Brevet FR2272811A1 — publié le 19751226

L'invention eoneerne un procedé de soudage continu à recouvrement de feuilles ou de plaques de matiere synthétique ther moplastique, par echauffement et compression des surfaces superposées rapprochées llmede l'autre, ainsi qu'un dispositif pour la mise en pratique de ce procédé. Dans le cas du soudage à recouvrement de feuilles ou de plaques de polyoléfine on échauffe d'habitude les bords superposés, ou les surfaces de ceux-ci se rapprochant l'une de l'autre, au-delà de la température de fusion et on les presse alors jusqu'à ce que la soudure se soit refroidie à un point tel qu'elle ait pris une forme stable vis-à-vis des forces aui se manifestent après Itopération de soudage. Ce procédé ne peut s'appliquer quand les surfaces à assembler l'une à l'autre ne peuvent être suffisamment échauffées ou quand il se produit des pertes de chaleur telles que la température des surfaces à assembler descende à nouveau endessous de la température de fusion après l'échauffement jusqu'à l'application de lleffort- de compression.On peut citer comme exemple de telles circonstances défavorables 11 exécution de longues soudures de plaques de polyéthylène telles qu'on les emploie sous de grands formats ayant des épaisseurs de 3 mm environ, par exemple dans le cas d'étanchement des eaux souterraines ou l'établissement de toitures de grande surface. L'épaisseur irrégulière et une position différente des bords des feuilles à échauffer par rapport aux éléments chauffants peuvent conduire à un échauffement non uniforme; des conditions atmosphériques variables conduisent à un refroidissement différentiel avant le soudage. Une position non plane des bords des bandes sur la surface de soutien en particulier sur le sol entrain une compression irrégulière.Une soudure ab solument stre ne peut donc pas s'obtenir avec le procédé co.nnu. L'invention a donc pour but la mise au point dSun procédé de soudage des bords se recouvrant de feuilles ou de plaques de matières synthétique thermoplastique, qui garantisse une haute sécurité de soudure, meme dans des conditions de température irrégulières aux surfaces à assembler et en cas d'une position non plane des bords des feuilles. La solution de l'invention consiste à disposer une matière d'apport à chaud et à l'état plastique entre les surfaces à assembler, chauffées au préalable. L'effet consiste en ce que la matière dtapport transmet à l'endroit de la soudure une quantité de chaleur supplémentaire dont l'importance peut titre déterminée exactement du fait que la quantité de matière d'apport et sa température peuvent être réglée de manière très précise au moyen de machines automatiques. Désormais, la température respective des surfaces à assembler n'est plus déterminante- parce que la matière d'apport échauffe ces surfaces dans le cas où elles devraient avoir une température réduite dans une mesure inadmissible et garantit donc un soudage normal.Dans de nombreux cas, il ne sera plus nécessaire de porter les surfaces à assembler l'une à l'autre à une température supérieure à la température de fusion pour autant que la quantité de chaleur provenant de 11 échauffement préalable de ces surfaces et de la matière d'apport suffise pour amener les surfaces se trouvant dans la zone de compression à la température nécessaire. Ba outre, la matière d'apport plastique peut compenser les différences de parallèlisme des surfaces à assembler, qui sont attribuables à des ondulations dans les bords des feuilles ou à une inégalité de la surface de soutien. Il est bien connu que l'on peut souder des surfaces de matière synthétique entre elles à l'aide d'une matière d'apport. La matière d'apport ne sert qu'au remplissage de cavités existantes, par exemple dans le cas de l'exécution de soudure en V. Comme dans le soudage à recouvrement de feuilles ou de plaques, on n'a pas à remplir de cavités, mais qu'on peut porter les faces appliquées l'une sur l'autre directement à la température de fusion et les comprimer, on n'a pas considéré pendant longtemps l'emploi d'une matière d'apport comme étant nécessaire. Dans le cas de l'invention la matière d'apport remplit une fonction autre que dans le cas de l'exécution de soudures en V, car elle ne sert pas au remplissage de cavités mais à un transport de chaleur. La quantité de matière d'apport et sa température doIvent être largement calculées. En d'autres mots, il doit exister à chaque point de soudure une quantité de matière d'apport suffisante pour le transport de la chaleur. Dans la plupart des cas, son épaisseur avant compression doit être de 2 à 3 mm environ. Un cordon trop mince pourrait se refroidir trop fortement avant d'atteindre le point de soudage. Après la compression, L'épaisseur doit se situer en général entre 0,5 et 8 mm. Toutefois, après la compression, on doit éviter une épaisseur de la matière d'apport qui se situe en moyenne au-dessus de l'épaisseur de la plus mince des deux feuilles ou des deux plaques à assembler, car autrement, de trop fortes tensions pourraient se maniféster. De préférence, ltépaisseur de la couche de matière d'apport se situe entre un tiers et deux tiers de I1 épaisseur de la plus mince des deux feuilles ou des deux plaques en question. Dans de nombreux cas, les bords des feuilles ou des plaques à souder l'une à l'autre sont d'autant plus difficiles à travailler qu'ils sont flexibles. Quand on emploie, par exemple, un galet pour exercer la compression, si les bords à souder sont d'une consistance trop molle, ce galet peut pousser devant lui des ondulations pouvant conduire à la formation de plis. Ce risque est augmenté par la dilatation thermique des bords. Selon l'invention, il est donc avantageux que lors de l'échauffement des surfaces à assembler se recouvrant, il reste avant leur compression une partie de section transversale de la zone de recouvrement à une température modérée. Cette partie de section transversale restant à température modérée est avantageusement la zone épaisse de l'éten- due de soudage opposée aux surfaces à souder. De cette façon, cette partie conserve une certaine fermeté, quoique la surface soudée soit ramolie. Quoique cette idée d'obtenir la stabilité de la région soudée dans un procédé de soudage continu par un échauffement limité mérite éventuellement une protection indépendante des autres caractéristiques de l'invention, on doit constater que l'échauffement de la région de la soudure, prudente et rapide, nécessaire à cet effet peut être assuré de manière particulièrement avantageuse par une amenée partielle de la chaleur au moyen de la matière d'apport. La compression est d'habitude maintenue jusqu a ce que la soudure se soit refroidie dans une mesure telle qu'elle puisse résister aux efforts auxquels on doit s'attendre par suite du soudage. Dans les principaux cas d'application de l'invention, les feuilles ou les plaques à assembler entre elles sont fixé-es en positionenldehars du dispositif pour presser la soudure d'une manière quelconque, plus ou moins liche, à savoir par un support commun sur. une base, par exemple. Comme toutefois le matériau est soumis à des tensions inhérentes et que la fixation évoquée n'est pas uniforme, on doit compter avec des forces qui peuvent influencer la soudure à la suite de l'opération de soudage qui succède immédiatement. -D'après les expériences antérieures, il est donc#néces- saire de maintenir la pression pendant une longue période de temps qui, quand on met en pratique un procédé continu, à la même signification qu'une étendue de pression de longueur correspondante. Tel est le cas en particulier dans les cas d'application préférés pour les plaques de plus de 2 mm d'épaisseur. Dans la mise en pratique d'un procédé continu, une grande étendue de pression est toutefois d'une réalisation difficile. Un dispositif fonctionnant de manière continue devrait à cet effet entre équipé d'organe de pression d'une longueur appropriée, qui devraient par exemple être formés de chenilles de pression, de glissières ou d'éléments similaires et l'effet de ces dispositifs de compression sur une base irrégulière serait très douteux. En outre, un tel dispositif de pression ne pourrait s'employer dans le cas de soudures non rectilignes. Une caractéristique essentielle de l'invention consiste donc à renoncer à une telle étendue de pression. La compression est supprimée avant que ie matériau d'apport se solidifie.On donne ainsi sciemment aux efforts s 'exerçant sur la soudure la possibilité de provoquer encore certains mouvements relatifs dans celle-ci. Déjà une faible déformation de la soudure peut ramener les efforts maxima à une valeur résiduelle à laquelle peut résister la soudure non encore complètement solidifiée. Du fait que la déformation de la soudure n'a pas de conséquence dommageable, il est avantageux que le matériau d'apport possède après compression une épaisseur d'une certaine importance afin de pouvoir disposer d'un volume de déformation suffisant. A ce point de vue également, les valeurs préférées pour l'épaisseur, évoquées précédemment, se sont révélées avantageuses. On a constaté qu'il est avantageux de mettre en principe le matériau d'apport en contact simultanément avec les deux surfaces à assembler. Si le matériau d'apport se dépose prématurément sur l'une des deux surfaces qui est plus froide que ce matériau, le risque existe que le matériau d'apport cède unilaté ralezent une proportion considérable de sa chaleur et qu'alors sa température ne suffise plus pour échauffer l'autre surface jusqu'à la fusion. On atteint avantageusement ce but en introduisant le matériau d'apport à une vitesse qui ne dépasse pas la vitesse d'avance du d spositlf de soudage. De cette façon, le matériau extrudé est serré entre la tuyère et l'endroit auquel les deux surfaces sont réunies, sous l'action du dispositif de pression. En vue d'une adaptation a des conditions différentes, la hauteur de la tuyère doit pouvoir se régler pendant le fonctionnement, afin qu'en cas d'une allure ondulée des feuilles, ou des plaques, ou de leur support, on puisse toujours introduire le cordon de matière d'apport suivant la bissectrice de l'angle formé par les surfaces à assembler avant l'endroit de leur compression#. Il est surprenant que l'on puisse ainsi également réduire la tendance à ltondulation et à la formation des plis dans le bord SU- périeur. On a été surpris de constater que la résistance de la soudure augmente quand on laisse sortir quelque peu la matière d'apport d'un côté, en dehors de l'intervalle compris entre les surfaces à assembler. Il se forme alors un bourrelet le long d'un bord de la feuille ou de la plaque. Un dispositif pour la mise en pratique du procédé se caractérise en ce qu'on prévoit sur un chassis de guidage un dispositif pour échauffer les surfaces à assembler, une extrudeuse avec une filière pour la matière d'apport, passant entre ces surfaces à assembler, et un dispositif de compression. Le châssis de guidage est en outre muni d'un dispositif de commande, fonction nant de manière continue, dont la vitesse est avantageasezent réglable. Le dispositif de compression peut avoir la forme d'un galet, car pour des raisons expliquées en détail ci-dessus, une étendue de compression considérable n'est pas nécessaire.Afin de pouvoir toujours garantir une même pression sous l'arbre de pression, avec une dépense de construction minime, même en cas d'une base inégale, on peut munir#le chassis de guidage de trois galets de support dont l'un constitue le galet de pression. Comme dans la mise en pratique du procédé de l'invention, pour réduire-les tensions thermiques dans la soudure, il peut être important d'introduire une quantité aussi faible que possible de matière d'apport, un contre précis de l'échauffement des surfaces à assembler peut être nécessaire. Il est donc avantageux que l'intensité de l'échauffement des surfaces à assembler soit réglée en fonction de la température de celles-ci. Comme la mesure de la température des surfaces après leur échauffement est possible mais difficile, on préfère une exécution de l'invention dans laquelle la température des surfaces est mesurée avant leur échauffement et l'intensité de l'apport de chaleur pour cet échauffement est réglée en fonction de la température déterminée automatiquement ou à la main.Les appareils électriques à rayons infrarouges peuvent se régler particulièrement facilement, d'autant plus qu'ils ont une puissance de chauffe indépendante de mouvements d'air fortuits (vent à l'air libre). D'autre part, les radiateurs à air chaud offrent l'avantage que l'air chaud protège les surfaces à échauffer et éventuellement aussi le cordon de matière d'apport contre l'air extérieur refroidissant. En ce qui concerne l'invention, l'emploi continu d'un appareil de chauffage à rayons infrarouges et d'au moins une tuyère à air chaud disposée derrière le radiateur, dans le sens du mouvement, est donc avantageux. L'invention sera expliquée ci-après de manière plus détaillée en se reportant au dessin annexé qui illustre schématiquement un exemple d'exécution avantageux et où la figure 1 est une vue d'ensemble de l'appareil de soudage; la figure 2 est une coupe longitudinale dans la zone de soudage; la figure 3 est une coupe transversale dans la zone de soudage, avant l'application de la pression, et la figure 4 est une coupe transversale, correspondant à la figure 3, après# application de la pression. Sur la base 1, se trouve la feuille 2 qui do#it être soudée à la feuille 5 qui la recouvre. Admettons que les deux feuilles aient une épaisseur de 2, 5 à 3 mm et soient des feuilles de polyéthylène. L'appareil de soudage de la figure 1 peut se déplacer le long du bord de recouvrement. L'appareil de soudage comprend un châssis de véhicule 20 à l'extrémité arrière duquel les roues 22 sont montées sur un axe rigide. Les roues arrière 22 peuvent être entralnées avec un réglage sans à-coups au moyen d'un moteur non représenté. Sur le chassies de véhicule 20, en 28, s'articule un châssis auxiliaire 29 à l'extrémité avant duquel est montée la roue avant 9 qui peut être dirigée au moyen d'un guidon 23. L'extrémité avant du -chtssis 20 dont la hauteur est réglable repose, par l'intermédiaire d'un axe 27, sur I" e' xtrémité avant du châssis auxiliaire 29. Sur le chassies du véhicule, se trouve les éléments essentiels de l'appareil qui ne sont indiqués que schématiquement dans le-dessin, à savoir en particulier une extrudeuse, une soufflante d'air chaud, des dispositifs de réglage, le moteur déjà cité et éventuellement d'autres dispositifs. La répartition des poids est telle que la roue avant 9 de l'appareil, employée comme dispositif de pression, transmet le poids désiré à la soudure, de sorte qu'il en résulte une-pression atteignant par exemple 1,5 kilos/cm2. Grâce aux trois roues du châssis mobile et à une distance relativement grande entre les roues 22 et 9, la pression reste constante indépendamment d'inégalités éventuelles du sol. Quand étendue de pression d'une longueur de quelques centimetres formée par la roue avant 9 ne suffit pas, on peut prévoir -sans difficulté d'autres dispositifs de pression derrière cette roue avant. Sur le châssis auxiliaire, s'articule une rallonge 24 s'étendant devant la roue avant 9 et pouvant se déplacer suivant la verticale pour pouvoir épouser les inégalités du sol mais qui, latéralenient, est guidée de manière rigide sur le châssis du véhicule. L'extrémité avant de la rallonge 24 porte un radiateur 5 à à rayons infrarouges agissant vers le haut et vers le bas, pouvant - se déplacer sur des galets 5' et garantissant aussi. la distance nécessaire entre les surfaces se recouvrant à assembler entre elles. On peut en outre prévoir des doigts supplémentaires 4 qui soulèvent le bord recouvrant de la feuille 3. Devant le radiateur 5 à rayons infrarouges s'avance un appareil 15 de mesure de la température, il s'introduit entre les surfaces à assembler et mesure d'une manière appliquée connue leur température superficielle. Derrière le radiateur à rayons infrarouges, se trouvent deux tuyères 12 à air chaud fixées de manière rigide à la rallonge 24 et qui s'avan- cent également entre les surfaces se recouvrant l'une l'autre. La plus avancée de ces deux tuyères peut être dirigée vers les surfaces-à assembler, tandis que celle des deux tuyères qui se trouve à l'arrière émet un courant d'air chaud avec une composante dirigée vers l'arrière.Les tuyères à air chaud sont raccordées à la soufflante d'air chaud sur le chassies de véhicule. La puissance de chauffage du radiateur à rayons infrarouges et/ou des tuyères à air chaud est réglée au moyen d'un dispositif de réglage qui agit en fonction des résultats de mesure de l'appareil 13 de mesure des températures, de manière telle qu'il augmente la puissance de chauffage quand les températures mesurées sont basses et la diminue dans une mesure correspondante en cas de température de départ plus élevée des surfaces à assembler. Entre les tuyères 12 à air chaud et la roue avant 9 de l'appareil, se trouve la filière d'extrusion 6. Elle est disposée de manière telle sur le châssis 20, dont la hauteur est réglable, qu'elle distribue entre les surfaces à assembler un cordon large et mince de matière d'apport d'une nature telle qu'elle est en état de provoquer un assemblage par soudage des deux surfaces à réunir. La possibilité de réglage en hauteur de ltextrémité avant du chassies 20 permet de maintenir toujours la filière 6 dans le milieu, entre les surfaces à assembler-, afin que le cordon puisse stintroduire uniformément dans l'angle formé devant le galet de presssion 9. L'échauffement des surfaces 7 à assembler est assuré par les dispositifs 5 et 6 avec une intensité telle que l'o atteint la température de ramollissement. Dans le cas du polyéthylène, on doit atteindre, par exemple, une température super#fi- cielle de 100 à 130ou. La puissance de chauffe dépendant de la mesure des températures est telle que la température superficielle désirée dans la région 11 dans laquelle convergent les surfaces à assembler ainsi que le matériau d'apport soit atteinte même si les températures de départ varient, par exemple, sous l'influence du vent, des heures du jour, des saisons~ou du rayonnement solaire. On ne doit pas s'attendre à un refroidissement brusque et irrégulier des surfaces à assembler et du cordon d'apport entres les tuyères 12 à air chaud et la zone de pression 11, en raison de la faible longueur de cette section qui ne comprend que quelque centimètres. En outre, on veille ainsi à maintenir des conditions de température constantes en faisant émettre dans cette région, par la seconde tuyères à air chaud dirigée vers l'arrière, un nuage d'air chaud protecteur. D'autre part, les surfaces des feuilles écartées l'une de l'autre se refroidissent toutefois par rayonnement et par convection, de sorte que leur température se trouve à une distance suffisante du point de ramollissement. On évite ainsi une ondulation indésirable des bords des feuilles se recouvrant.Les ondulations existant précédemment dans les bords des feuilles peuvent toutefois être égalisées dans une large mesure et cette égalisation est aussi favorisée par la possibilité de régler la hauteur de la filière d'extrusion. Dans le cas du soudage de plaques de polyéthylène de 2,5 à 3 mm d'épaisseur, on adopte, par exemple, une vitesse d'avance~ de 0,3 à 0,6 m/min. Le cordon 8 extrudé a une épaisseur de 2 à 3 ma et une largeur de 4 cm environ. Son épaisseur doit être supérieure à I1 épaisseur de la couche 18 du matériau d'apport désiré finalement dans la soudure (figure 4). Le matériau d'apport est comprimé à l'épaisseur désirée sous le galet de pression 9 et les variations de-ltécartement entre les surfaces 7 sont compensées. Le matériau d'apport est exprime, de préférence, au-delà du bord 31 de la feuille supérieure 3 sous la forme d'un bourrelet 32 qui se relie partiellement à la surface 7 de la feuille 2 et partiellement à la face d'about 31 de la feuille 3. Toutefois, l'ai#t:ientation de résistance à atteindre de cette façon ne dépend pas de la dimension constante de ces assemblages. R B V B N D I C A g I O N S REVENDICAT IONS lo Procédé de soudage à recouvrement continu de feuilles ou de plaques de matière synthétique thermoplastique, par échauffement et compression des surfaces superposées rapprochées l'une de l'autre, caractérisé en ce qu'un matériau d'apport est amené à chaud et à 11 état plastique, d'une manière connue en Soi, entre les surfaces à assembler. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité et/ou la durée de la compression sont calculées de manière que 11 épaisseur moyenne restaxlte de la couche de matière d'apport ne dépasse pas sensiblement l'épaisseur de L'une des feuilles ou des plaques à assembler. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'intensité de ltéchauffement des surfaces à assembler est réglée en fonction de leur température. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la température des surfaces à assembler est mesurée avant leur échauffement. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lors de l'échauffement des surfaces se recouvrant à assembler et avant leur compression, une partie de la section transversale #de la zone de recouvrement des feuilles ou des plaques reste à une température modérée. 6. Procédé suivant l'un-e quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que la compression est arrêtée avant la solidification du matériau d'apport. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau d'apport est amené en principe simultanément au contact des deux surfaces à assembler. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'au cas ou les feuilles, ou les plaques, ou leur base, présentent des ondulations, une des filières distribuant le matériau d'apport est réglée de manière que le cordon de matériau d'apport qui en sort se situe à peu près suivant la direction de la bissectrice de l'angle formé par les surfaces à assembler avant l'endroit dé la compression. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 å 8, caractérisé en ce qu'on laisse sortir, d'un coté au moins, le matériau d'apport de l'intervalle compris entre les surfaces à assembler. 10. Dispositif pour la mise en pratique du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il -est prévu, sur un chassies de guidage, un disp'ositif 5 pour échauffer les surfaces 7 à assembler, une extrudeuse avec une filière 6 pour le matériau d'apport 8, passant entre les surfaces à assembler, et un dispositif de pression 9. 11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est muni d'un dispositif de commande fonctionnant de manière connue. 12. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif de pression a la forme d'un galet 9. 13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le châssis de guidage est porté par trois galets dont l'un est le galet de pression. 14. Dispositif suivant l'une quelconque des-revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la filière d'extrusion peut entre réglée en hauteur pendant la marche. 15. Dispositif suivant I' une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que le dispositif d'échauffement consiste en un radiateur à rayons infrarouges et au moins une tuyères à air chaud disposé derrière celùi-ci, dans le sens du mouvement. 16. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce qu'ut instrument de mesure de la température des surfaces à assembler est disposé entre les feuilles ou les plaques à assembler, avant le dispositif dléchauffement.