Brevet FR2147869A1 — publié le 19730311

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de bouteilles à gaz sans soudure, à paroi épaisse, en alliages d'aluminium, ces bouteilles étant d'une qualité sensiblement meilleure et pouvant être soumises à des charges plus élevées que les bouteilles à gaz connues jusqutà pré sent. Dans les divers domaines de l'indue- trie, il existe une demande de plus jan plus importante pour des bouteilles transportables, dans lesquelles des gaz sous haute pression, c'est-à-dire des gaz comprimés ou liquéfiés, peuvent être stockés ou transportés de façon sbire, Jusqu'à une date remontant à quelques années, on fabriquait à cet effet exclusivement des bouteilles en acier qui présentent cependant divers inconvénients.Parmi ces inconvénients, il faut citer, par exemple, le poids élevé, ainsi que la corrosion qui apparat à l'intérieur comme à l'extérieur en cas de stockage pendant une longue période En raison des inconvénients ci-dessus, on a commencé à fabriquer des bouteilles à paroi épaisse, en alliages d'aluminium à haute résistance, et ces bouteilles ont déjà fait leur apparition dans certaines branches de l'industrie0 En Angleterre, a été publiée une réglementation détaillée (HOA1) concernant les réservoirs sans soudure en alliages d' aluminium, servant au transport de gaz comprimés0 Cette réglementation donne, en ce qui concerne le transport d'air, d'argon, d'oxyde de carbone, d'anhydride carbonique, d'hydrogène, de méthane, de néon, d'azote et d'oxygène sous pression, dans des bouteilles appropriées, sur les voies publiques, des constatations ayant trait en premier lieu à la qualité des matériaux, à l'épaisseur des parois et des fonds des réservoirs, ainsi qu'à 1pesai de résistance , à l'épreuve de pression, aux désignations et à l'entretien, mais elle ne comprend aucune indication concernant la fabrication de réservoirs satisfaisant à tout point de vue aux exigences données cidessus. Il faut tout abord mettre en évidence ce que l'on entend par la suite par "bouteilles à paroi épaissez. Dans le cas de telles bouteilles à paroi épaisse, le rapport entre l'épaisseur de paroi et le diamètre de la bouteille est compris entre 1:10 et 1:20, tandis que le diamètre extérieur du col de la bouteille s'élève au plus à environ la moitié du diamètre extérieur du corps de la bouteille. La lon- gueur de la bouteille est généralement comprise entre trois et six fois le diamètre extérieur, mais cette caractéristique est la moins importante pour la bouteille, Par conséquent, dans la description qui va suivre, on entend par 11bouteilles à paroi épaisse'1 toujours des bouteilles ayant les dimensions données ci-dessus. En ce qui concerne les bouteilles, il faut encore savoir quelles sont généralement fabriquées de manière à avoir un volume compris entre 0,5 et 15 litres, mais qu'il existe également des bouteilles de volume plus faible ou plus grand, La pression de service est située aux alentours de 150 à 200 bars, Les bouteilles ont un fond plat, rejoignant la paroi latérale par une arête marquée, ou un fond convexe, rejoignant la paroi latérale par un léger arrondi.Dans le col des bouteilles, on réalise un taraudage en vue de la fixation de la robinetterie, et le col est enserré extérieurement d'une bague ou frette, Diaprés les connaissances actuelles de la demanderesse, les bouteilles à paroi épaisse sont fabriquées en alliages A1Mg, à savoir par étirage à chaud, tandis que le col des bouteilles est réalisé par roulage à laide de galets ou à l'aide d'une bague tournante Ces modes de réalisation des cols étaient déjà connu sous diverses formes, en général pour la réalisation de la partie en forme de col de l'extrémité ouverte de corps creux0 Un tel procédé est décrit, par exemple, dans le brevet RFA n0 9550680 ou np 1016803790 La société française Gersat, qui 8 t OC- cupe de la fabrication de bouteilles à paroi épaisse, utilise également cette technologie pour les bouteilles quelle met sur le marché, On peut également se rendre compte que les bouteilles fabriques par Gersat sont étirées à chaud par le fait que les traces de ce procédé sont perceptibles sur la face intérieure de la paroi des bouteillesO Cela apparats en outre, à la suite de l'irrégularité de l'épaisseur de paroi, et finalement dans le fait que la surface extérieure des bouteilles est ultérieurement parachevée au tour, car 1étant de la surface extérieure n'est pas satisfaisant du point de vue esthétique. Des examens techniques ont démontré que, par exemple, des bouteilles à haute pression en alliage ÂlflS, d'un volume de 5 litres, fabriquées et vendues par la Société Gersat, éclatent lors de l'épreuve de pression d'eau 2 sous une pression de 550 kg/cm2 en moyenne, Sur le col de ces bouteilles, ainsi que sur la surface intérieure de la paroi latérale, il existe des plis et des stries perceptibles mOme à l'oeil nu après le découpage de la bouteille, ces plis et stries concentrant les forces d'éclatement lors de l'accroissement de la pression,pour amorcer finalement 11 éclatement0 En supprimant ce phénomène, on peut a'attendre à une augmentation de la capacité de charge de la bouteille0 Cela signifie que, pour une bouteille ayant les me- mes dimensions, l'éclatement n'a lieu que sous des surpressions plus élevées, ce qui permet une pression de service plus élévée et, par conséquent un stockage plus économique et un transport plus avantageux0 La présente invention vise à perfectionner les modes de réalisation connus, et à satisfaire entièrement aux exigences données ci-dessuso Par conséquent, l1inven- tion a pour objet un procédé répondant pleinement aux conditions ci-dessus, d'une manière plus simple que les modes de réalisation connus La mise au point du procédé conforme à l'invention a été favorisée par plusieurs constatations L'une de ces constatations concerne le choix correct du matériau de départ, ainsi que la détermination de la forme du produit de départ. Comme matériau, on propose un alliage ÂlNgSi, à savoir en premier lieu en raison des caractéristiques avantageuses de traitement thermiques de cet alliage, Comme produit de départ, on utilise suivant une première variante, une cuvette cylindrique ou légèrement conique, ayant une paroi d'une conicité de 2 à 30, cette cuvette étant réalisée par forgeage ou filage à chaud, tandis que suivant une seconde variante, on fait appel à un tube filé ou étiré, à paroi épaisse ;; dans ce dernier cas, la bouteille présentera une forme particulière9 à savoir un col à chacune des deux extrémités0 Le choix du matériau de départ et de la forme particulière du produit de départ présente d'avance des effets avantageux quant à la résistance et l'état de surface au cours de la mise en oeuvre du procédé, Dans le cas d'une cuvette comme produit de départ, on réalise d'abord, en une opération d'étirage effectuée en plusieurs passes, avec traitement thermique d'adoucissement intermédiaire, la hauteur nécessaire correspondant à la longueur de la bouteille et, simultanément, le diamètre extérieur définitif, En cas d'utilisation d'un tube comme produit de départ, ces opérations sont superflues du fait qu'on choisit d'avance un tube ayant une lon gueur, une épaisseur de paroi et un diamètre correspondant aux cotes de la bouteille terminée, Après avoir ainsi réalisé le semi-produit correspondant au diamètre extérieur et à la longueur de la bouteille terminée, on procède au façonnage du col de la bouteille.A cet effet, on choisit, ce qui est surprenant pour des réservoirs à paroi épaisse, le procédé de rétreint ou de réduetion.par étirage à froid, effectué en plusieurs passes, avec des traitements thermiques entre les passes0 Il est ainsi possible d'effectuer la réduction du col avec un nombre relativement faible de passes, et généralement avec deux à quatre passes En cas d'utilisation d'un tube comme produit de départ, on effectue évidemment le rétreint ou réduction par étirage aux deux extrémités du tube, à savoir à l'aide d'un outil double, c'est-à-dire simultanément sur deux pièces0 Après avoir formé ainsi le col, on procède à un traitement thermique particulier, qui consiste en un recuit de détente et un durcissement avec attente intermédiaire et qui est destiné à assurer les valeurs nécessaires de résistance à la rupture, de limite élastique et d'allongement. Ensuite, on procède de façon connue au parachèvement et au nettoyage des bouteilles, on les soumet à une épreuve de pression et on les finit ensuite, selon les besoins, soit par un traitement superficiel, soit par applications d'un revêtement. Le procédé conforme à l'invention de fabrication de bouteilles sans soudure, à paroi épaisse, en alliage d'aluminium, pour le stockage et/ou le transport de gaz comprimés ou liquéfiés, est caractérisé par le fait qu'on choisit comme matériau de départ un alliage dlMgSi de type connu, qu'on forme le col de la bouteille par une opération de réduction par étirage à froid, en plusieurs passes avec des traite monts thermiques entre les différentes passes d'étirage, qu'on effectue, après la formation du col, un traitement thermique particulier consistant en un recuit de détente pendant environ 3 heures, à une température de 520 à 5500C, suivi d'une attente d'une demi-heure, et d'un durcissement pendant environ 15 heures, à loe0C, après quoi on parachève la bouteille de façon connue, on lui fait subir un traitementthermique ou on la peint. Les examens effectués par la demande- rosse ont démontré que les bouteilles ainsi fabriquées présentent, par rapport aux bouteilles fabriquées suivant les procédés usuels, les avantages suivants 1. Aussi bien la surface extérieure que la surface intérieure de la bouteille sont d'une qualité parfaite et n'exigent donc aucun traitement ultérieur. 20 La face intérieure du col de la bouteille ne présente pas de plis et stries provoquant un écla tement 30 L'éclatement des bouteilles a lieu sous une pression d'environ 100 bars plus élevée ce qui permet une économie considérable de matériau de départ et un stockage plus économique. 4o L'étirage à froid et le rétreint ou réduction par étirage à froid sont des opérations moins délicates et plus rapides que l'emboutissage à chaud ou le façonnage du col par roulage à froid ou à chaud, Pour la description plus détaillée de l'invention, on va se référer au dessin annexé qui représente schématiquement plusieurs exemples de réalisation non limitatifs de l'objet de l'invention ;; sur ce dessin les figures la à ld représentent, moitié en coupe, les différentes phases de fabrication d'un premier exemple de réalisation, depuis la cuvette servant de produit de départ jusqu au semi-produit entièrement étiré et, en passant par la pièce obtenue par réduction par étirage du col, jusqu'à la bouteille terminée les figures 2a à 2d représentent, moitié en coupe, un autre exemple de réalisation de la fabrication d'une bouteille, depuis le produit de départ jusqu'au semi-produit entièrement étiré et, en passant par le rétreint du col, jusqu'à la bouteille terminée les figures 3a à 3d reprèsentent les phases correspondantes d'un troisième exemple de réalisation les figures 4a à 4d représentent les différentes phases de fabrication d'un quatrième exemple de ré réalisation à partir d'un tube, à savoir depuis le tube de départ en passant par le rétreint aux deux extrémités et le produit in- termédiaire pourvu dfune frette et d'un taraudage jusqu'à la bouteille terminée, obturée à une extrémité par un bouchon fi lette. ExemPle 1 Pour fabriquer une bouteille à paroi épaisse, à fond convexe, on utilise, selon l'invention, comme produit de départ, une cuvette forgée en alliage AIMgSi ayant une paroi la légèrement conique (2 à 30), un diamètre de 186mm, un fond légèrement convexe et une hauteur de 235 mm (voir figure la), Après le recuit d'adoucissement et le décapage, on procède à la première passe d'étirage à froid, Ensuite, chaque fois après dégraissage, dressage latéral et décapage, on procède aux passes d'étirage à froid Il, III, et IV chaque fois avec recuit intermédiaire Au cours de cet étirage, le diamètre diminue à 130 mm et la hauteur augmente simultanément à environ 680 mm (voir figure lob)0 Le semi-produit étiré jusqu'à la forme de la paroi latérale définitive est ensuite soumis, après dégraissage et dressage latéral, au matriçage du fond, afin d'obtenir la forme de fond 6a à arête vive. Ensuite, on procède aux passes de rétreint I, Il, III et IV, chaque fois avec traitement thermique intermédiaire, rétreint au cours duquel, selon l'exemple en question, le diamètre de la partie de col diminue de la valeur initiale de 130 mm à 64 mm, avec formation du col 7o On effectue le traitement thermique depuis l'orifiee-Jusqu'à une distance de 100 mm de cet orifice, à savoir avantageusement par immersion dans un bain de sel, Ensuite, on procède au traitement thermique particulier qui commence par un adoucissement. Cela s'effectue par maintien à une température d'environ 530 à 5400C, pendant 3 heures ; après une attente d'environ 1/2 heure, on procède à un durcissement à savoir par maintien à une température d'environ 1600C pendant environ 15 heures0 Le traitement thermique particulier procure à la bouteille ses caractéristiques mécaniques avanta geuses. On forme alors d'abord, par tournage du fond et du bord, la forme de fond lOa de la bouteille (figure lc), et après tournage du col, on pose la frette 9. À cet effet, on chauffe auparavant la frette 9 pour la poser à chaud. Il ne reste ensuisuite qu'à tourner le col intérieurement de façon conique et à réaliser le taraudage 8 pour obtenir la bouteille représentée sur la figure ld.On soumet ensuite la bouteille à l'épreuve de pression conformément aux exigences, on l'anodise, on la peint ou on la revit . Le volume nominal de la bouteille s'élève à 5 1. Exemple 2 Dans cette variante, le procédé de fabrication diffère de celui de l'exemple 1 par le fait que le produit de départ n'est pas une cuvette forgée, ayant une forme légèrement conique, mais une cuvette filée à chaud, ayant une paroi lb extérieurement cylindrique et un fond 5b. Cette cuvette est produite à partir d'un disque coupe dans une barre filé. àune température d'environ 500 C, à savoir au moyen d'un outil composé d'un poinçon inférieur fixe, correspondant à la forme intérieure de la cuvette, d'un éjecteur mobile vers le haut et entourant ce poinçon de façon annulaire, d'un anneau de filage entourant ces deux parties, présentant un alésage quelque pou supérieur au diamètre du disque;; et comportant dans le haut un embout de guidage, et finalement d'un poinçon mobile vers le bas, correspondant à la forme extérieure du fond de la cuvette et présentant au milieu une ouverture d'écoulement. L'embout de matériau se trouvant au milieu do la partie de fond 5b de la cuvette facilite, outre l'é- coulement du matériau, également la sortie de la pièce de ltou- til cet embout est supprimé ultérieurement par enlèvement de copeaux. Exemple 3 Cet exemple diffère de l'exemple 1 dans ce sons que pour obtenir un fond plat 10c, on part ici d'une cuvette forgée avec un fond 5c de configuration particulière. À la fin des opérations d'étirage à froid, le fond présente la forme 6b, que l'on amène par l'opération de matriçage du fond, effectuée avant le rétreint de l'orifice , à la forme lOb, le rebord extérieur servant à l'enlèvement de l'outil de rétreint ou de butée. Ce rebord est supprimé ultérieurement par enlèvement de copeaux, ce qui permet d'obtenir le fond plat lOc. Exemple 4 Contrairement aux exemples précédents, le produit de départ est ici un tube 11 en AlMgSi à paroi épaisse, filé ou étiré pour présenterun diamètre et une épaisseur de paroi correspondant à ceux de la bouteille terminée 12. Pour cette raison, les opérations d'étirage à froid sont superflues et on commence immédiatement par les opérations de réduction et les traitements thermiques intermédiaires, à savoir successivement aux deux extrémités du tube. Après le façonnage des cols 7 aux extrémités du tube, et après le traitement thermique particulier de la pièce, on effectue, également aux deux extrémités du t-6ba, le tournage du col, la pose des frettes 9 et le taillage des taraudages 8.Une autre différence par rapport aux exemples précédents réside dans le fait qu'on visse finalement un bouchon à vis 13 dans le taraudage 8 à l'une des extrémités, pour obturer ainsi cette extrémité du tube. Les bouteilles à paroi épaisse, fabriquées suivant le procédé décrit dans les exemples précédents, présentent des avantages considérables par rapport aux bouteilles semblables connues jusqu a présent0 - La surface extérieure ainsi que la surface intérieure des bouteilles sont exemptes de plis et stries apparaissant lors du travail à chaud, ce qui est en particulier important en ce qui concerne la surface extérieure du col de la bouteille~ - Par suite de ce meilleur état de surface, il n'est pas nécessaire d'effectuer un usinage superficiel ultérieur, ce qui entrainerait une perte de matériau et des frais, et les résultats des mesures effectués par la demanderesse ont prouvé que les bouteilles fabriquées conformément à llin- vention sont à m#me de supporter, sans éclater, une pression plus élevée de 100 bars, c'est-à-dire d'environ 20 %, que les bouteilles connues de mtme masse, ce qui permet une économie de matériau et un stockage de gaz plus économique. Comme déjà mentionné, les domaines d'utilisation des bouteilles sont très vastes. La bouteille à fond plat permet, telle qu'elle un stockage en position vertica le, tandis que les bouteilles à fond concave peuvent être munies d'un culot rapport en matière plastique, permettant leur sto cokage vertical. Les domaines d'utilisation les plus inportants sont X - appareils respiratoires pour plon peurs autonomes - appareils respiratoirs pour pompiers - stockage du gaz comprimé pour extincteurs en vue de l'expulsion du produit d'extinction - stockage de médicaments - stockage de produits chimiques g - stockage de gaz dans les hXpitaux - stockage de gaz dans les pharma cies ; - stockage de gaz industriel en grande quantité. R#VEND I C ÀT IONS 1. Procédé de fabrication de bouteilles sans soudure, à paroi épaisse, en alliages d'aluminium, pour le stockage et/ou le transport de gaz comprimés ou liquéfiés, caractérisé par le fait qu'on utilise comme matériau de départ un alliage AIMgSi connu en soi, qu'on façonne le col de la bouteille par un procédé de réduction par étirage à froid, en plusieurs passes, avec des traitements thermiques entre les différentes passes d'étirage, qu'on procède, après le façonnage du col, à un traitement thermique particulier consistant en un recuit de détente pendant environ 3 heures, à une température de 520 à 55O0C, suivi d'une attente d'environ 1/2 heure, puis d'un traitement thermique de durcissement pendant environ 15 heures, à une température d'environ 16000 et qu'on parachève ensuite la bouteille de façon connue, qu'on la soumet à un traitement superficiel ou qu'on la peint. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise comme produit de départ une cuvette forgée à chaud, légèrement conique, avantageusement avec une conicité de 2 à 30 , et qu'on transforme cette cuvette en un semi-produit correspondant à la paroi latérale définitive de la bouteille, par un étirage à froid en plusieurs passes, le cas échéant avec des opérations de recuit entre les différentes passes. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise comme produit de départ une cuvette filée, dont la paroi est extérieurement cylindrique, à partir de laquelle on réalise un semi-produit dont les dimensions correspondent aux dimensions de la paroi latérale de la bouteille terminée, par un procédé d'étirage à froid en plusieurs passes, éventuellement avec des opérations de recuit entre les différentes passes. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise comme produit de départ, un tube ayant des dimensions correspondant aux dimensions de la paroi latérale de la bouteille-terminée, qu'on effectue les opérations de rétreint et de traitement thermique, aux deux extrémités du tube, et qu'on obture ensuite une extrémité du tube par un bouchon vissé dans le taraudage du col. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on procède au recuit de l'extrémité du tube en plongeant cette extrémité du tube dans un bain de sel.