Module 13 Dimensionner Des Elements Simple en Chaudronnerie Et Tuyauterie

Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du Travail

INSTITUT SUPERIEUR DE LA TECHNOLOGIE APPLIQUE

GENIE MECANIQUE ROYAUME DU MAROC

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OFPPT

MMOODDUULLEE :: 0099

DDIIMMEENNSSIIOONNNNEERR DDEESS EELLEEMMEENNTTSS SSIIMMPPLLEESS EENN CCHHAAUUDDRROONNNNEERRIIEE EETT

TTUUYYAAUUTTEERRIIEE

NNIIVVEEAAUU :: TTEECCHHNNIICCIIEENN SSPPEECCIIAALLIISSEE

FFIILLIIEERREE ::

DDIISSSSIINNAATTEEUURR DD’’EETTUUDDEE EENN CCOONNSS--TTRRUUCCTTIIOONN MMEETTAALLLLIIQQUUEE

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SOMMAIRE

1. DOMAINE D’APPLICATION _________________________________________________________ 4

1.1. Définition : _________________________________________________________________________ 4

1.2. Rappels : ___________________________________________________________________________ 4

2. RAPPEL _________________________________________________________________________ 6

2.1. LA PRESSION _______________________________________________________________________ 6 2.1.1. Définition ________________________________________________________________________________ 6 Unités : ____________________________________________________________________________________ 6 Pression Atmosphérique : _____________________________________________________________________ 6 Vide _______________________________________________________________________________________ 7 Pressions Absolue – Différentielle : ______________________________________________________________ 7 Principe de l’Hydrostatique ____________________________________________________________________ 7 Théorème de Bernoulli ________________________________________________________________________ 8 Pressions Statique ‐ Dynamique _________________________________________________________________ 8

2.2. LES TEMPERATURES _________________________________________________________________ 10 2.2.1. Chaleur – Echanges de chaleur ______________________________________________________________ 10 2.2.2. Température ____________________________________________________________________________ 10 2.2.3. Echelles de température ___________________________________________________________________ 10 2.2.4. Points particuliers ________________________________________________________________________ 12

2.3. UNITES NORMALISEES DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES ______________________________ 14

2.4. MATIERE D’OUEVRE : _______________________________________________________________ 17 2.4.1. LES ACIERS ______________________________________________________________________________ 17 2.4.2. LES TUBES _______________________________________________________________________________ 22 2.4.3. LE S FONDS BOMBE _______________________________________________________________________ 34

3. LES CODES DE CONSTRUCTION: POURQUOI ? _________________________________________ 36

4. DONNEES PRELIMINAIRES _________________________________________________________ 38

4.1. Données Client – Donneur D’ordre _____________________________________________________ 38 4.1.1. Incidence de la catégorie de construction sur la réception des produits et les valeurs de f et z (G9) ________ 38 4.1.2. Catégorie de construction __________________________________________________________________ 40 4.1.3. Coefficient De Soudure ____________________________________________________________________ 40 4.1.4. Surépaisseur De Corrosion__________________________________________________________________ 40 4.1.5. Conditions De Calcul ______________________________________________________________________ 40 4.1.6. Expression Des Données Client ______________________________________________________________ 40

4.2. Données Concepteur / Réalisateur (Fabricant) ___________________________________________ 42 4.2.1. Choix Des Matériaux ______________________________________________________________________ 42 4.2.2. Choix D’une Catégorie De Livraison ___________________________________________________________ 42 4.2.3. Choix Des Assemblages Soudés ______________________________________________________________ 42 4.2.4. Choix des types de piquages / technologie de construction ________________________________________ 43 4.2.5. Documents De Références Concepteur/Réalisateur ______________________________________________ 43 4.2.6. Expression des données concepteur/réalisateur ________________________________________________ 43

5. INFORMATION COMPLEMENTAIRE SUR LES VIROLES ___________________________________ 44

6. INFORMATION COMPLEMENTAIRE SUR LES FONDS ____________________________________ 46

7. INFORMATION COMPLEMENTAIRE SUR LES RENFORCEMENTS D'OUVERTURE _______________ 49

8. relation codap / arrete ministériel / desp ____________________________________________ 51

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9. calcul des contraintes admissibles __________________________________________________ 52

9.1. comportements de metaux ___________________________________________________________ 52 9.1.1. Contraintes admissible ____________________________________________________________________ 52 9.1.2. Condition dimensionnant __________________________________________________________________ 52

10. note de calcul _________________________________________________________________ 53

10.1. page de garde ______________________________________________________________________ 53

10.2. contraintes de calcul ________________________________________________________________ 54

10.3. calcul des éléments _________________________________________________________________ 55

11. type de calcul codap ___________________________________________________________ 56

11.1. calcul linéaire ______________________________________________________________________ 56

11.2. calcul itératif ______________________________________________________________________ 57

12. les epaisseurs _________________________________________________________________ 58

12.1. généralitées _______________________________________________________________________ 58

12.2. epaisseurs calculer/verifier par le codap ________________________________________________ 58

12.3. liens entre les differentes épaisseurs ___________________________________________________ 58

13. ENVELOPPES CYLINDRIQUES DE SECTION DROITE CIRCULAIRE (CODAP C2.1) _____________ 59

13.1. OBJET (CODAP C2.1.1) _______________________________________________________________ 59

13.2. CONDITIONS D'APPLICATION (CODAP C2.1.2) ____________________________________________ 59 13.2.1. Epaisseur (CODAP C2.1.2.1) ______________________________________________________________ 59 13.2.2. Assemblages soudés (CODAP C2.1.2.2) _____________________________________________________ 59 13.2.3. Défauts de circularité (CODAP C2.1.2.3) _____________________________________________________ 59 13.2.4. Sollicitations (CODAP C2.1.2.4) ____________________________________________________________ 59

13.3. NOTATIONS (CODAP C2.1.3) __________________________________________________________ 60

13.4. RÈGLE DE CALCUL (CODAP C2.1.4) _____________________________________________________ 60

13.5. EPAISSEUR NÉCESSAIRE AUX EXTRÉMITÉS DE L'ENVELOPPE (CODAP C2.1.5) ___________________ 60

14. Calcul de renforcement des ouvertures ____________________________________________ 63

14.1. Renforcement _____________________________________________________________________ 63

14.2. Dimensionnement des anneaux‐renforts _______________________________________________ 63

15. Déterminer l’épaisseur d’une ligne de tuyauterie soumise à une pression ________________ 74

15.1. GENERALITES (CODETI C2.1) __________________________________________________________ 74

15.2. DIMENSIONNEMENT DES COMPOSANTS SOUMIS A UNE PRESSION INTÉRIEURE (CODETI C2.2) ___ 74 15.2.1. TUYAU DROIT (CODETI C2.2.1) ____________________________________________________________ 74 15.2.2. CINTRES ET COUDES A SOUDER (CODETI C2.2.2) ______________________________________________ 75

15.3. ÉPAISSEURS – DÉFINITIONS (CODETI C1.6) _______________________________________________ 76

15.1. UNITES – TOLERANCES (CODETI C1.7) __________________________________________________ 77 15.1.1. UNITES (CODETI C1.7.1) _________________________________________________________________ 77 15.1.2. TOLERANCES (CODETI C1.7.2) _____________________________________________________________ 77

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1. DOMAINE D’APPLICATION

1.1. DEFINITION : Dans certains pays industrialisés (Etats-Unis, Angleterre, Allemagne, Italie, France et autre) des réglementations nationales ont été définies pour la construction d’appareils chaudronnés pouvant présenter des risques. Cette réglementation impose des dispositions de construction, définit les calculs, oblige à choisir des matériaux conformes aux normes, contraint à des con-trôles et de plus interdit des dispositions jugées dangereuses. Codes et Normes : Les codes exposent un ensemble de règle de conception et de construction destinées à assu-rer la fiabilité des appareils et la sécurité de leur utilisation, En France, comme au Maroc, on utilise le CODAP (Code des Appareils à Pression), il s’agit des normes et des spécifications élaborés par SNCT (Syndicat National de la Chaudronnerie Tuyauterie) et AFIAP (Association Française des Ingénieurs Appareils à Pression) désignant les règles et les exigences mini-males en vue d’assurer la sécurité d’emploi des appareils dans des conditions normales d’utilisation. Ces règles concernent le choix des matériaux, le calcul, la fabrication, le contrôle et l’inspection, ainsi que les organes de protection contre les excès de pression. Il existe d’autres codes étrangers plus connus et employés tel que : Le CODRES code de réservoir, Le CODETTI code pour la tuyauterie L’ASME américain et son complément TEMA, Le BS ou British Standard (code anglais), Les AD Merkblatt allemands et parfois les DIN.

1.2. RAPPELS : G2.1 le CODAP s’applique aux appareils à pression de vapeur ou de gaz, non soumis à la flamme, soumis à une pression intérieure Pi > 0,05 Mpa ou une pression extérieure Pe > 0,01 Mpa. G2.2 au sens du code un appareil à pression est limité à tous les accessoires soudés sur la coque de l’appareil (viroles et fonds) :

Pi >0,05 Mpa Pe >0,01 Mpa

Limites de l’appareil

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C1.1.1 le CODAP ne traite que des effets de la pression intérieure (extérieure dans certains cas), et de la température (calcul de TMA). Si l’appareil est soumis à d’autres sollicitations, il y a lieu de vérifier leurs effets. C1.1.3 les règles spécifiques de calcul ont chacune un domaine d’application, hors de ce do-maine il appartient au concepteur / réalisateur de justifier, par des méthodes de calcul large-ment reconnu, les épaisseurs de l’appareil.

Nota : attention seul les textes originaux du CODAP font fois

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2. RAPPEL

2.1. LA PRESSION

2.1.1. Définition La pression permet de traduire l’action mécanique d’un fluide (liquide, gaz) sur une surface. D’une manière générale, l’action mécanique exercée par un fluide parfait (non visqueux) sur une surface élémentaire (dS) a les particularités suivantes :

fM(1/2) est perpendiculaire à la surface de contact. fM(1/2) s'appelle la pression au point M et se note pM

dF p dS nM

( / ) ( / )1 2 1 2

n (1/2) étant la normale à dS orientée de (1) vers (2)

Généralement, on écrit :

Unités : D’un point de vue « unités » S.I., la pression s’exprime en Pascal (1 Newton / 1 mètre carré). Le Pascal permet de traduire des pressions extrêmement faibles, pour les pressions usuelles, on utilise alors des unités dérivées (bar, atmosphère,…). Les correspondances sont données dans le tableau ci-dessous :

Pascal (Pa) N / mm2 ou MPa bar (b)

Pascal (Pa) 1 10-6 10-5

Bar (b) 105 10-1 1

Atmosphère (atm) 1,013 x 105 0,1013 1,013

N / mm2 ou MPa 106 1 10

daN / cm2 105 10-1 1

mm H2O (eau) 9,8 9,8 x 10-6 9,8 x 10-5

10 m H2O (eau) 0,98

mm Hg (mercure) 133 133 x 10-6 133 x 10-5

psi (pounds per square inch) 6,9 x 103 6,9 x 10-3 6,9 x 10-2

Pression Atmosphérique : La pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer, à 15 °C, est de 1013 mbar. Elle peut varier, de ± 25 mbar, avec la pluie ou le beau temps. Elle est en fonction de l’altitude (hydrostatique).

fM(1/2)=pM

dSM

SFp

p : pression F : force S : surface

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Liquide

H

S1 S2

M N

Vide

Le vide correspond en théorie à une absence de matière, ce qui correspond à une pression absolue nulle. En réalité, il ne peut ni être atteint, ni être dépassé, on s’en approche.

Pressions Absolue – Différentielle :

Etudiant des systèmes réels, nous sommes constamment confrontés à la pression atmosphé-rique, on distingue alors : La pression absolue : c’est la pression réelle définie par rapport au vide absolu. Elle est tou-

jours positive. La pression relative ou effective : c’est la différence de pression par rapport à la pression

atmosphérique. Celle-ci est la plus souvent utilisée, car la plupart des mesures se passent dans l’atmosphère et les capteurs de pression mesurent en relatif.

On relie ces pressions par la relation :

Principe de l’Hydrostatique

Mise en évidence du principe : Soit deux colonnes de fluide, de section respective S1 et S2. La base de ces colonnes est située en M et N à la profondeur H. Chacune des surfaces de base est soumise au poids de la colonne de fluide qui se situe au-dessus d’elle, à savoir :

P absolue = P relative + P atmosphérique

0

P atmosphérique 0

P relative >

P relative < 0

P absolue P relative

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cstev²ρ2

1gρp h

cstev²m2

1hgmVp

Energie potentielle pression

Energie potentielle pesanteur

Energie cinétique

Surface S1 (en M) : le poids situé au-dessus vaut : P = m . g = . V1 . g = . S1 . H . g On en déduit la pression exercée par la colonne d’eau sur la section S1 : pM = poids / section S1 soit pM = . g . H . S1 / S1 = . g . H Surface S2 (en N) : le poids situé au-dessus vaut : P = m . g = . V2 . g = . S2 . H . g On en déduit la pression exercée par la colonne d’eau sur la section S2 : pN = poids / section S2 soit pN = . g . H . S2 / S2 = . g . H On constate que :

1. pM = pN , les points situés à la même profondeur subissent la même pression (isobarie). 2. la pression varie en fonction de la profondeur en fonction de (, g, H).

Principe de l’hydrostatique :

p = x g x h ou p = x g x h La différence de pression entre 2 points d’un liquide homogène est égale :

au produit du poids volumique ( = . g) par la différence de hauteur. au poids de la colonne de liquide entre les plans horizontaux passant par les deux points

Théorème de Bernoulli

Les fluides d’un point de vue énergétique peuvent contenir 3 types d’énergies, à savoir :

de l’énergie cinétique (vitesse) Ec = ½ . m . v2 de l’énergie potentielle de pesanteur Eppes = m . g . h de l’énergie potentielle de pression Eppression = p . V

En exprimant, le principe de conservation de l’énergie (dans un système isolé, il ne peut y avoir de disparition ni de création d’énergie totale, il n’y a que des transformations d’énergie.) on aboutit au théorème de Bernoulli :

Pressions Statique - Dynamique

A partir du théorème de Bernoulli, en divisant par le vo-lume, on obtient une expression sous forme de pression,

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soit : On définit alors à partir de cette relation :

La pression statique (p) La pression hydrostatique (.g.h) : c’est la pression due à la position (altitude) La pression dynamique (½..v2) : c’est la pression due au mouvement du fluide (ciné-

tique).

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2.2. LES TEMPERATURES

2.2.1. Chaleur – Echanges de chaleur

La chaleur est une forme d’énergie qui peut être échangée entre deux corps. Ainsi, si l’on dis-pose de deux sources de chaleur, l’une froide, l’autre chaude, il se produit un échange de cha-leur de la source chaude vers la source froide, jusqu’à atteindre l’équilibre des températures. Cet échange de chaleur (flux de chaleur) dépend essentiellement de la quantité de matière des deux sources, de l’écart de température, de la capacité des sources à absorber ou transmettre la chaleur et de la surface d’échange. Les échanges thermiques peuvent s’effectuer de 3 manières :

o par conduction : transmission directe à travers la matière (solide ou liquide). o par convection : propagation propre aux fluides, liée au déplacement de matière. o par rayonnement : émission d’énergie rayonnante entre deux corps.

2.2.2. Température

Qu’est-ce que la température ? Il est difficile de donner une définition exacte de la température, car ce n’est pas une grandeur mesurable directement. Ainsi si on ajoute dans un récipient 1 litre d’eau à 30°C et 1 litre d’eau à 20°C, on n’obtient pas un litre d’eau à 50°C. On est donc amené à repérer les températures au moyen d’échelles. On peut néanmoins montrer que la température est une grandeur intensive (identique pour des corps en équilibre thermique), caractérisant une propriété thermodynamique de la matière. On peut la définir de deux façons différentes :

o à l'échelle atomique, elle est liée à l'énergie cinétique moyenne des constituants de la matière (Agitation microscopique).

o au niveau macroscopique, certaines propriétés des corps dépendant de la tempéra-ture (Volume massique, résistivité électrique, etc.) peuvent être choisies pour cons-truire des échelles empiriques de température.

2.2.3. Echelles de température

Source Chaude

Source Froide

Échange de chaleur

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Il existe deux types d’échelles de température, à savoir : o relative : basée sur des points particuliers (changement d’état, par exemple). C’est le

cas des échelles Celsius, Fahrenheit. o absolue : basée sur l’état d’agitation de la matière (échelle Kel-

vin) Centésimale ou Celsius : L'échelle centésimale fut inventée en 1743 par le suédois Anders Celsius (1701-1744) physicien et astronome. Sur cette échelle, définie sous pres-sion atmosphérique, on fixe arbitrairement : - la valeur de 0° à la température de congélation de l’eau - la valeur de 100° à la température d’ébullition de l'eau L'échelle Celsius est l'échelle de température la plus employée dans la vie courante. Fahrenheit : C’est l’une des plus anciennes échelles élaborée en 1720 par le physicien allemand Gabriel Daniel Fahrenheit (1686-1736) qui consacra ses travaux à la thermométrie. Cette échelle prend pour références arbitraires, à pression atmosphérique : - la valeur de 32° pour la température de congélation de l’eau - la valeur de 212° pour l’ébullition de l’eau Kelvin : Inventée par le mathématicien et physicien britannique sir William Thomson Kelvin (1824-1907) au XIXe siècle, à partir de ses travaux sur la thermodynamique, c'est l’échelle employée en science (S.I.). Cette échelle n’est plus liée à des références arbitraires liées à certaines propriétés d’un corps, mais à un état d’agitation de la matière. Le repos absolu correspond au point 0° et l’on ne peut point descendre en dessous.

Correspondances entre échelles Kelvin (°K) Celsius (°C) Fahrenheit (°F)

Kelvin (°K) 1 °C + 273,15

Celsius (°C) °K - 273,15 1 (°F – 32) / 1,8

Fahrenheit (°F) 1,8 °C + 32 1

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Glace - Eau

° K ° C ° F

0 -273 15

-459,67

273,15 0 32

373,15 100 212 Eau - Vapeur

Zéro absolu

2.2.4. Points particuliers

Kelvin (°K) Celsius (°C) Fahrenheit (°F)

Zéro Absolu 0 -273.15 -459,67

Eau – Glace 273,15 0 32

Point triple de l’eau 273,16 0,01 32,018

Eau – Vapeur 373,15 100 212

Point triple de l’eau : Les corps purs peuvent exister sous 3 états : SOLIDE

GAZEUX

LIQUIDE

Condensation

Sublimation

Solidification

Fusion

Liquéfaction

Vaporisation

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Lors d’un changement d’état, le corps purs cohabite pendant quelques instants sous les 2 phases. C’est le couple pression-température qui détermine cet équilibre. L’eau a la particularité d’avoir coexistence des 3 phases en même temps, pour une tempéra-ture de 0,01°C et une pression absolue de 1,01325 bar. C’est ce que l’on appelle le point triple de l’eau. On utilise ce point particulier comme référence dans le système international (étalonnage).

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2.3. UNITES NORMALISEES DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES

1) CONVENTION Et NORMALISATION DES UNITES

N.F.A DESIGNATION SYMBOLES NORMA-

LISES UNITES NOR-

MALISES

03 151

03 160

Résistance à la traction (résistance à la rupture) Rm ou R N/mm² ou MPa Limite apparente d'élasticité Re MPa

Limite conventionnelle d'élasticité 0,1 % ou 0,2 %

Rp0,1 ou Rp0,2 en RDM, on emploie R0,001 ou

R0,002 MPa

Allongement pour cent après rupture Coefficient de striction

A Z

%

03 152 03 153 03 154

Dureté Brinelle Dureté Rockwell Dureté Vickers

HB HRB, HRC

Echelle Brinell Echelle Rockwell Echelle Vickers

03 156

Résilience sur éprouvette à en-taille en U (dite CHARPY U)

1) Energie absorbée par la rupture rapportée à l'unité de section de l'éprouvette au droit de l’entaille

KCU

J/cm2 ou daJ/cm² Joules par cm2

ou déca joules par cm²

2) Energie absorbée par la rupture

KU J ou daJ

Résilience sur éprouvette à en-taille en V

1) Energie absorbée par la rupture

KV

2) Energie absorbée par la rupture rapportée à l'unité de la section de l'éprouvette au droit de l'entaille

KCV J/cm²

daJ/cm²

2) MASSE VOLUMIQUE (lire rhô)

C’est la masse de l’unité de volume. L’unité est le kilogramme par mètre cube (kg.m-3). Exemples : pour l’eau = 1000 kg.m-3 ; pour l’air = 1,293 kg.m-3.

3) DENSITE d :

dimension sans nombreun

gaz) les(pour air l' de

solides)ou (liquideseau l' de volumiquemasse

corpsun d' volumiquemassed

Exemple : huile minérale = 920 kg.m-3, densité correspondante d = 0,92.

4) LA VISCOSITE C’est une propriété importante. Elle caractérise les frottements internes ou intermoléculaires à l’intérieur du fluide, autrement dit sa capacité à s’écouler. La propriété inverse est la fluidité. La température a une grande influence sur la viscosité des fluides. Celle-ci diminue lorsque la température augmente.

a) Viscosité cinématique (lire nu) : Elle est déterminée, pour les liquides, en me-surant à une température donnée la durée d’écoulement d’un volume connu de liquide à travers un appareil comportant un orifice (tube capillaire) de di-mensions normalisées. L’unité est le mètre carré par seconde (m².s-1).

1 st = 1 stoke = 10-4 m²/s-1 = 100 cst

b) Viscosité dynamique (lire mu) : Elle caractérise l’aptitude des couches de fluide à glisser les unes sur les autres (comparable au frottement existant entre les surface planes de deux solide en contact).

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La couche de fluide inférieur adhère au bâti en B : Elle reste fie. La couche supérieure a le même mouvement que la plaque. Pour un fluide newtonien (fig. 4), les couches de fluide suc-cessives entre A et B glissent et frottent les uns sur les autres, toutes de la même façon (ceci n’est pas vérifié dans les autres cas).

Si T est la force nécessaire pour déplacer la couche A à la vitesse par rapport à la couche B, Ah l’épaisseur du film de fluide et AS l’air de contact entre les couche, alors la vis-cosité dynamique est définie par :

ccessivescouches suentre les

vitesse ent de la accroissem

Δh

Δν ;

couchement entre

le- de cisailcontrainte

ΔS

ΔT ; avec τ

Δh

Δν μτ

L’unité est le pascal seconde (Pa.s) ou la poise ; 1 poise = 0.1 Pa.s Relation entre viscosité dynamique et viscosité cinématique :

kg.men

s.men

N.s.mou Pa.sen

avec 3-

1-2

-2

ρ

μν

Viscosité de quelques fluides à 20° C et à la pression atmosphérique. Fluide (Pa.s) (kg.m-3) (m2.s-1)

Hydrogène Oxygène Air

8,8 x 10-6 2 x 10

1,8 x 10-5

0,084 1,31 1,2

1,05 x 10-4 1,53 x 10-5 1,51 x 10-5

Alcool éthylique Gazole Essence Kérosène

1,2 x 10-3 1,3 x 10

2,9 x 10-4 1,64 x 10-3

787 893 680 823

1,52 x 10-6 1,45 x 10-6

0,422 x 10-6 2 x 10-6

Huile SAE 10 Huile SAE 30 Huile SAE 50

0,088 0,29 0,7

909 909 909

0,97 x 10-4 3,2 x 10-4 7,7 x 10-4

Octane Propane Fréon 12

0,51 x 10-3 0,11 x 10-3 2,62 x 10-4

701 495

1327

7,3 x 10-7 0,22 x 10-7 1,97 x 10-7

Eau à

0°C 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1,788 x 10-3 1,307 x 10-3 1,003 x 10-3 0,799 x 10-3 0,657 x 10-3 0,548 x 10-3

0,000 x 10-3 0,405 x 10-3 0,355 x 10-3 0,316 x 10-3 0,286 x 10-3

1000 1000 998 996 992 988 983 978 972 965 958

1,788 x 10-6 1,307 x 10-6 1,005 x 10-6 0,802 x 10-6 0,662 x 10-6 0,555 x 10-6 0,475 x 10-6 0,414 x 10-6 0,365 x 10-6 0,327 x 10-6 0,295 x 10-6

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5) IFFERENTS TYPES DE FLUIDES II existe trois familles de fluides : les fluides viscoélastiques (farines de blé, poudres, di-verses...), les fluides dont les caractéristiques sont fonction du temps (peintures à séchage rapide, produits alimentaires liquides, solutions de plâtre...) et les fluides dont les caractéris-tiques sont indépendantes du temps. Cette dernière famille, la plus nombreuse, présente dif-férents comportements : figure ci-après

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2.4. MATIERE D’OUEVRE :

Acier de construction d’usage général de la norme NF 10 205 (classement NF A 35 501), tous les profilés ci après, existent couramment en acier FE 360 B (anciennement E 24.2). Ceux qui sont marqués d’un () peuvent aussi être réalisés en FE510 C et FE510 D (anciennement E36.2 et E36.3) mais sur demande. UPN 80 à 300 UAP 80 à 300 IPE 80 à 600 HEA et HEB 100 à 1000 Fer plats 10x3 à 150x60 Larges plats 160x5 à 500x25

Cornières égales 16x16x3 à 200x200x20 Cornières inégales 30x20x3 à 200x100x14 Tés égaux 20x20x3 à 100x100x11 U à congés 30x15 à 70x40 Rond de serrurerie Ø 6 à 150 Carrés de 6 à 125

2.4.1. LES ACIERS

1. Aciers non alliés (usage général) NF A 35 501 avril 1983

Objet : cette norme a pour objet de définir les principales caractéristiques mécanique et chi-mique sur du produit, ainsi que les conditions de réception des aciers de construction d’usage général. Norme : NF EN 10-207 (remplace la norme NF A 35-501). Ce sont des aciers pour appareils à pression simple, conditions techniques de livraison des tubes, bandes et barres (Classement A 36-220) Les nuances de cette norme sont autorisées uniquement en catégorie C dans les conditions suivantes :

La contrainte nominale de calcul et le coefficient de soudure ne peuvent être respecti-vement supérieurs à f et à 0,7.

La température de calcul est au plus égale à 110°C et la température d’étude est su-périeur à -20°C.

Domaine d’application La présente norme s’applique : Aux tôle minces, moyennes et fortes, larges plats ép. maxi 150 mm Aux ronds Ø maxi 350 mm Aux poutrelles et aux autre laminés marchands ép. maxi 100 mm

La présente norme ne concerne pas les produits explicitement définis par d’autres spécifica-tions, tels que : Les tôles pour chaudières et appareils à pression. NF A36 205 et 207 Les tôles pour emboutissage NF A36 301 et 401 …

Nuances, qualité et épaisseurs maxi. fournies en fonction de la nature des produits

Nuance Qualité Tôles

minces (e < 3mm)

Tôles fortes Larges plates

Poutrelles Cornières Ronds Autres laminés

marchands A33 x 80 mm 30 mm 30 mm 30 mm

A34 2

2NE

150 mm 150 mm

E24

2 2E

2NE 3 4

x x x

150 mm 150 mm 150 mm

16 mm 16 mm

100 mm 100 mm 100 mm

16 mm 16 mm 30 mm 30 mm 30 mm

30 mm 30 mm

350 mm 350 mm 350 mm

30 mm 30 mm

100 mm 100 mm 100 mm

E28 2 x 150 mm 100 mm 30 mm 350 mm 100 mm

18/77

Nuance Qualité Tôles

minces (e < 3mm)

Tôles fortes Larges plates

Poutrelles Cornières Ronds Autres laminés

marchands 3 4

x

150 mm

100 mm 100 mm

30 mm 30 mm

350 mm 350 mm

100 mm 100 mm

E36 2 3 4

x x

150 mm 150 mm

50 mm 100 mm

30 mm 30 mm 30 mm

50 mm 350 mm 350 mm

50 mm 100 mm 100 mm

A50 2 x 150 mm 30 mm 350 mm 100 mmA60 2 150 mm 30 mm 350 mm 100 mmA70 2 150 mm 30 mm 350 mm 100 mm

Tableau 2 – composition chimique (NF A35 501)

Nua

nce

Qua

lité

Mod

e de

dé-

soxy

datio

n

C% max P% max S% max N2% max

Elément d’alliage (coulée)

% coul

ée

prod

uit

coul

ée

prod

uit

coul

ée

prod

uit

coul

ée

prod

uit

A33

A34 2 --

NE 0,16 0,16

0,20 0,18

0,045 0,045

0,055 0,050

0,045 0,045

0,055 0,050

0,008 0,008

0,009 0,009

E24

2

3 4

-- (1) E (1) NE NE CS

0,17 (5) 0,17 (5) 0,17 (6)

0,16 0,16

0,21 0,21 0,19 0,18 0,18

0,045 0,045 0,045 0,040 0,035

0,055 0,055 0,050 0,045 0,040

0,045 0,045 0,045 0,040 0,035

0,055 0,055 0,050 0,045 0,040

0,008 0,007 0,008

0,009 0,008 0,009

Al≥0,02 (9)

E28 (2)

2 3 4

NE NE CS

0,2 0,18 0,18

0,23 0,20 0,20

0,045 0,040 0,035

0,050 0,045 0,040

0,045 0,040 0,035

0,050 0,045 0,040

0,008

0,009

Al≥0,02 (9)

E36 (3)

2 3 4

NE NE CS

0,24 0,20 (7) 0,20 (8)

0,27 0,22 0,22

0,045 0,040 0,035

0,050 0,045 0,040

0,045 0,040 0,035

0,050 0,045 0,040

Al≥0,02 (9)

A 50 2 NE 0,045 0,050 0,045 0,050 A 60 2 NE 0,045 0,050 0,045 0,050 A 70 2 NE 0,045 0,050 0,045 0,050

E = effervescent NE = non effervescent CS = calmage spécial (1) Les qualités E24-2 et E24-2E sont livrées exclusivement en produits d’épaisseur inférieure ou égale à 16 mm dans le cas des poutrelles et cornières et

à 30 mm pour les autres laminés marchands.

(2) E28 : les teneurs en manganèse et silicium ne doivent pas dépasser respectivement 1,30% et 0,40% sur coulée et 1,40% et 0,45% sur produit.

(3) E36 : la teneur en manganèse ne doit dépasser 1,60% sur coulée comme sur produit. La teneur en silicium ne doit pas dépasser 0,55% sur coulée et 0,60% sur produit.

(4) La teneur en azote peut être augmentée de 0,001% pour chaque diminution de 0,005% de la teneur en phosphore sans pour autant dépasser 0,010% à la coulée et 0,012% sur produit. Toutefois cette prescription de teneur en azote ne s’applique pas lorsque les aciers sont élaborés au four électro-nique ou lorsque l’analyse sur produit met en évidence la présence d’éléments fixant l’azote.

(5) Pour les produits d’épaisseur supérieure à 16 mm il est admis une teneur maximale en carbone de 0,19% sur coulée et 0,24 sur produit.




(9) Cette prescription ne s’applique qu’aux produits d’épaisseur inférieure à 5 mm ; d’autre part après accord entre acheteur et producteur d’autres élé-ments de calmage peuvent être utilisés.

Tableau 3 – Tôles

Nua

nces

Qua

lités

Re (N/mm²) (1) min R (N/mm²)

A% (L0 = 80mm)

min e<3 e<3

3≤e≤

30

30<

e≤50

50<

e≤80

80<

e≤11

0

110<

e≤15

0

e<3

3≤e≤

150

A33 -- 155 175 175 165 -- -- 320-560 300-540 16 A34 2 -- 165 155 145 135 125 -- 330-410 --

19/77

Nua

nces

Qua

lités

Re (N/mm²) (1) min R (N/mm²)

A% (L0 = 80mm)

min e<3 e<3

3≤e≤

30

30<

e≤50

50<

e≤80

80<

e≤11

0

110<

e≤15

0

e<3

3≤e≤

150

(5)

E24 2 3 4

215 215 215

235 235 235

215 215 215

205 205 205

195 195 195

185 185 185

360-480 (6)

340-460 (6)

22 22 (6) 24 (6)

E28 2 3 4

255 --

255

275 275 275

255 255 255

245 245 245

235 235 235

225 225 225

420-560 (6)

400-540 (6)

19 --

21 (6)

E36 3 4

325 325

355 (7) 355 (7)

335 335

335 335

315 315

305 305

510-650 490-630 17 19

A50 2 275 295 275 275 265 255 490-630 490-610

(5) 17

A60 2 -- 335 315 315 305 295 -- 590-710

(5) --

A33 -- 155 175 175 165 -- -- 320-560 300-540 16

A70 2 -- 365 345 345 335 325 -- 690-830

(5) --

si la limite d’élasticité apparente est difficile à saisir on a alors recours à la limite conventionnelle d’élasticité à 0,2% (R 0,002). les valeurs de pliage ne sont garanties que pour les produits d’épaisseur inférieur ou égale à 80 mm. Essai effectué s’il est spécifié à la commande Moyenne de 3 essais, aucun résultat individuel ne devant être inférieur à :

- 2,6 daJ/cm² pour une valeur minimale moyenne de 3,5 daJ/cm² - 3,5 daJ/cm² pour une valeur minimale moyenne de 5 daJ/cm²

Pour ces nuances, lorsque l’épaisseur est supérieure à 110 mm, une tolérance de 20 N/mm² est admise sur la limite inférieure de la résistance à la traction.

Exemple de désignation : A33 : Classe A, 33 hb est la résistance à la rupture E24 : Classe E, 24 hb est la limite élastique 1 hb = 1 daN/mm²

2. Aciers non allies (Tôles pour chaudières et appareils à pression) NF A36 205 Avril 1979

Ce sont des aciers spécialement destinés aux appareils à pression fortement sollicités dont la température de service peut aller de -40° à 450°C et s’applique aux tôles moyennes et fortes d’épaisseur comprises entre 3mm et 110mm. Il existe 4 nuances d’acier : A37 – A42 – A48 – A52 Chaque nuance se subdivise en 3 qualités : AP, FP et CP

Qualité CP : destinée généralement à la construction d’appareils à pression soumis à des températures notablement supérieures à la température ambiante.

Qualité AP : destinée généralement à la construction d’appareils à pression soumis à la tem-pérature ambiante.

Qualité FP : destinée généralement à la construction d’appareils à pression soumis à des températures inférieures à la température ambiante.

En outre chacune de ces qualités satisfait à des valeurs minimales de limite d’élasticité (Rt

0,002) aux températures comprises entre 100°C et 400°C Exemples de désignation : A37 CP – A48 AP

20/77

La désignation des aciers dont les caractéristiques sont garanties après traitement simulé de détente des contraintes est complétée par la lettre R placée après le symbole de la qualité. Exemple A48 CPR, A52 APR

Caractéristiques mécaniques communes N

uanc

es

Rt0,002 min N/mm² (Re N/mm²)

R N/mm²

A% mini (L0

= 5,65 0S )

Plia

ge 1

80°

e ≤

30

30 <

e< 5

0

50 <

e< 8

0

e> 8

0

e ≤

30

30 <

e< 5

0

e> 5

0

A37 225 (235) 205 (215) 195 (205) 185 (195) 360 – 430 28 27 26 0,5 a A42 245 (255) 225 (235) 225 (235) 215 (225) 410 – 490 27 25 24 1 a A48 285 (295) 265 (275) 265 (275) 255 (265) 470 – 550 23 22 21 2 a A52 335 (355) 315 (335) 315 (335) 305 (325) 510 – 610 22 21 20 3 a

Limite d’élasticité à température élevée Rt

0,002 min N/mm² minimale, à la température de

Nua

nces

100°C 150°C 200°C

250°C 300°C 350°C 400°Ce≤30

30 <e≤ 50

e> 50 e≤30 30

<e≤ 50

e> 50 e≤30 30

<e≤ 50

e> 50

A37 196 186 181 181 172 167 167 162 157 147 127 118 103 A42 223 206 201 206 196 191 191 186 186 176 157 142 132 A48 260 245 240 245 235 230 230 225 220 216 196 176 157 A52 309 294 294 284 274 274 260 255 255 235 216 206 186

3. Aciers inoxydable (Usage général) NF A35 573 Octobre 1981

Objet : la présente norme à pour objet de définir un certain nombre de nuances d’aciers inoxydables d’usage général livrées sous forme de tôle, larges bandes, feuillards en fonction de leur composition chimique, de leur traitement de référence et de leur caractéristiques mé-caniques. Domaine d’application : la présente norme s’applique aux aciers inoxydables corroyés à chaud d’usage général livrés sous forme de produits plats ci-après : Tôles laminées à froid d’épaisseur comprise entre 0,4 et 5 mm inclus. Tôles moyennes et fortes laminées à chaud d’épaisseur inférieure ou égale à 10mm

dans le cas des aciers ferritiques et martensitiques et 50 mm dans le cas des aciers austénitiques.

Larges bandes laminées à froid et à chaud dans les épaisseurs ci-dessus. Feuillards laminés à chaud.

Cette norme ne concerne pas les nuances spéciales à certains usages particulières telles les normes : NF A35 578 Aciers réfractaires NF A35 580 Aciers austénitiques, résistant mécaniquement aux températures élevées. NF A35 581 Aciers inoxydables à durcissement par précipitation. NF A35 582 Aciers inoxydables austénitiques avec addition d’azote. NF A35 584 Aciers inoxydables résistant aux corrosions particulières. NF A36 581 Tôles en aciers inoxydable austénitiques pour les chaudières et appareils à

pression.

21/77

Tableau I : composition chimique à la coulée des aciers ferritiques et martensitiques. Nuance composition pour cent (%)

Codification Désignation C Mn max

P max

S max

Si max

Ni Cr Mo Autres

410 F 01

405 F 00

409 F 00

Z 6 C 13

Z 6 CA 13

Z 6 CT 12

≤0,08

≤0,08

≤0,08

1

1

1

0,04

0,04

0,04

0,03

0,03

0,03

1

1

1

--

--

--

11,5/13,5

11,5/13,5

10,5/12,5

--

--

--

--

Al 0,10-0,3

Ti 6 C - 1

410 F 20

420 F 20

460 F 00

Z 12 C 13

Z 20 CA 13

Z 6 ND 16.04.01

0,8/0,15

0,15/0,24

≤0,07

1

1

1

0,04

0,04

0,04

0,03

0,03

0,03

1

1

1

--

--

3,5/5,5

11,5/13,5

12,0/14,0

15,0/17,0

--

--

0,7/1,25

--

--

--

430 F 00

434 F 00

430 F 30

430 F 35

Z 8 C 13

Z 8 CD 17.01

Z 8 CT 17

Z 8 CNb 17

≤0,08

≤0,08

≤0,08

≤0,08

1

1

1

1

0,04

0,04

0,04

0,04

0,03

0,03

0,03

0,03

1

1

1

1

16,0/18,0

16,0/18,0

16,0/18,0

16,0/18,0

--

0,9 / 1,3

--

--

Ti 6 C – 1

Nb ≥ 12 C

Tableau II : composition chimique à la coulée des aciers austénitiques.

Nuance composition pour cent (%)

Codification Désignation C Mn max

P max

S max

Si max

Ni Cr Mo Autres

304 F 10

304 F 00 Z 2 CN 18.10 Z 6 CN 18.09

0,03

0,07

2

2

0,04

0,04

0,03

0,03

1

1

0,9 / 11,0 (1)

0,8 / 10,0

17,0/19,0

17,0/19,0

--

--

--

--

302 F 00

301 F 20 Z 10 CN 18.09 Z 12 CN 17.07

0,12

0,08/0.15

2

2

0,04

0,04

0,03

0,03

1

1

7,5/9,5

6,0/8,0

17,0/19,0

16,0/18,0

--

--

--

--

321 F 00

347 F 00 Z 6 CNT 18.10

Z 6 CNNb 18.10

0,08

0,08

2

2

0,04

0,04

0,03

0,03

1

1

0,9 / 11,0

0,9 / 11,0

17,0/19,0

17,0/19,0

--

--

Ti ≥ 5 C et ≤ 0,6

(Nb+Ta) ≥ 10 C et ≤ 1

316 F 10

316 F 00

316 F 30

316 F 35

Z 2 C 17.12 Z 6 CD 17.11 Z 6 CT 17.12

Z 6 CNb 17.12

0,03

0,07

0,08

0,08

2

2

2

2

0,04

0,04

0,04

0,04

0,03

0,03

0,03

0,03

1

1

1

1

10,5/13,0

10,0/12,5

10,5/13,0

10,05/13,0

16,0/18,0

16,0/18,0

16,0/18,0

16,0/18,0

2,0 / 2,5

2,0 / 2,5

2,0 / 2,5

2,0 / 2,5

--

--

Ti ≥ 5 C et ≤ 0,6

(Nb+Ta) ≥ 10 C et ≤ 1

316 F 11 Z 2 CND 17.13 0,03 2 0,04 0,03 1 11,5/13,5 16,0/18,0 2,5 / 3,0 --

317 F 10 Z 2 CND 19.15 0,03 2 0,04 0,03 1 14,0/16,0 17,5/19,5 3,0 / 4,0 --

Tableau III : Caractéristiques mécaniques des aciers ferritiques et martensitiques

NF A35 573

Nuance Traitement thermique de

référence (1) °C

Essai de traction

Pliage (4)

0.4≤e<3

R0,002 N/mm2 (2) min

R N/mm2 (2)

A % min

e <

5 (

3)

5≤e≤

10

0,4≤e<3 (éprouvette

20mm x 80mm)

3≤e≤10 (éprouvette L0 = 5,65

0S )

Z 6C 13 Z 6 CA 13 Z 6 CT 12

Recuit 750-800 Recuit 750-800 Recuit 775-825

245 245 200

225 225 180

420-620 420-620 380-580

19 19 20

21 21 22

1 e 1 e 1 e

Z 12 C 13 Z 20 C 13 Z 6 ND

16.04.01

H 900-1 000 + Ru 625-675 H 975-1 025+ Ru 625-675 N 900-950 + Ru 550-650

460 560 635

440 540 615

630-830 730-930 840-980

13 11 --

15 13 14

-- -- --

Z 8 C 17 Z 8 CO 17.01

Z 8 CT 17 Z 8 CNb 17

Recuit 775-825 Recuit 800-850 Recuit 825-875 Recuit 825-875

265 280 240 240

245 260 220 220

430-630 450-650 400-600 400-600

18 17 20 20

20 19 22 22

1 e 1 e 1 e 1 e

(1) Refroidissement rapide après revenu, refroidissement à l'air après recuit (2) N/mm2 = 1 MPa. (3) Tôles laminées à froid. (4) L'essai n'est effectué que sil est prévu à la commande. (5) Cette nuance est livrée jusqu'à une épaisseur de 100 mm.

22/77

Autre normes D’autre normes définissent des aciers pour des conditions très rigoureuses : basse tempéra-ture élevée, et posent des problèmes de mise en œuvre (soudage et traitements thermiques)

Aci

ers

inox

yda

bles

aus

tén

itiq

ues

9 N

i 5

Ni

3,5

Ni

1,5

Ni

0,5

Ni

590 FP 590 AP

NF

A 3

6-20

7

15 D

3 _

18

HD

4-0

5 _

15

ND

V 1

5-0

5

15 C

D 2

- 0

5

15 C

D 4

- 0

5

10 C

D 9

- 1

0

Aci

ers

inox

yda

bles

aus

tén

itiq

ues

Réf

ract

ions

550 FP 550 AP

530 FP 530 AP

510 FP 510 AP

52 FP 52 AP 52 CP

NF

A 3

6-20

5

48 FP 48 AP 48 CP

42 FP 42 AP 42 CP

37 FP 37 AP 37 CP

NF A 36-209 NF A 36-208 NF EN 10-207 NF A 36-206 NF A 36-209 NF A 35-578

TEMPERATURES D’UTILISATION DES ACIERS POUR APPAREILS A PRESSION

2.4.2. LES TUBES L’A.F.N.O.R. a défini un très grand nombre de normes de tube qui n’est pas forcément justi-fié. Toutefois on peut les classer en 2 catégories d’utilisation :

a) Tube en aciers pour tuyauterie d’usage généraux, ce sont les tubes définis par les normes : NF A 49-111, NF A 49-115, NF A 49-141, NF A 49-142, NF A 49-145, NF A 49-146. Ces normes de tubes ne sont pas prises en compte dans le CODAP

b) Tube en acier, pour le transport des fluides avec conditions particulières de service Dans cette catégorie, les tubes offrent des qualités et garanties plus grandes et plus précises. Ces sont les normes : NF A 49-211, NF A 49-213, NF A 49 242, NF A 49-230, ect… (Voir CODAP M2/11)

c) Contraintes nominales de calcul pour tubes et accessoires correspondants

(Voir CODAP C1/22 : C1.7.2 et tableau)

d) Les brides et pièces forgées en acier soudable 5 normes définissent des aciers pour pièces forgées en acier soudable pour chau-dières et appareils à pression, ce sont : La NF A 36-601 qui définit 4 nuances d’aciers : A37, A42, A48, A52. Chaque

nuance se subdivise en 3 qualités : CP, AP et FP. La NF A 36-602, cette norme définit 7 nuances d’aciers :

15 D 3 18 MD 4-05 15 MVD 4-05 15 CD 2-05 15 CD 4-05 10 CD 9-10 Z 10 CD 5-05

Les NF A 36-605, NF A 36-603 et NF E 29-204

-196 - 40 -0 100 400 450

600 700- 20

23/77

e) La boulonnerie (Voir CODAP M9/49)

f) Caractéristiques mécaniques des aciers (R ; Rt

0,002) d’après Normes NF A Tôles

Brides (pièces forgées)

Tubes

Norme et Nuance

R N/mm² Re

N/mm² 50° 100° 150° 200° 250° 300° 350° 400° 425° 500°

NF EN 10-207 NF A 36-205

A 37 e≤30

A 42 e≤30

A 48 e≤30

A 52 e≤30

360-430

410-490

470-560

510-620

225

245

285

335

196

223

260

309

181

206

245

284

167

191

230

260

147

176

216

235

127

157

196

216

118

142

176

206

103

132

157

186

93

122

147

176

NF A 36-206 450°

15 D 3

15 CD 2-05

15 CD 2-05

10 CD 9-10

Z 10 CD 5-05

430-550

450-570

470-610

520-670

520-670

265

275

295

310

310

245

255

275

275

265

226

235

255

255

255

196

216

235

235

245

186

196

216

226

230

177

186

201

216

220

166

181

191

206

206

NF A 36-207

A 510 e≤35

A 530 e≤35

A 550 e≤35

A 590 e≤35

510-610

530-630

550-670

590-700

335

345

390

430

309

311

350

390

284

287

325

364

260

267

299

338

235

245

275

314

216

230

255

294

206

211

235

265

186

191

206

235

NF A 36-601

A 37 e≤30

A 42 e≤30

A 48 e≤30

A 52 e≤30

360-430

410-490

470-560

510-620

225

245

285

325

181

201

240

294

167

191

230

274

157

186

226

255

147

176

216

235

127

157

196

210

118

142

176

206

103

132

157

186

NF A 36-602

15 D 3

18 MD 4-05

15 MVD 4-05

15 CD 2-05

15 CD 4-05

10 CD 9-10

Z 10 CD 5-05

430-550

510-610

510-610

450-550

470-570

520-620

590-700

265

345

345

275

295

310

390

245

309

309

255

275

275

333

226

294

294

235

255

255

323

196

284

284

216

235

235

309

186

265

265

196

216

226

294

177

235

235

186

201

216

279

166

216

216

181

191

206

265

177

181

196

255

NF A 49-242

TS 34 C

TS 37 C

TS 42 C

330-410

360-450

410-510

185

235

255

184

225

255

169

216

237

154

196

220

139

177

202

125

157

186

100

127

157

91

118

147

Tableau 2 NF A 49-211

Nuances

Rp0,2 MPa

min (2)

Rm MPa min

(1) (2)

A% min (1)

valeur KCV min en J/cm²

Moyenne Min

TU E 220

TU E 250

TU E 275

220

250

275

370-490

410-530

470-590

25

23

20

35

35

35

28

28

28 En plus des caractéristiques garanties données ce tableau : (1) le produit Rm (A - 2) est garanti supérieur ou égal à 10 500.

(2) le rapport

m

0,2 p

R

R pour des caractéristiques mesurées sur la même éprouvette est garanti au plus égal à 0,9.

24/77

Tableau 3

NF A 49-230 Nuances

Rp0,2 min MPa

Rm (1) MPa

A% min (1)

Sur (L0 = 5,65 0S )

KCV min en J/cm² Température

de l’essai Résultat moyen

Résultat individuel

TU 17 N 2

TU 10 N 9

TU 10 N 14

TU Z 6 N 9 (2)

325

245

245

520

490-640

450-600

450-600

650-800

22

20

20

16

- 60°C

- 80°C

-100° C

-196°C

50

50

50

60

40

40

40

50 1) En plus des caractéristiques minimales garanties données dans ce tableau, le produit Rm (A – 2) est garanti égal ou

supérieur à 10 500. 2) L’article 15 de l’arrêté du 24 mars 1978 modifié, réglementant l’emploi du soudage dans la construction et la réparation

des appareils à pression, soumet l’emploi de cet acier à l’accord préalable du directeur interdépartemental de l’industrie.

T°C 100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 325°C 350°C 400°C 425°C Nuances

TU E 220

TU E 250

TU E 275

190

210

240

176

199

223

165

188

212

145

170

195

122

149

177

116

143

168

109

136

159

103

128

150

99

124

145

25/77

Tableau 4 - Caractéristiques mécaniques - Tubes en acier non alliés

NF A49 - 212

Nuances

Traitement thermique

de référence (3)

Caractéristiques mécaniques en MPa Résilience KCV mini en J/cm2

à 0° C

A 20 ° C Caracté σR ristique indi-

quée (2)

à la température de référence ° C

Rm Rp 0.2 mini

A % Mini (1)

250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Moy. Ind.

TU 37- C Normalisation360 460

220

Rm (A

- 2) ≥ 10 500

Rp 0.2 (4) 157 142 127 122 118 115 113 110 108

30 40 σR 104 h 191 157 127 103 83

105 h 157 122 98 78 64


235

Rp 0.2 (4) 186 167 157 152 147 142 137 134 132

30 40 TU 42- CR

Traitement de détente

410 510 σR

104 h 235 191 152 118 93

Normalisation420 520

105 h

181 147 113 88 67


275

Rp 0.2 (4) 216 201 186 176 167 162 157 154 152

50 35 TU 48- CR

Traitement de détente

470 590 σR

104 h 304 245 191 147 108

Normalisation490 610

105 h

235 186 142 103 74


a ≤ 20mm

: 350 a 20m

m : 310

Rp 0.2 (4)

245 236 225 214 206 190 176 170 157 145

50 35 σR

104 h

105 h

(1) Cette condition permet de garantir que l’allongement en long et au moins égal à 16% pour les nuances contenues dans ce tableau.

(2) Pour Rp 0.2 valeurs minimales – pour GR valeurs moyennes voir (1.6.2)

(3) Voir 3.1.3 et 3.1.4.

(4) Si la vérification est effectuée avec une durée de maintien de la charge portée à 5 min, les valeurs garanties sont diminuées de 20 PM a.

26/77

Tableau 5 - Caractéristiques mécaniques - Tubes en acier non alliés au Mo et Cr .Mo

NF A 49 - 213

Nuances

Traitement thermique de

référence

Caractéristiques mécaniques en MPa (1) Résilience RCV mini en J/cm² à 0° C

A 20°C Caractéristique

indiquée (2)

A la température de référence °C

Rm Rp

0,2 mini

A % mini 250 300 350 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 Moy. Ind

TU 15 D 3 875/925 °C air

(3) 430 550

265 22

Rm

(A - 2) ≥ 10 500

Rp 0.2 235 206 186 176 172 167 157 147

- - R 104h 304 235 176 118 (69) 105h 216 157 93 53 31

1 105h 147 115 74 41 24

TU 15 CD 2 - 05

875/925 °C air plus revenu 625/700 °C

(3)

440 570

275 22

Rp 0.2 235 216 196 186 181 (175)

40 30 R 104h 343 294 216 147 (88) 105h 196 137 88 49

1 105h 152 108 72 (39)

TU 13 CD 4 - 04

900/950 °C air + revenu à 640/760 °C

440 590

290 (4)

22

Rp 0.2T≤40 230 215 200 190 184 180 177 175

40 30 40<T≤60 220 205 190 180 174 170 167 165

R 104h 370 314 239 165 109 (68) 105h 285 203 137 86 49 (30)

1 105h 191 142 98 63 36 (21)

TU 10 CD 5-05

a) 900/950°C + refroid. 100 °C/h maxi jusq’à 700°C

440 590

225 22

Rp 0.2 196 186 176 172 167 164 162

- - R 104h 206 147 98 69 105h (181) 127 88 64 44

1 105h 93 69 49 34

b) 900/950°C air + revenu à 650/775°C

490 640

325 20

Rp 0.2 255 235 216 206 196 186 176

40 30 R 104h 225 147 98 69 105h (181) 137 98 69 44

1 105h 93 69 49 34

TU 10 CD 9-10


410 560

225 22

Rp 0.2 191 186 176 167 157 147

- - R 104h 196 146 113 88 69 49 105h (181) 137 103 78 59 39

1 105h 93 74 54 39 29

b) 910/960°C air + revenu à 650/775°C

490 640

325 20

Rp 0.2 255 235 225 216 206 196

40 30 R 104h 181 139 108 83 64 49 105h (181) 137 100 73 54 39

1 105h 88 64 49 36 (29) (1) Les valeurs entre parenthèses sont données à titre indicatif. (2) Pour Rp0,2 valeurs mini. ; pour R et 1 valeurs moyennes (voir 1.6.2). (3) Voir 3.1.3. (4) Pour les épaisseur égales ou inférieurs à 10mm, la valeur minimale de Rp0,2 est portée à 305 Mpa. Pour les diamètres inférieurs ou égaux à 30 mm avec une épaisseur inférieur ou égale à 3.2 mm et pour les

tubes d’épaisseurs supérieures à 32 mm la valeur mini. de Rp0,.2 est ramenée à 280 MPa

27/77

Tableau 6 - Caractéristiques mécaniques - Tubes en acier alliés au Cr .Mo

NF A 49 - 213

Nuances

Traitement thermique de réfé-rence

Caractéristiques mécaniques en MPa (1) Résilience RCV mini en J/cm² à 0° C

A 20°C Caractéristique

indiquée (2)

A la température de référence °C

Rm Rp

0,2 mini

A % mini

250 300 350 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 Moy. Ind

TU Z 12 CD 5-05


410 560

205 22

Rm

(A - 2) ≥ 10 500

Rp 0.2 mini 149 147 144 141 137 131

- - R 104h 130 102 81 64 46 105h (155) (123) 95 75 55 42 32

1 105h 54 40 30 23

b) 900/950°C refroid. Air + revenu à 680/780°C

520 640

280 20

Rp 0.2 mini 224 216 206 194 191 167

40 30 R 104h 147 113 83 60 44 105h 103 73 49 34 24

1 105h

TU Z 10 CD 9

900/950 °C + refroid. à 100

°C/h maxi jusq’à 700°C

440 590

205 22

Rp 0.2 mini 160 158 155 150 146 143 140 136 130 120

- - R 104h 88 69 49 34 105h (114) (91) 69 49 34 25

1 105h 41 29 21 18

TU Z 10 CD Nb V 9 – 2 (2)

1050/1125°C refroid. air + revenu à 760/820°C (3)

590 740

390 16

Rp 0.2 mini 330 325 310 300 290 275 260 240 220

- - R 104h (280) (250) 216 167 118 83 54 105h (250) (210) 167 118 78 54 35

1 105h 98 69 49 29

(1) Pour R et 1 valeurs moyennes (voir 1.6.2). Les valeurs entre parenthèses sont données à titre indicatif. (2) L’emploi de cet acier est soumis à l’accord préalable prévu par l’article 15 de l’Arrêté de 24 mars 1978 modifié réglementant l’emploi du soudage dans la construction

et la réparation des appareils à pression soumis à la Réglementation Française. (3) Dans le cas de tubes réalisés par filage et finis à chaud, si la température de fin de filage est comprise entre 1050 et 1180°C, le revenu à 760/820°C peut être suffi-

sant. Dans tous le cas, la température exacte de revenu est à déterminer en fonction de la coulée.

28/77

CARATERISTIQUE MECANIQUE SUR TUBES DES ACIERS NON ALLIES POUR SERVICE AUS

TEMPERATURES ELEVEES

NF A 49 – 215

NUANCES

A 20°C CARACTERISTIQUES MECANIQUES EN N/mm² (*)

Rm Rp0,2 min

A% min (**)

Caractéristique indiquée (*)

à la température de référence °C

250 275 300 325 350 375 400 425 450 475

TU 37 C 360 450

220 R

m (

A -

2) ≥

10 5

00 Rp 0.2 157 142 127 122 118 115 113 110 108

r 104h 191 157 127 103 83 105h 157 122 98 78 64

TU 42 C 410 510

235 Rp 0.2 186 167 157 152 147 142 137 134 132

r 104h 235 191 152 118 93 105h 181 147 113 88 67

TU 48 C 470 570

275 Rp 0.2 216 201 186 176 167 162 157 154 152

r 104h 304 245 191 147 108 105h 235 186 142 103 74

(*) Pour Rp0,2 valeur minimale – Pour r valeur moyenne. (**) Cette condition permet de garantir que l’allongement en long est au moins égal à 16%.

29/77

CARACTERISTIQUE MECANIQUE SUR TUBES ACIERS ALLIEES FERRITIQUES POUR SERVICE AUX TEMPERATURES ELEVEES

NF A 49 – 215

NF A 49 – 215 NUANCES

A 20°C (****) CARACTERISTIQUES MECANIQUES EN N/mm² (*) à la température de référence °C

Caractéristique indiquée (*) Rm

Rp0,2 min

A % min

250 300 350 400 425 450 475 500 525 55 575 600 625 650

TU 15 D 3 430 530 265 22

235 205 186 176 172 167 157 147 Rp 0.2 304 235 176 118 (69) 104h

R 216 157 93 53 31 105h 147 115 74 41 24 1

TU 15 CD 2 - 05 440 570 275 22

235 216 196 186 181 (175) Rp 0.2 343 294 216 147 (88) 104h 104h

105h 96 137 88 49 105h 152 108 72 (39) 1

TU 10 CD 5 - 05

a) 440 (***) 590

225 22

196 186 175 172 167 164 162 Rp 0.2 206 147 98 69 104h 104h

105h (181) 127 88 64 44 105h 93 69 49 34 1

b) 490 (***) 640

325 20

255 235 216 206 196 (186) 176 Rp 0.2 225 147 98 69 104h 104h

105h (181) 137 98 69 44 105h 93 69 49 34 1

TU 10 CD 9 - 10

a) 410 (***) 560

225 22

191 185 176 167 157 147 Rp 0.2 196 146 113 88 69 49 104h 104h

105h (181) 137 103 78 59 39 105h 93 74 54 39 29 1

b) 490 (***) 640

325 20

255 235 225 216 206 196 Rp 0.2 181 139 106 83 64 49 104h 104h

105h (181) 137 100 73 54 39 105h 88 64 49 36 (29) 1

TU Z 10 CD 5 - 05 590 710 390 17

323 309 294 279 265 (255) Rp 0.2 (186) 147 113 83 61 44 104h 104h

105h (147) 108 75 54 38 27 105h 83 61 44 32 24 18 1

TU Z 10 CD 9 440 590 205 22

150 146 143 140 136 130 120 Rp 0.2 88 69 49 34 104h 104h

105h 69 49 34 25 105h 41 29 21 18 1

(*) Les valeurs entre parenthèses sont données à titre indicatif. (**) Pour Rp0,2 valeurs mini. ; pour R et 1 valeurs moyennes. (***) En fonction du traitement thermique, voir tableau 9. (****) Ces caractéristiques permettent de satisfaire que le produit Rm (A-2) est garanti supérieur à 10500

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- Caractéristiques mécaniques - Tube en aciers non alliés NF A 49 – 243

Nuances Traitement

thermique de référence (3)

Caractéristiques mécaniques en MPa Résilience KCV mini en J/cm² à 0°C à 20°C

Caractéristique indiquée (2)


Rm Rp0,2 min

A % min (1)

250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Moy. Ind.

TS 37 C

NO

RM

ALI

SA

TIO

N

Le tr

aite

men

t the

rmiq

ue d

e no

rmal

isat

ion

doit

être

ef

fect

ué à

une

tem

péra

ture

sup

érie

ur a

u po

int d

e tr

ansf

orm

atio

n A

c 3

360 460

235

Rm

(A

- 2

) ≥

10 5

00

Rp 0.2 (4) 157 142 127 122 118 115 113 110 108

40 30 R

104h 191 157 127 103 83

105h 157 122 98 78 64

TS 42 C 410 510

255

Rp 0.2 (4) 186 167 157 152 147 142 137 134 132

40 30 R

104h 235 191 152 118 93

105h 181 147 113 88 67

TS 48 C 470 570

275

Rp 0.2 (4) 216 201 186 176 167 162 157 154 152

50 35 R

104h 304 245 191 147 106

105h 235 186 142 103 74

TS 52 C 510 630

355

Rp 0.2 (4) 245 236 225 214 206 190 176 170 157 145

50 35 R

104h

105h

(1) Cette condition permet de garantir que l’allongement en long est au moins égal à 16% pour les nuances contenues dans ce tableau. (2) Pour Rp0,2 valeur minimale – pour R valeur moyennes (voir en 1.6.2). (3) Voir 3.1.4. (4) Si la vérification est effectuée avec une durée de maintien de la charge portée à 5 minutes, les valeurs garanties sont diminuées de 20 Mpa.

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Caractéristiques mécaniques – Tubes en aciers non alliés NF A 49 – 243

NF A 49 – 243 Nuances

Traitement thermique de réfé-rence (4)

Caractéristiques mécaniques en MPa (1) Résilience KCV mini en J/cm² à 0°C à 20° C

Caractéristique indiquée (2)


Rm Rp0,2 min

A % min (3)

250 300 350 400 425 450 475 500 525 550 575 Moy. Ind.

TS 15 D 3 875/925 °C air

430 530

265 22

Rp 0.2 235 206 186 176 172 167 157 147

40 30 R 104h 304 235 176 118 (69) 105h 216 157 93 53 31

1 105h 147 115 74 41 24

TS 15 D 2 - 05

875/925 °C air plus

revenu 625/700°C

440 570

275 22

Rp 0.2 235 216 196 186 181 (175)

40 30 R 104h 343 294 216 147 (88) 105h 196 137 88 49

1 105h 152 108 72 (39)

TS 15 D 4 - 05

900/950 °C air plus

revenu 650/725°C

470 610

295 20

Rp 0.2 255 235 216 201 191 181

40 30 R 104h 343 284 216 157 108 74 105h 265 201 152 98 59 31

1 105h 206 153 123 78 44 20 (1) Les valeurs entre parenthèses sont données à titre indicatif. (2) Pour Rp0,2 valeurs minimales, pour R et 1 valeurs moyennes (voir en 1.6.2). (3) En plus des caractéristiques minimales données dans le tableau, le produit Rm (A – 2 ) est garanti supérieur ou égal à 10500 (4) Voir en 3.1.4.

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NF A 49-281

NF A 49-281 Nuances

Rp0,2 MPa

min (1)

Rm MPa (1)

A% min (1)

Dureté HB Résilience KCV

Moyen Min

A E 220 A E 250 A E 275

220 250 275

370-490 410-530 470-590

26 23 20

170 180 190

35 35 35

28 28 28

(1) En plus des caractéristiques garanties données ce tableau : - le produit Rm (A - 2) est garanti supérieur ou égal à 10 500.

- le rapport m

0,2 p

R

R pour des caractéristiques mesurées sur la même éprouvette est garanti au plus égal à 0,9.

Tableau – Valeur minimales de Rt

p0,2 (Mpa) T°C 100°C 150°C 200°C 250°C 300°C 325°C 350°C 400°C 425°C

Nuances A E 220 A E 250 A E 275

190 210 240

176 199 223

165 188 212

145 170 195

122 149 177

116 143 168

109 136 159

103 128 150

99 124 145

TOLERANCES SUR EPAISSEUR DES TOLES (*)

(En millimètres) (Valeur en plus et en moins)

Largeur (mm)

l ≤ 1000 1000< l ≤ 1250 1250< l ≤ 1500 1500< l ≤ 1800 1800< l ≤ 2000Jusqu’à 1,5 1.5 < e ≤ 1.8 1.8 < e ≤ 2 2 < e ≤ 2.5 2.5 < e ≤ 3 3 < e ≤ 3.5 3.5 < e ≤ 4 4 < e ≤ 4.76

0.15 0.18 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

0.17 0.21 0.23 0.28 0.35 0.40 0.47 0.53

0.20 0.24 0.26 0.32 0.39 0.45 0.52 0.58

- -

0.31 0.39 0.45 0.53 0.64 0.70

- -

0.33 0.42 0.48 0.56 0.67 0.75

(*) Sur demande, toute autre répartition des tolérances peut être fixée, pourvu que l’intervalle total de tolérance demeure inchangé. Tôles fortes (e>4.76 mm) Les tolérances sur la masse et l’épaisseur sont liées Mesure de l’épaisseur Les écarts en moins sur l’épaisseur indiqués au tableau 4 s’applique à tous points de la tôle. Le tableau 7 donne la différence maximale en millimètres entre la plus faible et la plus forte épaisseur d’une même tôle. Mesure de la masse (1) La masse des tôles s’entend pour l’ensemble d’un poste. Les valeurs indiquées au tableau 6 sont valables pour les postes de même format et qualité de masse supérieure ou égale à 20 tonnes. Si le poste comporte moins de 10 tôles, la tolérance sur masse peut être majorée de 50%. Le calcul de la masse se fait en comptant :

8 kg/m² par millimètre d’épaisseur pour les aciers ferritiques, martensitiques et austéni-tiques.

8.3 kg/m² par millimètre d’épaisseur pour les aciers réfractaires. On considère l’épaisseur et les dimensions nominales de la tôle. (1) sauf convention contraire à la commande, un dépassement des valeurs de surpoids ne peut être une cause de rebut.

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Tableau 6 : TOLERANCES SUR EPAISSEUR ET MASSE

e (mm)

Tolérances en moins sur

épaisseur nominale

(mm)

Ecart supérieur de la masse, en pourcent, de la masse théorique pour une largeur nominale, en millimètre, de

≤ 1250 1251 à 1500 1501 à 1750 1751 à 2000 2001 à 2500 2501 à 3000

4,76 < e ≤ 6

6 < e ≤ 8

8 < e ≤ 15

15 < e ≤ 20

20 < e ≤ 40

0.3

0.3

0.3

0.3

0.5

6

5

4

4

4

7

6

5

4

4

9

7

6

5

5

11

9

7.5

5.5

5

-

9.5

8

6

5.5

-

-

8.5

6.5

6

Tableau 7 : DIFFERENCE MAXIMALES D’EPAISSEUR SUR UNE MEME TOLE (en mm)

e (mm) Largeur des tôles (mm) ≤ 1250 1251 à 1500 1501 à 1750 1751 à 2000 2001 à 2500 2501 à 3000

4,76 < e ≤ 6

6 < e ≤ 8

8 < e ≤ 15

15 < e ≤ 20

20 < e ≤ 40

0.7

0.9

1.1

1.1

1.2

0.8

0.9

1.2

1.2

1.3

0.9

1

1.3

1.3

1.4

0.9

1

1.4

1.4

1.5

-

1.2

1.5

1.6

1.7

-

-

1.5

1.7

1.8 Tolérances sur les dimensions Epaisseur Les tolérances d’épaisseur sont données au tableau 1, les tôles peuvent être livrées, soit avec : Classe A : avec une tolérance en moins fonction de l’épaisseur nominale ; Classe B : avec une tolérance en moins fixe de 0.3 mm ; Classe C : avec une tolérance tout en plus fonction de l’épaisseur nominale ; Classe D : avec des tolérances symétriques de l’épaisseur nominale.

Lors de l’appel de l’offre de la commande, le client doit indiquer la classe de tolérance désirée : classe A, B, C ou D. En outre, à l’intérieur des limites de tolérance sur l’épaisseur nominale, les tolérances sur la diffé-rance entre l’épaisseur minimale et maximale d’une tôle donnée s’appliquer aux tolérances des classes A, B, C et D.

Tableau 1 Tolérance sur l’épaisseur (en mm)

Ep. nomi-nale

Tolérance sur l’épaisseur nominale Différence maximale d’épaisseur dans une même tôle Classe A Classe B Classe C Classe D Largeur nominale de la tôle

Ecart Inf.

Ecart Sup..

Ecart Inf.

Ecart Sup..

Ecart Inf.

Ecart Sup..

Ecart Inf.

Ecart Sup..

≥600 < 2000

≥2000 < 2500

≥2500 < 3000

≥3000 < 3500

≥3500 < 4000

≥4000

≥ 3 à <5 -0.4 +0.8 -0.3 +0.9 0 +1.2 -0.6 +0.6 0.8 0.9 0.9 - - - ≥ 5 à <8 -0.4 +1.1 -0.3 +1.2 0 +1.5 -0.75 +0.75 0.9 0.9 1 1 - - ≥ 8 à <15 -0.5 +1.2 -0.3 +1.4 0 +1.7 -0.85 +0.85 0.9 1 1 1.1 1.1 1.2 ≥ 15 à <25 -0.6 +1.3 -0.3 +1.6 0 +1.9 -0.95 +0.95 1 1.1 1.2 1.2 1.3 1.4 ≥ 25 à <40 -0.8 +1.4 -0.3 +1.9 0 +2.2 -1.1 +1.1 1.1 1.2 1.2 1.3 1.3 1.4 ≥ 40 à <80 -1.0 +1.8 -0.3 +2.5 0 +2.8 -1.4 +1.4 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 ≥ 80 à <150 -1.0 +2.2 -0.3 +2.9 0 +3.2 -1.6 +1.6 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.7 ≥ 150 à <250

-1.2 +2.4 -0.3 +3.3 0 +3.6 -1.8 +1.8 1.4 1.5 1.6 1.6 1.7 -

Tolérances des tubes En tout point Sur diamètre : +0,4 / -0,8

+0,4 / -0,8 +1,6 / -0,8 +2,4 / -0,8 +3,2 / -0,8

D ≤ 48,3 60,3 ≤ D ≤ 114,3

139,7 ≤ D ≤ 219,1 273 ≤ D ≤ 457 508 ≤ D ≤ 610

Sur épaisseur : + 0,5 mm/ - 0,15 e + 0,15 e / - 0,125 e

± 0,125 e

e ≤ 3,2 3,2 < e ≤ 20

e > 20

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2.4.3. LE S FONDS BOMBE Les fonds bombés de révolution se présentent sous différentes formes.

(1) Fonds en anse de panier : Ces fonds sont constitué par :

une calotte sphérique un élément torique appelé carre un bord droit cylindrique

3 types de ces fonds sont normalisés : Fond à petit rayon de carre (PRC) NF E 81 - 101 Fond à moyen rayon de carre (MRC) NF E 81 - 102 Fond à grand rayon de carre (GRC) NF E 81 - 104

(2) Fonds Elliptiques Ces fonds ont une forme elliptique terminée par un bord cylindrique.

2 normes sont envisagées Fond elliptique (ELL) NF E 81 – 103 Fond elliptiques à souder (Caps) NF E 49 285 cette norme étant spécifique pour les fonds à souder en extrémités des tubes.

(3) Désignation : les fonds sont désignés par : Le mot fond suivi de sa forme (symbole s’il existe) Le diamètre extérieur L’épaisseur La nuance de la matière La référence de la norme

Exemples : Fond GRC – 1500 – E10 – A 42 C1 – NF E81 – 102 Fond elliptique – 168,3 – E7,1 – A 48 CP – NF A 49 - 285

(4) TOLERANCE SUR L'EPAISSEUR DES FONDS. Extrait de la norme nf e 81-100 (juillet 1979)

Pour un fond commandé à une épaisseur nominale E. l'épaisseur réelle mesurable après mise en forme peut différer de E, non seulement en raison des tolérances sur l'épaisseur de la tôle ou du feuillard initial, mais aussi en raison des modifications d'épaisseur produites par la mise en forme. En général, l'épaisseur obtenue diffère selon l'emplacement considéré sur le fond, L'épaisseur minimale dépend de la forme du fond, du matériau utilisé et du mode de fabrication du fond. Sauf convention contraire, l'épaisseur minimale garantie en tout point du fond emin est donnée par le tableau 3 ci-dessous :

TABLEAU 3

Fond Norme Epaisseur nominale

E Epaisseur minimale

garantie emin

PRC - ELL NF E 81.-101 - NF E 81 - 103 E< 10 mm E≥ 10 mm

0,80 E 0,85 E

GRC NF E 81 - 102 E< 10 mm E≥ 10 mm

0,85 E 0,90 E

MRC NF E 81 - 104 Toute valeur de E 0,85 E

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OBSERVATION Les tolérances définies ci-dessus peuvent être réduites sur demande de l’acheteur et après examen par le fabricant en fonction de ses possibilités. Après accord entre acheteur et fournisseur les tolérances de la présente norme peuvent être ap-pliquées aux fonds dont les dimensions sont différentes de celles définies dans les normes citées en référence. Les fonds doivent être exempts de défauts localisés tels que : irrégularités locales brusques, bosses ou méplats, plis dans le bord cylindrique ou à son voisinage, marques profondes d'outil-lage, ou défauts de symétrie visibles.

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3. LES CODES DE CONSTRUCTION: POURQUOI ? Les équipements sous pression sont par nature potentiellement dangereux. Les règlements, normes et codes doivent rendre ces équipements sûrs dans leur utilisation normale. Le CODAP est un document qui permet la réalisation d'appareils à pression fiables. C'est un ouvrage complexe, même si les auteurs ont essayé de le rendre d'un usage aussi aisé que possible à des techniciens bien formés. AVERTISSEMENT Le CODAP utilisé industriellement, est un ouvrage volumineux qui compte environ 1148 pages. Dans le but d'aider tous les utilisateurs qui l 'abordent pour la première fois, un document appelé CODAP didactique comportant seulement une centaine de pages a été réalisé. Il reprend, selon la même structure que le code, un certain nombre de parties considérées comme typiques au niveau de leur exploitation ; les références des chapitres, paragraphes, et f igures sont les mêmes que celles du CODAP . Ceci permet de se familiariser avec le code, et aussi de pouvoir se reporter facilement au CODAP pour approfondir. En effet, seul le CODAP est régulièrement tenu à jour et il est indispensable de s'y référer pour construire un appareil. Tous les renvois donnés dans le dossier ci-après concernent le CODAP didactique. Ces documents volumineux sont indispensables au chaudronnier, depuis les premiers travaux de conception d'un appareil , jusqu'à sa mise en service.

Plusieurs éléments justifient cette nécessité

Un appareil contenant du gaz sous pression est un appareil DANGEREUX du fait de l'énergie accumulée. Cette énergie peut s'exprimer par le produit P.V :

P est la pression du gaz contenu, exprimée en pascals, V est le volume de l'enveloppe, exprimé en mètres-cube,

L’énergie est alors en joules. Cette énergie se libérant généralement dans un temps très court lorsqu'un accident survient, la puissance développée est souvent considérable (voir le graphique page 134 du Mémotech). On se prémunit contre ce danger en imposant une épreuve HYDRAULIQUE de réception (et de vérification périodique) sur l'appareil, à une pression supérieure à la pression de service (l'eau étant pratiquement incompressible, et l'appareil peu déformable, l'énergie accumulée lors de cette épreuve est faible, et de toute façon sans commune mesure avec celle accumulée sous pression de gaz). Les condi-tions d'exécution de l'essai sont définies dans le CODAP didactique en I.13 page I/16. Il est à noter que le constructeur peut réaliser lui-même une épreuve hydraulique de contrôle, mais que l'épreuve de réception doit être réalisée par un inspecteur, appartenant à un organisme indépendant du constructeur (voir G.10.10 et G.10.11 page G/15). Dans certains cas particuliers rares, et seulement avec dérogation de la DRIRE (Direction Régionale de l'Industrie, de la Recherche et de l'Environnement), l'épreuve hydraulique peut être complétée par une épreuve pneumatique, ou remplacée par celle-ci. Des précautions draconiennes sont alors prises pour exécuter cette épreuve (qui est dangereuse du fait de la compressibilité de l'air). Le danger dû à la pression est souvent accentué par le fait que le gaz est lui-même intrinsèque-ment dangereux (toxique, polluant, inflammable, à température très élevée ou très basse...). Ceci est pris en compte lorsque l'on détermine la catégorie de l'appareil : voir tableau G8.3.2 page G/11. Les appareils, souvent de dimensions importantes, sont construits la plupart du temps à l'unité ou en très petite série : on ne peut donc pratiquement jamais faire d'essais de rupture sur un appareil réel. Il faut des règles de dimensionnement et de conception aussi simples que possible, applicables facile-ment.

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Les appareils comportent, du fait de leur utilisation, des formes fonctionnelles qui ne sont pas forcément modélisables simplement pour vérifier leur résistance mécanique : il est donc intéressant que toute la corporation profite des résultats acquis antérieurement sur les constructions réalisées. comme dans tous les domaines faisant appel à la technologie du soudage, il ne suffit pas de bien calculer et de bien concevoir les assemblages, encore faut-il utiliser des matériaux compatibles avec ces assemblages soudés, les mettre en œuvre correctement, et contrôler sérieusement l'appareil avant de le livrer. C'est la raison d'être des chapitres Matériaux, Fabrication et Inspection du CODAP. Il est donc important de comprendre que le code doit être appliqué dans son intégralité, et que le dimensionnement ne suffit pas (voir aussi la deuxième remarque ci-après).

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4. DONNEES PRELIMINAIRES

4.1. DONNEES CLIENT – DONNEUR D’ORDRE Il appartient au client de fournir au concepteur / réalisateur (parfois avec l’aide de ce dernier) les données suivantes (CODAP GA1) :

CATÉGORIE DE CONSTRUCTION CHOIX C'est un des tous premiers renseignements indispensables pour concevoir un appareil. Le CODAP pro-pose dans la partie G8 (page G9) une méthode pour choisir la catégorie. On la détermine à l'aide du ta-bleau 8.3.2, en fonction de 2 critères : les risques de défaillance que présente l'appareil en G6 (page G/5), et les conséquences qu'entraînerait une défaillance de l'appareil G8.2 (page G/9). Le code stipule que ce choix est de la responsabilité de l'acheteur G.7 (page G/8) : en effet, la nature exacte des produits circulant dans l'appareil n'est pas toujours connue du constructeur. L'acheteur doit choisir la catégorie ou fournir au constructeur les renseignements permettant d'évaluer les deux critères ci-dessus. 4.1.1. Incidence de la catégorie de construction sur la réception des produits et les va-

leurs de f et z (G9) Tableau G9 Aciers et métaux non ferreux

CATEGORIE DE CONSTRUCTION A B C D

Type de réception r1 ; r2 ; r3 r1 r2 r1 r2 r2 r3 r3 Contrainte nominale de calcul f f1 f2 ou f3 (*) f1 f2 ou f3 (*) f2 f3 f3 Coefficient de soudure z 1 1 ou 0,85 0,85 ou 0,7 0,7 (*) pour certains matériaux (voir tableaux C1.7.2 et Section M relatives aux matériaux concernés), l’emploi de la con-trainte f3 est seul autorisé par le Code. La contrainte f3 peut être également imposée par le Donneur d’ordre

Les appareils de catégorie A présentant les risques les plus élevés et dont la défaillance entraînerait des conséquences graves, sont soumis à des contrôles très sévères (donc très onéreux) avant, en cours et après fabrication. On peut donc se permettre de réduire un peu le coefficient de sécurité, et de ne pas te-nir compte des soudures (coefficient de soudure Z = 1), donc de construire plus «fin». Par contre, pour les appareils de catégorie D, «aux conditions de service modérées, ne contenant pas de fluide dangereux», on contrôlera moins, mais on prendra un coefficient de sécurité plus élevé, ainsi qu'un coefficient de soudure plus «prudent» (le coefficient Z apparaît au dénominateur dans les formules de calcul d'épaisseur où on le trouve : un z = 0,7 correspond donc à un coefficient de sécurité supplémen-taire de 1/0,7 = 1,43 pour tenir compte du risque supplémentaire dû à la soudure). Si l'on prend pour exemple un appareil en acier inoxydable austénitique : en catégorie A avec une réception de type r1, le coefficient de sécurité est de 3 par rapport à la résistance à la rupture à température de fonctionnement (tableau C1.7.5 page C1/10), et le coefficient de soudure est 1 ; en catégorie D avec une réception de type r3, le coefficient de sécurité est de 3,5 et le coefficient de soudure est 0,7. L'épaisseur sera donc multipliée par (3,5/3) . (1/0,7) = 1,67 par rapport à la caté-gorie A. La décision du choix de la catégorie a aussi des conséquences technologiques importantes : au niveau des exigences du code, on peut relever : dans la section G9, le paragraphe (a) stipule que la réception de type r1 nécessite un contrôle

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spécifique des produits (prélèvement d'éprouvettes sur la tôle reçue par un inspecteur, et réalisation par ce dernier des essais mécaniques), alors que la réception type r3 ne nécessite qu'un relevé de con-trôle (pratiqué par le producteur sur un lot de produits) ; que le tableau M2.5.2 page M2/9 montre qu'avec la réception r1, la composition chimique a dû être vérifiée à la coulée, qu'un contrôle non destructif (CND) doit être pratiqué pour les épaisseurs supérieures à 50 mm. En réception r3, cela n'est pas exigé; nous reverrons dans des pages loin de ce dossier que les joints soudés sont la plupart du temps exigés à pénétration complète en catégorie A, alors qu'une pénétration partielle est souvent suffisante en B, C et D; le tableau I.9.2 page I/8 montre que les coupons témoins sont exigés pour les joints circulaires avec le coefficient z = 1, alors qu'ils ne le sont pas pour les autres valeurs de z ; enfin le nombre des documents constituant le dossier constructeur (pages I/18) est beaucoup plus important en catégorie A qu'en catégorie D. En conclusion, lorsqu'on a le choix, on se trouve face à l'alternative : construire «fin» en con-trôlant «beaucoup», où construire «épais» en contrôlant «moins». CONCLUSION Quelle que soit la catégorie choisie, un appareil à pression reste un appareil dangereux. Ceci étant, un appareil à pression, même de catégorie D reste un appareil dangereux, et ne peut pas être construit n'importe comment, ni par n'importe qui. Il en est pour preuve un certain nombre d'exigences du code qui valent pour toutes les catégories, par exemple : section F1 pages F1/3 et suivantes : identification des matériaux, conception des assemblages,

soudage, tolérances, traitement de surface; section F2 pages F2/11 et suivantes : découpage, formage, traitements thermiques; section I pages I/3 à I/6 : obligations de l'acheteur, du constructeur et des organismes d'inspection

et de contrôle; réception des matériaux et des éléments sous-traités, QMOS, contrôle des joints soudés, essai de résistance, dossier constructeur.

Remarques L'introduction du CODAP didactique présente l'historique des codes de construction, ainsi que le CODAP lui-même; on pourra s'y reporter en complément aux généralités développées ci-dessus. En général, compte tenu du danger que représentent les équipements sous pression, les pays ont mis en place un dispositif administratif composé d'au moins deux des trois données suivantes :

règlements ; normes ; codes.

Afin d'éviter des barrières techniques et administratives aux échanges intercommunautaires, la commission de la Communauté Européenne à Bruxelles, a décidé d'imposer des directives qui se supplantent (ou supplanteront) aux réglementations en place. Ces directives de portées générales ne comportent (ou comporteront) que des exigences essentielles (incontournables). Le Comité Européen de Normalisation, reçoit la mission de réaliser des normes européennes (non d'ap-plication obligatoire) : - pouvant expliciter les directives ; - donnant en cas d'application, une présomption de conformité aux exigences de la directive. Comme cela vient d'être dit, les normes n'étant pas obligatoires, les codes (mis en conformité avec les exigences essentielles de la directive), sont (ou seront) des alternatives intéressantes à ces normes. Pour information, nous pouvons citer: - la directive 87-404 concernant les appareils à pression simples, est applicable depuis le 1erjuillet 1992. Les normes NF EN 286 correspondantes n'ont pas été d'un évident succès,

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- la directive concernant les équipements sous pression, en général, ne sortira pas avant 1997, et les normes correspondantes également. Généralités concernant le code: les chapitres G.1 et G.2 page G/3, ainsi que le chapitre G.8 page G/9 présentent un certain nombre de généralités qu'il ne semble pas nécessaire de commen-ter, mais qu'il est important d'avoir lues. 4.1.2. Catégorie de construction Déterminer en fonction du risque que représente l’appareil (CODAP G7 & G8) elle est repré-senté par une lettre, on distingue 5 catégories.

catégorie Risque (danger) Coût appareil Ex Très élevé Très élevé A Élevé Élevé B Peu élevé Peu élevé C Moyen Moyen D Très moyen Très moyen

4.1.3. Coefficient De Soudure Il représente le coefficient de sécurité (CODAP G9), plus la valeur est petite, plus la sécurité est importante, on distingue 3 coefficients.

Coefficient de joint (z) Epaisseur finale Etendue des contrôles 1 Fine Important

0,85 Moyenne Moyen 0,7 forte Faible

4.1.4. Surépaisseur De Corrosion CODAP C1.9.3, déterminé à partir de la vitesse de corrosion d’un matériau prédéterminé et de la durée de vie de l’appareil, on utilise généralement :

C = de 0 à 3 mm 4.1.5. Conditions De Calcul Pour le CODAP il s’agit d’un couple pression / température, le code distingue trois situations indissociables :

situation normale de service (Ps, Ts) situation exceptionnelle (Pex, Tex) situation d’essai de résistance (Pe, Te)

Nota :

convertir les pressions en Mpa (rappel 1bar = 0,1 Mpa) Pe = Max {1,5 Ps, 1,25 Ps (fe / ft)} (CODAP I.13) Attention, dans le cas d’appareil de grande hauteur (colonne), à la pression hydrosta-

tique (1bar/10m d’eau, Ph=.Gh) 4.1.6. Expression Des Données Client Les données de calcul clients sont formalisées sur le schéma de l’appareil, on trouve égale-ment sur ce document les données géométriques.

PSV INLETELEVATION

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Produit : Huile

RESERVOIR 2300 IND A LE 20/02/2003

Catégorie B Z 0,85 corrosion 2 mm PIQUAGE ISO PN DN FACE SERVICE

INLET 50 150 RF ENTRÉE PRODUIT

PSV 50 150 RF SOUPAPE

OUTLET 50 200 RF SORTIE PRODUIT

MANHOLE 50 500 RF TROU D’HOMME

L1/2 50 65 RF NIVEAU

TI 3000# ¾” NPT THERMOMETRE

PI 3000# ¾” NPT MANOMETRE

Normale de service Ps 46 barTs 50°C

Essai de résistance Pe 69 barTe 20°C

0° 45°MANHOLE

OUTLET

90°

OUTLET

MANHOLE

LV1

LV2

Ø

805

LT

LT

150

450

Niv. 0,00

Niv. 4500

ORIENTATION

TI

PI

Situations de calcul

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4.2. DONNEES CONCEPTEUR / REALISATEUR (FABRICANT) A partir des données précédentes et de son expérience dans la réalisation d’appareils à pres-sion, le concepteur / réalisateur doit effectuer :

le choix d’un matériau le choix d’une catégorie de livraison des formes marchandes le choix des assemblages soudés le choix des types de piquages

4.2.1. Choix Des Matériaux Ce choix est délicat, car il concerne tous les secteurs de l’entreprise (étude, méthode, fabrica-tion, contrôle/essais,…), est en fonction de plusieurs critères Critère n°1 :

Réglementation, Un appareil à pression soumis au CODAP est obligatoirement conçu et fa-briqué avec des matériaux conformes au CODAP (CODAP M) et normalisé (NF EN 10028, …) Critère n°2 :

Caractéristiques mécaniques / composition chimique, le matériau doit résister à l’agression du produit, aux sollicitations mécaniques et thermiques Critère n°3 :

Economique, si plusieurs matériaux peuvent êtres utilisés, on choisi le moins cher (attention à la « spécialisation entreprise », acier, inox,…). 4.2.2. Choix D’une Catégorie De Livraison Le CODAP propose 3 catégories de livraison (CODAP M2.5.2, CODAP G9) :

Influences du choix d’une catégorie de livraison Catégorie Garantie fournisseur Coût matière Epaisseur appareil Contrôle appareil

r1 maximum maximum Fine Minimum r2 moyenne moyenne Moyenne moyenne r3 minimum minimum forte maximum

4.2.3. Choix Des Assemblages Soudés Ce choix s’effectue en fonction :

du CODAP (CODAP FA1,…) des QMOS existant dans l’entreprise

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4.2.4. Choix des types de piquages / technologie de construction Il est entièrement lié au savoir faire de l’entreprise, on trouve deux technologies :

piquage autorenforcé (LWN)

piquage composite (bride, tube, selle renfort) 4.2.5. Documents De Références Concepteur/Réalisateur Les documents de références sont :

les plans standards de conception les normes de brides (NF E 29203, ANSI B16.5) les normes de matériaux les normes … le CODAP le NV 65 additif 80 (effets de la neige et du vent) le PS 69 (effet des séismes) la documentation spécialisée (PRESSURE VESSEL HANDBOOK,…) …

4.2.6. Expression des données concepteur/réalisateur Les choix des matériaux et de leurs catégories de livraison sont exprimés avec les données clients sur la page de garde de la note de calcul. Ces données sont complétées sur la page de garde par les contraintes admissibles Les choix d’assemblages et de technologies de construction sont exprimés sur un plan d’étude/fabrication.

Bride

Tube

Selle renfort

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FG FD

5. INFORMATION COMPLEMENTAIRE SUR LES VIROLES Contraintes mécaniques dues à la seule pression dans les viroles minces.

1) Transversales t

Considérons une portion de demi-virole Ø1000 ép. 5, largeur 1mm assez éloignée des fonds, pour que ceux-ci n’aient aucune influence sur le calcul, et une pression P=1Mpa. Les forces FG et FD équilibrent la poussée due à la pression. On rappelle que chaque vecteur pression peut se dé-composer en 2 composantes : 1 verticale Pv 1 horizontale Ph Et que les verticales s’additionnent et les horizontales s’annulent (dans le cas de la figure) Donc : F F P P x surface projetéeG D v

6

surface projetée

1 N x 990 mm x 1mm 990 N; 1 MPa = 10 N/m²

mm²

Nous pouvons d’ailleurs vérifier approximativement ce résultat en raisonnant sur une demi-virole

Les vecteurs pressions devraient normalement figurer à l’itérieur.ils ont dessinés à l’extérieur pour des raisons de clarté.

a = 2 x 990/2 x tg 15° = 990 x 0,268 = 265 mm valeur de la résultante sur 1 face 1 N/mm² x 265 mm x 1 mm = 265 mm somme des composantes verticales :

2 6F F 2 x 265N x sin 30° 265 NV V

3 5F F 2 x 265N x sin 60° 459 NV V

4F 1 x 265N x sin 90° 265 NV

1 6 3 5 4F F F F F 989 N 990 NV V V V V

La contrainte t dans une section de 5mm x 1mm serait de :

990 199 / ² ou 99 MPa

2(sec ) 5 1

Nx N mm

tions mm x mm

Recherchons une formule directe pour calculer ces contraintes : .( 2 ).

2. .e

t

p D e l

e l

avec l = longueur prise en compte ;

De diamètre extérieur ; p : la pression

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Pour e relativement mince on a De-2e Dm soit .

2.m

t

p D

e . En transformant cette formule on

obtient .

2m

t

p De

puis

.

2. .mp D

ef z

(formule du CODAP) avec f : contrainte maxi admissible et z :

coefficient de soudure (voir C1.8 dans le CODAP). On emploie un coefficient de soudure z qui dans la plupart des cas, diminue f et augmente donc e, pour tenir compte :

1) Des imperfections de la soudure 2) Des Z.A.T. (zone affectées thermiquement) dues au soudage grossissement du

grain, avec diminution des caractéristiques mécaniques

2) Longitudinales l

La pression qui s’exerce sur les fonds engendre une contrainte de traction longitudinale dans le virole.

- Poussée sur le fond 2int.

.4

Dp

- Section de virole sur laquelle s’applique cette poussée = .Dm.e

- Valeur de la contrainte l ; 2i

intm

..D 1p. . car D D

4 .D . 4.m

l m

p DF

s e e

Cette contrainte vaut donc la moitié de la contrainte transversale t

3) Résultante r 2 2 2 2(0,5 ) 1,12 r t l t t t pour déterminer l’épaisseur d’une virole, on tient

compte de f : t maxi admissible et non de r , car le coefficient de sécurité appliqué sur le

matériau le permet.

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6. INFORMATION COMPLEMENTAIRE SUR LES FONDS

1) Voir les photos de fabrication des fonds bombés dans le catalogue VALLOUREC ou autre.

(1) Profondeur relative des fonds bombés :

- Plus la forme d’un fond bombé s’approche de la demi sphère, plus il peut supporter de pression (les diamètres, l’épaisseur, matériaux étant semblables) ;

- il est bien connu qu’un récipient cubique soumis à une forte pression tend à devenir sphérique.

- A titre indicatif, voici les pressions que pourraient supporter les fonds ci-après (tous de diamètre 1000, ép. En E24) en MPa

Pourcentage de charge acceptable par rapport à celle d’un fond hémisphérique. Hémisphérique : 100 % ELL : 42 % GRC : 23 % MRC : 17 % PRC : entre 2 et 17 % Conique (30°) : 44 % Plat : entre 1.4 et 2 % Nota : les pourcentages ci-dessus sont très approximatifs et ne sont valables que les dimen-sions données. A cause du procédé de fabrication, la zone "torique" se trouve en général, amincie par rapport au reste du fond qui lui, conserve sensiblement l'ép. de la tôle de départ.

Voyons ce qui se passe sur un fond: 7a - Par l'esprit, séparons la partie sphérique de la partie torique, puis examinons les efforts qui agis-sent sur chaque élément fig. 1 7b - Sous l'effet de la poussée engendrée par la pression, la calotte sphérique tend à se séparer de la partie torique. Exemple concret avec un fond G.R.C. diam. 1000 et une pression de 1 MPa (10 bars)

- diam. calotte : 900 mm env. - Poussée : 1 MPa . . (diam. calotte)²/4 = 636 172 N (64 T

env.) Vous remarquerez que les "flaches" représentant la pression, sont tou-

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Effort exercé par la calotte

Zone de compression (diminu-tion du périmètre des //

jours perpendiculaires à l'élément de surface sur lequel elles s'appliquent. Il en est toujours ainsi en hydrostatique (voir ce mot) Vous remarquerez également que la surface prise en compte pour le calcul de la poussée, n'est pas la surface réelle de la calotte, mais sa surface projetée. En effet, considérons une surface projetée carrée de 1 mm x 1mm et α= 15° (voir fig. 3), dont la sur-face réelle sera de 1 mm2/cos15°= 1,03527 mm² et dont la poussée normale F sera de 1 MPa x 1,03527 mm² = 1,03527 N. F se décomposera en une force horizontale. FH et une force verticale FV. L'ensemble des Ft, s'addi-tionnera et l'ensemble des FH s'annulera, comme le montre la fig. 3 pour 2 éléments de surface dispo-sés symétriquement. F F cos 1,03527 x 0,9659 N = 1 NV

Il en serait de même pour un angle plus important. Conclusion : la poussée globale sur un surface « convexe » ou « concave » sera toujours égale à : pression x surface projetée 7c - La pression qui s'exerce sur la partie toxique tend à conserver la forme de celle-ci. Mais, compte tenu du rapport de dimensions (la surface de la calotte est grande devant celle de la partie torique), la poussée exerce sur la partie torique est faible par rapport à celle de la calotte. 7d - La partie torique, "tirée" par le fond, tendra à se rétreindre, comme le montre la fig. 4

7e - Si le fond était relativement peu épais, on pourrait voir .apparaitre des plis extérieurs dus au "flambage" de la tôle dans la carre, lors de la mise sous pression. Des essais expérimentaux ont démontré que ces plis sont équidistants.

F

HF

VF

VF

HF

15°

Surface réelle

1 mm

1 m

m

Surface projetée

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7f - Du paragraphe 7, il faut retenir que:

7f1 - dans un fond bombé, la partie la plus fragile est la "CARRE", parce qu'elle est, de par $a forme, la partie la plus sollicitée et de par son mode de fabrication, la moins épaisse. 7f2 - la poussée F

exercée par la pression sur le fond est donnée par la formule F

= Pression x

.R²i, avec Ri = rayon intérieur du bord droit. 8 - Lors du calcul d'épaisseur d'un fond torisphèrique, on vérifiera :

8a - l'épaisseur de la partie sphérique (calotte) es 8b - l'épaisseur de la partie torique ep1. 8c - l'épaisseur à la liaison partie sphérique/torique ep2.

Le calcul est "similaire" pour les fonds elliptiques. 9 - Les fonds PRC ne sont pas utilisés pour la construction d'appareils à pression, mais pour des cuves à fioul ou du matériel similaire. Le CODAP ne permet d'ailleurs pas d’en vérifier les épaisseurs. 10 - Différences d'épaisseurs à la liaison virole/fond bombé

10a - dans le CODAP voir : - FA1/4 10b - lire les pages I/12 et I/13 dans "TECHNOLOGIE de CONETRUCTION en CHAUDRON-NERIE" 10c - complément d'information

Une différence d'épaisseur importante et brutale entre la virole et le fond engendre des moments de flexion locaux et des concentrations de contrainte (amorces de rupture) quand l'appareil est mis sous pression

Fig 10 c 1 Fig 10 c 2 L'assemblage de la fig. 10 c1 tend vers celui de la fig. 10 c 2, quand on met l'appareil sous pression. Pour réduire sensiblement ces effets, on procède à un délardage qui évite les sauts brutaux d'épaisseurs. Le délardage intérieur est le plus courant. Le délardage double (int. et ext.) est idéal, mais onéreux. Le délardage extérieur est indispensable quand l'alignement intérieur est impératif. 11 - Fonds en plusieurs éléments : voir CODAP C3.1.2.1 et C3.1.5.2 12 - Soudures d'accessoires sur la carre: Les règles du CODAP ne permettent pas actuellement, de calculer les contraintes dues à l'implantation d'accessoires sur la carre (oreilles de levage, tubulures, etc ….). Pour implanter des accessoires dans cette zone, il faut une note de calculs complémentaire très complexe ou l'expérience d'appareils déjà réalisés et avec l'accord de la DRIRE. C'est pourquoi il est d'usage de dire que c'est "INTERDIT" et c'est ce que nous dirons pour nos T.P., sauf pour les jupes-supports qui, elles ont pour effet de renforcer la carre. 13 - Signalons aussi qu'il existe des fonds pour tubes aux dimensions "gaz". Dans la norme américaine ils portent le nom de "CAPS". 14 - Effectuer les calculs sur les fonds bombés et tracer leurs profils sur les feuilles annexes.

Coupe A-A

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7. INFORMATION COMPLEMENTAIRE SUR LES REN-FORCEMENTS D'OUVERTURE

1 - Lecture préliminaire Lisons les pages 1/15 à 1/19 de la N.T. "Techno de construction en chaudronnerie" 2 - Contraintes au bord d'une ouverture non renforcée Au cours de la lecture ci-avant, vous avez vu qu'une ouverture pratiquée sur un appareil à pression crée un affaiblissement. Lisons ou relisons les pages de l’ "Information complémentaire sur les viroles", puis voyons ce qui se passe : Dans l'ancien code de calcul SNCT, en NC 502, on démontre que la contrainte au bord d'une ouverture dans un tôle tendue a une valeur triple de la contrainte moyenne, voir la fig. n° Cette ouverture doit, bien entendu, être relativement petite par rapport à la largeur de la tôle, sans quoi la démonstration n'aurait plus aucun sens. Le même phénomène se produit au bord d'une ouverture dans une virole

3 - Renforcement Pour éviter que ces contraintes soient trop élevées dans la zone de l'ouverture, on pourrait augmenter l'épaisseur de la virole, mais il faudrait la doubler, ou plus la tripler. Ce qui n'est pas avantageux, sauf si la virole possède beaucoup d'ouvertures. Généralement on renforce avec un anneau-renfort (encore appelé : "doublante" ou " selle de renfort"). Pour des appareils fonctionnant dans des conditions difficiles, il peut être demandé des tubulures auto-renforçantes, constituées d'éléments forgés - voir FA/14 dans CODAP 4 - Dimensionnement des anneaux-renforts A l'aide des éléments de la page 1/18, déterminons les dimensions du renfort d'orifice diamètre Ø450 d'un réservoir diamètre Ø2000 ép. 10, sans en vérifier la tenue mécanique.

a) prenons e = 10

b) calculons / . 450 / 1990 10 3,18 4md D e x donc k0 = 1 (si / . 4md D e : employer

l’abaque du CODAP), 0 . 1 1990 10 141mk D e x x mm

La vérification de la tenue mécanique de ce renfort se fait à l'aide de la règle C.5. 1 .4. Sur un dessin de projet, si rien ne gène, on pourra se réserver une zone de largeur d/2 autour de la tubulure pour le renfort, sachant que ce dernier sera obligatoirement moins large 5 - Problèmes avec des anneaux-renforts trop larges Un renfort trop large perdrait beaucoup de son efficacité, car la zone de liaison périphérique de soudure serait trop éloignée de la zone de concentration des contraintes. De plus, quand le récipient fonctionne à chaud, on risque un cisaillement du cordon de soudure périphérique à cause de la dilatation différentielle (le corps de l'appareil étant plus chaud ou plus rapidement chaud que le renfort) 6 - Trou d’épreuve et d’évent Ce trou est dit d'épreuve, car il sert :

a) à détecter les fuites qu'il pourrait y avoir dans la soudure entre le corps et la tubulure lors de la mise sous pression de l'appareil.

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b) à vérifier l'étanchéité de l'ensemble corps-tubulure-doublante en mettant en pression la zone comprise entre le corps et la doublante.

Il est dit d'évent : car il permet aux gaz prisonniers entre le corps et la doublante de s'échapper sans créer de fuites à travers la soudure périphérique en terminaison.

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8. RELATION CODAP / ARRETE MINISTERIEL / DESP La réglementation Française et Européenne peut faire modifier les contraintes admissibles du CODAP. Contrainte nominale de calcul en situation de service et d’essai de résistance selon CODAP et /ou réglementation Française :

APPAREIL A PRESSION DE GAZ, AM du 23/7/43

AM DU 16/12/80

APPAREIL A PRES-SION DE VAPEUR OU DE GAZ

APPAREIL SOUMIS A LA REGLEMENTATION

FRANCAISE

OUI NO

CODAP C1.7.2 CODAP C1.7.4 CODAP C1.7.5

A METTRE A JOUR

NOOUI

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9. CALCUL DES CONTRAINTES ADMISSIBLES

9.1. COMPORTEMENTS DE METAUX Basse température : Le risque lié à la basse température et à l’acier est, la rupture fragile Haute température : Plus la température augmente, plus les caractéristiques mécaniques diminuent 9.1.1. Contraintes admissible Pour chaque matériau et chaque situation de calcul, il faut déterminer une contrainte admis-sible (CODAP C1.7.2, C1.7.4, C1.7.5) Le choix des formules dans ces tableaux, s’effectue en fonction du type de matériau et du type de livraison (CODAP G9) 9.1.2. Condition dimensionnant La condition dimensionnant est la condition qui détermine les épaisseurs les plus importantes. Théoriquement il faudrait effectuer le calcul de tous les éléments de l’appareil pour toutes les conditions de calculs. Pratiquement on calcule le rapport de la pression sur la contrainte dans chacune des situa-tions, le plus grand résultat détermine la situation dimensionnant. Condition dimensionnant = Max {Ps/fs, Pex/fex, Pe/fe}

Mpa

Température

Rr

Re

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10. NOTE DE CALCUL

10.1. PAGE DE GARDE Elle doit comprendre toutes les données précédentes (sauf géométrique)

Maroc Fer 22 rue de Ahmed AARAFA 20 100 Rabat

CFAI

Affaire N° 12884

Client customer Air liquid

Commande n° commande OD 104569

NOTE DE CALCUL TENUE A LA PRESSION

pressure calculation note

N° CP 12884 - 1

CODE code

CODAP 2000

N° série Serial number

9600

Référence Référence

réservoir 2300 IND A, Plan N° P 12884-1

Réglementation Regulation

CODAP 2000 et DESP

Catégorie code Code category

B

Coefficient de joint Joint efficiency

0,85

Corrosion corrosion

2 mm

Situation de calcul Normale de service Ps 46 bar , Ts 50° C Essai de résistance Pe 69 bar, Te 20°C

Nom Name

Réservoir 2300

Nbre de page Pages number

20 y compris la page de garde

durand dupont 25/12/2003 00 BPE Rédigé par write by

Vérifié par verification

Date date

Révision revision

observations

p 1/20

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10.2. CONTRAINTES DE CALCUL

Il y a une page de définition de contraintes de calcul par matériaux.

Définition des contraintes de calcul Eléments : Viroles, fonds Matériau : Nuance : P 265 GH norme : NF EN 10028 Epaisseur de référence : 16 à 40 tolérance : 0,5 Caractéristiques mécaniques : Normale de service

Rm (Mpa) 410 Rpt 0,2 (Mpa) 234

(°C) 20 (°C) 50

Exceptionnelle Rm (Mpa) / Rp

t 0,2 (Mpa) / (°C) / (°C) /

Essai de résis-tance

Rm (Mpa) / Rpt 0,2 (Mpa) 255

(°C) / (°C) 20 Condition de livraison : r2 Contraintes admissibles (CODAP C1.7) :

Normale de service fn = 146,25 Mpa fn = min { Rpt0,2/ 1,6 , Rm/2,7 }

Exceptionnelle fex = /

Essai de résistance fe = 242,25 Mpa fe = 0,95 x Rpt0,2

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10.3. CALCUL DES ELEMENTS Dans une note de calcul CODAP il existe un ordre préférentiel pour effectuer les calculs.

brides

renforcements d'ouvertures

épaisseurs des piquages

épaisseurs des fonds

épaisseurs des viroles coniques

épaisseurs des viroles cylindriques

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11. TYPE DE CALCUL CODAP Le CODAP utilise deux types de configuration de calcul, linéaire et itératif.

11.1. CALCUL LINEAIRE On appelle calcul linéaire, tout les calculs présentés sous forme d’égalité (=) Exemple : calcul de l’épaisseur d’une virole définie par De

Oui

Données du calcul

Calcul de e :

e = (P De) / (2 f z + P)

Calcul de en :

en = e + c + c1 + c2

Vérification des données d’entrées : en est compris dans la plage d’épaisseur de réfé-rence …

Calcul valide

Modification d’une donnée : Epaisseur de référence (Caractéristiques mécaniques associées)

Non

Calculs linéaires

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11.2. CALCUL ITERATIF On appelle calcul itératif (boucle), tout les calculs présentés sous forme d’inégalité (>,). Ces calculs nécessitent un test pour pouvoir sortir de la boucle et poursuivre le calcul. Exemple : calcul du renforcement d’ouverture d’un piquage sur une virole (détermination d’une selle renfort)

oui

Données du calcul

Calcul du 1er terme (A) : A = S ( f-0,5P ) + St (ft – 0,5P ) + Sr ( fr – 0,5P )

Vérification des données d’entrées : en est compris dans la plage d’épaisseur de ré-férence

Calcul valide

Modification d’une donnée : Epaisseur de référence (Caractéristiques mécaniques associées)

non

Calculs linéaires

Calcul du 2eme terme (B) : B = P G

Relation C5.1.4.b : A B , soit S ( f-0,5P ) + St (ft – 0,5P ) + Sr ( fr – 0,5P ) PG

Test : Si A > B alors trop de matière, surcoût Si A = B bon équilibre coût / résistance (égalité à x%) Si A < B pas conforme

Diminuer les épais-

seurs

Augmenter les épais-

seurs

Calcul itératif

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12. LES EPAISSEURS

12.1. GENERALITEES Référence : CODAP C1.9 L’appareil final est construit à partir de différentes formes marchandes le fabricant doit con-naître leur caractéristiques normalisées (dimensionnelles et mécanique) pour réaliser l’appareil. Ces formes, définie a partir d’une épaisseur nominale de commande (en), peuvent subir des variations tout au long de leur cycles de vie :

fabrication (tolérances de laminage,…) mise en œuvre (diminution due a un emboutissage, meulage,…) exploitation de l’appareil (corrosion,…)

Il est impératif de prendre en compte tous ces phénomènes pour garantir une utilisation de l’appareil en toute sécurité.

12.2. EPAISSEURS CALCULER/VERIFIER PAR LE CODAP Le CODAP permet de calculer ou vérifier deux types d’épaisseurs :

épaisseur minimale nécessaire (calculer) épaisseur admise (vérifier)

Ces épaisseurs ne prennent pas en compte les variations citer précédemment sur en.

12.3. LIENS ENTRE LES DIFFERENTES EPAISSEURS Référence : figure C1.9

en =

épa

isse

ur n

omin

ale

de c

om-

man

de

Plu

s pe

tite

épai

sseu

r

réel

le p

ossi

ble

sur

appa

-re

il ne

uf

eu =

épa

isse

ur

utile

Ep

aiss

eur

ad-

mis

e

Ep

aiss

eur

mi-

nim

ale

néc

es-

sair

e

C1 tolérance en moins

C2 réduction en cours de fabrication

C corrosion

Variation possible de l’épaisseur

admise

Commandé par entre-prise

Vérifier /calculer par

CODAP

eu = en – C – C1 – C2 et eu ép admise et ép minimale

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13. ENVELOPPES CYLINDRIQUES DE SECTION

DROITE CIRCULAIRE (CODAP C2.1)

13.1. OBJET (CODAP C2.1.1) La règle du présent chapitre permet de déterminer l'épaisseur d'une enveloppe cylindrique de section droite circulaire soumise à une pression intérieure. Une telle enveloppe peut être constituée d'un seul ou de plusieurs tronçons (viroles) assemblés par des soudures circulaires bout à bout ; chaque tronçon peut être d'épaisseur uniforme, avec ou sans soudure longitudinale ou hélicoïdale, ou constitué de plusieurs coquilles d'épaisseurs différentes. Les formules données en C2.1.4 concernent les régions de l'enveloppe cylindrique éloignées de toute discontinuité (raccordement avec une autre enveloppe, un fond ou une bride, ouver-ture, etc.)(1) Le paragraphe C2.1.5 donne des indications sur l'épaisseur nécessaire aux extrémités de l'en-veloppe. Si l'enveloppe comporte des ouvertures, sa résistance au voisinage de chaque ouver-ture doit en outre être vérifiée au moyen des règles de la Section C5. La règle du présent chapitre couvre la défaillance de l'enveloppe par déformation excessive et par rupture par fluage.

(1) Dans le cas d'une enveloppe cylindrique « courte », c'est-à-dire dont la longueur entre deux discontinuités majeures de forte

axisymétriques est inférieure à 1,4 eDm. , une épaisseur plus faible que celle donnée par les formules C2.1.4 peut éventuelle-ment être justifiée au moyen des règles d'analyse des contraintes du chapitre C10.1.

13.2. CONDITIONS D'APPLICATION (CODAP C2.1.2)

13.2.1.Epaisseur (CODAP C2.1.2.1) La présente règle ne s'applique que si :

Dm 5e

13.2.2.Assemblages soudés (CODAP C2.1.2.2) A chaque assemblage soudé autre que circulaire, les fibres moyennes doivent être, aux tolé-rances de fabrication près (voir F1.5), dans le prolongement l'une de l'autre. Si l'enveloppe est constituée de plusieurs coquilles d'épaisseurs différentes, le raccordement des surfaces doit se faire par des pentes n'excédant pas 1/4.

A chaque assemblage soudé circulaire de deux tronçons d'épaisseurs différentes, les fibres moyennes peuvent être décalées, sans toutefois que ce décalage aille, aux tolérances de fabrication près (voir F1.5), au delà de l'alignement des faces externes ou internes. Le rac-cordement des surfaces doit se faire par une pente n'excédant pas 1/3.

13.2.3.Défauts de circularité (CODAP C2.1.2.3)

L'ovalisation et les écarts locaux de circularité de l'enveloppe doivent respecter les limites indiquées en F1.5.

13.2.4.Sollicitations (CODAP C2.1.2.4) La règle du présent chapitre ne prend en compte que l'action de la pression intérieure.

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13.3. NOTATIONS (CODAP C2.1.3) De = diamètre extérieur de l'enveloppe. Di = diamètre intérieur de l'enveloppe. Dm = diamètre moyen de l'enveloppe. e = épaisseur minimale nécessaire l'enveloppe. f = contrainte nominale de calcul matériau de l'enveloppe. P = pression de calcul. z = coefficient de soudure.

Pour une situation exceptionnelle de service ou d'essai de résistance, ainsi que pour une en-veloppe sans soudure de longitudinale ou hélicoïdale : z = 1.

13.4. RÈGLE DE CALCUL (CODAP C2.1.4) L'épaisseur minimale nécessaire de l'enveloppe cylindrique est donnée par l'une ou l'autre des formules :

eu = Pzf

DP i

.2

. (formule C2.1.4.1)

eu = zf

DP m

.2


eu = Pzf

DP e

.2


Au droit de la soudure longitudinale d'assemblage de deux coquilles constituées de maté-riaux dont les contraintes nominales de calcul sont différentes, l'épaisseur minimale néces-saire des deux coquilles est donnée par ces mêmes formules, en prenant pour f la plus faible des deux contraintes nominales de calcul.

13.5. EPAISSEUR NÉCESSAIRE AUX EXTRÉMITÉS DE L'ENVELOPPE

(CODAP C2.1.5) La règle C2.1.4 n'assure la résistance de l'enveloppe cylindrique que dans les régions éloi-gnées de ses extrémités. Au voisinage du raccordement avec une autre enveloppe, un fond, une plaque tubulaire, une bride, etc. la répartition des contraintes est modifiée et l'épaisseur minimale nécessaire de l'enveloppe cylindrique peut en être affectée. Lorsqu'un tronçon d'enveloppe cylindrique est assemblé à un autre tronçon d'épaisseur plus faible constitué d'un matériau dont la contrainte nominale de calcul f1 est > f, son épaisseur utile à l'extrémité peut être inférieure à l'épaisseur minimale théorique e0 donnée par la for-mule :

e0 = Pf

DP i

2

. (formule C2.1.5)

Pour autant que la longueur 1, définie par la figure C2.1.5, n'excède pas : 002,0 eeDi .

Lorsque l'enveloppe cylindrique est assemblée à un fond bombé, il n'est jamais nécessaire d'augmenter son épaisseur à l'extrémité au-delà de l'épaisseur minimale nécessaire donnée par les formules C2.1.4.

61/77

Lorsque l'assemblage est réalisé par soudure bout à bout, l'épaisseur de l'enveloppe au voisinage de la soudure doit satisfaire à la règle C3.1.7. Lorsque l'enveloppe cylindrique est assemblée à une enveloppe conique (à la grande base ou à la petite base), à un fond plat soudé, à une bride ou à une plaque tubulaire, la résis-tance de l'assemblage peut exiger une majoration locale de l'épaisseur (voir C2.3, C3.2, C6 et C7).

Figure C2.1.5 - Raccordement de deux tronçons d'enveloppe cylindrique. Exercice d’application Cet exercice se déroule en 2 parties de calcul :

Calcul en situation normale de service Calcul en situation d’essai de résistance

Enoncé : Données de calcul :

Spécification Pression de service………………..0,7 Mpa Catégorie : B Pression de calcul………………..0,7 Mpa Coefficient de soudure : 0,85 Pression d’épreuve………………..0,7 Mpa Réception matériau type : 2 Température de service…………….150°C Température de calcul………..…….150°C Matière Température d’épreuve…….……….20°C Fonds – Virole – Renfort : A 42 CP Radiographie : 10% + N Fluide Nature Eau surchauffée Traitement thermique : Non

Densité 1 Calorifuge : Oui Surépaisseur de corrosion 2 mm Tolérance surépaisseur selon Classe D Nota : Pression épreuve = Max {(P x 1,5) ; (1,25 x P x f20°/ f150°)} A.N = Max {(0,7 x 1,5) ; (1,25 x 0,7 x 245/ 206)} = Max {(1,05) ; (1,04)} = 1,05 MPa

Ø 1800

3620 entre LT

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Etape de calcul selon la partie C : calcul de l’épaisseur de l’enveloppe :

P2f.z

P.De

e

u Cas d’enveloppe cylindrique d’épaisseur uniforme (C2.1.4.1)

De = Diamètre extérieur f = Contrainte nominale de calcul (voir C1.7) z = Coefficient de soudure (voir C1.8) P = Pression de calcul (voir C1.2)

EN SITUATION NORMALE DE SERVICE

Coefficient de soudure Z=0,85

Catégorie de construction B : (C1.8) (pour déterminer le coefficient de soudure)

Pression effective : Peff = 7 bar = 0,7 MPa

Surépaisseur de corrosion : 2 mm

De = 1800 mm

Contrainte nominale de calcul f

Calcul de f selon type 2 (voir tableau C 1.7.2)

f = Min {(Rt0,002/1,6) ; (R/2,7)}

Rt0,002 selon le tableau de NFA 36 – 205 à t° 150 = 206 N/mm²

R selon le tableau de NFA 36 – 205 410 N/mm²

Alors f = Min {(206/1,6) ; (410/2,7)}

A.N. f = Min {(128,75) ; (151,85)} = 128,75 N/mm²

mm 738,57,00,85 x 128,75 x 2

1800 x 0,7e

P2f.z

P.De u

e

u

C= 2 mm

C2 = 0 mm

C1 = + 0,85 (voir tableau page 358 de EN 10 029)

en = 5,738 + 2 + 0,85 + 0 = 8,588 mm

d’où le choix de l’épaisseur en = 10 mm

63/77

14. CALCUL DE RENFORCEMENT DES OUVERTURES Une ouverture pratiquée sur un appareil à pression crée un affaiblissement, une étude montre que la contrainte au bord d’une ouverture dans un tôle tendue a une valeur triple de la con-trainte moyenne, voir la figure ci-après : Cette ouverture doit, bien entendu, être relativement petite par rapport à la largeur de la tôle, sans quoi la démonstration n’aurait plus aucun sens ; le même phénomène se produit au bord d’une ouverture dans une virole.

14.1. RENFORCEMENT Pour éviter que ces contraintes soient trop élevées dans la zone de l’ouverture, on pourrait augmenter l’épaisseur de la virole, mais il faudrait la doubler, ou bien la tripler. Ce qui n’est pas avantageux, sauf si la virole possède beaucoup d’ouvertures. Généralement on renforce avec un anneau-renfort (encore appelé : "doublante" ou "selle de renfort"). Pour des appareils fonctionnant dans des conditions difficiles, il peut être demandé des tubulures autorenforçantes, constituées d’éléments forgés voir FA dans le CODAP.

14.2. DIMENSIONNEMENT DES ANNEAUX-RENFORTS C5.1.1 Objet et domaine d’application Les règles de vérification de la résistance des enveloppes soumises à une pression intérieure au voisinage d’une ouverture. Lorsque cette dernière est voisine d’une ou plusieurs autres, il y a lieu d’appliquer en outre les règles de C5.2 Les présentes règles s’appliquent :

Aux enveloppes cylindriques de section droite circulaire ; Aux enveloppes sphériques ; Aux enveloppes coniques de révolution ; Aux fonds bombés elliptiques, torisphériques ou hémisphérique.

Satisfaisant respectivement aux conditions dimensionnelles indiquées en C2.1, C2.2, C2.3, C3.1 et C3.4. Elles concernent les ouvertures suivantes :

Ouvertures de tubulures de section droite circulaire fixées sur enveloppe par des sou-dures résistantes,

Trous de tubes mandrinés ou vissés, avec ou sans soudure d’étanchéité, Ouvertures obturées par un tampon autoclave

3m

m

3m m

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Le renforcement d’une enveloppe comportant une ouverture doit être le même sur tout le pour-tour de celle-ci Il peut être réalisé par une augmentation générale ou locale de l’épaisseur de l’enveloppe, par l’adjonction d’anneaux-renforts ou, s’il s’agit d’une ouverture de tubulure, par augmentation de l’épaisseur de la tubulure, ces modes de renforcement peuvent être associés. C5.1.2 Condition d’application des règles C5.1.2.1 Diamètre de l’ouverture Le diamètre d de l’ouverture ne doit pas excéder : eDm .16

C5.1.2.2 Position de l’ouverture Outre la condition de distance à une autre ouverture mentionnée en C5.2.1 ; les règles présent chapitre ne s’appliquent qu’aux ouvertures dont la position satisfaite aux conditions suivantes :

a. Ouverture dans une enveloppe cylindrique ou conique ou un fond à calotte sphérique, la distance x de l’ouverture à une discontinuité de la paroi doit satisfaire aux condi-tions indiquées au tableau C5.1.2.2.

x-x0 ≥Max {(0.2 eDm . ) ;(3e)}

Note : Voir les autres exemples en CODAP2000 page C5.1/199 à 203

b. Ouverture dans un fond bombé elliptique ou torisphérique. L’ouverture – y compris la zone éventuelle de largeur x0 – doit être entièrement située dans la région centrale du fond (région dont la distance à l’axe est au plus égale à 0,4 De, voir figure C5.1.2.2l)

Figure C5.1.2.2.l – Position d’une ouverture dans un fond bombé elliptique ou torisphérique

(Pour une ouverture avec anneau-renfort rapporté, voir aussi C5.1.2.5b) C5.1.2.3 Tubulures soudées

a. Les piquages des tubes soudés dans cette partie doivent suivre les règles ci-dessus :

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Tubulure soudée sur une enveloppe cylindrique, dont l’axe et celui de l’enveloppe sont concourants ou non, et dont l’angle de l’axe avec un plan perpendiculaire à l’axe de l’enveloppe n’est pas supérieur à 45° (fig. C5.1.2.3a à b)

Si l’axe de la tubulure et celui de l’enveloppe cylindrique ne sont pas concourants, la po-sition de la tubulure doit satisfaire à la condition indiquée par la figure C5.1.2.3b

Tubulure soudée sur une enveloppe conique, dont l’axe et celui de l’enveloppe sont concourants et dont l’angle de l’axe avec la normale à la paroi au centre de l’ouverture n’est pas supérieur à 45° (fig. C5.1.2.3c)

Tubulure soudée sur une enveloppe sphérique ou sur un fond bombé, dont l’angle de

l’axe avec la normale à la paroi au centre de l’ouverture n’est pas supérieur à 45° et dont la position satisfait à la condition indiquée par la figure C5.1.2.3d

Les épaisseur admises e t et é t d’une tubulure soudée ne doivent pas être supérieurs à :

e t = é t ≤ Kt . e La valeur du coefficient kt est donnée par le graphique C5.1.2.3

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Graphique C5.1.2.3

L’épaisseur de la tubulure doit aussi respecter les limitations indiquées, en fonction du type d’assemblage tubulure-enveloppe, à l’annexe FA1 C5.1.2.5 Renforcement local d’une ouverture

a. Pour être compté comme participant au renforcement d’une ouverture, un élément rapporté (anneau-renfort ou tubulure) doit être solidarisé avec l’enveloppe par des soudures résistantes, un tube mandriné ou vissé ne peut constituer un renforcement, même s’il comporte une soudure d’étanchéité.

b. La limitation d’emploi des anneaux-renforts plaques sur l’enveloppe, en fonction des conditions de service et de la catégorie de construction de l’appareil, sont indiquées à l’annexe FA1, l’épaisseur utile d’un anneau-renfort rapporté doit être au plus égale à 1,5e et sa largeur doit être au plus égale à :

Max {(L) ; (50 mm)} Toutefois, la largeur d’anneau-renfort à prendre en compte pour le calcul de la surface Sr ne doit pas être supérieure à L Un anneau-renfort rapporte sur un fond elliptique ou torisphérique ne doit pas déborder de la partie centrale du fond définie en C5.1.2.2b Notions : e = épaisseur admise de l’enveloppe au voisinage de l’ouverture (Si l’épaisseur de l’enveloppe

n’est pas constante, e est l’épaisseur moyenne admise sur la longueur L) (voir CODAP fig C5.1.4b2)

et = épaisseur admise de la tubulure (Si l’épaisseur de la tubulure n’est pas constante, e t est l’épaisseur moyenne admise sur la longueur l) (voir CODAP fig. C5.1.4b2 et b3)

e’t = épaisseur admise de dépassement intérieur de la tubulure (Si l’épaisseur de dépassement de la tubulure n’est pas constante, e’ t est l’épaisseur moyenne admise sur la longueur l’)

Ri = rayon intérieur de l’enveloppe ou du fond au droit de l’ouverture (pour une enveloppe co-nique, le rayon Ri est mesuré comme l’indique de la fig. C5.1.2.3c) (pour un fond elliptique, le rayon Ri est le rayon intérieur du fond torisphérique équivalent :

Ri = 0,45 Di K avec (K = Di/2h2) Pour un fond elliptique conforme à la norme NF E81-103 :

Ri = 0,855 Di Dm = diamètre moyen de l’enveloppe ou du fond au droit de l’ouverture

Dm = 2Ri + e Dm.cyl = diamètre moyen de l’enveloppe cylindrique sur laquelle se raccorde, à la grande base,

une enveloppe conique comportant une ouverture (voir CODAP figure C5.1.2.2i) De , Di = diamètre extérieur d’un fond bombé. d = diamètre de l’ouverture, mesure comme l’indique les figures C5.1.4b (Lorsque l’ouverture

est celle d’une tubulure soudée en bout d’une collerette extrudée ou renforcée par une pièce forgée, les indications de ces figures sont corriger, si le rayon r est supérieur à e/2, selon celles de la figure C5.1.3a de CODAP. Lorsque l’ouverture est celle d’une tubulure vissée, d doit être mesuré à fond de filet du taraudage de la paroi.

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Lorsque le diamètre de l’ouverture n’est pas constant dans l’épaisseur de la paroi, d est la valeur moyenne de ce diamètre (voir CODAP C5.1.3b) Lorsque l’ouverture n’est pas circulaire, d est : Pour une ouverture dans une enveloppe sphérique ou un fond bombé la plus grand

dimension de l’ouverture. Pour une ouverture dans une enveloppe cylindrique ou conique la plus grande di-

mension de l’ouverture mesurée dans un plan passant par l’axe de l’enveloppe di = diamètre intérieur de la tubulure dm = moyen de la tubulure

dm = di + et d’m = diamètre moyen du dépassement intérieur de la tubulure

d’m = di + e’t h2 = flèche intérieur d’un fond elliptique. L = longueur d’enveloppe, mesurée à mi-épaisseur de la paroi comme l’indiquent les figures

C5.1.4b, participant à la résistance de l’ouverture. Dans le cas général : eDm .0k L

Dans le cas d’une ouverture proche d’une discontinuité de la paroi – c'est-à-dire une ou-verture dont la distance x à une discontinuité est inférieure à la valeur xp indiquée au ta-bleau C5.1.3 – la valeur de L est donnée par ce tableau.

lt = longueur de tubulure disponible, mesurée comme l’indiquent les figures C5.1.3c, d, e, f et g, qui illustrent quelques cas dont il y a lieu de s’inspirer pour traiter d’éventuelles autres con-figurations

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l = longueur de tubulure participant à la résistance de l’ouverture (Voir CODAP figures C5.1.4b)

; .ed Min ttm ll

l’ = longueur du dépassement intérieur de tubulure participant à la résistance de l’ouverture (voir figures C5.1.4b)

' ; .e'd', Min' ttm ll 50

l’t = longueur du dépassement intérieur de la tubulure lcyl = d’enveloppe cylindrique participant à la résistance à du raccordement de cette enveloppe

avec : Une enveloppe conique de même axe, à la petite base (Voir CODAP fig C5.1.2.2f) lcyl est

alors la longueur l2,cyl définie en C2.3. Une enveloppe sphérique (Voir CODAP fig. C5.1.2.2g), une autre enveloppe cylindrique

ou une enveloppe conique d’axes concourants (Voir CODAP fig. C5.1.2.2h) lcyl est alors la longueur l d’enveloppe cylindrique prise en compte pour la vérification

l2,cône = longueur d’enveloppe conique participant à la résistance du raccordement avec une enveloppe cylindrique à la petite base (fig C5.1.2.2j), définie en C2.3.

x = distance, mesurée à mi-épaisseur de l’enveloppe, comme l’indiquent les figures C5.1.2.2a à k, entre l’ouverture et une discontinuité de forme de la paroi. Du côté de l’ouverture, x est à mesurer à partir du point où est mesurée la longueur L (voir fig. C5.1.4b)

x0 = distance définie par les figures C5.1.3h

Figure C5.1.3h Définition de x0 xp = valeur de x en dessous de laquelle l’ouverture doit être considérée comme proche d’une

discontinuité de la paroi, xp est donnée par le CODAP tableau C5.1.3 α = demi-angle au sommet d’une enveloppe conique P = pression de calcul

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f, ft, fr = contrainte normale de calcul, respectivement du matériaux de l’enveloppe, de la tubu-lure, de l’anneau-renfort.

z = coefficient de soudure k0 = coefficient donné par le graphique C5.1.3

C5.1.4 règle de vérification de la résistance d’une enveloppe comportant une ouverture

a. Aucune vérification n’est à effectuer pour les ouvertures telles que :

eDd m .14.0

b. Pour toute ouverture telle que :

eDd m .14.0

Il y lieu de s’assurer que la relation est satisfaite : (relation C5.1.4b) S (f - 0,5P) + St (ft - 0,5P) + Sr (fr - 0,5P) ≥ P.G

Lorsque ft ou fr sont supérieures à f, prendre ou égale à f pour la vérification de cette relation. Les surfaces S, St, Sr et G sont définies par les figures C5.1.4b1 à b12 qui illustrent quelques-unes des configurations les plus usuelles à partir desquelles il est possible de traiter les autres configurations couvertes par les règles.

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c. Lorsque l’ouverture considérée est située sur un joint soudé : d’orientation quelconque sur une enveloppe sphérique, un fond bombé ou un fond à ca-

lotte sphérique, longitudinal ou hélicoïdal sur une enveloppe cylindrique ou conique.

Il y a lieu de remplacer f par f.z dans la relation C5.1.4b d. Lorsque l’ouverture est celle d’une tubulure comportant une soudure longitudinale, il y

a lieu de remplacer ft par ft.z dans la relation C5.1.4b. la présente règle C1.5.4d n’a pas lieu d’être appliquée aux tubulures disposées sur une enveloppe cylindrique ou conique lorsque l’angle définie par la figure C5.1.4d est supérieur ou égale à 45°.

Exemple 1: Soit à calculer un piquage de trou d’homme constitué par un tube de Ø 18" (457 mm) ép. 10 mm et une bride à collerette DN450 PN 40 poser sur un virole de Ø 1800 ép. 10mm, et dont les valeurs qu’on a retenu est : en = 10 mm ; c1 = ± 0,85 mm ; eu = 7,15 mm ; c = 2 mm. Matière est A42 CP Pression de service est 7 bar Pression d’épreuve est 13 bar

1) Calcul de la longueur L :

.eDk L m0 avec;

+ 0,85

- 0,85

10

9,15

7,15

Zone B

S

St

L

l

Di

Axe

tube

Axe Réservoir

Virole

Tube

G

Zone A

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Dm = 1800 – 7,15 = 1792,85 mm ; e = 7,15 mm ; d = di = 457 – (2 x 7,15) = 442,7 mm

).eD

d(k

m

i0 f 19 0

m

i k ,37,15 x 1792,85

442,7

.eD

dδ

mm 113,227.15 x 1792.851x L 2) Calcul de la longueur l :

ttm l ; .ed Min l

lt : longueur de la tubulure lt = 250 – H2 (voir la dimension dans le catalogue des bride) = 250 – 135 = 163 mm

mm 56,71 163 ; 56,71 Min 163 ; 5449,85x7,1 Min l ; .ed Min ttm l

3) Vérification de la résistance d’une enveloppe comportant une ouverture :

Vérifions-nous la formule : .eD0.14d m

On a : d = 457

et : 851515,785,179214,0.14,0 ,xeDm

eDd m .14.0:Donc alors il y a lieu de faire la vérification.

S (f - 0,5P) + St (ft - 0,5P) + Sr (fr - 0,5P) ≥ P.G (S + St ) (f - 0,5P) ≥ P.G5 la même matière

St = 7,15 x (56,71+7,15) = 456,6 mm² S = 7,15 x 113,22 = 809,52 mm²

St + S = 1266,1 mm² G = Zone A + Zone B = [di/2(l + ev)] + [(de/2 + L) x Di/2]

305104,714135,412

1785,7x113,22

2

4577,1556,71

2

7,15 x 2-457 G

G = 319240,11 mm² f150 = 128,75 daN/mm² f20 = 232,75 daN/mm² Calcul (service) Epreuve (essai)

(S + St ) (f - 0,5P) =1266,1 x [128,75 – (0,5 x 0,7)] =162567,24 N

=1266,1 x [232,75 – (0,5 x 1,3)] =293861,81 N

P x G =319240,11 x 0,7 = 223468,08 N =319240,11 x 1,3 = 415012,14 N Δ = P.G - (S + Sr ) (f - 0,5P) =60900,84 N =121150,33 N Sr = Δ / (f - 0,5P) =60900,84 / 128,4 = 474,31 mm² =121150,33 / 232,1 = 521,97 mm² er = en - C1 - C (on ne compte la corrosion en moins dans l’épaisseur) = 10 – 0,85 – 0 = 9,15 lr.mini = 521,97 / 9,15 = 57,04 mm

ép : 10

L = 60

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4) Choix de section anneau : On a épaisseur de 10 mm et largeur de 60 mm alors : Exemple 2: TROU D’HOMME SUR FOND GRC Fond bombé de Ø 1800 ép : 14

1) ’épaisseur utile du fond bombé est :

eu = en-c1-c =14 - 1,4 - 2 = 10,6 mm

Ri =1800mm Ne pas oublier le fait que la corrosion part de

Ri =1802 mm l’intérieur Ri et di, + 2mm donc on aura

2) Calcul de L graphiquement :

Dm = 2 x 1800 + 10,6 = 3610,6 mm d = di = 457 - 2 x 7,15 = 442,7mm

mm 195,63.eDm

mm 195,63 L alors C5.1.3 grafique 1ko 2,26.eD

d

m

3) Calcul de l :

l , .ed Minl ttm

mm 110140-250l t mm 449,85 7,15 442,7 ed d rim

mm 56,7 l mm 56,7 7,15 x 449,85 .ed tm

Ri

1

S2

S3

a

S4 l

S

L

en = 14

St

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4) Vérification de la résistance d’une enveloppe comportant une ouverture :

Vérifions-nous la formule : .eD0.14d m

On a : d = 457

et : 2,492 15,73610,614,0.14,0 xeDm

eDd m .14.0:Donc alors il y a lieu de faire la vérification.

5) Calcul de St (tube): mm 481,19510,656,7 7,15el e S tt

6) Calcul de S section ombré (virole):

2i

2e

2i

2e

21 RR2

.

2

.R

2

.RSSS

On cherche : On : mm 195,63LArc

mm 1805,32

10,61800

2

eRR im

6,2088 rad 0,108364261805.3

195.63

mm 1810,610,61800eRR ie Alors :

2222i

2e

2i

2e

21 mm 2073,67818001810,6x 2

0,10836426RR

2

θ.

2

θ.R

2

θ.RSSS

Où bien 2mm 2073,67810,6 x 195,63l.eS

Donc 2t mm 2554,873481,195 2073,678SS

7) Calcul de S3 (surface triangle):

Cherchons la valeur de 1 :

7,29305θ 0,1269θ sin R

2dθ sin 1 1

i

e1

1785,43769a tgθa

2de1

23 mm 2203986,256

2

dea.

2

1S

24 mm 14896,855

2

442,7 x 10,656,7

2

dielS

2432 mm 4394433,212SSSG

Calcul (service) Epreuve (essai)

(S + St ) (f - 0,5P) = 2554,873 x 128,4 = 328045,69 N

= 2554,873 x 232,1 = 592986,02 N

P x G = 394433,2124 x 0,7 = 276103,2487 N

= 394433,2124 x 1,3 = 415012,14 N

Δ < P.G - (S + Sr) (f - 0,5P) Pas besoin de renfort

Arc

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15. DETERMINER L’EPAISSEUR D’UNE LIGNE DE TUYAUTERIE

SOUMISE A UNE PRESSION

15.1. GENERALITES (CODETI C2.1) Cette section spécifie les règles de dimensionnement des composants (GA1. 1.1) de tuyauterie soumis à une pression intérieure (C2.2) ou à une pression extérieure (C2.3). Ces règles sont complétées, dans le cas de charges variables par une méthode d'analyse à la fatigue (C2.4). Les règles de la présente Division s'appliquent à des composants fabriqués, conformément à la section F, à partir de matériaux définis dans la section M. Dans le cas où la tuyauterie est prévue pour fonctionner dans des conditions de couples pres-sion-température variés, le couple à considérer est celui qui conduit à l'épaisseur la plus grande. Lorsque des composants sont conformes à des normes garantissant leur résistance pour les conditions de service, ils n'ont pas à subir de nouvelle vérification. A ce titre et en ce qui concerne la pression intérieure les composants (tuyaux et tubes, coudes, réductions, tés, fonds ...) conformes aux normes de l'annexe MA6 ainsi que les assemblages à brides boulonnées conformes aux exigences de C2.2.8.2 doivent être considérés dans le cadre de la présente Division comme satisfaisant cette condition.

15.2. DIMENSIONNEMENT DES COMPOSANTS SOUMIS A UNE PRES-SION INTÉRIEURE (CODETI C2.2)

15.2.1.TUYAU DROIT (CODETI C2.2.1)

15.2.1.1.Notations (CODETI C2.2.1.1) Pour les besoins du présent chapitre les notations suivantes s'appliquent : De : diamètre extérieur du tuyau (pour les tubes normalisés le diamètre De est égal au diamètre

extérieur théorique sans tenir compte des tolérances) Di : diamètre intérieur du tuyau (pou: lies tubes normalisés, le diamètre Di est égal au diamètre

intérieur théorique sans tenir compte des tolérances) Dm : diamètre moyen du tuyau P : pression de calcul définie en C 1.2.14 f : contrainte nominale de calcul définie en C 1.4 z : coefficient de soudure défini en C1.5 15.2.1.2.Tuyau sans soudure ou comportant une soudure longitudinale (CODETI C2.2.1.2) Pour DelDi 1,7, l'épaisseur de paroi minimale, e, sans surépaisseur ni tolérance, d'un tuyau droit sans soudure longitudinale (z=1, fig.C2.2.1.2-1) ou d'un tuyau droit comportant une sou-dure longitudinale (fig.C2.2.1.2-2) ne doit pas être inférieure à l'épaisseur calculée à partir de l'une des formules suivantes :

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Pzf

PDe e

.2 zf

PDe m

.2

Pzf

PDe i

.2

( C2.2.1.2-1) (C2.2.1.2-2) (C2.2.1.2-3)

Figure C2.2.1.2-1 - Tuyau sans soudure Figure C2.2.1.2-2 - Tuyau comportant une soudure longitudinale

Pzf

PzfDe e

.

.1

2

12 Pzf

PzfDe i

.

.

(C2.2.1.2-4) (C2.2.1.2-5) 15.2.1.3.Tuyau soudé hélicoïdalement (CODETI C2.2.13) Pour De/Di > 1,7, l'épaisseur de paroi minimale, e, sans surépaisseur ni tolérance, d'un tuyau droit soudé hélicoïdalement (fig.C2.2.1.3) ne doit pas être inférieure à la plus grande des deux valeurs calculées à partir de l'une des formules C2.2.1.2 ci-dessus et de la formule C2.2.1.3 ci-dessous :

2

sin1.

P.z2

PDe

2e

f (C2.2.1.3)

: Angle formé par la soudure et une génératrice Note : Il s'agit ici de tubes fabriqués suivant spécification particulière établie par le fabricant, ceux de la norme NF A 49-250 ne pouvant être utilisés que pour les catégories B, C et D.

Figure C2.2.1.3 - Tuyau soudé hélicoïdalement

15.2.2.CINTRES ET COUDES A SOUDER (CODETI C2.2.2)

15.2.2.1.Notations (CODETI C2.2.2.1) Pour les besoins du présent chapitre les notations suivantes s'appliquent : e : épaisseur minimale d'un tuyau droit déterminée conformément à C2.1.1

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Figure C2.2.2.2 - Cintre et coude à souder

15.2.2.2.Cintres (CODETI C2.2.2.2) Les épaisseurs de paroi minimales, eint. et eext , sans surépaisseur ni tolérance, d'un cintre doi-vent satisfaire les inégalités suivantes :

- à l'intrados - à l'extrados :

50

250

,/

,/int

ec

ec

DR

DRee

50

250

,/

,/

ec

ecext DR

DRee

(C2.2.2.2-1) (C2.2.2.2-2)

15.3. ÉPAISSEURS – DÉFINITIONS (CODETI C1.6) e : Epaisseur minimale requise pour résister à la pression, sans surépaisseur ni tolérance, cal-

culée à partir des équations appropriées données en C3. Cette épaisseur doit être déterminée en fonction du procédé de fabrication.

c0 : Surépaisseur de corrosion ou d'érosion La valeur de cette surépaisseur doit toujours être fixée par l'Acheteur, ou éventuellement par accord entre l'Acheteur et le Concepteur, en fonction de la nature des produits venant en contact avec la paroi de leur température, de leur vitesse, etc.

c1- : Valeur absolue de la tolérance en moins définie dans le document matériau

c1+ : Valeur de la tolérance en plus définie dans le document matériau

c2 : Surépaisseur correspondant à l'amincissement possible lors de la fabrication er : Epaisseur minimale requise, surépaisseurs et tolérances incluses ecde : Epaisseur de commande

L'épaisseur de commande ecde d'un composant (tuyau ou accessoire) doit être au moins égale à :

si la valeur de la tolérance c1- est

exprimée en unité de longueur :

20cde cccee1

si la valeur de la tolérance c1- est exprimée en

pourcentage x de l'épaisseur nominale ecde :

x100

100ccee 20cde

Note : Dans le cas de tube droit sans soudure longitudinale ecde = eu : Epaisseur additionnelle résultant du choix de l'épaisseur de commande ecde

en : Epaisseur nominale (sur les plans) eu : Epaisseur utile d'un composant, utilisée pour les calculs de vérification de la résistance L'épaisseur utile eu est la plus faible épaisseur possible après corrosion est donnée par :

eu e +

Note : L'attention est attirée sur le fait que dans les calculs il convient en général de prendre en compte les deux états de la tuyauterie : tuyauterie non corrodée et tuyauterie corrodée. Figure C1.6-1 - Epaisseurs (applicables aux tuyaux droits ainsi qu'aux cintres)

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15.1. UNITES – TOLERANCES (CODETI C1.7)

15.1.1.UNITES (CODETI C1.7.1) Sauf les quelques exceptions où les unités sont indiquées, les formules proposées dans les différentes règles de calcul sont valables dans tout système cohérent d'unités. Il est cependant recommandé d'utiliser le système international d'unités, objet de la nonne NF X 02-006.

15.1.2.TOLERANCES (CODETI C1.7.2) À l'exception des tolérances sur les épaisseurs traitées en C1.6, il n'est pas nécessaire de prendre en compte les tolérances sur les autres dimensions pour l'application des règles de calcul sous réserve que ces tolérances restent dans les limites fixées par la présente Division.