Brevet FR2490627A1 — publié le 19820326

L'invention a pour objet un procédé pour l'assemblage étanche aux liquides et aux gaz d'éléments de construction en céramique et en métal fritté. Dans les pièces de raccord, utilisées par exemple dans les pompes et constituées par une bague en céramique et par un culot en acier, ces deux éléments de construction sont habituellement reliés par une manchette en caoutchouc pour rendre l'assemblage étanche aux liquides et aux gaz. Cela nécessite, d'une part, une opération de montage spéciale pour réaliser cet assemblage et, d'autre part, de tels éléments de construction ne peuvent pas être mis en application à des températures élevées ou dans des milieux qui détruisent la manchette en caoutchouc. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients mentionnés précédemment et concerne à cet effet un procédé du type ci-dessus caractérisé en ce qu'on introduit un élément en céramique terminé de frittage dans un renfoncement d'un corps comprimé en acier à fritter subissant un retrait lors du frittage et on fritte ensuite l'ensemble. Par rapport aux procédés connus, le procédé conforme à l'invention a pour avantage de rendre inutile une opération de montage supplémentaire pour assembler la bague en céramique avec le culot en acier fritté. En outre, les éléments de construction ainsi fabriqués peuvent être mis directement en service à des températures élevées et, ce qui est important précisément pour des pompes, dans des milieux vis- & vis desquels un élément d'étanchéité en caoutchouc ne serait pas résistant. Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux et des perfectionnements du procédé conforme à l'invention. Il s'est révélé particulièrement judicieux-d'utiliser un acier à fritter Fe-Si-P avec des teneurs en poids de 1,75 /0 Si et 0,5 * P, le reste étant constitué par Fe. Dans le procédé, on opère en général de façon telle, en conservant l'exemple d'une bague, qu'on introduit une bague en céramique terminée de frittage dans un renfoncement d'un corps comprimé en acier à fritter subissant un retrait lors du frittage. Il est clair que pour l'introduction un jeu de mise en place est nécessaire, au moins en cours de fabrication, pour que cette opération d'introduction soit la plus simple possible.On a constaté que pour un jeu d'introduction égal à 0, pour lequel le diamètre extérieur de la bague en céramique est égal au diamètre intérieur du renfoncement, le métal fritté devait présenter, après achèvement du frittage, un retrait linéaire de 0,8 %. Or, en pratique, le jeu doit être différent'de zéro, c'est-à-dire que le diamètre extérieur de la bague en céramique doit être un peu plus faible que le diamètre intérieur du renfoncement.Il en résulte que le retrait linéaire du métal fritté doit, après achèvement du frittage,être supérieur à 0,8 c/o. Le remplissage des vides de la partie en métal fritté doit être supérieur ou égal à 92 % pour garantir l'étanchéité aux-gaz. En conséquence, il est clair, sans autres explications, qu'on doit dans ce procédé respecter des rapports déterminés entre les dimensions des éléments à assembler avant le frittage du culot en acier fritté. Ces rapports seront indiqués plus loin, dans un exemple. Il est en outre nécessaire que les deux surfaces des éléments à assembler venant en contact l'une avec l'autre, soient, dans toute la mesure du possible, lisses et uniformes, pour qu'il y ait le plus grand nombre possible de points de contacts. En fait, plus les forces développées lors du frittage sont réparties de façon uniforme, plus le retrait peut être grand et plus l'assemblage entre. les deux éléments est satisfaisant. Cependant, le retrait admissible dépend en outre de la forme géométrique de l'élément métallique fritté, comme cela sera encore exposé plus loin. Il est clair que, pour obtenir un assemblage étanche aux gaz, il faut respecter très exactement les rapports de dimensions entre le diamètre intérieur et l'épaisseur de paroi du logement en acier fritté, ainsi que le rapport du diamètre extérieur de la bague en céramique au retrait linéaire. En effet, si le retrait est trop faible, la bague en céramique n'est pas montée de façon étanche aux gaz. Par contre, si le retrait est trop grand, la partie supérieure du logement en acier fritté bascule vers l'extérieur en fonction de l'épaisseur de paroi de ce logement. Il en résulte que la surface commune entre la bague en céramique et le logement en acier fritté est trop faible et donc, que l'étanchéité aux gaz de l'assemblage n'est plus garantie. Pour chaque élément, il y a un optimum qui doit être déterminé par des essais. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et du dessin annexé représentant un exemple de réalisation de l'invention. Dans ce dessin, la figure unique est une vue en coupe d'un élément en acier fritté avec bague en céramique insérée. Un élément en acier fritté 1 présente à son extrémité inférieure un renfoncement dans lequel est disposée une bague en céramique 2. Un assemblage étanche aux gaz et aux liquides doit être réalisé entre la bague en céramique et l'élément en acier fritté. En tant qu'acier fritté, pour l'élément 1, on a choisi un acier fritté Fe - Si - P avec des teneurs en poids de 1,75 o/o Si et 0,5 O/o P. La bague en céramique 2 est constituée en oxyde d'aluminium terminé de frittage. Pour réaliser l'assemblage étanche aux liquides et aux gaz entre cesdeux éléments, on introduit la bague en céramique 2 terminée de frittage avec un certain jeu dans le regfoncement de l'élément 1 qui n'est pas encore fritté. L'ensemble est ensuite fritté à 11500 C pendant une durée de 60 minutes. On a ainsi obtenu une densité de l'élément en acier fritté de 7,3 g/cm3 et il s'est produit un retrait linéaire de 1,8 yO. Au lieu de l'alliage mentionné ci-dessus, on peut aussi utiliser, par exemple, un alliage de frittage avec des teneurs en poids de 3 % Mo, 3 o/o Ni, 0,45 % P et le reste en Fe. Pour montrer comment sont exactement déterminés les rapports de dimensions entre le diamètre intérieur et l'épaisseur de paroi du logement en acier fritté ainsi que le diamètre extérieur de la bague en céramique, ces relations sont précisées dans la suite par deux séries d'essai effectuées sur un exemple avec des dimensions tout à fait particulières. Ces précisions montrent en outre comment on peut trouver de façon simple les rapports de dimensions optimaux pour d'autres formes géométriques de l'élément en métal fritté. Dans les séries d'essais, la bague en oxyde d'aluminium avait toujours les mêmes cotes finies suivantes : 27, 17 mm de diamètre extérieur, 17, 2 mm de diamètre intérieur et 4 mm de hauteur. Pour l'élément en acier fritté, on a choisi dans la première série d'essais un diamètre extérieur Da de 39 mm, tandis que le diamètre intérieur Di a varié de 2793 à 27,6 mm. Dans la seconde série d'essais, on a choisi un diamètre extérieur Da de 36 mm, tandis que le diamètre intérieur Di a varié de 27,3 à 27,5 mm. Le tableau indique les résultats de ces deux séries d'essais. L'étanchéité i l'assemblage a été contrôlée en refoulant de l'air ou de l'eau dans la zone d'assemblage et en mesurant le temps écoulé jusqu'à la première sortie du fluide d'épreuve de l'autre côté. Dans la partie du tableau intitulée "Durée de sollicitation à la pression en minutes", on a reporté ce temps ou le signe " " ou encore le signe "+". Le signe moins signifie que le-fluide d'épreuve s'est écoulé immédiatement à travers la zone d'assemblage, tandis que le signe plus signifie que le fluide d'épreuve n'était pas sorti de la zone d'assemblage au bout d'un temps d'épreuve de cinq minutes. D'une façon générale, les résultats montrent que les conditions d'étanchéité aux liquides sont bien moins critiques que les conditions d'étanchéité aux gaz. Pour l'étanchéité aux liquides, il suffit que la différence entre le diamètre extéieur de la bague en céramique et le diamètre intérieur du renfoncement ne soit pas trop grande car, dans le cas contraire,ilnese produit pas de véritable assemblage entre les deux éléments. Par contre, à partir des résultats d'essais sous pression d'air, on voit que la sensibilitéCaux conditions de dimensions est très grande. Ainsi, la série d'essais effectuée avec Da = 39 mm montre que le diamètre intérieur Di de 27,3 mm constitue un optimum.Avec des diamètres intérieurs plus grands, l'étanchéité aux gaz devient toujours plus mauvaise par suite de l'importance du jeu, jusqu'à ce que, pour un diamètre intérieur de 27,6 mm, il n'y ait finalement plus aucun assemblage entre la bague et le culot. Si l'on compare ces résultats à ceux de la série d'essais avec un diamètre extérieur Da de 36 mm, on voit que dans ce cas l'optimum est atteint pour un diamètre intérieur Di de 27,4 mm. Par conséquent, pour une épaisseur de paroi plus faible, il faut un jeu plus grand car pour un jeu plus faible, l'effet mentionné précédemment et suivant lequel le renfoncement est en partie écarté par les forces dues au retrait se produit. Il n'y a plus alors une surface d'assemblage suffi sante entre la bague en céramique et l'élément en acier fritté. TABLEAU Résultants des deux séries d'essais Corps d'essais Durée de la sollicitation à la pression en Da Di minutes Avec une pression Avec une pression d'eau d'air de de 1 bar 2 bars 1 bar 2 bars 4 bars 39 27,-3 + 0,5 + + + 39 27,35 1,5 - + + + 39 27,4 1 - + + + 39 27,5 0,5 L + + + 39 27,6 aucun assemblage entre bague et culot 36 27,3 0,2 - + + + 36 27,4 + 0,5 + + + 36 2795 0,5 + + + REVENDICATIONS 1.- Procédé pour l'assemblage étanche aux liquides et aux gaz d'éléments de construction en céramique et en métal fritté, caractérisé en ce qu'on introduit un élément en céramique (2) terminé de frittage dans un renfoncement d'un corps comprimé (1) en acier à fritter subissant un retrait lors du frittage et on fritte ensuite l'ensemble. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on utilise un acier fritté avec remplissage des vides supérieur ou égal à 92 /0 à l'état terminé de frittage et un retrait linéaire supérieur à 0,8 . 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on choisit un retrait du métal fritté d'autant plus grand que le jeu entre la surface de limitation extérieure de l'élément en céramique et la surface de limitation intérieure du renfoncement est plus grand. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on çhoisit le jeu entre la surface de limitation extérieure de l'élément en céramique et la surface de limitation du renfoncement d'autant plus grand que l'épaisseur de paroi de l'élément constituant le renfoncement du corps comprimXé en acier à firtter est plus petite. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise un acier à fritter Fe - Si - P avec des teneurs en poids de 1 ,75 % Si et 0,5 % P, le reste étant- constitué par Fe.