Procédé pour la mesure de la relaxation des métaux à haute température
et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
Le présent brevet comprend un procédé pour la mesure de la relaxation des métaux à haute température, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
I1 est bien connu que dans le cas d'assemblage par brides boulonnées, de tuyauteries métalliques travaillant sous pression et à température élevée, les boulons d'attache subissent au cours du temps une diminution de la tension initiale de pose.
Cette diminution de tension qui produit une contraction des boulons contrebalançant l'allongement du fluage, conduit à une diminution de l'étanchéité à l'endroit du bridage. Depuis longtemps, on s'est penché sur ce phénomène dit de relaxation de tension, dû à un allongement plastique permanent connu sous le nom de fluage, afin de connaître davantage ce fluage et de trouver les moyens de le mesurer en vue de calculer sans empirisme les assemblages bridés travaillant à hautes températures.
Parmi les différents moyens mis en oeuvre pour déterminer la valeur du fluage, on a utilisé notamment des extensomètres permettant de mesurer l'allongement au cours du temps d'une éprouvette placée sous tension dans un four. Cette mesure s'effectuait au moyen de deux tiges rigides, attachées respective- ment à chacune des extrémités de l'éprouvette. Les variations de déplacement de ces deux tiges, dues à l'allongement de l'éprouvette, permettaient de connaître ledit allongement grâce à un enregistreur différentiel d'un type classique. I1 subsistait toutefois, lors des essais de relaxation proprement dits, l'inconvénient d'une erreur provenant de l'influence d'une différence dans l'échauffement des tiges de l'extensomètre, lesquelles en s'allongeant différemment, faussaient la mesure envisagée.
De plus, l'allongement ainsi mesuré ne séparait pas l'influence du fluage proprement dit, de celle de l'élévation de température.
Le présent brevet a pour but de remédier aux inconvénients précités.
Le procédé qu'il comprend est caractérisé en ce que l'on met à température ambiante, une éprouvette sous une tension de traction statique détermi- née et en ce que l'on soumet à un chauffage identique ladite éprouvette tractée et une seconde éprouvette identique à la première mais non soumise à la traction, et en ce que l'on réduit la tension sur l'éprouvette tractée de façon à compenser l'allongement propre au fluage par une contraction provenant de cette diminution de tension, jusqu'à ce que les deux éprouvettes ayant été soumises pendant la mme durée à la mme élévation de température aient retrouvé la mme longueur.
Dans une mise en oeuvre particulière du procédé, on solidarise les deux éprouvettes à une de leurs extrémités après les avoir disposées côte à côte et de préférence parallèlement l'une à l'autre et on effectue sur les deux autres extrémités, la mesure de la différence dlrs es allongements. De cette façon, les incon- vénients cités plus haut sont éliminés et le déplacement relatif de ces deux extrémités correspond uniquement à l'allongement dû au fluage de la matière au cours du phénomène de relaxation.
Un avantage du procédé selon le présent brevet réside dans le fait que la compensation exacte de l'allongement du fluage par une diminution de la charge de l'éprouvette tractée, de façon à maintenir constante la longueur de l'éprouvette à la température envisagée, permet de reproduire exactement les conditions de la relaxation au cours du temps, d'un boulon posé avec un serrage initial connu et carac térisé précisément par l'allongement pris par le boulon au cours de ce serrage.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus est caractérisé en ce qu'il comprend un four pour le chauffage des éprouvettes de traction, un appareillage de mise sous tension des éprouvettes et un dispositif extensométrique à contacts susceptible de fonctionner à l'intérieur dudit four.
Suivant une variante avantageuse du dispositif, l'appareillage de mise sous tension des éprouvettes peut tre asservi au dispositif extensométrique.
On expose ci-après, à titre d'exemple, une mise en oeuvre particulière du procédé revendiqué en regard du dessin annexé qui représente une forme d'exécution du dispositif pour cette mise en oeuvre.
La fig. 1 est une vue schématique de l'ensemble du dispositif.
La fig. 2 montre un détail de la fig. 1.
Une éprouvette 2, placée à l'intérieur d'un four de chauffage (non représenté), est soumise à une extension simple par l'intermédiaire d'un moteur 1 et d'un pendule 4 entre deux barres 11 et 12. Le pendule 4 pivote autour d'un point fixe 19, et un levier 4' perpendiculaire au pendule 4 sollicite à la suite les unes des autres, des barres 17, 15 et 12 par l'intermédiaire d'articulations 18, 16 et 13 et d'un point fixe 14, de telle façon que lorsque le poids P du levier 4 s'abaisse, la barre 12 subit un mouvement vertical de bas en haut.
Un comparateur 3 indique la tension existant dans l'éprouvette.
Sur la fig. 2, l'éprouvette traitée 2 est fixée entre les deux barres 1 1 et 12 tandis qu'une éprouvette témoin 5, munie d'un contact 6, est solidaire de la barre supérieure 12 par une tige de support réglable 10. Une paire de contacts 21 et 22, mécaniquement solidaires de la barre 11, sont reliés à un amplificateur 7 relié au moteur de traction par un relais électromagnétique 8. Le moteur 1 peut tre mis sous tension et donc en service par le réseau 9 lorsque le relais électromagnétique 8 est mis sous tension par l'amplificateur 7.
Le dispositif fonctionne comme suit: l'éprouvette 2 est mise sous tension de traction par le moteur 1, les transmissions 1 1 à 20 et le pendule 4. Le moteur est arrté une fois la tension désirée atteinte. Cette tension contrôlée en 3 se fait à température ambiante.
On place ensuite l'éprouvette tractée 2 et l'éprouvette non tractée 5 dans un four de chauffage (non représenté), chauffant les deux éprouvettes de façon identique. Pendant l'élévation de température, les deux éprouvettes subissent la mme dilatation thermique, mais l'éprouvette 2 subit en plus un allongement dû à la mise sous tension.
Dès que la différence entre les allongements des éprouvettes 2 et 5 atteint une valeur déterminée par l'espacement fixé entre les deux contacts 21 et 22, le contact 6 met le moteur 1 en service par l'intermédiaire du contact supérieur 22 de l'amplificateur 7 et du relais électromagnétique 8. Le moteur 1 réduit la tension de traction appliquée à l'éprouvette 2 qui se contracte dans le sens de la longueur. Le moteur est automatiquement arrté lorsque le contact 6 touche le contact inférieur 21. A ce moment, l'allongement propre au fluage est compensé par une contraction due à la diminution de la tension de traction exercée par le moteur 1 et le pendule 4.
L'éprouvette 2 ayant retrouvé la mme longueur que l'éprouvette 5, on peut connaître l'influence de la relaxation par fluage sur la tension initiale de l'éprouvette, puisque l'on peut mesurer avec précision l'allongement dû à ce fluage. Un réglage minutieux du dispositif permet de construire la courbe de fluage en fonction de la température.
Dans la forme d'exécution décrite, le moteur 1 est remis en service chaque fois que la différence entre les allongements des éprouvettes 2 et 5 atteint 1 micron.