Brevet FR2468460A1 — publié le 19810508

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de pièces métalliques, ce procédé permettant également la production d'un matériau plastique armé d'un composé métallique. Il est connu d'assembler des pièces métalliques ou de produire des matériaux composites, par collage, en utilisant des résines thermodurcissables (polyester, époxydes phénoliques, etc..). Cette technique permet de solidariser entre elles des pièces de dimensions, formes ou natures très diverses. Par exemple, il est ainsi possible de coller des métaux non soudables. Un autre avantage de ce procédé réside dans l'absence de contraintes mécaniques ou thermiques inhérentes aux assemblages mécaniques ou aux assemblages par soudure. Cependant, la réalisation de ces collages reste une opération délicate qui exige une préparation particulière des surfaces métalliques, un dosage précis de la composition et de la quantité de résine, des conditions d'ambiance convenables et enfin, le maintien sous pression des pièces à assembler pendant toute la durée de polymérisation de la résine. L'utilisation de résines polymérisant rapidement d température ambiante permet une simplification de ces opérations, mais ces résines présentent une assez faible résistance à la corrosion et ne possèdent pas une bonne tenue en température. Les produits composites, obtenus par collage de plaques métalliques au moyen de résines polymérisables, sont également difficiles à réaliser et leurs caractéristiques mécaniques restent limitées. Par exemple, ces produits compo- sites ne peuvent supporter des opérations d'usinage ou d'emboutissage et ont une faible élasticité. La présente invention propose un procédé d'assemblage de pièces en métaux ferreux permettant la production d'un matériau plastique armé qui ne présente pas les inconvénients cités ci-dessus. Plus précisément, le procédé d'assemblage selon l'invention permet la production d'un matériau composite, constitué d'éléments en métaux ferreux, tels que de l'acier et d'au moins une matière plastique, ce matériau composite pouvant être soumis à toutes les opérations conventionnelles d'usinage, telles que perçage, découpage, rabotage, emboutissage, etc... L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures annexées parmi lesquelles - les figures 1 et 2 montrent le principe de l'invention, - la figure 3 représente une variante, - la figure 4 illustre, en section, un exemple de produit composite obtenu en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, et - la figure 5 montre la réalisation d'une conduite semi rigide en matériau composite obtenu selon la méthode de l'invention. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement le principe selon l'invention, appliqué à l'assemblage de deux pièces 1 et 2 en métaux ferreux, et, par exemple, en acier. Les surfaces en vis à vis de ces pièces métalliques sont tout d'abord enduites d'un liant principal thermoplastique appliqué en couche mince d'épaisseur inférieure à 0,5 mm. Ceci peut être obtenu par tout procédé connu. Par exemple, après avoir été dégraissé, le métal est mis à nu et les surfaces des pièces 1 et 2 recouvertes d'une sous-couche primaire de très faible épaisseur (quelques microns) en résine époxyde protégeant le métal contre l'oxydation et favorisant l'accrochage de la couche du liant principal qui est déposée sous forme de polymère en suspension liquide, ou encore appliquée par fusion, par frittage, par projection, etc Dans la pratique, l'-épaisseur de la couche de liant principal dépend de la technique d'enduction utilisée. Elle est de l'ordre de 0,05 mm lorsque l'enduction est réalisée à l'aide de suspension liquide du polymère, ou d'environ 0, 3 mm lorsque l'enduction est faite par projection. Les deux pièces ainsi préparées sont pressées l'une contre l'autre, comme schématisé par les flèches de la figure 2, puis chauffées jusqu 'à une température suffisante pour provoquer la fusion des couches de liant principal 3. Température et pression sont choisies par le technicien pour éviter l'inclusion de bulles d'air entre les couches de liant principal, ainsi que des pertes de liant. De préférence, le chauffage est effectué aussi rapidement que possible, par tout moyen connu tel que chauffage en étuve, par air chaud, par induction, par infra-rouge, etc ... Lorsque le chauffage s'opère par radiations, on peut améliorer son efficacité en utilisant des matériaux thermoplastiques de couleur noire obtenue par adjonction au polymère d'une très faible teneur en carbone qui n'en altère pas les propriétés. Dans le cas où l'on désire assembler les deux pièces métalliques 1 et 2 en maintenant entre elles un écar tement supérieur à 0,1 mm, on procède de préférence comme représenté sur la figure 3. On interpose dans l'assemblage des pièces 1 et 2 préalablement enduites d'une couche de liant principal, une feuille d'épaisseur adéquate constituée d'un matériau thermoplastique compatible avec le liant principal afin de pouvoir être assemblé par fusion avec celui-ci, mais ayant, à l'état fondu, une viscosité plus faible que ce dernier dans les mêmes conditions physiques. L'épaisseur maximale de la feuille intercalaire 4 n1 est limitée que par les caractéristiques mécaniques -de l'assemblage que l'on désire obtenir. L'assemblage est alors effectué par fusion, soit du liant principal, soit du liant intermédiaire que constitue la feuille intercalaire 4 de thermoplastique. Pour cela, l'ensemble décrit précédemment est pressé, puis chauffé jusqu'à la valeur de température désirée. Selon une variante, dans le cas où la température de fusion du liant intermédiaire est inférieure à celle du liant principal, on peut opérer comme suit - on dépose la feuille intercalaire 4 en contact avec le liant principal de l'une des pièces 1 ou 2, - on chauffe par tout moyen connu pour provoquer la fusion du liant intermédiaire, puis - on applique en pressant la seconde pièce métal lique, qui est déjà recouverte d'une couche de liant principal. Le procédé d'assemblage selon l'invention permet de réaliser aisément des produits composites constitués par l'assemblage de semi-produits formés de plaques en mé taux ferreux préalablement recouvertes sur une au moins de leurs deux faces d'une couche de liant principal entre lesquels sont éventuellement interposées des feuilles plus ou moins épaisses de liant intermédiaire. On peut obtenir ainsi des produits composites dont les caractéristiques mécaniques sont adaptées aux utilisations auxquelles les pièces réalisées sont destinées. Par exemple, et comme schématisé sur la figure 4, on peut réaliser un produit composite dont la section droite présente une succession de couches métalliques; les premières sont de faible épaisseur dans l'axe de la section (couches métalliques 5, 6, 7) et d'épaisseur plus importante lorsqu'on s'éloigne de cet axe (couches métalliques 8 à 13), tandis que les épaisseurs varient de façon inverse pour les couches plastiques qui sont plus épaisses à proximité de l'axe de la section. Outre le gain de poids obtenu, le produit composite ainsi réalisé présente des avantages certains par rapport aux produits composites fabriqués selon les procédés antérieurement connus - ils peuvent être soumis à toutes les opérations d'usinage, telles que perçage, découpage à la cisaille, etc .... - ils peuvent être mis en forme par emboutissage, - ils présentent une bonne souplesse, sont résistants à la corrosion et assurent une bonne isolation thermique et électrique, - les caractéristiques mécaniques dépendent essentiellement de celles des couches métalliques, - leur tenue en température est liée à celle des plastiques utilisés, - l'assemblage des pièces peut être réalisé par le même pro cédé, etc... Les couches de liant principal sont réalisées en un polyamide et, de préférence, en polyamide 11 ou 12, et les couches de liant intermédiaire en polyoléfine ou en polyamide. Eventuellement, le liant principal peut être constitué de polyfluorure de vinylidène. Dans ce cas, le liant intermédiaire peut être un polymère fluoré (polyté- trafluoroéthylène, polychlorotrifluoroéthylène, polyfluorure de vinylidène et leurs copolymères). Les produits composites obtenus peuvent avoir diverses applications dans le domaine du transport automobile, aérien ou maritime (fabrication de carosserie, etc ...), du bâtiment (fabrication de profilés, plaques isolantes, etc ...) etc ... La figure 5 représente schématiquement la réalisation d'une canalisation semi-rigide utilisable dans le domaine pétrolier. Sur un mandrin, non représenté, on enroule héli codalement, une bande 14 en acier inoxydable recouverte d'un polyamide 11 ou 12 sur ses deux faces. Eventuellement, on recouvre cette bande par l'enroulement hélicoïdal d'une feuille 15 de polypropylène. Puis, une bande métallique 16, recouverte également d'un polyamide 11 ou 12 est enroulée hélicoîdalement avec un angle d'inclinaison opposé à celui de l'enroulement de la bande métallique 14. Un élément chauffant 17 assure la fusion du matériau thermoplastique juste avant la pose du second enroulement 17. En réalisant un nombre suffisant d'enroulements de bandes métalliques, on obtient un tube semi-rigide présentant une grande résistance à la corrosion, supportant bien la pression interneou externe et constituant un excellent oléoduc ou gazoduc, particulièrement bien adapté à la pose en mer profonde. l Dans tout ce qui précède, on s'est référé à l'assemblage de plaques métalliques planes, mais il est évident qu'il est également possible d'assembler entre elles des plaques préalablement embouties et présentant des formes complémentaires. REVEND I CATI ON S 1. - Méthode d'assemblage d'au moins deux éléments en métal ferreux, caractérisée en ce que - par tout procédé connu, on fait adhérer sur les surfaces métalliques de ces éléments une couche de liant principal constitué d'un-matériau thermoplastique, - on chauffe pour provoquer la fusion du liant, - on maintient en contact sous une pression déterminée les couches de liant principal des deux éléments pendant le refroidissement du liant. 2. - Méthode d'assemblage d1au moins deux éléments en métal ferreux, caractérisée en ce que pay tout procédé connu, on fait adhérer sur les surfaces métalliques de ces éléments une couche de liant principal constitué d'un matériau thermoplastique, - on interpose entre les deux éléments recouverts de liant principal une feuille de liant intermédiaire constitué d'un matériau thermoplastique compatible pour être assem blé par fusion au liant principal, ce liant intermédiai re ayant à l'état fondu une viscosité plus faible que celle du liant principal dans les mêmes conditions physi ques, - on chauffe pour provoquer au moins la fusion du liant intermédiaire, et - on maintient en contact les couches de liant principal avec la couche de liant intermédiaire pendant le - refroidissement. 3. - Méthode selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'opération de chauffage est réalisée avant le rapprochement des deux éléments. 4. - Méthode selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'opération de chauffage est réalisée après le rapprochement des deux éléments. 5. - Produit composite obtenu par la mise en oeuvre de la méthode selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une succession alternée d'éléments en métal ferreux et de couches en matériau thermoplastique comprenant au moins un liant principal. 6. - Produit composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche en matériau thermoplastique est constitué d'un liant principal et d'un liant intermédiaire compatible pour être assemblé par fusion avec le liant principal, la viscosité à l'état fondu du liant intermédiaire étant, dans les mêmes conditions physiques, inférieure à celle du liant principal. 7. - Produit composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que le liant principal est choisi parmi les polyamides 11 et 12. 8. - Produit composite selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le liant intermédiaire est constitué par un polyamide. 9. - Produit composite selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le liant intermédiaire est constitué par une polyoléfine. 10. - Produit composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que le liant principal est constitué d'un polyfluorure de vinylidène. 11. - Produit composite selon les revendications 6 et 10, caractérisé en ce que le liant intermédiaire est un polymère fluoré.