Brevet FR2321206A1 — publié le 19770311

La présente invention concerne le raccordement d'un conducteur métallique une base métallique. De nombreuses grosses structures en acier ont besoin de comporter des raccordements électriques > par exemple mise à la terre ou protection cathodique de l'équipement, en vue d'éviter la corrosion dans des bateaux, pipelines et installations pétrolières par exemple. Ces raccordements doivent avoir une résistance électrique faible et avoir une longue durde de vie. Il est évidemment possible de boulonner des conducteurs en cuivre ou analogues aux structures en acier, mais des jonctions mécaniques ne sont pas idéales du point de vue de la durée et, par suite, on emploie souvent certaines formes de connexions soudées. Un tel procédé est une variante du procédé "Thermit" dans lequel on utilise une réaction aluminothermique entre des oxydes métalliques et de l'aluminium qui produit du métal à haute température utilisé pour fondre le conducteur sur la structure. Normalement, il se produit un dépit de cuivre ou de bronze et celui-ci peut fondre l'extrémité d'un cabie sur la structure; en variante, quand le conducteur se termine par une barre plate, la coulée de cuivre ou de bronze peut être formée au travers d'un trou dans la barre. Bien que ce procédé ait été utilisé largement, il existe une possibilité d'obtenir des contacts qui contiennent des soufflures ou des zones non fondues et en conséquence, on a cherché un procédé plus s & . Selon l'invention, pour réunir un conducteur métallique à une base métallique, on place le conducteur le long de la base et en contact avec elle; une-pièce de raccordement ou connecteur métallique cylindrique, ayant une extrémité conique et passant au travers d'un trou dans le conducteur qui possède une paroi inclinée de façon complémentaire à celle du cane du connecteur, tourne en contact sous pression avec la paroi inclinée du conducteur et avec la base pour engendrer une chaleur de frottement servant à la soudure et a la formation d'un bourrelet de métal coulé sur le côté du conducteur opposé à la base, ensuite la rotation est stoppée et la pression est maintenue ou augmentée pour former une première soudure par friction entre le connecteur cylindrique et la base et une seconde soudure par friction entre le connecteur cylindrique et le conducteur. Les joints soudés obtenus par la soudure à friction sont de bien meilleure qualité que ceux qui ont été obtenus avec le procédé antérieur décrit ci-dessus. De plus, le bourrelet de métal extrudé serre le conducteur contre la structure de base. Il en résulte un joint avec une conductibilité électrique élevée et une protection contre les effets défavorables des vibrations. De plus, à cause de l'effet d'érosion de la soudure par friction, la propreté des surfaces a réunir est moins critique que dans les procédés qui emploient un arc électrique ou la réaction "Thermit" mentionnée ci-dessus. Le connecteur métallique cylindrique peut être d'un matériau différent de celui de la base et, dans certains cas, il peut former son propre cane dans le trou du conducteur par suite de sa rotation, ou bien il peut même former son propre trou dans le conducteur par sa rotation sous pression. Pour faciliter la soudure sous l'eau, on peut placer un manchon isolant autour du connecteur cylindrique et autour des surfaces a réunir quand elles sont en butée, comme décrit par la demande de brevet de la demamderesse n0 41594/72. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant aux dessins annexes,sur lesquels - la figure 1 représente le résultat de l'utilisation de la méthode connue employant le procédé "Thermit" - les figures 2 et 3 représentent deux étapes d'un exemple d'application de l'invention; et - la figure 4 représente un deuxième exemple d'utilisation de l'invention, particulièrement adaptable à la soudure sous l'eau. Sur la figure 1, une coulée 5 de cuivre ou de bronze passe au travers d'un trou cylindrique 6 dans un conducteur 7 en cuivre et elle est reliée à une structure d'acier sous-jacente 8. Sur la figure 2, une barre d'acier 9 ayant une extrémité conique 10 est placée au-dessus d'un conducteur li dans lequel a été réalisé un trou avec une paroi latérale inclinée 12. La barre j est placée avec son extrémité conique dans le trou et elle est mise en rotation sous pression, d'où il résulte une chaleur de frottement développée entre l'extrémité conique et la paroi latérale du trou, ainsi qu'd l'interface entre l'extrdmité de la barre d'acier et la base d'acier sous-jacente. La chaleur de frottement provoque un écoulement de métal partir des interfaces, avec formation d'un bourrelet 13 d'écoulement (voir figure 3).Quand une chaleur suffisante a été développée et qu'une quantité suffisante de matériau a été déplacée des interfaces vers le bourrelet, la rotation de la barre est arrêtée, mais la pression est maintenue ou même augmentée pendant une courte période. Il en résulte que des soudures par frottements sont réalisées à l'interface 14 entre la barre d'acier et la base d'acier, et à l'interface 15 entre la surface conique de la barre d'acier et la paroi inclinée du trou. Le bourrelet 13 participe la résistance et la durée du joint par serrage du conducteur entre le bourrelet lui-même et la base. Comme indiqué ci-dessus, l'invention peut être utilisée pour effectuer des soudures sous l'eau, par exemple sur des structures en mer. Pour protéger le raccord de l'effet de refroidissement de l'eau pendant le soudage, on peut placer un manchon isolant 16 (voir figure 4) autour de la barre d'acier de façon qu'il bute contre le conducteur 11 eticu la base 8 pour s'adapter étroitement autour des surfaces en butée raccorder. Le matériau du manchon doit être tel qu'il soit ramolli localement ou déformé par le matériau en écoulement déplacé pendant le processus de la soudure, et tel que le manchon n'interfère pas avec la formation de l'interface de soudure.Le manchon peut être par exemple du polystyrène expansé ou du polyuréthanne qui se ramollitet permet la formation de l'écoulement, de sorte que le manchon s'adapte en permanence lui-m#me à la forme du bourrelet d'écoulement.Des procédés de soudure employant de tels manchons sont décrits dans la demande ci-dessus mentionnée n0 41954/7vs Il n'est pas essentiel que la barre soit du mène matériau que la structure sous-jacente. Par exemple, on peut utiliser une barre d'aluminium avec un conducteur d'aluminium et une structure en acier, bien qu'en général on utilise une barre d'acier avec une structure en acier. Il n'est pas essentiel non plus d'adapter le cne de la barre et le trou avant la soudure par friction. Dans certains cas, le cane peut être placé sur la paroi intérieure du trou quand la barre elle-même est en rotation. Il est également possible, dans certains cas, de forcer la barre à former son propre trou dans le conducteur; ceci peut être possible par exemple quand on utilise une barre d'acier avec un conducteur en aluminium pur. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de raccordement d'un conducteur métallique à une base métallique, caractérisé en ce qu#e le conducteur est placé de façon à être en contact avec la base, en ce qu'un connecteur métallique cylindrique, ayant une extrémité conique et passant au travers d'un trou dans le conducteur qui possède une paroi inclinée de façon complémentaire à celle du cône du conducteur, tourne en contact sous pression avec la paroi inclinée du conducteur et avec la base pour engendrer une chaleur de frottement servant à la soudure et à la formation d'un bourrelet de métal coulé sur le côté du conducteur opposé à la base, en ce que la rotation est ensuite stoppée et en ce que la pression est maintenue ou augmentée pour former une première soudure par friction entre le connecteur cylindrique et la base et une seconde soudure par friction entre le connecteur cylindrique et le conducteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi en pente dudit trou au travers du conducteur est formée par suite de la rotation du connecteur métallique cylindrique sous pression en contact avec le conducteur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou dans le conducteur est formé par une rotation du connecteur métallique cylindrique sous pression en contact avec le conducteur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'avant ladite rotation, un manchon isolant est placé autour du connecteur métallique cylindrique et contre le conducteur et/ou la base, le manchon s'adaptant étroitement autour des surfaces en butée destinées à être raccordées, et le matériau du manchon étant tel qu'il est ramolli localement ou déformé par le matériau en écoulement déplacé pendant le processus de soudure, et tel que le manchon n'interfère pas avec la formation de l'interface de soudure. 5. Procédé selon 11 une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le connecteur métallique cylindrique et la base sont en matériaux différents.