises à des traitements préliminaires, par

exemple un dégraissage, si nécessaire.

Pour améliorer la qualité de la structure 12 de

tube à double paroi, il est souhaitable d'effectuer une opé-

ration de finition appropriée des surfaces intérieures du

tube extérieur 2 et de l'élément de collet composite soli-

daire 26, après le soudage par fusion de ces pièces, de façon à obtenir une rugosité uniforme (fini) de surface et une moindre variation du diamètre intérieur. En outre, il est souhaitable d'employer un mandrin d'appui approprié,

pour éviter la formation d'un cordon sur les surfaces inté-

rieures du tube extérieur 2 et de l'élément de collet 26, pendant le soudage par fusion de ces pièces. Pour empêcher la formation d'un tel cordon intérieur, il est également efficace de préparer les bords du tube extérieur 2 et du collet extérieur 24, comme représenté sur les figures 5(a) à 5(d) qui illustrent différents types de joints soudés par fusion. ILa figure 5(a) représente un joint bout-à-bout, dans

lequel les faces d'extrémité du tube extérieur 2 et du col-

let auxiliaire 24 sont simplement en butée l'une contre l'autre. La figure 5(b) représente un type de soudure à gorge, dans lequel les deux pièces 2, 24 sont préparées de sorte que les bords, lorsqu'ils sont en butée l'un contre

l'autre, coopèrent pour définir une gorge en V à la jonc-

tion. La figure 5(c) représente un type de joint soudé à recouvrement, dans lequel les pièces 2, 24 sont préparées de sorte que les bords présentent des épaulements, sous la forme de rainures et de saillies qui peuvent s'engager les unes dans les autres. La figure 5(d) représente un autre type de joint soudé à gorge, dans lequel les deux pièces 2,24 sontpréparées de sorte que leurs bords, lorsqu'ils sont en butée l'un contre l'autre, coopèrent pour définir une gorge en U à la jonction. Pour obtenir une soudure

saine par fusion, il est préférable que le soudage soit ef-

fectué au moyen d'un chalumeau fixe dirigé vers le bas, tandis que les pièces à souder 2, 26 tournent autour de leurs axes. Dans le cas o on est obligé d'effectuer le soudage par déplacement d'un chalumeau autour des pièces 2, 26 fixes, il faut prendre soin d'éviter des défauts dans

la soudure, par exemple des soufflures.

Ainsi, l'élément de collet composite 26 est soudé par fusion, à l'extrémité du collet auxiliaire 24, au tube

extérieur 2. Autrement dit, le collet en titane 4 est rac-

cordé au tube extérieur 2 par l'intermédiaire du collet

auxiliaire 24. Après achèvement de cette opération de sou-

dage par fusion, on insère le tube de revêtement intérieur en titane dans le tube extérieur 2,comportant l'élément de collet solidaire 26, et on le maintient en contact de pression avec les surfaces intérieures du tube extérieur 2 et de l'élément de collet solidaire 26. De cette façon, on

obtient la structure 12 de tube à double paroi et revête-

ment intérieur de titane. Cette structure de tube 12 compor-

te également une partie d'extrémité de fixation entièrement en titane, qui comprend le collet 4 en titane et l'extrémité correspondante du tube de revêtement 10 en titane. Ainsi,

l'extrémité du tube extérieur 2 n'est pas exposée au sou-

dage à la plaque tubulaire 16 mais la structure de tube 12 est soudée à sa partie d'extrémité de fixation en titane par un procédé usuel de soudage par fusion. On obtient par conséquent une soudure saine 22 sur la face d'extrémité de la plaque tubulaire 16, adjacente aux bords du collet 4 en

titane et du tube de revêtement intérieur 10 en titane.

Dans ce mode de réalisation également, la longueur

de la région d'extrémité de la structure de tube 12 à insé-

rer dans l'orifice de montage 18 et les longueurs t et n

du collet 4 en titane et du collet auxiliaire 24 sont dé-

terminées de façon appropriée, comme décrit plus haut. En particulier, la longueur totale + n doit de préférence être déterminée de sorte que la soudure par pression,entre les collets en titane et auxiliaire 4, 24,et la soudure par fusionentre le collet auxiliaire 24 et le tube extérieur

2,se trouvent toutes deux à l'intérieur de l'orifice de mon-

tage 18 de la plaque tubulaire 16.

Conformément au procédé illustré par la figure 4,

le collet 4 en titane est soudé par pression au collet au-

xiliaire 24 de longueur relativement faible. Autrement dit,

le procédé ne nécessite pas le soudage par pression du col-

let 4 en titane directement au tube extérieur 2 relativement

long, comme dans le mode de réalisation précédent. Cela per-

met une jonction relativement facile,sur placedu collet 4 en titane à l'extrémité du tube extérieur 2, par fixation

de l'élément de collet composite 26 préparé en usine au tu-

be extérieur 2, au moyen d'un procédé de soudage par fusion et plus particulièrement d'un appareil simple de soudage à

l'arc, c'est-à-dire sans nécessiter l'emploi d'un équipe-

ment spécial de soudage par pression sur le lieu d'instal-

lation de la structure de tube sur la plaque tubulaire 16.

L'invention est illustrée ci-après avec référen-

ce à l'exemple suivant, basé sur le dispositif représenté sur la figure 4. Il est entendu toutefois que les détails

de cet exemple ne limitent en aucun casla portée de l'in-

vention.

EXEMPLE

On prépare d'abord le collet 4 en titane pur et le collet auxiliaire 24, en alliage d'aluminium A6063, tous deux avec un diamètre extérieur de 26, 9 mm, un diamètre in- térieur de 21,5 mm et une épaisseur de paroi de 2,7 mm. Ces deux collets 4,24 sont soudés par friction l'un à l'autre

et on obtient le collet composite 26. Le soudage par fric-

tion est effectué sous une pression de friction de 20 daN/ cm2 et une pression de refoulement de 20 daN/cm2, et à une vitesse de rotation de 2400 t/mn. Le collet composite 26 obtenu est soumis à une opération d'enlèvement des bavures 8 et à d'autres opérations de préparation. Il en résulte un collet composite 26 fini aux dimensions suivantes: Diamètre extérieur: 26,9 mm Diamètre intérieur: 22,4 mm Epaisseur de paroi: 2,25 mm Longueur de la partie de collet en titane: 20 mm Longueur de la partie de collet auxiliaire: 20 mm

Longueur totale: 40 mm.

En même temps, on prépare le tube extérieur à ai-

lettes 2, en alliage d'aluminium A6063, avec une hauteur d'ailette de 1, 35 mm, un diamètre extérieur de 26,9 mm et un diamètre intérieur de 22,4 mm. On enlève partiellement les ailettes 6 par découpe extérieure du tube extérieur 2, sur une distance prédéterminée à partir de son extrémité,

de sorte que le diamètre extérieur de la partie d'extrémi-

té ainsi découpée extérieurement est de 24,2 mm. On taille le bord de cette partie d'extrémité du tube extérieur 2 et le bord du collet auxiliaire 24 en aluminium du collet composite 26, de sorte que les bords en butée coopèrent

pour définir une gorge en U, comme représenté sur la figu-

re 5(d). On brosse les bords préparés du tube extérieur 2 et du collet composite 26, au moyen d'une brosse à fils, on met les bords en butée l'un contre l'autre et on les soude par fusion dans les conditions suivantes: Type de soudage par fusion: soudage à l'arc TIG (courant alternatif) Position de soudage: vers le bas (avec les pièces en rotation) Courant de soudage: 45 - 55 A Vitesse de soudage: 12 cm/mn Gaz de protection: Argon 12 1/mn

Baguette de soudage: A5356BY, diamètre 1,6 mm.

Dans le tube extérieur à ailettes 2 ainsi prépa-

ré et comportant l'élément de collet composite solidaire 26 avec le collet 4 en titane à son extrémité, on insère le

tube de revêtement intérieur mince 10 en titane, d'un dia-

mètre extérieur de 22 mm et d'une épaisseur de paroi de 0,2 mm. On exerce ensuite une pression hydraulique sur la surface intérieure du tube de revêtement intérieur 10, de

manière à maintenir le tube intérieur 10 en contact de pres-

sion avec la surface intérieure du tube extérieur 2. On ob-

tient ainsi la structure 12 de tube à double paroi et re-

vêtement de titane. La région d'extrémité de la structure de tube 12 est ensuite insérée dans l'orifice de montage 18

(de 27,1 mm de diamètre intérieur) ménagé à travers l'épais-

seur de 50 mm de la plaque tubulaire 16 en titane, comme re-

présenté sur la figure 4. La structure de tube 12 est pla-

cée de sorte que l'extrémité de l'élément de collet 26 (col-

let 4 en titane) se trouve dans le plan de la face d'extré-

mité correspondante de la plaque tubulaire 16. Dans cette position, on soude l'extrémité de fixation en titane (collet 4 en titane et extrémité du tube 10 de revêtement intérieur en titane) de la structure de tube 12, par soudage à l'arc sous atmosphère inerte, à la partie annulaire de la plaque tubulaire 16 adjacente à l'extrémité ouverte de l'orifice de montage 18. Avant de souder, on dégraisse à l'acétone les parties de jonction. Le soudage à l'arc est effectué dans les conditions suivantes: Type de soudage: à l'arc TIG (courant continu) Position de soudage:à plat ou horizontale (avec le chalumeau en rotation) Courant de soudage: 40 A Vitesse de soudage: 20 cm/mn Gaz de protection: Argon 12 1/mn Baguette de soudage: non utilisée

L'observation de la soudure 22, obtenue par sou-

dage par fusion comme ci-dessus entre l'extrémité de la structure 12 de tube à double paroi et revêtement intérieur de titane et la face d'extrémité de la plaque tubulaire 16 en titane, montre l'absence de toute couche d'alliage fragile ou de fissure dans la soudure 22. Le procédé de cet exemple spécifique procure donc bien une soudure saine entre la structure 12 de tube à double paroi et la plaque

tubulaire 16.

Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in-

vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits de façon explicite;

elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peu-

vent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'é-

carter du cadre ni de la portée de la présente invention.

Claims (23)

Revendications

1. Procédé de fixation d'une structure (12) de tube à double paroi et revêtement intérieur de titane à une plaque tubulaire (16) en titane, la structure de tube à double paroi comprenant un tube extérieur (2) en matière métallique différente du titane et un tube de revêtement intérieur (10) en titane ou alliage de titane fixé au tube

extérieur par contact de pression avec une surface inté-

rieure du tube extérieur, caractérisé en ce qu'il consiste

à souder par pression un collet (4) en titane,d'une lon-

gueur prédéterminée ( t),en titane ou alliage de titane, à une face d'extrémité du tube extérieur (2), de façon à

obtenir une partie d'extrémité solidaire en titane compre-

nant le collet en titane à une extrémité du tube extérieur; insérer le tube de revêtement intérieur en titane dans le tube extérieur comportant la partie d'extrémité en titane, et fixer le tube de revêtement intérieur en titane au tube

extérieur, en contact de pression avec la surface inté-

rieure du tube extérieur, de manière à obtenir la structure de tube à double paroi et revêtement intérieur de titane; et insérer une région d'extrémité de la structure de tube à double paroi,comportant la partie d'extrémité en titane,

dans un orifice de montage (18) ménagé dans la plaque tubu-

laire en titane, et effectuer une soudure (22) de la partie d'extrémité en titane du tube extérieur et d'une partie

d'extrémité du tube de revêtement intérieur en titane,cor-

respondant à la partie d'extrémité en titane, à la plaque

tubulaire en titane.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'enlèvement des bavures (8) formées sur les surfaces intérieures et extérieures du tube extérieur

(2) et du collet (4) en titane, lors du soudage par pres-

sion du collet en titane pour former la partie d'extrémité

solidaire en titane du tube extérieur.

3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractéri-

sé en ce que la dite région d'extrémité de la structure de tube à double paroi est placée dans l'orifice de montage

(18) de sorte qu'une face d'extrémité de la partie d'ex-

trémité en titane se trouve dans le plan de l'extrémité correspondante de l'orifice de montage, la longueur (l) du collet (4) en titane étant déterminée de sorte que la soudure entre le collet en titane et le tube extérieur se

trouve à l'intérieur de l'orifice de montage.

4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que le soudage par pression du collet en titane et du tube extérieur est effectué par un procédé choisi dans le groupe comprenant le soudage par friction, le soudage par explosion, le soudage par ultrasons, le

soudage par résistance, le soudage par diffusion et le sou-

dage par pression à froid.

5. Procédé suivantla revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'expansion diamétrale de la région d'extrémité de la structure de tube à double paroi dans

l'orifice de montage, de manière à fixer cette région d'ex-

trémité en contact de pression avec une surface intérieure de la plaque tubulaire en titane définissant l'orifice de montage, avant le soudage de la région d'extrémité à ladite

plaque tubulaire en titane.

6. Procédé suivantla revendication 1, caractérisé en

ce qu'il comprend la formation d'une gorge (20) dans une fa-

ce d'extrémité de la plaque tubulaire en titane, de façon a

entourer uneextrémité ouverte de l'orifice de montage cor-

respondant à la partie d'extrémité en titane du tube exté-

rieur, ladite région d'extrémité de la structure de tube à double paroi étant soudée à une partie rainurée de la plaque

tubulaire en titane, adjacente à ladite gorge.

7. Procédé suivantla revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une pluralité d'ailettes (6)

mutuellement espacées sur la surface extérieure du tube ex-

térieur.

8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ces ailettes s'étendent de préférence dans la direction axiale du tube extérieur et sont distantes les unes des autres

sur la circonférence du tube extérieur.

9. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube extérieur est en aluminium ou alliage d'aluminium.

10. Procédé de fixation d'une structure de tube à double paroi et revêtement intérieur de titane à une plaque tubulaire en titane, la structure de tube à double paroi comprenant un tube extérieur (2), en matière métallique différente du titane, et un tube de revêtement intérieur (10) en titane ou alliage de titane, fixé au tube extérieur en contact de pression avec une surface intérieure du tube extérieur, caractérisé en ce qu'il consiste:

- à souder par pression un collet (4) de longueur prédéter-

minée (<), en titane ou alliage de titane, à une extrémité d'un collet auxiliaire (24) de longueur prédéterminée (n), en matière métallique permettant d'obtenir une soudure saine avec le tube extérieur; - à souder par fusion l'autre extrémité du collet auxiliaire à une face d'extrémité du tube extérieur, de manière à obtenir un élément de collet composite (26) solidaire du tube extérieur, cet élément de collet composite comprenant une partie d'extrémité solidaire en titane constituée par le collet en titane à une extrémité de cet élément de collet composite; - à insérer le tube de revêtement intérieur en titane dans le tube extérieur comportant l'élément de collet conposite, et fixer le tube de revêtement intérieur en titane au tube

extérieur, en contact de pression avec la surface inté-

rieure du tube extérieur, de manière à obtenir la struc-

ture de tube à double paroi et revêtement intérieur de titane; - et à insérer une région d'extrémité de la structure de tube à double paroi, comportant l'élément de collet composite, dans un orifice de montage (18) ménagé dans la plaque tubulaire en titane, et souder la partie d'extrémité en titane du tube extérieur et une partie d'extrémité du tube de revêtement intérieur en titane, correspondant à la partie

d'extrémité en titane, à la plaque tubulaire en titane.

11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend l'enlèvement des bavures formées sur les surfaces intérieures et extérieures de l'élément de collet composite lors du soudage par pression du collet en titane

au collet auxiliaire.

12. Procédé suivant la revendication 10, caractéri-

sé en ce que la région d'extrémité de la structure de tube à double paroi est placée dans l'orifice de montage de manière telle qu'une face d'extrémité de la partie d'extrémité en titane affleure l'extrémité correspondante de l'orifice de montage, la longueur totale (t + n) du collet en titane et du collet auxiliaire étant déterminée de sorte que la soudure entre le collet auxiliaire et le tube extérieur se

trouve à l'intérieur de l'orifice de montage.

13. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce

que le soudage par fusion du collet auxiliaire au tube exté-

rieur est effectué pendant que les faces d'extrémité du collet auxiliaire et du tube extérieur sont en butée l'une contre l'autre.

14. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce

que le soudage par fusion du collet auxiliaire et du tube exté-

rieur est effectué après préparation des bords du collet auxiliaire et du tube extérieur pour que ces bords présentent

des parties épaulées qui peuvent s'engager mutuellement.

15. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le soudage par fusion du collet auxiliaire et du tube extérieur est effectué après préparation des bords du collet auxiliaire et du tube extérieur pour que ces bords, lorsqu'ils sont en butée l'un contre l'autre, coopèrent pour définir une gorge en V.

16. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le soudage par fusion du collet auxiliaire et du tube extérieur est effectué après préparation des bords du collet auxiliaire et du tube extérieur, pour que ces bords, lorsqu'ils sont en butée l'un contre l'autre, coopèrent pour définir à leur jonction une gorge en U.

17. Procédé suivant la revendication 10,-caractérisé en ce que le soudage par pression du collet en titane et du collet auxiliaire est effectué par un procédé choisi dans le groupe comprenant le soudage par friction, le soudage par explosion, le soudage par ultrasons, le soudage par résistance,

le soudage par diffusion et le soudage par pression à froid.

18. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'expansion diamétrale de la région

d'extrémité de la structure de tube à double paroi dans l'ori-

fice de montage, de manière à fixer cette région d'extrémité

en contact de pression avec une surface intérieure de la pla-

que tubulaire en titane définissant l'orifice de montage, avant le soudage de la région d'extrémité à la plaque tubulaire

en titane.

19. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une gorge (20) dans une face d'extrémité de la plaque tubulaire en titane, de façon à

entourer une extrémité ouverte de l'orifice de montage corres-

pondant à la partie d'extrémité en titane du tube extérieur, la région d'extrémité de la structure de tube à double paroi étant soudée à une partie rainurée de la plaque tubulaire en

titane, adjacente à la gorge.

20. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une pluralité d'ailettes (6)

mutuellement espacées sur la surface extérieure du tube exté-

rieur.

21. Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que ces ailettes s'étendent de préférence dans la direction axiale du tube extérieur et sont distantes les unes des autres

sur la circonférence du tube extérieur.

22. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en

ce que le tube extérieur est en aluminium ou alliage d'alumi-

nium.

23. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le collet auxiliaire est en même matière métallique

que celle du tube extérieur.