FR2918910A1 - Procede de fabrication d'un element de genie chimique - Google Patents
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Abstract
Dans le procédé de fabrication :a) une couche intérieure (2) en métal anticorrosion est formée à partir d'une bande métallique intérieure (4), par exemple en assemblant par une soudure dite longitudinale (5) au moins deux portions (40) dites intérieures de ladite bande métallique intérieure (4), disposées bord à bord en formant entre elles une partie évidée dite longitudinale (50),b) une couche extérieure (3) est formée à partir d'une bande métallique extérieure (6),c) lesdites couches intérieure (2) et extérieure (3) sont solidarisées par un moyen d'assemblage radial (7) grâce à une partie évidée radiale (70).Le procédé est caractérisé en ce qu'on forme ladite soudure longitudinale (5) et/ou ledit moyen d'assemblage radial (7) en. projetant à grande vitesse dans ladite partie évidée longitudinale (50) et/ou radiale (70), une poudre (80) dudit métal anticorrosion en formant une masse métallique compacte (51,71) présentant une densité au moins égale à 0,8 fois la densité dudit métal anticorrosion.
Description
Procédé de fabrication d'un élément de génie chimique
Domaine de l'invention L'invention concerne la fabrication d'équipements de génie chimique, par exemple la fabrication d'éléments de forme du génie chimique, tels que, par exemple des éléments de réacteurs, à fonds hémisphériques et à parois cylindriques.
L'invention concerne le domaine des équipements prévus pour résister à la fois à des pressions élevées, au vide, et qui présentent une résistance élevée à la corrosion.
Etat de la technique D'une manière générale, on connaît déjà des corps creux ou récipients formant des enceintes ou réacteurs métalliques résistant à des pressions élevées. Ces réacteurs comprennent typiquement une paroi latérale cylindrique et des fonds bombés.
Les fonds bombés et la paroi latérale sont assemblés soit à l'aide de moyens mécaniques, par exemple à l'aide de brides, soit par soudure. D'une manière générale, ces enceintes et réacteurs doivent également présenter une grande résistance à tout type de corrosion compte tenu notamment du danger extrême présenté par les fuites dans une enceinte sous pression, à savoir typiquement sous une pression supérieure à 5 bar ; mais il existe aussi des réacteurs qui doivent pouvoir travailler sous une pression beaucoup plus élevée, à savoir 20 bar ou même 50 bar (soit 5 MPa). La demanderesse a déjà développé des procédés de fabrication de plaques en matériaux métalliques multicouche aptes à résister à la corrosion, comme décrit 2 par exemple dans le brevet français n 2 883 006 et dans les demandes internationales W002/051576 et WO 03/097230. La demanderesse a formé des enceintes ou éléments de dispositifs chimiques par mise en forme de ces plaques de matériaux multicouche en les soudant bord à bord. Avantageusement, compte tenu notamment du coût des matériaux anticorrosion, tel le tantale, ces procédés de fabrication assurent un assemblage d'un revêtement anticorrosion de faible épaisseur, par exemple de l'ordre de 1 mm, sur un support de beaucoup plus grande épaisseur. Comme alternative à ces procédés, on connaît aussi un procédé de l'art antérieur comprenant un placage par explosion ( explosion clad ).
Problèmes posés D'une part, la demanderesse qui cherche à fabriquer des équipements comprenant des couches métalliques de matériau anticorrosion de faible épaisseur relative compte tenu de leur coût élevé des matériaux anticorrosion, a pu constater que cela pose des problèmes d'assemblage, les soudures bord à bord ou à clins de grande qualité devenant plus difficiles à réaliser dans le cas de couches de faible épaisseur relative, typiquement pour une épaisseur de tantale inférieure à 0,5 mm.
D'autre part, la demanderesse a recherché aussi a limiter les risques de pollution des soudures et de corrosion liés aux soudures et aux divers moyens d'assemblage des différentes constituants des éléments de génie chimique à fabriquer.
Compte tenu de ces problèmes, la demanderesse a mis au point un procédé qui résout ces problèmes. 3 Description générale de l'invention
Selon l'invention, dans le procédé de fabrication d'un élément de génie chimique comprenant au moins une couche métallique en métal anticorrosion formant une couche dite intérieure assurant une résistance à la corrosion dudit élément et une couche métallique dite extérieure servant de support pour ladite couche intérieure, ledit élément étant de préférence un élément de forme : a) ladite couche intérieure est formée à partir d'une bande métallique dite intérieure, par exemple en assemblant par une soudure dite longitudinale au moins deux portions dites intérieures de ladite bande métallique intérieure disposées bord à bord en formant entre elles une partie évidée dite longitudinale, de manière à former une couche intérieure dite multiple de grande dimension adaptée à celle dudit élément de génie chimique, b) ladite couche extérieure est formée à partir d'une bande métallique dite extérieure en un métal dit support, au besoin en assemblant bord à bord au moins deux portions dites extérieures de ladite bande extérieure de manière à former une couche extérieure dite multiple, c) lesdites couches intérieure et extérieure sont solidarisées par un moyen d'assemblage radial grâce à au moins une partie évidée radiale, de manière à assurer une tenue au vide dudit élément de génie chimique. Le procédé est caractérisé en ce qu'on forme ladite soudure longitudinale et/ou ledit moyen d'assemblage radial en projetant à grande vitesse à l'aide d'un dispositif de projection, dans ladite partie évidée longitudinale et/ou radiale, une poudre dudit métal anticorrosion grâce à un flux gazeux, de manière à remplir 4 ladite partie évidée longitudinale et/ou radiale de ladite poudre sous la forme d'une masse métallique compacte présentant une densité au moins égale à 0,8 fois la densité dudit métal anticorrosion et de manière à ce que ladite couche intérieure soit une couche intérieure uniforme car constituée du même métal anticorrosion.
Le procédé s'applique pour former tout élément plan ou de forme d'un dispositif de génie chimique.
Pour résoudre ses problèmes, la demanderesse a eu l'idée d'une part de faire appel à une technique de dépôt à froid ( cold spray en anglais) déjà connue en elle-même sous différents noms ou acronymes dans le cadre de traitements de surface par projection de poudres sur une surface à traiter, et d'autre part d'utiliser le métal anticorrosion sous forme de poudre. A titre d'exemple de dépôt à froid, on peut citer le brevet US6,491,208 qui décrit la réparation d'ailettes de turbine par un tel procédé en projetant des particules d'une granulométrie allant de 1 pm à 50 pm à une vitesse très élevée dans un jet de gaz sur une ailette présentant une fissure. Par exemple, la demanderesse a pu constater qu'en projetant sous gaz protecteur des poudres de tantale sur des plaques de tantale formant une couche intérieure, il était possible de résoudre les problèmes de soudure longitudinale ou radiale liés notamment à la faible épaisseur relative de la couche de tantale, mais aussi d'éliminer tout risque de corrosion de la soudure par pile galvanique entre éléments métalliques différents. Comme gaz protecteur, on peut utiliser avantageusement He, Ar, N2 ou des mélanges de ces gaz.
Description des figures Toutes les figures sont relatives à l'invention.
5 Les figures la à 1c illustrent la formation d'une soudure longitudinale (5). La figure la est une vue schématique en coupe verticale du dispositif (8) de projection de poudre métallique (80). La figure lb représente la soudure (5) formée à l'état brut, alors que la figure ic représente la soudure (5) finale.
Les figures 2a à 2f sont relatives à ladite couche intérieure (2).
La figure 2a est une vue schématique, en perspective de côté, d'une bobine de ladite bande intérieure (4). La figure 2b représente en coupe selon un plan vertical une portion plane (40, 41) de ladite bande intérieure (4). La figure 2c représente en coupe selon un plan vertical un assemblage (41') de deux portions planes (41). La figure 2d, analogue à la figure 2b, représente une portion de forme (42) obtenue par emboutissage de la portion plane (41) de la figure 2b. La figure 2e représente en coupe selon un plan vertical 25 la couche intérieure (2) de forme. La figure 2f, analogue à la figure lc, est une vue agrandie des parties des figures 2c et 2e entourées d'un cercle.
30 Toutes les figures 3a à 6c sont des coupes partielles selon un plan vertical illustrant quatre modalités de l'invention.
Les figures 3a à 3c, analogues, illustrent un mode d'assemblage des couches intérieure (2) et extérieure (3), ainsi qu'une modalité de l'invention dans laquelle ladite couche intérieure (2) est une couche intérieure dite simple (2b). La figure 3a représente ladite couche intérieure simple (2b) disposée au-dessus de ladite couche extérieure (3). La figure 3b illustre la formation de la partie évidée radiale intérieure (70).
La figure 3c illustre ladite soudure radiale (7) solidarisant les dites couches intérieures (2) et extérieures (3).
Les figures 4a à 4f illustrent notamment une modalité de l'invention dans laquelle ladite couche intérieure (2) est une couche multiple (2a) formée sur ladite couche extérieure (3) servant de support. La figure 4a représente une partie de la bande extérieure (6).
La figure 4b représente une portion de bande extérieure plane (60, 61). La figure 4c représente une portion de bande extérieure de forme (60, 62). La figure 4d représente une couche extérieure (3) obtenue 25 par assemblage et soudure de deux portions de forme (60, 62). La figure 4e représente une pluralité de portions de forme (42) disposés, bord à bord, sur la bande extérieure (3). La figure 4f, analogue à la figure 4e, représente le 30 double assemblage des dites portions (42) entre elles et à ladite couche extérieure (3). 7 Les figures 5a à 5d sont relatives au cas où ladite portion de bande intérieure (40) est solidarisée à une couche intermédiaire (9) de manière à former une couche intérieure composite (2c).
La figure 5a représente ladite couche composite (2c) plane. La figure 5b représente la couche composite (2c') obtenue par mise en forme de la couche composite (2c) plane. Les figures 5c et 5d illustrent la fixation de la couche composite (2c') à la couche extérieure (3).
Les figures 6a à 6c sont relatives au cas où ledit élément (1) est formé par assemblage de portions d'éléments (11) disposés bord à bord comme illustré sur la figure 6a.
La figure 6b, analogue à la figure 6a, représente la solidarisation des dites portions extérieures (60). La figure 6c, analogue à la figure 6b, représente l'étape suivante de solidarisation des dites portions intérieures (40).
La figure 7 représente en coupe axiale et schématiquement un élément de réacteur (1') constituant un exemple d'élément de génie chimique (1), cet élément de réacteur (1') formant un fond de réacteur (10), la paroi latérale du réacteur ayant été représentée partiellement en traits pointillés.
La figure 8 montre une coupe à travers un revêtement de tantale déposée par la technique de cold spray sur une tôle de tantale. Ces micrographies, obtenues par microscopie électronique à balayage, représentent la même zone à deux grandissements différents.
Description détaillée de l'invention
Selon une première modalité de procédé selon l'invention, et comme illustré par exemple sur les figures la à 1c, 2a à 2f, 4a à 4f, on peut former lesdites couches intérieure (2) et extérieure (3), ladite couche intérieure (2) étant formée en assemblant par ladite soudure dite longitudinale (5) au moins deux portions (40) dites intérieures de ladite bande métallique intérieure (4) disposées bord à bord en formant entre elles une partie évidée dite longitudinale (50), de manière à former une couche intérieure dite multiple (2a) de grande dimension adaptée à celle dudit élément de génie chimique (1).
Selon une seconde modalité de procédé selon l'invention, et comme illustré sur les figures 6a à 6c : a) on peut former une pluralité de portions (11) dudit élément (1), chaque portion (11) dudit élément étant formée en solidarisant au moins une portion intérieure (50) à une portion extérieure (60), b) on peut assembler, bord à bord, ladite pluralité des dites portions (11) dudit élément, en soudant bord à bord lesdites portions extérieures (60), lesdites portions intérieures (50) étant solidarisées par ladite soudure longitudinale (5). Dans cette modalité, et comme illustré sur la figure 6a, ladite portion (11) dudit élément (1) peut présenter un bord (110) comprenant une partie en biseau (111) formée par ladite portion extérieure (60), de manière à former une double cavité, quand deux portions (11) dudit élément (1) sont placées bord à bord, à savoir une cavité dite extérieure (112) destinée à recevoir un cordon de soudure pour assembler lesdites portions extérieures (60) entre 9 elles, et une cavité dite intérieure (113) formant ladite partie évidée (50) et destinée à recevoir ladite masse métallique compacte de ladite soudure longitudinale (5) constituée dudit métal anticorrosion.
Selon une troisième modalité de procédé selon l'invention, et comme illustré sur les figures 3a à 3c, on peut former ladite couche intérieure (2) par mise en forme d'une seule portion (40) de ladite bande métallique intérieure (4), ladite couche intérieure (2) étant alors une couche intérieure dite simple (2b), et on peut la solidariser à ladite couche extérieure (3) par ledit moyen d'assemblage radial (7) en formant une pluralité des dites parties évidées radiales (70) destinée à former lesdites partie évidées (50) de manière à former une soudure radiale (7') constituée dudit métal anticorrosion.
Quelle que soit la modalité de l'invention, ladite densité de ladite masse métallique compacte (51, 71) peut être au moins égale à 0,8 fois, et préférentiellement au moins égale à 0,9 fois la densité dudit métal anticorrosion, ladite masse métallique compacte (51, 71) étant éventuellement soumise à un effort radial ultérieur, perpendiculairement à sa surface, par exemple par martelage ou forgeage, de manière à augmenter sa densité.
Selon l'invention, ledit métal anticorrosion peut être choisi parmi : Ta ou alliages, Ti ou alliages, Zr ou alliages, par exemple le Zircalloy, Ni ou alliages, Nb ou alliages, ledit métal anticorrosion étant de préférence le tantale ou ses alliages. Ledit métal support peut être choisi parmi les aciers, de préférence les aciers dits inox . 10 Selon l'invention, on peut solidariser lesdites couches intérieure (2) et extérieure (3) de plusieurs manières. Ainsi, comme illustré, à tire d'exemple, sur les figures 3a à 3c, on peut solidariser lesdites couches intérieure (2, 2a) et extérieure (3, 3a) en formant dans ladite couche intérieure (2) au moins une partie évidée radiale dite intérieure (70) de manière à former une soudure dite radiale (7'), ladite partie évidée étant remplie de ladite masse métallique compacte (71).
De même, comme illustré sur les figures 4a à 4f, on peut former ladite couche intérieure multiple (2, 2a) en disposant sur ladite couche extérieure (3) préalablement formée au moins deux portions (40) dites intérieures de ladite bande métallique intérieure (4) disposées bord à bord en formant entre elles une partie évidée dite longitudinale (50), en assemblant lesdites portions intérieures (40) entre elles grâce à ladite soudure dite longitudinale (5), ladite soudure longitudinale (5) formant aussi ledit moyen d'assemblage radial (7) assurant une solidarisation radiale entre lesdites couches intérieure (2) et extérieure (3).
Selon une autre modalité de l'invention, et comme illustré sur les figures 5a à 5d, ladite couche intérieure (2) en métal anticorrosion peut être assemblée à une couche intermédiaire (9) en métal support, de manière à former une couche intérieure composite (2c, 2c'), lesdites couches intérieure (2, 2a, 2b) et intermédiaire (9) étant solidarisées, par exemple, à l'aide d'une couche de brasage, ladite couche intérieure (2) étant soit une couche intérieure multiple (2a) soit une couche intérieure simple (2b) de manière à former une couche intérieure composite repérée respectivement (2c) ou (2c'). Dans cette modalité, on peut assembler ladite couche composite (2c, 2c') à ladite couche extérieure (3) en formant dans ladite couche extérieure (3) au moins une partie évidée radiale dite extérieure (72), de manière à assurer une tenue au vide dudit élément de génie chimique (1), ladite partie évidée radiale extérieure (72) une fois remplie de brasure (73).
Selon l'invention, ladite couche intérieure (2, 2a, 2b) en métal anticorrosion peut présenter une épaisseur Ec allant de 0,1 mm à 5 mm, et ladite couche extérieure (3) formant support peut présenter une épaisseur Es allant de 0,5 mm à 100 mm, ladite couche intermédiaire (9), si présente, ayant une épaisseur Ei allant de 5 mm à 15 mm. De préférence, ladite couche intérieure (2, 2a, 2b) en métal anticorrosion peut être une couche en Ta ou alliage d'épaisseur Ec inférieure à 0,5 mm.
Cependant, ladite couche intérieure (2, 2a, 2b) en métal anticorrosion peut être une couche en Zr ou alliage d'épaisseur Ec inférieure à 3 mm.
Dans le procédé selon l'invention, ledit élément de génie 25 chimique (1) peut être un élément de réacteur (l'), par exemple un fond (10) ou une paroi latérale de réacteur.
Un autre objet de l'invention est constitué par l'utilisation d'un dispositif de projection de poudre à 30 grande vitesse (8) et d'une poudre d'un métal anticorrosion (80) pour former une soudure longitudinale (5) avec un cordon de soudure solidarisant deux bords (400) de deux couches métalliques adjacentes constituées 12 du même métal anticorrosion, ou pour former une soudure radiale (7) en remplissant un évidement (70) formé dans une couche métallique (2) formée en ledit métal anticorrosion, ledit métal anticorrosion étant de préférence le tantale. Un tel dispositif (8) a été illustré sur la figure la.
Encore un autre objet de la présente invention est l'utilisation d'un dispositif de projection de poudre à grande vitesse (8) et d'une poudre d'un métal anticorrosion pour réparer un revêtement en métal anticorrosion présentant des endroits endommagés ou usés, ledit revêtement pouvant être un placage, soudé ou non, une couche formée par vapodéposition, par projection de poudre ou toute autre technique appropriée, sachant la dite poudre et ledit revêtement doivent être en le même métal anticorrosion. De manière avantageuse, dans le cadre de cette utilisation, on remplit et / ou couvre lesdits endroits endommagés ou usés à l'aide dudit dispositif de projection (8) qui projette à grande vitesse une poudre dudit métal anticorrosion grâce à un flux gazeux, ladite poudre formant une masse métallique compacte, présentant une densité au moins égale à 0,8 fois, et préférentiellement au moins égale à 0,9 fois la densité dudit métal anticorrosion.
Et finalement, constitue encore un autre objet de la présente invention un élément de génie chimique (1) comprenant au moins une couche métallique en métal anticorrosion formant une couche dite intérieure (2) assurant une résistance à la corrosion dudit élément (1) et une couche métallique dite extérieure (3) servant de support pour ladite couche intérieure (2), ledit élément (1) étant un élément de forme, dans lequel a) ladite couche intérieure (2) a été formée à partir d'une bande métallique dite intérieure (4), au besoin en assemblant par une soudure dite longitudinale (5) au moins deux portions (40) dites intérieures de ladite bande métallique intérieure (4) disposées bord à bord en formant entre elles une partie évidée dite longitudinale (50), de manière à former une couche intérieure dite multiple (2a) de grande dimension adaptée à celle dudit élément de génie chimique (1), b) ladite couche extérieure (3) a été formée à partir d'une bande métallique dite extérieure (6) en un métal dit support, au besoin en assemblant bord à bord au moins deux portions dites extérieures (60) de ladite bande extérieure (6) de manière à former une couche extérieure dite multiple (3a), c) lesdites couches intérieure (2, 2a) et extérieure (3, 3a) ont été solidarisées par une soudure dite radiale (7), éventuellement en formant dans ladite couche intérieure au moins une partie évidée radiale dite intérieure (70), de manière à assurer une tenue au vide dudit élément de génie chimique (1), caractérisé en ce que ladite soudure longitudinale (5) et/ou radiale (7) a été formée en projetant à grande vitesse à l'aide d'un dispositif de projection (8), dans ladite partie évidée (50, 70), une poudre (80) dudit métal anticorrosion grâce à un flux gazeux, de manière à remplir ladite partie évidée (50, 70) de ladite poudre sous la forme d'une masse métallique compacte (51, 71) présentant une densité au moins égale à 0,8 fois, et préférentiellement au moins égale à 0,9 fois la densité dudit métal anticorrosion et de manière à ce que ladite 14 couche intérieure (2, 2a) soit une couche intérieure uniforme (2') car constituée du même métal anticorrosion.
Le procédé selon l'invention peut aussi être utilisé pour la réparation d'un élément de génie chimique qui présente un revêtement intérieur en métal anticorrosion, ledit revêtement présentant des endroits endommagés ou usés. Ledit revêtement peut être un placage, soudé ou non, une couche formée par vapodéposition, par projection de poudre ou toute autre technologie appropriée.
Typiquement, dans ce procédé on remplit et / ou couvre lesdits endroits endommagés ou usés à l'aide d'un dispositif de projection (8) tel que décrit ci-dessus, qui projette à grande vitesse une poudre dudit métal anticorrosion grâce à un flux gazeux. Ladite poudre forme ainsi une masse métallique compacte (voir la figure 8), qui présente une densité au moins égale à 0,8 fois, et préférentiellement au moins 0,9 fois la densité dudit métal anticorrosion.
Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, ladite partie évidée longitudinale (50) et/ou la partie évidée radiale sont des parties évidées résultant d'un endommagement de ladite couche intérieure, de manière à ce que ledit procédé de fabrication soit un procédé de réparation d'un élément déjà fabriqué.30 15 Exemples de réalisation: Les figures la à 8 constituent différents exemples de réalisation. 1) Les figures la à le illustrent la formation d'une soudure longitudinale (5) pour souder bord à bord deux portions (40) de ladite bande intérieure (4) - bande métallique en métal anticorrosion. La figure la est une vue schématique en coupe verticale d'un dispositif (8) de projection de poudre métallique de métal anticorrosion (80) formant un pistolet de projection (8') alimenté en flux gazeux (81) sous pression et doté d'une buse de projection (82) orientée vers la partie évidée longitudinale (50) formée à la jonction des bords (400) des deux portions (40) jointives, les bords (400) étant représentés comme des bords inclinés se rejoignant sensiblement à leur partie inférieure, de manière à former, typiquement par un effet de type Venturi , un flux de poudre métallique (80') projetée à grande vitesse dans ladite partie évidée (50) pour former une masse compacte de métal anticorrosion (51). La figure lb représente la soudure (5) formée à l'état brut, alors que la figure le représente la soudure (5) finale après une passe supplémentaire TIG ou laser permettant de fondre et d'étaler le bourrelet de matière formé par la partie excédentaire de ladite masse métallique compacte (51).
2) Les figures 2a à 2f sont relatives à ladite couche 30 intérieure (2). La figure 2a est une vue schématique, en perspective de côté, d'une bobine de ladite bande intérieure (4) en métal anticorrosion. 16 La figure 2b représente en coupe selon un plan vertical une portion plane (40, 41) de ladite bande (4). La figure 2c représente en coupe selon un plan vertical un assemblage (41') de deux portions planes (41) solidarisées 5 bord à bord par une soudure longitudinale (5). La figure 2d, analogue à la figure 2b, représente une portion de forme (42) obtenue par emboutissage de la portion plane (41) de la figure 2b. La figure 2e représente en coupe selon un plan vertical 10 la couche intérieure (2) de forme, qui peut être obtenue par emboutissage de l'assemblage (41') de la figure 2c ou par soudure longitudinale (5) de deux portions de forme (42) de la figure 2d. La figure 2f, analogue à la figure lc, est une vue 15 agrandie des parties des figures 2c et 2e entourées d'un cercle.
3) Les figures 3a à 3c, analogues, illustrent à la fois un mode d'assemblage des couches intérieure (2) et extérieure 20 (3) en formant au moins une partie évidée radiale intérieure (70) de manière à former une soudure radiale (7'), ainsi qu'une modalité de l'invention dans laquelle ladite couche intérieure (2) est une couche intérieure dite simple (2b) car formée à partir d'une seule portion 25 (40) de ladite bande métallique intérieure (4), ladite couche intérieure simple (2b) ayant d'abord été mise en forme avant d'être solidarisée à ladite couche extérieure (3) grâce à ladite soudure radiale (7). La figure 3a représente ladite couche intérieure simple 30 (2b) disposée au-dessus de ladite couche extérieure (3). La figure 3b illustre la formation de la partie évidée radiale intérieure (70) en perforant ladite couche intérieure simple (2b) jusqu'à la couche extérieure (3). 17 La figure 3c illustre ladite soudure radiale (7) solidarisant les dites couches intérieures (2) et extérieures (3), la mase métallique compacte (71) remplissant ladite partie évidée (70).
Ce mode de fixation des couches intérieure (2) et extérieure (3) illustré sur ces figures 3a à 3c peut s'appliquer à tous les types de couche intérieure (2) qu'elles soient simples (2b) ou multiples (2a), ainsi qu'à tout type de couche extérieure (3). 4) Les figures 4a à 4f illustrent notamment une modalité de l'invention dans laquelle ladite couche intérieure (2) est une couche multiple (2a) formée sur ladite couche extérieure (3) servant de support.
Les figures 4a à 4d illustrent une modalité de fabrication de la couche extérieure (3). La figure 4a représente la bande extérieure (6) servant à former ladite couche extérieure (3). La figure 4b représente une portion de bande extérieure 20 plane (60, 61). La figure 4c représente une portion de bande extérieure de forme (60, 62) obtenue par emboutissage de la portion plane (60, 61) de la figure 4b. La figure 4d représente une couche extérieure (3) obtenue 25 par assemblage et soudure de deux portions de forme (60, 62). La figure 4e représente une pluralité de portions de forme (42) de bande intérieure disposés, bord à bord, sur la bande extérieure (3). 30 La figure 4f, analogue à la figure 4e, représente le double assemblage des dites portions (42) entre elles et à ladite couche extérieure (3), les soudures selon 18 l'invention étant à la fois des soudures longitudinale (5) et radiale (7).
5) Les figures 5a à 5d sont relatives au cas où ladite 5 portion de bande intérieure (40) est solidarisée à une couche intermédiaire (9). La figure 5a représente ladite couche composite (2c) plane, l'assemblage plan (41') de la figure 2c étant solidarisé à la couche intermédiaire (9). 10 La figure 5b représente la couche composite (2c') obtenue par mise en forme de la couche composite (2c) de la figure 5a, disposée sur la couche extérieure (3). Les figures 5c et 5d illustrent la fixation de la couche composite (2c') à la couche extérieure (3), en formant une 15 partie évidée radiale extérieure (72), comme représenté sur la figure 5c, puis en introduisant de la brasure dans cet orifice qui traverse la couche extérieure (3) sur toute son épaisseur E, comme représenté sur la figure 5d.
20 6) Les figures 6a à 6c sont relatives au cas où ledit élément (1) est formé par assemblage de portions d'éléments (11) disposés bord à bord comme illustré sur la figure 6a, chaque portion d'élément (11) comprenant une portion dite extérieure (60) et une portion dite 25 intérieure (40) et présentant un bord (110) formant un biseau (111), deux bords (110) en regard délimitant une cavité extérieure (112) et une cavité intérieure(113). La figure 6b, analogue à la figure 6a, représente la solidarisation des dites portions extérieures (60) par 30 une soudure (63) remplissant ladite cavité extérieure (112). La figure 6c, analogue à la figure 6b, représente l'étape suivante de solidarisation des dites portions intérieures 19 (40) par ladite soudure longitudinale (5) remplissant ladite cavité intérieure (113).
7) La figure 7 représente schématiquement un élément de réacteur (1') constituant un exemple d'élément de génie chimique (1), cet élément de réacteur (1') formant un fond de réacteur (10) hémisphérique de rayon R, la paroi latérale du réacteur, de forme cylindrique et de diamètre D, ayant été représentée partiellement en traits pointillés. Dans cet exemple, la couche intérieure (2) est une couche intérieure multiple (2) formée d'une pluralité de portions de forme (42), tandis que la couche extérieure (3) est une couche extérieure multiple (3a) également formée d'une pluralité de portions de forme (62) soudées entre elles par des soudures (63). Une pluralité de soudures longitudinales (5) et radiales (7') assurent l'assemblage des portions de forme (42) entre elles et simultanément l'assemblage de la couche intérieure multiple ainsi formée (2a) à la couche intérieure multiple (3a).
8) La figure 8 illustre un exemple d'utilisation du procédé selon l'invention pour la réparation de la couche intérieure (2) d'un élément de génie chimique (1). Elle montre une couche de revêtement de métal anticorrosion (en l'occurrence du tantale) déposée par la technique de cold spray sur un substrat formé d'une tôle de tantale. L'interface entre le substrat et la couche vapodéposée correspond à la ligne horizontale. La couche déposée n'a pas une surface lisse, mais elle est dense, avec très peu de pores et cavités. Les figures (a) et (b) représentent deux micrographies optiques (coupes transversales) de la même zone à différents 20 grandissements ; sur la figure (b), la longueur de la barre représente 40 m.
Avantages de l'invention
L'invention permet de résoudre les problèmes posés. Elle permet ainsi : -une grande facilité d'assemblage des parties de 10 l'élément, - une absence de risques de pollution des soudures, - une utilisation de Ta, comme métal anticorrosion, typiquement sous une faible épaisseur, facilitée quelle que soient les dimensions de l'élément. 15 Il convient de signaler que l'invention présente un intérêt particulier pour le dépôt de Ta ou alliage, car on ne peut pas le souder facilement. En effet il y a un risque très important de migration du fer dans le tantale, le fer venant de l'acier inoxydable, ce qui affaiblirait 20 considérablement les performances anticorrosion du tantale. En outre, l'invention permet d'être mise en oeuvre selon un grand nombre de modalités, ce qui est particulièrement avantageux pour le fabricant d'éléments de génie chimique 25 car en fonction des spécifications particulières de chaque élément, et toutes choses restant égales par ailleurs, la modalité la plus économique ou avantageuse peut ainsi être choisie, que ce soit sous l'angle des investissements ou équipements nécessaires à la fabrication de ces éléments, 30 ou sous l'angle des coûts de production, ou encore sous l'angle des coûts de matière.
Liste des repères Elément de génie chimique 1 Elément de réacteur 1' Fond de réacteur 10 Portion d'élément 11 Bord 110 Biseau 111 Cavité extérieure 112 Cavité intérieure 113 Couche intérieure 2 Couche intérieure multiple 2a Couche intérieure simple 2b Couche intérieure composite 2a/2b+9 2c, 2c' Couche intérieure uniforme 2' Couche extérieure 3 Couche extérieure multiple 3a Bande métallique intérieure 4 Portion intérieure de 4 40 Bord de 40 400 Portion plane 41 Portion plane multiple 41' Portion de forme 42 Soudure longitudinale 5 Partie évidée longitudinale 50 Masse métallique compacte 51 Bande extérieure 6 Portion extérieure de 6 60 Portion plane 61 Portion de forme 62 Soudure entre portions 60 63 Moyen d'assemblage radial 7 Soudure radiale 7' Partie évidée radiale intérieure 70 Masse métallique compacte . . .71 Partie évidée radiale extérieure. .
72 Brasure extérieure 73 Dispositif de projection 8 Pistolet de projection 8' Poudre de métal anticorrosion . . .80 Poudre de métal projetée 80' Flux gazeux 81 Buse de projection 82 Couche intermédiaire 9
Claims (21)
1. Procédé de fabrication d'un élément de génie chimique (1) comprenant au moins une couche métallique en métal anticorrosion formant une couche dite intérieure (2) assurant une résistance à la corrosion dudit élément (1) et une couche métallique dite extérieure (3) servant de support pour ladite couche intérieure (2), ledit élément (1) étant de préférence un élément de forme, dans lequel : a) ladite couche intérieure (2) est formée à partir d'une bande métallique dite intérieure (4), par exemple en assemblant par une soudure dite longitudinale (5) au moins deux portions (40) dites intérieures de ladite bande métallique intérieure (4) disposées bord à bord en formant entre elles une partie évidée dite longitudinale (50), de manière à former une couche intérieure dite multiple (2a) de grande dimension adaptée à celle dudit élément de génie chimique (1), b) ladite couche extérieure (3) est formée à partir d'une bande métallique dite extérieure (6) en un métal dit support, au besoin en assemblant bord à bord au moins deux portions dites extérieures (60) de ladite bande extérieure (6) de manière à former une couche extérieure dite multiple (3a), c) lesdites couches intérieure (2) et extérieure (3) sont solidarisées par un moyen d'assemblage radial (7) de manière à assurer une tenue au vide dudit élément de génie chimique (1), caractérisé en ce qu'on forme ladite soudure longitudinale (5) et/ou ledit moyen d'assemblage radial (7) en projetant à grande vitesse à l'aide d'un dispositif de projection (8), dans ladite partie évidée longitudinale (50) et/ou 24 dans une partie évidée radiale (70), , une poudre (80) dudit métal anticorrosion grâce à un flux gazeux, de manière à remplir ladite partie évidée longitudinale (50) et/ou radiale (70) de ladite poudre sous la forme d'une masse métallique compacte (51,71) présentant une densité au moins égale à 0,8 fois la densité dudit métal anticorrosion et de manière à ce que ladite couche intérieure (2, 2a) soit une couche intérieure uniforme (2') car constituée du même métal anticorrosion.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite partie évidée longitudinale (50) et/ou la partie évidée radiale sont des parties évidées résultant d'un endommagement de ladite couche intérieure, de manière à ce que ledit procédé de fabrication soit un procédé de réparation d'un élément déjà fabriqué.
3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on forme lesdites couches intérieure (2) et extérieure (3), ladite couche intérieure (2) étant formée en assemblant par ladite soudure dite longitudinale (5) au moins deux portions (40) dites intérieures de ladite bande métallique intérieure (4) disposées bord à bord en formant entre elles une partie évidée dite longitudinale (50), de manière à former une couche intérieure dite multiple (2a) de grande dimension adaptée à celle dudit élément de génie chimique (1).
4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel : a) on forme une pluralité de portions (11) dudit élément (1), chaque portion (11) dudit élément étant formée en solidarisant au moins une portion intérieure (50) à une portion extérieure (60), 25 b) on assemble, bord à bord, ladite pluralité des dites portions (11) dudit élément, en soudant bord à bord lesdites portions extérieures (60), lesdites portions intérieures (50) étant solidarisées par ladite soudure longitudinale (5).
5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel ladite portion (11) dudit élément (1) présente un bord (110) comprenant une partie en biseau (111) formée par ladite portion extérieure (60), de manière à former une double cavité, quand deux portions (11) dudit élément (1) sont placées bord à bord, à savoir une cavité dite extérieure (112) destinée à recevoir un cordon de soudure pour assembler lesdites portions extérieures (60) entre elles, et une cavité dite intérieure (113) formant ladite partie évidée (50) et destinée à recevoir ladite masse métallique compacte de ladite soudure longitudinale (5) constituée dudit métal anticorrosion.
6. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on forme ladite couche intérieure (2) par mise en forme d'une seule portion (40) de ladite bande métallique intérieure (4), ladite couche intérieure (2) étant alors une couche intérieure dite simple (2b), et on la solidarise à ladite couche extérieure (3) par ledit moyen d'assemblage radial (7) en formant une pluralité des dites parties évidées radiales (70) destinée à former lesdites partie évidées (50) de manière à former une soudure radiale (7') constituée dudit métal anticorrosion.
7. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ladite densité de ladite masse métallique compacte (51, 71) est au moins égale à 0,9 fois la densitédudit métal anticorrosion, ladite masse métallique compacte (51, 71) étant éventuellement soumise à un effort radial ultérieur, perpendiculairement à sa surface, par exemple par martelage ou forgeage, de manière à augmenter sa densité.
8. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel ledit métal anticorrosion est choisi parmi : Ta ou alliages, Ti ou alliages, Zr ou alliages, par exemple le Zircalloy, Ni ou alliages, Nb ou alliages, ledit métal anticorrosion étant de préférence le tantale ou ses alliages.
9. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 8 15 dans lequel ledit métal support est choisi parmi les aciers, de préférence les aciers dits inox .
10. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel on solidarise lesdites couches intérieure (2, 20 2a) et extérieure (3, 3a) en formant dans ladite couche intérieure (2) au moins une partie évidée radiale dite intérieure (70) de manière à former une soudure dite radiale (7'). 25
11. Procédé selon une quelconque des revendications 3 et 7 à 10 dans lequel on forme ladite couche intérieure multiple (2, 2a) en disposant sur ladite couche extérieure (3) préalablement formée au moins deux portions (40) dites intérieures de ladite bande métallique intérieure (4) 30 disposées bord à bord en formant entre elles une partie évidée dite longitudinale (50), en assemblant lesdites portions intérieures (40) entre elles grâce à ladite soudure dite longitudinale (5), ladite soudure 27 longitudinale (5) formant aussi ledit moyen d'assemblage radial (7) assurant une solidarisation radiale entre lesdites couches intérieure (2) et extérieure (3).
12. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel ladite couche intérieure (2) en métal anticorrosion est assemblée à une couche intermédiaire (9) en métal support, de manière à former une couche intérieure composite (2c, 2c'), lesdites couches intérieure (2, 2a, 2b) et intermédiaire (9) étant solidarisées, par exemple, à l'aide d'une couche de brasage, ladite couche intérieure (2) étant soit une couche intérieure multiple (2a) soit une couche intérieure simple (2b) de manière à former une couche intérieure composite repérée respectivement (2c) ou (2c').
13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel on assemble ladite couche composite (2c, 2c') à ladite couche extérieure (3) en formant dans ladite couche extérieure (3) au moins une partie évidée radiale dite extérieure (72), de manière à assurer une tenue au vide dudit élément de génie chimique (1).
14. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 13 dans lequel ladite couche intérieure (2, 2a, 2b) en métal anticorrosion présente une épaisseur Ec allant de 0,1 mm à 5 mm, et dans lequel ladite couche extérieure (3) formant support présente une épaisseur Es allant de 0,5 mm à 100 mm, ladite couche intermédiaire (9), si présente, ayant une épaisseur Ei allant de 5 mm à 15 mm.
15. Procédé selon la revendication 14 dans lequel ladite couche intérieure (2, 2a, 2b) en métal anticorrosion est 28 une couche en Ta ou alliage d'épaisseur Ec inférieure à 0,5 mm.
16. Procédé selon la revendication 14 dans lequel ladite couche intérieure (2, 2a, 2b) en métal anticorrosion est une couche en Zr ou alliage d'épaisseur Ec inférieure à 3 mm.
17. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 16 dans lequel ledit élément de génie chimique (1) est un élément de réacteur (l'), par exemple un fond (10) ou une paroi latérale de réacteur.
18. Utilisation d'un dispositif de projection de poudre à grande vitesse (8) et d'une poudre d'un métal anticorrosion (80) pour former une soudure longitudinale (5) avec un cordon de soudure solidarisant deux bords (400) de deux couches métalliques adjacentes constituées du même métal anticorrosion, ou pour former une soudure radiale (7) en remplissant un évidement (70) formé dans une couche métallique (2) formée en ledit métal anticorrosion, ledit métal anticorrosion étant de préférence le tantale.
19. Elément de génie chimique (1) comprenant au moins une couche métallique en métal anticorrosion formant une couche dite intérieure (2) assurant une résistance à la corrosion dudit élément (1) et une couche métallique dite extérieure (3) servant de support pour ladite couche intérieure (2), ledit élément (1) étant un élément de forme, dans lequel a) ladite couche intérieure (2) a été formée à partir d'une bande métallique dite intérieure (4), au besoin en 29 assemblant par une soudure dite longitudinale (5) au moins deux portions (40) dites intérieures de ladite bande métallique intérieure (4) disposées bord à bord en formant entre elles une partie évidée dite longitudinale (50), de manière à former une couche intérieure dite multiple (2a) de grande dimension adaptée à celle dudit élément de génie chimique (1), b) ladite couche extérieure (3) a été formée à partir d'une bande métallique dite extérieure (6) en un métal dit support, au besoin en assemblant bord à bord au moins deux portions dites extérieures (60) de ladite bande extérieure (6) de manière à former une couche extérieure dite multiple (3a), c) lesdites couches intérieure (2, 2a) et extérieure (3, 3a) ont été solidarisées par une soudure dite radiale (7), éventuellement en formant dans ladite couche intérieure au moins une partie évidée radiale dite intérieure (70), de manière à assurer une tenue au vide dudit élément de génie chimique (1), caractérisé en ce que ladite soudure longitudinale (5) et/ou radiale (7) a été formée en projetant à grande vitesse à l'aide d'un dispositif de projection (8), dans ladite partie évidée (50, 70), une poudre (80) dudit métal anticorrosion grâce à un flux gazeux, de manière à remplir ladite partie évidée (50, 70) de ladite poudre sous la forme d'une masse métallique compacte (51, 71) présentant une densité au moins égale à 0,8 fois la densité dudit métal anticorrosion et de manière à ce que ladite couche intérieure (2, 2a) soit une couche intérieure uniforme (2') car constituée du même métal anticorrosion.
20. Procédé de réparation d'un élément de génie chimique (1) susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une 30 quelconque des revendications 1 à 18 ou d'un élément de génie chimique selon la revendication 19, dans lequel on remplit et / ou couvre lesdits endroits endommagés ou usés à l'aide d'un dispositif de projection (8) qui projette à grande vitesse une poudre dudit métal anticorrosion grâce à un flux gazeux, ladite poudre formant une masse métallique compacte, présentant une densité au moins égale à 0,8 fois la densité dudit métal anticorrosion.
21. Procédé de réparation d'un revêtement en métal anticorrosion présentant des endroits endommagés ou usés, ledit revêtement pouvant être un placage, soudé ou non, une couche formée par vapodéposition, par projection de poudre ou toute autre technique appropriée, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on remplit et / ou couvre lesdits endroits endommagés ou usés à l'aide d'un dispositif de projection (8) qui projette à grande vitesse une poudre dudit métal anticorrosion grâce à un flux gazeux, ladite poudre formant une masse métallique compacte, présentant une densité au moins égale à 0,8 fois la densité dudit métal anticorrosion.
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