JPH04501164A - アルミ合金製マトリックス複合材を含む可撓導管および該複合材の製法 - Google Patents

アルミ合金製マトリックス複合材を含む可撓導管および該複合材の製法

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JPH04501164A JP2508395A JP50839590A JPH04501164A JP H04501164 A JPH04501164 A JP H04501164A JP 2508395 A JP2508395 A JP 2508395A JP 50839590 A JP50839590 A JP 50839590A JP H04501164 A JPH04501164 A JP H04501164A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 アルミ合金製マトリックス複合材を含む可視導管および該複合材の製法。
発明の詳細な説明 (発明の分野) 本発明は、従来技術の導管に比して軽量化された新構造の可撓導管、特に機械的 精度が完全に継承された可視導管を提供することに関する。
本発明は、特に加圧流体、たとえば水または炭化水素の輸送用可撓導管の製造に 特に適用されるものである。
この種の導管の数多の応用目的として、軽量の可撓導管の敷設の必要性が再三考 究されており、特に深海での応用にとって摩擦による消耗に対するきわめて良好 な耐久性もしばしば要求されている。本発明にしたがって製作される各種の可撓 導管は深海での海底敷設に特に適している。
事実、との種可挟導管を深海に敷設する際に遭遇する問題の一つは吊り下げられ た可撓導管の重量に起因するのである。
重量に起因して可撓導管内に発生する応力は海底から次第に水面に近付くにつれ て増大する。
こうして可撓導管に最大の応力が発生するのは水面で可視導管を保持する場合な のである。
この応力を軽減する手段の一つが導管を、機械的機能を完全、精密に維持しなが ら軽量化する事であり、これこそ本発明の目的である。
本発明が適用される可視導管は、少なくとも、次の4個の構成部分の一つを含む ことが可能であり、それらのいずれも、特定の断面を持ち、ケーブル状、紐状ま たはだが状をした一つまたは複数の延伸材を含んでいる。すなわち: 縫合だが状、縫合または嵌合金属紐状に構成されている内部骨組、 補強用鎧装、 一定輪郭断面の延伸形材を含む補強用ボールド、たがまたは縫合または嵌合金属 紐から構成された外部骨組。
周知のように、特に、これら延伸材はプラスチック製被覆の有無に拘らず、可撓 管を形成するためには螺旋状に巻くことが望ましい。
この種骨組の重量がトラブルの原因となり、可視導管全体にわたって激しい外力 を蒙るという条件、金属の被覆が他の金属被覆と摩擦して摩耗を起こすことが前 記材料の損耗の原因となり、延いては可視導管の使用寿命を短縮するという条件 となり、使用金属製骨組を含む可撓導管の問題全てに本発明は関係している。
より特記的には、可視導管はその使用条件が骨組材の金属の、一般に鉄鋼である がその、密度によって制約される。その理由は、可視導管の機械的強度を高める ために導管の断面を大きくすると導管の重量が増し、その結果可撓導管に負荷さ れる応力が増しその作用で骨組を構成する材料の寸法が規制されるのである。
本発明にとってきわめて重要な関係のある応用は、平均的水深のまたは多量の海 底油田採掘用の可撓パイプラインに関するものであって、部分的に海底と海面の 連結を保証するパイプラインを含むものであって(アングロサクソン系用語を使 って一般にライザーとよばれているが)、他方、たとえば、海底油井の頂上から “ライザー”の下端までの連結を確保するために海面から海底に敷設することに なっているパイプライン(場合によって距離は区々であるが)や、複数の導管の 間や“ライザー”の“土台”を構成している連結装置(“マニフォールド”)を も含むものである。
この種のパイプラインは海底油井の原油または天然ガスの高圧下(たとえば50 0バール)輸送用として、あるいは採油層内に注入される高圧水やガスの輸送用 として、もしくは前処理された原油や天然ガスの地上への発送、収集や発送の設 置場所(たとえば海洋掘削装置の設置場所)迄の輸送、またはさらに海底油井の 頂上の制御機能を保証するため(いわゆる“請ライン”電力燃料管)に用いられ る。
前記適用例で、現行技術によって実施されているかまたは現行技術の枠内で実施 可能とされている可撓導管では、その内径はたとえば約1インチ(2,54セン チ)から約20インチ(50,8センチ)の間であり、常用されているものは3 インチ(7,62センチ)から10インチ(25,4センチ)または12インチ (30,48センチ)の間であって、もっばら鋼(炭素鋼、ステンレス鋼、合金 鋼)を補強材として用いている。
可撓導管が敷設される水深が100メートルから200ないし300メートル( 今日でもきわめて多くの場合、実際の取引条件で決めるのであるカリ程度と比較 的限定されていれば、水深の数値は可撓導管の構造の寸法法めるパラメータとし てそれほど重要ではない。その場合、導管の内圧の最大値が構造寸法を決める主 要な条件になるのである。
ところが、これに反して、水深500ないし800メートルに海底油井の採油現 場がある場合があり、また各種のプロジェクトでは1000メートルの水深を越 えるほどの、より深い海底での作業が行われる傾向にある。
ところで、現行技術のレベルで前記状況に適用可能な唯一の技術である鋼製の可 挟捕強材の性能は次の様なものである。すなわち: 状況に従いほぼ400メートルないし700メートルの範囲の水深があるため、 可撓導管の金属構造の強化と、採油現場への敷設のための特殊器材および方法の いずれかまたは双方が必要であり、その様な特別の措置はコストに著しく転嫁さ れるものである。
周知の現行の可撓導管を用いて到達可能な水深の極限は600メートルないし1 000メートルの程度であり、または最大限、6以下の直径に対しては1000 メートルを僅か上回る程度であり、可撓導管の直径、使用最大圧力および可撓導 管の寸法に影響する各種のパラメータ(たとえば輸送流体の特性、環i条件およ び敷設作業の実施時の条件)に応じ、ケースバイケースで限度は変動する。
従って、新技術による問題解決の需要は以前から存在し、しかも益々重要性を増 しつつあるのである。
もっとも一般的に云えば、本発明の用途は、ユーザーが制約を蒙っているあらゆ る現行市販の可撓導管全てについて存在する。ということは、たとえば可撓導管 を軽量化することによって敷設と操作が容易になるのは、採油現場で用いられる 高圧可撓導管であり、注入用可視導管(ロータリーホース)であり、油井制御ラ イン(キルライン、チロ−クライン)だからである。
本発明は、別の方面の重要な用途を、海上での荷揚、荷下ろし場所の設営の際に 外海に係留されたブイやブイに係留されたタンカーを繋ぐために特に用いられる 浮遊可撓導管に見出す。アルミ合金製マトリックス複合材を用いて構造を軽量化 したことで、多数のブイあるいはブイを浮かしておくために可撓導管に付与しな ければならない他の浮力設備、およびそれに伴う不利益(コスト、混雑、接続装 置、潮避けや風避け)を著しく減らす効果が得られる。
本発明は、高い機械的強度を持ち且つ軽量な可視導管を実現可能とするものであ って、前記同様、航空・宇宙の分野へも用途を有する。
さらに、本発明を可能とする諸条件において鋼に代るものとしてアルミ合金製マ トリックス複合材を利用することは、各種の特殊な用途にとってきわめて有益で ある・たとえば、幾つかの場合、プラスチック製外部被覆の周りに縫合たがを巻 きつけることによって、可撓導管の外側に機械的保護体として“縫合たが”で作 られた骨組を実現できる。
さらに、幾つかの場合、鋼(鋼の種類を問わず)の代りにアルミ合金製マトリッ クスの複合材を用いることで、興味ある効果を得ることができる。というのはた とえば、ある種の可視導管、特に石油鉱床の原油輸送用の可視導管(フレキシブ ル゛ラフボア”)が内部の骨組に輸送流体の腐食作用を受けるような時、幾つか の場合にアルミ合金製マトリックスの複合材が利用可能であり、そのような場合 通常使われるステンレス製のもののコストに比べて経済的である。
さらに、アルミ合金製マトリックスの複合材を利用することは、可撓導管の内壁 を構成する材料によって輸送流体の汚染のおそれがあるような幾つかの場合に有 益であることが証明される。このような場合、鋼の使用は除外される(あるいは 、時によっては使用可能であるがかなりなコストを伴うステンレスは別として、 少なくとも炭素鋼が除外される)、このようにして、たとえば水道管、あるいは ある種の化学物質の輸送用パイプラインにを益である。
その他、さらにアルミ合金製マトリックスの複合材のある種の性質が鋼に比して 利点を持つ場合があり、その結果本発明にとって有益な可能な用途が生じる場合 がある。たとえば、それはアルミ合金製マトリックスの複合材の非磁性である。
本発明による可視導管は航空機の設備として採り入れることが可能である。たと えば液の移送管として特に冷却装置または冷却液移送装置としてである。実際の 所、この利用法では低温で良好な耐衝撃性を示している。他方通常の鋼は零下2 0℃附近の温度での衝撃で破損するのである。
この種の用途にとって、本発明による可撓導管は可撓導管のあらゆる構成要素( 骨組、ボールド、補強材)にも、または零下20℃近辺またはそれ以下の温度に さらされる部分にだけでも、アルミ合金製マトリックスの複合材を含ませること が可能である。
(発明の要約) 要約すると、本発明は、一方ではアルミ合金製マトリックスの複合材が鋼よりを 効な(軽量、耐摩耗性、耐腐食性など)あらゆる方面に用途があり、他方、可撓 導管に負荷される比較的多種の外力(内圧、外圧、潰し力、軸応力など)が鋼を 使った場合より高い機械的耐久力を与えるもの(針金、金属紐、ケーブル、たが )を補強材として用いることが必要なあらゆる方面に用途が見出されるのである 。
(先行特許) 骨組が鋼でできている現行市販の可撓導管より軽量な可撓導管を実現すること、 同じく、幾つかの特定の作用に耐えることに適した材料で可撓導管の骨組を作る 問題に関して、様々な解決策がすでに提案されている。
その為たとえば、いくつかの技術がプラスチックの中に繊維を埋め込んで作った 複合材で可撓導管の補強用糸を実現可能にした出願者によって開発されている( フランス特許2,283,711i8、フランス特許2,312,358および 英国特許2G3,860)。
有機材料の複合材を利用すれば可撓導管の構造の軽量化という点では非常に前進 することができる。しかも、特に前記深海用として深海海底の開発を可能にする ものである。しかし、このような有機材料製の複合材はかなり割高に付き、これ に比較すればアルミ合金製マ) IJフックス複合材の方がはるかに経済的であ る。
本発明の適用としてのアルミ合金製マトリックスの複合材を利用すれば、前記海 底石油生産におけるパイプラインへの応力において、水深1500メートルに達 し且つ越えることが可能な敷設を実現できるということは明らかである。この水 深は鋼を用いた場合の限界を越え、前記適用においてアルミ合金製マトリックス の複合材を使ってはじめて企て得るきわめて重要な進歩である。
本発明は、有用且つ完全に競争力のある製品に完成した、可撓導管を著しく軽量 化するアルミ合金製マ) IJフックス複合材および可視導管構造の選択と加工 を提案するものである。
本発明は、特記的には、前記諸適用分野において有用な可撓導管の各種金属製補 強材に関する。
本発明の可撓体の製造のために使用されるアルミ合金製マトリックスの複合材は 、粒子またはひげ結晶で強化されたシリーズ200G 、3000.500G  、GOOO、および7000のアルミ合金のマトリックスで構成されている(ひ げ結晶は短繊維状、不連続の直径0.1ないし10μm、長さIOないしGOO μ■のもので、粒子と混ぜて用いることが可能である)。
補強用の粒子は実質的にグラファイト、アルミナおよび炭化珪素の粒子であって 、サイズが5ないし400℃間間のもの、望ましくはlOないし200μm間の ものが用いられる。
粒子またはひげ結晶の重量割合は40%以下であって、トリックスの延伸材の利 点を次ぎに掲げる:○可撓導管のある延伸材部骨の抗張力に重要な役割を果たす ヤング比の増加、 ○耐摩耗性の増加、特に同一層内の金属紐間の摩擦または隣接2層間の金属紐間 の摩擦による摩耗に対する耐摩耗性の増加、 O引張り強さおよび弾性限界の増加、 この種補強材の混入は、溶解炉から出て断面積的15cm2の台形断面に形成し た頚部に流れ込む迄の瞬間に、半泥状または液状合金内で混合することによって 実現することが可能である。この生成物は次に 100ないし500℃間の温度 で加熱して伸張され、円断面のものを作るとして、たとえば直径12c+e、1 6cm、 22cm、または26cmまたは可撓導管製造に使用する最終形が得 られるような粗形に形成される。
加熱線引きの動作で金属マトリックスの複合材をきわめて良好な密度に製造でき ることは明らかであり、且つ特殊の補強材、ひげ結晶およびアルミ合金間にきわ めて良好な密着性を与えることも明らかである。
補強材を良好に分散させるために、あらかじめ、この種の粒子またはひげ結晶の 表面にニッケルまたは鋼の微細鍍金皮膜を形成しておくことができる。この皮膜 の形成法としてはたとえばニッケル鍍金膜を付ける際に用いる技術で溶液の化学 的沈殿法によるか、あるいはたとえば蟻酸、醋酸、クエン酸、シュウ酸、硝酸等 の塩の拡散または浸透によるか、熱分解して金属状態へ還元させることによるな どの方法が挙げられる。
アルミ合金製マトリックス内の補強材の粒子の拡散性と密着性との両方または一 方を向上させるために周知の他の方法を用いた場合も本発明の範囲を越えるもの ではない。
本発明によれば、本発明の特徴である諸条件において、可撓導管の以下に述べる 骨組材の一つ、または他の一つあるいはそれらのどんな組合せでもよいのである が、とくにそれらによってアルミ合金製マトリックスの複合材を製造することが 可能である。すなわち:1、引張り強さをもち、基本となる上記鎧装を構成する 金属紐(この鎧装はアルマ−シュ角に対応して円周圧の全部または一部を均等に 負担することが可能である。
アルマ−シュ角は極限的にはある度と約80度の間で可変であるが、一般には1 0度と約65度の間に在る)。
これらの金属紐の断面は円であり、時に楕円であり、または(きわめて普通であ るが)矩形であって隅が丸めであるのが望ましい(本発明によれば、これら金属 紐はアルミ合金製マトリックスの複合材を実現する)。
2、引張り強さをもち、実質的に本体となる骨組を構成する部材はトロンまたは ケーブルの形で製作される。
それは本発明によれば、金属紐を螺旋状に巻くことによって構成され、アルミ合 金製マトリックスの複合材になる。
保護部材としてトロンまたはケーブルを用いる場合において、それらをエラスト マー材のコンパクトな実質の内部に設置するのが一般的な手法である。
3、金属紐または“耐圧被覆”構成材、その機能は内圧に抵抗すること、同様に 潰し力にも抵抗すること(特に、海底バイブラインとしての可撓導管敷設作業に 関連して)および外圧に抵抗すること。その輪郭形状は、通常、矩形に製作され 、隅が丸められていることが望ましい。
この金属紐は通常小さな切込みと、相互に引掛は合う形、時には“縫合”と呼ば れる張り出し部分のある断面輪郭が一枚のテーブルクロスまたは二枚のテーブル クロスの形をして製作される。この“縫合”というのは次のような形である。: たとえばゼータという名前で普通呼ばれているZ字形輪郭の断面形状をした一枚 または複数枚の布状体である。
(たとえば、この種の輪郭の記述に就いてはCh 1ers−TCBH社出願の フランス特許FR−2,052,057参照)。
U字形断面の2枚の布。内側の布のU字形の腕の部分は外側の布の内側の布に向 かってさしこまれたU字形の腕と一緒にさしこまれた形で外部のそれの中にさし こまれている。
およびその他の可能な形状もある。
“耐圧被覆”が前記種類のどれかの複数の皮膜の組合せで製造することが出来る ことを指摘しておこう。
輪郭または耐圧被覆を構成する金属布は可撓導管の軸に対して約80ないし90 度の角度をなして巻かれている。
4、可撓導管の外部骨組構成部材および連続的折畳み帯で製作した構造部材およ び耐圧被覆用に前述のような縫合または嵌合金属布の構成部材(第3図および第 4図)、ここに折畳みの仕方はとりわけ、隣接折畳みの縫合を可能にするためた かの両端に沿ってU字形に製作される。折畳みのスタイルはきわめて多様に製作 される。
周知の一形態はフランス特許出願EN−83/19,474 (縫合帯)に記述 されており、その記述内容は本発明による可撓導管に適用可能な縫合帯で可撓管 を製作する方法である。この“縫合帯”は通常石油鉱床で原油の輸送用に、内部 のプラスチック被覆の内部破裂を避けるために、特に可撓導管の内部骨組として 使用されている。
それら縫合帯は洩れ防止用に内部被覆の周囲に巻かれる場合は耐圧補強用として も同様に用いることができる。
これら縫合帯または縫合金属布または嵌合金属布の構造はやはり可撓導管の外部 保護手段として使用することができる。
骨組の構成部材は同様にゼット字断面特にゼータ断面の金属布のように縫合また は嵌合金属布によって構成されている。
同様にして、本発明は、1個または複数個の次のような構成部材を含む強化可撓 導管に関する。すなわち、耐圧鎧装またはボールド、抗張性鎧装および内部骨組 の両用または片方。
本発明は、前記構成部材が1種または複数種類の延伸材、つまり引抜材、ケーブ ル、金属紐またはたがを含み、これらの部材が特に粒子またはひげ結晶のような 補強材を含んだアルミ合金マトリックス複合材からできていることを特徴として いる。該素材にはシリーズ2000,5000,3000,6000または70 00のアルミ合金を用いることができる。
該補強材を構成するものとしては、重量比40%以下、望ましくは3ないし25 %の重量比のアルミナまたは炭化珪素の粒子またはひげ結晶が用いられる。
用いられる粒子の寸法は4ないし400μmでIOないし200μ−のものが望 ましい。
ここに粒子という用語が意味するものは、一般に寸法が最大のものと最小のもの の平均が4以下である様なかなり纏まった数の形態をした部材である。粒子1個 の寸法はその最大値で決められる。用いられるひげ結晶は直径0.01ないし1 0μmで望ましくは0.05ないし5μmであってその長さは10ないし600 μm1望ましくはIOないし400μmである。
本発明の導管が耐圧性鎧装と抗張性鎧装の両方または片方を含んでいる時、少な くとも該鎧装の一つが少なくともシリーズ2000,3000,5000,80 00または7000の一つを、望ましくは次の細分化された2014.2017 ゜2024.211? 、2124.2G18.5050.5052.5051 1i 、5082.508Ei 。
5154.5183.5754 、GOO5、GOGO,8061、BOlli 3 、H[iEi 、6070 。
[1i081.1li082.61B1.8351.70G1.7020.70 49.7050 、)075゜7090.7091.7175,7178または 7475の内の一つのアルミ合金マトリックス複合材を含んでいる。
アルミ合金マトリックス複合材で使われている延伸材は抗張性(Ra+)をもっ ており、その値は少なくとも300MPa、望ましくは少なくとも350MPa である。
本発明の導管が内部骨組を含んでいる時、その内部骨組は少なくともシリーズ1 000.2000.300G 、4000 。
5000.6000.7000中の一つ、望ましくは細分化した1 100 、 1180.3103.5050.5052.505[i 、5083.545G  、GOGo 。
11i0G1.6082.6083または610B中の一つのアルミ合金マトリ ックス複合材を構成する延伸材を含んでいる。
本発明の導管が骨組を含んでいるとき、その骨組はアルミ合金マトリックス複合 材を構成する少なくとも1種類の合成延伸材を含んでおり、その抗張力(Rn+ )は少なくとも200MPa 、望ましくは少なくとも250MPaで、弾性限 界は0,2%でこのRed 、 2は少なくとも150MPaに等しく、望まし くは少なくとも190MPaに等しい。
本発明の導管がアルミ合金マトリックス複合材で少なくとも1種類の合成延伸材 を含む内部骨組を含んでいるとき、この延伸材は引抜材、または嵌合金属紐また は縫合金属紐であってよい。
本発明の延伸材はゼータ型であってよい。
アルミ合金マトリックス複合材の延伸材のヤング率は75.000MPa () Ili50kg/l1m2)以上であってよい。
該延伸材は熱間延伸または熱間圧延加工されたものでよい。
補強材の添加は半泥状または液状のアルミ合金に一定の揺動下で行うことが出来 る。
前記アルミ合金マトリックス複合材を構成する延伸材は、最終行程の処理で冷開 成型と焼戻し処理の両方されたものかまたはその片方をされたものでもよい。
延伸材はシリーズ2000.1li000.7000のアルミ合金を用いる場合 少なくとも3%の率で、またシリーズ5000のアルミ合金を用いる場合少なく とも10%の率で冷開成型を受けてよい。
延伸材はシリーズ2000 、eoooまたは7000のアルミ合金マトリック ス複合材を用いる場合、3ないし40%の、望ましくは5ないし20%の率の冷 間加工を受けてよい。
延伸材はシリーズ5000のアルミ合金マトリックス複合材を用いる場合20な いし90%の、望ましくはIOないし60%の率の冷間加工を受けて良い。
該延伸材は冷間圧延または冷間延伸加工をされてよい。
該延伸材は部分的または全面的な焼戻し処理若しくは焼入れ焼戻し処理を受けて よく、それらの処理のパラメータは冷間加工の比率と合金の性質の両方または片 方に関係する。
アルミ製複合材を含む構成材は耐腐食性の合金を被膜される。
本発明による導管が骨組、被覆および鎧装を含む時、前記骨組は特にゼータ状の 縫合たが又は縫合金属紐を含み、前記骨組の縫合たが又は縫合金属紐はシリーズ 2000.3000,4000,5000.GOOOまたは7000のアルミ合 金マトリックス製複合材で構成されてよく、および/または前記鎧装の延伸材は シリーズ2000.5000 、eoooまたは7000のアルミ合金マトリッ クス製複合材で構成されてよい。
該骨組は鋼製またはアルミ合金製の縫合たが又は縫合金属紐で構成されてよく、 この場合、鎧装は逆にアルミ合金製複合材でできた延伸材で構成される。
抗張性鎧装は実質的に鋼を含んでよく、また該ボールドはアルミ合金マトリック ス製複合材を含んでよい。
前記耐圧鎧装又はボールドは実質的に鋼を含んでよく、前記拡張性鎧装は実質的 にアルミ合金マトリックス製複合材を含んでよい。
本発明の導管はボールドと抗張性鎧装の間に耐摩耗性被覆を含んでよく、この被 覆は望ましくは防水性と電気的絶縁性をももたらせるとよい。
抗張性鎧装と前記鎧装は実質的にシリーズ2000 。
3000.500G 、GOGOまたは7000のアルミ合金マトリックス製複 合材を含んでよい。本発明の導管は必要があればアルミ合金マトリックス製複合 材で構成された外部たがまたは外部縫合金属紐を含んでよい。
本発明の導管は必要があれば少なくともゼータの様なU字形の嵌合可能な断面形 状をもつ引抜材からできた止め金を含む耐圧鎧装を含んでよい。この引抜材はシ リーズ2000.5000.6000または7000で作られている。
本発明は、同様にアルミ合金マトリックス製複合材によって合成された延伸材の 入念な仕上の手順に関係する。本手順によれば、該複合材は半泥状または液状の アルミ合金に揺動によって補強材を混入するこ七で得られる。このような補強材 の混入は該アルミ合金が溶解炉から出て型に流れ込むまでの瞬間に実行される。
このようにして流し込まれた生成物は次に150ないし500℃間の温度で熱間 延伸および/または圧延されることになる。
流し込まれた生成物は圧延によって連続的に極めて長尺の生成物に変換されるこ とになる。
本説明文中から“アルミ合金マトリックス製複合材”という用語から材および/ またはマトリックスという言葉を除外してもよい。
金属の状態およびアルミ合金の熱処理および機械的処理を表わす用語はフランス 工業規格NFO20011i及びNFO2001で定義されている。
特に列挙すれば: 状態F:粗加工杖態 状態O:焼戻し 状態H:冷間加工および必要であれば部分的に研磨状態T:熱処理による硬化− 次の処理の全部または部分の組合せと看做される熱処理:すなわち溶解、焼入れ 、熟成、時として塑性変形の発生する焼戻し。
周知のように、本発明において、アルミ合金マトリックス製複合材を用いること が提案されている延伸材は一般に機械的機能を有している。時として、それらは 耐腐食性も追加的機能として持ち得る。最初に試作した結果では、アルミ合金マ トリックス複合材の構造部材を含む可撓導管を製造することは、調性鎧装ででき た周知の可撓導管の製造に較べて特に困難は無い。
特に、比較的複雑な断面を持つ中空でない引抜材、ゼータ形のような異型引抜材 、の場合に、本発明の主な目的である高性能の可撓導管に通常用いられている炭 素鋼製のものに較べて、アルミ合金製マトリックス複合材の方が容易にしかも安 い費用で製造できることが分ったのである。
アルミ合金製マ) IJフックス合材を利用すれば、鋼を用いて実際に作られる ものより多くの重要な断面の大きさでもゼータ形の引抜材を含む引抜材または金 属紐を製造することができることが同じく確かめられた。
特に、この原因は鋼製の金属紐または引抜材の製造が引抜材用工作機械で行われ る際、この機械の直径が約20ミリに限定されており、この限界は各納入業者に よって設置された機材の実地条件および製造行程から由来しているのである。
この様な条件下では、たとえばゼータ形を鋼で製作する場合、最大厚が約lθミ リに制限されることになる。
これに反して、アルミ合金製マトリックス複合材ならば、製造範囲が多様な関係 から寸法に制約が無いのである。事実、ゼータ形で厚さ 160ないし200ミ リまで達するのに何の困難もないことが証明できたのである。
相当な厚みのアルミ合金製マトリックス複合材で引抜材を製造する可能性にある ことで得られる利益は特に分厚いゼータ形の単一層で耐圧鎧装を製作できる点で ある。というのは、この場合、内圧が高くしかも比較的大きな直径であるため要 求される厚みが鋼製で可能な厚みを越えるからである。その結果、2層金属紐の 重ね合わせて鋼製の耐圧鎧装を製作しなければならなくなっている(たとえばゼ ータ形金属紐の内層と矩形金属紐の外層の帯とで作られ製造コストが著しく高く 付くのであって、アルミ合金製マトリックス複合材だとその様なコスト高を免れ ることができるのである)。
さらに、アルミ合金製マトリックス複合材で分厚いゼータ形の金属紐が製作でき ると云うことは縫合破壊の危険を伴わず、より小さい曲率半径で可視導管が巻け る云う利点が幾つかの場合について得られるのである。
本発明は、以下、付図によって例示する実施例の記述でよりよく理解され、その 利点がより明確になるはずである。但し、本発明は例示内容に限定されるもので はない。
図面の簡単な説明 第1図は、たがまたは縫合または嵌合金属紐からなる縫合内部骨組1、防水被覆 2、縫合または嵌合金属紐の層3、内部被覆4、鎧装5、テープ6および外部被 覆7を含む可撓導管の構造を示している。
第2図は板曲げによる縫合たがの断面を示しており、そして 第3図および第4図は嵌合または縫合形材の断面で示されているが同様にそれら は嵌合または縫合金属紐で表わすこともできる。
(本発明による実施例) 1から11までの番号の付いた実施例は、第1図々示の形状で製作された可撓導 管に関する。すなわち、そこには板曲げによる縫合たがまたは嵌合または縫合金 属紐であり得る、配分の有無を問わず外部応力による導管の破壊を防ぐ役割を与 えられた、技術用語によれば「コラプス回避用」の縫合内部骨組1、リルサン被 覆2、ゼータ形の縫合金属紐被覆または嵌合引抜材3(第3図または第4図)、 リルサン製内部被覆4、可撓導管軸に対し35度に傾斜した鎧装5、テープ8、 それにジルサン製外部被覆7が逐次台まれている。
被覆4には防水性が有るものと無いものとがある。機械的性質は最大抗張力Rm  (単位MPa) + 伸びの0.2%での弾性限界Re (単位MPa)およ び50ミリについての伸び%を%、ヤング率E(単位MPa )で表わされる。
各実施例の表にはそれぞれ次のような欄がある。
皮膜の番号、 皮膜の説明、性質および寸法(+U+)、Ral(MPa)、 Kg/鵬=可撓導管のメートルあたり重量、D、量、=内径(+sm)。
Ep、=皮膜の厚み(■)。
浮力係数の定義:空気中のからの重量(kg/n+)外部容積(L/!l) X l、02 (海水の密度)表中に記載されている「引張り破壊限度」と云う項目 は、軸方向に引張り力を受ける単純直線可撓導管の理論上の場合について、破壊 限界の軸方向荷重が規定されている。
表中に記載の「理論的敷設深さ」とは:最適安全係数(現行技術条件および特に 、様々な規則が適用されていることを配慮すれば、この安全係数は通常はとんど 2に等しい)、および 敷設作業、および敷設作業が可撓導管構造構成部材内の応力を拡大する効果があ るとしてそれらに関する諸係数 との和の、単純軸上負荷を受けた直線状可視導管の基準値に比した商に等しいと してここで決められた限界である。
これら過負荷の係数は2種類に分けることができる。
一つは水面からの可撓導管の挿入が深くなるにつれて応力が増えること、または 可撓導管が敷設機器によって負荷を受けることであって、後者には次の色々なタ イプがある。すなわち: ウチンチ(水深が深くなるにつれて負荷が大きくなる場合に限り利用する)、キ ャプスタン、キャタピラ付きテンショナ(2条または3条)、または軸方向の負 荷を打消すために可視導管の締め付はシステムに結合されたあらゆる種類の直線 状ウィンチ、同様に概して少なくとも水中に投入された可撓導管の経路を確保す るための区域(または単純に云って湾曲した溝状の固定支持枠)である。もう一 つは、それぞれの部分の動きによって決められる動的応力である。それは、実施 当時の海の状態によって敷設用のブイが受けるもので、見かけの重量への加算係 数の形で垂直加速度の項として表わされる。
同じく既述のように、可撓導管の重量に起因する破壊限度によって敷設の許容さ れる最大水深の程度は、表中に記載された「理論敷設深さ」から概算として推算 することができる。その推算の方法はこの理論敷設水深の値を総合減少係数で割 ったものである。総合減少係数とは、同時に環境(敷設機器による可視導管の操 作およびブイの加速)によって1倍から2倍程度まで変化し得ることを敷設操作 に関係した安全係数および過負荷因子において考慮することである。実際のとこ ろ、このようにして決めた許容し得る負荷の総合減少係数は、もっとも好条件の 場合に2をやや上周り最大で4を越える程度に変化する。
表中の挙げられた基準理論数値を簡単且つ具体的に説明するために、平均的な形 の数値の3をこの係数として選ぶことができる。このようにして決められる水深 限界値が各可撓導管に対して絶対値としてはきわめて近似的な意味しかもたない にしても、この値で、実施例に挙げた各種の可撓導管のそれぞれの性能を比較す ることが可能である。問題があるにせよ、表中の理論的数字が、各実施例同士の 比較を可能にするのである。
表中に記載されている「破壊圧力」とは、水深で決められる外部水圧の作用によ る可視導管の破壊に対する抵抗限度に対応したものである。該構造は中空空間が 外圧を受けて存在できると云う仮定に基づいて計算されていることから、この数 値は実施例として本文に説明されている「ラフボア」形の可撓導管の場合の内部 骨組の破壊抵抗によって決められる。
水深値(海水密度を考慮した静水柱の圧力)に翻訳された「破壊圧力」に適用可 能な現行規則に対応した安全係数1.5を応用すれば、外圧に対するその導管の 抵抗値から直接、成る可撓導管が敷設可能な最大水深値を決めることができる。
最大水深の見積は各実施例で述べたように、導管に対して採用することができる 。
概略述べた見積方法によって、相対値の範囲で、比較対象の各種可視導管の性能 それぞれの程度を推算することができる。他方それぞれの導管が可能な水深の絶 対値は環境によって著しく異なることは知られている。
これら実施例で述べた可撓導管の構造部材について表示されている機械的性質は 、アルミ合金マトリックス製複合材の該構造部材がどの様な状態に在るかに関係 している。すなわち、一度完成してからボビンにそれらが巻き付けられたばかり の時、可視導管製造機(鎧装、螺旋状等)に掛けられる準備ができた時に、各実 施例に示されるような機械処理および/または熱処理加工を逐次実施されたかど うかによるのである。
本発明の目的とする可視導管の金属製骨組の各種部材は、概してそれほど著しく 応力が残っておらず、可視導管の幾何学的形状とアルマ−シュ角にしたがって形 成された螺旋状の外形に倣って可視導管に設定されているので、つまり、弾性変 形でなく塑性変形で取り付けられ巻き付けられているので、これら部材は冷間加 工の後を補う加工をすることが必要なのである。
以上のことはたがの場合にもそっくり関係することであって、たがの場合には螺 旋外形の工具に巻き付けて形状を創成しなければならず(たとえばフランス特許 FR−2,555,920参照)、その場合、たとえば、FR−2,528,7 33記載の鎧装金属紙の前加工の操作がその一例である。その機械的特性を変化 させるためにこのような極度の冷間変形作業を伴う金属の冷開成型法は、実施例 に記載されている通りである。主に可視導管製造機に取り付けられたアルミ合金 製マトリックス複合材が焼戻し状態にある時、特に弾性限界値が高くなるという 現象が無視できないほど幾つかの場合に生じる。このような状況の現実におよぼ す影響は可撓導管の機械的耐性の特性値が最低となり、幾つかの場合には実際値 が実施例において本文で記載した数値より多かれ少なかれ高まる可能性があると いうことである。
実施例1は、アルミ合金製マトリックス複合材を含まないが状況によく合せた可 視導管に関する。
実施例 Nα1 内径8インチ(204,2mm)の可撓導管が製作される。その骨組は、厚さ2 ミリ、Rm= 540MPa1Re= 450MPaのステンレスAl5i30 4のたが、厚さ6ミリのリルサンの内部被覆、特性としてRm= 780MPa を有する鋼FM15で製作された厚み6.2m■のゼータ縫合金属紐皮膜のたが 、FM15鋼で作られた2枚の鎧装皮膜が35度でA=2.5%、厚さ7II1 mのジルサン製外部被覆から成り立っている。
このようにして構成されたこの可視導管は、次の特性をもっている: 実施例 1 記 事 Rm MPa KG/s D、i、 E、D、mml ステンレス30 4 80 X 2 mm たが骨組 54G 31 203.2 10.02リル棹内部被覆 4.9 2 23.2 8.03B、2關厚 78G 31.2 235.2 G、2t゛− ヶFM15 4リル仲内部被覆 5 247.6 G、0535°FM15鎧装 780 3 0.0 259.6 5.0厚2.5閣醜 6 テープ 0.5 2[i9.[i 0.75フリル号ン外部被覆 8.4  271.1 7.0特性値 英国単位 メートル単位 内径 8.00 in 203.20 mm外径 11.22 in 285. 10 +i+i内容積 0.379 cf/ft 35.18 1/m体積 0 .G87 cf/ft G3.84 1/■海水中の空重量 73.2 lb/ ft 108.9 kg/m空気中の海水 充填重量 97.4 lb/ft 144.9 kg/m空気中の空重量 29 .2 lb/ft 43.4 kg/m海水中の海水 充填重量 53.4 lb/ft 79.5 kg/m海水中の空 浮力係数 1.66 破壊厚 5,350 psl 369 bars潰れ厚 1,570 psl  108 bars引張りせ ん断限界 382,1li85 1bs 170,250 daN理論敷設 深さ 2,141 ts 既述のように、この可視導管はその設計および使用材料の条件ではよくできてい る。
実施例2 ここで製作されるのも実施例Nα1のものと同様な可撓導管であるが、皮膜Nα 3で鋼FM15のマトリックス複合材の厚さlli、2mmのゼータ形縫合金属 紐の代りにアルミ合金7090製マトリックス複合材で厚さlli 、2mmの ゼータ形縫合金属紐を用いている。このアルミ合金は平均寸法80μmのSIC の粒子90%とひげ結晶の混合25%の強化材を用い、熱処理T3が施されてい る。強化材の添加は、定速揺動下で500ないし650℃の温度条件で行われた 。この操作は70%の程度の断面積の減少をもたらす熱間延伸で行われた。
焼戻し操作後、7%の冷間加工が行われた。
これらの条件では、複合材の特性は: Rm=780MPa。
A=2%である。このようにして製作された可視導管の特性は次のようである。
実施例 2 記 事 Ra+ MPa KG/m D、i 、 E、D、mml ステンレス 304 80 X 2 ++us たが骨組 540 31 203.2 10.02リルiン内部被覆 4.9  233.2 8.03G、2mm厚t°−ケ アルミ複合材 78G 11.2 235.2 G、24リル仲内部被覆 5  247.6 [i、0535°FM15鎧装 780 3G、0 259.[i  5.0厚2.5關 6 テープ 0.5 2G9.G O,757リル9ン外部被覆 8.4 27 1.1 7.0特性値 英国単位 メートル単位 内径 8.00 in 203.2Q va11外径 11.22 in 28 5.10 mm内容積 0.379 cf/ft 35.18 1/m体積 0 .687 cf/ft G3.84 1/m空気中の空重量 59.7 lb/ ft 88.9 kg/m空気中の海水 充填重量 79.5 lb/ft 118.3 kg/a海水中の空重量 23 .8 lb/ft 24.5 kg/m海水中の海水 充填重量 43.8 lb/ft 59.2 kg/m海水中の空 浮力係数 1.33 破壊厚 5,350 psl 311iEl bars潰れ厚 1,570 p sl 108 bars引張りせ ん断限界 382.[i85 1bs 170,250 daN理論敷設 深さ 2,876 m 実施例Nα1記載の全鋼製可撓導管の性能と同一でありながら、海水中での海水 充填可撓導管重量を25.65%軽減し、理論敷設深さを2,141メートルか ら2,878メートルに仲させたことが確かめられる。同等特性の可撓導管がア ルミ7091製の複合材で25%の強化材の添加で、およびアルミ7049では 30%の添加で製作できる。実施例Nα3実施例Nα1の可撓導管と同一形状で あるが、Nα3の皮膜に使われている厚さ6.2−■のFN15鋼製ゼータ形の 縫合金属紐の代りに平均寸法50μmのアルミナ粒子15%で強化したアルミ7 090のマトリックス複合材で厚さ8III11のゼータ金属紐を用いた可撓導 管が製作されている。
熱処理状態T6での複合材の特性はRm= fi20MPa、 A= 3%であ る。これらの条件で、該可視導管の特性は次のようである。
実施例 3 記 事 RIIIMPa KG/++ D、1. E、D、mml ステンレス 304 80 X 2 +u+ たが骨組 540 31 203.2 10.02す1gン内部被覆 4.9  223.2 B、G38.0關厚t°−タ アルミ複合材 620 14.3 235.2 8.04リル号ン内部被覆 5  251.2 B、0535°FM15鎧装 厚2.5m+s 780 30.0 2G3.2 5.06 テープ 0.5  273.2 0.75) リル号ン外部被覆 e、4 274.7 7.0特性 値 英国単位 メートル単位 内径 8.00 in 203.20 mm外径 11.37 in 288. 70 +o+w内容積 0.379 cf/ft 35.18 1/m体積 0 .705 cf/ft 65.411i 1/i+空気中の空重量 62.3  lb/ft 92.6 kg/a+空気中の海水 充填重量 811i、5 lb/ft 128.7 kg/m海水中の空重量  17.2 lb/ft 25.5 kg/m海水中の海水 充填重量 41.4 lb/ft G1.Ei kg/m海水中の空 浮力係数 1.38 破壊厚 5,3811i psi 371 bars潰れ厚 1,570 ps l 108 bars引張りせ ん断限界 388,1li38 1bs 172,898 daN理論敷設 深さ 2.806 ■ 実施例Na 1記載の全鋼製可撓導管の性能と同等でありながら、海水中の海水 充填可撓導管重量を22.5%軽減し、迄到達させ得ることが確かめられる。
はぼ同等の機械的性質を持つ可撓導管が、処理T6またはH6の7/L/ミ合金 7050.7I78.7075.70011 または10%の冷間加工を伴う処 理T4の合金2017A、 または炭化珪素の粒子20ないし30%で強化され た合金2014.2024.2124製のマトリックス複合材を用いて得ること ができる。
実施例 N[L4 実施例Nα1の可撓導管と同一形状であるが、Nα3の皮膜に使われている厚さ 6.2mmのFM15鋼製ゼータ形の縫合金属紐の代りに平均寸法50μWの炭 化珪素粒子20%で強化し、処理T8のアルミ6061のマトリックス複合材で 厚さl0IIII11のゼータ縫合金属紐を用いた可撓導管が製作されている。
実施例 4 記 事 Rm MPa KG/m D、i、 E、D、mml ステンレス30 4 80 X 2 mm2リル号ン内部被覆 4.9 223.2 G、031 0mm厚t°−ク アルミ複合材 500 17.4 235.2 10.04リル号ン内部被覆  5.1 255.2 G、0535°FN15鎧装 厚2.5!l■ 780 31.0 2fi7.2 5.06 テープ゛ 0. 5 277.2 0.75フリル↑ン外部被覆 6.5 278.7 7.0特 性値 英国単位 メートル単位 内径 8.00 in 203.20 mn+外径 11.52 in 292 .70 mm内容積 0.379 cf/ft 35.18 1/m体積 0. 724 cf/ft 67.29 1/n+空気中の空電量 64.8 lb/ ft 9G、3 kg/m空気中の海水 充填重量 89.0 lb/ft 132.4 kg/i海水中の空重量 18 .4 lb/ft 27.4 kg/m海水中の海水 充填重量 42J lb/ft G3.4 kg/m海水中の空 浮力係数 1.40 破壊厚 5,398 psl 372 bars潰れ厚 1,570 psl  108 bars引張りせ ん断限界 392,805 1bs 174,752 daN理論敷設 深さ 2,7511i m 複合材の特性はRm= 500Pa、 A= 6%である。これらの条件で、該 可撓導管の特性は表4のようである。
破壊厚および潰れ厚°が同一な特性で、実施例Nα1記載の全鋼製可撓導管の重 量に比して、本可撓導管を用いれば、水中の海水充填可視導管重量を20.2% 軽減し、しがち理論敷設深さを2,141メートルから2.7511iメートル 迄にすることができることが確かめられる。
実施例 N15 実施例Nα1の可撓導管と同一形状であるが、Nα3の皮膜に使われている厚さ 6.2mmのFM15鋼製ゼータ形の縫合金属片の代りに平均寸法40μmの炭 化珪素粒子15%で強化し、処理T9のアルミ合金5056のマトリックス複合 材で厚さ12mmのゼータ縫合金属片を用いた可撓導管が製作されている。その 特性は次のようである。
実施例 5 記 事 Rm MPa KG/m D、i 、 E、D、mml ステンレス3 04 80 X 2 mIm たが骨組 540 31 203.2 10.02リル号ン内部被覆 4.9  223.2 11i、03 12.0關厚t°−タ アルミ複合材 410 20.8 235.2 12.04リル仲内部被覆 5 .2 259.2 B、0535°FM15鎧装 厚2.5關 780 31.3 271.2 5.06 テープ゛ 0.5 2 81.2 0.757す肘ン外部被覆 11iJ 282.7 7.0特性値  英国単位 メートル単位 内径 8.00 in 203.20 市外径 11.68 1n 29G、7 0 mm内容積 0.379 cf/ft 35.18 1/i体積 0.74 4 cf/ft 69.14 1/m空気中の空重量 67.2 lb/ft  100.0 kg/at空気中の海水 充填重量 91.4 lb/ft 13G、1 kg/m海水中の空重量 19 .8 lb/ft 29.2 kg/m海水中の海水 充填重量 43.8 lb/ft 65.2 kg/m海水中の空 浮力係数 1.41 破壊厚 5,388 psi 371 bars潰れ厚 1,570 psi  108 bars引張りせ ん断限界 412,147 1bs 183,357 daN理論敷設 深さ 2,812 I11 破壊厚および潰れ厚がの程度が同等特性で、海水中の海水充填可撓導管重量を1 8%軽減し、しかも理論敷設深さを2,812メ一トル迄にすることができるこ とが確かめられる。
5056合金のマトリックスをシリーズ6000の合金、すなわち10ないし2 0%の粒子強化を伴う合金6063.6082合金のマトリックスで置き換えて も同等の機械的性質と重量をもつ可撓導管を製作することができる。
同等な機械的性質の導管がシリーズ5000、特に炭化珪素IOないし20%で 強化され、処理H1またはH3Xの合金5082、および合金5050.518 3.2117.2618合金のマトリックスの複合材で製作も可能である。
実施例 N[L8 実施例Nα1の可撓導管と同一形状であるが、厚さ6.2IIIlのFM15鋼 製ゼータ形の皮膜の代りに平均寸法20μmの炭化珪素粒子lO%で強化し、処 理T4のアルミ合金6082のマトリックス複合材で厚さ14mmのゼータ金属 紐を用0た可撓導管が製作されている。その機械的特性は次のようである: R m=350MPa、 A=9%である。
これらの条件で、可撓導管の特性は表6ようである。
実施例 6 記 事 Rm MPa KG/m D、i、 E、D、mml ステンレス30 4 80 X 2 +n たが骨組 540 31 203.2 10.02 リル号ン内部被覆 4.9  223.2 G、0314、Om+o厚t゛−タ アルミ複合材 350 24.4 235.2 14.04 リル号ン内部被覆  5.3 2B3.2 Ei、Q535’ FM15鎧装 厚2.5關 780 31.9 275.2 5.06 テープ 0.5 28 5.2 0.757リル斡外部被覆 8.1 28G、1 7.0特性値 英国 単位 メー)7し単位 内径 8.00 in 203.20 mm外径 11.84 in 300. 70 mm内容積 0.379 cf/ft 35.18 1/a+体積0.7 G4 cf/ft 71.02 1/m空気中の空重量 67.2 lb/ft  100.Okg/讃空気中の海水 充填重量 94.6 lb/ft 140.8 kg/m海水中の空重量 21 .5 lb/ft 32.2 kg/m海水中の海水 充填重量 45.7 lb/ft 68.0 kg/m海水中の空 浮力係数 1.44 破壊厚5.3811i psi 371 bars潰れ厚 1,570 psi  108 bars引張りせ ん断限界 419.9G5 1bs 1811;、835 dat!理論敷設 深す2.747 Ql アルミ合金製マトリックス複合材で厚み14mmのゼータ形を用いれば、実施例 Nα1の可撓導管に比して海水中の海水充填可視導管の軽量化を14.5%実現 でき、し力)も理論敷設深さを2.747メートルまでに到達させることカイ確 かめられる。
6082合金のマトリックス複合材を処理状態81の5086.5154.57 54.5052、または処理状態H1,T4また番まT5または丁8またはT9 の合金GOO5A16981.6181.63511608018066.60 70、処理状態T6(73合金70zO17050,7175,7475をSI CまたはA1□03の8ないし25%の粒子で強化したマトリックス複合材で置 き換えても同等の機械的性質と重量をもつ可撓導管を製作することができる。
実施例 Nα7 実施例Na、 1記載の可撓導管と同一形状であるが、Nα3の皮膜に使われて いる厚さEi 、2mm<7) FM15鋼製ゼータ形の金属紐の代りに平均寸 法30μmの炭化珪素粒子!5%で強化し、処理吠態旧、最終冷間加工20%、 機械的特性Rm=310MPa。
A=7%の5052アルミ合金製マトリックス複合材で厚さ16mmのゼータ金 属紐皮膜を用いた可視導管が製作されている。
これらの条件で、得られる可視導管の特性は以下の通りである。
実施例 7 記 事 Rm MPa KG/n+ D、i、 E、D、wl ステンレス30 4 80 X 2 an たが骨組 540 31 203.2 10.02リル号ン内部被覆 4.9  223.2 G、03 1G、Omm厚t゛−タ アルミ複合材 340 28.4 235.2 1G、04 リル号ン内部被覆  5.4 267.2 G、0535°FM15鎧装 厚2.5n++s 780 32.3 279.2 5.06 テープ゛ 0. 5 289.2 0.75フ リル号ン外部被覆 6.8 290.7 7.0 特性値 英国単位 メートル単位 内径 8.00 in 203.20 warn外径 12.00 in 30 4.70 111m内容積 0.379 cf/ft 35.18 1/m体積  0.785 cf/ft 72.92 1/i空気中の空重量 ?3.3 1 b/ft 109.2 kg/m空気中の海水 充填重量 97.8 lb/ft 145.2 kg/m海水中の空重量 23 .1 lb/ft 34.4 kg/m海水中の海水 充填重量 47.4 lb/ft 70.5 kg/m海水中の空 浮力係数 1.4B 破壊厚 5,388 psi 371 bars潰れ厚 1,570 psi  108 bars引張りせ ん断限界 423,475 1bs 188.397 daN理論敷設 深さ 2,672 m 破壊厚および潰れ厚において同等の特性でありながら、11.3%のIpi量化 と、2.Ei72メートルの理論敷設深さが得られることが確かめられている。
合金5052マトリツクスの代りに、処理Hのアルミ合金20I7.2117. 5050.5154.5754、SIGまたはAl2O,の粒子5ないし25% で強化され、処理FまたはHの合金5056.5082.50811iおよび5 183製マトリックス複合材を用いてほぼ同等の特性をもつ可撓導管を得ること ができる。
実施例 N(L8 実施例Nα1記載の可撓導管と同一形状であるが、Nαlの内部骨組に使われて いる厚さ2■のAl5I304ステンレス製たがの代りに平均寸法15μ■の炭 化珪素粒子20%で強化し、処理旧のアルミ合金5052の複合材で厚さ3.5 mmn Rss=340MPaおよびRe= 300MPa1 ヤング率95, 000MPaのたがを用いた可撓導管が製作されている。
これらの条件の可撓導管の特性は以下の通りである。
実施例 8 記 事 Rm MPa KG/i D、1 、 E、D、+omlアルミ複合材  140 x 3.5 mmたが骨組 320 19.3 203.2 17. 52リル号ン内部被覆 5.2 238.2 G、03 B、7II1m厚t゛ −タ FM15 780 35.8 250.2 G、74リル号ン内部被覆 5 2 51.2 11i、0535°FM15鎧装 厚2.5m+* 780 31.8 275.8 5.06 テープ 0.5  285.6 0.757リル!ン外部被覆 G、7 287.1 7゜0特性値  英国単位 メートル単位 内径 8.00 in 203.2(l mm外径 11.85 in 301 .10 ma+内容積 0.403 cf/ft 37.41 1/m体積 0 .7Ei6 cf/ft 71.21 1/m空気中の空重量 70.2 lb /ft 104.5 kg/m空気中の海水 充填重量 9G、0 lb/ft 142.9 kg/m海水中の空重量 21 .5 lb/ft 32.Okg/m海水中の海水 充填重量 47.3 lb/ft 70.4 kg/m海水中の空 浮力係数 1.43 破壊厚 5,365 psi 370 bars潰れ厚 4,130 psi  144 bars引張りせ ん断限界 407,937 1bs 181,484 daN理論敷設 深さ 2,578 m 実施例Nα1の可視導管の破壊厚と同等でありながら、11.4%軽量化し、し かも理論敷設深さを2,578メートルに、潰れ厚を高めIOGバールから14 4バールに迄到達する可視導管を製作し得ることが確かめられる。
内部骨組を製作するために用いられるアルミ製マトリックスの細かい仕様や処理 状態がどのようなものであっても、対腐食性のある合金、特に合金110011 180.3003.5052.85058185083.5456、GOGO, GaO2,6082,8083,6I06を任意に用いることができ、同等の特 性の可撓導管が得られるはずである。シリーズ2000および7000の合金も 使用可能であり、粒子強化材含有量は5ないし25重量%になる筈である。
実施例 Nα9 実施例Nα1記載の可撓導管と同一形状であるが、内部骨組のN(Ll皮膜に使 われている厚さ2IIIIlのAIS[304ステンレス製たがの代りに平均寸 法20μIの炭化珪素粒子20%で強化し、処理Hのアルミ合金3103のマト リックス複合材で厚さ12mrtiのゼータ形金属紐、Rm= 250MPaお よびRe= 220MPa1 ヤング率90,000MPaのたがを用い、鋼F M製のゼータ形金属紐の皮膜Nα3の厚みを8.4mmにした可撓導管が製作さ れている。
これらの条件の可視導管の特性は以下の通りである。
実施例 9 記 事 Rm MPa KG/m D、i 、 E、D、mm1 t’−タアル ミ複合材 厚12.0mm 250 18.G 203.2 12.02リル号ン内部被覆  4.lli 227.2 G、03G、4mm厚七゛−り FM 15 780 32.7 239.2 G、44リル号ン内部被覆 5. 1 252.0 G、0535°FM15鎧装 厚2.5關 780 30.0 2G3.2 5.06 テープ 0.5 27 4.0 0.757リル号ン外部被覆 6.5 275.6 7.0特性値 英 国単位 メートル単位 内径 8.00 in 203.20 順外径 11.40 in 289.5 0 +u+内容積 0.349 cf/ft 32.43 1/m体積 0.7 09 cf/ft [i5.82 1/+i空気中の空重量 GG、2 lb/ ft 98.5 kg/mg/中の海水 充填重量 88.8 lb/ft 131.8 kg/+。
海水中の空重量 21.1 lb/ft 31.3 kg/mg/中の海水 充填重量 43.4 1b/ft 64.3 kg/mg/中の空 浮力係数 1.46 破壊厚 5,428 psi 374 bars潰れ厚 1,7Ei8 psl  159 bars引張りせ ん断限界 391,495 1bs 174.IG9 daN理論敷設 深さ 2,700 m 実施例N111の可撓導管の破壊厚と同等でありながら、アルミ複合材製の厚み 12+n+++のゼータ形金属紐製の内部骨組を用いれば、潰れ厚159バール をもち、しかも18.8%の軽量化と、理論敷設深さ2,700メートルを達成 できる。
アルミ合金3103をマトリックスにおいて他の全ての合金、シリーズ1000 .2000.3000.4000.5000.6000および7000で置き換 えることが可能であ゛る。
実施例 NCLlO 実施例Nα1の可視導管と同一形状であるが、内部骨組のステンレス製たがを厚 さ14mmでRm= 350MPa、 Re= 320MPa1E= 70.O OOMPsの特性をもつ合金6061のゼータ形金属組で置き換え、耐圧ボール ド(皮膜Nα3)内でFM15のゼータ形金属紐を厚さ1OIlll111特性 Ra+= G20MPaおよびA=3%のアルミ合金2017のゼータ形金属紐 で置き換えることが可能である。この条件で可視導管の諸特性は次の通りになる 。
実施例 IO 記 事 RmMPa KG/m D、i、 E、D、mmIt’−タアルミ 厚14.0關 400 21.2 2G3.2 14.02リル号ン内部被覆  4.G 231.2 11i、03 を−タアルミ 厚10mm 510 17.9 243.2 10.04 リル号ン内部被覆  5.3 263.2 G、0535°アルミ複合材鎧装 厚3.6關 G20 15.8 275.2 8.06 テープ゛ 0.5 2 89.6 0.757リル号ン外部被覆 G、8 291.1 7.0特性値  英国単位 メートル単位 内径 8.00 In 203.20 mm外径 12.07 in 30G、 70 mm内容積 0.349 cf/ft 32.43 1/m体積 0.7 95 cf/ft 73.11 I/m空気中の空重量 49.8 lb/ft  72.11 kg/mg/中の海水 充填重量 72.1 lb/ft 105.5 kg/mg/中の空重量 −1 ,1lb/ft −2,7kg/履海水海水中水 充填重量 21.2 lb/ft 30.G kg/mg/中の空 浮力係数 0.96 破壊厚 5,413 psi 370 bars潰れ厚 2,724 psl  188 bars引張りせ ん断限界 427,111iG Ibs 198,038 daN理論敷設 深さ G、471 m 破壊厚は同等でありながら、海水中での海水光Jn可視導管の重量を61%軽減 しおよび理論敷設深さを2,11メートルから8.4nメートル迄到達させおよ び潰れ厚は188バールである可撓導管を製作できている。
実施例 N[L l ! 実施例Na1Oと同等の可視導管でありながら、皮膜N[Llのアルミ合金製ゼ ータ形金属紐を、平均寸法70μmの炭化珪素粒子20%で強化し特性Rya=  340MPa、 Re= 300MPa、 A= 4%、E= 100,00 0MPaをもつアルミ合金5052製マトリックス複合材のゼータ形金属紐で置 き換え、皮膜Nα3のアルミ合金製ゼータ形金属紐を、耐圧ボールドの鎧装に用 いられるものと同等なアルミマトリックスの複合材のゼータ形金属紐で置き換え ることが可能である。
この条件の可撓導管の特性は次の通りである。
実施例 11 記 事 Rm MPa KG/m D、i、 E、D、mm1 t’−タアルミ 複合材 厚14.0mm 40G 21.2 203.2 14.02リル待内部被覆  4.G 231.2 11i、03 t−タアルミ 厚10mn+ 620 17.9 243.2 10.04リル号ン内部被覆  5.3 2G3.2 11i、0535°アルミ複合材鎧装 厚3.6mm G20 15.8 275.2 7.26 テープ 0.5 2 89.G O,757リル斡外部被覆 G、8 291.1 7.0特性値 英 国単位 メートル単位 内径 8.00 in 203.20 l15111外径 12.01 in  305.10 mm内容積 0.349 cf/ft 32.43 1/m体積  0.787 cf/ft 73.11 1/m空気中の空重量 48.6 l b/ft 72.30 kg7m空気中の海水 充填重量 70.9 lb/ft 105.5 kg/+I+海水中の空重量  −1,8lb/ft −2,7kg/m海水中の海水 充填重量 20.5 lb/ft 30.fi kg/m海水中の空 浮力係数 0.9B 破壊厚 B、434 psl 444 bars潰れ厚 2,724 psi  275 bars引張りせ ん断限界 1bs 205,509 daN理論敷設 深さ G、715 m 実施例階1の可撓導管に較べて、海水中の海水充填可撓導管の重量を61%軽減 し、破壊厚を 370バールがら444バール迄増大させ、潰れ厚を108バー ルがら275バール迄、理論敷設深さを2,171メートルから8,715メ一 トル迄到達させることができる。
実施例Na10の可撓導管と較べて、破壊厚が370バールから444バールま で、潰れ厚が188バールから275バールまで、理論敷設深さが6,471メ ートルから6,715メートルまで到達させている。
さらに、平均寸法70mの炭化珪素20%で強化されたアルミマトリックス複合 材の合金での2個の金属紐間での実験室の摩耗試験での摩耗速度は、強化材を含 まないアルミ合金で作った金属紐の摩耗速度に比較して少なくともIO程度の係 数で減少している。
さらに、この摩耗速度は、摩耗条件の範囲を代表するものとして、金属紐を他の 金属組上で3ないし10mm相対的に移動させ、同時に接触厚2oないし180 バールを与えている。この摩耗条件は、実際に可視導管が複合材で作られた金属 紐の場合に使われるとき受ける摩耗であって、FM15鋼製の2枚の金属紐の同 じ摩耗条件で得られる結果に対して、該試験の条件にしたがって変動する係数の 最低値をいつ選んでも 1.5ないし4といった値になる。
実施例1では近似的且つ特徴的なこととして、敷設可能な水深の程度、約714 メートル、を他の実施例と比較するために見積りに使うことができるということ は上記の実施例から明らかである。この水深値約714メートルは諸表の数字と して集約された情報から直接見積りできる二つの限界の内もっとも小さいもので ある。
一つの限界は、「理論敷設深さ限度J = 2.140メートルを3で除した7 13メートルであり、もう一つは、「潰れ厚J = 1.115メートルを1. 5で除した743メートルである。
前述した通り、軸方向の引張り力に応じて可撓導管の重量による水深制限が変化 する現象は、特に、少なくとも環境に応じて1倍から2倍程度実際に生じる。
実施例11に同じ見積りを適用すると、到達深さは1.800メートルを越える 。
実施例2から7およびlOまでにおいて、先行の見積りは敷設深さの見積り以下 になる。実際のところ、これらの実施例では、諸可撓導管を比較することを可能 にするためのデータとして、敷設に掛かる圧力を使っても、それに対応した内部 骨組の寸法は決められないのである。
「潰れ」は、一般に水密である外部被覆に穴が明いている場合、さらに被覆4が 水もれがあるかまたは水密性に欠陥が在る場合にかぎり生じる。
同様に、可撓導管に欠陥がなければ、敷設深さを推算すること、理論敷設深さを 考慮することおよび実施例記載の限界をもはや考慮する必要はない。本発明は、 第1図が示す可撓導管以外の構造をもつ導管にも適用される。
本発明は、骨組などの有無にかかわらず、プラスチックまたは弾性プラスチック 材料製の内管を含む可撓導管に特に適用することができる。
第2図は縫合だが8で構成される皮膜の断面を表わしている。この皮膜は一般に 内部骨組1を構成している。
第3図は、ゼータ形の引抜材9を表している。この形状ならば、隣接した螺旋状 体のくぼみ11と協働する突起部または丸みの部分IOをもつことが可能である 。これと同様に、隣接した螺旋状体の嵌合も相互に起る。
ゼータ形の引抜材は一般に耐圧鎧装の構造材に使われるが、内部骨組1の構築に も使うことができる。ゼータ以外の引抜材を用いる、特に矩形やrUJ字形の単 純な形状の引抜材を用いても本発明の範囲を越えるものではない。
第3図に関しては、矩形断面の引抜材12を点線で描いであるが、この12によ って耐圧的骨組を完結させているのである。この例図では、そのことと同じく、 耐圧的骨組は可撓導管の内部に較べて外部にはゼータの形をした引抜材よりもむ しろゼータ形の引抜材および矩形断面の引抜材との組み合わせの方が好ましいの である。
第4図は耐圧骨組の別の例を描いたものである。この骨組の構造は、螺旋状に巻 かれたrUJ字形断面の2種類の金属紐または引抜材I3および14からできて いる。
この引抜材14の一つは可撓導管の軸16を基準にして外側に向かって開かれた rUJ字形の腕15をもち、他方の引抜材13は導管の軸に向かって開かれたr UJ字形の腕17をもっている。
引抜材I3の腕I7は引抜材14のrUJ字形のくぼみ18と協働し、反対に引 抜材14の腕15は引抜材I3のrUJ字形のくぼみ19と協働する。
幾つかの部材が柔軟な弾性プラスチックに埋め込まれていても、特に抗張性骨組 部材がゴム被覆に埋め込まれていても本発明の範囲を越えるものではない。
本発明の適用された可撓導管の様々な構造の内で、特に実施例渠内記載のものの はかさらに次のものを挙げられる。すなわち、 a)被覆4がなくシリーズ2000.5000.6000または7000の内の アルミ合金製マトリックス複合材の抗張性鎧装5と耐圧鎧装3を有する第1図に よる可撓導管、 b)耐圧鎧装3および被覆4がなくて少なくとも延伸材の一つがシリーズ200 0.5000.6000または7000の内のアルミ合金製マトリックス複合材 を含む構造に残されている第1図による可撓導管、 C)ゼータ形をして耐圧強化された部材3に加えて、形状単純な断面もつフレッ トまたは延伸材、特に矩形断面で被覆4の育無をとわず少なくともシリーズ20 00.5000、GOOOまたは7000の内のアルミ合金製マトリックス複合 材を含む構造内に残っている延伸材の一つを含む第1図による可撓導管、 d)内部骨組1および被覆2を含むけれども、それらを次のもので置き換えるこ ともできる本請求記載の全実施例。すなわち、可撓性をもち同時に可撓導管の製 造過程で潰されないだけの剛性のある、最終製品に可撓性を与えるのに充分な可 撓性防水管。
本発明によれば、異なる金属製皮膜が接続している場合、たとえばアルミ合金製 マトリックス複合材に鋼またはある場合には異なる形のアルミ合金といった場合 、隔離用の被覆を特に挿入してよい。さらに、本発明の構造部材、特にそれが抗 張性鎧装で鋼製である場合、その一つを構成する異なる皮膜の間に耐摩耗材製の 被覆または皮膜を挿入することは本発明の範囲を越えるものではない。
本発明では、シリーズ2000.3000.5ooo、 eoooまたは700 0の内のアルミ合金製マトリックス複合材を含む構造材が特に実質的にこれらの アルミ合金で構成されてよい。
本発明では、シリーズ2000.3000.50001GOOOまたは7000 の内のアルミ合金製マトリックス複合材という名称を使う場合、特定の場合をの ぞき、シリーズのそれぞれに属する合金の小分類全部を対象にしていることは勿 論である。
本発明の可撓導管は特に有機化合物製のマトリックス複合材を含んでよい。
前記の実施例(実施例2ないし11)中で異種のアルミ合金記載の処理状態とい うのは、該合金に適した処理状態に対応しているのである。
実施例2ないし7および11内の耐圧鎧装またはボールドに含まれる延伸材の小 分類および処理状態に関する記載は、抗張性鎧装に含まれるアルミ合金製マトリ ックス複合材の延伸材にも用いられてよい。
さらに、シリーズのアルミ合金の一つを同等の他のアルミ合金で本発明に記載の 小分類および/または処理状態で置き換えても本発明の範囲を越えるものではな い。
国際調査報告 国際調査報告 FR9000361 SA 37617

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.次の構成部材、すなわち、耐圧鎧装(3)、抗張性鎧装(5)および/また は内部骨組(1)、の一個または複数個を含む保護可撓導管であって、少なくと も前記構成部材の一つが引抜材、ケーブル、金属紐またはたがなどの延伸材の1 個または複数個を含み、前記部材は−粒子および/またはひげ結晶などの強化材 を含むアルミ合金製マトリックス複合材で構成されていることを特徴とする保護 可撓導管。
  2. 2.前記複合材がシリーズ2000、3000、5000、6000または70 00のアルミ合金製マトリックス構造を有することを特徴とする特許請求の範囲 1の導管。
  3. 3.前記強化材が、重量含有量40%以下、望ましくは3ないし25%間に含ま れるアルミナまたは炭化珪素の粒子またはひげ結晶で構成されていることを特徴 とする特許請求の範囲1および2の導管。
  4. 4.使用粒子の寸法が4ないし400μm間に含まれ、望ましくは10ないし2 00μmの間に含まれていることを特徴とする特許請求の範囲1ないし3の導管 。
  5. 5.使用ひげ結晶の直径が1ないし10μm、長さが10ないし600μmであ る特許請求の範囲1ないし3の内の一つの導管。
  6. 6.耐圧鎧装(3)および/または抗張性鎧装(5)を含む特許請求の範囲2な いし5の導管であって、少なくとも前記鎧装の一つが少なくともシリーズ200 0、3000、5000、6000または7000の内の、望ましくは小分類2 014、2017、2024、2117、2124、2618、5050、50 52、5056、5082、5086、5154、5183、5754、600 5、6060、6061、6063、6066、6070、6081、6082 、6181、6351、7001、7020、7049、7050、7075、 7090、7091、7175、7178または7475の内のアルミ合金製マ トリックス複合材で作られた延伸材を含むことを特徴とする導管。
  7. 7.特許請求の範囲1ないし6の一つの導管であって、アルミ合金製マトリック ス複合材からなる前記延伸材の引張り破壊に対する耐力が少なくとも300MP sに等しく、望ましくは少なくとも350MPaに等しいことを特徴とする導管 。
  8. 8.内部骨組(1)を含む特許請求の範囲1の導管であって、前記骨組が少なく ともシリーズ1000、2000、3000、4000、5000、6000ま たは7000の内のひとつ、望ましくは小分類1100、1180、3103、 5050、5052、5056、5083、5456、6060、6061、6 082、6083または6106の一つのアルミ合金製マトリックス複合材で作 られたひとつの延伸材を含むことを特徴とする導管。
  9. 9.骨組(1)を含む特許請求の範囲1ないし6の一つの導管であって、前記骨 組が、引張り破壊耐力(Rm)が少なくとも200MPaに等しく、望ましくは 少なくとも250MPaに等しく、且つ0.2%の弾性限度Re8.2が少なく とも150MPaに等しく、望ましくは190MPaに等しいアルミ合金製マト リックス複合材からなる少なくとも一つの延伸材を含むことを特徴とする導管。
  10. 10.前記特許請求の範囲の一つの導管であって、該導管がアルミ合金製マトリ ックス複合材からなる延伸材を少なくとも含む内部骨組を含み、前記延伸材が引 抜材または嵌合または縫合金属紐であることを特徴とする導管。
  11. 11.特許請求の範囲8の導管であって、前記延伸材が「ゼータ」形(9)であ ることを特徴とする導管。
  12. 12.アルミ合金製マトリックス複合材からなる前記延伸材のヤング率が75, 000MPa(7,650Kg/mm2)以上であることを特徴とする導管。
  13. 13.延伸材が熱間延伸または圧延加工を施工されていることを特徴とする特許 請求の範囲1ないし11の導管。
  14. 14.半泥状または液状のアルミ合金に一定の揺動を与えながら強化材を添加す る、特許請求の範囲1ないし11の導管。
  15. 15.特許請求の範囲10の導管であって、アルミ合金製マトリックス複合材か らなる前記延伸材が最終工程で冷間成型を施工され、または/および焼戻し処理 を施工されることを特徴とする導管。
  16. 16.特許請求の範囲1ないし15の一つの導管であって、前記延伸材がシリー ズ2000、6000、7000のアルミ合金を用いる場合は少なくとも3%比 率の、またはシリーズ5000のアルミ合金を用いる場合は少なくとも10%比 率の冷間成型を施工されていることを特徴とする導管。
  17. 17.特許請求の範囲1ないし15の一つの導管であって、前記延伸材がシリー ズ2000、6000または7000のアルミ合金製マトリックス複合材使用の 場合、3ないし40%間に、および望ましくは5ないし20%間に含まれる比率 の冷間成型を施工されていることを特徴とする導管。
  18. 18.特許請求の範囲1ないし13の一つの導管であって、前記延伸材が、シリ ーズ5000のアルミ合金製マトリックス複合材使用の場合、20ないし90% 間、望ましくは10ないし60%間に含まれる比率の冷間成型を施工されている ことを特徴とする導管。
  19. 19.前記特許請求の範囲の一つの導管であって、前記延伸材が冷間圧延または 延伸成型を施工されていることを特徴とする導管。
  20. 20.特許請求の範囲16の導管であって、前記延伸材が部分または全体焼戻し または特性パラメータが前記冷間成型比率および/または合金の性質にしたがっ て変化する焼入れ焼戻し加工を施工されていることを特徴とする導管。
  21. 21.特許請求の範囲1ないし17の一つの導管であって、アルミ製複合材を含 む前記構成部材が防食用の合金で被覆されていることを特徴とする導管。
  22. 22.骨組、被覆および鎧装を含み、前記骨組は縫合たがまたは特にゼータ形縫 合の金属紐を含み、前記鎧装は引抜材、ケーブルまたは金属紐である部材を13 .13.含む前記特許請求の範囲の一つの導管であって、前記たがまたは前記骨 組の縫合金属紐はシリーズ2000、3000、4000、5000、6000 または7000のアルミ合金製マトリックス複合材からなり、および/または前 記鎧装の前記延伸材はシリーズ2000、5000、6000または7000の アルミ合金製マトリックス複合材で構築されていることを特徴とする導管。
  23. 23.特許請求の範囲22の導管であって、該導管が、たがで構築された骨組ま たは鋼製またはアルミ合金製の縫合金属紐を含むことを特徴とする導管。
  24. 24.特許請求の範囲22の導管であって、前記鎧装が鋼を含みまたはアルミ合 金で構成されていることを特徴とする導管。
  25. 25.特許請求の範囲3の導管であって、前記抗張性鎧装が主として鋼を含み且 つ前記ボールトが主としてアルミ合金製マトリックス複合材を含むことを特徴と する導管。
  26. 26.特許請求の範囲3の導管であって、前記耐圧鎧装またはボールトが主に鋼 を含み前記抗張性鎧装が主にアルミ合金製マトリックス複合材を含むことを特徴 とする導管。
  27. 27.特許請求の範囲5または26の一つの導管であって、該導管が耐摩耗性且 つ望ましくは防水的であり且つ電気的に絶縁性である被覆を、抗張性ボールトお よび鎧装間に含んでいることを特徴とする導管。
  28. 28.特許請求の範囲3の導管であって、前記抗張性鎧装および前記ボールトが 主にシリーズ2000、3000、5000、6000または7000のアルミ 合金製マトリックス複合材を含んでいることを特徴とする導管。
  29. 29.前記特許請求の範囲の一つの導管であって、該導管が主にアルミ合金製マ トリックス複合材からなる外部たがまたは外部縫合可能金属紐を含んでいること を特徴とする導管。
  30. 30.前記特許請求の範囲の一つの導管であって、該導管が少なくとも主にシリ ーズ2000、5000、6000または7000のアルミ合金製マトリックス 複合材から製作されたゼータ形、「U」字形等の嵌合形断面形状を有する引抜材 から生成された止め金を含む耐圧鎧装を含むことを特徴とする導管。
  31. 31.半泥状または液状のアルミ合金の撹拌中に強化材を混入することによって 前記材料を得ることを特徴とするアルミ合金製マトリックス複合材からなる延伸 材の精巧な工程。
  32. 32.前記アルミ合金が溶解炉から流出し且つ型に注入される瞬間に強化材の前 記混入が実行されることを特徴とする特許請求の範囲31の工程。
  33. 33.型に注入された生成物が、150ないし500℃の間に含まれる温度で極 めて長尺の板材の生成物として熱間圧延で連続的に変形されることを特徴とする 特許請求の範囲32の工程。
  34. 34.前記注入生成物が150ないし500℃間に含まれる温度で熱間延伸され ることを特徴とする特許請求の範囲32の工程。
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