Brevet FR2444864A1 — publié le 19800718

La présente invention est relative aux joints de tuyauterie et concerne plus particulièrement les éléments de tuyauterie entrant dans la constitution de ces joints et comprenant d'une part un emboîtement en polyoléfine et d'autre part une garniture annulaire d'étanchéité constituée d'un bourrelet de serrage étanche d'un bout uni introduit dans l'emboîtement, d'un talon de fixation étan- che de la garniture sur l'emboîtement et d'un voile de liaison souple et déroulant qui converge du talon au bourrelet. L'invention s'applique notamment aux manchons de raccordement des tuyaux d'amiante-ciment à deux bouts unis, car ce type de garniture accepte bien les déviations angulaires et les désalignements des deux bouts unis ainsi que leurs Irrégularités de surface et leurs variations de forme et/ou de dimension circonférentielle. Dans ce type de joints, aux fortes pressions, la garniture a tendance à être expulsée vers l'extérieur de l'emboîtement. De plus, l'introduction du bout uni dans l'emboîtement à travers le bourrelet de la garniture, lors du montage du joint, risque d'entraîner cette garniture vers le fond de l'emboîtement. L'invention a pour but principal de fournir un élé- ment facile et économique à réaliser qui permette de garantir à la fois le maintien axial de la garniture dans les deux circonstances ci-dessus et l'étanchéité entre le talon et l'emboîtement. A cet effet, l'invention a pour objet un élément de tuyauterie du type précité, caractérisé en ce que la garniture est en caoutchouc éthylène-propylène-diène-méthylène vulcanisé au soufre ou avec un donneur de soufre, et en ce que son talon est soudé directement à une surface de l'em- boitement et est muni d'au moins une levre d'étanchéité supplémentaire appliquée contre ce dernier. L'invention constitue une application nouvelle du principe de liaison décrit dans le brevet FR 2 371 628. Le talon peut avoir la forme d'une collerette plane mince appliquée sur la totalité de la face extérieure d'une collerette radiale de l'emboitement et soudée à cette face, ou encore avoir une section en U chevauchant une telle collerette radiale et soudée sur la face radialement intérieure de cette dernière. L'invention a encore pour but divers procédés de fabrication d'éléments de tuyauterie tels que définis cidessus. Dans ces procédés, on met en place le talon contre ladite surface de soudage de l'emboîtement, puis on provoque la thermofusion de cette surface en maintenant une poussée du talon contre elle. Dans une première variante, pour obtenir la chaleur nécessaire au soudage, on applique au talon des ultrasons de façon que ceux-ci se transmettent à travers le caoutchouc et provoquent une vibration de friction à l'interface entre le caoutchouc et la polyoléfine, jusqu'à fusion de la couche superficielle de polyoléfine. Dans une deuxième variante, on applique sur le talon un élément chauffant au droit de la surface de soudage , de façon à transmettre de la chaleur à cette surface à travers l'épaisseur du caoutchouc. On peut enfin, dans le cas où le talon a une section en U, alimenter en courant électrique une résistance interposée entre le fond du U et la face radialement intérieure de la collerette de l'embotte- ment, ce jusqu'à fusion de la couche superficielle de polyoléfine. D'autres caractéristuques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un manchon de raccordement comprenant deux éléments de tuyauterie conformes à l'invention; la Fig. 2 représente à plus grande échelle un détail du manchon de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue analogue mais partielle illustrant un stade de la fabrication du manchon de la Fig. 1; la Fig. 4 est une vue partielle en coupe axiale d'une variante de ce manchon; la Fig. 5 est une vue analogue à la Fig. 3 qui illustre un stade de la fabrication d'une variante du manchon de la Fig. 4; la Fig. 6 représente à plus grande échelle un détail du manchon de la Fig. 5. Le manchon de raccordement 1 représenté à la Fig. 1 est destiné à raccorder de façon étanche deux tuyaux en amiante--ciment, dont un seul a été représenté, terminés à chaque extrémité par un bout uni 2 à surface extérieure rugueuse. Ce bout uni a été représenté parfaitement centré sur l'axe X-X du manchon mais, en pratique, il est dévié et/ou décalé par rapport à cet axe, et/ou plus ou moins ovalisé et de diamètre extérieur différent de sa valeur nominale. Le manchon 1 a une forme générale tubulaire et est moulé d'une seule pièce en une polyoléfine, par exemple en polypropylène. Il est symétrique par rapport à son plan médian, qui est matérialisé par une collerette radiale interne 3. Cette collerette 3 limite la pénétration des bouts unis 2 de part et d'autre du manchon et permet leur positionnement longitudinal. De plus, elle évite l'entrée en contact l'une avec l'autre des faces d'extrémité des deux tuyaux et leur détérioration. Le manchon 1 possède de plus à chaque extrémité une collerette radiale intérieure 4 à faces radiales intérieure 5 et extérieure 6 dont la hauteur, limitée par une surface cylindrique 7, est inférieure à celle de la collerette 3. Deux rainures circulaires d'axe X-X, intérieure 8 et extérieure 9, sont prévues dans la face 6 de chaque collerette 4.Ces rainures ont une section rectangulaire à grand côte orienté suivant le rayon du manchon 1. Ainsi, le manchon 1 définit deux emboitements symétriques 10, de part et d'autre de la collerette 3. Chaque emboîtement la est muni d'une garniture 11 qui est cons tituée d'un talon 12, d'un bourrelet massif 13 et d'un voile 14 tronconique au repos et convergent vers le fond de l'emboîtement, reliant le talon au bourrelet.Cette garniture est moulée d'une seule pièce en caoutchouc éthylène-propylène-diène-méthyîène (EPDM) vulcanisé au soufre ou en présence d'un donneur de soufre tel qu'un mercaptan Le talon 12 a la forme d'une collerette plane en saillie vers l'extérieur sur l'extrémité de grand diamètre du voile 14. Son épaisseur,uniforme,peut être supérieure ou inférieure à celle de ce voile, et ses diamètres extérieur et intérieur sont respectivement égaux à ceux de la collerette 4 du manchon. Sur la face axialement inté- rieure 15 du talon 11 font saillie deux lèvres 16, 17 circulaires situées respectivement au droit des rainures 8 et 9. La lèvre 16 est convergente tandis que la lèvre 17 est divergente; elles ont chacune une section à peu près triangulaire et une hauteur supérieure à la profondeur des rainures 8 et 9, comme représenté en traits mixtes à la Fig. 2. Dans le bourrelet 13 de la garniture 11 est incorporé, au moment du moulage de la garniture, un ressort 18 de serrage élastique du bout uni. Ce ressort 18 est un ressort hélicoïdal dont les spires extrêmes ont été réunies, de façon à lui donner une forme de tore, puis dont toutes les spires ont été couchées les unes sur les autres. La face radialement interne du bourrelet 13 présente, à la façon connue, une rainure annulaire 19 en équerre séparant deux nervures annulaires 20 dont les arêtes fines d'appui 21 ont un diamètre très inférieur au diamètre extérieur minimal du bout uni 2. Un tel bourrelet assure une excellente étanchéité même si, comme on l'a représenté, les bouts mâles à réunir ont une surface externe rugueuse, ce qui est notamment le cas des tuyaux en amiante-ciment. Le voile 14 est un tronc de cône d'angle au sommet de l'ordre de 450, d'épaisseur faible et uniforme,qui relie l'extrémité radialement intérieure du talon 12 à la naissance des nervures 20 du bourrelet 13. Pour fixer la garniture 11, on l'introduit axialement dans le manchon jusqu'à ce que la face 15 du talon soit appliquée sur la face 6 de la collerette 4. A la fin de ce mouvement, comme on le voit à la Fig. 2, les arêtes d'extrémité 22 des lèvres 16 et 17 sont repoussées par le fond des rainures 8 et 9 respectivement radialement vers 1' inté- rieur et radialement vers l'extérieur, jusqu'à se bloquer dans les coins correspondants des rainures en maintenant les deux lèvres sous flexion. On applique ensuite avec une force axiale modérée (quelques g/cm2) sur la face radiale libre du talon 12 (Fig. 3) un anneau 23 relié à une source d'ultrasons (non représentée), connu sous le nom de sonotrode. Lorsque cette source d'ultrasons est mise en fonctionnement, les vibrations produites sont transmises par la masse du talon 12 jusqu'à l'interface entre la face interne 15 de celui-ci et la face externe 6 de la collerette radiale 4 du manchon 1. A cette interface, les vibrations entraînent des frictions alternatives entre les deux surfaces en présence et provoquent un échauffement qui produit à son tour une fusion superficielle de la polyoléfine constituant le manchon .Lorsqu'une fusion suffisante de ce matériau est atteinte, la source d'ultrasons est arrêtée, et on maintient la pression axiale de l'anneau 23 contre le talon 12 de la garniture pendant le refroidissement, qui peut être soit naturel, soit accéléré. On obtient ainsi une sorte de thermosoudure l'une sur l'autre des faces 15 du talon et 6 du manchon. En pratique, la fusion superficielle de la polyoléfine est obtenue en quelques secondes. Pendant le fonctionnement de la sonotrode, les vibrations ultrasonores se propagent également par les lèvres 16 et 17. Il se produit donc également une soudure des arêtes 22 dans les rainures 8 et 9. Lorsqu'un bout uni 2 est introduit dans le manchon jusqu 'à buter contre la collerette 3, il tend à entraîner la garniture 11 en raison du fort serrage qu'exerce sur lui le bourrelet 13. Le dimensionnement est tel que le voile 14 possède un jeu radial notable entre le bout uni et la collerette 4. La garniture a de plus tendance à être expulsée du manchon lorsque le fluide véhiculé est sous forte pression et provoque le déroulement du voile 14 autour de la racine du talon 12 et le recul du bourrelet 13 sur le bout uni. Cependant, l'expérience montre qué la liaison soudée décrite ci-dessus entre le talon 12 et la collerette 4 est suffisante pour résister à l'arrachement lorsque ces sollicitations se produisent.Il est à noter que ce résultat est atteint même si on n'a pas pris la précaution de nettoyer au préalable la surface du talon 12 destinée à être soudée. Toutefois, il peut arriver que la liaison caoutchoucpolyoléfine ne soit pas parfaite sur toute la périphérie. Ceci n'a pas d'importance, car ce n'est pas sur cette liaison que repose l'étanchéité entre la garniture et le manchon, mais sur les lèvres 16 et 17: dans tous les cas, celles-ci garantissent l'étanchéité aussi bien vis-à-vis de la pression intérieure (lèvre 16) que de la pression extérieure (lèvre 17). Il est à noter que si seule une de ces pressions est à considérer ( par exemple la pression extérieure ) , on peut supprimer l'une des deux lèvres 16 et 17 ( la lèvre 16 dans cet exemple ). Les Fig. 4 à 6 montrent une variante de l'invention qui diffère de celle des Fig. 1 à 3 par la forme du talon 12a;celui-ci a une section en U à branches intérieure 16a intérieure 16a et extérieure re 17a effilées réunies par une me 24.Le profil intérieur du U épouse exactement ~lui de l'extrémité radialement interne de la collerette 4a du manchon,dont les deux faces radiales 5,6 sont reliées par un tronc de cone 7a qui converge vers le fond de l'eiboStement suivant le même angle que le voile 14 de la garniture.L'rne 24 prolonge en fait ce voile 14,et sa surface supérieure 24a est thermosoudee sur le tronc de cone 7a pour fixer axialement la garniture, tan 16a et 17a forment dis que les branches 16a et 17a forment des lèvres s ap- pliquant élastiquement sur les deux faces de la collerette 4a pour assurer l'étanchéité entre la garniture et le manchon. Comme représenté à la Fig. 4, la soudure peut être réalisée au moyen d'une ou plusieurs spires de fil métal lique 25 formant résistance électrique interposées entre le fond 24 du U et le tronc de cône 7a, à peu près à mi longueur de ceux-ci, et reliées à un générateur de courant électrique. Dans ce cas, il est également souhaitable d'exercer une compression du talon de la garniture sur la face 7a associée de la collerette 4, ce qui peut être réalisé par enfoncement dans le cône défini par le voile 14 de la garniture dun~cne de compression non représen té. Ceci permet en outre de rattraper l'ovalisation éven tuelle du manchon. Le fil 25 peut être soit porté au préalable par la surface 24aou 7a et/ou noyé dans l'elé ment moulé correspondant, soit disposé à l'emplacement indiqué juste avant l'introduction de la garniture dans le manchon. La variante des Fig. 5 et 6 est analogue à celle de la Fig. 4, mais le fil 25 n'y figure pas. par contre, des aspérités, par exemple des stries circulaires 26, sont prévues dans la face tronconique 7a de la collerette 4a. L'apport de chaleur nécessaire au soudage est fourni à travers ltepaisseur du caoutchouc par un cône chauffant 27 de même angle que la surface 7a appliqué contre la face intérieure du talon 12 et du voile 14. Les stries 26 amé livrent encore l'accrochage du talon sur la collerette 4a. Le cône 27 peut être chauffé par tout moyen approprié, par exemple par une résistance électrique interne ou par un chauffage préalable. On règle l'apport de chaleur de façon à obtenir à l'interface caoutchouc-poîyoléfine une température au moins égale à la température de début de fusion de la polyoléfine, qui est de l'ordre de 180 à 220 C, et inférieure à la température de dégradation du caoutchouc, qui est de l'ordre de 3000C. Des essais satisfaisants ont été effectués avec un cône porté à 2800C appliqué pendant une minute sur un talon dont l'épaisseur au droit de la collerette 4a était de 2 mm. Le cne 27 assure, en même temps que le chauffage, un bon maintien en position de la garniture et la compression du talon contre la collerette 4a comme décrit précédemment à propos de la Fig. 4 Dans chacun des exemples ci-dessus, la collerette médiane 3 peut avoir d'autres configurations que celle représentée. Elle peut notamment être constituée de segments inclinés comme décrit dans le brevet FR 2 292 917. De plus, le talon de la garniture peut avoir d'autres formes que celles représentées et être soudé sur n'importe quelle partie appropriée du manchon, par exemple contre a une tranche d'extrémité dépourvue de collerette 4 ou 4a. - REVENDICATIONS 1.- Elément de tuyauterie constitutif d'un joint, du type comprenant d'une partun emboitement en une polyoléfine et d'autre part une garniture annulaire d'étanchéité constituée d'un bourrelet de serrage étanche d'un bout uni introduit dans l'emboîtement, d'un talon de fixation étanche de la garniture sur l'emboîtement et d'un voile de liaison souple et déroulant qui converge du talon au bourrelet, caractérisé en ce que la garniture (11) est en caoutchouc éthylène-propylène-diène-méthylène vulcanisé au soufre ou avec un donneur?desoufre,et en ce que son talon (12, 12a) est soudé directement à une surface (6;7a) de l'emboîtement (10) et est muni d'au moins une lèvre d'étanchéité supplémentaire (16, 17;; 16a, 17a)appliquée contre ce dernier. 2,- Elément de tuyauterie suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le talon (12; 12a) possède deux lèvres d'étanchéité (16, f71 16a, 17a3 agissant sur l'em- boitement (10) vis-à-vis de la pression extérieure et de la pression intérieure respectivement. 3.- Elément de tuyauterie suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le talon (12) a la forme d'une collerette plane mince appliquée sur la totalité de la face extérieure (6) d'une collerette radiale (.4) de l'emboîtement (10) et soudée à cette face 4*- Elément de tuyauterie suivant les revendications 2 et 3 prises ensemble, caractérisé en ce que ladite face extérieure (6) présente deux rainures circulaires (8,9) dans lesquelles sont reçues et s'appliquent les deux lèvres (16, 17) qui font saillie sur la face (15) du talon (12) appliquée contre cette face extérieure (6). 5.- Elément de tuyauterie suivant l'une des reven a dications 1 et 2, caractérisé en ce que le talon (12a) est soudé sur la face radialement intérieure (7a) d'unecolle- rette radiale (4a) de l'emboîtement (10). 6.- Elément de tuyauterie suivant les revendications 2 et 5 prises ensemble, caractérisé en ce que le talon (2a) a une section en U, les deux lèvres (16a, 17a > constituant les deux branches du U et s'appliquant sur les deux faces radiales (5, 6) de ladite collerette (4a). 7.- Elément de tuyauterie suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la face radialement intérieure (7 ) de ladite collerette (4a) présente des aspérités (26). 8.- Elément de tuyauterie suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'une résistance électrique (25) pouvant être alimentée en courant électrique est interposée entre la face radialement intérieure (7a) de ladite collerette (4a) et la surface associée (24 a )du talon (12 a > . 9.- Manchon de raccordement pour tuyaux à bout uni, caractérisé en ce qu'il comprend deux éléments de tuyauterie (10" suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 et,à mi-longueur, une collerette radiale intérieure (3) de butée IO.- Procédé de fabrication d'un élément de tuyauterie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on met le talon en place contre ladite surface de soudage de l'emboîtement, puis l'on applique à ce talon des ultrasons de façon que ceux-ci se transmettent à travers le caoutchouc et provoquent une vibration de friction à l'interface entre le caoutchouc et la po1yo1éfine,jùsqu#à à fusion de la couche superficielle de polyoléfine, ceci en maintenant une poussée du talon contre ladite surface de soudage. 11.- Procédé de fabrication d'un élément de tuyauterie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on met le talon en place contre ladite surface de soudage de l'emboîtement, puis on applique sur ce talon un élément chauffant, au droit de cette surface, de façon à transmettre de la chaleur à cette surface à travers l'épaisseur du caoutchouc. 12.- Procédé de fabrication d'un élément de tuyauterie suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'on met le talon en place contre ladite collerette de l'embol- tement, puis on alimente la résistance en courant électrique jusqu'à fusion de la couche superficielle de polyoléfine. 13.-Procédé suivant lunedesrevendications 11 et 12, caractérisé en ce que, pendant le chauffage et pendant le refroidissement, on maintient une poussée du talon contre ladite surface de soudage de l'emboîtement.