Brevet FR2196891A1 — publié le 19740322

La présente invention concerne un procédé de soudage conçu pour réaliser un assemblage à demeure entre un tube en matière synthétique et un manchon également en matière synthétique, tous deux à base d'un polymère d'oléfines, et dont on plastifie thermiquement les surfaces de contact après quoi on les engage l'un dans l'autre dès que la plastification de ces surfaces est terminée simultanément. On connaît un procédé de ce genre suivant lequel on utilise un appareil servant sélectivement à opérer le soudage bout à bout ou le soudage manchonné de tubes de polyéthylène. Cet appareil est composé d'un plateau chauffé à faces planes et parallèles qui est conçu pour supporter les douilles et mandrins annulaires qui peuvent être fixés des deux cotés de ce plateau de façon amovible et qui sont chauffés par lui, ces douilles et mandrins servant à chauffer le tube extérieurement et le manchon intérieurement.Pour mettre en oeuvre le procédé de soudage, cet appareil est porté à une température d'environ 250oC, puis 11 ex- trémité du tube est introduite dans l'espace intérieur légèrement conique de la douille jusqu'à ce que cette extrémité rencontre le fond de cette dernière, tandis qu'en même temps on engage le manchon sur un mandrin jusqu'à venir toucher le plateau.lie tube et le manchon sont ainsi rendus plastiques sur leurs surfaces destinées à entrer en contact l'une avec l'autre. Après que le tube et le manchon ont été retirés de l'appareil de soudage, on les engage l'un dans l'autre, de sorte qu'il doit se produire un soudage de toutes parts dans la zone du manchon.Cependant, il s1 est révélé entre temps que ce procédé conduisait à un pourcentage élevé de rebuts. La cause en est drune part les différences de transmission calorifique entre le plateau de chauffage et les douilles et mandrins de dimensions différentes, d'autre part la température moins élevée de la surface extérieure do chauffage pour le manchon par suite de la forte convection de l'air ambiant qui la balaye, ainsi que la température plus élevée de la surface intéroure de chauffage pour la paroi extérieure du tube.Une autre cause est constituée par les tolérances de fabrication, relativement grandes, des épaisseurs de paroi des tubes, notamment dans le cas de petits tubes, dues au procédé de fabrication par extrusion, qui font que le tube et le manchon sont plastifiés à des rofodeurs différentes sur lcurs surfaces destirseas à btrs mises en contact mutuel. Ainsi, ou bien le tube en Ratière syn- thétitle est trop fortement plastifié, ou bien le manchon J'est trop peu, ou bien encore ces deux défauts se prodwdsent sI::;#i1ta dément. lia conséquence en est d'une part un affaissement dv tube trop fortement chauffé, d'autre part un refoulement de la matière plastifiée moins résistante du tube par la matière également plastifiée mais plus résistante du manchon, de sorte que les assenblages soudés ainsi réalisés ne résistent pas aux épreuves de compression, de flexion et de déchirage effectuées après le temps de modification. L'invention a donc pour but de créer un procédé de soudage du genre décrit on préambule qui, en évitant les inconvénients mentionnés ci-dessus, garantisse par des moyens simples des assemblages de qualité égale et conservant une bonne tenue permanente. Pour atteindre ce but llinvention prévoit essentiellement qu'à température de plastification égale les temps de plastification du tube en matière synthétique et du manchon en matière synthétique sont choisis dans un rapport sensiblement directe ment proportionnel à l'épaisseur de paroi du tube et du manchon. lies assemblages soudés réalisés par ce procédé ont présenté des soudures parfaitement régulières qui, toutes, ont subi avec succès les épreuves de sollicitation mécanique. Ceci est surprenant dans la mesure où les professionnels estimaient jusqu'd présent que la différence d'épaisseur entre les parties à assembler après plastification ne devait généralement pas avoir d'influence sur la profondeur de la plastification.Grâce au fait que la température de plastification est égale lorsque le processus de plastification des deux parties s'achève au meme instant, on est en outre assuré qu'au début de l'introduction du tube dans le manchon les surfaces de contact de ces deux parties ont la même température et que de ce fait la matière plastifiée présente la mame résistance à l'écoulement et la même dureté, de sorte qu'il ne peut plus arriver que la matière plus résistante d'une des deux parties repousse devant elle la matière moins résistante de l'autre partie et que de ce fait les soudures réalisées soient défectueuses. Dans ce but, dès l'achèvement de la plastification on introduit l'un dans l'autre le tube en matière synthétique et le manchon en matière synthétique à une vitesse de translation relative constante comprise entre environ 0,3cm/sec. et 0,75 cn/sec. Pour éviter toute formation d'un bourrelet du côté extérieur du nanchon et assurer ainsi que l'ensemble de la matière plastifiée participe directement à l'assemblage par soudage proprement dit, il y a intérêt à faire tourner le tube par rapport au manchon lors de l'introduction de ces deux parties l'une dans 11 autre. Grâce à cette rotation relative, les matières plastifiées se trouvent étirées, tout comme un lubrifiant, entre les surfaces en contact, la matière plastifiée cherchant toujours à suivre le chemin de moindre résistance et compensant ainsi d'éventuels écarts de tolérances, notamment à la périphérie extérieure du tube, entre ce dernier et le manchon.Durant cette rotation relative, il est avantageux que la vitesse périphérique relative du tube en matière synthétique par rapport au manchon soit sensiblement égale à la vitesse de translation de ces deux parties, ce qui a pour effet d'éviter la rupture de la pellicule de matière plastifiée des deux parties assemblées. Des essais ont montré, entre temps, que la température de plastification d'un tube ou d'un manchon, dans la mesure où ces deux pièces sont en polybutène, doit être comprise, dans toute la mesure du possible, entre 250 et 550 C; de préférence, elle doit être égale à 330 C environ. Dans le choix de la température de plastification correcte il faut tenir compte, entre autres choses, des différences d'enthalpie entre les parties à plastifier et l'air ambiant, car plus la différence d'enthalpie augmente, plus grande est la transmission calorifique à l'environnement. Avec une température de plastification d'au moins 2800C on a trouvé qu'il était avantageux de fixer à environ 4 secondes le temps de plastification d'un tube en polybutèno de 20mm de diamètre extérieur et do 2#a d'épaisseur de paroi, tandis que le temps de plastification d'un manchon on polybutène destiné à être engagé sur co tube et ayant un diamètre extérieur de 30mm et une épaisscur de paroi de zz doit être fixé à environ 10 secondes. La température et le temps de plastification doivent toujours être accordés entre eux de façon qu'à une augmentation de la température de plastification corresponde une diminution du temps de plastification. L'appareil à utiliser pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention tel que décrit ci-dessus est avantageusement constitué par une pièce métallique bonne conductrice de la chaleur, comportant un mandrin correspondant au diamètre intérieur du manchon et une douille en saillie au-delà de la pièce métallique et dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du tube en matière syhthétique, les résistances à la transmission calorifique entre la pièce métallique et le mandrin d aune part, la douille d'autre part, étant égales. Dans cette disposition il y a intérêt à n'utiliser pour la douille- et le mandrin que des métaux qui n'exercent pas d'effets défavorables, par exemple catalytiques, sur la matière synthétique du tube et du manchon. Des appareils et assemblages soudés sont décrits ciaprès avec référence au dessin, afin d'expliquer plus en détail le procédé selon l'invention. Sur ce dessin - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale au travers dlun appareil de soudage dans lequel est introduit un tube en matière synthétique et sur lequel est engagé un manchon - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale au travers d1 un tube et d'un manchon en cours d'introduction l'un dans l'autre, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale au travers d'une autre forme d'exécution d'un assemblage à manchon,et - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale au travers d'un appareil de soudage commandé à l'électricité, avec douille et manchon installés Sur toutes les figures, le tube en matière synthétique est désigné par le repère 1, le manchon par le repère 2. A la fig.i, l'appareil de soudage destiné à plastifier les surfaces 1' et 2' qui seront soudées l'une à l'autre est composé d'une pièce métallique 3 bonne conductrice de la chaleur, qui, sensiblement en son milieu, comporte un perçage 3' destiné à recevoir un thermomètre, tandis que l'une de ses faces latérales comporte un perçage 3" destiné à recevoir une poignée. lia douille 4 destinée à plastifier le tube en matière synthétique 1, et le mandrin 5 destiné à plastifier la paroi 21 du manchon en matière synthétique 2, sont, dans cet exemple d'exécution, solidaires de la pièce métallique 3.A son extrémité tournée vers la pièce métallique 3, la douille 4 est munie d'une couche calorifugeante 4', tandis que le mandrin 5 comporte autour de sa base également une couche calorifugeante 5'. Ces deux couches empêchent le ramollis sement des faces d'extrémité1" i" du tube 1 d'une part, 2" du man- chon 2 d'autre part. Pour assurer un flux thermique égal par unité de temps entre la pièce métallique 3 et la douille 4 d'une part, le mandrin 5 d'autre part, notamment la face annulaire 4" de cette douille a la même dimension que la section circulaire 5" du mandrin 5.Dans le même but, et à condition que la douille 4 et le manchon 5 soient en un même matériau et aient donc la même conductibilité thermique vl et la même chaleur spécifique Cp, la masse de la douille 4 et celle du mandrin 5 qui participent à la plastification sont égales. Dans ltexemple représenté, la pièce métaltique 3 est cHauffée par la flamme 6 d'un chalumeau Jusqu'à ce que le thermomètre installé dans le perçage 3' indique la tempéra turc correspondant à la température de plastification. La pièce qui a l'épaisseur de paroi la plus grande, on l'occurrence le manchon 2, est alors aussit8t engagée sur le mandrin 5 puis le tube 1 est introduit, après un laps de temps correspondant, dans la douille 4.Cette introduction doit être effectuée à l'instant même auquel la plastification requise du manchon 2 et celle du tube 1 se terminent simultanément. Si donc par exemple le manchon 2 requiert un temps de 10 secondes pour être plastifié à la température prescrite, alors qu'à la même température le tube 1 ne requiert que 4 secondes, il faut d'abord engager le manchon 2 sur le mandrin 5, puis, six secondes après, introduire le tube 1 dans la douille 4, de sorte qu'au bout de 10 secondes la plastification de ces deux parties est achevée simultanément. Ensuite, on enfile l'un dans l'autre le tube 1 et le manchon 2, comme représenté à la fig.2.Pour ce faire, il est possible soit d'engager le manchon 2 sur le tube 1 maintenu immobile, soit d'introduire le tube 1 dans le manchon 2 maintenu immobile, soit encore de déplacer en même temps ces deux pièces l'une vers 11 autre. La vitesse de translation relative vt des deux pièces doit être située entre environ 0,3 et 0,75 cm/sec.Afin de ne pas provoquer la formation de bourrelets, c'est-à-dire d'anneaux de matière plastifiée expulsée du tube 1 en matière synthétique, à l'extrémité 2" du manchon 2, et au contraire d'étirer tout au long des surfaces de contact 1' et 2' la totalité de la matière plastifiée, il est utile de faire tourner l'un par rapport à l'autre le manchon 2 et/ou le tube 1 durant l'opération de pénétrat-#on, la vitesse périphé rique relative Vu de ces deux pièces 1 et 2, mesurée dUX de eortlet, devant cotre à peu près égale à la xzteste de t###s tien relative vt .De cette manière, la matière plastifiée du tit be i sur la face de contact 1' et la matière plastifiée du manchon 2 à sa face de contact 2r est étirée à la façon d'une pellicule de lubrifiant, de sorte que d'éventuelles surtolérances dimensionnelles du manchon 2 et les sous-tolérances plus fréquen- tes du tube 1 peuvent être compensées. De plus, la pression superficielle entre les deux surfaces de contact 1' et 21 se trouve accrue, ce qui à son tour profite à la résistance mécanique et à la qualité de l'assemblage soudé. La fig. 3 illustre un assemblage manchonné dans lequel le tube 1 est assemblé à un autre tube 7 de même épaisseur de paroi et dont l'extrémité a été évasée pour former un manchon 2. Cet évasement peut être réalisé aussi bien avant la plastification qu'au aucours de celle-ci, à laide d'un outil de dilatation approprié. Etant donné que dans cet exemple les deux tubes 1 et 7 ont la même épaisseur de paroi, les durées de ltopération de plastifixation sont elles aussi égales. On a représenté à la fig.4 une forme d'exécution parti culièrement avantageuse d'un instrument de soudage. Dans cette forme d'exécution la douille 4 et le mandrin 5 sont associés de façon amovible à la pièce métallique 3 qui est portée à la température de plastification nécessaire au moyen d'une résistance électrique, tandis qutune couche calorifuge 3"' empêche cette pièce de céder trop de chaleur à 11 entourage. A la partie supérieure de la fig.4 la douille 4 et le mandrin 5 sont vissés dans la pièce métallique 3, tandis qu'à la partie inférieure de cette figure cette douille et ce mandrin sont retenus dans cette pièce par une fermeture conique à baionnette. De cette façon, la douille 4 et le mandrin 5 d'une dimension donnée peuvent être remplacés par une douille et un mandrin d'une autre dimension afin de souder des tubes de diamètres plus grands ou plus petits, sans qu'il faille pour cela modifier l'appareil dans son ensemble. Dans cette disposition également, les surfaces de transmission thermique entre la partie centrale 5 et d'une part la douille 4, d'autre part le manchon 5, doivent être calculées pour que le flux thermique soit égal, par unité de temps, de la partie 5 à chacune des deux pièces 4 et 5; en d'autres termes, les résistances à la transmission calorifique entre les parties 3, 4 et 5 doivent être calculées pour assurer une transmission uniforme. Dans la pièce centrale 3 sont en outre disposées deux sondes thermométriques 8 qui, par l'internédiaire de signaux optiques ou acoustiques, peuvent indiquer à l'ouvrier que la température de plastification requise est atteinte. REVENDICATIOtIS 1. Procédé de soudage conçu pour réaliser un assemblage à demeure entre un tube en matière synthétique et un manchon également en matière synthétique, tous deux à base d'un polymère d'oléfines, et dont on plastifie thermiquement les surfaces de contact après quoi on les engage l'un dans l'autre dès que la plastification de ces surfaces est terminée simultanément, ce procédé étant remarquable en ce qu'à température de plastification égale les temps de plastification du tube en matière synthétique et du manchon en matière synthétique sont choisis dans un rapport sensiblement directement proportionnel à llépaisseur de paroi du tube et du manchon. 2. Procédé de soudage selon la revendication 1, remarquable en ce que l'on introduit l'un dans 11 autre le tube en matière synthétique et le manchon en matière synthétique à une vitesse de translation relative constante comprise entre environ 0,3cm/sec. et 0,75 cm/sec. 3. Procédé de soudage selon la revendication 2, remarquable en ce que l'on fait tourner relativement l'un à l'autre le tube et le manchon pendant qu'on les repousse l'un dans l'autre. 4. Procédé de soudage selon la revendication 3, remar- quable en ce que la vitesse périphérique de la rotation relative du tube en matière synthétique par rapport au manchon est sensiblement égale à la vitesse de translation de ces deux parties. 5. Procédé de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que la température de plastification d'un tube ou d'un manchon en polybutène est choisie entre 250 et 3500 C, et est de préférence égale à 3300C environ. 6. Procédé de soudage selon la revendication 5, remarquable en ce que pour une température de plastification d'au moins 2800C on fixe à environ 4 secondes le temps de plastifies tion d'un tube en polybutène de 20 mm de diamètre extérieur et de 2mm d'épaisseur de paroi, tandis que le temps de plastificatien d'un manchon en polybutène destiné à être engagé sur ce tube et ayant un diamètre extérieur de 30mm et une épaisseur de paroi de 5mm est fixé à environ 10 secondes. 7. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, composé d'une pièce métallique bonne conductrice de la chaleur, comportant un mandrin correspondant au diamètre intérieur du manchon et une douille en saillie au-delà de la pièce métallique et dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du tube en matière synthétique, cet appareil étant remarquable en ce que les résistances à la transmission calorifique entre la pièce métallique et le mandrin d'une part, la douille d'autre part, sont égales.