Les raccords de tuyauterie sont de petits composants, mais ils déterminent souvent l’étanchéité et la sécurité d’un système de tuyauterie, évitant ainsi les fuites et les défaillances. Parmi les nombreux types de raccords, les raccords forgés et les raccords en fonte sont deux des plus utilisés dans la tuyauterie industrielle.
Il est essentiel pour les ingénieurs et les acheteurs de comprendre en quoi ils diffèrent en termes de structure, de performance et d’installation, afin de garantir une résistance à long terme et une étanchéité parfaite.
Raccords corroyés vs raccords forgés
Que sont les raccords corroyés ?
En tuyauterie, les raccords forgés sont généralement fabriqués à partir de tuyaux, de tubes ou de plaques ayant déjà subi une transformation (laminage, extrusion ou étirage). Le terme « forgé » signifie simplement que le métal a été travaillé plastiquement plutôt que coulé directement à partir de métal en fusion.
Les ferrures typiques comprennent :
- Coudes à souder bout à bout (rayon court et rayon long)
- Tés et tés réducteurs
- Réducteurs concentriques et excentriques
- Embouts et embouts
Ces produits sont généralement régis par des normes telles que l’ASME B16.9 et des spécifications de matériaux comme l’ASTM A234 (acier au carbone/allié) et l’ASTM A403 (acier inoxydable). Nombre d’entre eux sont fabriqués à partir de tubes ou de plaques sans soudure formés à chaud puis traités thermiquement.
Que sont les raccords forgés ?
Les raccords forgés sont produits à partir de billettes ou de barres solides qui sont chauffées et déformées pour leur donner forme par forgeageLes pièces sont ensuite forgées à l’aide de presses ou de marteaux. Après le forgeage, elles sont usinées aux dimensions finales.
Les raccords forgés courants comprennent :
- Coudes, tés et raccords à souder par emboîtement
- Coudes filetés, tés, raccords et bouchons
- Raccords, bouchons et prises (par exemple, weldolets, sockolets)
Ces matériaux sont généralement couverts par la norme ASME B16.11, avec des matériaux tels que l’ASTM A105, l’A182 et d’autres nuances forgées.
Où se situent-elles dans le paysage des normes ?
- Raccords soudés bout à bout forgés → ASME B16.9 + ASTM A234 / A403 / A420, etc.
- Raccords forgés (à emboîter/filetés) → ASME B16.11 + ASTM A105 / A182, etc.
Les deux familles peuvent être utilisées dans des services essentiels, mais elles sont optimisées pour des dimensions, des pressions nominales et des types de raccordement différents.
Comment sont fabriqués les raccords forgés et travaillés
Le procédé de fabrication influence directement la microstructure du métal et les voies de fuite potentielles.
Circuit de fabrication de ferronnerie
Étapes typiques pour les raccords soudés bout à bout en acier forgé :
- À partir de tuyaux, de tubes ou de plaques (sans soudure ou soudées).
- Formage à chaud par pliage par induction, pressage ou extrusion.
- Une soudure longitudinale est créée par roulage et soudage de la plaque sur certains grands diamètres.
- Traitement thermique pour restaurer la robustesse et soulager les contraintes.
- Usinage final et finition dimensionnelle.
Les raccords forgés étant fabriqués à partir de matériaux pré-travaillés, le métal de base présente souvent une structure granulaire fine et une bonne ténacité. Cependant, la présence de cordons de soudure introduit des zones affectées thermiquement (ZAT) et des zones susceptibles de générer des défauts.
Circuit de fabrication des raccords forgés
Étapes typiques pour les raccords forgés :
- Coupez les billettes ou les barres à la longueur voulue.
- Chauffer à une température de forgeage.
- Utilisez le forgeage à matrice ouverte ou à matrice fermée pour former une ébauche.
- Éliminer les bavures et forger davantage si nécessaire pour épouser les contours.
- Traitement thermique pour obtenir les propriétés mécaniques requises.
- Usiner les alésages internes, les filetages et les extrémités à souder.
Le forgeage comprime le métal et aligne les grains pour suivre la géométrie de la pièce, créant ainsi une structure dense, compacte et généralement exempte de défauts.
Tableau comparatif des processus
Tableau 1 – Procédé de fabrication : Raccords forgés vs raccords forgés
| Aspect | Accessoires forgés | Raccords forgés | Effet sur la performance |
| Matières premières | Tuyau, tube ou plaque (roulé/forgé) | billette ou barre pleine | Les deux procédés débutent à partir de matières premières travaillées ; le forgeage ajoute un travail supplémentaire. |
| Méthode de formage | Formage à chaud, pliage, pressage, parfois soudage | Forgeage à chaud sous haute pression | Le forgeage induit un flux de grains directionnel plus marqué. |
| Soudures possibles | Soudures longitudinales ou accumulations de soudure sur certaines dimensions | Absence de couture longitudinale dans le corps (section pleine) | Les soudures peuvent constituer des zones potentielles de fuite ou de fissure. |
| Connexion typique | Soudure bout à bout sur tuyau | Joint à emboîtement ou à filetage | Différents chemins de fuite et méthodes d’installation |
| Normes principales | ASME B16.9, ASTM A234/A403, etc. | ASME B16.11, ASTM A105/A182, etc. | Chacune régie par ses propres dimensions et tests |
Métallurgie et résistance mécanique
Structure granulaire des ferrures forgées
Les raccords forgés héritent de leur structure granulaire du tuyau ou de la plaque dont ils proviennent :
- Le laminage et l’extrusion produisent des grains allongés le long de l’axe du tuyau.
- Le formage des coudes et des réducteurs peut modifier l’orientation du grain, mais conserve souvent une structure travaillée et raffinée.
- Si la pièce à raccorder comporte un cordon de soudure, il y aura une zone de métal d’apport et une ZAT, chacune présentant une microstructure différente.
Cette structure offre généralement une bonne résistance et une bonne robustesse, mais toute couture ou soudure devient une zone qui doit être soigneusement contrôlée.
Structure granulaire des raccords forgés
Les raccords forgés subissent une déformation plastique intense lors du forgeage :
- Les grains sont affinés et comprimés, réduisant ainsi les vides et les discontinuités.
- Le flux de grains peut être orienté pour épouser les courbes et les variations d’épaisseur de la section.
- Il en résulte un métal dense et homogène présentant une résistance supérieure à l’amorçage et à la propagation des fissures.
Comparaison des forces (qualitative)
Les raccords forgés et les raccords travaillés peuvent tous deux satisfaire, voire dépasser, les propriétés mécaniques minimales requises par leurs normes. Cependant, les raccords forgés offrent généralement les avantages suivants :
- Limite d’élasticité et résistance à la traction légèrement supérieures pour une même nuance de matériau.
- Des propriétés plus homogènes sur l’ensemble du corps du vêtement.
- Meilleure réponse aux chocs et aux vibrations.
Résistance à la fatigue et aux vibrations
Sous l’effet de pressions cycliques ou de vibrations mécaniques, des défauts tels que des défauts de soudure, des inclusions ou de la porosité deviennent critiques. Ici :
- Les raccords forgés avec une bonne qualité de soudure peuvent offrir d’excellentes performances.
- Les raccords forgés, avec leurs sections pleines et leur orientation des grains, présentent souvent un avantage en matière de résistance à la fatigue, notamment dans les raccords de petit diamètre et haute pression.
Étanchéité : Joints soudés vs Corps solides
L’étanchéité ne se résume pas à la résistance du métal, elle concerne aussi les endroits où les fuites peuvent se former.
Fuites dans les raccords en fer forgé
Pour les raccords soudés bout à bout en acier forgé, les principales voies de fuite potentielles sont :
- La soudure bout à bout entre le raccord et le tuyau (défauts de racine, manque de fusion, porosité).
- Toute soudure longitudinale dans le raccord lui-même.
- Amincissement localisé ou défaut d’alignement au niveau du joint de soudure.
L’intégrité des fuites dépend donc fortement de :
- Qualification des procédures de soudage (WPS/PQR).
- compétences et formation en soudage
- Essais non destructifs (RT, UT, PT, MT) et critères d’acceptation.
Lorsqu’elles sont correctement réalisées, les soudures bout à bout peuvent être extrêmement étanches, avec un alésage interne lisse qui minimise les turbulences et l’érosion.
Voies de fuite dans les raccords forgés
Pour les raccords forgés à souder ou filetés, les voies de fuite potentielles comprennent :
- Les soudures par emboîtement, où un manque de pénétration, un écart incorrect ou une mauvaise fusion de la racine peuvent créer des crevasses ou des fissures.
- Les raccords filetés dépendent de la qualité du filetage et du produit d’étanchéité (ruban, pâte à joint). Une installation incorrecte peut engendrer des micro-fuites.
- Corrosion par piqûres dans les espaces étroits, notamment dans les milieux agressifs.
Les corps forgés eux-mêmes présentent rarement des fuites à travers le métal ; le risque se situe principalement au niveau de l’interface de connexion.
Performances en matière de soudure bout à bout, de soudure par emboîtement et de filetage
Assemblages soudés bout à bout (raccords forgés) :
- Excellent pour les hautes températures et les hautes pressions.
- Alésage lisse ; idéal pour les débits élevés et la protection contre l’érosion.
- Dépendant fortement de la qualité de la soudure, mais facile à inspecter par radiographie/ultrasons.
Assemblages par emboîtement soudé (raccords forgés) :
- Particulièrement adapté aux applications haute pression dans les réseaux de tuyauterie de petit diamètre. Les soudures courtes dans les espaces restreints sont plus difficiles à inspecter.
- Risque d’absence d’espace ou de mauvais alignement si les procédures ne sont pas respectées.
Raccords filetés (raccords forgés) :
- Simple et rapide pour les petites tailles.
- Risque de fuite plus élevé ; non recommandé en cas de fortes vibrations, de températures élevées ou de fluides mortels.
Pression, température et conditions de service
valeurs nominales de pression
- Les raccords soudés bout à bout forgés peuvent être utilisés dans une large gamme de classes de pression (par exemple, les systèmes conçus selon les normes de pression-température ASME pour les brides et la tuyauterie).
- Les raccords forgés sont souvent disponibles dans des classes de pression spécifiques telles que les classes 3000, 6000 et 9000 pour les connexions à emboîtement et filetées.
Dans les applications à petit diamètre et haute pression, les raccords forgés sont souvent le choix par défaut, tandis que les plus grandes tailles utilisent des raccords soudés bout à bout en métal forgé.
Température et fluage
Pour les applications à haute température et sensibles au fluage (par exemple, vapeur surchauffée) :
- Les raccords forgés soudés bout à bout permettent une soudure continue et un alésage lisse, ce qui est privilégié dans de nombreux codes et pratiques industrielles.
- Les assemblages par soudure à emboîtement et les joints filetés sont généralement limités ou interdits pour les hautes températures, notamment dans les applications critiques.
Médias et niveau de danger
Le type de fluide circulant dans la conduite influence également le choix :
- Fluides inflammables, toxiques ou dangereux pour l’environnement → forte préférence pour les systèmes entièrement soudés (raccords forgés soudés bout à bout) ou les raccords forgés massifs avec des soudures de haute intégrité.
- Les fluides non dangereux comme l’air, l’azote, l’eau de refroidissement → les tuyaux forgés et travaillés peuvent être acceptables, en fonction de la pression et de la taille des tuyaux.
Normes, codes et exigences d’inspection
Codes de tuyauterie clés
Des codes de conception importants comme ASME B31.1 (Tuyauterie de puissance) et ASME B31.3 (Tuyauterie de procédé) fournissent des règles et des recommandations pour :
- Quand faut-il utiliser des raccords à souder bout à bout ?
- Lorsque les raccords à souder ou filetés sont autorisés ou interdits.
- Exigences minimales d’examen des soudures et des joints.
exigences en matière de CND
Raccords soudés bout à bout en fer forgé :
- Les soudures bout à bout sont souvent soumises à des tests radiographiques (RT) ou ultrasoniques (UT), en particulier dans les lignes à haut risque.
- Les éventuelles coutures de l’ajustement peuvent également être examinées.
Raccords forgés :
- Le boîtier peut faire l’objet d’un contrôle ponctuel par ultrasons afin de détecter d’éventuels défauts internes.
- Les soudures par emboîtement sont le plus souvent contrôlées par des méthodes de surface (PT/MT) et par inspection visuelle.
essais hydrostatiques
Les raccords forgés et travaillés, lorsqu’ils proviennent de fabricants réputés, sont généralement testés hydrostatiquement ou produits conformément à des normes qui garantissent leur performance sous pression lorsqu’ils sont correctement installés.
Considérations relatives à l’installation, à la fabrication et à la maintenance
compétences en soudage et accessibilité
- Les soudures bout à bout sur les raccords forgés nécessitent un ajustement correct, un jeu à la racine et une soudure à pénétration complète.
- Les soudures par emboîtement sur les raccords forgés nécessitent un écartement correct de l’emboîtement et un contrôle précis afin d’éviter le sur-soudage et la création de concentrations de contraintes.
Dans les supports ou châssis de tuyauterie très exigus, les petits raccords forgés peuvent être plus faciles à installer que les joints soudés bout à bout.
Espace et aménagement
- Les coudes soudés bout à bout en fer forgé, en particulier ceux à grand rayon, sont idéaux pour un écoulement fluide et des changements de direction progressifs, mais ils prennent plus de place.
- Les raccords forgés sont très compacts, ce qui les rend intéressants dans les espaces restreints, les collecteurs étroits ou les raccordements d’instruments.
Inspection et réparation
- Les soudures bout à bout sont plus faciles à examiner par radiographie/ultrasons et fournissent un compte rendu d’inspection clair.
- Les soudures par emboîtement et les raccords filetés sont plus difficiles à inspecter de l’intérieur ; les tests d’étanchéité et l’examen visuel deviennent plus importants.
- Le remplacement d’un raccord forgé dans des systèmes à petit diamètre encombrés peut être fastidieux ; le remplacement d’un grand coude forgé peut nécessiter la découpe et le resoudage de plusieurs joints.
Coût vs Performance : Analyse du cycle de vie
coût initial
- Le coût des matériaux par kilogramme peut être similaire, mais les raccords forgés peuvent être plus chers à l’unité en raison du forgeage et de l’usinage.
- Les raccords soudés bout à bout en acier forgé peuvent être relativement moins chers pour les grands diamètres, mais les coûts de main-d’œuvre liés au soudage et aux essais non destructifs sont importants.
Fabrication et main-d’œuvre
- Soudures bout à bout :Plus de temps de soudage, plus de consommables de soudage, plus de CND, une main-d’œuvre plus qualifiée.
- Raccords à emboîtement et à filetage :Moins de soudure, une fabrication plus simple, mais toujours besoin de monteurs qualifiés pour assurer un assemblage correct.
Coût des fuites et des pannes
Le coût réel ne se limite pas aux matériaux et à la main-d’œuvre, mais comprend également :
- Arrêts non planifiés
- Perte ou contamination du produit
- Incidents de sécurité et dépollution environnementale
- Sanctions réglementaires et atteinte à la réputation
Dans les services à haut risque, il est généralement justifié de dépenser davantage pour des raccords de plus haute qualité, qu’ils soient soudés bout à bout ou forgés.
Tableau comparatif coûts/risques
Tableau 2 – Compromis typiques entre coût et performance
| Scénario | Type de raccord préféré | Impact initial sur les coûts | Risque de fuite et de défaillance |
| Vapeur à gros diamètre et à haute température | Soudure bout à bout forgée | Coût plus élevé des soudures/CND | Risque faible si les soudures sont bien exécutées. |
| Ligne de traitement à petit alésage et haute pression | Soudure à douille forgée | Prix unitaire plus élevé | Très faible si la soudure est correctement effectuée. |
| air utilitaire ou azote, petit diamètre | Fileté forgé/soudé par emboîtement | Coût de fabrication réduit | Modéré ; dépend de la qualité de l’installation |
| Eau de refroidissement à basse pression, grand diamètre | Soudure bout à bout forgée | Matériaux de qualité moyenne + soudure | Faibles ; les conséquences des fuites sont généralement gérables. |
Scénarios d’application : quel choix est le meilleur ?
Les ferrures en fer forgé sont généralement préférées.
Les raccords soudés bout à bout en acier forgé sont souvent le premier choix lorsque :
- La taille des tuyaux est moyenne à grande (par exemple, DN 50 et plus).
- Le service est à haute température ou à haute énergie (par exemple, les conduites de vapeur principales).
- Un système à alésage lisse et entièrement soudé est nécessaire pour garantir l’efficacité du flux et la propreté.
- Les codes ou les clients spécifient l’absence de joints soudés ou filetés dans certaines catégories de service.
Dans quels cas les raccords forgés sont généralement préférés
On choisit généralement les raccords forgés lorsque :
- Le diamètre des tuyaux est de petit diamètre (par exemple, DN 50 et moins).
- La pression de service est élevée, ce qui exige des connecteurs compacts et robustes.
- Le système comprend des instruments, des drains, des évents, des lignes d’échantillonnage, des collecteurs et d’autres accessoires de petit diamètre.
- L’espace est limité, par exemple sur les patins ou à proximité des buses des équipements.
Exemples de style de cas
Exemple 1 : Branchement d’hydrocarbures haute pression de 2 pouces
Un té et des coudes à souder par emboîtement forgés offrent une résistance robuste et une étanchéité parfaite dans un espace réduit et confiné où l’accès par soudure bout à bout est difficile.
Exemple 2 : Ligne de traitement de raffinerie de 16 pouces
Les coudes, tés et réducteurs soudés bout à bout forgés offrent d’excellentes caractéristiques d’écoulement et une intégrité structurelle optimale, les soudures étant entièrement inspectées par RT/UT.