OA19065A - Méthode d'assemblage de tubes thermoplastiques par soudage par induction. - Google Patents
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Abstract
Description
Méthode d'assemblage de tubes thermoplastiques par soudage par inductionMethod of joining thermoplastic tubes by induction welding
La présente invention concerne une méthode d'assemblage par soudage par induction de tubes en matériaux thermoplastiques. Plus particulièrement, la présente invention s'applique à l'assemblage d'au moins deux tubes disposés bout à bout ou se chevauchant au moins en partie coaxialement.The present invention relates to a method of assembly by induction welding of tubes made of thermoplastic materials. More particularly, the present invention applies to the assembly of at least two tubes arranged end to end or overlapping at least partially coaxially.
La présente invention se rapporte au domaine général des conduites de transport de fluide, notamment des conduites sousmarines, reposant au fond de la mer ou assurant la liaison fond-surface pour le transfert d'hydrocarbures, par exemple de pétrole et de gaz, issus de puits de production sous-marins. La présente invention se rapporte plus particulièrement à l'assemblage de conduites sous-marines véhiculant des fluides corrosifs, notamment de l'eau de mer sous pression destinée à être injectée dans des puits de champs pétroliers.The present invention relates to the general field of fluid transport pipes, in particular submarine pipes, lying at the bottom of the sea or providing the bottom-surface connection for the transfer of hydrocarbons, for example oil and gas, originating from subsea production wells. The present invention relates more particularly to the assembly of underwater pipes conveying corrosive fluids, in particular seawater under pressure intended to be injected into wells of oil fields.
Ces conduites sous-marines comprennent généralement un tube en ailiage d'acier qui est recouvert d'un revêtement isolant externe et/ou d'un revêtement interne ou chemisage interne dénommé liner, typiquement un polymère thermoplastique. Ces deux revêtements limitent la déperdition de chaleur vers le milieu ambiant et/ou le protègent de la corrosion. L'épaisseur de ces revêtements varie suivant les conditions d'exploitation du fluide à transporter (longueur de la conduite, température du fluide, composition du fluide, etc.).These submarine conduits generally comprise a tube made of steel alloy which is covered with an external insulating coating and / or with an internal coating or internal lining called a liner, typically a thermoplastic polymer. These two coatings limit the heat loss to the ambient environment and / or protect it from corrosion. The thickness of these coatings varies according to the operating conditions of the fluid to be transported (length of the pipe, temperature of the fluid, composition of the fluid, etc.).
La présente invention concerne plus particulièrement le raccordement entre deux éléments unitaires de telles conduites équipées de revêtements(s) interne.The present invention relates more particularly to the connection between two unitary elements of such pipes equipped with internal coatings.
Généralement, ces conduites sont assemblées à terre en éléments de longueur unitaire (on parle de double, triple ou quadruple joints, ciaprès indifféremment dénommées « quad-joints » pour quadruple sections de tube). Ces quad-joints sont alors transportées en mer sur un navire de pose. Lors de la pose, les quad-joints sont raccordés les uns aux autres à bord du navire et au fur et à mesure de leur pose en mer. La pose peut s'effectuer par l'intermédiaire d'une tour de pose en J ou en S positionnée sur le navire de pose. Avec la pose en J, la conduite sous-marine est typiquement descendue du navire de pose pratiquement 5 verticale (entre +30° et -10° par rapport à la verticale). La pose en J est une pose caténaire simple dans laquelle l'inclinaison quasi-verticale de la conduite diminue au fur et à mesure de son déplacement vers le bas jusqu'à épouser la pente du fond de la mer. Avec la pose en S, la conduite sous-marine est typiquement descendue du navire de pose 10 pratiquement à l'horizontale et se courbe ensuite pour atteindre le fond marin.Generally, these pipes are assembled on the ground in elements of unit length (one speaks of double, triple or quadruple joints, hereafter indifferently called “quad-joints” for quadruple sections of tube). These quad-joints are then transported to sea on a laying vessel. During installation, the quad-joints are connected to each other on board the ship and as they are laid at sea. The installation can be carried out by means of a J-shaped tower or in S positioned on the laying vessel. With the J-laying, the underwater pipe is typically lowered from the laying vessel practically vertical (between + 30 ° and -10 ° relative to the vertical). The pose in J is a simple catenary pose in which the quasi-vertical inclination of the pipe decreases as it moves downwards until it follows the slope of the sea floor. With the S pose, the submarine pipe is typically lowered from the laying ship 10 almost horizontally and then bends to reach the seabed.
Les techniques de pose en J et en S nécessitent de raccorder sur le navire de pose chaque nouveau quad-joint à la conduite sous-marine avant de le descendre dans la mer en déplaçant le navire de pose. Cette 15 étape de raccordement du nouveau quad-joint à la conduite sous-marine s'effectue en soudant bout à bout les extrémités libres en acier des tubes respectifs du nouveau quad-joint et de la conduite sous-marine. Le raccordement du nouveau quad-joint et de la conduite sous-marine isolée est rendu possible par une opération préliminaire réalisée après 20 le revêtement et/ou le chemisage interne en usine des quad-joints, cette opération consistant à retirer le revêtement isolant et/ou le chemisage interne aux extrémités sur une longueur définie permettant l'installation des équipements de soudage et de contrôle non destructif.The J and S laying techniques require connecting each new quad-joint to the underwater pipe on the laying ship before lowering it into the sea by moving the laying ship. This step of connecting the new quad joint to the submarine pipe is carried out by butt welding the free steel ends of the respective tubes of the new quad joint and the submarine pipe. The connection of the new quad-joint and the insulated submarine pipe is made possible by a preliminary operation carried out after coating and / or internal lining in the factory of the quad-joints, this operation consisting in removing the insulating coating and / or the internal lining at the ends over a defined length allowing the installation of welding and non-destructive testing equipment.
De façon connue, le chemisage interne à l'intérieur desdits 25 éléments de conduite s'arrête à une distance significative, par exemple 100 à 300 mm de l'extrémité desdits éléments de conduite, de manière à ce que réchauffement de la paroi en acier lors du soudage de leurs extrémités, ne vienne pas endommager ladite chemise interne. Le problème qui se pose alors est d'assurer la protection contre la 30 corrosion de la zone non chemisée comprise entre l'extrémité de la chemise de l'élément de conduite N et l'extrémité de la chemise de l'élément de conduite suivant N + l./V :In known manner, the internal lining inside said pipe elements stops at a significant distance, for example 100 to 300 mm from the end of said pipe elements, so that heating of the steel wall when welding their ends, do not come to damage said inner jacket. The problem which then arises is to ensure protection against corrosion of the non-jacketed area between the end of the jacket of the pipe element N and the end of the jacket of the next pipe element N + l./V:
Dans EP 722 824, WO 2010/041016 et WO 2012/017171, on décrit| un manchon tubulaire de jonction équipé de fils chauffants par effetj joule sous-alimentation électrique permettant de réaliser le soudage dudit manchon avec le chemisage interne présent dans un élément de| conduite en acier (dénommé « liner ») par électro-fusion, ledit manchoni tubulaire de jonction permettant l'assemblage de deux éléments dej conduite bout à bout en assurant la jonction entre les deux liners des| deux éléments de conduite d'une part et, d'autre part, en permettant la réalisation de la soudure de jonction entre les deux éléments de conduite.In EP 722 824, WO 2010/041016 and WO 2012/017171, there is described | a tubular junction sleeve fitted with heating wires by Joule effect electric under-power making it possible to perform the welding of said sleeve with the internal lining present in an element of | steel pipe (called "liner") by electro-fusion, said tubular junction sleeve allowing the assembly of two pipe elements jj end to end by ensuring the junction between the two liners of | two pipe elements on the one hand and, on the other hand, allowing the realization of the junction weld between the two pipe elements.
L'étanchéité du contact manchon/chemisage interne est importante pour éviter tout contact entre l'eau injectée et la zone de ia soudure en vis-à-vis dudit manchon tubulaire. Un tel contact direct pourrait en effet conduire, en cas de pénétration d'eau entre le manchon et la conduite, lorsque la conduite est une conduite d'injection d'eau, à des phénomènes électro-chimiques de corrosion de la conduite en acier et de la soudure dans la mesure où ladite liaison mécanique entre le manchon et le chemisage n'est pas nécessairement étanche.The tightness of the sleeve / internal liner contact is important in order to avoid any contact between the injected water and the area of the weld opposite said tubular sleeve. Such direct contact could indeed lead, in the event of water penetration between the sleeve and the pipe, when the pipe is a water injection pipe, to electro-chemical phenomena of corrosion of the steel pipe and of the weld insofar as said mechanical connection between the sleeve and the liner is not necessarily sealed.
Le but de la présente invention est de s'affranchir des fils chauffants de soudage par électro-fusion qui requièrent des connecteurs et tendent à créer des défauts dans la zone de soudure et des chemins préférentiels de fuites, ce qui peut la rendre potentiellement plus| fragile.The object of the present invention is to overcome the heating wires of electro-fusion welding which require connectors and tend to create faults in the weld zone and preferential leak paths, which can potentially make it more | brittle.
De manière générale, le but de la présente invention est de fournir un nouveau type de soudage par fusion de matériaux plastiques| au niveau de l'assemblage de deux éléments tubulaires thermoplastiquesί bout à bout ou se chevauchant qui soit précis, fiable et rapide à réaliser. Un autre but est de fournir un soudage par fusion de matériauxj thermoplastiques d'assemblage de deux éléments tubulaires qui soitj étanche, et donc supprime le risque de fuites pouvant cheminer le long du fil de chauffe, d'où résulte une soudure non-étanche comme discuté dans WO 2012/017171. XIn general, the aim of the present invention is to provide a new type of fusion welding of plastic materials | at the assembly of two thermoplastic tubular elements tub end to end or overlapping which is precise, reliable and quick to produce. Another object is to provide fusion welding of thermoplastic materials for joining two tubular elements which is leaktight, and therefore eliminates the risk of leaks which can travel along the heating wire, resulting in a non-leaktight weld such as discussed in WO 2012/017171. X
Une fois que les extrémités des éléments de conduite sont soudées entre elles, il est nécessaire aussi de recouvrir la zone de la conduite comprenant la soudure métallique ainsi que les portions du tube de la conduite pour laquelle le revêtement isolant externe thermoplastique a été retiré (cette zone appelée ci-après « zone de retrait du revêtement isolant » ou « cut-back » en anglais) d'un nouveau revêtement isolant en s'assurant que ce recouvrement soit posé de manière totalement étanche avec le reste du revêtement isolant externe de la conduite. A cet effet, la zone de retrait du revêtement isolant peut être recouverte par plusieurs couches successives de différents matériaux polymères. Ce procédé d'application du revêtement isolant externe au niveau de la zone de retrait du revêtement est connu sous le nom de « Field Joint Coating », à savoir « revêtement de joint de conduite » en anglais comme décrit par exemple dans WO 2012/098528. Cette technique de « Field Joint Coating » présente cependant un certain nombre d'inconvénients. Elle nécessite notamment un temps de réalisation relativement long et donc contraignant (typiquement de l'ordre de 20 à 30mn par opération). Cette technique présente en outre un problème d'adhésion sur la zone de retrait du revêtement isolant de la conduite.Once the ends of the pipe elements are welded together, it is also necessary to cover the area of the pipe comprising the metal weld as well as the portions of the pipe tube for which the external thermoplastic insulating coating has been removed (this area hereinafter called “insulation backing area” or “cut-back” in English) of a new insulating covering, ensuring that this covering is laid in a completely sealed manner with the rest of the external insulating covering of the conduct. For this purpose, the area of withdrawal of the insulating coating can be covered by several successive layers of different polymeric materials. This method of applying the external insulating coating at the level of the coating withdrawal area is known by the name of "Field Joint Coating", namely "pipe joint coating" in English as described for example in WO 2012/098528 . This “Field Joint Coating” technique however has a number of drawbacks. In particular, it requires a relatively long and therefore constraining production time (typically of the order of 20 to 30 minutes per operation). This technique also presents an adhesion problem on the area of withdrawal of the insulating coating of the pipe.
Pour ce faire, la présente invention fournit une méthode d'assemblage de deux tubes en matériaux thermoplastiques, dans laquelle on réalise ledit assemblage par soudage par chauffage de deux surfaces de contact de révolution appliquées l'une contre l'autre de respectivement deux parties de deux tubes disposées bout à bout ou se chevauchant coaxialement, de préférence des parties d'extrémités, les deux tubes comprenant (a) un premier tube (1) constitué d'un manchon tubulaire de jonction rigide en matériau thermoplastique inséré coaxialement à l'intérieur d'un premier élément de conduite en acier soudé ou destiné à être soudé métalliquement bout à bout avec un deuxième élément de conduite, et (b) un deuxième tube (2) constitué d'un revêtement de matériau thermoplastique appliqué en revêtement interne desdits éléments de conduite en acier, dans lequel on réalise un chauffage par induction d'au moins un element conducteur de soudage^ de préférence en métal et de préférence encore en acier, disposé à l'interface entre les deux surfaces de contact des deux tubes en matériau thermoplastique, en générant un champ magnétique au niveau du ou desdits éléments conducteurs de soudage de sorte que la fusion des matériaux thermoplastiques constitutifs des dites surfaces de contact par ledit chauffage par induction du ou des dits éléments conducteurs de soudage assure une soudure continue et étanche au niveau de ladite interface sur au moins une boucle fermée sur tout le périmètre de ladite interface, caractérisé en ce qu'on génère un champ électromagnétique au niveau de ladite interface (3) à l'aide d'une bobine d'induction électromagnétique (5) disposée coaxialement à l'intérieur des deux tubes et on réalise une pluralité de zones de soudure circulaires coaxiales disposées côte à côte parallèlement le long de la direction axiale (XX') desdits tubes.To do this, the present invention provides a method of assembling two tubes of thermoplastic materials, in which said assembly is carried out by welding by heating two contact surfaces of revolution applied against each other of respectively two parts of two tubes arranged end to end or overlapping coaxially, preferably end portions, the two tubes comprising (a) a first tube (1) consisting of a rigid tubular junction sleeve of thermoplastic material inserted coaxially inside a first pipe element made of welded steel or intended to be metallically butt welded with a second pipe element, and (b) a second tube (2) consisting of a coating of thermoplastic material applied as an internal coating of said elements steel pipe, in which an induction heating of at least one welding conductive element, preferably made of metal and more preferably made of steel, is carried out, disposed at the interface between the two contact surfaces of the two tubes of thermoplastic material, generating a magnetic field at the level of said conductive welding element (s) so that the melting of the thermoplastic materials constituting said contact surfaces by said heating by induction of the said conductive welding element (s) ensures a continuous and tight weld at the level of said interface on at least one closed loop around the entire perimeter of said interface, characterized in that an electromagnetic field is generated at said interface ( 3) using an electromagnetic induction coil (5) arranged coaxially inside the two tubes and a plurality of coaxial circular weld zones are arranged side by side parallel along the axial direction (XX ') of said tubes.
Dans la présente demande la notion de « tube en matériau thermoplastique » s'entend à toute disposition de matériau thermoplastique en forme de surface cylindrique ou de surface de révolution, qu'elle soit suffisamment rigide pour tenir en forme tubulaire par elle-même sans support notamment tout type de conduite de fluide ou qu'elle soit insuffisamment rigide pour tenir en forme tubulaire par elle-même et soit donc supporté par ou appliquée contre un support tubulaire rigide notamment tout type de conduite de fluide.In the present application, the notion of “tube made of thermoplastic material” is understood to mean any provision of thermoplastic material in the form of a cylindrical surface or of surface of revolution, whether it is rigid enough to hold in tubular form by itself without support. in particular any type of fluid pipe or that it is insufficiently rigid to hold a tubular shape by itself and is therefore supported by or applied against a rigid tubular support, in particular any type of fluid pipe.
On entend ici par élément conducteur de soudage, un élément en matériau conducteur, par exemple un matériau comprenant un métal, notamment acier, cuivre, aluminium ou laiton ou un matériau semiconducteur comme du carbone, graphite ou carbure de silicium.The term “welding conductive element” is understood here to mean an element made of a conductive material, for example a material comprising a metal, in particular steel, copper, aluminum or brass or a semiconductor material such as carbon, graphite or silicon carbide.
On comprend que l'induction est effectuée en générant un champ magnétique au niveau de ladite interface, lequel champ magnétique génère des courants de Foucault dans lesdits éléments conducteurs de soudage. Ces courants de Foucault induisent un réchauffement des éléments conducteurs par effet joule et donc permettent d'effectuer la^ soudure des surfaces en matériaux thermoplastiques par fusion par effet joule des matériaux thermoplastiques des deux surfaces en contact autour des dits éléments de soudage. La disposition des éléments conducteurs doit permettre d'assurer la soudure des tubes thermoplastiques et assurer une étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur des tubes au niveau du joint de soudure.It is understood that the induction is carried out by generating a magnetic field at said interface, which magnetic field generates eddy currents in said conductive welding elements. These eddy currents induce a heating of the conductive elements by Joule effect and therefore make it possible to weld the surfaces of thermoplastic materials by Joule effect fusion of the thermoplastic materials of the two surfaces in contact around said welding elements. The arrangement of the conductive elements must allow the thermoplastic tubes to be welded and ensure a seal between the interior and the exterior of the tubes at the solder joint.
Dans un mode de réalisation, une dite zone de soudure est réalisée avec un dit élément de soudage constitué par un élément continu en boucle fermée sur tout le périmètre de ladite interface, de préférence une dite zone de soudure circulaire est réalisée avec un anneau de soudage disposé coaxialement aux dits tubes. En d'autres termes, l'axe des dits tubes est perpendiculaire au plan de l'anneau.In one embodiment, a said welding zone is produced with a said welding element constituted by a continuous element in a closed loop over the entire perimeter of said interface, preferably a said circular welding zone is produced with a welding ring arranged coaxially with said tubes. In other words, the axis of said tubes is perpendicular to the plane of the ring.
Dans un autre mode de réalisation, une dite zone de soudure est réalisée avec une pluralité d'éléments conducteurs de soudage discontinus juxtaposés ou espacés s'étendant sur tout le périmètre de ladite interface, de préférence une pluralité de billes conductrices de soudage disposées circulairement s'étendant sur toute la circonférence de ladite interface en section transversale. On entend ici par « section transversale », une section dans un plan perpendiculaire par rapport à la direction longitudinale axiale des dites surfaces de contact de révolution des dits tubes.In another embodiment, a said welding area is produced with a plurality of juxtaposed or spaced discontinuous welding conductive elements extending over the entire perimeter of said interface, preferably a plurality of conductive welding balls arranged circularly s 'extending over the entire circumference of said interface in cross section. The term “cross section” is understood here to mean a section in a plane perpendicular to the longitudinal axial direction of said contact surfaces of revolution of said tubes.
On comprend que lesdits éléments conducteurs de soudage discontinus juxtaposés ou espacés sont disposés suffisamment rapprochés de sorte que la zone de soudure par fusion s'étende sur tout le périmètre de ladite interface en boucle fermée et notamment sur tout l'espace dans les intervalles entre deux éléments de soudage discontinus et consécutifs. On entend ici par « boucle fermée sur tout le périmètre d'une dite surface de révolution », une boucle faisant le tour de l'axe longitudinal dudit tube en circuit fermé.It is understood that said juxtaposed or spaced discontinuous welding conductive elements are arranged sufficiently close together so that the zone of fusion welding extends over the entire perimeter of said interface in closed loop and in particular over the entire space in the intervals between two discontinuous and consecutive welding elements. The term “closed loop over the entire perimeter of a said surface of revolution” is understood here to mean a loop which circles the longitudinal axis of said tube in a closed circuit.
Plus particulièrement, les éléments de soudage conducteurs présentent une épaisseur relativement faible par rapport à l'épaisseur des tubes au niveau des dites surfaces de contact de manière à ce qu'ils restent entièrement noyés dans les matériaux thermoplastiques au niveau de ladite interface.More particularly, the conductive welding elements have a relatively small thickness compared to the thickness of the tubes at said contact surfaces so that they remain completely embedded in the thermoplastic materials at said interface.
Plus particulièrement encore, l'épaisseur des éléments de soudage est inférieur ou égal à la moitié de l'épaisseur du tube de plus petite 5 épaisseur au niveau des dites surfaces de contact où ils sont installés.More particularly still, the thickness of the welding elements is less than or equal to half the thickness of the tube of smallest thickness at the level of said contact surfaces where they are installed.
Plus particulièrement, on met en œuvre des éléments conducteurs de soudage ayant un pseudo axe de révolution placé parallèlement à celui du champ magnétique et donc le cas échéant de la bobine d'induction générant le champ magnétique, afin de générer des courants 10 de Foucault dans lesdits éléments conducteurs. En effet, ces éléments conducteurs subissent des courants induits qui sont fonction des dimensions des éiéments conducteurs et de la fréquence du courant de la bobine.More particularly, welding conductive elements are used having a pseudo-axis of revolution placed parallel to that of the magnetic field and therefore, where appropriate, of the induction coil generating the magnetic field, in order to generate eddy currents in said conductive elements. Indeed, these conductive elements undergo induced currents which are a function of the dimensions of the conductive elements and the frequency of the current of the coil.
La forme des éléments conducteurs de soudage doit être choisie 15 de sorte à éviter des concentrations de contraintes après la soudure, des formes lisses type sphériques ou à section circulaire pour un anneau sont préférées.The shape of the welding conductive elements must be chosen so as to avoid stress concentrations after welding, smooth spherical or circular section shapes for a ring are preferred.
Le soudage par induction selon la présente invention confère une qualité de soudure accrue sans risque de fuite puisque la soudure 20 s'effectue le long de circuit fermé, et avec un risque de défaillance de soudure réduit, et du fait de la localisation précise et réduite de la zone de soudure, une durée de refroidissement également réduite par rapport à l'électro-fusion avec une bobine et fil de chauffe, la chaleur au point de fusion étant localisée autour des éléments conducteurs de soudage.The induction welding according to the present invention provides an increased quality of welding without risk of leakage since the welding 20 takes place along a closed circuit, and with a reduced risk of welding failure, and due to the precise and reduced location. from the welding area, a cooling time also reduced compared to electro-fusion with a coil and heating wire, the heat at the melting point being located around the conductive welding elements.
Un autre avantage du soudage par induction de la présente invention par rapport au soudage par électro-fusion est de pouvoir réaliser une soudure à distance, c'est-à-dire sans contact direct de la source d'énergie et des éléments de soudage, et de supprimer la contrainte de mise en œuvre de fils chauffants et positionnement des 30 connecteurs électriques des fils chauffants au niveau d'un des tubes, notamment un dit manchon tubulaire de jonction.^Another advantage of induction welding of the present invention compared to electro-fusion welding is to be able to perform welding at a distance, that is to say without direct contact with the power source and the welding elements, and to remove the constraint of implementing heating wires and positioning of the electrical connectors of the heating wires at the level of one of the tubes, in particular a said tubular junction sleeve.
Selon la présente invention on peut réaliser une fusion à plus de 100°C sur 1 à 3 mm d'épaisseur avec des éléments de soudage de 0.1 à 2 mm2 de section.According to the present invention, a fusion can be carried out at more than 100 ° C. over a thickness of 1 to 3 mm with welding elements of 0.1 to 2 mm 2 in cross section.
Ainsi, le soudage par induction peut être réalisé sur des épaisseurs de tubes à assembler inférieures à 5 mm voire jusqu'à 3 mm ce qui n'est pas possible par soudage par électro-fusion.Thus, induction welding can be carried out on thicknesses of tubes to be joined less than 5 mm or even up to 3 mm, which is not possible by electro-fusion welding.
Tous ces avantages du soudage par induction selon la présente invention permettent d'assurer une fiabilité maximale ainsi que des temps d'opération optimisés lors de la réalisation de la soudure ainsi que lors de son utilisation pour l'assemblage de tubes selon la présente invention.All these advantages of induction welding according to the present invention make it possible to ensure maximum reliability as well as optimized operating times during the production of the weld as well as during its use for the assembly of tubes according to the present invention.
La largeur de chaque zone de soudure ainsi réalisée par soudage par induction est en pratique de 1 à 5 mm, de préférence de 2 à 4 mm pour une section de 1 à 2 mm2. La zone soudée est la zone de contact | entre les tubes et les éléments conducteurs, elle dépend de la conductivité thermique du matériau et du temps de soudage. Bien entendu, si on multiplie les éléments conducteurs, on multiplie les soudures et donc la largeur totale soudée.The width of each weld zone thus produced by induction welding is in practice from 1 to 5 mm, preferably from 2 to 4 mm for a section of 1 to 2 mm2. The welded area is the contact area | between the tubes and the conductive elements, it depends on the thermal conductivity of the material and the welding time. Of course, if we multiply the conductive elements, we multiply the welds and therefore the total width welded.
Dans un mode de réalisation, on espace les zones de soudure d'un pas de translation de 1 à 10 mm, de préférence de 2 à 4 mm.In one embodiment, the weld zones are spaced with a translation pitch of 1 to 10 mm, preferably 2 to 4 mm.
Chaque anneau de soudage ou succession de billes de soudage réalise une double zone de fusion continue sur toute la circonférence formant une double barrière d'étanchéité de part et d'autre de l'anneau aux niveaux des surfaces de contact où les matériaux thermoplastiques 25 sont directement en contact l'un avec l'autre.Each welding ring or succession of welding balls creates a double continuous melting zone over the entire circumference forming a double sealing barrier on either side of the ring at the contact surfaces where the thermoplastic materials 25 are directly in contact with each other.
Plus particulièrement, les éléments conducteurs de soudage sont disposés dans au moins une rainure pré-usinée périphérique s'étendant en boucle fermée sur tout le périmètre de ladite interface, de préférence cîrculairement sur toute la circonférence d'une des deux surfaces de contact. ρζ iMore particularly, the welding conductive elements are arranged in at least one peripheral pre-machined groove extending in a closed loop around the entire perimeter of said interface, preferably circularly over the entire circumference of one of the two contact surfaces. ρζ i
Plus particulièrement, lesdites surfaces de contact de révolution desdits premier et deuxième tubes à souder se chevauchant sont de forme cylindrique ou tronconique de même axe que l'axe longitudinal XX' desdits tubes.More particularly, said contact surfaces of revolution of said first and second overlapping welding tubes are of cylindrical or frustoconical shape with the same axis as the longitudinal axis XX 'of said tubes.
Plus particulièrement, les matériaux thermoplastiques desdits tubes à assembler par soudage par induction sont par exemple du PE, PP, PVDF, ou PEHD.More particularly, the thermoplastic materials of said tubes to be assembled by induction welding are for example PE, PP, PVDF, or HDPE.
Dans un mode de réalisation, on réalise une pluralité de zones circulaires coaxiales côte à côte, de même diamètre sur desdites surfaces de contact cylindriques ou de diamètres croissants sur desdites i surfaces de contact tronconiques.In one embodiment, a plurality of coaxial circular zones is produced side by side, of the same diameter on said cylindrical contact surfaces or of increasing diameters on said i frustoconical contact surfaces.
En pratique également, la pluralité desdites zones de soudure s'étend sur une longueur dans la direction longitudinale axiale des surfaces de contact de 30 à 100 mm.In practice also, the plurality of said weld zones extends over a length in the axial longitudinal direction of the contact surfaces from 30 to 100 mm.
Dans un mode préféré de réalisation, on génère un champ électromagnétique au niveau de ladite interface à l'aide d'une bobine d'induction électromagnétique dans laquelle on met en œuvre des fréquences de courant supérieures à 1kHz.In a preferred embodiment, an electromagnetic field is generated at said interface using an electromagnetic induction coil in which current frequencies greater than 1 kHz are used.
Selon la présente invention, on génère un champ électromagnétique au niveau de ladite interface à l'aide d'une bobine d'induction électromagnétique disposée coaxialement à l'intérieur des deux tubes.According to the present invention, an electromagnetic field is generated at said interface using an electromagnetic induction coil arranged coaxially inside the two tubes.
En effet si on place la bobine à l'extérieur et autour de la conduite en acier, la fréquence doit être choisie en fonction de l'acier et de l'épaisseur de la conduite en acier de telle sorte que la profondeur caractéristique de pénétration du champ magnétique (aussi appelée épaisseur de peau) soit supérieure à l'épaisseur de la conduite en acier. Cette épaisseur delta est donnée par la formule suivante :Indeed if the coil is placed outside and around the steel pipe, the frequency must be chosen according to the steel and the thickness of the steel pipe so that the characteristic penetration depth of the magnetic field (also called skin thickness) is greater than the thickness of the steel pipe. This delta thickness is given by the following formula:
ίοίο
avec ω (oméga) la pulsation, μ (mu) la perméabilité magnétique du matériau de la conduite et σ (sigma) sa conductivité.with ω (omega) the pulsation, μ (mu) the magnetic permeability of the material of the pipe and σ (sigma) its conductivity.
Si la bobine est placée à l'extérieur de la conduite, comme dans WO 2012/051719, EP 2 452 805 et EP 2 886 285, les courants induits ne permettent pas le chauffage des matières thermoplastiques en contact à une température suffisante pour réaliser une soudure car la fusion d'un thermoplastique est typiquement supérieure à 100°C et le rendement de cette opération de chauffage des anneaux est extrêmement faible.If the coil is placed outside the pipe, as in WO 2012/051719, EP 2 452 805 and EP 2 886 285, the induced currents do not allow the heating of the thermoplastic materials in contact to a temperature sufficient to achieve a welding because the melting of a thermoplastic is typically greater than 100 ° C. and the efficiency of this heating operation of the rings is extremely low.
Selon la présente invention, l'étanchéité du soudage est garantie du fait que on réalise une pluralité de zones de soudures circulaires coaxiales côte à côte, d'une part et d'autre part, les éléments conducteurs de soudage, notamment chaque anneau de soudage ou succession de billes de soudage, réalisent pour chaque dite zone de soudage circulaire, une double zone de fusion continue sur toute la circonférence formant une double barrière d'étanchéité de part et d'autre de l'anneau aux niveaux des surfaces de contact où les matériaux thermoplastiques sont directement en contact l’un avec l’autre.According to the present invention, the sealing of the welding is guaranteed by the fact that a plurality of coaxial circular welding zones is produced side by side, on the one hand and on the other hand, the welding conductive elements, in particular each welding ring. or succession of welding balls, produce for each said circular welding zone, a double continuous melting zone over the entire circumference forming a double sealing barrier on either side of the ring at the level of the contact surfaces where the thermoplastic materials are in direct contact with each other.
Plus particulièrement, les deux tubes sont constitués par :More particularly, the two tubes consist of:
- un deuxième tube formé par un tube de chemisage interne de matériau thermoplastique d'un premier élément de conduite unitaire, une première extrémité du deuxième tube ne recouvrant pas une portion d'extrémité dudit premier élément unitaire de conduite, eta second tube formed by an inner lining tube of thermoplastic material of a first unitary pipe element, a first end of the second tube not covering an end portion of said first unitary pipe element, and
- un premier tube formé d'un manchon tubulaire de jonction rigide dont une première extrémité est disposée à l'intérieur dudit premier élément unitaire de conduite en acier au niveau de ladite portion d'extrémité dépourvue de dit chemisage interne, la deuxième extrémité dudit manchon tubulaire de jonction étant disposée ou destinée à être disposée à l'intérieur d'une extrémité dépourvue de dit chemisage interne d'un deuxième élément unitaire de conduite en acier dont le reste de la surface interne est recouverte d'un chemisage interne dit, ledit manchon tubulaire de jonction chevauchant ou étant destiné à chevaucher une zone de soudage métallique des extrémités bout à bout de deux éléments de conduites unitaires,a first tube formed by a tubular rigid junction sleeve, a first end of which is disposed inside said first unitary steel pipe element at the level of said end portion devoid of said internal lining, the second end of said sleeve tubular junction being disposed or intended to be disposed inside an end devoid of said internal lining of a second unitary steel pipe element the rest of the internal surface of which is covered with an internal lining said, said tubular junction sleeve overlapping or being intended to overlap a metal welding zone of the butt ends of two unitary pipe elements,
- ladite première extrémité du premier tube et ladite première extrémité du deuxième tube se chevauchant ou étant de forme tronconiques complémentaires aptes à être disposées bout à bout l'une contre l'autre pour former lesdites surfaces de contact.- Said first end of the first tube and said first end of the second tube overlapping or being of complementary frustoconical shape able to be placed end to end against one another to form said contact surfaces.
Selon d'autres caractéristiques de variante de réalisation:According to other characteristics of variant embodiment:
- ledit chemisage interne présente à au moins une extrémité une partie terminale d'épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur de la partie courante dudit chemisage, définissant une forme concave avec une surface interne formant une dite surface de contact de révolution, de préférence tronconique ou cylindrique, de diamètre interne plus grand que celui de la surface interne de la partie courante dudit chemisage, et- Said internal liner has at least one end an end portion of reduced thickness compared to the thickness of the current portion of said liner, defining a concave shape with an internal surface forming a said contact surface of revolution, preferably frustoconical or cylindrical, with an internal diameter larger than that of the internal surface of the current part of said liner, and
- ledit manchon présente à au moins une extrémité une partie terminale d'épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur de la partie courante adjacente dudit manchon, ladite partie terminale du manchon définissant une forme convexe apte à chevaucher et buter contre la partie terminale concave d'épaisseur réduite dudit chemisage avec laquelle elle est en contact, ladite partie terminale du manchon définissant une surface externe correspondant à une dite surface de contact de révolution, de préférence tronconique ou cylindrique, de diamètre externe inférieur à celui de la partie courante adjacente du manchon et une surface interne cylindrique sensiblement de même diamètre interne que celui des partie courante du chemisage et partie courante du manchon, et on réalise le soudage par induction de ladite surface interne de révolution constituant une dite surface de contact dudit chemisage et de ladite surface externe de révolution constituant une dite surface de contact dudit manchon.- Said sleeve has at least one end an end portion of reduced thickness compared to the thickness of the adjacent running portion of said sleeve, said end portion of the sleeve defining a convex shape capable of overlapping and abutting against the concave end portion d reduced thickness of said liner with which it is in contact, said end portion of the sleeve defining an external surface corresponding to a said contact surface of revolution, preferably frustoconical or cylindrical, with an external diameter less than that of the adjacent running part of the sleeve and a cylindrical internal surface substantially of the same internal diameter as that of the current part of the liner and current part of the sleeve, and there is carried out induction welding of said internal surface of revolution constituting a said contact surface of said liner and said external surface of revolution constituting said contact surface of said sleeve.
On comprend que de par leurs formes complémentaires, lesdites partie terminale du manchon et partie terminale d'épaisseur réduite du chemisage permettent l'insertion du manchon contre la surface interne de la partie terminale d'épaisseur réduite du chemisage par simple encastrement en force dudit manchon dans la direction longitudinale axiale XX' à l'intérieur dudit élément de conduite et la surface externe de ladite partie terminale d'épaisseur réduite de manchon en contact avec la surface interne de partie terminale d'épaisseur réduite de chemisage présentent une forme identique complémentaire et sont disposées l'une par rapport à l'autre pour épouser leur contour identique.It is understood that by their complementary shapes, said end portion of the sleeve and end portion of reduced liner thickness allow the insertion of the sleeve against the internal surface of the end portion of reduced thickness of the liner by simple force fitting of said sleeve in the axial longitudinal direction XX ′ inside said pipe element and the external surface of said end portion of reduced sleeve thickness in contact with the internal surface of end portion of reduced jacket thickness have an identical complementary shape and are arranged relative to each other to match their identical outline.
La présente invention fournit également un procédé de raccordement de deux éléments unitaires d'une conduite de transport de fluides, chaque élément unitaire de conduite étant réalisé en alliage métallique et étant recouvert d'un revêtement de chemisage interne réalisé dans un matériau thermoplastique à l'exception d'une portion d'extrémité dépourvue de revêtement interne, le procédé comprenant :The present invention also provides a method of connecting two unit elements of a fluid transport pipe, each unit pipe element being made of metal alloy and being covered with an internal lining coating made of a thermoplastic material. with the exception of an end portion without internal coating, the method comprising:
- une étape de soudage métallique des deux éléments unitaires de conduite mis bout à bout au niveau de leur portion d'extrémité dépourvue de revêtement de chemisage interne de sorte à former une zone de retrait du revêtement de chemisage interne ;a step of metallic welding of the two unitary pipe elements placed end to end at their end portion devoid of internal lining coating so as to form a zone for withdrawal of the internal lining coating;
- une étape de positionnement d'un manchon tubulaire à l'intérieur de la zone de retrait du revêtement interne et en partie autour du revêtement de chemisage interne des deux éléments unitaires de conduite, le manchon étant réalisé dans un matériau thermoplastique ; eta step of positioning a tubular sleeve inside the zone of withdrawal of the internal lining and partly around the lining of the internal lining of the two unitary pipe elements, the sleeve being made of a thermoplastic material; and
- une étape de fixation étanche par soudage par induction du manchon sur le revêtement de chemisage interne des deux éléments unitaires de conduite par une méthode d'assemblage par soudage par induction selon l'invention définie ci-dessus.a step of tight fixing by induction welding of the sleeve to the lining of the internal lining of the two unitary pipe elements by a method of assembly by induction welding according to the invention defined above.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée qui va suivre, en référence aux figures suivantes.Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent in the light of the detailed description which follows, with reference to the following figures.
La figure IA est une représentation schématique en coupe longitudinale de deux tubes coaxiaux 1,2 assemblés bout à bout à leurs extrémités présentant des surfaces tronconiques complémentaires superposées assemblés par soudage par induction à l'aide d'une pluralité d'anneaux de soudage 4 côte à côte disposés à leur interface 3.Figure IA is a schematic representation in longitudinal section of two coaxial tubes 1,2 assembled end to end at their ends having complementary frustoconical surfaces superimposed assembled by induction welding using a plurality of welding rings 4 side side by side arranged at their interface 3.
La figure IB est une représentation schématique en coupe longitudinale de deux tubes coaxiaux 1,2 se chevauchant à leurs extrémités superposées assemblées par soudage par induction à l'aide d'une pluralité d'anneaux de soudage 4 côte à côte disposés à leur interface 3.FIG. 1B is a schematic representation in longitudinal section of two coaxial tubes 1,2 overlapping at their superimposed ends assembled by induction welding using a plurality of welding rings 4 side by side arranged at their interface 3 .
La figure 2 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un manchon tubulaire interne de jonction 1 entre deux éléments de conduite ou longueurs unitaires de conduites 10-1,10-2 revêtus d'un chemisage interne 2 avec des parties terminales tronconiques de manchon et chemisage bout à bout assemblés par soudage par induction à l'aide d'une pluralité d'anneaux de soudage 4 côte à côte disposés à leur interface 3 et une bobine d'induction 5 à l'intérieur de la conduite.FIG. 2 is a schematic representation in longitudinal section of an internal tubular junction sleeve 1 between two pipe elements or unit lengths of pipes 10-1,10-2 coated with an internal liner 2 with frustoconical sleeve end portions and butt lining assembled by induction welding using a plurality of welding rings 4 side by side arranged at their interface 3 and an induction coil 5 inside the pipe.
La figure 3A est une coupe en vue de côté de l'assemblage d'une conduite selon la figure 2 détaillant un mode de réalisation du manchon tubulaire interne de jonction entre deux éléments de conduitel.FIG. 3A is a sectional side view of the assembly of a pipe according to FIG. 2 detailing an embodiment of the internal tubular sleeve for joining between two pipe elements.
La figure 3B est une coupe en vue de côté d'une conduite en acier 10 équipée d'un chemisage interne 2 usiné selon un cylindre femelle d'axe XX' de rayon interne R et recevant un manchon tubulaire selon un autre mode de réalisation présentant deux extrémités usinées selon un cylindre mâle d'axe XX' de rayon externe sensiblement identique R ou légèrement supérieur.FIG. 3B is a sectional side view of a steel pipe 10 fitted with an internal lining 2 machined according to a female cylinder of axis XX ′ with internal radius R and receiving a tubular sleeve according to another embodiment having two ends machined according to a male cylinder of axis XX 'of substantially identical external radius R or slightly greater.
On entend ici par « interne » et « externe », interne et respectivement externe à la conduite, au manchon ou au chemisage selon les cas.The term “internal” and “external” is understood here to be internal and respectively external to the pipe, to the sleeve or to the lining, as the case may be.
Sur les figures IA et IB, on a représenté les éléments de soudage à section circulaire 4 disposés à l'interface 3 entre les deux surfaces de contact assemblées par soudage par induction de deux tubes en matière thermoplastiques 1 et 2. Ces éléments conducteurs de soudage 4 peuvent être soit des anneaux en acier dont l'axe de révolution est celui des tubes, à savoir ici 3 anneaux, soit des pluralités de billes disposées circulairement à proximité les unes des autres formant ici 3 zones de soudure circulaires disposées côte à côte dans la direction axiale XX' dans les deux cas.FIGS. IA and IB show the circular section welding elements 4 arranged at the interface 3 between the two contact surfaces assembled by induction welding of two tubes of thermoplastic material 1 and 2. These welding conductive elements 4 can be either steel rings whose axis of revolution is that of the tubes, namely here 3 rings, or pluralities of balls arranged circularly close to each other here forming 3 circular welding zones arranged side by side in the axial direction XX 'in both cases.
Ces éléments conducteurs de soudage peuvent avoir été préinstallés dans des rainures usinées indifféremment sur l'une des deux surfaces à souder. L'élément conducteur 4 est d'épaisseur relativement faible par rapport à l'épaisseur des tubes lesquels peuvent être usinés en surface pour former une rainure faisant la circonférence du tube, de préférence d'une profondeur laissant l'élément de soudage 4 dépasser de la surface de contact.These welding conductive elements may have been preinstalled in grooves machined either on one of the two surfaces to be welded. The conductive element 4 is of relatively small thickness compared to the thickness of the tubes which can be machined on the surface to form a groove forming the circumference of the tube, preferably of a depth allowing the welding element 4 to protrude the contact surface.
Si l'anneau de soudage conducteur présente un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube, on peut l'insérer à l'intérieur du tube 1 puis l'appliquer sur une dite surface de contact interne d'un tube en matière thermoplastique rigide (figure IB) par déformation en extension radiale dans la rainure préalablement usinée. Une fois déformé l'anneau 4 prend une forme circulaire et est parfaitement inséré à l'intérieur de la rainure. Cette déformation peut être effectuée en positionnant à l'intérieur de l'anneau un élément gonflable, type ballon silicone, et en le gonflant, χIf the conductive welding ring has an outside diameter slightly smaller than the inside diameter of the tube, it can be inserted inside the tube 1 and then applied to a so-called internal contact surface of a tube made of rigid thermoplastic material (Figure IB) by deformation in radial extension in the previously machined groove. Once deformed, the ring 4 takes a circular shape and is perfectly inserted inside the groove. This deformation can be carried out by positioning an inflatable element, such as a silicone balloon, inside the ring and inflating it, χ
On peut alternativement appliquer l'anneau de soudage sur la surface externe d'un tube 1 (figure IA) en déformant le tube à l'aide d'une filière pour diminuer temporairement son diamètre externe, afin d'insérer l'anneau de soudage au niveau d'une rainure préalablement usinée et faisant la circonférence du tube. Une autre filière peut être ensuite utilisée pour rétablir le tube à son diamètre externe initial.Alternatively, the welding ring can be applied to the external surface of a tube 1 (FIG. 1A) by deforming the tube using a die to temporarily decrease its external diameter, in order to insert the welding ring at the level of a previously machined groove forming the circumference of the tube. Another path can then be used to restore the tube to its original outer diameter.
Alternativement encore, on peut mettre en œuvre un anneau fendu (à la manière d'un segment de piston) avec une zone de chevauchement telle qu'elle autorise une extension radiale pour la mise en place de l'anneau dans la rainure de plus grand diamètre avant de se rétracter élastiquement avec un chevauchement moindre. Alternativement encore, on peut mettre en œuvre un segment inséré à l'intérieur du tube, dans la rainure de plus petit diamètre en réalisant une réduction radiale du segment avec un plus grand chevauchement.Alternatively still, it is possible to use a split ring (in the manner of a piston ring) with an overlapping zone such that it allows a radial extension for the positioning of the ring in the larger groove. diameter before retracting elastically with less overlap. Alternatively still, it is possible to implement a segment inserted inside the tube, in the groove of smaller diameter by carrying out a radial reduction of the segment with greater overlap.
Dans le cas de mise en œuvre de billes en acier comme éléments de soudage, on peut réaliser l'insertion des billes par compression à l'intérieur de la rainure sur une des dites surfaces de contact.In the case of using steel balls as welding elements, the balls can be inserted by compression inside the groove on one of said contact surfaces.
On décrit ci-après l'assemblage d'un manchon interne et d'un chemisage interne (ou liner) de conduite.The assembly of an internal sleeve and an internal pipe lining (or liner) is described below.
Sur les figures 2 et 3A-3B, on a représenté un premier mode de réalisation dans lequel on réalise le soudage des extrémités d'un manchon tubulaire de jonction 1 à l'intérieur d'une conduite 10 avec les extrémités d'un chemisage interne de la conduite.In FIGS. 2 and 3A-3B, a first embodiment is shown in which the ends of a tubular junction sleeve 1 inside a pipe 10 are welded with the ends of an internal liner of driving.
Pour ce mode de réalisation on place une bobine d'induction 5 avec son noyau et ses spires disposés coaxialement à l'intérieur de la conduite de manière à créer un champ magnétique au niveau de l'interface 3 des surfaces de contact 1-1 et 2-2 du manchon et du chemisage en matière thermoplastique.For this embodiment, an induction coil 5 is placed with its core and its coils arranged coaxially inside the pipe so as to create a magnetic field at the interface 3 of the contact surfaces 1-1 and 2-2 of the sleeve and the liner in thermoplastic material.
Sur la figure 3A, on a représenté une conduite 10 comprenant au moins 2 éléments de conduite 10-1, 10-2 à chemisage interne 2 en polyéthylène ou polypropylène d'axe XX' assemblés bout à bout, dans^ laquelle les extrémités des deux éléments de conduite sont soudées 11 l'une à l'autre. Chaque élément de conduite présente à chaque extrémité une partie terminale conique 2a de demi-angle au sommet a de 5 à 15°, notamment 10°, donc d'épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur de la partie courante 2b dudit chemisage, définissant une forme concave avec une surface interne tronconique de révolution comprenant une surface de contact 2-1 de diamètre interne plus grand que celui de la partie courante 2b dudit chemisage et se terminant à une certaine distance L1 de chaque extrémité dudit élément de conduite formant ainsi une partie terminale 12 dépourvue de revêtement interne.FIG. 3A shows a pipe 10 comprising at least 2 pipe elements 10-1, 10-2 with internal lining 2 made of polyethylene or polypropylene of axis XX 'assembled end to end, in which the ends of the two pipe elements are welded 11 to each other. Each pipe element has at each end a conical end part 2a with a half-angle at the top a of 5 to 15 °, in particular 10 °, therefore of reduced thickness compared to the thickness of the current part 2b of said liner, defining a concave shape with a frustoconical internal surface of revolution comprising a contact surface 2-1 with an internal diameter larger than that of the main part 2b of said liner and ending at a certain distance L1 from each end of said pipe element thus forming a end part 12 without internal coating.
Un manchon tubulaire de jonction 1 rigide en matériau thermoplastique, de préférence identique au matériau thermoplastique du chemisage interne 2, d'axe XX' coïncidant sensiblement avec l'axe des éléments de conduite 10-1, 10-2, de même diamètre externe, juste légèrement inférieur au diamètre interne de la conduite, est inséré à l'intérieur de chacune des extrémités bout à bout des deux éléments de conduite, de manière à chevaucher lesdites parties terminales 2a des deux chemisages. Ledit manchon 1 présente à chaque extrémité longitudinale une partie terminale la définissant une forme conique convexe apte à chevaucher la partie terminale dudit chemisage 2a avec laquelle elle est en contact. Ladite partie terminale la du manchon définit une surface externe tronconique 1-1 de même angle au sommet a que ladite surface interne tronconique de ladite partie terminale concave dudit chemisage. Les parties terminales du manchon de forme conique définissent une surface interne 1-2 cylindrique sensiblement de même diamètre interne que celui desdites partie courante 2b du chemisage.A rigid tubular junction sleeve 1 made of thermoplastic material, preferably identical to the thermoplastic material of the internal lining 2, of axis XX ′ substantially coinciding with the axis of the pipe elements 10-1, 10-2, of the same external diameter, just slightly smaller than the internal diameter of the pipe, is inserted inside each of the end to end of the two pipe elements, so as to overlap said end portions 2a of the two linings. Said sleeve 1 has at each longitudinal end an end portion defining it a convex conical shape capable of overlapping the end portion of said liner 2a with which it is in contact. Said end portion 1a of the sleeve defines a frustoconical outer surface 1-1 of the same angle at the apex a as said frustoconical inner surface of said concave end portion of said liner. The end portions of the conical sleeve define an internal cylindrical surface 1-2 substantially of the same internal diameter as that of said running part 2b of the liner.
Sur la figure 3A, le manchon présente dans une partie centrale le, c'est-à-dire environ à mi- longueur dans sa direction longitudinale axiale XX', un diamètre externe réduit inférieur aux diamètres externes de ses parties courantes 1b adjacentes à ladite partie centrale le de manière à ménager un espace annulaire 12', et où l'on peut placer une pièce annulaire 13 de protection thermique du manchon lors du soudage des^ extrémités des éléments de conduite, lesdites parties courantes lb du manchon présentant un diamètre externe sensiblement identique au diamètre interne des extrémités non recouvertes dudit chemisage des éléments de conduite assemblées.In FIG. 3A, the sleeve has in a central part it, that is to say approximately at mid-length in its axial longitudinal direction XX ′, an outer diameter reduced smaller than the outer diameters of its running parts 1b adjacent to said central part the so as to provide an annular space 12 ′, and where an annular piece 13 of thermal protection of the sleeve can be placed during the welding of the ends of the pipe elements, said current parts lb of the sleeve having an external diameter substantially identical to the internal diameter of the uncovered ends of said lining of the assembled pipe elements.
On entend ici par « partie courante du manchon », la partie centrale du manchon située entre les deux parties terminales aux deux extrémités longitudinales du manchon.The term “current part of the sleeve” is understood here to mean the central part of the sleeve situated between the two end parts at the two longitudinal ends of the sleeve.
La paroi tubulaire dudit manchon présente une partie centrale le apte à se déformer pour adopter un diamètre interne sensiblement identique au diamètre interne du reste du manchon sous l'effet d'une pression interne du fluide circulant à l'intérieur de la conduite en opération d'au moins 1 MPa, et la pièce de protection thermique 13 est d'épaisseur faible et peut être elle-même aussi déformable dans les mêmes conditions de pression interne à l'intérieur de la conduite pour adopter une épaisseur réduite, de préférence une épaisseur inférieure à 5mm, de préférence encore inférieure à 2mm, ladite pièce de protection thermique étant de préférence encore constituée de fibres de céramique sous une forme similaire à du coton hydrophile.The tubular wall of said sleeve has a central part capable of deforming to adopt an internal diameter substantially identical to the internal diameter of the rest of the sleeve under the effect of an internal pressure of the fluid circulating inside the pipe in operation d '' at least 1 MPa, and the thermal protection part 13 is of low thickness and can itself be also deformable under the same conditions of internal pressure inside the pipe to adopt a reduced thickness, preferably a thickness less than 5mm, more preferably less than 2mm, said thermal protection part preferably further consisting of ceramic fibers in a form similar to cotton wool.
Sur la figure 3B, lesdites surface interne de la partie terminale d'épaisseur réduite 2a du chemisage et surface externe de la partie terminale d'épaisseur réduite la du manchon, en contact l'une contre l'autre sont de même forme cylindrique de même axe XX' que les dit manchon et dite conduite, l'extrémité de la partie terminale d'épaisseur réduite du manchon venant buter contre un épaulement 2e délimitant les surfaces internes desdites partie courante 2b et partie terminale d'épaisseur réduite 2a du chemisage.In FIG. 3B, said internal surface of the reduced thickness end portion 2a of the liner and external surface of the reduced thickness end portion 1a of the sleeve, in contact with one another are of the same cylindrical shape as well axis XX 'that said sleeve and said pipe, the end of the terminal portion of reduced thickness of the sleeve abutting against a shoulder 2e defining the internal surfaces of said main portion 2b and terminal portion of reduced thickness 2a of the liner.
Dans ce mode de réalisation à surfaces de contact cylindriques 11 et 2-1, ledit manchon est inséré contre ta partie terminale d'épaisseur réduite 2a du chemisage jusqu'à ce que l'extrémité 2f du chemisage vienne buter contre un épaulement le délimitant ladite partie courante lb du manchon et ladite partie terminale de plus faible épaisseur la du manchon, et/ou ledit manchon est inséré contre la partie terminale^ d'épaisseur réduite 2a du chemisage jusqu'à ce que l'extrémité lf du manchon vienne buter contre l'épaulement 2e délimitant la partie courante 2b et ladite partie terminale 2a d'épaisseur réduite du chemisage.In this embodiment with cylindrical contact surfaces 11 and 2-1, said sleeve is inserted against the reduced thickness end portion 2a of the liner until the end 2f of the liner comes up against a shoulder delimiting said liner current portion lb of the sleeve and said thinner end portion la of the sleeve, and / or said sleeve is inserted against the end portion ^ of reduced thickness 2a of the liner until the end lf of the sleeve abuts against the shoulder 2e delimiting the main part 2b and said end part 2a of reduced thickness of the lining.
Sur la figure 3B on a effectué de manière similaire un usinage cylindrique d'axe X'X et de rayon R sur une longueur L2 et à une distance L1 de l'extrémité de ladite conduite pour dégager une partie terminale 12 dépourvue de revêtement.In FIG. 3B, cylindrical machining of axis X′X and radius R has been carried out in a similar manner over a length L2 and at a distance L1 from the end of said pipe in order to release an end portion 12 without coating.
Ainsi, plusieurs modes d'assemblage entre les chemises internes et les manchons tubulaires de jonction sont possibles et présentent chacun un avantage vis-à-vis de l'épaisseur du chemisage interne 2. La valeur de l'angle a entre l'axe XX' et la génératrice de la surface de la partie terminale la du manchon en contact avec la partie terminale 2a de la chemise peut varier de 0 à 90°. Pour les modes de réalisation des figures 3A et 3B, montrant une partie terminale la de forme convexe conique, la surface externe conique présente un demi-angle au sommet a compris entre 0 (figure 3B) et 90° (forme dite frontale non représentée).Thus, several modes of assembly between the internal liners and the tubular junction sleeves are possible and each have an advantage with respect to the thickness of the internal lining 2. The value of the angle a between the axis XX 'and the generatrix of the surface of the terminal part 1a of the sleeve in contact with the terminal part 2a of the jacket can vary from 0 to 90 °. For the embodiments of FIGS. 3A and 3B, showing an end portion 1a of conical convex shape, the conical external surface has a half-angle at the apex comprised between 0 (FIG. 3B) and 90 ° (so-called frontal shape not shown) .
Dans le cas de chemises de faible épaisseur, le mode préféré est celui d'un chevauchement avec un manchon d'épaisseur constante et diamètre constant, par exemple 3 à 5mm. Pour les épaisseurs supérieur à 5mm, par exemple 6 à 20mm, on utilisera avantageusement le mode conique (figure 3A) ou cylindrique avec un manchon à épaisseur non constante aux extrémités (figure 3B). Pour le mode conique, un angle a compris entre 5° et 45°, de préférence 10° permet lors de la mise en pression de ne pas créer de rupture de pente. Pour les moyennes épaisseurs, on utilisera avantageusement le mode cylindrique de la figure 3B. Pour les fortes épaisseurs, par exemple supérieure à 20mm, on utilisera avantageusement le mode frontal de la section droite avec des anneaux concentriques (non représenté).In the case of thin shirts, the preferred mode is that of an overlap with a sleeve of constant thickness and constant diameter, for example 3 to 5 mm. For thicknesses greater than 5mm, for example 6 to 20mm, it is advantageous to use the conical (FIG. 3A) or cylindrical mode with a sleeve of non-constant thickness at the ends (FIG. 3B). For the conical mode, an angle a of between 5 ° and 45 °, preferably 10 ° allows during the pressurization not to create a slope break. For medium thicknesses, the cylindrical mode of FIG. 3B will advantageously be used. For large thicknesses, for example greater than 20mm, the frontal mode of the straight section will be advantageously used with concentric rings (not shown).
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des zones de soudure circulaires au niveau de i'interface 3 entre les surfaces de^ contact 1-1 et 2-1 de parfaite qualité et extrêmement résistante avec une ligne de soudure de part et d'autre de chaque élément 4, sur une profondeur et une largeur inférieur à 5 mm permettant de souder des épaisseurs de tubes jusqu'à 25 mm d'épaisseur (non limitatif), et plus particulièrement de 5 à 25mm d'épaisseur. On peut ainsi réaliser plusieurs zones de soudure circulaires s'étendant dans la direction axiale par l'intermédiaire d'une pluralité de cercles côte à côte, espacés tous les 5 mm par exemple, et ensemble s'étendant sur une distance de 20 à 100 mm dans la direction de XX'.The method according to the invention makes it possible to obtain circular weld zones at the interface 3 between the contact surfaces 1-1 and 2-1 of perfect quality and extremely resistant with a weld line on either side. 'other of each element 4, to a depth and a width of less than 5 mm allowing to weld tube thicknesses up to 25 mm thick (not limiting), and more particularly from 5 to 25 mm thick. It is thus possible to produce several circular weld zones extending in the axial direction by means of a plurality of circles side by side, spaced every 5 mm for example, and together extending over a distance of 20 to 100 mm in the direction of XX '.
Dans un autre mode de réalisation, notamment dans le cas de chemisage interne où liner et ledit manchon sont de plus faible épaisseur, notamment inférieure à 5mm, on met en œuvre :In another embodiment, in particular in the case of internal lining where the liner and the said sleeve are thinner, in particular less than 5 mm, the following is implemented:
- un dit chemisage interne présentant à au moins une extrémité une partie terminale de même épaisseur que l'épaisseur de la partie courante dudit chemisage, définissant une surface interne cylindrique correspondant à une dite surface de contact, de même diamètre interne que celui de la surface interne de la partie courante dudit chemisage, et- Said internal liner having at least one end an end portion of the same thickness as the thickness of the current portion of said liner, defining a cylindrical internal surface corresponding to a said contact surface, of the same internal diameter as that of the surface internal of the current part of said liner, and
- ledit manchon présente à au moins une extrémité une partie terminale de même épaisseur que l'épaisseur de la partie courante adjacente dudit manchon, ladite partie terminale du manchon définissant :said sleeve has at least one end an end part of the same thickness as the thickness of the adjacent running part of said sleeve, said end part of the sleeve defining:
- une surface externe cylindrique correspondant à une dite surface de contact de révolution, de diamètre externe sensiblement identique ou légèrement supérieur (manchon inséré en force) à celui de la surface interne dudit chemisage eta cylindrical external surface corresponding to a so-called revolution contact surface, of external diameter substantially identical to or slightly greater (sleeve inserted in force) than that of the internal surface of said liner, and
- une surface interne cylindrique de diamètre interne inférieur à celui de la surface interne dudit chemisage,a cylindrical internal surface with an internal diameter smaller than that of the internal surface of said liner,
- ladite partie terminale du manchon étant ainsi apte à chevaucher de manière superposée la partie terminale dudit chemisage avec laquelle elle est en contact, et /χ- Said end portion of the sleeve thus being able to overlap in a superimposed manner the end portion of said liner with which it is in contact, and / χ
- on réalise le soudage par induction de ladite surface interne cylindrique constituant une dite surface de contact dudit chemisage et de ladite surface externe cylindrique constituant une dite surface de contact dudit manchon.- Is carried out by induction welding of said cylindrical internal surface constituting said contact surface of said liner and said cylindrical external surface constituting said contact surface of said sleeve.
Un tel mode de réalisation est doublement avantageux :Such an embodiment is doubly advantageous:
a) tout d'abord, dans ce mode de réalisation, la mise en place du tube de chemisage est plus aisée car :a) first of all, in this embodiment, the fitting of the lining tube is easier because:
- du fait de la faible épaisseur du chemisage et surtout du poids plus léger de l'ensemble, la traction requise sur le tube de chemisage pour son étirement lors de sa pose est réduite, et- due to the small thickness of the lining and above all the lighter weight of the assembly, the traction required on the lining tube for its stretching during its installation is reduced, and
- du fait de la faible épaisseur du manchon, lesdites surfaces de contact cylindriques desdits chemisage interne et dit manchon à souder se chevauchant peuvent être superposées sans requérir d'usinage du chemisage interne, et- because of the small thickness of the sleeve, said cylindrical contact surfaces of said internal lining and said overlapping weld sleeve can be superimposed without requiring machining of the internal lining, and
b) en second lieu, en cas de superposition des parties terminales du manchon et du chemisage, le différentiel de diamètre interne entre la surface interne dudit chemisage et celle dudit manchon est suffisamment faible pour ne plus perturber l'écoulement du fluide dans la conduite.b) secondly, if the end portions of the sleeve and the lining are superimposed, the difference in internal diameter between the internal surface of said lining and that of said sleeve is sufficiently small to no longer disturb the flow of the fluid in the pipe.
L'épaisseur requise du chemisage interne est principalement une conséquence de la longueur de la conduite dans laquelle on l'applique par étirement plastique compte tenu du risque de le déchirer ou de l'étirer irréversiblement.The required thickness of the internal lining is mainly a consequence of the length of the pipe in which it is applied by plastic stretching, given the risk of tearing it or stretching it irreversibly.
Un tel mode de réalisation avec des chemisages internes de faible épaisseur inférieure à 5 mm est possible pour des longueurs de conduites sur des éléments unitaires de conduite ou des rames de moins de 100 m, voire moins de 50 m pour des épaisseurs jusqu'à 3 mm.Such an embodiment with internal liners of small thickness less than 5 mm is possible for lengths of pipe on individual pipe elements or trains of less than 100 m, or even less than 50 m for thicknesses up to 3 mm.
D'autre part, un tel mode de réalisation sur des épaisseurs de chemisage interne et manchon inférieure à 5 mm n'est pas réalisable en^ cas de soudage par électro-fusion du fait que pour l'électro-fusion le manchon doit être traversé par le fil chauffant pour rejoindre sa surface externe lequel fil chauffant provoquerait alors la fusion du manchon sur toute son épaisseur.On the other hand, such an embodiment on thicknesses of internal lining and sleeve less than 5 mm is not feasible in the case of welding by electro-fusion, since for electro-fusion the sleeve must be crossed. by the heating wire to reach its outer surface, which heating wire would then cause the sleeve to melt over its entire thickness.
Le mode de réalisation avec une zone de soudure par induction est avantageux en ce qu'il permet d'assurer une étanchéité plus complète et plus fiable de la surface de contact entre lesdites parties terminales du manchon et du chemisage afin d'éviter tout risque de contact de soudure métallique avec l'eau des conduites lorsque ladite conduite véhicule de l'eau et ainsi éviter tout risque d'envahissement de la zone située entre la surface externe du manchon et la surface interne desdits éléments de conduite, ce qui ne manquerait pas de créer un rétrécissement du diamètre interne du manchon, c'est-à-dire de la section de passage du fluide, et donc des perturbations dans l'écoulement du fluide à l'intérieur du manchon, sans compter le risque de contact de ladite soudure avec l'eau, lorsque ladite conduite véhicule de l'eau.The embodiment with an induction weld zone is advantageous in that it ensures a more complete and more reliable seal of the contact surface between said end portions of the sleeve and of the liner in order to avoid any risk of metallic weld contact with the water in the pipes when said pipe conveys water and thus avoid any risk of invasion of the area situated between the external surface of the sleeve and the internal surface of said pipe elements, which would not be lacking create a narrowing of the internal diameter of the sleeve, that is to say of the fluid passage section, and therefore disturbances in the flow of the fluid inside the sleeve, without taking into account the risk of contact of said welding with water, when said pipe conveys water.
Plus particulièrement, la conduite à réaliser est une conduite de liaison soit reposant sur le fond de la mer, soit une liaison fond/surface apte à être posée en milieu sous-marin, et lesdits éléments de conduite ont une longueur de 20 à 50 m, de diamètre interne de 10 à 60cm et ledit manchon présente une longueur de 45 à 600cm. Il s'agit plus particulièrement de conduite d'injection d'eau sous pression dans des puits de champs pétroliers, laquelle pression est toujours supérieure à 5MPa et plus particulièrement de 25 à 70 MPa (250 à 700 bars). Ce type de conduite comme rappelé ci-dessus est particulièrement sollicitée au niveau desdites soudures métalliques de sorte que celles-ci doivent être protégées au maximum de toute corrosion par contact avec l'eau de mer, surtout dans le cas de liaisons fond-surface, car dans ce cas la conduite est perpétuellement en mouvement en raison des effets de la houle du vent et du courant s'exerçant sur le support flottant en surface et de ce fait soumise à des contraintes de fatigue extrêmes. De plus, les propriétés du fluide véhiculé, peuvent amener à devoir inclure une surépaisseur d'acier sacrificiel important, ayant un impact fort sur l'installation de ces conduites. La mise en place d'un chemisage en plastique permet de supprimer ce besoin.More particularly, the pipe to be produced is a connecting pipe either resting on the sea bottom, or a bottom / surface connection capable of being laid in an underwater environment, and said pipe elements have a length of 20 to 50 m. , with an internal diameter of 10 to 60 cm and said sleeve has a length of 45 to 600 cm. It is more particularly a pipe for injecting pressurized water into oil field wells, which pressure is always greater than 5 MPa and more particularly from 25 to 70 MPa (250 to 700 bars). This type of pipe as recalled above is particularly stressed at the level of said metal welds so that these must be protected as much as possible from any corrosion by contact with sea water, especially in the case of bottom-surface connections, because in this case the pipe is in perpetual motion due to the effects of the swell of the wind and the current exerted on the floating support on the surface and therefore subject to extreme fatigue stresses. In addition, the properties of the fluid conveyed, may lead to having to include an excess thickness of significant sacrificial steel, having a strong impact on the installation of these pipes. Placing a plastic jacket eliminates this need.
Le soudage par induction consiste à souder directement ie manchon 1 sur le revêtement interne 2 à l'aide d'un ou plusieurs éléments conducteurs 4 intégrées dans le manchon dès la fabrication de celui-ci comme décrit précédemment, le manchon étant réalisé dans un matériau thermoplastique qui est compatible thermochimiquement avec le matériau thermoplastique des revêtements isolant externes.Induction welding consists in directly welding the sleeve 1 to the internal coating 2 using one or more conductive elements 4 integrated in the sleeve as soon as it is manufactured as described above, the sleeve being made of a material thermoplastic which is thermochemically compatible with the thermoplastic material of external insulating coatings.
Ainsi, le manchon 1 intègre sur sa surface interne, et au niveau de chacune de ses deux extrémités longitudinales, une pluralité d'anneaux ou billes en acier 4 dans des rainures et dépassant de cellesci pour venir en contact avec les portions du revêtement 2 recouvertes par ledit manchon.Thus, the sleeve 1 integrates on its internal surface, and at each of its two longitudinal ends, a plurality of steel rings or balls 4 in grooves and protruding therefrom to come into contact with the portions of the coating 2 covered by said sleeve.
Au cours de l'étape de soudage proprement dite, ces éléments conducteurs 4 sont chauffés par induction à l'aide de la bobine d'induction 5 pour provoquer une fusion en surface du matériau constitutif du manchon apte à assurer une fixation étanche du manchon sur le revêtement isolant externe au niveau de leur interface 3. Plus précisément, la dissipation par effet Joule de la puissance électrique fournie aux éléments conducteurs 4 a pour effet de provoquer une fusion de la surface intérieure du matériau constitutif du manchon. Le mélange intime du matériau du manchon et du matériau des revêtements internes des tubes permet d'assurer une cohésion et une étanchéité parfaites entre le manchon et ces revêtements internes.During the actual welding step, these conductive elements 4 are heated by induction using the induction coil 5 to cause a fusion on the surface of the material constituting the sleeve capable of ensuring a tight fixing of the sleeve on the external insulating coating at their interface 3. More specifically, the dissipation by the Joule effect of the electric power supplied to the conductive elements 4 has the effect of causing a fusion of the internal surface of the material constituting the sleeve. The intimate mixture of the material of the sleeve and the material of the internal coatings of the tubes makes it possible to ensure perfect cohesion and sealing between the sleeve and these internal coatings.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1660718 | 2016-11-04 |
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| OA19065A true OA19065A (en) | 2019-12-27 |
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