Brevet FR2221259A1 — publié le 19741011

L# présente invention se rapporte à un Procédé pour souder des feuilles composites comportant un composant m~talli- que, par exemple, en aluminium, pour la fabrication de piofi- lés creux. Elle v se aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de ce Procédé. lour fabriquer des profilés creux, par exemple, des tubes ou des tuyaux sans soudure, il existe essentiellement deux rrocédés, notamment un procédé de formage intérieur, dans lequel le profilé est produit en étirant une matière plastique ou un métal sur une broche de forme correspondante et un procédé de formage extérieur dans lequel on introduit la matière en fusion dans un tube de forme correspondante. Certains corps tubulaires en métal ou en matière plastique sont fabriqués de cette façon. Par ailleurs, on connaît dans la technique des procédés pour fabriquer des corps creux consistant à souder des feuilles planes en leur imposant une forme correspondante. Récemment, on en est venu à utiliser des matières composites à base de matières plastiques et de métal, par exemple, pour la fabrication de sacs pour l'emballage de certaines marchandises. Ces matières composites métal-plastique ont le grand avantage de pouvoir être soudées, à la différence des simples feuilles de métal, tout en étant néanmoins dans une large mesure imperméables aux gaz et aux odeurs grâce à la présence du composant métallique. Par ailleurs, pour fabriquer des corps tubulaires cylindriques flexibles, on connaît aussi un procédé utilisant une matière à trois couches soudable comportant une couche métallique interne que l'on roule dans des cavités de formage appropriées en un cylindre à double paroi qui est ensuite introduit dans une cavité de moule cylindrique. Cette cavité est entourée par une enveloppe chauffante, la chaleur produite par celle-ci agissant de l'extérieur sur la cavité et, de là, sur la matière. En même temps, on exerce une pression interne sur cette matière grâce à des broches dilatables, de manière à presser le cylindre roulé contre la paroi de la cavité du moule. Ensuite, grâce à une enveloppe réfrigérante disposée autour de la cavité du moule, on refroidit le produit ainsi obtenu av#ant de l'enlever. Ce procédé présente plusieurs inconvénients, le premier étant qu'il ne permet que des cadences relativement lentes du fait que le corps du moule doit chaque fois être chauffé, puis refroidi tout entier pour pouvoir démouler le corps produit, ce qui est à la fois compliqué du point de vue technique et inéconomique du point de vue énergétique. Un autre inconvénient de ce procédé réside dans le fait que les broches dilatables sont constamment soumises à des contraintes thermiques auxquelles aucune matière connue n est capable de résister pendant de longues périodes de temps, de sorte que ces broches devaient être souvent remplacées. En conséquence, la technique avait besoin d'un procédé nouveau ne présentant pas les inconvénients du procédé ci-dessus. La présente invention répond à ce besoin par un procédé pour souder des matières plastiques composites contenant des feuilles métalliques pour la fabrication de corps creux, notamment de corps de forme cylindrique, dans lequel la mise en forme du corps profilé à produire est réalisée en superposant les côtés à souder de la feuille composite, ce procédé étant caractérisé en ce que l'énergie thermique nécessaire pour le soudage est développée par induction uniquement à l'intérieur de la matière composite contenant les feuilles métalliques. Ce procédé offre,comparativement au procédé décrit ci-dessus, le grand avantage de permettre des cadences beaucoup plus élevées lors de la fabrication de corps creux, du fait que seule la feuille métallique interne de la matière composite est chauffée à la température de soudage voulue, ce qui permet ensuite un refroidissement très rapide, uisque le facteur déterminant est simplement la capacité calo#ifique de la matiere à souder. Il est à noter que cette catégorie de corps creux comprend tous les corps ayant un profil fermé, dont la section peut être, par exemple, prismatique, polygonale, elliptique ou circulaire. Ce groupe comprend aussi les corps comportant un profil présentant des reliefs ou des creux qui lui confèrent un contour irrégulier. De préférence, toutefois, ce mode de soudage s'adresse à des corps creux cylindriques. La mesure selon laquelle on superpose les côtés de la feuille composite métal-plastique, dans la région où la soudure doit ensuite être effectuée sur toute la surface de recouvrement, dépend dans une large proportion de la mise en fore désirée et des propriétés phrsiques exigées du corps creux, qui, évidemment, de leur côté, sont fonction de l'é- plisseur de la feuille composite.Il convient de préciser que le terre " feuille composite " tel qu'il est utilisé ic#,en- tend inclure tant les feuilles à trois couches que celles com Tçortant plusieurs couches métalliques séparées respectivement par une couche de matière plastique, les couches de matière plastique et les feuilles métalliques pouvant éventuellement aussi être faites de substances différentes Les feuilles composites préférées sont, toutefois, celles comprenant un stratifié polyoléfine-métal-polyoléfine, par exemple, des feuilles de polyéthylène-aluminium-polyéthy- lente, les polyéthylènes utilisés pouvant être des polyéthylè nes à faible ou à haute densité.On peut aussi utiliser des matières composites soudables à base de polypropylène ou de Cellophane ". La chaleur nécessaire au soudage peut être développée dans la feuille de métal au moyen d'appareillages classiques pour engendrer des courants d'induction, pour autant qu'ils soient assez puissants. Il est toutefois préférable d'opérer avec des appareils produisant une fréquence inférieure à ID kHz. Selon un autre mode de.réalisation de ltinvention, on prévoit, pour soutenir le corps préformé, en particulier, lorsqu'il est constitué par une feuille composite relativement mince, de llintroduire pour le soudage, dans une douille de formage non-conductrice correspondant à son diamètre. extérieur, en procédant ensuite au soudage, puis en enlevant le corps creux fini de la douille. Parmi les. matières qui ne s'échauffent pas, ou pratiquement pas, destines a la production des douilles de formage, des résultats concluants ont été obtenus notamment avec le verre, le quartz et avec certaines matières composites à base de plastique et de verre, ainsi qu'avec les matières lastiques résistantes à la chaleur, telles que les polyamides, les polyesters ou le polytétrafluoroéthylène.En variante au procédé ci-dessus, le corps préformé pourrait aussi être soutenu pendant le soudage en l'enfilant sur une broche de formage non-conductrice ou bien, en le formant directement sur cette broche, puis en procédant au soudage et en enlevant ensuite le corps creux résultant de cette broche. Ces bro ches sont aussi faites des matières mentionnées préférées pour la fabrication des douilles de formage. Selon une autre caractéristique de l'invention, on presse le corps contre l'outil de formage pendant le soudage avec le concours de douilles ou de broches de formage. Ceci peut etre réalisé par des moyens mécaniques, mais il est préférable d'appliquer la pression directement, par exemple, à l'aide d'air pur par des moyens pneumatiques ou hydrauliques. La présente invention vise aussi un #dispositif pour la mise en oeuvre du procédé exposé ci-dessus. Dans sa forme de réalisation la plus simple, ce dispositif se compose d'un générateur de haute ou de préférence, de moyenne fréquence, avec un transformateur et une bobine d'induction dont la particularité caractéristique est que la bobine d'induction peut être déplacée, à l'aide de moyens mécaniques, par rapport aux surfaces recouvrantes du corps préformé, la disposition étant telle que les surfaces devant être soudées sont chauffées, au moins dans la région marginale de la partie recouvrante, à la température de soudage. Dans ce dispositif extremement simple, le générateur est alimenté par le réseau alternatif et chauffe, par l'intermédiaire du transformateur et de la bobine d'induction, la fel le métallique interne de la matière composite une température qui est suffisante pour souder les deux surfaces superposées. Dans certains cas, avec une disposition, une forme et un espacement appropriés entre la bobine d'induction et le corps creux préformé et avec une intensité d'induction et une épaisseur de la ou des feuilles métalliques internes appropriées, il est possible de réaliser le soudage de manière que seule la région marginale des parties superposées soit concernée, c'est-à- dire, de façon à ne former un cordon de soudure qu'à l'extrémité de la région de recouvrement.Dans le cas de profilés creux ayant de larges surfaces recouvrantes ou, en particulier, dans ceux composés de plusieurs spires, il s'est révélé judicieux de souder toute la surface de recouvrement, en disposant à cet te fin une bobine d'induction tout autour du corps creux ( comme le rentrent les IE. à 3 I. Toutefois, il est également possible Ce disposer plusieurs bobines d'induction ne produisant qu'un cordon ou un trait de soudure le long du corps préformé, auquel cas il envient de veiller à ce que soit toujours soudée la région arinle de l'extrémité recouvrante.Dans ce dernier cas, le corps creux n'est pas entouré complètement par une bobine 'induction, seules les extrémités de plusieurs bobines passent au-dessus des emplacements à souder. Parmi les moyens mécaniques pouvant être adoptés pour produire le mouvement relatif voulu, on peut avoir recours ~ des poussoirs, à des crémaillères, etc., à actionnement mécanique, ainsi qu'à des poussoirs mus par des moyens pneumatiques ou hydrauliques. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte une douille de formage non-conductrice dans laquelle le corps préformé est tenu pendant le soudage. La structure de cette douille est telle que son profil intérieur correspond au profil extérieur du corps à former. Ce dispositif permet un profilage ou un calibrage extérieur du corps creux. Dans une variante de réalisation, prévoyant une mise en forme intérieure du profils creux, le disposai comporte une broche non-conductrice sur laquelle le corps préformé est tenu pendant le soudage. h cette fin, le corps préformé peut être enfilé sur la broche de formage ou bien, en variante, il peut être fabriqué directement sur celle-ci, par exemple, par bobinage ou enroulement. Comme matières non-conductrices pour les douilles ou les broches de formage, on peut utiliser les matières énumérées plus haut. Lorsque la précision des dimensions extérieures ou intérieures du profilé creux que l'on veut fabriquer n'a pas une importance primordiale, les dispositifs décrits ci-dessus suffisent. Par contre, lorsque la précision dimensionnelle est un facteur important, on prévoit à l'intérieur du dispositif des moyens qui, pendant le soudage, pressent le corps préformé contre l'outil de mise en forme. Lors de l'utilisation d'une douille de formage, on prévoit, de préférence, comme moyen de pression, une broche non-métallique dilatable qui, pendant le soudae, plaque le corps préformé contre la douille. Pour introduire ou enlever le corps de l'outil de formage, on rétracte la broche dilatable à son diamètre inférieur. L' invertion prévoit aussi la possibilité d'utiliser des tuyaux hydrauliques ou pneumatiques à diamètre extérieur variable. Lors de l'utilisation de broches de formage, on adopte de préférence, comme moyen de pression,un tuyau non-métallique, à double paroi, relativement mince, dont le diamètre intérieur est variable par voie pneumatique ou hydraulique. En introduisant une certaine pression à l'intérieur du tuyau, le diamètre intérieur de celui-ci varie et il presse ainsi le corps contre la broche de formage. Comme matières non-métalliques pour un tel tuyau, lequel ne doit pas adhérer contre la couche extérieure de la matière composite,même à la température de soudage, on peut utiliser, par exemple, certains caoutchoucs de silicone résistants à la chaleur comportant, le cas échéant, des revêtements anti-adhésifs, par exemple, en polyester.Afin de bien presser les deux surfaces recouvrantes du corps l'une contre l'autre, ce qui est souvent un avantage pour la procédure de soudage, on monte le tuyau de pression ci-dessus de façon qu'il puisse être tourné axialement. Ce mouvement de rotation doit être exécuté de façon à être orienté en direction de l'extrémi- té de la région de recouvrement, ce qui resserre le corps préformé. Un tel tuyau rotatif sera, de préférence, utilisé pour la fabrication de profilés creux polygonaux, elliptiques ou cylindriques. Dans une variante du dispositif ci-dessus, on utilise une bobine d'induction hélicoidale qui offre l'avantage de supprimer le mouvement relatif ou du moins, de le réduire comparativement à une bobine simple. Dans le cas d'une bobine hélicoidale préférée, ayant au moins une longueur égale à celle du profilé creux à former, le corps préformé peut être introduit, soit seul, soit conjointement avec l'outil de formage, dans la bobine fixe, ou bien la bobine hélicoïdale entoure invariablement l'outil de formage longitudinalement, ou bien elle est montée à l'intérieur de la broche de formage, auquel cas, on utilise soit une bobine héli cordiale fixe, soit une bobine pouvant être introduite dans la 1 te broche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exeîfiple nullerent limitatif, en référence au dessin annexe', dans e##el - la lqg. 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif pour souder des feuilles composites de matière plastique contenant des feuilles métalliques afin de produire des corps creux présentant des parties en relief. Ce #dispositif comprend un générateur de haute fréquence 1 alimenté en alternatif-qui est connecté à un transformateur 2 par des câbles 3, 3a. JMtransformateur 2 est reliée une bobine d'induction 4 dont le contour est adapté au profil de la douille isolante 5, afin que toutes ses parties soient à égale distance de cette dernière en assurant ainsi un chauffage uniforme du profilé métalplastique à la température de soudage. La douille de formage 5 est fixée à une monture 6. Après que la matière composite préformée,renfermant,au moins, une feuille métallique, a été introduite dans la douille non-conductrice, et que le générateur de haute fréquence a été allumé, l'énergie de haute fréquence produite par celui-ci développe dans le composant métallique un dégagement de chaleur par induction qui produit le soudage. Il est bien évident que l'énergie nécessaire doit, dans chaque cas, être calculée en considérant la matière composite utilisée, ainsi que le temps de soudage, ce qui peut être réalisé par des appareils de régulation connus. En utilisant des câbles souples 3, fa, le transformateur 2 peut être déplacé, conjointement avec la bobine d'induction 4, dans la direction de la fiche, au-dessus de la douille dans laquelle le corps creux est logé. On peut appliquer l'énergie nécessaire pour l'exécu- tion de l'opération de soudage, soit pendant que le dispositif se déplace dans une seule direction soit pendant un mouvement de va-et-vient de celui-ci. Un pourrait aussi router la douille de formage de façon à être mobile et à se déplacer par rapport à une bobine fixe. - na srig. 2 montre, en omettant le générateur, par une vue latrale en coupe, une douille de formage cylindrique 5a fixée à une monture 6a, et dans laquelle est logée, à recouvrement, une matière composite 7. La bobine d'induction 4, également cylindrique, est montée à faible distance de la douille de formage. ~t l'intérieur de la douille 4 est logée une broche dilatable 8 qui peut être déplacée dans la direction des flèches et qui pendant le soudage de la matière composite presse celle-ci contre la paroi intérieure de la douille. La direction du mouvement de la bobine d'induction ou de la douille est indiquée par une flèche. Pour le reste, le fonctionnement de ce dispositif est le même que celui du dispositif de la Fig. 1. - la Fig. 3 est une vue latérale en coupe qui montre, en omettant le générateur, une broche de formage cylindrique 9 qui est fixée sur une monture 10. La matière composite recouvrante 7 constituée, par exemple, par un cylindre enroulé, est enfilée sur la broche 9. Cette matière est entourée d'un tuyau de pression Il dans lequel une pression P orientée dans la direction de la flèche, peut êtr#e développée par voie hydraulique ou pneumatique. Cette pression a pour effet dtappliquer la face intérieure du tuyau contre la broche et, par conséquent, de plaquer la matière composite contre cette dernière. Dans cette forme de réalisation, la structure du tuyau est telle que sa face extérieure est reliée à une plaque rigide l'empêchant de se dilater vers l'extérieur. La bobine d'induction 4a est promenée au-dessus du tuyau de pression et de la broche dans la direction indiquée par la flèche. Quand la pression a été introduite dans le tuyau, on tourne celui-ci légèrement, de préférence dans la direction des extrémités recouvrantes ( comme l'indique la flèche ), un mouvement de quelques degrés d'angle suffisant généralement pour plaquer fermement la matière composite contre la broche de for mage Dans une autre forme de réalisation du dispositif, une bobine d'induction hélicoïdale est fixée à l'intérieur de la broche, sur toute la longueur de celle-ci, le courant d'induction circulant, dans ce cas, de l'intérieur vers l'extérieur autrement, la bobine d'induction peut être introduite à l'intérieur de la broche. - la Fig. 4 est une vue latérale en coupe, à grande échelle, montrant une feuille composite comprenant les couches de matière plastique a, b, c, d, et une feuille métallique Lz interposée entre les couches a, b at c, d qui assurent le soudage. Les exemples qui suivent,qui n t ont bien entendu aucun caractère limitatif, feront mieux comprendre les particularités de ltinvention. Exemple 1 Sur une broche creuse en polytétrafluoroéthylène ayant une longueur de 200 mm, un diamètre extérieur de 70 mm et une épaisseur de 3 mm, on enroule trois spires d'une feuille composite en polyéthylènenon-étirée, polyester, aluminium et polypropylène à basse pression C 50/u, 12/u, 12jeu, 50/u ). te corps préformé avait une longueur de 150 mm. On a entouré ce corps d'un tuyau de pression en caoutchouc de silicone ce qui a permis, par gonflage et rotation de 100 d'angle dans la direction de ltextrémité recouvrante, de plaquer fermement llune contre l'autre les surfaces de la matière composite.La pression avec laquelle le corps préformé a été-pressé contre la broche a été de 5 bars Au moyen d'un générateur de 15 kW, on a produit dans une bobine ne comportant qu'une seule spire, une fréquence de 9,8 kHz. Aux bornes de l'enroulement était appliquée une tension de 33 V. La bobine était espacée de 1 mm du tuyau de pression et-a été entraînée d'une extrémité du corps creux à l'autre en l'espace de 5 secondes. Après avoir éloigné le tuyau, le corps creux,# soudé sur toute sa surface, a été enlevé de la broche. Ce corps creux est adapté, par exemple, à la fabrication de boîtes de conserves imperméables à la lumière. Exemple 2 Dans un tube de quartz ayant un diamètre intérieur de 30 mm et une épaisseur de 3 mm, on introduit un cylindre creux préformé. Ce cylindre a une longueur de 130 mm eta été formé par deux spires d'une feuille composite de polyéthylène à basse pression, d'aluminium et de polyéthylène à basse pression ( 75/u, 12/u, 75/u )O Au moyen d'un générateur de 15 kW, on a produit dans une bobine hélicoïdale de 150 mm de longueur, espacée du tube de quartz de 5 mm et dont le coinnencenent coïncidait avec celui du corps creux, une fréquence de 9,8 kHz. lieux bernes de cette bobine était appliquée une tension de 33 V. Le corps creux a été appliqué contre la paroi du tube de quartz avec une pression de 5 bars, en utilisant à cette fin, une broche dilatable. Après une période de soudage de 2 secondes pendant laquelle la bobine a parcouru toute la longueur du corps creux, les spires de ce dernier étaient soudées sur toute leur surface et le cylindre ainsi formé, qui convient très bien pour la fabrication de tubes, a pu être enlevé du tube de quartz. REVENDICATIONS 1. Procédé pour souder des ratières plastiques compo t -o renfermant des feuilles métalliques pour la fabrication de corps creu!, notamment de corps de fore cylindrique,- dans lequel Ta -rise en fore du corps profilé a produire est réalisée en ce qu'on dispose à recouvrement les côtés soudables àe la feuille composite,caractérisé en ce que l'énergie calori fique nécessaire pour le soudage est développée par induction uniquement à l'intérieur des feuilles métalliques de la matière composite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant le soudage, on introduit le corps préformé dans une douille de formage non-conductrice correspondant à son diamètre extérieur, après quoi, on procède au soudage, puis on enlève le corps creux-fini. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant le soudage, on enfile le corps préformé sur une broche de formage non-conductrice, puis on enlève le corps creux fini de la broche de formage. 4. Procédé selon la revendication 18 caractérisé en ce qu'avant le soudage, on chauffe le corps sur la broche de formage, puis on enlève le corps creux fini de la broche de formage. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pendant le soudage, on presse le corps creux contre la paroi de la douille de formage. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que pendant le soudage, on presse le corps creux contre la broche de formage. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon ia revendication 1 qui comprend un générateur de haute ou de moyenne fréquence associé à un transformateur et à une bobine d'induction, caractérisé en ce que ladite bobine d'induction let êtr- déplacée par rapport aux surfaces recouvrantes du corps préformé par des oyens mécaniques, pneumatiques ou hydrauliques, la disposition étant telle que les surfaces à souder peuvent être portées à la température de soudage, au moins, t5nS leur région marginale. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une douille de formage non-métallique dans laquelle le corps préformé est tenu pendant le soudage. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une broche de formage non-métallique sur laquelle le corps préformé est tenu pendant le soudage. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens qui, pendant le soudage, pressent le corps préformé contre l'outil de formage. 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 10, caractérisé en ce que les moyens de pression sont constitués par une broche non-métallique dilatable. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les moyens de pression sont constitués par un tuyau de pression en une matière non-métallique, ayant une paroi relativement mince, et dont le diamètre intérieur est variable par voie pneumatique ou hydraulique. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le tuyau de pression, qui entoure le corps préformé et la broche de formage, peut tourner axialement. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine d'in- duction hélicoïdale. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractéri en ence que ladite bobine d'induction hélicoïdale est montée à l'intérieur de la broche de formage.