Brevet FR2008768A1 — publié le 19700123

la présente invention est relative aux joints métal sur métal, particulièrement utilisés pour assurer 1 *étanchéité aux liquides sur une large plage de pressions et de températures. 5 " Conformément à l'invention, le joint d'étancliéité est réalisé entre deux éléments qui sont faits en des métaux de limites élastiques différentes, l'élément dont la limite élastique est la plus élevée comportant une portion du joint, l'élément dont la limite élastique est la plus basse comportant lui-même 10 une première portion dont la forme lui permet de créer une surface de contact avec la portion de joint, et une seconde portion contigue s'écartant ou divergeant de la première portion, les-dits éléments étant disposés pour s'ajuster l'un dans l'autre dans de telles conditions que la première portion de l'élément 15 dont la limite d'élasticité est la plus "basse est plastiquement déformée jusqu'à ce que la portion de joint de l'autre élément vienne additionnellement en contact avec au moins une partie de la seconde portion divergente. Conformément à une autre :caractéristique de l'inven-20 tion, on réalise un joint d'étanchéité entre des éléments mâle et femelle, ces éléments étant faits en des métaux de limites élastiques différentes, l'élément dont la limite élastique est la plus élevée comprenant une .portion cylindrique, l'élément dont la limite élastique est la plus basse comprenant lui-même 25 une première portion de forme cylindrique et une seconde portion contigue de forme tronconique, la portion cylindrique de l'élément mâle étant susceptible de s'ajuster à lfintérieur de l'élément femelle, dans de telles conditions que l'élément aoiit la limite élastique est la plus basse soit plastiquement déformé 30 jusqu'à ce que la portion cylindrique de l'autre élément vienne en contact avec au moins une partie de la surface tronconique. Une forme de réalisation pratique de l'invention sera maintenant décrite à simple titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : 35 la figure 1 est une coupe longitudinale verticale passant par une canalisation qui comporte un joint réalisé conformément à l'invention. la figure 2 est une vue de détail, à plus grande échelle, d'une partie de la figure 1. 40 la figure 3 est une vue partielle de l'objet de la 69 15828 2 2008768 figure 2, à plus grande échelle. La figure 4- est un graphique illustrant la déformation d'un tube sous l'effet d'une charge dirigée radialement vers 1' intérieur, et 5 La figure 5 montre en coupe longitudinale un joint à brides pour canalisations, réalisé conformément à l'invention. Dans la figure 1, la canalisation représentée est parcourue par un liquide, par exemple de l'huile, fournie à une boîte de vitesses à engrenages dont le carter est désigné par 10 10. L'huile est pompée sous pression, et elle, est à température élevée. Cette canalisation comporte un organe d'accouplement 11 qui est fixé au carter 10, par trois boulons 12, dont un seul a été représenté, et qui est en outre assemblé à un élément 15 intérieur mâle 13 qui s'ajuste dans un élément récepteur femelle 14- appartenant au carter 10. L'huile passe dans la canalisation 15 qui est reliée à l'organe d'accouplement 11 par l'intermédiaire d'un raccord 16. Ce raccord 16 est d'un type qui permet une jonction 20 même si l'on dispose seulement d'un très faible espace libre environnant. Ce raccord 16 comporte un écrou 17 qui peut être vissé sur l'organe d'accouplement 11 avant que la canalisation 15 soit engagée dans celui-ci. Après que le tube 15 a été mis en place, le joint est réalisé entre une extrémité 18 de ce 25 tube 15 élargie en cône coopérant avec une surface conique 20 de l'organe d'accouplement 11. Ces éléments ayant été ainsi assemblés sans serrage, un fil métallique 21 est engagé par un perçage tangentiel non représenté, ménagé dans 1'écrou 17, jusqu'à ce qu'il se place, ainsi qu'on lra représenté, entièrement 30 autour de l'intérieur de 1'écrou 17, après quoi ce dernier sera finalement serré, pour assurer le joint. Un autre raccord similaire est prévu à l'autre extrémité du tube 15» L'assemblage entre l'organe d'accouplement 11 et les 35 éléments mâle et femelle désignés respectivement par 13 et 14-est représenté plus en détail dans la figure 2, et plus en détail encore dans la figure 3- Le carter 10 qui forme l'élément femelle 14- est fait en un métal dont la limite élastique est relativement faible, 4-0 comme par exemple un alliage d'aluminium, et le serrage entre 69 15828 3 2008768 les organes 11, 13 et 14 crée un joint étanche à l'huile sur un métal de limite élastique plus élevée, par exemple l'acier, joint auquel le raccord 16 standard pourra être fixé. L'élément mâle 13 vient en contact avec l'élément 5 femelle 14 suivant une portion cylindrique 22. L'élément femelle 14 forme une surface de contact avec l'élément mâle 13 qui est constituée par une première portion 23 de forme cylindrique, et par une seconde portion 24 de forme tronconique. Les diamètres des portions 22 et 23 sont ainsi choisis, par rapport aux 10 paramètres physiques des métaux, et en tenant compte de l'épaisseur des pièces coopérantes, que les éléments 13 et 14 devront s'ajuster serré. Cet ajustage serré est obtenu en refroidissant l'élément 13 au-déssous de la température ambiante, par exemple en le plongeant dans de l'oxygène liquide, et en chauffant 15 l'élément 14 au-dessus de la température ambiante, par exemple dans un four. Après que les éléments 13 et 14 sont ainsi assemblés, ils reviennent progressivement à la température ambiante et, de ce fait, leur serrage amène la surface cylindrique 23 de 20 1 ' élément 14 à être plastiquement déformée en même temps que la surface 22 commence à venir en contact avec la surface tronconique 24, de sorte que la surface de contact entre les éléments 13 et 14 est augmentée, et que la contrainte dans l'élément 14 diminue. Un équilibre est éventuellement réalisé, la 25 contrainte de l'élément 14 étant plus faible que celle qui a causé la déformation plastique, alors que la contrainte subsistant dans l'élément 13 est suffisante pour permettre au joint métal-métal entre ces deux éléments de rester étanche aux liquides, et satisfaisant à tous autres égards, sur toute la plage 30 des températuresde travail. L'organe d'accouplement 11 est boulonné sur l'élément 14, et il est assemblé à l'élément 13 par éxemple par brasure, suivant une surface 25- Un espace annulaire 26 est réservé contre les éléments 11, 13 et 14, Les métaux dont sont consti-35 tués ces éléments 11, 13 et 14 sont ainsi choisis que le coefficient de dilatation linéaire du métal qui constitue l'élément 13 est égal au coefficient combiné de dilsbatioh des éléments 11 et 14. Ainsi, la dilatation thermique de l'élément 13 est égale à la dilatation thermique combinée des éléments 40 11 et 14, de sorte que l'expansion et la contraction thermiques 69 15828 4 2008768 ne donneront naissance à aucune contrainte dans le joint, tendant à amener la surface 22 à se déplacer axialement par rapport aux surfaces 23» 24. De plus, la distance entre la surface 25 et les sur-5 faces 22, 23 et 24 est ainsi choisie que l'élément 13 n'aura pas tendance à se déformer au niveau de la surface 25* du fait de la force d'écrasement dirigée vers l'intérieur, et s'exerçant sur la surface 22. Le graphique de la figure 4 représente la déformation 10 d'un cylindre de rayon E et d'épaisseurs de paroi _t, subissant une charge dirigée vers l'intérieur .La déformation est la plus grande au point d'application de la charge, alors qu'aux peints écartés de ce point d'application par des distances 1.2V5t~* et 3*7VRt la déformation est égale à zéro, mais la surface du 15 cylindre est incurvée. JL la distance 1.8\/Ht du point d'application de la charge, la déformation est faible, et la surface du cylindre est; orientée parallèlement à lkxe de celui-ci. JLinsi, la distance entre la surface 25 et les surfaces 22, 23 et 24 sera choisie de façon à être égale à 1.8VHt, 20 en relation avec les dimensions de l'élément 13» Une autre application de l'invention est illustré* dans la figure 5» gui représente des brides de canalisation assemblées par une série de boulons répartis périphérifuemënt. Les sections 30, 31 de la canalisation portent des brides 32, 25 33* les boulons d'assemblage (non représentés) étant disposés suivant les axes 34. Les surfaces en regard ou coopérantes des deux brides ont été réalisées suivant l'invention, de façon à obtenir un joint s'opposant à la sortie du fluide parcourant la canali-30 sation. La bride 32 est faite en un métal possédant une limite d'élasticité plus élevée que celle du métal qui constitue la bride 33. Lorsque les brides sont serrées, une portion de surface annulaire 35 appartenant à la bride 33 vient en contact superficiel avec une portion de surface de joint 36 correspond 35 dante, appartenant à la bride 32. Lorsque les boulons sont serrés sous le couple requis, la portion 35 est plastiquement déformée jusqu'à ce qu'au moins une partie de la portion de surface divergente 37 de cette bride 33 vaeftrie en contact avec la portion 36 correspondante de la bride 32, afin d'augmenter la 40 surface de contact, ce qui réduit la pression de contact jusqu'à uns râleur i.BEiéd.i&.'tsiasn't inf*érieurs à oeil© rGq_uise pour provoquer la féforœation plastique. 69 15828 6 2008768 KEVEKDICATIOHS 1 - Joint d*étanchéité entre deux éléments qui sont faits en des métaux de limites élastiques différentes, l'élément dont la limite élastique est la plus élevée comportant une portion 5 du joint, l'élément dont la limite élastique est la plus basse comportant lui-même une première portion dont la forme lui permet de créer une surface de contact avec la portion de joint et une seconde portion contigue s'écartant ou divergeant de la première portion, lesdits éléments étant disposés pour s'ajus-10 ter l'un dans l'autre dans de telles conditions que la première portion de l'élément dont la limite élastique est la plus basse est plastiquement déformée jusqu'à ce que la portion de joint de l'autre élément vienne additionnellement en contact avec au moins une partie de la seconde portion divergente. 15 2 - Joint d1étancbéité entre des éléments mâle et femelle, ces éléments étant faits en des métaux de limites élastiques différentes, caractérisé par le fait que l'élément dont la limite élastique est la plus élevée comprend une portion cylindrique, l'élément dont la limite élastique est la plus basse comprenant 20 lui-même une première portion de forme cylindrique et une seconde portion contigue de forme tronconique, la portion cylindrique de l'élément mâle étant susceptible de s'ajuster à l'intérieur de l'élément femelle, dans de telles conditions que l'élément dont la limite élastique est la plus basse soit plas-25 tiquement déformé jusqu'à ce que la portion cylindrique de l'autre élément vienne en contact avec au moins une partie de la surface tronconique. 3 - Joint d'étancbéité suivant la Revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un troisième élément fixé à l'élément 30 dont la limite élastique est la plus basse, et qui est en contact avec l'élément dont la limite élastique est la plus élevée, à un emplacement séparé de la surface de contact entre les deux portions, ce troisième élément possédant un coefficient de dilatation thermique tel qu'en usage lsexpansion et la contrac-35 tion combinées du troisième élément et de l'élément dont la limite élastique est la plus basse, entre cet emplacement et ladite surface de contact, soient égales à l'expansion et à la contraction correspondantes de l'élément dont la limite élasti 69 1582 8 6 2008768 que est la plus élevée. 4- - Joint d'étanchéité suivant la Revendication 39 caractérisé par le fait que l'élément dont la limite élastique est la plus élevée est de forme générale cylindrique, et que la position 5 de contact avec ledit troisième élément est située hors de ladite surface de contact, de façon que la charge s'exerçant sur l'élément dont la limite élastique ést la plus élevée, du fait de 1'inter-action provoquée, n'entraîne pas la déformation de l'élément dont la limite élastique est la plus élevée, à ladite 10 position de contact.