WO2020208040A1 - Method for manufacturing an armouring wire of a flexible fluid transport line, and armouring wire and flexible line derived from such a method - Google Patents

Method for manufacturing an armouring wire of a flexible fluid transport line, and armouring wire and flexible line derived from such a method Download PDF

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WO2020208040A1
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section
manufacturing
wire
metal
welding
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PCT/EP2020/059930
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French (fr)
Inventor
Christophe HACQUARD
Alain Droues
Thomas Masse
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Technip France
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    • C21D9/50Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
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    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a wire armor of a metallic layer of mechanical reinforcement of a flexible fluid transport line intended to be immersed in a body of water, comprising the following steps:
  • a metal wire comprising at least a first section and a second section, the first section and the second section being interconnected at their ends by a weld, and
  • the line is including a flexible pipe as described in normative documents published by the American Petroleum Institute (API) API 17J "Specification for Unbonded Flexible Pipe” 4th Edition May 2014 and API RP 17B “Recommended Practice for Flexible Pipe »5th Edition in May 2014.
  • the flexible pipe is preferably unbonded type (" unbonded "in English).
  • Flexible conduits consist of an assembly of flexible sections or a single flexible section.
  • Flexible pipes generally have a protective outer sheath defining an interior volume and at least one impermeable inner sheath disposed inside the interior volume.
  • This internal sheath is, for example, a pressure sheath delimiting a passage for the circulation of a fluid.
  • the flexible pipe comprises an intermediate sheath disposed between the pressure sheath and the outer sheath.
  • the fluid circulating in the pipe is, in particular, a hydrocarbon comprising corrosive gases such as carbon dioxide and hydrogen sulfide.
  • mechanical reinforcement layers such as armor layers of resistance to radial compressive forces and / or to longitudinal tensile forces formed by layers of generally metallic wires are arranged in the annular space between the internal sheath and the outer sheath, to ensure good mechanical resistance to the flexible line.
  • the length of the line is very great, in particular in the case of lines adapted for great depths.
  • the wires of shorter length are joined together by arc welding caused by the passage of electric current between an electrode and the wires, also referred to by its acronym ERW for “Electrical Resistance Welding” or “electric resistance welding” .
  • This welding method involves soldering the ends of metal wires together using a strong electric current, typically with an intensity greater than 5,000 amps, to obtain the armor wire. Primarily during the welding step, the wire ends are held in contact with each other by the application of mechanical pressure.
  • the resistance welding technique used is forging welding.
  • Armor yarns are often subjected to a corrosive environment, also called “sour environment conditions”, due to the permeation through the sheath of acid gases from the fluids transported, such as for example hydrogen sulfide (FI2S) and carbon dioxide (CO2).
  • a corrosive environment also called “sour environment conditions”
  • acid gases such as for example hydrogen sulfide (FI2S) and carbon dioxide (CO2).
  • An object of the invention is to obtain an armor thread having improved resistance to tensile and / or pressure stresses in a corrosive atmosphere compatible with the pressure, temperature and pH conditions present in a flexible transport line. of fluid intended to be immersed in a body of water, the armor wire remaining inexpensive and easy to manufacture.
  • the invention relates to a method of the aforementioned type, characterized in that it comprises, before the thermal annealing, a heat pre-treatment step of at least part of the weld, the pre-heat treatment step.
  • heat treatment being a reflow step or an austenitization step.
  • the process according to the invention may include one or more of the following characteristics, taken alone or in any technically possible combination:
  • the heat pre-treatment step is a reflow step during which the solder is melted at least partially;
  • the solder is melted to an internal thickness greater than or equal to 300 ⁇ m;
  • the reflow step is carried out over the entire periphery of the solder
  • the reflow step is carried out at a temperature greater than or equal to 1500 ° C;
  • the reflow step has a duration of less than or equal to five minutes, and preferably greater than or equal to two minutes;
  • the remelting step comprises providing a feed metal
  • the method comprises a preliminary step of welding by forging a first end of the first section with a second end of the second section, the preliminary step comprising the addition of metal between the first end and the second end, the metal being of preferably identical to the metal forming the steel wire;
  • the heat pre-treatment step is devoid of the supply of a filler metal
  • the method comprises a preliminary step of welding by forging a first end of the first section with a second end of the second section, the preliminary step advantageously being devoid of any addition of material between the first end and the second end;
  • the heat pre-treatment step is carried out by electric arc welding, in particular by gas shielded arc welding with a metal electrode, in particular by gas shielded arc welding with a tungsten electrode; - the intensity of the electric arc current is between 30 amps and 60 amps, preferably between 40 amps and 50 amps;
  • the annealing step is carried out at a temperature below the temperature of the heat pre-treatment step, preferably the annealing step being carried out at a temperature below 1,100 ° C, preferably between 400 ° C and 900 ° C;
  • the annealing step has a duration greater than the duration of the pre-heat treatment step
  • the metal wire is a steel wire, preferably a carbon steel wire.
  • the invention also relates to an armor thread capable of being obtained by a process as described above.
  • the invention further relates to a flexible fluid transport line intended to be immersed in a body of water comprising at least one armor wire of the aforementioned type.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a flexible line according to the invention comprising a plurality of layers of mechanical reinforcement armor yarns;
  • FIG. 2 is a perspective view of a first section of a first metal wire and a second section of a second metal wire before the forging welding step according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of the resistance welding and forging step of two sections of metal wires according to the invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a welded armor wire according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a tack wire according to a first embodiment of the invention with exaggerated dimensions at the weld to facilitate understanding;
  • FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view of a tack wire according to a second embodiment of the invention with exaggerated dimensions at the weld to facilitate understanding;
  • FIG. 7 is a graphical representation of the thermal cycle applied during the manufacture of the armor wire according to one embodiment of the invention.
  • a flexible line 10 according to the invention is illustrated in part in Figure 1.
  • the flexible line 10 is intended to be immersed in a body of water (not shown) and connected at one of its ends to an installation for the exploitation of fluid, in particular of hydrocarbons.
  • the body of water is for example a sea, a lake or an ocean.
  • the depth of the body of water is for example between 50 m and 4000 m.
  • the fluid operating installation comprises a surface assembly, generally floating, and a bottom assembly which are connected by the flexible line 10.
  • the flexible line 10 has a central section, illustrated in part in Figure 1, and at each of the axial ends of the central section, an end cap, not shown.
  • the flexible line 10 extends along an axis A-A ’.
  • the terms “exterior” and “interior” are generally understood to be understood radially with respect to the axis A-A 'of the flexible line 10, the term “exterior” being understood as being relatively more distant. radially to the A-A 'axis and the term “interior” being understood as relatively closer radially closer to the A-A' axis of the flexible line 10.
  • the flexible line 10 is here a flexible pipe which delimits a plurality of concentric layers around the axis A-A ', which extend continuously along the flexible line 10 to the ends of this one.
  • the flexible line 10 comprises a tubular internal sheath 12, a pressure vault 14 and at least one layer of tensile armor 16, 17.
  • the line 10 further comprises an internal carcass 20 and an outer sheath 22.
  • the internal sheath 12 is intended to contain in a sealed manner the fluid transported in the flexible line 10.
  • the carcass 20, when present, is formed of a profiled metal strip, wound in a spiral.
  • the turns of the strip are advantageously stapled to each other, which takes up the radial crushing forces.
  • the outer sheath 22 is located outside of the inner sheath 12.
  • the outer sheath 22 defines an internal volume 23 in which the inner sheath 12 and the mechanical reinforcement layers such as the carcass 20, the pressure vault 14 and at least one tensile armor layer 16, 17 are located.
  • the outer sheath 22 defines with the inner sheath 12 an annular space 24.
  • the annular space 24 is defined in the interior volume 23.
  • the outer sheath 22 is waterproof.
  • the outer sheath 22 is configured to prevent the penetration of liquid from the outside of the flexible pipe 10 to the interior volume 23 and to confine the liquid present in the annular space 24.
  • the pressure vault 14 is located in the annular space 24, outside the internal sheath 12.
  • the pressure vault 14 is configured to take up the forces linked to the pressure prevailing inside the internal sheath 12.
  • the pressure vault 14 is advantageously formed of a profiled metal wire wound helically around the internal sheath 12.
  • the winding is short pitch, that is to say that the helix angle formed by the profiled wire with respect to the axis A-A 'of the flexible line 10 is of absolute value close to 90 ° , typically between 75 ° and 90 °.
  • the profiled wire 25 preferably has a Z-shaped geometry.
  • the Z-shaped geometry makes it possible to improve the general mechanical strength and to reduce the mass of the flexible pipe 10.
  • the profiled wire 25 has a T, U, K, X or I shaped geometry.
  • the flexible line 10 comprises an additional metallic reinforcing layer or hoop 26 disposed outside the pressure vault 14.
  • the hoop 26, when present, is formed by a spiral winding of at least one wire, advantageously of rectangular cross section around the pressure vault 14.
  • the winding of the at least one wire is at a short pitch around the hoop.
  • the axis A-A 'of the flexible line 10 that is to say with a helix angle of absolute value close to 90 °, typically between 75 ° and 90 °.
  • Each tensile armor layer 16, 17 is located in the annular space 24, outside of the pressure vault 14.
  • the flexible pipe 10 has at least one pair of tensile armor layers 16, 17.
  • Each pair has a first layer of tensile armor 16 applied to the pressure vault 14, to the hoop 26, to the sheath 12 or to another pair of tensile armor layers 16, 17, and a second layer of tensile armor 17, arranged around the first layer of tensile armor 16.
  • Each tensile armor layer 16, 17 comprises at least one longitudinal armor element 28 wound with a long pitch around the axis A-A 'of the flexible pipe 10.
  • the helix value is less than 60 °, and is typically between 18 ° and 60 °.
  • the absolute value of the helix angle of each layer of tensile armor 16, 17 is greater than 45 °, and is in particular between 50 ° and 60 °, and is approximately equal to 55 °.
  • the armor elements 28 of a first tensile armor layer 16 are wound generally at an opposite angle to the armor elements 28 of a second tensile armor layer 17.
  • the angle winding armor elements 28 of the first tensile armor layer 16 is equal to + a, a being between 18 ° and 60 °
  • the winding angle of the armor elements 28 of the second armor layer tensile strength 17 disposed in contact with the first tensile armor layer 16 is, for example - a, with a between 18 ° and 60 °.
  • polymeric, metallic or composite layers such as a retaining band or an anti-wear band can be arranged within the structure of the flexible line 10, in the interior volume 23.
  • the armor elements 28 are for example formed by at least one armor wire 30.
  • profiled elements 25 forming the pressure vault 14 and / or the wires forming the hoop 26 are for example formed by at least one armor wire 30.
  • a weave wire 30 according to a first embodiment is shown schematically in Figure 5.
  • the armor wire 30 comprises at least a first section 32 of a first metal wire and a second section 34 of a second metal wire shown schematically in Figures 2 to 5.
  • the first section 32 has the shape of a prism extending along a longitudinal axis B-B ’.
  • the first section 32 has the shape of a rectangular parallelepiped extending along the longitudinal axis B-B ’.
  • the first section 32 has a cross section S1 perpendicular to the longitudinal axis B-B ’of polygonal shape, in particular square or rectangle.
  • the first section has a cross section S1 defined by a closed curve, for example an elliptical or circular cross section S1.
  • the cross section S1 has an area of between 10 mm 2 and 500 mm 2 .
  • the first section 32 has a length I.
  • the length I of the section 32 is the dimension of said section 32 along the longitudinal axis B-B '.
  • the length I is between 10 m and 15,000 m.
  • the first section 32 has a first end 36.
  • the second section 34 has a shape similar to that of the first section 32, here the shape of a rectangular parallelepiped extending along the longitudinal axis B-B '.
  • the second section 34 has a length G.
  • the length G of the section 34 is the dimension of said section 34 along the longitudinal axis B-B '.
  • the length G is between 10 m and 15,000 m.
  • the length G of the second section 34 is equal to the length I of the first section 32.
  • the second section 34 has a cross section S2 perpendicular to the longitudinal axis B-B ’.
  • the cross section S2 of the second section 34 is substantially identical to the cross section S1 of the first section 32.
  • the first section 32 and the second section 34 are identical.
  • the second section 34 has a second end 38.
  • the first section 32 and the second section 34 are interconnected at their ends 36, 38 by a weld 40 obtained after a forging welding operation.
  • the ends 36, 38 of the first and second sections 32, 34 of the metal wires are melted to form the weld 40.
  • the weld 40 here consists of a mixture of the materials forming the first section 32 and the second section 34, without the addition of an external material not coming from the first section 32 and from the second section 34.
  • HZ heat affected zone
  • the heat affected zone has a width L.
  • the width L is the dimension of the HAZ along the B-B ’axis.
  • the width L is for example between 0.1 mm and 20 mm, preferably between 5 mm and 10 mm.
  • the weld 40 comprises a bead 42 formed by the expulsion of metallic material at the end of the forging welding operation between the two ends 36, 38 of the first and second sections 32 , 34 metal wires.
  • the bead 42 corresponds to the area where the metallic material of the ends 36, 38 has melted during welding. This area is called the “melted area”.
  • the bead 42 also called burr, has a height h.
  • the height h is the dimension of the bead 42 in a radial direction of the metal wire. In this example, the height h of the bead 42 is between 0.1 mm and 20 mm.
  • the bead 42 also has a width L2.
  • the width L2 is the dimension of the bead along the B-B ’axis.
  • the width L2 of the bead is strictly less than the width L of the HAZ. In this example, the width L2 of the bead is between 0.1 mm and 5 mm.
  • the zone defined by the melted zone and the HAZ has a width L ’.
  • the width L ' is the dimension of the molten zone and the heated HAZ along the B-B axis.
  • the width L ’ is for example between 0.1 mm and 20 mm.
  • the armor wire 30 is made of at least one metallic material.
  • the armor wire 30 is a steel wire.
  • the armor wire 30 is for example a stainless steel wire, commonly referred to as stainless steel, or a carbon steel wire.
  • carbon steel is understood a steel whose main alloying component is carbon.
  • the carbon content of carbon steel is between 0.12% and 2.0% of the total mass of the alloy.
  • the steel is a low alloy steel, that is to say that the total content of each alloying element, such as for example chromium, manganese, nickel, cobalt, aluminum or molybdenum, is less than 5%.
  • each alloying element such as for example chromium, manganese, nickel, cobalt, aluminum or molybdenum
  • the armor wire 30 according to the invention exhibits resistance to corrosion and to mechanical forces of pressure and traction which is substantially constant over its entire length.
  • the armor wire 30 does not have a zone of weakness at the weld 40.
  • the general properties of the weld 40 are improved.
  • a method of manufacturing the armor wire 30 will now be described.
  • first section 32 and a second section 34 of metal wire are manufactured.
  • the manufacture of sections 32, 34 includes a rolling step.
  • microstructures of sections 32, 34 are oriented along flow lines parallel to a longitudinal axis B-B '.
  • the sections further include inclusions stretched and / or oriented in the direction B-B ’.
  • the method of manufacturing the armor wire 30 comprises a preliminary step of welding a first end 36 of the first section 32 of a first metal wire with a second end 38 of the second section 34 of a second metal wire.
  • the sections 32, 34 are interconnected by a resistance welding step.
  • the sections 32, 34 are preferably interconnected by a forging welding step, as illustrated in FIG. 3.
  • thermoelectric process for generating heat at the ends of the wire sections to be assembled, associated with a docking force and material expulsion.
  • the first end 36 of the first section 32 is brought into contact with the second end 38 of the second section 34, so that the cross section S1 of the first end 36 completely covers the cross section S2 of the second end 38.
  • the forging welding step is devoid of any addition of material between the first end 36 and the second end 38.
  • a strong electric current is applied to the sections 32, 34 and passes through said sections 32, 34 by generating heat at the level of the contact surface between the two ends 36, 38.
  • the contact surface is subjected to a temperature between 1000 ° C and 1500 ° C, as illustrated by curve 1 of FIG. 7.
  • the contact surface is subjected to a temperature equal to 1250 ° vs.
  • a mechanical pressure P is exerted along the axis B-B 'on each section 32, 34 so that the first section 32 and the second section 34 exert opposing compressive forces on each other.
  • the pressure P is between 50 MPa and 600 MPa in a direction normal to the cross section S1, S2 of the sections 32, 34 to be welded.
  • a plastic deformation occurs at the level of the contact surface of the ends 36, 38 of the sections 32, 34.
  • the local melting of the metal occurs at the level of said contact surface.
  • the metal then recrystallizes by creating a weld 40, thus making it possible to metallurgically bond the sections 32, 34 together.
  • a bead 42 is formed by expelling material towards the periphery of the wire during the welding step, due to the mechanical pressure P exerted while the contact surface of the ends 36, 38 of the sections 32, 34 is melted. Exogenous oxides possibly formed at high temperature during docking are then expelled.
  • the flux lines are re-oriented parallel to the contact surface and perpendicular to the longitudinal axis B-B '.
  • the inclusions present in the sections 32, 34 change direction and accumulate at the level of the contact surface.
  • the re-orientation of the flux lines and the accumulation of inclusions at the weld 40 weaken the metal wires when they are in a corrosive environment. This phenomenon is reinforced by a decarburization which occurs to a greater or lesser magnitude at the level of the weld 40.
  • the decarburization at the level of the weld 40 also creates an imbalance between the microstructures of the weld 40 and that of the ZAT. This leads to phenomena of galvanic coupling between the microstructures then reducing the corrosion resistance of the weld 40. Dissolutions around the inclusions which emerge at the surface can also be observed.
  • first section 32 and the second section 34 are integral with one another.
  • a metal wire comprising two sections 32, 34 interconnected at their ends 36, 38 by a weld 40 is thus obtained.
  • the metal wire is subjected to a heat pre-treatment step of at least part of the weld 40.
  • the heat pre-treatment step is a reflow step.
  • the purpose of the reflow step is to break the flow lines and redistribute the segregations and inclusions on the surface of the wire.
  • the reflow step is carried out on a welding station different from that used for the step of welding by forging sections 32, 34 together.
  • the sequence of the two steps is quick and easy to implement at the industrial level.
  • the welding station is for example a heating station equipped with a torch capable of creating an electric arc such as those of the TIG arc welding station type (TIG being l (acronym for "Tungsten Inert Gas”), plasma arc welding, laser arc welding, electron beam arc welding, etc.
  • TIG arc welding station type TIG being l (acronym for "Tungsten Inert Gas")
  • plasma arc welding laser arc welding
  • electron beam arc welding etc.
  • heating means can be provided such as for example a high frequency induction heating station for heating the surface of the wire, or other techniques for providing high energy over a short period of time, such as a laser.
  • the reflow step is thus carried out immediately after the soldering step. For example, less than 5 minutes will elapse between the soldering step and the reflow step.
  • the reflow step is performed in position. It is understood by this that the upper face of the wire is heated, then the wire is turned and the side which is above as a result is heated in turn. This technique prevents material from flowing onto the floor.
  • the reflow step is carried out over the entire periphery of the solder 40 using any one of the soldering stations or heat treatment mentioned above.
  • the reflow step is carried out by electric resistance heating.
  • the presence of the bead 42 facilitates the positioning for the passage of the electric current at the level of the weld 40, by point effect, and thus offers great precision during this step.
  • the reflow step is carried out by gas shielded arc welding with a non-fusible electrode.
  • the electrode is, for example, a tungsten electrode. Welding is then qualified as Tungsten-Inert Gas welding, identified by number 41 in standard NF EN ISO 4063 and more commonly called TIG welding, TIG being the acronym for "Tungsten Inert Gas”.
  • An electric arc is established between the end of the electrode and the weld 40, under the protection of an inert gas.
  • the inert gas is, for example, argon, helium or an argon-helium mixture.
  • the intensity of the electric arc current is typically between 30 amps and 60 amps, preferably between 40 amps and 50 amps.
  • the remelting step is carried out at a temperature greater than or equal to 1500 ° C, and less than or equal to 3000 ° C, as illustrated by curve 2 in FIG. 7.
  • the remelting step is carried out at a temperature. temperature between 1500 ° C and 1700 ° C.
  • the reflow step is carried out at a temperature of 1600 ° C.
  • the reflow step has a duration of several minutes, preferably greater than or equal to two minutes and less than or equal to five minutes.
  • the reflow step is carried out by means of an energy flash and has a duration of a few seconds, for example a duration of between 10 and 30 seconds.
  • solder 40 is at least partially melted.
  • the weld 40 is melted on a remelted zone 44 of a thickness e normal to the longitudinal axis B-B ', the thickness e being less than or equal to the sum of the height h of the bead 42 and of the maximum transverse half-dimension r of the metal wire.
  • Said half-dimension r corresponds to the radius of the wire when the latter has a circular section.
  • the remelted zone 44 has a thickness e greater than the height h of the bead 42.
  • the thickness e of the remelted zone 44 corresponds to the sum of the height h of the bead 42 and an internal thickness e 'of the remelted zone 44 .
  • the internal thickness e ′ is greater than or equal to 300 ⁇ m.
  • the remelted zone 44 has a length L ”greater than L2 and potentially greater than L.
  • the reflow step is devoid of the provision of a filler metal.
  • the weld 40 includes a bead 42, said bead 42 provides sufficient material to avoid a reduction in the section of the armor wire 30.
  • the reflow step changes the microstructure of the wire at solder 40 and HAZ. Following the reflow step, the flux lines at the solder are re-aligned so that there is no more preferential direction of the microstructure.
  • the reflow step causes the dispersion of the inclusions present at the solder 40.
  • the metal wire is subjected to a heat treatment step.
  • the heat treatment step comprises thermal annealing of the weld 40.
  • the annealing step makes it possible to homogenize the microstructure of the metal wire and thereby adjust the mechanical properties and the hardness of the metal wire.
  • the annealing step is performed at a temperature lower than the temperature of the remelting step.
  • the annealing step is carried out at a temperature below 1,100 ° C, preferably between 400 ° C and 900 ° C, as illustrated by curve 3 in FIG. 7.
  • the annealing step has a longer duration than the duration of the reflow step.
  • the annealing step has a duration of between a few seconds and several minutes, preferably between 10 seconds and 5 minutes.
  • the annealing step comprises controlled cooling.
  • the reflow step is performed by a technique selected from the group consisting of plasma welding, hybrid laser arc welding, electron beam welding and induction heating techniques.
  • the reflow step is carried out with a supply of metal.
  • the filler metal is preferably of composition close to that of the metal of the metal wire, for example the filler metal is identical to the metal of the metal wire.
  • the welding station is for example a welding station of the arc welding type with a coated electrode or of the arc welding type with a fusible wire electrode.
  • the reflow step is carried out for example by arc welding with a coated electrode or by MIG-MAG welding, the acronyms MIG and MAG meaning respectively "Metal inert gas" for metal-inert gas welding and "Metal active gas. »For active metal-gas welding.
  • the armor wire 30 comprises at least three sections connected two by two at their ends by welds 40.
  • the different sections are connected together by welding. Then, the wire thus obtained is then subjected to a remelting step and then to a thermal annealing step.
  • the wire thus produced is then suitable for being wound around a sheath 12 as described above, or a pressure vault 14, a hoop 26 or even an anti-wear strip (not visible on the Figures), with a long pitch to form an armor wire 30 of at least one armor layer 16, 17.
  • At least one sheath 22 is formed around the armor layer 16, 17 to finalize the manufacture of the flexible line 10.
  • the heat pre-treatment step is an austenitization step.
  • Austenitization allows a change in the crystallographic structure of the steel by heating, the iron a being transformed into iron g.
  • the austenitization step is carried out over the entire periphery of the weld 40 using any of the welding or heat treatment stations mentioned above.
  • the austenitization is carried out over a length greater than L2 and potentially greater than L and over a thickness normal to the longitudinal axis B-B ', the thickness being less than or equal to the sum of the height h of the bead 42 and of the maximum transverse half-dimension r of the wire.
  • Said half-dimension r corresponds to the radius of the wire when the latter has a circular section.
  • the thickness subjected to the austenitization phenomenon is less than or equal to 1 mm. It is said that the austenitization is carried out with the skin of the weld 40.
  • the austenitization step which is called deep austenitization, is carried out at a temperature between 1000 ° C and 1400 ° C.
  • the austenitization step is in this case carried out by a technique making it possible to provide high energy on small thicknesses at the surface over a short time, such as with micro laser or micro plasma welding equipment derived from laser welding. bow.
  • the austenitization step is carried out by high frequency induction welding.
  • the duration of the treatment is preferably less than 1 minute.
  • the austenitization step modifies the microstructure of the metal wire at the weld 40.
  • new grains are created by nucleation. Said grains having a larger size than the previous grains, the lines of flux at the weld 40 are re-aligned so that there is no longer a preferential direction of the microstructure. Thanks to cooling control, the martensitic microstructure potentially present after the heat pre-treatment step is also removed.
  • the heat pre-treatment step modifies the microstructure of the metal wire at the weld 40. Following the realignment of the flux lines at the weld, the microstructure no longer has a preferential direction. In addition, in the case where the heat pre-treatment step is a reflow step, the inclusions present at the weld 40 are dispersed.
  • the armor wire 30 thus obtained exhibits substantially constant corrosion resistance over its entire length.
  • the resistance of the armor wire 30 to corrosion in the presence of combined mechanical forces (SSC) is further improved compared to a welded metal wire which has undergone a simple annealing heat treatment.
  • the method of manufacturing the armor wire 30 further comprises a finishing step.
  • the finishing step is to improve the surface finish of the heat-treated area, by removing any imperfections remaining on the surface of the armor wire 30.
  • the finishing step is performed between the heat pre-treatment step and the annealing step, or after the annealing step. For example, at the end of the austenitization step, the finishing step removes the bead 42.
  • the finishing step is carried out manually or by means of a mechanical polishing tool, such as a sander equipped with a flap disc fitted with abrasive paper.
  • a mechanical polishing tool such as a sander equipped with a flap disc fitted with abrasive paper.

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing an armouring wire for a metallic layer for mechanically reinforcing a flexible fluid transport line intended to be immersed in a body of water. The method comprises the following steps: - providing a metal wire comprising at least a first section (32) and a second section (34), the first section (32) and the second section (34) being joined together at their ends by a weld (40), - thermally annealing the weld (40). The method comprises, before the step of thermal annealing, a step of thermally pre-treating at least a portion of the weld (40), the thermal pre-treatment step being a remelting step or an austenitisation step.

Description

Procédé de fabrication d’un fil d’armure d’une ligne flexible de transport de fluide et fil d’armure et ligne flexible issus d’un tel procédé A method of manufacturing an armor wire of a flexible fluid transport line and armor wire and flexible line resulting from such a process
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un fil d’armure d’une couche métallique de renforcement mécanique d’une ligne flexible de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau, comprenant les étapes suivantes : The present invention relates to a method of manufacturing a wire armor of a metallic layer of mechanical reinforcement of a flexible fluid transport line intended to be immersed in a body of water, comprising the following steps:
- fourniture d’un fil métallique comprenant au moins un premier tronçon et un deuxième tronçon, le premier tronçon et le deuxième tronçon étant reliés entre eux à leurs extrémités par une soudure, et - supply of a metal wire comprising at least a first section and a second section, the first section and the second section being interconnected at their ends by a weld, and
- recuit thermique de la soudure. - thermal annealing of the weld.
La ligne est notamment une conduite flexible telle que décrite dans les documents normatifs publiés par l’American Petroleum Institute (API), API 17J « Spécification for Unbonded Flexible Pipe » 4ème Edition Mai 2014, et API RP 17B « Recommended Practice for Flexible Pipe » 5ème Edition Mai 2014. La conduite flexible est avantageusement de type non lié (« unbonded » en anglais). The line is including a flexible pipe as described in normative documents published by the American Petroleum Institute (API) API 17J "Specification for Unbonded Flexible Pipe" 4th Edition May 2014 and API RP 17B "Recommended Practice for Flexible Pipe »5th Edition in May 2014. The flexible pipe is preferably unbonded type (" unbonded "in English).
Les conduites flexibles comprennent un assemblage de tronçons flexibles ou un seul tronçon flexible. Les conduites flexibles comportent généralement une gaine externe de protection définissant un volume intérieur et au moins une gaine interne imperméable disposée à l’intérieur du volume intérieur. Flexible conduits consist of an assembly of flexible sections or a single flexible section. Flexible pipes generally have a protective outer sheath defining an interior volume and at least one impermeable inner sheath disposed inside the interior volume.
Cette gaine interne est, par exemple, une gaine de pression délimitant un passage de circulation d’un fluide. En variante, la conduite flexible comprend une gaine intermédiaire disposée entre la gaine de pression et la gaine externe. This internal sheath is, for example, a pressure sheath delimiting a passage for the circulation of a fluid. As a variant, the flexible pipe comprises an intermediate sheath disposed between the pressure sheath and the outer sheath.
Le fluide circulant dans la conduite est, en particulier, un hydrocarbure comportant des gaz corrosifs comme du dioxyde de carbone et du sulfure d’hydrogène. The fluid circulating in the pipe is, in particular, a hydrocarbon comprising corrosive gases such as carbon dioxide and hydrogen sulfide.
Typiquement, des couches de renforcement mécanique telles que des couches d’armures de résistance aux efforts radiaux de pression et/ou aux efforts longitudinaux de traction formées par des nappes de fils généralement métalliques sont disposées dans l’espace annulaire entre la gaine interne et la gaine externe, pour assurer une bonne résistance mécanique à la ligne flexible. Typically, mechanical reinforcement layers such as armor layers of resistance to radial compressive forces and / or to longitudinal tensile forces formed by layers of generally metallic wires are arranged in the annular space between the internal sheath and the outer sheath, to ensure good mechanical resistance to the flexible line.
Dans certains cas, la longueur de la ligne est très grande, notamment dans le cas des lignes adaptées pour les grandes profondeurs. In certain cases, the length of the line is very great, in particular in the case of lines adapted for great depths.
Ainsi, afin de réduire les coûts de fabrication de la ligne flexible, il est connu d’utiliser des fils d’armure de plus courte longueur et moins coûteux et de les relier entre eux plutôt qu’utiliser un unique fil d’armure de plus grande longueur et plus onéreux. Ceci est le cas par exemple des armures métalliques réalisées à partir de fils d’armures en acier au carbone ou en acier inoxydable. Thus, in order to reduce the manufacturing costs of the flexible line, it is known to use armor wires of shorter length and less expensive and to connect them together rather than using a single armor wire more great length and more expensive. This is the case, for example, with metallic armor made from carbon steel or stainless steel armor wires.
Les fils de plus courte longueur sont reliés entre eux par soudage à l’arc provoqué par le passage de courant électrique entre une électrode et les fils, aussi désigné par son acronyme anglais ERW pour « Electrical Résistance Welding » ou « soudage à résistance électrique ». Cette méthode de soudage consiste à souder les extrémités de fils métalliques entre elles au moyen d’un fort courant électrique, typiquement présentant une intensité supérieure à 5000 ampères, afin d’obtenir le fil d’armure. Principalement durant l’étape de soudage, les extrémités de fils métalliques sont maintenues en contact l’une de l’autre par l’application d’une pression mécanique. The wires of shorter length are joined together by arc welding caused by the passage of electric current between an electrode and the wires, also referred to by its acronym ERW for “Electrical Resistance Welding” or “electric resistance welding” . This welding method involves soldering the ends of metal wires together using a strong electric current, typically with an intensity greater than 5,000 amps, to obtain the armor wire. Primarily during the welding step, the wire ends are held in contact with each other by the application of mechanical pressure.
Généralement, la technique de soudage par résistance utilisée est le soudage par forgeage. Generally, the resistance welding technique used is forging welding.
Bien entendu, différentes techniques de soudage par résistance peuvent être mises en oeuvre pour le soudage de produits longs tels que des fils métalliques de ligne flexible, en particulier par application d’une forte pression au niveau des pièces à souder, tel que par exemple le soudage par étincelage, par friction, par diffusion ou encore le soudage par résistance en bout. Ces techniques de soudage sont décrites dans la norme EN NF ISO 4063 publiée en Février 201 1 par l’organisme AFNOR. Of course, different resistance welding techniques can be implemented for welding long products such as flexible line metal wires, in particular by applying high pressure to the parts to be welded, such as for example the flash welding, friction welding, diffusion welding or resistance butt welding. These welding techniques are described in standard EN NF ISO 4063 published in February 201 1 by the AFNOR organization.
Les fils d’armures sont souvent soumis à un environnement corrosif, aussi appelées « sour environment conditions », en raison de la perméation à travers la gaine des gaz acides issus des fluides transportés, tels que par exemple le sulfure d’hydrogène (FI2S) et le dioxyde de carbone (CO2). Armor yarns are often subjected to a corrosive environment, also called “sour environment conditions”, due to the permeation through the sheath of acid gases from the fluids transported, such as for example hydrogen sulfide (FI2S) and carbon dioxide (CO2).
Le phénomène, communément désigné par l’acronyme anglais SSC pour « Sulfide Stress Craking », ou « corrosion sous contrainte par les sulfures » en français, peut alors entraîner la dégradation des propriétés mécaniques des fils d’armure en les fragilisant, notamment au niveau des soudures. Des fissures et des piqûres peuvent par exemple apparaître sur les soudures, limitant ainsi l’utilisation des fils d’armure dans un environnement corrosif. The phenomenon, commonly designated by the English acronym SSC for “Sulfide Stress Craking”, or “corrosion under stress by sulfides” in French, can then lead to the degradation of the mechanical properties of the armor threads by weakening them, in particular at the level welds. For example, cracks and pitting can appear on welds, limiting the use of armor wires in a corrosive environment.
Pour pallier ce problème pour les fils d’armure en acier, il est connu de procéder après l’étape de soudage à une étape de traitement thermique de revenu, telle que décrite dans le document « High Strength Metallic Materials for Flexible Pipes: Spécifie Environments and Corrosion Behavior » F. Dupoiron & C. Taravel - Condat (2003, January 1 ). NACE International. L’étape de revenu a pour effet d’améliorer la qualité métallurgique de la soudure et de réduire l’effet de la décarburation. En outre, le traitement thermique de revenu permet d’ajuster la dureté ainsi que la résistance mécanique, telle que la limite d’élasticité des fils, au niveau de la soudure. Une telle méthode ne donne pas toujours entière satisfaction suivant les milieux considérés et les soudures présentent souvent, malgré l’étape de revenu, une plus grande fragilité à la corrosion que le reste du fil d’armure. To overcome this problem for steel armor wires, it is known to proceed after the welding step to a tempering heat treatment step, as described in the document "High Strength Metallic Materials for Flexible Pipes: Specifies Environments and Corrosion Behavior »F. Dupoiron & C. Taravel - Condat (2003, January 1). NACE International. The tempering step has the effect of improving the metallurgical quality of the weld and reducing the effect of decarburization. In addition, the tempering heat treatment makes it possible to adjust the hardness as well as the mechanical resistance, such as the elastic limit of the wires, at the level of the weld. Such a method does not always give complete satisfaction depending on the media considered and the welds often exhibit, despite the tempering step, greater fragility to corrosion than the rest of the armor wire.
Un but de l’invention est d’obtenir un fil d’armure présentant une tenue améliorée aux contraintes de traction et/ou de pression sous atmosphère corrosive compatible avec les conditions de pression, de température et de pH présentes dans une ligne flexible de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau, le fil d’armure restant peu coûteux et facile à fabriquer. An object of the invention is to obtain an armor thread having improved resistance to tensile and / or pressure stresses in a corrosive atmosphere compatible with the pressure, temperature and pH conditions present in a flexible transport line. of fluid intended to be immersed in a body of water, the armor wire remaining inexpensive and easy to manufacture.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce qu’il comprend, avant le recuit thermique une étape de pré-traitement thermique d’au moins une partie de la soudure, l’étape de pré-traitement thermique étant une étape de refusion ou une étape d’austénitisation. To this end, the invention relates to a method of the aforementioned type, characterized in that it comprises, before the thermal annealing, a heat pre-treatment step of at least part of the weld, the pre-heat treatment step. heat treatment being a reflow step or an austenitization step.
Le procédé selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : The process according to the invention may include one or more of the following characteristics, taken alone or in any technically possible combination:
- l’étape de pré-traitement thermique est une étape de refusion au cours de laquelle la soudure est fondue au moins partiellement ; - the heat pre-treatment step is a reflow step during which the solder is melted at least partially;
- la soudure est fondue sur une épaisseur interne supérieure ou égale à 300 pm ; the solder is melted to an internal thickness greater than or equal to 300 μm;
- l’étape de refusion est réalisée sur toute la périphérie de la soudure ; - the reflow step is carried out over the entire periphery of the solder;
- l’étape de refusion est réalisée à une température supérieure ou égale à 1500°C ; - the reflow step is carried out at a temperature greater than or equal to 1500 ° C;
- l’étape de refusion présente une durée inférieure ou égale à cinq minutes, et de préférence supérieure ou égale à deux minutes ; - the reflow step has a duration of less than or equal to five minutes, and preferably greater than or equal to two minutes;
- l’étape de refusion comprend la fourniture d’un métal d’apport ; - the remelting step comprises providing a feed metal;
- le procédé comprend une étape préliminaire de soudage par forgeage d’une première extrémité du premier tronçon avec une deuxième extrémité du deuxième tronçon, l’étape préliminaire comprenant l’apport de métal entre la première extrémité et la deuxième extrémité, le métal étant de préférence identique au métal formant le fil d’acier ; - The method comprises a preliminary step of welding by forging a first end of the first section with a second end of the second section, the preliminary step comprising the addition of metal between the first end and the second end, the metal being of preferably identical to the metal forming the steel wire;
- l’étape de pré-traitement thermique est dépourvue de la fourniture d’un métal d’apport ; - the heat pre-treatment step is devoid of the supply of a filler metal;
- le procédé comprend une étape préliminaire de soudage par forgeage d’une première extrémité du premier tronçon avec une deuxième extrémité du deuxième tronçon, l’étape préliminaire étant avantageusement dépourvue d’ajout de matériau entre la première extrémité et la deuxième extrémité ; - the method comprises a preliminary step of welding by forging a first end of the first section with a second end of the second section, the preliminary step advantageously being devoid of any addition of material between the first end and the second end;
- l’étape de pré-traitement thermique est réalisée par soudage par arc électrique, notamment par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode métallique, en particulier par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode de tungstène ; - l’intensité du courant de l’arc électrique est comprise entre 30 ampères et 60 ampères, de préférence entre 40 ampères et 50 ampères ; the heat pre-treatment step is carried out by electric arc welding, in particular by gas shielded arc welding with a metal electrode, in particular by gas shielded arc welding with a tungsten electrode; - the intensity of the electric arc current is between 30 amps and 60 amps, preferably between 40 amps and 50 amps;
- l’étape de recuit est réalisée à une température inférieure à la température de l’étape de pré-traitement thermique, de préférence l’étape de recuit étant réalisée à une température inférieure à 1 100°C, de préférence comprise entre 400°C et 900°C ; - the annealing step is carried out at a temperature below the temperature of the heat pre-treatment step, preferably the annealing step being carried out at a temperature below 1,100 ° C, preferably between 400 ° C and 900 ° C;
- l’étape de recuit présente une durée supérieure à la durée de l’étape de pré traitement thermique ; - the annealing step has a duration greater than the duration of the pre-heat treatment step;
- le fil métallique est un fil d’acier, de préférence un fil d’acier au carbone. - the metal wire is a steel wire, preferably a carbon steel wire.
L’invention concerne aussi un fil d’armure susceptible d’être obtenu par un procédé tel que décrit ci-dessus. The invention also relates to an armor thread capable of being obtained by a process as described above.
L’invention porte en en outre sur une ligne flexible de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau comprenant au moins un fil d’armure du type précité. The invention further relates to a flexible fluid transport line intended to be immersed in a body of water comprising at least one armor wire of the aforementioned type.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example, and made with reference to the accompanying drawings, in which:
- la figure 1 est une vue en perspective éclatée d’une ligne flexible selon l’invention comprenant une pluralité de couches de fils d’armure de renforcement mécanique ; - Figure 1 is an exploded perspective view of a flexible line according to the invention comprising a plurality of layers of mechanical reinforcement armor yarns;
- la figure 2 est une vue en perspective d’un premier tronçon d’un premier fil métallique et d’un deuxième tronçon d’un deuxième fil métallique avant l’étape de soudage par forgeage selon l’invention ; - Figure 2 is a perspective view of a first section of a first metal wire and a second section of a second metal wire before the forging welding step according to the invention;
- la figure 3 est une vue en perspective de l’étape de soudage par résistance et forgeage de deux tronçons de fils métalliques selon l’invention ; - Figure 3 is a perspective view of the resistance welding and forging step of two sections of metal wires according to the invention;
- la figure 4 est une vue en perspective d’un fil d’armure soudé selon l’invention ; - Figure 4 is a perspective view of a welded armor wire according to the invention;
- la figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un fil d’amure selon un premier mode de réalisation de l’invention avec des dimensions exagérées au niveau de la soudure pour faciliter la compréhension ; - Figure 5 is a schematic longitudinal sectional view of a tack wire according to a first embodiment of the invention with exaggerated dimensions at the weld to facilitate understanding;
- la figure 6 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un fil d’amure selon un deuxième mode de réalisation de l’invention avec des dimensions exagérées au niveau de la soudure pour faciliter la compréhension ; - Figure 6 is a schematic longitudinal sectional view of a tack wire according to a second embodiment of the invention with exaggerated dimensions at the weld to facilitate understanding;
- la figure 7 est une représentation graphique du cycle thermique appliqué au cours de la fabrication du fil d’armure selon un mode de réalisation de l’invention. - Figure 7 is a graphical representation of the thermal cycle applied during the manufacture of the armor wire according to one embodiment of the invention.
Une ligne flexible 10 selon l’invention est illustrée en partie sur la figure 1 . A flexible line 10 according to the invention is illustrated in part in Figure 1.
La ligne flexible 10 est destinée à être immergée dans une étendue d’eau (non représentée) et raccordée à l’une de ses extrémités à une installation d’exploitation de fluide, notamment d’hydrocarbures. L’étendue d’eau est par exemple une mer, un lac ou un océan. La profondeur de l’étendue d’eau est par exemple comprise entre 50 m et 4000 m. The flexible line 10 is intended to be immersed in a body of water (not shown) and connected at one of its ends to an installation for the exploitation of fluid, in particular of hydrocarbons. The body of water is for example a sea, a lake or an ocean. The depth of the body of water is for example between 50 m and 4000 m.
L’installation d’exploitation de fluide comporte un ensemble de surface, généralement flottant, et un ensemble de fond qui sont raccordés par la ligne flexible 10. The fluid operating installation comprises a surface assembly, generally floating, and a bottom assembly which are connected by the flexible line 10.
La ligne flexible 10 comporte un tronçon central, illustré en partie sur la figure 1 , et à chacune des extrémités axiales du tronçon central, un embout d’extrémité non représenté. The flexible line 10 has a central section, illustrated in part in Figure 1, and at each of the axial ends of the central section, an end cap, not shown.
La ligne flexible 10 s’étend suivant un axe A-A’. The flexible line 10 extends along an axis A-A ’.
Dans tout ce qui suit, les termes « extérieur » et « intérieur » s’entendent généralement de manière radiale par rapport à l’axe A-A’ de la ligne flexible 10, le terme « extérieur » s’entendant comme relativement plus éloigné radialement de l’axe A-A’ et le terme « intérieur » s’entendant comme relativement plus proche radialement plus proche de l’axe A-A’ de la ligne flexible 10. In what follows, the terms "exterior" and "interior" are generally understood to be understood radially with respect to the axis A-A 'of the flexible line 10, the term "exterior" being understood as being relatively more distant. radially to the A-A 'axis and the term "interior" being understood as relatively closer radially closer to the A-A' axis of the flexible line 10.
Comme illustré sur la figure 1 , la ligne flexible 10 est ici une conduite flexible qui délimite une pluralité de couches concentriques autour de l’axe A-A’, qui s’étendent continûment le long de la ligne flexible 10 jusqu’aux extrémités de celle-ci. As illustrated in Figure 1, the flexible line 10 is here a flexible pipe which delimits a plurality of concentric layers around the axis A-A ', which extend continuously along the flexible line 10 to the ends of this one.
En particulier, la ligne flexible 10 comprend une gaine interne 12 tubulaire, une voûte de pression 14 et au moins une couche d’armures de traction 16, 17. Avantageusement et selon l’utilisation souhaitée, la ligne 10 comporte en outre une carcasse interne 20 et une gaine externe 22. In particular, the flexible line 10 comprises a tubular internal sheath 12, a pressure vault 14 and at least one layer of tensile armor 16, 17. Advantageously and depending on the desired use, the line 10 further comprises an internal carcass 20 and an outer sheath 22.
La gaine interne 12 est destinée à confiner de manière étanche le fluide transporté dans la ligne flexible 10. The internal sheath 12 is intended to contain in a sealed manner the fluid transported in the flexible line 10.
La carcasse 20, lorsqu’elle est présente, est formée d’un feuillard métallique profilé, enroulé en spirale. Les spires du feuillard sont avantageusement agrafées les unes aux autres, ce qui reprend les efforts radiaux d’écrasement. The carcass 20, when present, is formed of a profiled metal strip, wound in a spiral. The turns of the strip are advantageously stapled to each other, which takes up the radial crushing forces.
La gaine externe 22 est située à l’extérieur de la gaine interne 12. The outer sheath 22 is located outside of the inner sheath 12.
La gaine externe 22 définit un volume intérieur 23 dans lequel sont situées la gaine interne 12 et les couches de renforcement mécanique telles que la carcasse 20, la voûte de pression 14 et au moins une couche d’armures de traction 16, 17. The outer sheath 22 defines an internal volume 23 in which the inner sheath 12 and the mechanical reinforcement layers such as the carcass 20, the pressure vault 14 and at least one tensile armor layer 16, 17 are located.
La gaine externe 22 définit avec la gaine interne 12 un espace annulaire 24. L’espace annulaire 24 est défini dans le volume intérieur 23. The outer sheath 22 defines with the inner sheath 12 an annular space 24. The annular space 24 is defined in the interior volume 23.
La gaine externe 22 est étanche. La gaine externe 22 est configurée pour empêcher la pénétration du liquide depuis l’extérieur de la conduite flexible 10 vers le volume intérieur 23 et de confiner le liquide présent dans l’espace annulaire 24. The outer sheath 22 is waterproof. The outer sheath 22 is configured to prevent the penetration of liquid from the outside of the flexible pipe 10 to the interior volume 23 and to confine the liquid present in the annular space 24.
La voûte de pression 14 est située dans l’espace annulaire 24, à l’extérieur de la gaine interne 12. La voûte de pression 14 est configurée pour reprendre les efforts liés à la pression régnant à l’intérieur de la gaine interne 12. The pressure vault 14 is located in the annular space 24, outside the internal sheath 12. The pressure vault 14 is configured to take up the forces linked to the pressure prevailing inside the internal sheath 12.
La voûte de pression 14 est, avantageusement, formée d’un fil profilé 25 métallique enroulé en hélice autour de la gaine interne 12. The pressure vault 14 is advantageously formed of a profiled metal wire wound helically around the internal sheath 12.
L’enroulement est à pas court, c’est-à-dire que l’angle d’hélice que forme le fil profilé par rapport à l’axe A-A’ de la ligne flexible 10 est de valeur absolue proche de 90°, typiquement compris entre 75° et 90°. The winding is short pitch, that is to say that the helix angle formed by the profiled wire with respect to the axis A-A 'of the flexible line 10 is of absolute value close to 90 ° , typically between 75 ° and 90 °.
Le fil profilé 25 présente de préférence une géométrie en forme de Z. La géométrie en Z permet d’améliorer la résistance mécanique générale et de réduire la masse de la conduite flexible 10. The profiled wire 25 preferably has a Z-shaped geometry. The Z-shaped geometry makes it possible to improve the general mechanical strength and to reduce the mass of the flexible pipe 10.
En variante, le fil profilé 25 présente une géométrie en forme de T, de U, de K, de X ou de I. Alternatively, the profiled wire 25 has a T, U, K, X or I shaped geometry.
En variante, la ligne flexible 10 comprend une couche métallique de renforcement additionnelle ou frette 26 disposée extérieurement à la voûte de pression 14. As a variant, the flexible line 10 comprises an additional metallic reinforcing layer or hoop 26 disposed outside the pressure vault 14.
La frette 26, lorsqu’elle est présente, est constituée par un enroulement en spirale d’au moins un fil avantageusement de section transversale rectangulaire autour de la voûte de pression 14. L’enroulement du au moins un fil est à pas court autour de l’axe A-A’ de la ligne flexible 10, c’est-à-dire avec un angle d’hélice de valeur absolue proche de 90°, typiquement compris entre 75° et 90°. The hoop 26, when present, is formed by a spiral winding of at least one wire, advantageously of rectangular cross section around the pressure vault 14. The winding of the at least one wire is at a short pitch around the hoop. the axis A-A 'of the flexible line 10, that is to say with a helix angle of absolute value close to 90 °, typically between 75 ° and 90 °.
Chaque couche d’armures de traction 16, 17 est située dans l’espace annulaire 24, à l’extérieur de la voûte de pression 14. Each tensile armor layer 16, 17 is located in the annular space 24, outside of the pressure vault 14.
Dans l’exemple représenté sur la figure 1 , la conduite flexible 10 comporte au moins une paire de couches d’armures de traction 16, 17. In the example shown in Figure 1, the flexible pipe 10 has at least one pair of tensile armor layers 16, 17.
Chaque paire comporte une première couche d'armures de traction 16 appliquée sur la voûte de pression 14, sur la frette 26, sur la gaine 12 ou sur une autre paire de couches d'armures de traction 16, 17, et une deuxième couche d'armures de traction 17, disposée autour de la première couche d'armures de traction 16. Each pair has a first layer of tensile armor 16 applied to the pressure vault 14, to the hoop 26, to the sheath 12 or to another pair of tensile armor layers 16, 17, and a second layer of tensile armor 17, arranged around the first layer of tensile armor 16.
Chaque couche d’armures de traction 16, 17 comporte au moins un élément d’armure 28 longitudinal enroulé à pas long autour de l’axe A-A’ de la conduite flexible 10. La valeur d’hélice est inférieure à 60°, et est typiquement comprise entre 18° et 60°. Each tensile armor layer 16, 17 comprises at least one longitudinal armor element 28 wound with a long pitch around the axis A-A 'of the flexible pipe 10. The helix value is less than 60 °, and is typically between 18 ° and 60 °.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1 , la valeur absolue de l'angle d'hélice de chaque couche d'armures de traction 16, 17 est supérieure à 45°, et est notamment comprise entre 50° et 60°, et est environ égale à 55°. In the example shown in Figure 1, the absolute value of the helix angle of each layer of tensile armor 16, 17 is greater than 45 °, and is in particular between 50 ° and 60 °, and is approximately equal to 55 °.
Les éléments d’armure 28 d’une première couche d’armures de traction 16 sont enroulés généralement suivant un angle opposé par rapport aux éléments d’armure 28 d’une deuxième couche d’armures de traction 17. Ainsi, si l’angle d’enroulement des éléments d’armure 28 de la première couche d’armures de traction 16 est égal à + a, a étant compris entre 18° et 60°, l’angle d’enroulement des éléments d’armure 28 de la deuxième couche d’armures de traction 17 disposée au contact de la première couche d’armures de traction 16 est par exemple de - a, avec a compris entre 18° et 60°. The armor elements 28 of a first tensile armor layer 16 are wound generally at an opposite angle to the armor elements 28 of a second tensile armor layer 17. Thus, if the angle winding armor elements 28 of the first tensile armor layer 16 is equal to + a, a being between 18 ° and 60 °, the winding angle of the armor elements 28 of the second armor layer tensile strength 17 disposed in contact with the first tensile armor layer 16 is, for example - a, with a between 18 ° and 60 °.
Bien entendu, d’autres couches polymériques, métalliques ou composites telles qu’une bande de maintien ou une bande anti-usure peuvent être disposées au sein de la structure de la ligne flexible 10, dans le volume intérieur 23. Of course, other polymeric, metallic or composite layers such as a retaining band or an anti-wear band can be arranged within the structure of the flexible line 10, in the interior volume 23.
Elles sont par exemple disposées entre la gaine interne 12 et la voûte de pression 14 ou entre la voûte de pression et les couches d’armures de traction 16,17 ou entre la première couche d’armures de traction 16 et la deuxième couche d’armures de traction 17 ou encore, entre la deuxième couche d’armures de traction 17 et la gaine externe 22. They are for example arranged between the internal sheath 12 and the pressure vault 14 or between the pressure vault and the tensile armor layers 16,17 or between the first tensile armor layer 16 and the second layer of tensile armor 17 or even between the second layer of tensile armor 17 and the outer sheath 22.
Les éléments d’armure 28 sont par exemple formés par au moins un fil d’armure 30. The armor elements 28 are for example formed by at least one armor wire 30.
En outre, les éléments profilés 25 formant la voûte de pression 14 et/ou les fils formant la frette 26 sont par exemple formés par au moins un fil d’armure 30. In addition, the profiled elements 25 forming the pressure vault 14 and / or the wires forming the hoop 26 are for example formed by at least one armor wire 30.
Un fil d’armure 30 selon un premier mode de réalisation est représenté schématiquement sur la figure 5. A weave wire 30 according to a first embodiment is shown schematically in Figure 5.
Le fil d’armure 30 comprend au moins un premier tronçon 32 d’un premier fil métallique et un deuxième tronçon 34 d’un deuxième fil métallique représentés schématiquement sur les figures 2 à 5. The armor wire 30 comprises at least a first section 32 of a first metal wire and a second section 34 of a second metal wire shown schematically in Figures 2 to 5.
Le premier tronçon 32 présente une forme de prisme s’étendant selon un axe longitudinal B-B’. The first section 32 has the shape of a prism extending along a longitudinal axis B-B ’.
Dans le mode de réalisation illustré, le premier tronçon 32 présente une forme de parallélépipède rectangle s’étendant selon l’axe longitudinal B-B’. In the illustrated embodiment, the first section 32 has the shape of a rectangular parallelepiped extending along the longitudinal axis B-B ’.
Plus généralement, le premier tronçon 32 présente une section transversale S1 perpendiculaire à l’axe longitudinal B-B’ de forme polygonale, notamment carrée ou rectangle. More generally, the first section 32 has a cross section S1 perpendicular to the longitudinal axis B-B ’of polygonal shape, in particular square or rectangle.
En variante, le premier tronçon présente une section transversale S1 définie par une courbe fermée, par exemple une section transversale S1 elliptique ou circulaire. As a variant, the first section has a cross section S1 defined by a closed curve, for example an elliptical or circular cross section S1.
La section transversale S1 présente une aire comprise entre 10 mm2 et 500 mm2.The cross section S1 has an area of between 10 mm 2 and 500 mm 2 .
Le premier tronçon 32 présente une longueur I. La longueur I du tronçon 32 est la dimension dudit tronçon 32 selon l’axe longitudinal B-B’. The first section 32 has a length I. The length I of the section 32 is the dimension of said section 32 along the longitudinal axis B-B '.
Avantageusement, la longueur I est comprise entre 10 m et 15000 m. Advantageously, the length I is between 10 m and 15,000 m.
Le premier tronçon 32 comporte une première extrémité 36. The first section 32 has a first end 36.
Le deuxième tronçon 34 présente une forme analogue à celle du premier tronçon 32, ici une forme de parallélépipède rectangle s’étendant selon l’axe longitudinal B-B’. Le deuxième tronçon 34 présente une longueur G. La longueur G du tronçon 34 est la dimension dudit tronçon 34 selon l’axe longitudinal B-B’. The second section 34 has a shape similar to that of the first section 32, here the shape of a rectangular parallelepiped extending along the longitudinal axis B-B '. The second section 34 has a length G. The length G of the section 34 is the dimension of said section 34 along the longitudinal axis B-B '.
Avantageusement, la longueur G est comprise entre 10 m et 15000 m. Advantageously, the length G is between 10 m and 15,000 m.
Dans cet exemple, la longueur G du deuxième tronçon 34 est égale à la longueur I du premier tronçon 32. In this example, the length G of the second section 34 is equal to the length I of the first section 32.
Le deuxième tronçon 34 présente une section transversale S2 perpendiculaire à l’axe longitudinal B-B’. The second section 34 has a cross section S2 perpendicular to the longitudinal axis B-B ’.
La section transversale S2 du deuxième tronçon 34 est sensiblement identique à la section transversale S1 du premier tronçon 32. The cross section S2 of the second section 34 is substantially identical to the cross section S1 of the first section 32.
Dans l’exemple représenté sur la figure 2, le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34 sont identiques. In the example shown in Figure 2, the first section 32 and the second section 34 are identical.
Le deuxième tronçon 34 comporte une deuxième extrémité 38. The second section 34 has a second end 38.
Le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34 sont reliés entre eux à leurs extrémités 36, 38 par une soudure 40 obtenue après une opération de soudage par forgeage. The first section 32 and the second section 34 are interconnected at their ends 36, 38 by a weld 40 obtained after a forging welding operation.
Selon un mode particulier de l’invention, lors du soudage, les extrémités 36, 38 des premier et deuxième tronçons 32, 34 des fils métalliques sont fondues pour former la soudure 40. According to a particular embodiment of the invention, during welding, the ends 36, 38 of the first and second sections 32, 34 of the metal wires are melted to form the weld 40.
La soudure 40 est ici constituée par un mélange des matériaux formant le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34, sans apport d’un matériau externe ne provenant pas du premier tronçon 32 et du deuxième tronçon 34. The weld 40 here consists of a mixture of the materials forming the first section 32 and the second section 34, without the addition of an external material not coming from the first section 32 and from the second section 34.
Une zone plus ou moins étendue de part et d’autre de la soudure 40 est également affectée thermiquement durant l’opération de soudage. On appelle cette zone la « zone affectée thermiquement » (ZAT). Cette zone est le siège d’un échauffement thermique par conduction dans laquelle il y a modification locale de la microstructure et de l’état métallurgique des tronçons 32, 34 des fils métalliques. A more or less extensive area on either side of the weld 40 is also thermally affected during the welding operation. This zone is called the “heat affected zone” (HAZ). This zone is the site of thermal heating by conduction in which there is local modification of the microstructure and of the metallurgical state of the sections 32, 34 of the metal wires.
La zone affectée thermiquement présente une largeur L. La largeur L est la dimension de la ZAT selon l’axe B-B’. The heat affected zone has a width L. The width L is the dimension of the HAZ along the B-B ’axis.
La largeur L est par exemple comprise entre 0,1 mm et 20 mm, de préférence entre 5 mm et 10 mm. The width L is for example between 0.1 mm and 20 mm, preferably between 5 mm and 10 mm.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la Figure 6, la soudure 40 comporte un bourrelet 42 formé par expulsion de matière métallique à l’issue de l’opération de soudage par forgeage entre les deux extrémités 36, 38 des premier et deuxième tronçons 32, 34 des fils métalliques. According to a second embodiment illustrated in FIG. 6, the weld 40 comprises a bead 42 formed by the expulsion of metallic material at the end of the forging welding operation between the two ends 36, 38 of the first and second sections 32 , 34 metal wires.
Le bourrelet 42 correspond à la zone où la matière métallique des extrémités 36, 38 a fondu pendant le soudage. On appelle cette zone la « zone fondue ». Le bourrelet 42, aussi appelé bavure, présente une hauteur h. La hauteur h est la dimension du bourrelet 42 selon une direction radiale du fil métallique. Dans cet exemple, la hauteur h du bourrelet 42 est comprise entre 0,1 mm et 20 mm. The bead 42 corresponds to the area where the metallic material of the ends 36, 38 has melted during welding. This area is called the “melted area”. The bead 42, also called burr, has a height h. The height h is the dimension of the bead 42 in a radial direction of the metal wire. In this example, the height h of the bead 42 is between 0.1 mm and 20 mm.
Le bourrelet 42 présente aussi une largeur L2. La largeur L2 est la dimension du bourrelet selon l’axe B-B’. La largeur L2 du bourrelet est strictement inférieure à la largeur L de la ZAT. Dans cet exemple, la largeur L2 du bourrelet est comprise entre 0,1 mm et 5 mm. The bead 42 also has a width L2. The width L2 is the dimension of the bead along the B-B ’axis. The width L2 of the bead is strictly less than the width L of the HAZ. In this example, the width L2 of the bead is between 0.1 mm and 5 mm.
Selon le mode de réalisation particulier, la zone définie par la zone fondue et la ZAT présente une largeur L’. La largeur L’ est la dimension de la zone fondue et de la ZAT échauffée selon l’axe B-B’. According to the particular embodiment, the zone defined by the melted zone and the HAZ has a width L ’. The width L 'is the dimension of the molten zone and the heated HAZ along the B-B axis.
La largeur L’ est par exemple comprise entre 0,1 mm et 20 mm. The width L ’is for example between 0.1 mm and 20 mm.
Dans cet exemple, le fil d’armure 30 est réalisé en au moins un matériau métallique. In this example, the armor wire 30 is made of at least one metallic material.
Avantageusement, le fil d’armure 30 est un fil d’acier. Le fil d’armure 30 est par exemple un fil d’acier inoxydable, communément appelé inox, ou un fil d’acier au carbone. Advantageously, the armor wire 30 is a steel wire. The armor wire 30 is for example a stainless steel wire, commonly referred to as stainless steel, or a carbon steel wire.
Il est entendu par « acier au carbone » un acier dont le principal composant d’alliage est le carbone. La teneur en carbone de l’acier au carbone est comprise entre 0,12% et 2,0% de masse totale de l’alliage. By "carbon steel" is understood a steel whose main alloying component is carbon. The carbon content of carbon steel is between 0.12% and 2.0% of the total mass of the alloy.
De préférence, l’acier est un acier faiblement allié, c’est-à-dire que la teneur totale de chaque élément d’alliage, tel que par exemple le chrome, le manganèse, le nickel, le cobalt, l’aluminium ou le molybdène, est inférieure à 5%. Preferably, the steel is a low alloy steel, that is to say that the total content of each alloying element, such as for example chromium, manganese, nickel, cobalt, aluminum or molybdenum, is less than 5%.
Le fil d’armure 30 selon l’invention présente une résistance à la corrosion et aux efforts mécanique de pression et de traction sensiblement constante sur toute sa longueur. Le fil d’armure 30 ne présente pas de zone de fragilité au niveau de la soudure 40. The armor wire 30 according to the invention exhibits resistance to corrosion and to mechanical forces of pressure and traction which is substantially constant over its entire length. The armor wire 30 does not have a zone of weakness at the weld 40.
Les propriétés générales de la soudure 40 sont améliorées. Un procédé de fabrication du fil d’armure 30 va maintenant être décrit. The general properties of the weld 40 are improved. A method of manufacturing the armor wire 30 will now be described.
Initialement, un premier tronçon 32 et un deuxième tronçon 34 de fil métallique sont fabriqués. La fabrication des tronçons 32, 34 comporte une étape de laminage. Initially, a first section 32 and a second section 34 of metal wire are manufactured. The manufacture of sections 32, 34 includes a rolling step.
Les microstructures des tronçons 32, 34, notamment les grains métalliques, sont orientés selon des lignes de flux parallèles à un axe longitudinal B-B’. Les tronçons comportent en outre des inclusions étirées et/ou orientées selon la direction B-B’. The microstructures of sections 32, 34, in particular the metal grains, are oriented along flow lines parallel to a longitudinal axis B-B '. The sections further include inclusions stretched and / or oriented in the direction B-B ’.
Le procédé de fabrication du fil d’armure 30 comprend une étape préliminaire de soudage d’une première extrémité 36 du premier tronçon 32 d’un premier fil métallique avec une deuxième extrémité 38 du deuxième tronçon 34 d’un deuxième fil métallique. The method of manufacturing the armor wire 30 comprises a preliminary step of welding a first end 36 of the first section 32 of a first metal wire with a second end 38 of the second section 34 of a second metal wire.
Au cours de cette étape, les tronçons 32, 34 sont reliés entre eux par une étape de soudage par résistance. Dans cet exemple, les tronçons 32, 34 sont préférentiellement reliés entre eux par une étape de soudage par forgeage, comme illustré sur la figure 3. During this step, the sections 32, 34 are interconnected by a resistance welding step. In this example, the sections 32, 34 are preferably interconnected by a forging welding step, as illustrated in FIG. 3.
Le soudage par forgeage est un procédé thermoélectrique de génération de chaleur au niveau des extrémités des tronçons de fils à assembler, associé à un effort d’accostage et d’expulsion de matière. Forging welding is a thermoelectric process for generating heat at the ends of the wire sections to be assembled, associated with a docking force and material expulsion.
Lors de la phase d’accostage, la première extrémité 36 du premier tronçon 32 est mise en contact avec la deuxième extrémité 38 du deuxième tronçon 34, de sorte que la section transversale S1 de la première extrémité 36 recouvre intégralement la section transversale S2 de la deuxième extrémité 38. During the docking phase, the first end 36 of the first section 32 is brought into contact with the second end 38 of the second section 34, so that the cross section S1 of the first end 36 completely covers the cross section S2 of the second end 38.
Dans cet exemple, l’étape de soudage par forgeage est dépourvue d’ajout de matière entre la première extrémité 36 et la deuxième extrémité 38. In this example, the forging welding step is devoid of any addition of material between the first end 36 and the second end 38.
Un fort courant électrique est appliqué sur les tronçons 32, 34 et traverse lesdits tronçons 32, 34 en générant de la chaleur au niveau de la surface de contact entre les deux extrémités 36, 38. A strong electric current is applied to the sections 32, 34 and passes through said sections 32, 34 by generating heat at the level of the contact surface between the two ends 36, 38.
Dans cet exemple, la surface de contact est soumise à une température comprise entre 1000°C et 1500°C, comme illustré par la courbe 1 de la figure 7. Par exemple, la surface de contact est soumise à une température égale à 1250°C. In this example, the contact surface is subjected to a temperature between 1000 ° C and 1500 ° C, as illustrated by curve 1 of FIG. 7. For example, the contact surface is subjected to a temperature equal to 1250 ° vs.
Simultanément à réchauffement au niveau de la surface de contact entre les deux extrémités 36, 38, une pression mécanique P est exercée selon l’axe B-B’ sur chaque tronçon 32, 34 de sorte que le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34 exercent l’un sur l’autre des forces opposées de compression. Par exemple, la pression P est comprise entre 50 MPa et 600 MPa selon une direction normale à la section transversale S1 , S2 des tronçons 32, 34 à souder. Une déformation plastique intervient au niveau de la surface de contact des extrémités 36, 38 des tronçons 32, 34. La fusion locale du métal se produit au niveau de ladite surface de contact. Simultaneously with heating at the level of the contact surface between the two ends 36, 38, a mechanical pressure P is exerted along the axis B-B 'on each section 32, 34 so that the first section 32 and the second section 34 exert opposing compressive forces on each other. For example, the pressure P is between 50 MPa and 600 MPa in a direction normal to the cross section S1, S2 of the sections 32, 34 to be welded. A plastic deformation occurs at the level of the contact surface of the ends 36, 38 of the sections 32, 34. The local melting of the metal occurs at the level of said contact surface.
Le métal recristallise ensuite en créant une soudure 40, permettant ainsi de lier métallurgiquement les tronçons 32, 34 ensemble. The metal then recrystallizes by creating a weld 40, thus making it possible to metallurgically bond the sections 32, 34 together.
Selon le deuxième mode de réalisation, un bourrelet 42 est formé par expulsion de matière vers la périphérie du fil au cours de l’étape de soudage, du fait de la pression mécanique P exercée tandis que la surface de contact des extrémités 36, 38 des tronçons 32, 34 est fondue. Les oxydes exogènes éventuellement formés à haute température lors de l’accostage sont alors expulsés. According to the second embodiment, a bead 42 is formed by expelling material towards the periphery of the wire during the welding step, due to the mechanical pressure P exerted while the contact surface of the ends 36, 38 of the sections 32, 34 is melted. Exogenous oxides possibly formed at high temperature during docking are then expelled.
Au niveau de la soudure 40, les lignes de flux sont ré-orientées parallèlement à la surface de contact et perpendiculairement à l’axe longitudinal B-B’. At weld 40, the flux lines are re-oriented parallel to the contact surface and perpendicular to the longitudinal axis B-B '.
Les inclusions présentes dans les tronçons 32, 34 changent de direction et s’accumulent au niveau de la surface de contact. La ré-orientation des lignes de flux et l’accumulation des inclusions au niveau de la soudure 40 fragilisent les fils métalliques lorsqu’ils se trouvent dans un environnement corrosif. Ce phénomène est renforcé par une décarburation qui intervient dans une magnitude plus ou moins grande au niveau de la soudure 40. La décarburation au niveau de la soudure 40 créée également un déséquilibre entre les microstructures de la soudure 40 et celle de la ZAT. Cela conduit à des phénomènes de couplage galvanique entre les microstructures réduisant alors la résistance à la corrosion de la soudure 40. Des dissolutions autour des inclusions qui débouchent en surface sont également observables. The inclusions present in the sections 32, 34 change direction and accumulate at the level of the contact surface. The re-orientation of the flux lines and the accumulation of inclusions at the weld 40 weaken the metal wires when they are in a corrosive environment. This phenomenon is reinforced by a decarburization which occurs to a greater or lesser magnitude at the level of the weld 40. The decarburization at the level of the weld 40 also creates an imbalance between the microstructures of the weld 40 and that of the ZAT. This leads to phenomena of galvanic coupling between the microstructures then reducing the corrosion resistance of the weld 40. Dissolutions around the inclusions which emerge at the surface can also be observed.
Suite à l’étape de soudage, le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34 sont solidaires l’un avec l’autre. Un fil métallique comprenant deux tronçons 32, 34 reliés entre eux à leurs extrémités 36, 38 par une soudure 40 est ainsi obtenu. Following the welding step, the first section 32 and the second section 34 are integral with one another. A metal wire comprising two sections 32, 34 interconnected at their ends 36, 38 by a weld 40 is thus obtained.
Ensuite, le fil métallique est soumis à une étape de pré-traitement thermique d’au moins une partie de la soudure 40. Then, the metal wire is subjected to a heat pre-treatment step of at least part of the weld 40.
Selon un mode de réalisation, l’étape de pré-traitement thermique est une étape de refusion. According to one embodiment, the heat pre-treatment step is a reflow step.
L’étape de refusion a pour but de casser les lignes de flux et redistribuer les ségrégations et inclusions à la surface du fils. L’étape de refusion est réalisée sur un poste de soudage différent de celui ayant servi à l’étape de soudage par forgeage des tronçons 32, 34 entre eux. L’enchaînement des deux étapes est rapide et simple à mettre en oeuvre au niveau industriel. The purpose of the reflow step is to break the flow lines and redistribute the segregations and inclusions on the surface of the wire. The reflow step is carried out on a welding station different from that used for the step of welding by forging sections 32, 34 together. The sequence of the two steps is quick and easy to implement at the industrial level.
Lorsque l’étape de refusion est réalisée sans apport de matière extérieure, le poste de soudage est par exemple un poste chauffant muni d’une torche apte à créer un arc électrique tel que ceux du type poste de soudage par arc TIG (TIG étant l’acronyme anglais de « Tungsten Inert Gas »), soudage par arc plasma, soudage par arc laser, soudage par arc faisceau d’électrons, etc. When the reflow step is carried out without the addition of external material, the welding station is for example a heating station equipped with a torch capable of creating an electric arc such as those of the TIG arc welding station type (TIG being l (acronym for "Tungsten Inert Gas"), plasma arc welding, laser arc welding, electron beam arc welding, etc.
D’autres moyens de chauffe peuvent être prévus tel que par exemple un poste de chauffage par induction haute fréquence permettant de chauffer la surface du fil, ou d’autres techniques permettant d’apporter une haute énergie sur un temps cours, comme un laser. Other heating means can be provided such as for example a high frequency induction heating station for heating the surface of the wire, or other techniques for providing high energy over a short period of time, such as a laser.
L’étape de refusion est ainsi réalisée immédiatement après l’étape de soudage. Par exemple, une durée inférieure à 5 minutes s’écoule entre l’étape de soudage et l’étape de refusion. The reflow step is thus carried out immediately after the soldering step. For example, less than 5 minutes will elapse between the soldering step and the reflow step.
De préférence, l’étape de refusion est réalisée en position. Il est entendu par cela que la face supérieure du fil est chauffée, puis le fil est tourné et la face qui se trouve au- dessus suite à cela est chauffée à son tour. Cette technique évite que de la matière ne coule sur le sol. L’étape de refusion est réalisée sur toute la périphérie de la soudure 40 à l’aide de l’un quelconque des postes de soudage ou traitement thermique cités ci-avant. Preferably, the reflow step is performed in position. It is understood by this that the upper face of the wire is heated, then the wire is turned and the side which is above as a result is heated in turn. This technique prevents material from flowing onto the floor. The reflow step is carried out over the entire periphery of the solder 40 using any one of the soldering stations or heat treatment mentioned above.
De préférence, l’étape de refusion est réalisée par chauffage par résistance électrique. Preferably, the reflow step is carried out by electric resistance heating.
La présence du bourrelet 42 facilite le positionnement pour le passage du courant électrique au niveau de la soudure 40, par effet de pointe, et offre ainsi une grande précision lors de cette étape. The presence of the bead 42 facilitates the positioning for the passage of the electric current at the level of the weld 40, by point effect, and thus offers great precision during this step.
Selon un mode de réalisation, l’étape de refusion est réalisée par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode non fusible. According to one embodiment, the reflow step is carried out by gas shielded arc welding with a non-fusible electrode.
L’électrode est par exemple une électrode de tungstène. Le soudage est alors qualifié de soudage Tungstène-Gaz Inerte, identifié par le numéro 41 dans la norme NF EN ISO 4063 et plus communément appelé soudage TIG, TIG étant l’acronyme anglais de « Tungsten Inert Gas ». The electrode is, for example, a tungsten electrode. Welding is then qualified as Tungsten-Inert Gas welding, identified by number 41 in standard NF EN ISO 4063 and more commonly called TIG welding, TIG being the acronym for "Tungsten Inert Gas".
Un arc électrique est établi entre l'extrémité de l’électrode et la soudure 40, sous la protection d'un gaz inerte. An electric arc is established between the end of the electrode and the weld 40, under the protection of an inert gas.
Le gaz inerte est par exemple l’argon, l’hélium ou un mélange argon-hélium. The inert gas is, for example, argon, helium or an argon-helium mixture.
L’intensité du courant de l’arc électrique est typiquement comprise entre 30 ampères et 60 ampères, de préférence entre 40 ampères et 50 ampères. The intensity of the electric arc current is typically between 30 amps and 60 amps, preferably between 40 amps and 50 amps.
L’étape de refusion est réalisée à une température supérieure ou égale à 1500°C, et inférieure ou égale à 3000°C, comme illustré par la courbe 2 de la figure 7. De préférence, l’étape de refusion est réalisée à une température comprise entre 1500°C et 1700°C. Par exemple, l’étape de refusion est réalisée à une température de 1600°C. The remelting step is carried out at a temperature greater than or equal to 1500 ° C, and less than or equal to 3000 ° C, as illustrated by curve 2 in FIG. 7. Preferably, the remelting step is carried out at a temperature. temperature between 1500 ° C and 1700 ° C. For example, the reflow step is carried out at a temperature of 1600 ° C.
L’étape de refusion présente une durée de plusieurs minutes, de préférence, supérieure ou égale à deux minutes et inférieure ou égale à cinq minutes. The reflow step has a duration of several minutes, preferably greater than or equal to two minutes and less than or equal to five minutes.
En variante, l’étape de refusion est réalisée au moyen d’un flash d’énergie et présente une durée de quelques secondes, par exemple une durée comprise entre 10 et 30 secondes. As a variant, the reflow step is carried out by means of an energy flash and has a duration of a few seconds, for example a duration of between 10 and 30 seconds.
Au cours de l’étape de refusion, la soudure 40 est fondue au moins partiellement. During the reflow step, solder 40 is at least partially melted.
Il est entendu par « fondue au moins partiellement » que la soudure 40 est fondue sur une zone refondue 44 d’une épaisseur e normale à l’axe longitudinal B-B’, l’épaisseur e étant inférieure ou égale à la somme de la hauteur h du bourrelet 42 et de la demi- dimension transversale maximale r du fil métallique. Ladite demi-dimension r correspond au rayon du fil lorsque celui-ci a une section circulaire.. It is understood by “melted at least partially” that the weld 40 is melted on a remelted zone 44 of a thickness e normal to the longitudinal axis B-B ', the thickness e being less than or equal to the sum of the height h of the bead 42 and of the maximum transverse half-dimension r of the metal wire. Said half-dimension r corresponds to the radius of the wire when the latter has a circular section.
La zone refondue 44 présente une épaisseur e supérieure à la hauteur h du bourrelet 42. L’épaisseur e de la zone refondue 44 correspond à la somme de la hauteur h du bourrelet 42 et d’une épaisseur interne e’ de la zone refondue 44. De préférence, l’épaisseur interne e’ est supérieure ou égale à 300 pm. The remelted zone 44 has a thickness e greater than the height h of the bead 42. The thickness e of the remelted zone 44 corresponds to the sum of the height h of the bead 42 and an internal thickness e 'of the remelted zone 44 . Preferably, the internal thickness e ′ is greater than or equal to 300 μm.
La zone refondue 44 présente une longueur L” supérieure à L2 et potentiellement supérieure à L. The remelted zone 44 has a length L ”greater than L2 and potentially greater than L.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’étape de refusion est dépourvue de la fourniture d’un métal d’apport. Lorsque la soudure 40 comporte un bourrelet 42, ledit bourrelet 42 fournit suffisamment de matière pour éviter une réduction de la section du fil d’armure 30. According to a preferred embodiment of the invention, the reflow step is devoid of the provision of a filler metal. When the weld 40 includes a bead 42, said bead 42 provides sufficient material to avoid a reduction in the section of the armor wire 30.
L’étape de refusion modifie la microstructure du fil métallique au niveau de la soudure 40 et de la ZAT. Suite à l’étape de refusion, les lignes de flux au niveau de la soudure sont ré-alignées de sorte qu’il n’y a plus de direction préférentielle de la microstructure. The reflow step changes the microstructure of the wire at solder 40 and HAZ. Following the reflow step, the flux lines at the solder are re-aligned so that there is no more preferential direction of the microstructure.
De plus, l’étape de refusion entraîne la dispersion des inclusions présentes au niveau de la soudure 40. In addition, the reflow step causes the dispersion of the inclusions present at the solder 40.
Puis, le fil métallique est soumis à une étape de traitement thermique. Avantageusement, l’étape de traitement thermique comprend un recuit thermique de la soudure 40. Then, the metal wire is subjected to a heat treatment step. Advantageously, the heat treatment step comprises thermal annealing of the weld 40.
L’étape de recuit permet d’homogénéiser la microstructure du fil métallique et partant, d’ajuster les propriétés mécaniques et la dureté du fil métallique. The annealing step makes it possible to homogenize the microstructure of the metal wire and thereby adjust the mechanical properties and the hardness of the metal wire.
L’étape de recuit est réalisée à une température inférieure à la température de l’étape de refusion. De préférence, l’étape de recuit est réalisée à une température inférieure à 1 100°C, de préférence comprise entre 400°C et 900°C, comme illustré par la courbe 3 de la figure 7. The annealing step is performed at a temperature lower than the temperature of the remelting step. Preferably, the annealing step is carried out at a temperature below 1,100 ° C, preferably between 400 ° C and 900 ° C, as illustrated by curve 3 in FIG. 7.
L’étape de recuit présente une durée supérieure à la durée de l’étape de refusion. The annealing step has a longer duration than the duration of the reflow step.
L’étape de recuit présente une durée comprise entre quelques secondes et plusieurs minutes, de préférence entre 10 secondes et 5 minutes. The annealing step has a duration of between a few seconds and several minutes, preferably between 10 seconds and 5 minutes.
De préférence, l’étape de recuit comprend un refroidissement contrôlé. Preferably, the annealing step comprises controlled cooling.
En variante, l’étape de refusion est réalisée par une technique choisie dans le groupe constitué des techniques de soudage plasma, de soudage hybride arc-laser, de soudage par faisceau d’électrons et de chauffage par induction. Alternatively, the reflow step is performed by a technique selected from the group consisting of plasma welding, hybrid laser arc welding, electron beam welding and induction heating techniques.
Selon un autre mode de réalisation, l’étape de refusion est réalisée avec un apport de métal. Le métal d’apport est de préférence de composition proche de celle du métal du fil métallique, par exemple le métal d’apport est identique au métal du fil métallique. Lorsque l’étape de refusion est réalisée avec apport de matière extérieure fusible, le poste de soudage est par exemple un poste de soudage du type soudage par arc à l’électrode enrobée ou du type soudage par arc avec fil-électrode fusible. L’étape de refusion est réalisée par exemple par soudage à l'arc à l'électrode enrobée ou par soudage MIG-MAG, les acronymes MIG et MAG signifiant respectivement « Métal inert gas » pour soudage métal-gaz inerte et « Métal active gas » pour soudage métal-gaz actif. According to another embodiment, the reflow step is carried out with a supply of metal. The filler metal is preferably of composition close to that of the metal of the metal wire, for example the filler metal is identical to the metal of the metal wire. When the reflow step is carried out with the addition of fusible external material, the welding station is for example a welding station of the arc welding type with a coated electrode or of the arc welding type with a fusible wire electrode. The reflow step is carried out for example by arc welding with a coated electrode or by MIG-MAG welding, the acronyms MIG and MAG meaning respectively "Metal inert gas" for metal-inert gas welding and "Metal active gas. »For active metal-gas welding.
En variante, le fil d’armure 30 comprend au moins trois tronçons reliés deux à deux à leurs extrémités par des soudures 40. As a variant, the armor wire 30 comprises at least three sections connected two by two at their ends by welds 40.
Selon ce mode de réalisation, les différents tronçons sont reliés entre eux par soudage. Puis, le fil ainsi obtenu est ensuite soumis à une étape de refusion et ensuite à une étape de recuit thermique. According to this embodiment, the different sections are connected together by welding. Then, the wire thus obtained is then subjected to a remelting step and then to a thermal annealing step.
Le fil ainsi produit est ensuite apte à être enroulé autour d’une gaine 12 telle que décrite plus haut, ou d’une voûte de pression 14, d’une frette 26 ou encore d’une bande anti-usure (non visible sur les Figures), à pas long pour former un fil d’armure 30 d’au moins une couche d’armure 16, 17. The wire thus produced is then suitable for being wound around a sheath 12 as described above, or a pressure vault 14, a hoop 26 or even an anti-wear strip (not visible on the Figures), with a long pitch to form an armor wire 30 of at least one armor layer 16, 17.
Avantageusement, au moins une gaine 22 est formée autour de la couche d’armure 16, 17 pour finaliser la fabrication de la ligne flexible 10. Advantageously, at least one sheath 22 is formed around the armor layer 16, 17 to finalize the manufacture of the flexible line 10.
Selon un autre mode de réalisation, l’étape de pré-traitement thermique est une étape d’austénitisation. According to another embodiment, the heat pre-treatment step is an austenitization step.
L’austénitisation permet un changement de structure cristallographique de l’acier par chauffage, le fer a étant transformé en fer g. Austenitization allows a change in the crystallographic structure of the steel by heating, the iron a being transformed into iron g.
L’étape d’austénitisation est réalisée sur toute la périphérie de la soudure 40 à l’aide de l’un quelconque des postes de soudage ou traitement thermique cités ci-avant. L’austénitisation est réalisée sur une longueur supérieure à L2 et potentiellement supérieure à L et sur une épaisseur normale à l’axe longitudinal B-B’, l’épaisseur étant inférieure ou égale à la somme de la hauteur h du bourrelet 42 et de la demi-dimension transversale maximale r du fil métallique. Ladite demi-dimension r correspond au rayon du fil lorsque celui-ci a une section circulaire. Avantageusement, l’épaisseur soumise au phénomène d’austénitisation est inférieure ou égale à 1 mm. On dit que l’austénitisation est réalisée en peau de la soudure 40. The austenitization step is carried out over the entire periphery of the weld 40 using any of the welding or heat treatment stations mentioned above. The austenitization is carried out over a length greater than L2 and potentially greater than L and over a thickness normal to the longitudinal axis B-B ', the thickness being less than or equal to the sum of the height h of the bead 42 and of the maximum transverse half-dimension r of the wire. Said half-dimension r corresponds to the radius of the wire when the latter has a circular section. Advantageously, the thickness subjected to the austenitization phenomenon is less than or equal to 1 mm. It is said that the austenitization is carried out with the skin of the weld 40.
L’étape d’austénitisation, que l’on qualifie d’austénitisation poussée, est réalisée à une température comprise entre 1000°C et 1400°C. The austenitization step, which is called deep austenitization, is carried out at a temperature between 1000 ° C and 1400 ° C.
L’étape d’austénitisation est dans ce cas réalisée par une technique permettant d’apporter une haute énergie sur des petites épaisseurs en surface sur un temps court tel qu’avec un équipement micro soudure laser ou micro plasma dérivés de la soudure à l’arc. The austenitization step is in this case carried out by a technique making it possible to provide high energy on small thicknesses at the surface over a short time, such as with micro laser or micro plasma welding equipment derived from laser welding. bow.
En variante, l’étape d’austénitisation est réalisée par soudage par induction à haute fréquence. Dans ce cas la durée du traitement est de préférence inférieur à 1 minute. L’étape d’austénitisation modifie la microstructure du fil métallique au niveau de la soudure 40. Suite à l’étape d’austénitisation, de nouveaux grains sont créés par nucléation. Lesdits grains présentant une taille plus importante que les grains précédents, les lignes de flux au niveau de la soudure 40 sont ré-alignées de sorte qu’il n’y a plus de direction préférentielle de la microstructure. Grâce à un contrôle du refroidissement, la microstructure martensitique potentiellement présente après l’étape de pré-traitement thermique est également supprimée. As a variant, the austenitization step is carried out by high frequency induction welding. In this case, the duration of the treatment is preferably less than 1 minute. The austenitization step modifies the microstructure of the metal wire at the weld 40. Following the austenitization step, new grains are created by nucleation. Said grains having a larger size than the previous grains, the lines of flux at the weld 40 are re-aligned so that there is no longer a preferential direction of the microstructure. Thanks to cooling control, the martensitic microstructure potentially present after the heat pre-treatment step is also removed.
L’étape de pré-traitement thermique modifie la microstructure du fil métallique au niveau de la soudure 40. Suite au réalignement des lignes de flux au niveau de la soudure, la microstructure ne présente plus de direction préférentielle. De plus, dans le cas où l’étape de pré-traitement thermique est une étape de refusion, les inclusions présentes au niveau de la soudure 40 sont dispersées. The heat pre-treatment step modifies the microstructure of the metal wire at the weld 40. Following the realignment of the flux lines at the weld, the microstructure no longer has a preferential direction. In addition, in the case where the heat pre-treatment step is a reflow step, the inclusions present at the weld 40 are dispersed.
Le fil d’armure 30 ainsi obtenu présente une résistance à la corrosion sensiblement constante sur toute sa longueur. La résistance du fil d’armure 30 à la corrosion en présence d’efforts mécaniques combinés (SSC) est encore améliorée par rapport à un fil métallique soudé ayant subi un simple traitement thermique de recuit. The armor wire 30 thus obtained exhibits substantially constant corrosion resistance over its entire length. The resistance of the armor wire 30 to corrosion in the presence of combined mechanical forces (SSC) is further improved compared to a welded metal wire which has undergone a simple annealing heat treatment.
En variante, le procédé de fabrication du fil d’armure 30 comprend en outre une étape de parachèvement. L’étape de parachèvement consiste à améliorer l’état de surface de la zone traitée thermiquement, en ôtant les éventuelles imperfections demeurant à la surface du fil d’armure 30. As a variant, the method of manufacturing the armor wire 30 further comprises a finishing step. The finishing step is to improve the surface finish of the heat-treated area, by removing any imperfections remaining on the surface of the armor wire 30.
L’étape de parachèvement est réalisée entre l’étape de pré-traitement thermique et l’étape de recuit, ou après l’étape de recuit. Par exemple, à l’issue de l’étape d’austénitisation, l’étape de parachèvement permet de supprimer le bourrelet 42. The finishing step is performed between the heat pre-treatment step and the annealing step, or after the annealing step. For example, at the end of the austenitization step, the finishing step removes the bead 42.
L’étape de parachèvement est réalisée manuellement ou au moyen d’un outil mécanique de polissage, tel qu’une ponceuse équipée d’un disque à lamelles muni d’un papier abrasif. The finishing step is carried out manually or by means of a mechanical polishing tool, such as a sander equipped with a flap disc fitted with abrasive paper.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’un fil d’armure (30) d’une couche métallique de renforcement mécanique d’une ligne flexible (10) de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau, comprenant les étapes suivantes : 1. A method of manufacturing an armor wire (30) of a metal layer for mechanical reinforcement of a flexible fluid transport line (10) intended to be immersed in a body of water, comprising the following steps :
- fourniture d’un fil métallique comprenant au moins un premier tronçon (32) et un deuxième tronçon (34), le premier tronçon (32) et le deuxième tronçon (34) étant reliés entre eux à leurs extrémités (36) par une soudure (40), - supply of a metal wire comprising at least a first section (32) and a second section (34), the first section (32) and the second section (34) being interconnected at their ends (36) by a weld (40),
- recuit thermique de la soudure (40), - thermal annealing of the weld (40),
caractérisé en ce qu’il comprend, avant le recuit thermique : characterized in that it comprises, before thermal annealing:
- une étape de pré-traitement thermique d’au moins une partie de la soudure (40), l’étape de pré-traitement thermique étant une étape de refusion ou une étape d’austénitisation. - a heat pre-treatment step of at least part of the weld (40), the heat pre-treatment step being a reflow step or an austenitization step.
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1 , dans lequel l’étape de pré-traitement thermique est une étape de refusion au cours de laquelle la soudure (40) est fondue au moins partiellement. 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the heat pre-treatment step is a remelting step during which the solder (40) is at least partially melted.
3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, dans lequel la soudure (40) est fondue sur une épaisseur interne (e’) supérieure ou égale à 300 pm. 3. The manufacturing method according to claim 2, wherein the solder (40) is melted to an internal thickness (e ’) greater than or equal to 300 μm.
4. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel l’étape de refusion est réalisée sur toute la périphérie de la soudure (40). 4. The manufacturing method according to any one of claims 2 or 3, wherein the reflow step is performed over the entire periphery of the solder (40).
5. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’étape de refusion est réalisée à une température supérieure ou égale à 1500°C. 5. The manufacturing method according to any one of claims 2 to 4, wherein the reflow step is carried out at a temperature greater than or equal to 1500 ° C.
6. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l’étape de refusion présente une durée inférieure ou égale à cinq minutes, et de préférence supérieure ou égale à deux minutes. 6. The manufacturing method according to any one of claims 2 to 5, wherein the reflow step has a duration of less than or equal to five minutes, and preferably greater than or equal to two minutes.
7. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel l’étape de refusion comprend la fourniture d’un métal d’apport. 7. The manufacturing method according to any one of claims 2 to 6, wherein the reflow step comprises providing a filler metal.
8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, comprenant une étape préliminaire de soudage par forgeage d’une première extrémité (36) du premier tronçon (32) avec une deuxième extrémité (38) du deuxième tronçon (34), l’étape préliminaire comprenant l’apport de métal entre la première extrémité (32) et la deuxième extrémité (34), le métal étant de préférence identique au métal formant le fil d’acier. 8. The manufacturing method according to claim 7, comprising a preliminary step of forging welding of a first end (36) of the first section (32) with a second end (38) of the second section (34), the preliminary step comprising the addition of metal between the first end (32) and the second end (34), the metal preferably being identical to the metal forming the steel wire.
9. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape de pré-traitement thermique est dépourvue de la fourniture d’un métal d’apport. 9. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 6, wherein the heat pre-treatment step is devoid of the provision of a filler metal.
10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, comprenant une étape préliminaire de soudage par forgeage d’une première extrémité (36) du premier tronçon (32) avec une deuxième extrémité (38) du deuxième tronçon (34), l’étape préliminaire étant avantageusement dépourvue d’ajout de matériau entre la première extrémité (32) et la deuxième extrémité (34). 10. The manufacturing method according to claim 9, comprising a preliminary step of welding by forging a first end (36) of the first section (32) with a second end (38) of the second section (34), the preliminary step being advantageously devoid of addition of material between the first end (32) and the second end (34).
11. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de pré-traitement thermique est réalisée par soudage par arc électrique, notamment par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode métallique, en particulier par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode de tungstène. 11. The manufacturing method according to any one of the preceding claims, wherein the heat pre-treatment step is carried out by electric arc welding, in particular by gas shielded arc welding with a metal electrode, in particular by gas shielded arc welding with a tungsten electrode.
12. Procédé de fabrication selon la revendication 1 1 , dans lequel l’intensité du courant de l’arc électrique est comprise entre 30 ampères et 60 ampères, de préférence entre 40 ampères et 50 ampères. 12. The manufacturing method according to claim 1 1, wherein the intensity of the electric arc current is between 30 amps and 60 amps, preferably between 40 amps and 50 amps.
13. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de recuit est réalisée à une température inférieure à la température de l’étape de pré-traitement thermique, de préférence l’étape de recuit étant réalisée à une température inférieure à 1 100°C, de préférence comprise entre 400°C et 900°C. 13. Manufacturing process according to any one of the preceding claims, in which the annealing step is carried out at a temperature below the temperature of the heat pre-treatment step, preferably the annealing step being carried out at a temperature below 1100 ° C, preferably between 400 ° C and 900 ° C.
14. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de recuit présente une durée supérieure à la durée de l’étape de pré-traitement thermique. 14. The manufacturing method according to any one of the preceding claims, wherein the annealing step has a duration greater than the duration of the heat pre-treatment step.
15. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fil métallique est un fil d’acier, de préférence un fil d’acier au carbone. 15. The manufacturing method according to any one of the preceding claims, wherein the metal wire is a steel wire, preferably a carbon steel wire.
16. Fil d’armure (30) susceptible d’être fabriqué selon l’une quelconque des revendications précédentes. 16. Armor wire (30) capable of being manufactured according to any one of the preceding claims.
17. Ligne flexible (10) de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau comprenant au moins un fil d’armure (30) selon la revendication 16. 17. A flexible fluid transport line (10) intended to be immersed in a body of water comprising at least one armor wire (30) according to claim 16.
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