Brevet FR2503020A1 — publié le 19821008

La présente invention a trait à un nouveau type de raccords électrosoudables, dits R B S, en ratière thermoplastique; par matière thermoplastique on entend notamment les polyoléfines, telles le polyéthylène, en particulier haute densité (PEaD) et le polychlorure de vinyle (PVC); ainsi qu'à la fabrication des dits raccords. Dans le domaine de la distribution des fluides (sous moyenne pression, tels eau et gai, les matières plastiques tendent de plus en plus à se substituer aux matériaux métalliques traditionnels en raison de l'économie qu'elles procurent et de leurs propriétés remar tuables constituées par leur inertie chimique, leur absence de corro sion et la facilité de mise en oeuvre. Les canalisations enterrées sont actuellement le domaine d'applioation privilégié des plastiques. Plusieurs organismes officiels de divers pays d'Europe, dont la Frange et la République Fédérale d'lilemaane ont adopté le polyéthylène haute densité comme matériau pour tout leur réseau de distribution de gaz de ville. L'assemblage étanche de deux ou plusieurs canalisations ou tubes en matière thermoplastique, avec la fiabilité requise pour ce type d'exploitations n'est obtenue que par la technique d'ólectro- soudage. Cette technique consiste à chauffer in-situ et très locale- ment au moyen d'une résistance électrique les surfaces de contact des pièces assemblées, de manière i atteindre la température de soudage des deux matériaux; la résistance électrique restant insérée dans la matière. Ce type d'assemblage se fait par l'intermédiaire d'un raccord électrosoudable constitué d'un manchon cylindrique en matière therno- plastique de forte épaisseur. Ce manchon comporte, dans son orifice intérieur calibré, un bobinage de fil métallique résistant partiellement ou complètement, noyé dans la matière thermoplastique. Les extrê- mités du fil sont généralement fixées à des bornes ou des cosses permettant d'assurer un bon contact électrique avec un générateur. Le raccord électrosoudable est habituellement intégré à chaque extrémi- té, soit d'un raccord droit, soit d'un té, soit d'un croisillon permettant de raccorder respectivement, 2, 3 ou 4 tubes thermoplastiques ensemble. L'extrêmité du tube à raccorder est préalablement taillée en biseau pour faciliter l'emboitement du raccord électrosoudable; d'autre part, la surface externe du tube en contact avec le HES est préalablement décapée pour obtenir une meilleure soudabilité. Le dit raccord est ensuite présenté dans l'axe du tuyau et engagé sur celmi- ci avec un emboitement ajusté, puis le RES est raccordé à un gentra- teur réglé sur le programme de chauffage en relation avec le diamètre du RES; le temps de soudage est compris entre une dizaine de secondes et quelques minutes et le temps de refroidissement de l'ordre de 20 minutes. L'avantage de ce type de raccords donne b l'installateur la possibilité de procéder à la soudure entre le raccord et le tube après que la pose et l'assemblage des tubes aient été réalisés. Le raccord électrosoudable doit répondre à deux caractéristi- ques essentielles, à savoir étanchéité parfaite et résistance nécanique au moins égale à celle du tube. On a déjà proposé deux types de raccords électrosoudables. n existe actuellement les raccords RES avec fil résistant apparent et les RETS avec fil résistant noyé dans le raccord thermoplastique. Selon le premier type de raccord électrosoudable, les fils résistants sont nettement apparents à l'intérieur du manchon, tout en étant partiellement noyés dans la matière thermoplastique. Dans le second type de raccord électrosoudable, les fils résistants ne sont pas apparents, mais noyés dans la matière thermo- plastique. La fabrication des raccords électrosoudables à fil résistant apparent a été étudiée depuis plus d'une vingtaine d'années. ainsi, le brevet américain 3.062.940, sous priorité allemande du 17 février 1958 d'origine Sud Veat Chemie, enseigne une technique de fabrication selon laquelle on bobine le fil résistant sur un manchon en PVC par exemple, lequel est ensuite introduit dans un raccord an polyéthylène, puis on insère un noyau métallique, chauffant et extensible dans le manchon en PVC de manière à fondre le polyéthylène et à enchausser le fil dans le raccord, le manchon de PVC encore chaud étant finalement cassé et extrait à la main. Le brevet français 2.111.818, au nom de MANNESMAN a pour objet la réalisation d'un manchon thermoplastique obtenu par bobinage d'un film plastique extrudé sur un noyau muni du fil résistant bobiné. Le film extrudé est bobiné avecungrand étirement de manière à conférer à la matière thermoplastique des tensions élevées qui contribuent à sa rétraction lors du soudage. Ce type de manchon électrosoudable semble plus spécialement adapté pour le soudage des tubes à grand diamètre. De nombreux procédés de fabrication ont été étudiés dans le domaine des raccords électrosoudables à fil résistant noyé. Cette caractéristique implique une technique différente de celle des BES à fils apparents, et conduit à bobiner un fil résistant sur un manchon thermoplastique, puis à surmouler le sous-ensemble ainsi constitué par injection pour obtenir le produit fini. Dès 1955, les travaux de SUD WEST CHEMIE pour la réalisation d'un manchon cylindrique au sein duquel est noyé un enroulement de fil résistant ont fait notamment l'objet du brevet américain 3.094.452. Selon ce procédé on plonge l'enroulement de fil soit dans un bain de résine fondue, soit en pulvérisant la résine fondue, soit en bobinant sur l'enroulement de fil résistant un film de résine thermoplastique ensuite chauffé, jusqu'à fusion de la résine. Puis on peut incorporer dans un raccord par surmoulage - injection d'une résine thermoplastique. Peu d'années après, en 1962, la Société ROLLMAPLAST a mis au point un procédé de fabrication de RES, décrit dans le brevet français 1.372.303, selon lequel un fil résistant, préalablement gainé d'une matière thermoplastique est bobiné autour d'un noyau cylindriquey l'ensemble étant ensuite placé dans une presse à injecter afin d'enrober le bobinage par une matière thermoplastique et obtenir un raccord électrosoudable. La technique résultant des travaux effectués à la SUSQUnELLSYA CORPORATION et exposée dans le brevet américain 3.378.672 conduit à un type de manchon répandu dans le commerce. Ces raccords électrosoudables sont fabriqués à partir d'un fil métallique résistant émaillé et revêtu d'une gaine rectangulaire de matière thermoplastique. Le fil est bobiné spires jointives sur un mandrin cylindrique et soudées entre elles au moyen d'une pointe chaude, puis les manchons ainsi obtenus sont logé entre deux tuyaux mâles et femelles pour assurer leur assemblage par électosoudure. Eécemments la demande PCT WO 79/01018, au nom de STWY [ , décrit un procédé de fabrication d'un manchon électrosoudable à partir d'un tube en matière thermoplastique préalablement mis en extension, puis placé sur un mandrin muni d'un bobinage de fil résistant nu ou gainé. Le fil est chauffé en même temps que le tube qui se rétreint sur le bobinage de fil résistant et noie le fil dans la matière thermoplastique du tube; le fil résistant est ainsi protégé contre les chocs accidentels lors de l'emboitement du tube dans le raccord électrosoudable. Ces deux types connus de raccords électrosoudables ont respectivement des avantages et des inconvénients. Le raccord électrosoudable à fil résistant apparent présente l'avantage de mettre en contact direct le fil résistant avec le tube à souder et le raccord; lors du chauffage par effet Joule, la matière du tube et celle du raccord fondent en même temps et ceci constitue un facteur favorable pour l'obtention d'une bonne soudure. Par contre, le principal défaut de ce type de raccord réside dans le fait que les spires apparentes du fil sont vulnérables et peuvent être déplacées lors de l'emboitement du tube dans le raccord électrosoudable. Un tel accident conduit à rebuter le raccord car généralement, le fil résistant ne peut pas être remis en place. Les raccords électrosoudables à fil noyé ne présentent pas cet inconvénient car le fil résistant est protégé; toutefois, ils présentent un autre inconvénient qui apparait d'autant plus lorsque le fil résistant est éloigné de la paroi du tube à souder, c'est-à- dire quand le fil résistant est noyé en profondeur dans le raccord él ectrosoudable. Dans ce cas lors du chauffage par effet Joule, il est nécessaire de fondre la matière thermoplastique située entre le fil chauffant et la paroi du tube avant que cette paroi ne soit chaude et ait atteint la température adéquate pour assurer une soudure correcte entre le tube et le raccord Comme la matière thermoplastique est peu conductrice de la chaleur, il y a des risques de surchauffe, ce qui entraine sa dégradation thermique et nuit à sa soudabilité. Il a été recherché un manchon chauffant constituant le meilleur compromis entre la nécessité de protection du fil résistant contre les chocs mécaniques lors de l'emboitement du tube à souder et la nécessité de positionner le fil résistant de manière qu'il soit pratiquement en contact avec la paroi du tube à souder. Et il a été trouvé un nouveau type de raccord électrosousable en matière thermoplastique qui permet la réalisation de soudures satisfaisantes avec une réussite de pratiquement 100%. Selon l'invention, le raccord électrosoudable dans lequel est inséré un manchon cylindrique en matière thermoplastique comportant dans son orifice intérieur calibré un bobinage de fil métallique résistant, dont les extrémités sont fixées à des bornes ou des cosses assurant un bon contact avec un générateur est caractérisé en ce que le fil résistant complètement enrobé dans la matière thermoplastique affleure à l'intérieur du raccord, en étant recouvert d'un film thermoplastique extra-mince, une génératrice du dit fil cylindrique résistant tangentant la surface intérieure du manchon.Dans ces conditions, le fil résistant est donc pratiquement an contact avec la paroi du tube à souder tout en étant protégé lors de l'emboitement. Il a été découvert que l'affleurement du fil résistant à l'intérieur s'avère être une condition pratiquement nécessaire à l'obtention d'une bonne soudure. Le fil résistant est un fil en alliage nickel-cuivre dont la résistivité est sensiblement constante quelle que soit la température Le diamètre du fil est compris entre 0,2 et 2.1, de préférence entre 0,30 et îmm; la surface du fil étant oxydée de manière à la rendre électriquement isolante et à éviter ainsi des courte-cirouits électriques au cas où 2 ou plusieurs fils viendraient en contact. Le fil résistant est recouvert par une gaine en matière thermoplastique dont l'épaisseur est comprise entre 0,1 et arma, de préférence entre 0,30 et 0,50mu, Le fil gainé est bobiné à spires jointives, l'enroulement étant soit bifilaire de manière à obtenir que les deux extrémités du fil résistant soient du même cté du bobinage, soit monofilaire de manière à obtenir chaque extrémité du fil résistant de chaque côté du bobinage. Le raccord électrosoudable, dans lequel est inséré le manchon, est conçu de manière telle qu'un espace de sécurité soit ménagé à l'intérieur du dit manchon de chaque côté du bobinage du fil résistant. Chaque espace de sécurité a une longueur au moins égale à 30 % de la longueur du bobinage. Les espaces peuvent être égaux, ils ont pour objet d'éviter la fuite éventuelle de la matière thermoplastique liquide de chaque coté de l'espace occupé par le bobinage du fil résistant, lors du soudage par effet Joule. Le fil résistant gainé est bobiné à spires jointives sur un mandrin extensible en matière électriquement isolante et résistante à la température Puis,le fil résistant bobiné sur le mandrin est amené par effet Joule, à la température de ramollissement de la gaine en matière thermoplastique. Â ce moment, on met le mandrin en extension jusqu' ce qu'une génératrice du fil soit en contact avec la surface extérieure du mandrin; sans qu'il soit nécessaire de mettre le fil résistant lui-même en extension. Après extension on laisse refroidir l'ensemble à la températu- re ambiante, puis le manchon obtenu est enlevé du mandrin. Ensuite, ce manchon peut être inséré dans un raccord éleotro- soudable par la technique classique de surmoulage-injection, tout an ménageant à l'intérieur du manchon, un espace de sécurité de part et d'autre du bobinage de fil résistant. Le procédé de fabrication est illustré à titre non limitatif par les figures 1,2 et 3 du dessin annexé et par l'exemple suivant. La figure 1. est une vue en coupe du fil résistant bobiné sur un mandrin extensible. La figure 2 est une vue en coupe du fil résistant bobiné sur le mandrin extensible après chauffage du fil par un courant électrique et extension du mandrin. La figure 3 représente un raccord électrosoudable fini avec le tube à assembler introduit dans le raccord électrosoudable prêt à être soudé par effet Joule. Exemple g Le fil résistant (1) est un fil de 0,8mm de diamètre an alliage de nickel et de cuivre dont la résistivité est pratiquement constante quelle que soit la température. Le fil est revêtu d'une gaine (2) an polyéthylène haute densité de 0,35mm d'épaisseur. On bobine le fil gainé, à spires jointives, sur le mandrin extensible (3) muni d'une pièce conique (4) pour l'expansion, le diamètre du mandrin an PIFFE a environ 4011. .L'enroulement du fil résistant est bifilaire de manière à obtenir les deux extrémités du fil résistant du même cêté du bobinage. La bouole non représentée formée par les fils (8) et (9) est fixée sur le mandrin (3) par la vis (5) et la rondelle (6)g la vis (5) est vissée dans l'orifice taraudé (7) du mandrin (3). Les extrémi- tés (10) et (11) du fil résistant sont maintenues sur une pièce, non représentée, autre que le mandrin (3). Quand le bobinage est réalisé, on relie les extrêmités du fil résistant à un générateur électrique réglé de manière telle que la température du fil résistant ainsi que celle de la gaine, soient portées dans la zone de ramollissement du polyéthylène haute densité, soit 200OC environ, cette température est atteinte après une dizaine de secondes de chauffage. Â ce moment, le mandrin (3) est mis en extension en enfonçant le noyau conique (4) dans le mandrin (3) (figure 2)1 l'extension du mandrin (3) est poursuivie jusqu'à ce que la surface extérieure du mandrin soit pratiquement en contact avec une génératrice du fil résistant (i) (figure 2). Alors le noyau conique (4) est ramené à la position de la figure (1) 3 on retire la vis (5), et le bobinage du fil résistant dont toutes les spires sont soudées ensemble, forme un manchon que lton enlève du mandrin (3). On insère ensuite ce manchon dans un raccord électrosoadable par la technique classique de surmoulage-injeotion. Corne le montre la figure 3, le RES est réalisé de manière telle que des espaces de sécurité b et c soient ménagés de chaque oôté de l'espace a où se trouve le bobinage de fil résistant. - REVENDICATICEtS 1 - Raccord électrosoudable dans lequel est inséré un manchon chauffant cylindrique en matière thermoplastique, le dit manchon comportant dans son orifice intérieur calibré un bobinage de fil métallique résistant, dont les extrémités sont fixées à des bornes ou des cosses assurant un bon contact avec un générateur, caractérisé en ce que le fil résistant, complètement enrobé dans la matière thermoplastique affleure à l'intérieur du raccord, en étant recouvert d'un film thermoplastique extra-mince, une génératrice du dit fil cylindrique résistant tangentant la surface intérieure du manchon. 2 - Raccord électrosoudable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil résistant est un alliage nickel-cuivre dont la résistivité est sensiblement constante quelle que soit la température, la surface du fil étant oxydée de manière telle qu'elle soit électriquement isolante, le diamètre du fil étant compris entre 0,2 et 2mm, de préférence entre 0,3 et Imm. 3 - Raccord électrosoudable selon la revendication 1 ou 2, carac tersé en ce que la gaine en matière thermoplastique qui recouvre le fil résistant a une épaisseur comprise entre 0,1 et imm, de préférence entre 0,30 et 0,50-. 4 - Raccord électrosoudable selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fil gainé est bobiné à spires jointives, l'enroulement étant bifilaire de manière telle que les deux extrémités du fil résistant soit du même côté du bobinage. 5 - Raccord électrosoudable selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fil gainé est bobiné à spires jointives, l'enroulement étant monofilaire de manière telle que chaque extrémité du fil résistant soit de chaque côté du bobinage. 6 - Raccord électrosoudable selon une quelconque des revendicatiens 1 à 5, caractérisé en ce qu'un espace de sécurité est ménagé à l'intérieur du manchon de chaque côté du bobinage du fil résistant, le dit espace étant au moins égal à 30 ffi de la longueur du bobinage. 7- Procédé de fabrication du manchon chauffant cylindrique inséré dans un raccord électrosoudable selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par les stades suivants : a) on bobine le fil résistant gainé à spires jointives sur un mandrin extensible en matière électriquement isolante et résistante à la température b) on amène le fil résistant bobiné sur le mandrin à la température de ramollissement de la gaine en matière thermoplastique par effet Joule et à ce moment en met le mandrin en extension jusqu'à ce qu'une génératrice du fil soit en contact avec la surface extérieure du mandrin - c) après extension on laisse refroidir l'ensemble à la température ambiante, puis on enlève le manchon du mandrin. 8- Procédé de frabrication du raccord électrosoudable selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on insère le manchon dans un raccord électrosoudable par surmoulage-injection en ménageant à l'intérieur du manchon un espace de sécurité de part et d'autre du bobinage de fil résistant.