Brevet FR2182683A1 — publié le 19731214

La présente invention concerne la fabrication de réservoirs d'air comprimé par soudage de deux fonds bombés à une virole cylindrique. Les réservoirs d'air de ce type sont utilisés dans les techniques qui font appel à la commande ou à l'assistance par pression pneumatique, notamment dans la technique du freinage des véhicules. La virole cylindrique du réservoir est habituellement produite par cintrage d'une plaque de tôle plane, rapprochement des bords de la tale cintrée et soudage de ses bords pour former un cordon situé le long d'une génératrice du cylindre. La fond bombé vient d'emboutissage avec une épaisseur plus grande que celle de la virole ; il prend cependant sur son bord une épaisseur sensiblement cigale à celle de la virole, car il y est aminci par un chanfrein extérieur et un délardage intérieur ; après avoir mis en place, entre la virole et le fond, des petites cales dont l'épaisseur correspond à celle de l'écart qui subsistera pendant l'opération de soudage, l'opérateur réalise plusieurs points de soudure prélisinai- res à intervalles réguliers entre virole et fond pour rendre l'ensemble rigide. Le soudage proprement dit a lieu par mise en rotation du réservoir et apport d deun cordon circulaire dans lequel disparaissent par fusion les points de soudure.Ceuxci ne doivent être ni trop épais, pour ne pas constituer un obstacle et perturber la continuité du cordon, ni trop faibles, pour ne pas sauter ou se rompre à cause des contraintes qu'ils subissent au cours du soudage et provoquer là encore des incidents ou des irrégularités dans le cordon. Or, il est, en pratique, très difficile de déterminer la grosseur exacte du point de soudure qu'on va réaliser et des incidents surviennent quelles que soient les précautions. L'invention a pour but d'obvier à la co/mplication, aux inconvénients et aux incidents du soudage par points préliminaire n soudage circonférentiel du fond à la virole. Selon l'invention, dans le réservoir, qui présente comme éléments à assembler par soudage une virole cylindrique et un fond, l'un de ces éléments comprend, répartis à intervalles réguliers sur son bord à souder au bord de l'autre élément, au moins trois becquets débordant en saillie axiale d'une longueur qui correspond approximativement à la largeur minimale du cordon de soudure à produire entre les deux éléments. L'élément du réservoir pourvu des becquets axiaux peut être, soit la virole cylindrique, soit la tôle plane servant à réaliser cette virole, soit le fond bombé. Les becquets axiaux peuvent à la limite constituer une nervure axiale continue bordant l'élément de réservoir. Ils peuvent être réalisés par pincement ou écrasement local du bord de l'élément ou bien venir de moulage avec lui. L'invention vise de plus à simplifier la réalisation des réservoirs d'air comprimé et à supprimer tous les incidents de fabrication par un procédé de fabrication comprenant les étapes d'élaboration, sur la virole cylindrique ou le fond bombé, des becquets en saillie axiale décrits, de mise en place et de serrage de la virole sur un support capable de tourner, de mise en place du fond sur la virole, puis de centrage mécanique du fond par rapport à la virole, d'application axiale mécanique du fond sur la virole, puis d'exécution, par mise en rotation du support de virole et apport simultané de matière fondue, d'un cordon circonférentiel de soudure entre virole et fond avec incorporation des becquets axiaux qui en avaient déterminé la largeur. Le cordon de soudure qui assemble la virole cylindrique au fond bombé est réalisé ainsi régulièrement et sans incident, grGce à l'existence conjointe des becquets d1 écartement et de 1' effort axial qui subsiste au cours du soudage ; aucune rupture n'est à craindre de la part des becquets, qui jouent leur rôl jusqu'au moment où ils sont inclus dans le cordon. Grâce au choix convenable de leur forme et leurs dimensions et à leur possibilité intrinsèque de présenter toujours la meme fo# me, les becquets peuvent supporter 11 effort d'application axial et fondre sans difficulté pour s'inclure dans le cordon. On peut avantageusement, de façon connue en soi, soutenir et éventuellement refroidir de l'intérieur du réservoir le cordon au cours de son exécution ceci afin d'améliorer encore la qualité de la soudure traversante et d'empêcher la projection de particules en fusion à l'intérieur du réservoir. L'invention concerne enfin une machine à souder destinée à mettre en oeuvre le procédé envisagé, et visant à fabriquer, sans incidents opératoires qui seraient préjudiciables à l'opérateur ou à la fabrication, un réservoir dont les deux fonds sont assemblés à la virole par un cordon de soudure circulaire régulier. Cette machine comprend un båti sur lequel sont montés un mandrin rotcti tif de serrage de la virole cylindrique et un poste de soudage à torche immobile en rotation, mais axialement réglable et, de façon caractéristique, plusieurs vérins radiaux de centrage du fond sur la virole, montés sur un chariot à position axiale réglable, ainsi qu'un vérin axial d'application du fond sur la virole, la tige d'actionnement dudit vérin étant fixe en rotation et exerçant son effort sur le fond du réservoir par l'intermédiaire d'un roulement de butée en appui sur ce fond. La machine peut comporter un cadre de serrage de l'extrémité de la virole à souder, ce cadre étant fixé au chariot qui porte les vérins radiaux et étant pourvu de galets fixes qui servent au guidage en rotation de la tranche extérieure d'une couronne portant des moyens assurant le serrage de la virole sur la quasi-totalité du pourtour de celle-ci. On obtient ainsi une parfaite cylindricité de la virole près dé son bord à souder et donc une forme parfaitement circulaire pour le cordon de soudure. Las moyens de serrage de la virole sont par exemple constitués par deux secteurs rapprochables et écartables montés à pivotement sur la couronne et par des semelles interchangeables, montées sur les secteurs et sur la partie de la cou- ronne non couverte par les secteurs et destinées à venir au contact de la virole pour la rendre cylindrique. La tige d'actionnement du vérin axial peut coopérer en bout avec un organe de support du cordon de soudure ; l'organe de support, introduit manuellement avant soudage dans un orifice central du fond du réservoir, traverse cet orifice et présente, à l'intérieur du réservoir, un bec de soutien du cordon et, à l'extérieur du réservoir, le roulement de butée et une face d'appui sur laquelle s'applique la tige d'actionnement. Ltorgane de support, ainsi combiné aux autres organes de la machine, contribue à la régularité du cordon de soudure obtenue par ailleurs par les becquets fusibles et le cadre de serrage. Pour la sécurité de l'opérateur, la tige du vérin axial peut porter un manchon télescopique déployable jusqu'à un élément de centrage rapporté au fond du réservoir et par exemple constitué par un raccord préalablement soudé au fond ou par 1' organe de support du cordon de soudure. Il est dès lors exclus qu'une main de l'opérateur soit saisie accidentellement entre la tige et le fond bombé lors de l'avance de la tige ; en effet, l'opérateur effectue la jonction préalable de la tige avec l'élément de centrage gr ce au déploiement du manchon et à son embottement sur ou dans 1' élément de centrage, avant de mettre en oeuvre le vérin qui rétracte le manchon sur la tige quand celle-ci avance. L'organe de support du manchon de soudure peut présenter avantageusentent de façon connue en soi des canaux intérieurs qui, ménagés depuis son bec de soutien jusqutà un raccord d'alimentation et un raccord d'évacuation situés sur sa partie extérieure au réservoir, sont susceptibles d'être parcourus par un agent de refroidissement. Il peut d'autre part être solidaire d'un élément d'immobilisation en rotation qui lui assure une position d'arrêt de préférence réglable, pour emp8- cher son entratnement par le réservoir truand celui-ci tourne. La description non limitative qui va suivre, faite en regard des figures jointes, fera bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente le détail agrandi A de la figure J, à savoir un becquet axial prévu selon l'invention sur le bord d'un fond de réservoir d'air comprimé. La figure 2 en est la coupe Il-Il. La figure 3 montre schématiquement un mode de réalisation de la machins à souder les fonds de réservoir conforme à l'invention. La figure 4 montre la tige du vérin axial appliquée sur l'organe de support du cordon de soudure. La figure 5 est la coupe partielle V-V de la figure 3. Le bord du fond bombé 1 du réservoir indiqué sur les figures 1 et 2 comprend, sur sa face extérieure, un chanfrein 2 et, sur sa face intérieure, un délardage d'amincissement 3. Ce chanfrein et ce délardage permettent de rapprocher dans la zone de soudage l'épaisseur du fond de celle de la virole cylindrique 4, dont le bord a été représente sur la figure 2. La fond est en acier embouti et co# porte sur son pourtour un certain nombre de becquets axiaux 5 fusibles, parfaitement identiques, régulièrement répartis et obtenus par pincement du bord 1 entre deux mg choires.La longueur axiale des becquets correspond sensiblement à la largeur miai- male prévue pour le cordon de soudure d'apport 6 (puisque l'épaisseur du cordon augmente par rapport à la longueur des becquets, du fait de la fusion marginale qui s' opère sur les bords du fond et de la virole) et leur faible épaisseur radiale leur permet de fondre dans le cordon lorsque celui-ci les franchit. La La machine de la figure 3 comporte un btti 10 sur lequel sont montés un groupe moteur-réducteur 1 I capable d'entratner un mandrin 12 de serrage de la virole cylindrique 4, ainsi qu'un poste de soudage 13. Une torche 14 est montée sur un chariot 15 déplacé sur une glissière du båti à l'aide d'un vérin pneumatique 16 à double effet. La machine permet de souder l'un après l'autre les deux fonds bombés à la virole. Sur la plateforrs du btti sont en outre disposés des éléments réglables en position parallèlement à la direction de l'axe de la virole cylindrique, notamment un chariot 17 qui est solidaire d'un cadre de serrage 18 porteur de moyens de serrage 19 assurant la parfaite cylindricité de l'extrémité à souder de la virole et qui comporte trois vérins pneumatiques radiaux 20 de centrage du fond sur la virole, ainsi qu'un chariot 21 qui porte un vérin pneumatique axial 22 à double effet dont la constitution et le mode de fonctionnement seront décrits plus loin. Las moyens de serrage 19, dans cet exemple de réalisation, sont portés par une couronne circulaire tournante 23. Ils sont constitués par deux secteurs 24, 25 articulés à la couronne grtce à des pivots 26, et par un organe de serrage 27 associé aux secteurs (voir figure 5). La couronne 23 porte à sa partie inférieure une semelle rapportée 23a et les secteurs portent de même chacun une semelle 24S 25a. Ces semelles rapportées sont amovibles, par exemple par des liaisons vis-écrou, et en les remplaçant par d'autres semelles radialement plus ou moins épaisses, on peut souder des réservoirs de diamètres différente. La semelle 23a sert de berceau à la virole et les semelles 24 25a servent à serrer la virole posée sur son ber ceau.L'organe de serrage 27, par exemple du type vis-écrou, est à cet effet fixé aux extrémités adjacentes des secteurs 24, 25 pour permettre de les écarter ou de les rapprocher et de les immobiliser dans la position voulue. La couronne 23 est posée par sa tranche extérieure librement sur des galets 28 logés dans le cadre 18, de façon à être entraînée en rotation par la virole au cours de 1' opération de soudage pendant que les secteurs 24, 25 continuent de maintenir la virole serrée en lui conservant sa forme cylindrique. La positionnement correct du chariot 17 est obtenu par un vérin 29 à double effet lui-meme axialement réglable et le positionnement du chariot 21 est obtenu par des moyens de réglage non indiqués. On voit sur la figure 3 le cordon de soudure axial 30 par lequel les bords d'une tôle plane cintrée ont été assemblés pour former la virole. Une virole complémentaire 31 de grande rigidité permet de position ner correctement la virole 4 sur le mandrin 12 dans le cas où celle-ci est encore dépourvue de fond. Le cadre 18 est en outre monté pivotant autour d'un axe vertical du chariot 17. Après desserrage du mandrin 12, on peut ainsi, en commandant la rétraction de la tige du vérin 29 et en faisant tourner le cadre, dégager le réservoir transversalement à l'axe général de la machine. Sur la figure 4, on voit que la tige 40 du vérin axial 22 se termine, du coté du réservoir à souder, par un embout creux 41 sur lequel est disposé, éventuellement avec indexation en rotation par tenon et rainure, un manchon de sécurité 42 susceptible d'être poussé en bout par un épaulement 43 solidaire de la tige 40, et de s'appliquer à son autre extrémité, qui est chanfreinée, sur une portée conique 44 d'un organe de support 50 du cordon de soudure. L'organe de support 50, connu en lui-m#me, sert à la fois à soutenir le cordon de soudure en cours d'esécution et à le refroidir. Selon l'invention, il transmet en outre au fond 1 du réservoir l'effort de poussée exercé par le vérin axial 22. Il comporte pour cela un corps 51 qui présente deux raccords 52, 53 à une conduite d'alimentation et à une conduite d'évacuation d'un liquide de refroidissement. Un tube coudé 54 solidaire du corps 51 est parcouru par deux canaux, un canal d'alimentation 55 et un canal d'évacuation 56, qui sont reliés chacun à l'un des raccords 52, 53 et dans lesquels circule un liquide de refroidissement du cordon de soudure. Le tube 54 porte en bout un ressort 57 et un bec en cuivre 58, poussé radialement vers l'extérieur par le ressort contre une butée non représentée et solidaire du tube. Le bec 58 est destiné à soutenir le cordon de soudure et est susceptible de comprimer le ressort 57 lorsqu'il rencontre une résistance en cours de soudage. Le corps 51 de l'organe de support porte également une tige 59 destinée à venir en butée contre un taquet d'arrêt 60 dont la position est rendue réglable, de maniè- re à éviter audit organe de support d'être entraîné en rotation par le réservoir tout en positionnant le bec 58 dans la position angulaire désirée (voir figure 5) légèrement en arrière de la torche de soudage 14. La réglage du taquet 60 peut entre autres 8tre facilement réalisé à l'aide de vis 61 fixées au cadre 18 et traversant des trous oblongs 62 ménagés dans une pièce solidaire du taquet ou dans un flasque du cadre 18, ou bien à l'aide d'ensembles vis-écrou, de façon à permettre un déplacement, par exemple vertical ou horizontal, du taquet.Le fond 1 comporte un orifice central 61 qui permet d'introduire le tube coudé 54 et le bec 58. De plus, l'organe de support 50 porte un roulement de butée 63 sur le fond 1 pour faciliter la rotation de lten- semble fond-virole. D'autre part, le piston du vérin 22 comprend, en raison du poids des pièces 40, 41, 42, un appui supplémentaire mobile dans un cylindre arrière 64. Le procédé de soudage conforme à l'invention et le mode de fonctionnement de la machine qui sert à le mettre en oeuvre vont à présent être décrits. L'opérateur met en place la virole cylindrique 4 dans les mâchoires du mandrin 12, éventuellement après avoir placé la virole complémentaire 31 si à la virole n'est encore soudé aucun fond bombé, et il actionne le moyen de serrage 27 pour saisir entre les secteurs ?4, 25 l'extrémité à souder de la virole et l'amener à une forme parfaitement circulaire. L'opérateur règle éventuellement la position du chariot 17 et celle du chariot 15 si les dimensions du réservoir qu'il va souder sont différentes de celles des réservoirs qu'il avait soudés précédemment. Il prend un fond bombé 1 sur lequel sont prévus les becquets axiaux 5 conformes à l'invention, l'applique manuellement sur la virole et commande le serrage des trois vérins radiaux 20. Le fond étant désormais centré, il introduit manuellement, par l'orifice central 61, l'organe de support 50 et tire, jusqu'à appui sur la portée conique 44 du support, le manchon 42 en le faisant coulisser sur l'embout 41. Il détermine alors la mise en oeuvre du vérin 22 dont la tige 40 fait coulisser l'embout 41 au sein du manchon jusqu'à butée sur celui-ci de l'épaulement 43. On comprend que cette opération évite le coincement, par l'embout de tige du vérin, de la main retenant le support 50. Le fond est ainsi appliqué pneumatiquement sur la virole par l'effort du vérin 22 que lui transmet le roulement 63. L'opérateur, après avoir commandé le retrait des vérins radiaux 20 pour permettre à l'assemblage provisoire de la virole et du fond de tourner, provoque l'amorçage de la torche et le début de soudage, en même temps que la mise en rotation dudit assemblage provisoire. Le cordon de soudure, au moment du passage sur les becquets, absorbe ceux-ci par fusion sans nuire aux autres becquets qui, encore intacts, continuent à maintenir, en coopération avec la partie du cordon déjà refroidie, un écartement constant entre les bords opposés de la virole et du fond. Une fois le soudage terminé, ltopérateur commande le retrait de la tige 40 du vérin axial, ôte l'organe de support 50, desserre le mandrin 12, commande la rétraction de la tige du vérin 29, et fait pivoter le cadre 18 pour retirer le réservoir. L'expérience montre que les incidents opératoires sont inexistants et le cordon de soudure très régulier possède une résistance exceptionnelle. Pour souder des réservoirs de diamètres différents, il suffit à l'opérateur de changer le réglage du mandrin et de remplacer, comme on l'a déjà mentionné, les semelles 23a, 24a, 25a Puur souder des réservoirs de longueur diffé- rente, il lui suffit de régler la position axiale des chariots 15, 17 et 21. Un bottier de commande 65 permet de programmer les différentes phases de ltopération de soudure. Il est bien évident qu'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, apporter des modifications à ltélément de réservoir, au procédé et à la machine décrits. Las vérins de réglage ou de déplacement peuvent Qtre hydrauliques au lieu d'être pneumatiques. En outre, les becquets peuvent être obtenus par écrasement local du bord de la virole cylindrique 4 au lieu de provenir de l'écrasement de place en place du bord du fond bombé 1. Dans la machine envisagée, les moyens d'immobilisation en rotation de l'organe de support 50 peuvent être formés par deux éléments coopérants, l'un situé sur la tige 40, l'embout 41 ou le manchon 42 (ce dernier étant alors indexé sur l'embout par exemple par tenon et mortaise) et l'autre ménagé sur le corps 51, REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un réservoir comprenant au moins un fond bombé et une virole cylindrique, au moins trois becquets, répartis à intervalles réguliers et débordant en saillie axiale d'une longueur sensiblement égale à la largeur minimale du cordon de soudure #Rnpoduire entre les deux éléments, étant réalisés sur l'un au moins des deux éléments avant la mise en place du fond, procédé comprenant la mise en place et le serrage à la forme circulaire de la virole cylindrique sur un support capable de tourner, la mise en place du fond au contact de la virole, l'application axiale centrée du fond sur la virole par un effort exercé sur le fond et la mise en rotation du support de la virole, entraînant simultanément la virole et le fond et l'exécution, pendant la rotation du support de la virole, du cordon de soudure destiné à assembler les deux éléments avec apport de matière fondue, caractérisé en ce que la mise en place du fond au contact de la virole a lieu par l'intermédiaire des becquets, et en ce que le fond est centré en fonction du centrage préalablement obtenu pour la virole cylindrique par des efforts exercés en trois points au moins de sa périphérie pour aligner cette dernière avec la périphérie de la virole au droit du cordon à réaliser. 2. Machine à souder un réservoir comprenant au moins un fond bombé et une virole cylindrique, cette machine comprenant un båti sur lequel sont montés un mandrin rotatif de serrage de la virole cylindrique et un poste de soudage à torche immobile en rotation mais axialement réglable et comprenant un vérin axial d'application du fond sur la virole, la tige d'actionnement dudit vérin étant fixe en rotation et susceptible d'exercer un effort sur le fond par l'intermédiaire d'un roulement de butée en appui sur ce fond, caractérisée par plusieurs vérins radiaux de centrage du fond sur la virole par appui simultané de mors sur les parois adjacentes du fond et la virole, lesdits vérins étant rétractables avant la rotation de la virole et montés sur un chariot à position axiale réglable. 3. Machine à souder selon la revendication 2, comprenant un cadre de serrage de l'extrémité de la virole à assembler par soudure au fond, ce cadre étant pourvu de galets fixes, caractérisée par le fait que le cadre est fixé au chariot ~qui porte les vérins radiaux et par le fait que les galets fixes servent au guidage en rotation de la tranche extérieure d'une couronne portant des moyens de serrage de la virole sur la quasi-totalité du pourtour de celle-ci pour guider l'extrémité de la virole pendant ltentraSnement de celle-ci en rotation par le mandrin. 4. Machine à souder selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les moyens de serrage de la virole sont constitués de deux# secteurs de ser rage montés à pivotement sur la couronne et de semelles interchangeables montées sur chacun des secteurs et sur la partie de la couronne non couverte par les secteurs et destinées à venir au contact de la virole pour amener celle-ci à la forme cylindri que et la maintenir dans cette forme pendant le soudage du fond. 5. Machine à souder selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que la tige du vérin axial porte un manchon télescopique de sécurité susceptible d'entre déployé jusqu'à un élément de centrage rapporté au fond du réservoir et rétractable lors de l'avance du vérin axial. 6. Machine à souder selon l'une des revendications 2 à 5, caractéri sée par un organe de support du cordon de soudure, introduit manuellement avant soudage par un orifice central du fond du réservoir, présentant à l'intérieur du réservoir un bec de soutien du cordon en soi connu et à l'extérieur du réservoir le rou, lement de butée et une face d'appui susceptible de recevoir l'effort d'actionnement du vérin axial. 7. #achine à souder selon la revendication 6, caractérisée par le fait que l'organe de support du cordon de soudure constitue I'élément de centrage rapporté au fond du réservoir. 8. Machine à souder selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée par le fait que l'organe de support du cordon de soudure est solidaire d'un élément d'immobilisation en rotation qui coopère avec un élément réglable conjugué monté sur le chariot portant les vérins radiaux.