Brevet FR2381612A1 — publié le 19780922

La présente invention concerne un procédé pour rabouter et souder des pièces en matière synthétique thermo-soudables, des tuyaux notamment. Elle concerne aussi la machine permettant d'appliquer ledit procédé. Le raboutage de pièces thermo-soudables est souvent délicat quand il n'est pas fait en atelier. En particulier, dans le raccordement de tuyaux thermo-plastiques, ceci se fait dans un chantier, quelquefois dans une tranchée, et il est difficile d'aligner convenablement les pièces, bout à bout. Il se peut aussi que la soudure réalisée présente des faiblesses et que des fuites apparaissent ultérieurement. La présente invention est destinée à remédier à ces divers inconvénients. Dans le procédé qui vient d'être indiqué, et qui est utilisé couramment, on porte les parties à souder des pièces en matière synthétique thermo-soudables entre elles à la température de fusion nécessaire à leur soudage, grâce à la chaleur rayonnée par un fer à souder qui est généralement un bloc en matériau ayant une chaleur spécifique relativement importante et une conductibilité calorifique suffisante, de l'acier, par exemple, dans lequel on a préalablement emmagasiné, en le chauffant, .sr une quantité de chaleur suffisante pour réaliser une opération de soudage. L'échauffement du fer est effectué soit par un moyen électrique, soit à l'aide d'une flamme de chalumeau, par exemple. Pour ce dernier cas, il est difficile d'apprécier la température convenable, sauf par expérience.Dans le cas d'un chauffage électrique, il est facile d'incorporer un thermostat dont on peut régler la température. Les parties à souder sont maintenues proches l'une de l'autre, pendant l'opération d'échauffement. Pour cela on approche le fer d'une distance de quelques millimètres des deux tronçons. Lorsque la température de ces parties à souder est suffisante, les surfaces à souder entre elles sont appliquées contre le fer pendant un temps très court. Ensuite le fer est retiré et les surfaces sont maintenues appliquées énergiquement l'une contre l'autre jusqu'a ce que le refroidissement leur redonne une rigidité convenable. Lorsque ce procédé est appliqué pour souder bout à bout deux éléments de tuyaux en matière synthétique, tel que du polyéthylène, par exemple, il y a un risque de déplacement de l'extrémité, l'une par rapport à l'autre. L'invention prévoit aussi d'utiliser un manchon intermédiaire et une machine pour éliminer au maximum les erreurs de mise en oeuvre dures au facteur humain. Plus préclsément, le procédé est caractérisé principalement par le fait qu'on emploie, pour relier les deux troncons de pièce, une Jonction, genre éclisse ou manchon en matière conductrice de la chaleur, dont la partie médiane est chauffée par contact avec un fer chaud qui a une forme divergente double à partir de cette partie centrale vers chaque extrémité de l'éclis- se ou manchon, de manière à chauffer les extrémités des pièces suivant un gradient de température décroissant depuis le bout vers le corps de chaque troncon, les tronçons de pièces étant animés d'un mouvement de rapprochement au fur et à mesure qu'il s'échauffent et se ramollissent du fait, à la fois, du contact avec la pièce de liaison et du rayonnement du fer, celui-ci étant retiré, dans la phase finale, pour permettre, alors que les pièces continuent leur rapprochement, leur soudure bout à bout. On préfère que la Jonction dont il a été question ci-dessus présente des crans de retenue. Dans le cas d'un manchon, celui-ci est annelé, avec des crans de diamètres progressivement plus grands au fur et à mesure qu'on se rapproche de la partie centrale, et orientés en dents de scie penchées vers la partie centrale qui présente une rainure de positionnement et d'appui pour le fer. La machine pour mettre en oeuvre le procédé qui vivent d'être défini globalement est caractérisée par la combinaison de moyens de maintien et de guidage de la pièce de liaison ainsi que de propulsion des tronçons, alliés à des moyens de chauffage et de soudage. Plus précisément, la machine est caractérisée par la combinaison - de deux demi-fers annulaires immobilisant et chauffant la partie médiane du manchon ainsi que les extrémités des tronçons de tuyaux pour que la température décroisse au fur et à mesure qu'on s'éloigne de cette partie médiane, - avec un dispositif de maintien, de serrage et de propulsion des tronçons de tuyaux, constitué de deux étaux, un par tronçon qui se rapprochent l'un de l'autre quand on tend un ressort, et qui agissent, à l'approche de leur fin de course, sur un déclic déterminant la séparation des deux demi-fers permettant l'entrée en contact et le serrage des deux bouts de tronçons échauffés et ramollis pour exécuter leur soudure, les deux demi-fers annulaires étant liés mécaniquement au dispositif de maintien. D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante qui donne un exemple pratique non limitatif de réalisation du pro cédé et de la machine permettant d'appliquer ledit procédé. Cette description est illustrée dans les dessins Joints dans lesquels la figure 1 représente une demi coupe des deux extrémités de tronçon de tube avec un manchon annelé et le fer en position d'échauffement la figure 2 représente une demi-coupe de l'assemblage de deux tuyaux, au droit du raccordement après soudure la figure 3 est une vue d'un étau suivant AA de la figure 5 la figure 4 est une vue des deux demi-fers en position d'ouverture, avec leur dispositif de manoeuvre la figure 5 est une coupe de la machine semi automatique permettant de réaliser le procédé la figure 6 est une vue de profil de la machine de la figure 5. L'exemple décrit est limité au raboutage de deux tronçons de tuyaux 1 et 2 avec interposition d'un manchon 3 comportant des crans annelés 4, de profil en dents de scie symétriques par rapport à la partie médiane du manchon où est ménagée une gorge 5. Les anneaux ou crans 4 du milieu du manchon 3 ont un diamètre plus important que celui des anneaux ou crans 4 se trouvant vers les extrémités du manchon 3 et que le diamètre intérieur des tuyaux à souder l et 2. Il en résulte une forme biconique de la partie extérieure du manchon avec un renflement médian. Cependant le diamètre extérieur des extrémités du manchon 3 est légèrement inférieur au diamètre intérieur des tuyaux 1 et 2 pour permettre un commencement d'emboîtement dans ces tuyaux avant l'opération de soudure elle-in#me. On prévoit un fer 6 qui est constitué, dans l'exem- ple représenté ici, par un bloc en acier inoxydable en deux pièces constituant des demi-fers 7 et 8 de forme adéquate, pour pouvoir, après mise en température par un moyen extérieur non représenté, être disposés rapidement pour entourer les extrémités des tronçons l et 2 réunies par le manchon 3. Pour faciliter cette mise en place, le fer 6 est donc prévu en deux demi-fers 7 et 8 qui comportent chacun en leur milieu une nervure ou moulure 9 destinée à venir se loger dans la gorge centrale 5 du manchon 3.Pour améliorer la mise en place correcte du manchon 3 par rapport au fer 6, on prévoit, sur la partie de plus petit diamètre de la moulure 9, un cran m le 32 qui correspond à un cran femelle 33 creusé dans la partie médiane de la gorge 5 sous forme d'une rainure annulaire. D'autre part, la largeur de la gorge 5 est plus grande que l'épaisseur de la moulure 9 de façon à réserver, de part et d'autre de cette moulure 9, un espace 34, 35 où pourra se loger la matière synthétique, lors de la soudure, comme il va être expliqué plus loin.Le fer 6 peut, par le moyen de la moulure 9 et de son contact au fond de la gorge 5 avec le manchon 3, échauffer ledit manchon 3 et par conséquent les tronçons de tube 1 et 2 par conducti bilité. La chaleur provenant du fer 6, l'échauffement sera d'autant plus faible que l'on s'éloigne dudit fer 6. Par conséquent, les extrémités du manchon 3 seront moins chaudes que sa partie centrale, au voisinage de la gorge 5. Le fer 6 chauffe aussi les extrémités des tronçons 1 et 2 par rayonnement. Comme le but recherché est d'appliquer un gradient de température allant en diminuant depuis le bout des tronçons 1 et 2 vers leur partie centrale, on conforme le fer 6, suivant des troncs de cône intérieurs 36, 37 qui sont divergents à partir de la moulure 9. Par conséquent, on comprend qu'au fur et à mesure qu'on s'éloigne de la moulure 9, la dis tance du fer 6 des tronçons de tube 1 ou 2 augmente progressivement Comme la chaleur transmise par rayonnement est inversement proportionnelle au carré de la dlstance, on conçoit que l'échauffement du bout des tronçons 1 et 2 soit dégressifs de la même manière. La machine déterminant les opérations de soudage et soutenant le fer 6, comprend un ensemble 10 (figure 5) de positionnement des tuyaux 17, 18 qui se compose essentiellement de deux étaux 13, 14 supportés en porte-à-faux par une colonne 20 fixée à au 14. L'étau 13 peut coulisser sur la colonne 20 mais ne peut pas tourner sur celle-ci à cause d'une clavette 21 fixée audit étau 13 et qui coulisse dans la rainure 22 creusée longitudinalement dans la colonne 20. A ltextrémité de la colonne 20, peut coulisser longitudinalement une bague 38 sur laquelle est articulée une biellette 12 elle-même articulée en 39 sur un levier 40 oscillant autour de l'axe 41. Un ressort hélicol- dal 11 est intercalé entre la bague 38 et l'étau 13.On comprend qu'en faisant osciller le levier 40 autour de ltaxe 41 on fait déplacer la bague 38 le long de la colonne 20 et, en même temps, on rapproche ou on éloigne l'étau 13 de l'étau 14. Le ressort 11 permet de doser l'effort entre les deux étaux. Les étaux 13 et 14 sont constitués de façon similaire chacun par deux mâchoires telles que 15, 16, à forme arquée, qui sont garnies de mordaches 19 en matière élastique permettant de serrer les tuyaux 17, 18. Evideninent, le diamètre des mordaches 19 correspond à celui des tuyaux 17, 18 et on peut les interchanger suivant les différents diamètres des tuyaux. Les deux mâchoires 15, 16 sont articulées autour de l'axe 42 et elles sont serrées l'une contre l'autre grâce à la vis 24 et ltécrou correspondant 241. En fait, la vis 24 est articulée sur un axe 23 solidaire de la mâchoire 16 tandis que l'autre mâchoire 15 présente une Sente dans laquelle peut se loger la vis 24 en oscillant autour de l'axe 23, le serrage des mâchoires s'effectuant par le serrage de l'écrou 241. Les tubes 17, 18 étant reliés par le manchon 3 qui lui-même est pincé dans sa gorge 5 par la moulure 9 et, en particulier, par son cran mâle 32 qui s'engage dans le cran femelle 33 du manchon 3, peuvent être serrés entre les mâchoires 15, 16 et les étaux 13, 14. alors que le levier 40 est relevé pour écarter au maximum les étaux 13, 14. En rabaissant le levier 40, on tire sur la biellette 12, on écrase le ressort il et on applique une poussée, dont l'effort dépend du ressort 11, tendant à rapprocher les deux étaux 13, 14, c'est-à-dire les deux tubes 17, 18. Un dispositif similaire relie les deux demi-fers 7, 8. li va maintenant être décrit. Les deux demi-fers 7, 8 sont maintenus en porte-à-faux sur une colonne 24. En fait, le demi-Ser 8 est fixé à l'extré- mité de la colonne 24 tandis que le demi-fer 7 peut coulisser sur ladite colonne. Toutefois il ne peut pas tourner par rapport à la colonne car il comprend une clavette 25 qui peut coulisser dans une rainure 26 creusée longitudinalemnt dans la colonne 24. Le demi-fer 7 est maintenu écarté du demi-fer 8 par un ressort hélicoidal 29. Toutefois, on peut le rapprocher du demi-fer 8 grâce à une biellette 28 qui est articulée en 43 sur le demi-fer 7 et en 44 sur le levier 27 qui oscille lui-meme autour de l'axe 45 sur le demi-fer 8.Ce système de biellette 28 et de levier 27 est conçu pour ne pas avoir de position d'équilibre c'est-à-dire que les trois points 43, 44 et 45 ne peuvent Jamais s'aligner si bien que, à cause du ressort 29, la biellette 28 a tendance à s'écarter de la colonne 24 au moment où les deux demi-fers 8, 7 sont rapprochés (figure 6). Pour empêcher cet écartement, on prévoit des crochets 301, 302 qui prennent appui sur l'un des demi-fers 7 ou 8, qui peuvent osciller autour des axes 46, 47 et qui sont rappelés par les ressorts 48, 49. Le levier 27 comporte des crochets correspondants 50, 51 qui coopèrent avec les crochets 301, 302 (figure 5). La longueur des crochets 301, 302 est prévue pour que les crochets puissent être actionnés par-les étaux 13, 14 lorsque ceux-ci se rapprochent l'un de l'autre. En se reportant à la figure 5 on voit que le mouvement de rapprochement des étaux appuie sur les crochets 301, 3M et que leur mouvement dégage des crochets 50, 51 en permetta..-#t le relèvement de la biellette 28 et du levier 27 sous l'effet du ressort 29 qui écarte alors les deux demi-fers 7J 8 en permettant la continuation du mouvement de rapprochement des deux tuyaux 17J 18 sous l'effet des étaux 13, 14 et du ressort 11. Le fonctionnement de la machine va maintenant être explique. Après avoir relie les tronçons ou extrémités 1 et 2 des tuyaux à souder 17, 18, en les emboîtant sur les extrémités du manchon 3, on chauffe les demi-fers 7, 8 à la température voulue que l'on peut contrôler, par exemple, en plaçant un thermomètre à l'intérieur d'un trou perçé dans le fer 6, ou encore à liaide d'un témoin-fusible. Ensuite on rapproche les deux demi-fers 7, 8 de façon que la moulure 9 vienne s'enga- ger dans la gorge 5 du manchon 3 et que le contact se fasse de façon étroite entre la moulure 9 et le manchon 3. Le rapprochement des demi-fers 7, 8 s'effectue par l'oscillation du levier 7 suivant la flèche 52 Jusqu'au moment où les crochets 51 de la biellette 28 viennent s'engager dans les crochets 301, 302.Dans cette opération on prendra soin que le cran mâle 32 de la moulure 9 vienne s'engager dans le cran femelle 33 du manchon 3 ce qui aura pour effet de positionner exactement le manchon et les tuyaux 17, 18 dans la partie médiane des demifers 7,8. Après avoir ouvert les mâchoires 15, 16 des étaux 13, 14, on place convenablement les tuyaux 17, 18 à l'intérieur des mordages 19 et on referme la mâchoire 15 que l'on serre aprbs avoir remis convenablement la vis 24 et serré les écroux 241. On rabat alors le levier 40 dans le sens de la flèche 53 en dépassant légèrement la position d'équllibre, c'est-à-dl- re eridepassant l'alignement du point d'articulation de la biellette 12 sur la bague 38 et les articulations 39 et 41. Cela a pour effet de comprimer le ressort 11 et d'exercer un effort de rapprochement des deux tuyaux 17, 18. La chaleur emmagasinée dans les demi-fers 7, 8 se communique à la moulure 9 et le manchon 3 par conductibilité. Cette meme conductibilité contribue a échauffer les extrémités 1 et 2 des tuyaux 17, 18. Par ailleurs, les surfaces tronconiques 36, 37 rayonnent vers les tronçons 1, 2. Il en résulte un ramollissement des extrémités de ces tronçons 1 et 2 qui, sous l'effet de l'effort axial du ressort 11, se rapprochent l'une de l'autre en s'emboîtant plus profondément sur le manchon 3. Au bout d'un certain temps, les extrémi- tés des tronçons 1 et 2 viennent en contact de la nervure 9, ce qui entrain la fusion de la matière au bout des tronçons et un écoulement de cette matière dans les espaces réservés de part et d'autre de la moulure 9, dans la gorge 5. SimultAnément, les deux étaux 13, 14 se rapprochent des crochets 301, 302 et viennent s'appliquer contre ceux-ci qui oscillent autour des axes 46, 47 et libèrent la biellette 28. Celle-ci ne retenant plus les demi-fers 7, 8, repoussés par le ressort 29, lesdits demi-fers 7, 8 s'écartent. Le dégagement de la moulure 9 est favorisé par une dépouille exécutée sur celle-ci. L'effort de rapprochement des deux étaux 13, 14 continuant d'être exercé par le ressort 11, les tronçons 1 et 2 continuent leurs rapprochements (figure 2) et viennent en contact l'un contre vautre pour se souder.Au cours de l'opé- ration de soudure, la gorge 5 e#st complètement remplie de la matière des tronçons de tubes 1 et 2 et les crans annelés 4 du manchon 3 s'incrustent dans la matière des tuyaux 17, 18 en formant ainsi un ancrage qui renforce la solidité du raccordement. La présence du manchon 3, abandonné à l'intérieur des tuyaux 17, 18, accroit sensiblement la qualité du raccordement. En effet, il empêche que le voisinage immédiat du cordon de soudure 54, qui constitue généralement un point de moindre résistance puisse être soumis à des efforts anormaux qui résulteraient de pliages excessifs effectués en ce point. Il faut remarquer que la vitesse de rapprochement des deux étaux 13, 14 est fonction de la vitesse de ramollissement des deux tronçons 1 et 2, c'est-à-dire de leur vitesse d'échauffement. Par conséquent la machine est auto-régulatrice, c'est-à-dire que le rapprochement complet pour soudure ne se fait que lorsque la matière des tuyaux 17, 18 s'est ramolie et a fondu suffisamment. REVENDICATIONS 10/ Procédé pour rabouter et souder des pièces en matière synthétique thermo-soudables, des tuyaux notamment,c a r a c t é r i s é par le fait qu'on emploie, pour relier les deux tronçons de pièce, une Jonction, genre éclisse ou manchon, en matière conductrice de la chaleur, dont la partie médiane est chauffée par contact avec un fer chaud qui a une forme divergente double à partir de cette partie centrale vers chaque extrémité de l'éclisse ou manchon, de manière à chauffer les extrémités des pièces suivant un gradient de température décroissant depuis le bout vers le corps de chaque tronçon, les tronçons de pièces étant animés d'un mouvement de rapprochement au fur et à mesure qu'ils s'échauffent et se ramolissent du fait, à la fois du contact avec la pièce de liaisonet du rayonnement du fer, celui-ci étant retiré, dans la phase finale, pour permettre, alors que les pièces continuent leur rapprochement, leur soudure bout a bout. 20/ Procédé, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que la Jonction présente des crans de retenue. 30/ Procédé, tel que défini dans la revendication 2, prévu plus spécialement pour des tuyaux, c a r a c t é ri s é par le fait qu'on utilise un manchon annelé, avec descrans de diamètre progressivement plus grand au fur et à mesure qu'on se rapproche de la partie centrale, et orientés en dents de scie penchées vers la partie centrale qui présente une rainure de positionnement'et d'appui pour le fer. 40/ Machine pour le raboutage et le soudage de pièces en matière synthétique thermo-soudables, pour appliquer le procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par la combinaison de moyens de maintien et de guidage de la pièce de liaison ainsi que de propulsion des tronçons, alliés àdes moyens de chauffage de l'ensemble à la température de soudage. 50/ Machine, telle que définie dans la revendication 4, destinée plus particulièrement au soudage de tuyaux c a r a c t é r i s é e par la combinaison - de deux demi fers annulaires immobilisant et chauffant la partie médiane du manchon ainsi que les extrémités des tronçons de tuyaux pour que la température décroisse au fur et à mesure quton s'éloigne de cette partie médiane, - avec un dispositif de maintien, de serrage et de propulsion des tronçons de tuyau constitués de deux étaux, un par tronçon, qui se rapprochent l'un de l'autre quand on tend un ressort et qui agissent, à l'approche de leur fin de course, sur un déclic déterminant la séparation des deux demi fers permettant l'entrée en contact et le serrage des deux bouts de tronçon échauffés et ramollis pour exécuter leur soudure, les deux demi fers annulaires étant liés mécaniquement au dispositif de maintien. 6 / Machine, telle que définie dans la revendication 5, c a r a c t é r i s é e par le fait qu'on utilise un fer annulaire en deux parties, séparées suivant un plan diamètral, avec une moulure centrale circulaire destinée à s'appliquer sur la partie médiane du manchon, ledit fer présentant une partie tronconique divergente partant de chaque côté, à la naissance de la moulure centrale et incorporant des moyens-de chauffage. 70/ Machine, telle que définie dans la revendication 6, c a r a c t é r i s é e par le fait que la moulure centrale du fer présente une dépouille, favorisant l'écartement des deux demi-fers, et des moyens de maintien en position du manchon. 80/ Machine, telle que définie dans la revendication 7, c a r a c t é r i s é e par le fait que le manchon comporte une rainure centrale avec un cran femelle coopérant avec un cran maie correspondant de la moulure du fer. 90/ Machine, telle que définie dans l'une ou l'autre des revendication 5 à 8, prise isolément, c a r a c t é r 1 s é e par le fait que le rapprochement des deux demi fers, comme celui des deux étaux, est déterminé par un levier articulé sur un-éldment et tirant sur une biellette articulée sur l'autre élément mais a) dans le cas des demi fers, le levier ne se rabattant pasà fond de course mais étant retenu, avec la biellette, par des crochets susceptibles d'être actionnés par la fin de course de rapprochement des étaux, pour libérer la biellette et le levier correspondant afin que les demi fers stécartent sous l'effet d'un ressort, b) dans le cas des étaux, le levier se rabattant au-delà de sa position d'équilibre instable en comprimant un ressort assurant le rapprochement progressif des étaux au fur et à mesure duramolissement des extrémités de tuyau et de l'avance de ceux-ci. 100/ Machine, telle que définie dans la revendication 9, c a r a c t é r i s é e par le fait que les demi-fers, comme les étaux, sont montés en porte aux sur chacun une colonne différente, soit une colonne pour les demi-fers et une colonne pour les étaux, de façon qu'ils puissent coulis ex longitudinalement sur ces colonnes mais ne pas pouvoir tourner autour de celles-ci, grâce à des cannelures ou analogues, de façon à ce qu'il reste toujours sur le même axe les uns par rapport aux autres.