Brevet FR2252674A1 — publié le 19750620

La présente invention concerne un procédé d'assemblage linéaire par soudage en bout de deux éléments métalliques de même section, l'un conducteur l'autre résistant, à points de fusion différents et se rapporte plus particu-- lièrement au modè- d'exécution dudit soudage en vue de réaliser un assemblage supportant sans dommage les contraintes mécaniques et thermiques auxquelles il est exposé notamment dans son application aux éléments chauffants à sorties froides intégrées. On sait, que le raccordement au réseau, d'un élément chauffant à âme résistante entourée d'un isolant minéral comprimé, à l'intérieur d'une gaine métallique de protection, pose le problème du refroidissement de ses extrémités. Pour utiliser-les connexions courantes pour le raccordement au réseau, il est important de refroidir les extremites de l'élément chauffant. Or, la préparation du raccordement correspondant suppose le dénudage de l'âme aux extrémités , par enlèvement de l'isolant minéral bon conducteur de la chaleur à l'état comprimé, le soudage ou le brasage d'un manchon conducteur, l'isolation dudit manchon par de l'isolant minéral en poudre dont on compense la moins bonne conduction thermique en l'enfermant dans une pièce métallique formant radiateur dlextrémité. On a proposé ensuite la formation d'une discontinuité moins importante aux extrémités d'un élément résistant en soudant, dans un trou borgne pratiqué dans l'extrémité du fil résistant, un conducteur c'est-à--dire un fil de résistivité moindre mais dont la moindre section provoque encore un échauffement trop élevé ; aussi a-t-on suggéré ultérieurement, ainsi qu'fil est connu, de souder chaque exfremite du fil résistant notamment dans un trou borgne pratiqué dans un conducteur alors de section plus élevée, donc produisant un échauffement moindre. Ainsi les inconvénients de la solution de continuité rencontrés aux extrémités d'un élément résistant ont été progressivement atténues. La présente invention, par la mise au point d'un procédé d'assemblage linéaire par soudage en bout, vise à supprimer toute solution de continuité géométrique, notamment au niveau des deux extrémités de l'âme d'une ébauche d'element resistant, dont la fabrication comporte en alternance une série d'étirages et de recuits jusqu'à l'obtention des dimensions voulues. L'essentiel de l'invention consiste d'une part à effectuer le soudage de deux éléments métalliques l'un- à l'autre, à l'aide d'un troisième élément comportant au moins un métal entrant dans la composition de l'élément résistant et à point de fusion compris entre ceux desdits deux éléments et venant s'interposer entre eux au cours de ladite opération de soudage ; d'autre part, à faire suivre le soudage d'une opération de calibrage participant à la stabilisation métallographique de l'assemblage. Pour mieux comprendre l'objet de l'invention il est donné à titre d'exemples non limitatifs plusieurs dispositifs et réalisations faisant application du procédé revendiqué et décrit en association avec les figures ou : La figure I montre en coupe partielle un assemblage à soudage en bout de deux éléments après interposition d'un troisième élément, La figure 2 représente en coupe partielle un assemblage à soudage en bout de deux éléments, le troisième élément recouvrant l'élément conducteur, La figure 3 représente le montage de recuit de l'amie d'un élément de chauffage à deux assemblages linéaires selon la figure 1, La figure 4 représente en coupe partielle un élément de chauffage cylindrique à extrémités refroidies, La figure 5 représente schématiquement une machine à rétreinre du type ouvert, La figure 6 montre en coupe partielle un élément chauffant à partie centrale rétreinte à l'aide d'une machine selon la figure 5. Figure 1, les éléments, respectivement conducteur et résistant 2, biseautés à leurs extrémités suivant la surface tronconique 3 ont été soudés après interposition entre leurs parties plates 4 une pastille formant un troisième élément à point de fusion compris entre ceux dudit conducteur I et de la résistance 2. Après l'opération de soudage sous gaz neutre, avantageusement de l'argon, la soudure forme un anneau ou bourrelet 5 venant en surépaisseur par rapport aux surfaces des éléments soudés l'un à l'autre I et 2. La soudure est alors soumise à une opération de calibrage à l'aide d'une machine à rétreindre par martelage éliminant la surépaisseur formée, tout en améliorant les qualités mécaniques de la soudure obtenue, par transformation métallographique correspondante. Lorsqu'on utilise par exemple comme élément résistant 2 un alliage de Nickel et Chrome dans les proportions respectives de 80 et 20 pour cent et connu sous la désignation commerciale "TOPHET", la pastille intermédiaire est constituée d'un mélange de cuivre et de Nickel et permet d'effectuer le soudage de l'élément résistant 2 à l'élément conducteur I en cuivre. Figure 2, llélément résistant 2 est soudé à un conducteur 6 entouré d'un troisième élément 7 en couche mince. Pour le soudage, l'extrémité de l'élément 2 est biseautée suivant 8 à sa périphérie, tandis que le conducteur 6 est légère- ment creusé suivant sa surface d'extrémité 9 qui se rectifie pendant le soudage sous l'effet de la coulée de l'élément intermédiaire 7 et de la pression exercée, en sorte qu'en fin dudit soudage apparait un bourrelet 10. Une opération de calibrage par tréfilage permet en outre de stabiliser la soudure. Ainsi on soude en bout par exemple un élément résistant 2 en alliage "TOPHET" à un élément conducteur 6 en cuivre recouvert d'une mince couche de Nickel 7. Figure 3, l'élément résistant 2 comportant les deux conducteurs 11, auquel il est relié par des soudures 12 est soumis après calibrage à un recuit direct de détensionnement par effet Joule à l'aide d'un transformateur 13 aux bornes duquel est monté en série l'élément composite 14 ainsi formé. Lorsque les soudures 12 ont été effectuées par interposition de pastille intermédiaire le recuit est partiel afin d'éviter la déformation des conducteurs il, par contre si le matériau intermédiaire de soudage entoure le conducteur, le recuit est effectué sans précautions spéciales. Figure 4, l'élément de chauffage 15 est obtenu par une série d'étirages et de recuits alternés d'une ébauche constituée d'une âme ou élément composite 14 entourée d'isolant minéral en poudre 16, progressivement comprimée en cours d'étirage et contenue dans une gaine inoxydable 17. Les extrémités 11 étant conductrices l'élément de chauffage est alors à sorties integrees refroidies. Lorsque les sorties sont par exemple en cuivre, elles sont plus refroidies que lorsqu'elles sont recouvertes d'une couche métallique intermédiaire en raison de la conductibilité électrique moindre de celle-ci. Figure 5, la machine à rétreindre 18, à matrice tournante de martelage 19 du type ouvert et à masselottes 20, permet la rétreinte de la partie de l'élément chauffant 15, comprise entre ses extrémités 11. Les masselottes 20 présentent une ouverture longitudinale 21, tandis que leur position radiale est réglée par des pièces 22 en forme de coin que l'on enfonce progressivement au cours de la rétreinte.A chaque passage d'une barrette cylindrique 23 au droit d'un galet 24 fixe, la masselotte 20 correspondante est entrainée suivant la flèche 25 vers l'élément 15 en cours de rétreinte jusqu'au contact sans jeu suivant la ligne 27 des deux masselottes ; tandis qu'entre deux galets 24 consécutifs les masselottes 20 s'ouvrent au cours de la rotation de la matrice 19 suivant la flèche 26 c'està-dire entre deux percussions successives subies par l'élément 15 à rétreindre. Figure 6, une ébauche cylindrique a été rétreinte avec la machine à rétreindre du type "ouvert" de la figure 5 et dans la portion 28 comprise entre les extrémités il de l'élément chauffant rétreint ainsi produit. Cet élément chauffant présente les sorties intégrées les mieux refroidies parmi les modèles jusqu'alors réalisés, grâce à la combinaison de l'apport moindre de chaleur par l'âme moins résistante, en raison de sa résistivité moindre, de sa section plus élevée et de la dissipation plus élevée de chaleur, par l'effet du rayonnement d'une surface plus importante, celle de la gaine 17, et dont la conductibilité thermique de l'isolant comprimé 16 est plus importante que celle notamment d'un isolant reconstitué dans un manchon rapporté. La surface de transition 29 de la gaine, comprise entre la partie rétreinte 28 et la partie 17 de plus grande section aux extrémités, a une forme résultant de celle de l'ouverture longitudinale 21 des masselottes 20. Le succès d'une intégration aussi poussée des sorties d'un élément chauffant est essentiellement du aux qualités thermomécaniques des soudures réalisées suivant le procédé selon l'invention, assurant aussi bien l'élimination des solutions de continuité aux extrémités que l'améliorations de la métallographie des soudures grâce à l'opération de calibrage. De la- sorte, tant les efforts mécaniques que supportent les soudures pendant les opérations d'étirage, que les chocs thermiques qu'elles peuvent subir en cours d'utilisation, n'altèrent pas la fiabilité des éléments chauffants pourvus d'âmes composites obtenues par application du procédé de soudage à l'assemblage de leurs extrémités. Bien entendu, les exemples donnés ne présentent aucun caractère exhaustif et toutes les variantes de réalisation correspondant à des moyens équivalents à ceux décrits, à la portée de l'homme de l'art et répondant à la définition générale de l'invention, font partie du domaine que la présente demande vise à protéger. Ainsi le troisième élément matallique participant au soudage en bout des deux éléments à assembler peut être introduit non seulement sous forme de pastille intercalaire ou de revêtement extérieur entourant ltélément conducteur mais encore par tout moyen d'apport préalable par adhérence à l'élément conducteur, notamment par "beurrage" dudit conducteur, avec fusion partielle et chauffage sélectif du troisième élément en poudre, disposé en couche mince sur la surface extérieure de l'extrémité dudit conducteur. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'assemblage linéaire par soudage en bout de deux éléments métalliques de même section, l'un conducteur l'autre résistant, à points de fusion différents, caractérisé en ce que, pour permettre audit assemblage de résister aux contraintes mécaniques et thermiques auxquelles il est exposé, le soudage est effectué à l'aide d'un troisième élément comportant au moins un métal entrant dans la composition de l'élément résistant et à point de fusion compris entre ceux desdits deux éléments et venant s'interposer entre eux au cours de l'opération de soudage et en ce que ledit soudage est suivi d'une opération de calibrage participant à la stabilisation métallographique dudit assemblage. 2/ Dispositif d'assemblage linéaire selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en que que le troisième élément est interposé -avant soudage entre les deux autres éléments et en ce que le calibrage est effectué par retreinte. 3/ Dispositif d'assemblage linéaire selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième élément est constitué d'une couche mince entourant l'élément conducteur et en ce que le calibrage après soudage est effectué par tréfilage. 4/ Dispositif d'assemblage linéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément conducteur étant en cuivre et l'élément résistant en alliage de Nickel et de Chrome le troisième élément est un mélange de cuivre et de Nickel interposé entre les deux autres et en ce que la rétreinte après soudage est suivie d'un recuit partiel de détensionnement. 5/ Dispositif d'assemblage linéaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que, l'élément conducteur étant en cuivre et l'élément résistant en alliage de Nickel et de Chrome, le troisième élément est une mince couche de Nickel entourant l'élément en cuivre et en ce que le tréfilage après soudage est suivi d'unrecuit. 6/ Application à la confection d'éléments chauffants, constitués à partir d'une ébauche, comportant une âme résistante, entourée d'un isolant minéral à l'intérieur d'une gaine métallique et obtenus par étirages et recuits successifs caractérisé en ce que l'âme de ladite ébauche comprend un élément résistant aux deux extrémités duquel ont été soudés en bout des éléments conducteurs suivant le procédé d'assemblage linéaire selon la revendication 1. 7/ Element chauffant à sorties froides intégrées, confectionné à partir d'une ébauche suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est réalisé par opérations d'étirage limitées à l'obtention de la section droite déterminée pour les extrémités formant lesdites sorties froides et en ce qu'on poursuit la réduction de la section droite de la partie de l'élément chauffant comprise entre ses dites extrémités sur une longueur au moins de l'ordre de la distance entre les deux soudures, par rétreintes et recuits successifs.